Phân tích sức chịu tải của cọc và mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh công trình bệnh viện đa khoa tỉnh sóc trăng

Sức chịu tải của cọc được chọn khi dùng sức chịu tải tính theo điều kiện đất nền chia hệ số 1,75 với móng có số lượng ít hơn 5 cọc.. + Phương pháp Coyle – Castillo: Năm 1981, Coyle - Cas

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ VĂN MUÔN

PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC VÀ

MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CÔNG TRÌNH BỆNH VIỆN ĐA KHOA TỈNH SÓC TRĂNG

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Văn Muôn

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Thủy lợi, tác giả đã nhận được rất nhiều sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của Quý Thầy, Cô, bạn bè và đồng

nghiệp Đến nay tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài "Phân

tích sức chịu tải của cọc và mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh-công trình Bệnh viện

Đa khoa tỉnh Sóc Trăng"

Trước tiên, với tất cả sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất, tác giả muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Hoàng Việt Hùng, đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình tìm hiểu nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo sau đại học Trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là là Quý Thầy, Cô trong Bộ môn Địa kỹ thuật đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu, cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và làm luận văn này

Trong khuôn khổ luận văn, do thời gian, trình độ và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của Quý Thầy, Cô, đồng nghiệp

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Văn Muôn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ v

DANH MỤC BIỂU BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC 4

1.1 Khái niệm móng cọc 4

1.1.1 Các bộ phận móng cọc 4

1.1.2 Phân loại móng cọc 4

1.1.3 Tính toán móng cọc 5

1.2 Thống kê số liệu thí nghiệm cọc hiện trường 39

Kết luận chương 1 42

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC 44

2.1 Quy định chung 44

2.2 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm nén tĩnh 46

2.2.1 Cơ sở phương pháp thí nghiệm nén tĩnh 46

2.2.2 Thiết bị thí nghiệm 46

2.2.3 Phương pháp thí nghiệm 47

2.2.4 Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc 51

2.2.5 Xác định sức chịu tải cực hạn và sức chịu tải cho phép theo TCVN 53

2.2.6 Xác định sức chịu tải cực hạn theo phương pháp Davisson (TCXD 205-1998) 55 2.2.7 Xác định sức chịu tải cực hạn theo phương pháp Davisson từ đường đàn hồi 55

2.2.8 Xác định sức chịu tải cực hạn theo phương pháp De Beer 56

2.2.9 Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm đóng cọc 57

Kết luận chương 2 58

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MÓNG CỌC CÔNG TRÌNH BỆNH VIỆN ĐA KHOA TỈNH SÓC TRĂNG 59

3.1 Điều kiện tự nhiên 59

3.2 Phân tích thiết kế móng cọc 61

3.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc 62

3.2.2 Xác định số lượng cọc và tải trọng truyền xuống các cọc 64

3.2.3 Tính lún cho móng 64

3.3 Mô hình bài toán ứng dụng 67

3.3.1 Giới thiệu về phần mềm dùng trong tính toán 67

3.4 So sánh, đánh giá kết quả nén tĩnh và kết quả mô phỏng mô hình 75

Kết luận chương 3 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 1.1: Móng cọc 5

Hình 1.2: Sơ đồ các lực của đất tác động vào cọc 7

Hình 1.3: Biểu đồ xác định giá trị hệ số λ 11

Hình 1.4: Nền đất xung quanh cọc ở giai đoạn chịu tải cực hạn 14

Hình 1.5: Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất Lb 15

Hình 1.6: Vùng ảnh hưởng của cọc khi làm việc 22

Hình 1.7: Một số cách bố trí cọc 23

Hình 1.8: Xác định móng khối quy ước theo trường hợp nền nhiều lớp 25

Hình 1.9: Xác định móng khối quy ước theo trường hợp nền đồng nhất 26

Hình 1.10: Xác định móng khối quy ước theo trường hợp nền đồng nhất (Có lớp đất yếu) 26

Hình 1.11: Đường cong nén lún (e, ơ) 29

Hình 1.12: Tính toán biến dạng nén đàn hồi của cọc 31

Hình 1.13: Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng 45o(đáy tháp nén thủng không phủ lên các cọc) 34

Hình 1.14: Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng với góc nhỏ hơn 45o(đáy lớn tháp xuyên thủng ứng với goác xuyên 45o phủ lên một phần cọc) 35

Hình 1.15: các lực tác dụng lên tháp xuyên thủng 36

Hình 1.16: Sơ đồ cọc tác dụng lực lên đài 38

Hình 2.1: Sơ đồ chi tiết đo tải tĩnh cọc (A: đối trọng; B: chuyển vị kế đo lún; 47

Hình 2.2: Các bước gia tải trong thí nghiệm nén tĩnh cọc 48

Hình 2.3: Các bước gia tải trong thí nghiệm nén tĩnh cọc 49

Hình 2.4: Đường Q-s và S-logt trong thí nghiệm nén tĩnh cọc 51

Hình 2.5: Đường v-Q trong thí nghiệm nén tĩnh cọc 52

Hình 2.6: Sơ đồ chọn sức chịu tải cho cọc theo thí nghiệm nén tĩnh cọc 52

Hình 2.7: Sơ đồ đường quan hệ tải trọng - chuyển vị 56

Hình 3.1: Phân bố địa tầng công trình Bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng 61

Hình 3.2: Thể hiện mô phỏng điều kiện biên của bài toán nén tĩnh cọc với tải trọng nén p=2000 kN, cọc 40x40cm dài 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Đất nền gồm 3 lớp, các chỉ tiêu tính toán như đã trình bày ở phần tài liệu địa chất 69

Hình 3.3: Thể hiện kết quả mô phỏng lưới chuyển vị của cọc nén tĩnh, tải trọng nén tĩnh p= 2000 kN (200%), cọc có kích thước 0,4x0,4 dài 35m của công trình bệnh viện

Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất là 0,055m (5,5 cm) 70Hình 3.4: Thể hiện kết quả đường đẳng chuyển vị mô phỏng chuyển vị của cọc nén tĩnh, tải trọng nén tĩnh p= 2000 kN (200%), cọc có kích thước 0,4x0,4 dài 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất là 0,055m (5,5 cm) 71Hình 3.5: Là kết quả lưới mô phỏng chuyển vị cọc nén tĩnh, tải trọng 2000 kN, cọc 0,4x0,4 dài 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất là 0,035m Trường hợp tính khi có điều chỉnh modun biến dạng của đất nền lên gấp đôi giá trị trong tài liệu khảo sát (bảng 3.1) 72Hình 3.6: Thể hiện kết quả đường đẳng chuyển vị mô phỏng chuyển vị cọc nén tĩnh tải trọng 2000 kN, cọc 0,4x0,4 dài 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất là 0,035m Trường hợp tính khi có điều chỉnh modun biến dạng của đất nền lên gấp đôi giá trị trong tài liệu khảo sát 73Hình 3.7: Là kết quả đường đẳng chuyển vị mô phỏng chuyển vị cọc nén tĩnh tải trọng

2000 kN, cọc 0,4x0,4 dài 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất là 0,035m Trường hợp tính khi có điều chỉnh modun biến dạng của đất nền lên gấp 2,5 lần giá trị trong tài liệu khảo sát 74Hình 3.8: Kết quả đường đẳng chuyển vị mô phỏng chuyển vị cọc nén tĩnh tải trọng

2000 kN, cọc 0,4x0,4 dài 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất là 0,025m Trường hợp tính khi có điều chỉnh modun biến dạng của đất nền lên gấp 3 lần giá trị trong tài liệu khảo sát 75

DANH MỤC BIỂU BẢNG

Bảng 1.1: Hệ số độ mảnh φ 6

Bảng 1.2: Hệ số độ mảnh φ theo Jacobson 7

Bảng 1.3: Giá trị Ks [1] 9

Bảng 1.4: Giá trị α 10

Bảng 1.5: Giá trị α [1] (theo Peck, 1974) 10

Bảng 1.6: Giá trị I r, N*c và N*q 16

Bảng 1.7: Ma sát và lực dính giữa đất và cọc 17

Bảng 1.8: Ma sát và lực dính giữa đất và cọc K tg s ϕ 18a Bảng 1.9: Bảng xác định hệ số k0 29

Bảng 1.10: Bảng xác định giá trị Cp 32

Bảng 1.11: Xác định hệ số α 37

Bảng 1.12: Tổng hợp số liệu thí nghiệm cọc 40

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất chính mà móng cọc đi qua 60

Bảng 3.2: Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền 63

Bảng 3.3: Kết quả nén tĩnh cọc công trình Bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng 72

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng khu vực Sóc Trăng gia tăng nhanh hơn nhiều so với trước đây Với điều kiện thực tế như vậy, đòi hỏi các đơn vị tư vấn thiết kế, các đơn vị quản lý xây dựng phải cập nhật thông tin về công nghệ, điều kiện kỹ thuật, điều kiện địa chất khu vực xây dựng Với đặc điểm cấu trúc nền vùng Sóc Trăng phức tạp, chiều dày lớp đất yếu tương đối dày vấn đề xử lý nền móng là chắc chắn phải áp dụng Tuy nhiên giải pháp nền móng thường yêu cầu kỹ thuật cao, giá thành lớn vì vậy các phân tích, so sánh lựa chọn giải pháp công trình là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Thực tế, sức chịu tải của cọc lớn hơn nhiều so với sức chịu tải của cọc tính toán trên hồ

sơ thiết kế Điều này dẫn đến gây lãng phí trong thiết kế móng Rất nhiều đề tài đã nghiên cứu để tìm ra sự chênh lệch về sức chịu tải này Trong phạm vi luận văn, tác giả cũng muốn nghiên cứu, đánh giá vấn đề này cho điều kiện đất nền cụ thể tại Sóc Trăng

Đề tài luận văn: “Phân tích sức chịu tải của cọc và mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc

tính toán thiết kế và nén tĩnh cọc tại hiện trường nhằm đưa việc thiết kế công trình gần hơn với an toàn và kinh tế Đề tài vì vậy có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Mục tiêu đề tài:

Đánh giá được sự sai khác về sức chịu tải của cọc trong tính toán và sức chịu tải của cọc ngoài thực tế

Nhiệm vụ đề tài:

móng cọc công trình bệnh viện Đa khoa Sóc Trăng, phân tích các số liệu thí nghiệm

nén tĩnh cọc tại hiện trường để đánh giá sự sai lệch giữa sức chịu tải tính toán và sức chịu tải thực tế

Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất và phân chia các dạng mô hình nền tự nhiên trong khu vực Sóc Trăng

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép dùng cho móng cọc

Phạm vi nghiên cứu: số liệu tính toán thiết kế cọc và số liệu nén tĩnh cọc trong điều kiện đất nền khu vực Sóc Trăng Cọc áp dụng cho công trình Bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng

Thu thập các tài liệu và nghiên cứu lý thuyết: Tiêu chuẩn thiết kế trong và ngoài nước, tài liệu, báo cáo khoa học, giáo trình hướng dẫn tính toán thiết kế móng nhà cao tầng Phương pháp tính toán lý thuyết

Mô phỏng bài toán phân tích trên mô hình số và đánh giá với số liệu nén tĩnh

toán cọc Việc tổng hợp này giúp cho đánh giá các hệ số dùng trong móng cọc

Phân tích về quy trình, kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

Mô phỏng bài toán nén tĩnh cọc, thay đổi điều chỉnh các thông số mô phỏng cho nén tĩnh cọc, nhận xét đại lượng ảnh hưởng

Kết luận, kiến nghị

thấy được sức chịu tải của cọc phụ thuộc nhiều yếu tố Vì vậy để lựa chọn được công thức tính và đánh giá được sức chịu tải cọc hợp lý, người thiết kế cần có phân tích về

tải trọng công trình, đặc thù làm việc của công trình và điều kiện đất nền để lựa chọn công thức tính cho phù hợp

Luận văn đã tổng hợp quy trình thí nghiệm nén tĩnh để thử tải cọc, nhằm tổng hợp, đánh giá giá trị tải trọng thực tế và lý thuyết để có thể thi công cọc hàng loạt hoặc điều chỉnh thiết kế cho phù hợp điều kiện kinh tế

đất nền cũng là một yếu tố ảnh hưởng lớn đến sức chịu tải của cọc Số liệu đất nền trên thực tế có xu hướng thấp hơn nhiều so với giá trị thực của nó

sử dụng hệ số an toàn quá lớn, dẫn đến thiên về an toàn quá nhiều Sức chịu tải của cọc được chọn khi dùng sức chịu tải tính theo điều kiện đất nền chia hệ số 1,75 với móng có số lượng ít hơn 5 cọc Tuy nhiên đơn vị thiết kế đã chia cho 2,1 là quá lớn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÓNG CỌC

Móng cọc là một trong những loại móng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, gồm có cọc và đài cọc, dùng để truyền tải trọng của công trình xuống lớp đất tốt đến tận sỏi đá nằm ở dưới sâu Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các tầng đất sâu, nhờ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng lớn cho móng

1.1.1 Các bộ phận móng cọc

Móng cọc gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc và đất bao quanh cọc

đất xung quanh

công trình lên các cọc

bố đều hơn lên đất đầu mũi cọc

tới lớp đất có cường độ lớn ở đầu mũi cọc và xung quanh móng

tương đối cao

đắp đất, tận dụng lớp đất nền cũ, hoặc trên nền đất yếu thì giảm độ lún

1.1.2 P hân loại móng cọc

cầu, cảng, thủy lợi…)

Đặc điểm: Dưới tác dụng của lực ngang, dọc, moment thì các cọc trong đài vừa chịu nén vừa chịu uốn

Đặc điểm: Dưới tác dụng của lực ngang, dọc, moment thì các cọc trong đài chỉ chịu nén nếu ta đặt chiều sâu chôn đài hợp lý

a) Móng đài thấp b) Móng đài cao

1.1.3 Tính toán móng cọc

Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo (khi cọc chịu nhổ) Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn của cọc theo vật liệu xác định theo công thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc Sự uốn dọc được xét như tính cột trong quá trình tính toán bê tông [1]

Trong đó :

φ - hệ số xét đến sự ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh và theo thực nghiệm lấy như sau

φ 1.0 0.98 0.96 0.93 0.9 0.87 0.84 0.81 0.78 0.74 0.70 0.65 0.60 0.55

Trong đó: r - bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

b - bề rộng của tiết diện chữ nhật

Chiều dài tính toán của cọc

Với: l - chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào đất dính từ đầu cọc đến điểm ngàm trong đất (cọc thường bị gãy khi đang đóng hoặc ép có đoạn cọc tự do trên mặt đất còn nhiều), hoặc l được chọn là chiều dày lớp đất yếu có cọc đi ngang qua và v

là hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc

v = 0,7 khi đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc tựa lên đất cứng hoặc đá

v = 0,5 khi đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc ngàm trong đá

Hoặc xét đến sự hiện diện của đất bùn loãng xung quanh cọc, M Jacobson đề nghị ảnh hưởng uốn dọc như sau:

Bảng 1.2: Hệ số độ mảnh φ theo Jacobson

a/ Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền

- Sức chịu tải cực hạn của cọc:

- Sức chịu tải do ma sát xung quanh cọc Q s :

trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chống cắt này cho bởi biểu thức Coulomb

nhiều khuynh hướng khác nhau trong việc ước lượng giá trị hệ số áp lực ngang

Khuynh hướng 1: Xem đất nền như ''vật liệu đàn hồi''

Với v - hệ số poisson của đất

Khuynh hướng 2: Hệ số Ks chọn theo áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh Ko Với

số lượng cọc không nhiều trong móng cọc và các cọc khoan nhồi, đất nền là loại đất cố kết thường, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán là

Với OCR - hệ số cố kết trước

Khuynh hướng 3: Khi đóng cọc hay ép cọc vào nền đất, thể tích cọc chiếm lỗ rỗng

của đất và đất dần đạt gần đến trạng thái cân bằng bị động điều này có nghĩa là hệ số

2

a s

K FwKo Kp K

Trong thực tế tính toán có thể lấy theo bảng sau [1]

Phương pháp này được Burland đưa ra từ năm 1973, trên các giả thuyết sau:

thặng dư phân tán hết ít nhất phải bằng ứng suất này ở trạng thái tĩnh, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xuất hiện do thể tích cọc lấn chiếm và đất xung quanh bị nén, nhưng hệ

số thấm của đất bé nên cần phải có thời gian để nước thoát đi

vùng đất mỏng xung quanh cọc, vùng này tùy thuộc vào hình dạng của cọc và tính thoát nước của đất ở hai thời điểm đóng cọc và chất tải lên cọc

Và công thức xác định lực ma sát đất và cọc có dạng

fs= Ks.σ’v.tanφa (1.12) đặt β= Ks.tanφa

u v

+ Phương pháp Coyle – Castillo:

Năm 1981, Coyle - Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu tải của cọc trong nền cát, sau hàng loạt phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và đóng cọc thử tại hiện trường

fs - là lực ma sát đơn vị giữa đất và cọc được tác giả thiết lập quan hệ thực

rộng của cọc Lưu ý rằng, phương pháp của Coyle - Castillo không xét đến loại vật liệu làm cọc, ảnh hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất ban đầu

- Sức chịu tải của đất ở mũi cọc Q p

+ Phương pháp Terzaghi:

Phương pháp cổ điển nhất để ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị sử dụng các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức chịu tải của móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ trượt của đất dưới móng nông

tiết diện tròn hoặc vuông có dạng sau hoặc tra bảng theo góc ma sát trong của đất dưới mũi cọc

a N

Trong đó:

α - hệ số phụ thuộc vào hình dạng cọc bằng 0,4 cọc vuông và 0,6 cọc tròn

γ - trọng lượng thể tích của đất ở độ sâu mũi cọc

còn lại, việc bỏ qua này bù vào trọng lượng của cọc không xét vào trong công thức ước lượng sức chịu tải

Nhiều tác giả đã đưa ra các giả thuyết dạng trượt của đất dưới mũi cọc chỉ phát triển xung quanh mũi cọc Nhằm mục đích tính toán đúng sức chịu tải của đất dưới đáy móng sâu, với những hiệu chỉnh các hệ số sức chịu tải ảnh hưởng độ sâu và hình dạng của móng sâu

Dù vậy theo các công thức tính toán sức chịu tải cọc vẫn tăng tuyến tính theo chiều sâu của mũi cọc

Trong khi đó, trong một lớp đất, thực nghiệm chứng tỏ rằng sức chịu mũi của đất ở

Nhiều nghiên cứu về sức chịu tải cọc cũng thấy rằng tính sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm khảo sát địa chất tại hiện trường cho kết quả gần đúng với thực tế làm việc của cọc hơn như các thí nghiệm xuyên tĩnh, xuyên động, nén ép ngang

Các nghiên cứu thực nghiệm hoạt động của nền cọc, cho thấy khu vực ảnh hưởng bởi

xuống mũi cọc Ở mũi cọc phạm vi ảnh hưởng ngang khoảng bằng ba lần đường kính của cọc và phạm vi nền của mũi cọc khoảng 2D dưới mũi cọc và 4D trên mũi cọc Theo De Beer, mặt trượt của đất nền quanh khu vực mũi cọc có hình dạng và phạm vi ảnh hưởng được tính theo công thức sau

Hình 1.4: Nền đất xung quanh cọc ở giai đoạn chịu tải cực hạn

Đối với sức chịu tải đơn vị diện tích của phần đất nằm dưới đáy móng sâu và móng cọc, công thức có xét tới hình dạng và chiều sâu chôn móng thường được diễn tả dưới dạng

nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lớp cát chịu tải và đạt cực

hạn khi tỉ số

cr

b b

D

LD

Trong cách tính sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc theo Meyerhof, các thông số chống

=

c p p p

3

K21cNAqA

*

K21

N3N

+

=σ

Mặt khác ta có quan hệ: N*c =(N*q −1)cotgϕ

N = f I

Trong đó:

∆+

=

r

r rr

I1

I

Gtg

'qc12

E

Như vậy, đối với những điều kiện không có sự thay đổi thể tích, ta có:

4

N * rr

ứng với những giá trị ứng suất nén khác nhau, hoặc tham khảo các giá trị tổng kết thực nghiệm sau

- Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền:

γ

γ+σ

a v s a a h a

động lên cọc được xác định theo công thức sau :

và phương pháp thi công cọc

mặt tiếp xúc giữa đất và vật liệu làm cọc ở độ sâu z

Bảng 1.8: Ma sát và lực dính giữa đất và cọc K tg s ϕ a

, 1

- Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính:

Do góc ma sát của đất bằng không nên sức chịu tải sẽ có dạng

u c p u s

kết không thoát nước, với cọc đóng chọn theo Bảng

- Sức chịu tải cực hạn trong đất rời:

Với lực dính c = 0 nên sức chịu tải của cọc có dạng

' vp q p a ' v s s p s

1.1.3.3 Sức chịu tải cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT

- Meyerhof cũng đã đề nghị sức chịu tải cực hạn của cọc theo kết quả thí nghiệm SPT như sau:

- Theo [2] sức chịu tải của cọc theo công thức Meyerhof (1956) dùng trong đất rời:

Trong đó:

cọc

b/ Sức chịu tải cho phép cọc trong đất dính và đất rời theo [2]

p s

s c

c p

Ω - chu vi tiết diện cọc, m

c/ Sức chịu tải cho phép cọc theo Bachy-Soletanche:

Tập đoàn xây dựng nền móng Bachy-Soletanche của Pháp đề nghị một cách ước lượng

nghiệm xuyên động SPT trong công thức trên như sau

d/ Sức chịu tải cho phép cọc theo công thức Nhật Bản

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 205-1998

1

0, 2 3

Trong đó:

)

α = 15 cho cọc nhồi, barret

Công thức xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, sau hàng loạt thí nghiệm kiểm chứng bởi thí nghiệm nén tĩnh trên cọc

q f

α

=

qci - sức chống xuyên của mũi xuyên

tùy theo giá trị của moment và lực ngang mà chọn giá trị β hợp lý Thường β = 1,2 ÷ 1,5

b/ Bố trí cọc trong đài

- Nguyên tắc bố trí cọc trong đài:

Thông thường các cọc được bố trí theo hàng, dãy hoặc theo lưới tam giác

Khoảng cách giữa các cọc (từ tim cọc đến tim cọc) : S = 3d ÷ 6d

(d: đường kính hay cạnh cọc) Nếu bố trí trong khoảng này thì cọc đảm bảo được sức chịu tải và các cọc làm việc theo nhóm

Để ít bị ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc (do cọc làm việc theo nhóm), nên bố trí cọc tối thiểu là 3d

Khi bố trí cọc lớn hơn 6d thì ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc có thể bỏ qua, khi đó ta xem như cọc làm việc riêng lẻ

tương đối bằng nhau

Khoảng cách từ mép ngoài của cọc đến mép ngoài của đài từ

Dự tính độ lún của nhóm cọc được dựa trên mô hình móng khối quy ước Có hai cách xác định móng khối quy ước như sau:

+ Trường hợp 1: Cọc đi qua nền nhiều lớp

Ranh giới móng quy ước

Phía dưới là mặt phẳng AC đi qua mũi cọc được xem là đáy móng;

Phía trên là mặt đất san nền BD, với AB = là độ sâu mặt móng (từ mặt đất đến cao trình mũi cọc);

Phía cạnh là các mặt phẳng đứng AB và CD qua mép ngoài cùng của hàng cọc biên tại

mặt phẳng đứng nói trên đi qua mũi cọc xiên này:

tb

i i

L l

ϕ

∑

cọc đến đáy lớp đất yếu;

Trọng lượng bản thân của móng quy ước gồm trọng lượng cọc, đài và đất mằm trong phạm vi móng quy ước

+ Trường hợp 2: Cọc đi qua nền đồng nhất

Ranh giới móng quy ước khi đất nền là đồng nhất

Ranh giới của móng quy ước khi cọc xuyên qua một số đất yếu tựa vào lớp đất cứng

Ranh giới của móng quy ước khi đất nền nằm trong phạm vi chiều dài cọc gồm nhiều lớp có sức chịu tải khác nhau

Chiều rộng và chiều dài bản móng quy ước là đáy hình khối có cạnh mở rộng so với

Độ sâu đặt móng quy ước là tại mặt phẳng mũi cọc

Ứng suất phụ thêm phân bố trong nền đất, dưới mũi cọc có thể tính toán theo lời giải Boussinesq với giả thuyết bản móng quy ước dựa trên lý thuyết bán không gian đàn hồi

Độ lún của móng quy ước được tính theo phương pháp quen thuộc như đối với móng nông trên nền thiên nhiên

Hình 1.9: Xác định móng khối quy ước theo trường hợp nền đồng nhất

+ Trường hợp 3: Cọc đi qua lớp đất yếu và lớp đất tốt

yếu)

- Kiểm tra ổn định đất nền dưới đáy móng khối quy ước:

Điều kiện ổn định nền dưới móng khối quy ước là:

tc

Ν

trọng lượng bản thân của đài cọc, cọc, đất trên đài và phần đất nằm trong móng khối quy ước)

tc

Μ

Wqu - moment chống uốn của tiết diện móng khối quy ước (Wqu =

6

2

qu qu

L Β

khi moment

giới hạn II, giống như móng đơn)

- Kiểm tra độ lún của móng khối quy ước:

Các bước tính độ lún của móng khối quy ước theo phương pháp tổng phân tố

của đất nền gây ra tại đáy móng khối quy ước

Bước 2: Chia lớp phân tố

Chiều dài của lớp phân tố được xác định theo điều kiện sau:

Tuy nhiên, hiện nay vì các chương trình tính toán bằng máy tính nên chiều dày lớp phân tố nên chia càng nhỏ để đạt được độ chính xác càng cao

Bước 3: Xác định độ lún của lớp phân tố thứ i, chiều dài hi

trình (do trọng lượng bản thân nền gây ra (hữu hiệu))

lớp đất thứ i)

do tải trọng ngoài phân bố đều gây ra

) được tra theo bảng 1.9:

e e

+

−1

2 hi (1.51)

nội suy từ đường cong nén lún (e, ơ) của lớp đất có phân tố thứ i

nội suy từ đường cong nén lún (e, ơ) của lớp đất có phân tố thứ i

Bước 4: Điều kiện tính lún trong phạm vi nền

Ơvi,≥ 5σzi (1.52) Khi đạt điều kiện trên thì đất nền được xem là lún không đáng kể

Cũng lưu ý rằng, tuy điều kiện trên áp dụng cho móng nông nhưng đối với móng khối quy ước, mức độ giảm ứng suất do tải trọng ngoài gây ra giảm rất chậm theo độ sâu, vì

dừng tính lún

Bước 5: Xác định tổng độ lún của nền theo phương pháp tổng phân tố

b/ Độ lún của móng 1 cọc (độ lún của cọc đơn)

Trường hợp móng có một cọc thì độ lún được tính theo độ lún của cọc đơn bao gồm 3 thành phần như sau:

Biến dạng đàn hồi của bản thân cọc (tính toán như thanh chịu nén) được xác định như sau:

c c

tb

E A

Q

L (1.55)

Q = Qp thực+ ξ (N – Qp thực ) = Qp thực + ξQf thực