Đánh giá độ tin cậy các phương pháp thiết kế móng cọc trên địa bàn tp hồ chí minh

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1.Nhiệm vụ: Phân tích, tính toán, đánh giá sức chịu tải của các phương pháp thiết kế móng cọc với thực tiển cho nền đất yếu khu vực TP.HCM - Chương 4: Phân tích

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN THANH XUÂN

ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT

KẾ MÓNG CỌC TRÊN ĐỊA BÀN TP HỒ CHÍ MINH

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: ………

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ……… …

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 12 tháng 01 năm 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

- -

TP.HCM, ngày 27 tháng 11 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Nguyễn Thanh Xuân Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 17/09/1978 Nơi sinh : Long An

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV : 00907762

I TÊN ĐỀ TÀI:

Đánh giá độ tin cậy các phương pháp thiết kế móng cọc trên địa bàn TP.HCM

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1.Nhiệm vụ: Phân tích, tính toán, đánh giá sức chịu tải của các phương pháp thiết kế móng cọc với thực tiển cho nền đất yếu khu vực TP.HCM

- Chương 4: Phân tích và đánh giá các phương pháp tính sức chịu tải và các yếu tố

có ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 03/02/2009

IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2009

V.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: - TS TÔ VĂN NHỤ

- TS NGUYỄN MINH TÂM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS TÔ VĂN NHỤ TS NGUYỄN MINH TÂM PGS.TS VÕ PHÁN

Lời cảm ơn

Tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Bộ môn Địa cơ nền móng –

Khoa Kỹ thuật xây dựng- Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã hướng dẫn, truyền đạt và chia sẽ những kiến thức, kinh nghiệm sâu rộng trong quá trình giảng dạy và đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tham gia học tập, nghiên cứu và hoàn thành chương trình Cao học

Tôi bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Tô Văn Nhụ, Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện Luận văn Và xin gởi lời cảm

ơn đến Tiến sĩ Nguyễn Minh Tâm, Thầy đã có những góp ý, động viên, chia sẽ trong quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn đến các đồng nghiệp, lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác

đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình Cao học Tôi cũng xin cảm ơn đến các anh em bạn thân thiết đã quan tâm chia sẽ động viên tôi hoàn thành khóa học này Cảm ơn tất cả các bạn lớp Cao học Địa kỹ thuật xây dựng 2007, những người đã có những đóng góp ý kiến, giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn

Sau cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình, là nguồn động lực, quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện Luận văn này Trân trọng

Long An , ngày 27 tháng 11 năm 2009

Tác giả

Nguyễn Thanh Xuân

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Sức chịu tải của cọc trên nền đất yếu là vấn đề đã và đang được nghiên cứu, việc phân tích để chọn một phương pháp tính có độ tin cậy cao và thích hợp với từng điều kiện cụ thể (địa chất, tiết diện cọc, chiều dài cọc…) là một nghiên cứu cần thiết

Đề tài nghiên cứu được thực hiện dựa trên các số liệu thu thập được từ khu vực đất yếu thuộc TP HCM, sử dụng các phương pháp lý thuyết để tính toán sức chịu tải dựa trên những số liệu đã có So sánh và đối chiếu các kết quả đó với các giá trị của phương pháp thử tải tĩnh được xem là chính xác hiện nay tại Việt Nam, từ đó tác giả đề xuất các phương pháp tính sức chịu tải hợp lý có độ tin cậy cao và phù hợp với từng điều kiện địa chất khu vực đất yếu TP HCM cũng như tiết diện và chiều dài cọc

ABSTRACT OF THESIS

The problem has been researched on bearing capacity of bore pile in the soft soil ground, analysis to chose the accuracy method and suitable with every condition (geology, cross section of pile, length of pile,…) is the essential research

This thesis base on geology data which is collected from Ho Chi Minh region using theory methods to estimate the bearing capacity of pile on those data Making comparison between result of those methods and static load test results which is considered as an accuracy method in Viet Nam, thus student propose some suitable and accuracy method which are meet every condition of soft soil geology of Ho Chi

Minh area as well as cross section and lengthen of pile

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ……… 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC CỦA MÓNG CỌC 1.1 Tổng quan về móng cọc ………4

1.1.1 Khái quát ………4

1.1.2 Khái niệm về sức chịu tải cực hạn của cọc ………4

1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi ……… 5

1.2.1 Khái niệm ……… 5

1.2.2 Ứng dụng ………5

1.2.3 Ưu nhược điểm ……… 5

1.2.4 Phân loại cọc khoan nhồi ……… 7

1.2.5 Yêu cầu cấu tạo của cọc khoan nhồi ……… 8

1.3 Các nghiên cứu về sức chịu tải của móng cọc trong và ngoài nước ……… 9

1.3.1 Luận văn thạc sĩ của Trần Chí Hồng ……….…… 10

1.3.2 Luận văn thạc sĩ Hoàng Thanh Vân ……….……10

1.3.3 Đề tài khoa học của nhóm tác giả TS Võ Phán, TS Trần Tuấn Anh và TS Lê Trọng Nghĩa (Đại học Bách Khoa TP HCM) ……… 11

1.3.4 Đề tài nghiên cứu khoa học của hai tác giả Tsay Shing-Liang (EverFortune Industrial Co Ltd) và TS Trịnh Việt Cường (Viện KHCN Xây dựng) ……….12

1.3.5 Đề tài nghiên cứu khoa học của hai tác giả TS Trịnh Việt Cường, KS Trần Mạnh Dũng (Viện KHCN Xây dựng) ……….14

1.3.6 Use of cone penetration test in pile design – Andras Mahler (Department of Geotechnics, Budapest University of Technology and Economics) ……….15

1.4 Những vấn đề tồn tại ……… 22

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH NỀN MÓNG

2.1 Tổng quát về tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc ………23

2.2 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất (phương pháp thống kê) ………23

2.3 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền ………27

2.3.1 Sức chịu tải của đất ở mũi cọc ……….27

2.3.2 Sức chịu tải do ma sát thành cọc 28

2.4 Sức chịu tải theo phương pháp hạ cọc ………29

2.4.1 Công thức Guercévanov ……… 29

2.4.2 Công thức Wellington ……… 30

2.5 Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ……….31

2.5.1 Theo TCXD 205-1998 ……….31

2.5.2 Theo công thức Nhật Bản ……….31

2.5.3 Theo công thức của Schmertmann ……… 31

2.6 Sức chịu tải theo kết quả xuyên tĩnh (CPT) ………32

2.6.1 Theo tiêu chuẩn TCXD 205-1998 (LCPC 1982) ……….32

2.6.2 Theo cách tính LCPC (1983- 1992) ……….34

2.6.3 Theo cách tính của De Ruiter và Beringgen ………34

2.7 Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm nén tĩnh ………35

2.7.1 Tổng quát ……….35

2.7.2Qui trình thí nghiệm ……… 35

2.7.3 Phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh ……… 36

2.7.4 Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh ……… 38

CHƯƠNG III ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TRÊN ĐỊA BÀN TP HỒ CHÍ MINH 3.1 Công trình cao ốc Giai Việt 258 Tạ Quang Bửu Quận 8 ………41

3.2 Công trình Khu căn hộ Hoàng Anh Gia Lai đường Trần Xuân Soạn, Quận 7 … 42

3.3 Công trình Khu chung cư Phú Hoàng Anh, Lô 9-2 đường Nguyễn Hữu Thọ ……44

3.4 Công trình Khu chung cư Phú Hoàng Anh, khu 12 đường Nguyễn Hữu Thọ ……45

3.5 Công trình Khu chung cư Phú Hoàng Anh, khu 9 đường Nguyễn Hữu Thọ …… 47

3.6 Công trình Khu căn hộ Phước Kiểng, Nhà Bè ………48

3.7 Nhận xét và phân tích tổng quát ……… 50

CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CHỊU TẢI VÀ CÁC YẾU TỐ CÓ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 4.1 Tổng hợp các kết quả ……… 51

4.2 Đánh giá và phân tích sức chịu tải giữa các phương pháp tính ……… 55

4.2.1 Đánh giá theo công trình ……….55

4.2.2 Phân tích đánh giá theo đường kính cọc ……… ……60

4.2.3 Đánh giá tổng hợp theo các phương pháp tính ……….… ….63

4.3 Đánh giá và phân tích các yếu tố có ảnh hưởng đến sức chịu tải ……… …64

4.4 Kết luận ……… ….…65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 68

MỞ ĐẦU

1.Giới thiệu:

Hiện nay trên địa bàn TP.HCM đang phát triển xây dựng các khu đô thị mới với các tòa nhà cao tầng để phục vụ nhu cầu phát triển của TP Để đáp ứng với yêu cầu đó thì cần có những nhà tư vấn thiết kế chuyên nghiệp, có chuyên môn vững, nắm rõ yêu cầu thiết kế tạo ra những bộ mặt kiến trúc có tính thẩm mỹ cao Ngoài tính thẩm mỹ của công trình thì nhà tư vấn cũng phải đảm bảo tính kinh tế tiết kiệm tối đa suất đầu tư cho công trình, những phần công trình thấy được thì có thể dễ dàng tính toán hợp lý hơn Nhưng những phần khuất như móng thì đó lại là vấn đề lớn, nếu không tính toán chính xác thì có thể gây ra những hư hỏng không đáng có (thiết kế sức chịu tải không đạt yêu cầu …); hay làm tăng chi phí đầu tư không đáng (thiết kế sức chịu tải quá an toàn, phần giá trị móng thường chiếm khoảng 30% giá trị khung thô cả công trình) Vì thế vấn đề nền thiết kế móng đang là vấn đề gây tranh cãi qua nhiều cuộc hội thảo, báo cáo chuyên đề…và các nhà thiết kế không thống nhất sử dụng một phương pháp tính toán nào

Ngoài yêu cầu khảo sát địa chất phải đảm bảo chính xác thì phương án chọn một phương pháp tính toán sức chịu tải là vô cùng quan trọng

Yêu cầu của đề tài là nhằm tìm ra một phương pháp tính toán thích hợp và chỉ ra những điều kiện cần quan tâm khi thiết kết sức chịu tải móng cọc trên những vùng địa chất khác nhau

2 Nội dung:

Phân tích và tính toán sức chịu tải của cọc trên địa bàn TP.HCM theo các phương pháp tính toán khác nhau Sau đó so sánh, đánh giá với kết quả thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường, từ đó kiến nghị phương pháp tính toán thích hợp nhất đối với điều kiện địa chất khu vực TP HCM

Ngoài ra, khi phân tích các phương pháp trên thì để tài phân tích một số yếu tố bất cập và không thích hợp của một vài phương pháp tính toán sức chịu tải trên điều kiện địa chất đang ứng dụng

3 Phương pháp nghiên cứu:

Trên cơ sở lý thuyết các phương pháp tính toán sức chịu tải móng cọc đang sử dụng hiện nay và các phương pháp khác thông qua các chỉ tiêu cơ lý trong phòng và ngoài hiện trường ứng dụng cho các công trình cụ thể

Và từ các kết quả thực nghiệm xác định sức chịu tải ngoài hiện trường tác giả phân tích đánh giá qua ba yếu tố chính là lý thuyết, thực tiển và địa chất

4 Giới hạn của đề tài luận văn:

Khu vực TP HCM có nhiều vùng địa chất khác nhau, đề tài tác giả nghiên cứu hạn chế cho khu vực đất yếu quận 7, quận 8 và vùng lân cận Mặt khác, do số liệu thu thập được trong quá trình thực hiện đề tài không có tính chất đa dạng các loại móng cọc, nên chỉ nghiên cứu ứng dụng hạn chế cho một loại móng cọc khoan nhồi Vì thế các kết luận chỉ là mang tính tham khảo cho các vùng đất khác và các loại cọc khác (như cọc BTCT đúc sẳn và đổ tại chổ), không mang tính phổ biến

Số liệu thu thập được có từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh thực tế tại hiện trường, vì thế kết quả có chính xác hay không còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan lẫn chủ quan như con người, thiết bị, cách vận hành …

Các báo cáo địa chất cũng là một yếu tố chủ quan hạn chế cho tác giả sử dụng để tính toán theo các phương pháp khác nhau, mà trong đó yêu cầu cao nhất là tính xác thực của các số liệu đầu vào

5 Cấu trúc của luận văn:

Luận văn có cấu trúc nội dung bao gồm các phần sau:

- Chương 4 Phân tích và đánh giá các phương pháp tính sức chịu tải và các yếu tố

có ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc

- Phần kết luận và kiến nghị

6 Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Nhằm phục vụ cho nhu cầu thực tiển của các nhà tư vấn thiết kế có phương án thiết kế tính toán sức chịu tải thích hợp nhất cho từng vùng địa chất nhất định và giúp

đỡ các nhà quản lý nắm được các nguyên tác kiểm soát các giai đoạn đầu tư Và cũng giúp được chủ đầu tư tiết giản tối đa các khoản mục đầu tư không cần thiết

Lý giải được nguyên nhân và yếu tố ảnh hưởng đến các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc trên từng vùng địa chất khác nhau

là sự kết hợp của lực ma sát dọc thành cọc và lực chống ở chân hay đế cọc Thành phần

ma sát có vẻ trội hơn đối với các cọc trong đất sét và bụi, và khi các hốc dài được tạo thành trong đá mềm Thành phần lực chống thích hợp với các cọc kết thúc ở các loại địa tầng như sỏi chặt, đất sét cứng hay đá

Khi các cọc ma sát được hạ xuống lớp đất sâu có độ chặt khá đều để truyền áp suất móng xuống các cao độ thấp hơn thì chúng cần đủ dài để tạo ưu thế hơn so với móng nông Trong các trường hợp này, cùng với một diện tích bề mặt cọc thì dùng một

số ít cọc dài sẽ hiệu quả hơn là dùng nhiều cọc nhắn

Các cọc hạ xuống tới một độ sâu quy định, đủ khả năng mang tải trọng thiết kế mà không gây ra các ứng suất vượt quá ứng suất cho phép của vật liệu làm cọc

1.1.2 Khái niệm về sức chịu tải cực hạn của cọc:

Sức chịu tải cực hạn của cọc được chia thành sức kháng bên và sức kháng mũi như sau:

Pu = Qr + Qp (1-1) Trong đó:

Qr – sức kháng bên của cọc được tính theo masát bên đơn vị cực hạn của cọc

và chu vi thân cọc

Qp – sức kháng mũi của cọc được tính theo sức kháng mũi đơn vị cực hạn của cọc và tiết diện ngang thân cọc

1.2 Tổng quan về cọc khoan nhồi:

1.2.1 Khái niệm:

Cọc khoan nhồi là cọc bê tông được đổ tại chỗ trong các lỗ tạo bằng phương pháp khoan hoặc ống thiết bị Thường cọc nhồi có đường kính D = 600-1500mm, sâu 35 - 60m (có thể lớn hơn)

Tên cọc khoan nhồi có nhiều loại, tên được gọi theo công nghệ tạo lỗ và đổ bê tông

Trong hơn mười năm qua, công nghệ cọc khoan nhồi đã được áp dụng mạnh mẽ trong xây dựng công trình ở nước ta

1.2.3 Ưu nhược điểm:

Cọc khoan nhồi là một giải pháp móng có nhiều ưu điểm Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất, người thiết kế có thể xác định được chiều sâu cọc sao cho sức chịu tải của đất nền tương đương với sức chịu tải do vật liệu làm cọc (Pvl≈ Pđn) Điều này với phương pháp cọc đóng, nén tĩnh hoặc ép neo không thực hiện được Đó là điều kiện đưa đến giải pháp nền móng hợp lý và kinh tế hơn

Đã từng có ý kiến cho rằng, trong điều kiện có thể thi công móng cọc khác thì nên thi công chứ đừng bao giờ cứ phải nghĩ đến phương pháp thi công cọc khoan nhồi vì thi công khoan nhồi chúng ta không thể kiểm soát được hết chất lượng Tuy nhiên, đối với các móng nhà cao tầng thì để có sức chịu tải lớn phải dùng cọc khoan nhồi, cọc barrette Vì đường kính lớn, không có mối nối nên thực tế có thể nó an toàn hơn cọc

ép, đặc biệt đối với trường hợp chịu tải ngang của động đất Ở rất nhiều nước phát triển

họ vẫn đã và đang sử dụng cọc khoan nhồi, như vậy điều đáng phải bàn là công nghệ thi công và kiểm soát chất lượng chứ không phải không nên nghĩ đến nó.

Công nghệ khoan nhồi cọc bê tông có các đặc tính ưu việt sau:

- Xây dựng nhà cao tầng tại các khu dân cư đông đúc, nhà xây chen, nhà xây liền

kề mặt phố, nhà biệt thự vì nó khắc phục được các sự cố lún nứt các nhà liền kề, lấy lại thăng bằng các nhà đã xây dựng bị nghiêng lún trong khi sử dụng, gia cố móng nhà bị yếu, có thể thi công tại các địa điểm chật hẹp hoặc trong ngõ ngách nhỏ

- Công nghệ này tạo ra một khối cọc bê tông đúc liền khối (không phải hàn nối như công nghệ đóng cọc khác), cho nên tăng khả năng chịu lực và độ bền co móng của các công trình công nghiệp, giao thông,

- Công nghệ này đảm bảo việc khoan nhồi cọc bê tông theo phương thẳng đứng, không bị xiên nghiêng như các phương pháp khác

- Chi phí: giảm được 20-30% chi phí cho xây dựng móng công trình

+ Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính lớn đã giải quyết các vấn

đề kỹ thuật móng sâu trong nền địa chất phức tạp, ở những nơi mà các loại cọc đóng bằng búa xung kích hay búa rung

+ Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính lớn đã tạo thế chủ động cho ngành xây dựng công trình giao thông, không những trong thi công các công trình cầu lớn mà cho cả công trình cầu cảng, cảng biển, cảng sông nhà cao tầng

+ Có tiết diện và độ sâu mũi cọc lớn hơn nhiều so với cọc chế sẵn do vậy sức chịu tải lớn hơn nhiều so với cọc chế tạo sẵn

+ Số lượng cọc trong một đài cọc ít, việc bố trí các đài cọc cùng các công trình ngầm trong công trình được dễ dàng hơn

+ Cọc khoan nhồi có thể được đặt vào những lớp đất rất cứng, thậm chí tới lớp đá mà cọc đóng không thể tới được

+ Sức chịu tải ngang của cọc khoan nhồi là rất lớn, việc thi công cọc nhồi có chấn dung nhỏ hơn nhiều so với cọc đóng, thi công cọc nhồi không gây hiện tược trồi đất ở xung quanh, không đẩy các cọc sắn có xung quanh sang ngang

+ Thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ

+ Thích hợp với các công trình lớn, tải trọng nặng, địa chất nền móng là đất hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp

1.2.4 Phân loại cọc khoan nhồi:

Theo cách tạo lỗ khi thi công:

Trên thế giới có rất nhiều công nghệ và các loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi khác nhau

- Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan guồng xoắn và hệ guồng xoắn (tạo cọc khoan nhồi, tường vây - Diaphragm wall)

- Tạo lỗ cọc bằng thiết bị khoan thùng đào (tạo cọc khoan nhồi)

- Tạo lỗ bằng thiết bị đào gầu dẹt cơ cấu thủy lực (tạo cọc barrette, tường vây

- Diaphragm wall)

- Tạo lỗ bằng máy khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hoàn

- Tạo lỗ bằng phương pháp xói nước bơm phản tuần hoàn

- Tạo lỗ cọc bằng cách đào thủ công

Ở Việt nam hiện nay chủ yếu là sử dụng 3 phương pháp khoan cọc nhồi với các loại thiết bị và quy trình khoan khác nhau như sau:

- Phương pháp khoan thổi rửa (còn gọi là phương pháp khoan phản tuần hoàn)

- Phương pháp khoan dùng ống vách

- Phương pháp khoan gầu trong dung dịch bentonite

Phân loại theo hình dạng cọc:

- Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (mini) Thường có đường kính từ 300–600 (mm), dùng trong các công trình nhà dân tự xây

- Cọc khoan nhồi đường kính tròn: thông dụng nhất hiện nay

- Cọc barrette: Tiết diện cọc nhồi là hình tròn còn barrette là chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H và được tạo lỗ bằng gầu ngoạm

Các loại cọc nhồi sử dụng hiện nay:

- Cọc khoan nhồi : là cọc mà lỗ cọc được thi công bằng phương pháp khoan khác nhau như khoan gầu, khoan rửa ngược

- Cọc khoan nhồi mở rộng đáy: là cọc khoan nhồi có đường kính đáy cọc được

mở rộng lớn hơn đường kính thân cọc Sức mang tải của cọc này sẽ tăng lên chừng 5÷10% do tăng sức mang tải dưới mũi

- Cọc barrette: là cọc nhồi nhưng có tiết diện không tròn với các tiết diện khác nhau như chữ nhật, chữ thập, chữ I, chữ H và được tạo lỗ bằng gầu ngoạm Sức mang tải của cọc này có thể tăng lên tới 30% do tăng sức mang tải bên

- Cọc khoan nhồi có xói rửa và bơm vữa xi măng gia cường đáy: là cọc khoan nhồi có áp dụng công nghệ rửa sạch đáy ( bằng cách xói áp lực cao) và bơm vữa xi măng gia cường đáy (cùng với áp lực cao) Đây là bước phát triển gần đây nhất trong công nghệ thi công cọc nhồi nhằm làm tăng đột biến sức mang tải của cọc nhồi (có thể tới 200 ÷ 300%), cho phép sử dụng tối đa độ bền của bê tông cọc

1.2.5 Yêu cầu cấu tạo của cọc khoan nhồi:

Nhà cao tầng có thể dùng loại cọc nhồi khoan lỗ, cọc nhồi đóng mũi tạo lỗ, cọc nhồi ống vách tạo lỗ và cọc nhồi đào lỗ Đường kính, độ dài, khoảng cách, cường

độ bê tông của cọc nhồi phải phù hợp với các yêu cầu sau đây:

- Đường kính và chiều dài của cọc nhồi thường phải phù hợp với yêu cầu của tải trọng công trình và điều kiện đất nền;

- Khoảng cách của cọc nhồi bố trí trong khoảng 2,5–3,5d;

- Cường độ bê tông thân cọc không thấp hơn C15

- Khi đổ bê tông dưới nước không thấp hơn C20

- Cấp cường độ bê tông khi dùng làm ống bê tông giữ thành và đào lỗ bằng nhân công, không được thấp hơn C15, khi tính khả năng chịu lực của cọc đơn, không

kể đến tác dụng của ống bê tông giữ thành, chỉ lấy đường kính trong D làm đường kính tính toán của cọc

- Đặt thép thân cọc nhồi bê tông phải xác định bằng tính toán và phải phù hợp với các yêu cầu sau đây:

+ Mật độ đặt thép trong cọc chịu nén dọc trục không nên nhỏ hơn (0,2 - 0,4)%, đường kính cốt thép dọc không nên nhỏ hơn 10mm, cốt thép dọc trong cọc chống phải đặt liền suốt chiều dài thân cọc và phải bố trí đều theo chu vi cọc

+ Cọc chịu tác dụng của lực ngang, nội lực thân cọc có thể tính theo phương pháp “m”, độ dài của cốt dọc là 4.0/a, khi độ dài cọc nhỏ hơn 4.0/a phải đặt suốt chiều dài cọc Trong đó a là hệ số biến dạng của thân cọc, suất đặt cốt thép dọc của cọc không nên nhỏ hơn (0,4 - 0,65)%

+ Cọc chống nhổ phải căn cứ vào tính toán để đặt cọc thép chịu kéo theo suốt chiều dài hoặc một phần chiều dài thân cọc, cốt thép dọc phải được bố trí đều theo chu vi cọc Đầu nối hàn của cốt thép dọc nhất thiết phải phù hợp với yêu cầu của đầu nối chịu kéo

+ Đường kính cốt đai có thể từ 6 -10mm, khoảng cách có thể 200 - 300mm, nên dùng loại cốt đai hàng xoáy ốc hoặc là vòng tròn Cọc chịu lực ngang thì cốt đai ở phần đầu cọc phải tăng dày thoả đáng Khi độ dài cốt dọc trên 4m thì cứ cách 2m nên đặt 1 đường cốt thép hàn tăng cường

+ Lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc phải có độ dày không nhỏ hơn 30mm, khi

đổ bê tông dưới nước thì lớp bê tông bảo vệ cốt thép không nhỏ hơn 50mm

1.3 Các nghiên cứu về sức chịu tải của móng cọc trong và ngoài nước:

Sức chịu tải của cọc trên bình diện quốc gia hay quốc tế đã được trình bày qua nhiều nghiên cứu của các tác giả là học viên cao học, nghiên cứu sinh, tiến sĩ trong những đề tài luận văn, luận án Ngoài ra còn có rất nhiều bài báo đăng trên các tạp chí chuyên ngành và các báo báo được trình bày trong các hội thảo chuyên đề trong nước của các Giáo sư, tiến sĩ, thạc sĩ và các kỹ sư chuyên viên khác Mục đích nhằm đánh

giá lại các phương pháp thiết kế sức chịu tải cực hạn hữu hiệu của móng cọc trên nền đất yếu ở Việt Nam, thế giới nói chung và các loại nền đất khác nói riêng

1.3.1 Luận văn thạc sỹ của Trần Chí Hồng:

Tác giả nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép chế tạo sẳn cho khu vực TP.HCM

Trong nội dung đề tài của tác giả, tác giả tiến hành kiểm tra tính toán lại các phương pháp sức chịu tải của cọc cho các công trình cụ thể có sử dụng cọc bê tông cốt thép chế tạo sẳn cho khu vực đất yếu TP.HCM và so sánh lại qua kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường để kiểm chứng lại nhằm tìm ra phương pháp tính toán thích hợp nhất

Các công trình mà tác giả ứng dụng trong thuộc khu vực Quận 2, Quận 4, Quận

7, Quận Bình Tân, Quận Bình Thạnh: cọc có chiều dài từ 21m – 35m; tiết diện 300x300

Các phương pháp tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc mà tác giả áp dụng là: -Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phương pháp thống kê)

- Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (theo c, φ)

- Theo kết quả xuyen tiêu chuẩn SPT (TCXD 205-1998)

- Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT (Nhật Bản)

- Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT (Schmertmenn)

- Theo kết quả xuyên tĩnh CPT (TCXD 205- 1998)

Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường: Phương pháp Davisson

Kết luận của tác giả là phượng pháp tính sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền và xuyên tiêu chuẩn SPT là phù hợp hơn cả

1.3.2 Luận văn thạc sỹ Hoàng Thanh Vân:

Tác giả phân tích và tính tóan khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi tại khu vực TP.HCM theo các phương pháp khác nhau và so sánh kết quả tính tóan trên với kết quả nén tĩnh tại hiện trường, từ đó kiến nghị phương pháp tính toán phù hợp nhất

Trong nội dung đề tài, tác giả có sử dụng phần mềm phương pháp phần tử hữu hạn tính toán bài toán địa kỹ thuật để nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức

chịu tải của cọc khoan nhồi trong điều kiện địa chất TP.HCM Và thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu vùng ảnh hưởng ma sát âm với cấp tải trọng và thời gian

Các công trình tác giả ứng dụng trong đề tài thuộc khu vực Quận 2 và Quận Bình Thạnh: Cọc có chiều dài từ 40,8m -60m ; đường kính cọc D1000- D1200

Các phương pháp tính toán sức chịu tải mà tác giả áp dụng:

- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (phương pháp thống kê)

- Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (theo c, φ)

- Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT (TCXD 205-1998)

- Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT (Nhật Bản)

Phương pháp thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường: TCXD 269-2002

Kết luận của tác giả đề nghị phương pháp có thể dùng cho thiết kế sức chịu tải cọc trên địa bàn TP.HCM là theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT (TCXD 205-1998)

1.3.3 Đề tài khoa học của nhóm tác giả TS Võ Phán, TS Trần Tuấn Anh và TS Lê Trọng Nghĩa (Đại học Bách Khoa TP HCM):

Bài viết này nhóm tác giả tính toán để so sánh sức chịu tải của cọc theo các phương pháp khác nhau và rút ra nhận xét chọn sức chịu tải của cọc đáng tin cậy để thiết kế các công trình

Nội dung bài viết nhóm tác giả tính sức chịu tải của cọc theo các phương pháp khác nhau cho điều kiện địa chất Khu công nghiệp Tân Tạo quận Bình Tân Cọc có chiều dài 24m, tiết diện 300x300

Các phương pháp tính toán sức chịu tải mà tác giả áp dụng:

- Theo chỉ tiêu cơ lý của đất (TCXD 205: 1998)

- Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (TCXD 205-1998)

- Theo kết quả xuyên tĩnh (CPT)- Meyerhof

- Theo kết quả xuyên tĩnh (CPT)- TCXD 205-1998

- Theo kết quả xuyên động (SPT)- Meyerhof

- Theo kết quả xuyên động (SPT)- TCXD 195-1997

Phương pháp thử tĩnh tải cọc tại hiện trường theo tiêu chuẩn 20TCN 88-82, xác định sức chịu tải chuẩn của cọc theo biểu đồ quan hệ giữa tải trọng P và độ lún S

Theo các phương pháp tính tóan và hiện trường thì các kết quả chênh lệch nhiều, chênh lệch so với kết quả thử nén tĩnh nhiều nhất là theo phương pháp Meyerhof

ở xuyên tĩnh và xuyên động Và kết quả phù hợp nhất là tính sức chịu tải cọc theo phương pháp chỉ tiêu cường độ đất nền và xuyên tĩnh theo TCXD 205-1998

1.3.4 Đề tài nghiên cứu khoa học của hai tác giả Tsay Shing-Liang (EverFortune Industrial Co Ltd) và TS Trịnh Việt Cường (Viện KHCN Xây dựng):

Đề tài nghiên cứu tính hiệu quả của xói rữa đáy và bơm vữa đối với sức chịu tải của cọc tại công trình EverFortune Plaza Hà Nội

Nội dung bài viết, tác giả tiến hành thi công và thí nghiệm nén tĩnh 2 cây cọc đường kính 1,2m đựơc xử lý bằng biện pháp xói và bơm vữa để làm cơ sở cho thiết kế nền móng

Hai cọc đuợc thi công đến độ sâu 41,8m và 45,4m với chiều dài nằm trong lớp cuội sỏi khoảng 7,3 ÷ 10,9m với chỉ số SPT trên 100 Chương trình thực hiện quan trắc bằng các đầu đo chuyên dùng thu được nhiều thông tin về sức chịu tải cọc: chuyển vị

và lực dọc trục tại đầu cọc và tại 3 độ sâu khác nhau (10m, 17m, 39m đối với cọc 41,8m; 10m, 17m, 5m đối với cọc 45,4m) Thí nghiệm chính xác tương đối chi tiết các thành phần sức chịu tải của cọc

Việc khoan kiểm tra mẫu bê tông cọc cho thấy ngay dưới mũi cọc tồn tại một lớp mùn khoan với thành phần chủ yếu là các hạt mịn đến hạt trung lẫn bentonite, bề dày tới 30cm Vì thế việc xử lý mũi cọc được tiến hành khi bê tông cọc đạt khoảng 50% cường độ thiết kế, công việc tiến hành như sau:

- Khoan 2 lỗ từ 2 ống đặt sẳn xuyên vào lớp đất dưới mũi cọc

- Xói bằng tia nước áp lực cao 250 ÷ 300 kg/cm2 (hình 1.1a)

- Thổi rữa đáy bằng cách bơm áp lực nước 50kg/cm2 qua lỗ khoan (hình 1.1b)

- Tiến hành bơm vữa với áp lực 50kg/cm2 (hình 1.1c) và giữ áp lực để vữa xâm nhập sâu vào lớp cuội sỏi dưới mũi cọc (hình 1.1d)

a) Khoan tạo lỗ, xói

Hình 1.1 Trình tự thực hiện xói và bơm vữa mũi cọc

Nén tĩnh cọc bằng phương pháp chất tải cho cấp tải trọng tới 2500T (cấp này chưa đạt tới sức chịu tải giới hạn Và kết quả quan trắc lực dọc trục cho thấy sức chịu tải dưới mũi cọc chiếm 40% sức chịu tải tổng cộng và ma sát bên được huy động gần hết khi tải trọng ở đầu cọc đạt 1500T

0 5 10 15 20 25 30 35

Chuyen vi coc 1.2m

Hình 1.2 So sánh cây cọc chuyển đổi với kết quả thí nghiệm 3 cây cọc

Ø1000 không xử lý mũi tại cùng hiện trường

Tác giả nhận xét so với cùng lọai cọc tại Hà Nội thì 2 cọc thí nghiệm có tải trọng cao gấp khoảng 1,7 lần và xấp xỉ cọc barrette 1,2x2,8m

Đánh giá cụ thể hơn, tác giả so sánh với thí nghiệm cọc cùng hiện trường với một số cọc Ø1000 dài, kết quả thí nghiệm cọc Ø1200 chuyển đổi sang cọc Ø1000 trên

cơ sở các giá trị ma sát bên và lực ở mũi cọc Trong trường hợp này cho thấy hiệu quả

của phương pháp xử lý mũi cọc là rất rõ (hình 2), thể hiện trên 2 khía cạnh: Độ lún của cọc giảm trong khi sức chịu tải giới hạn tăng cao Có thể thấy sau khi được xử lý sức chịu tải của cọc tăng gần 2 lần

1.3.5 Đề tài nghiên cứu khoa học của hai tác giả TS Trịnh Việt Cường, KS Trần Mạnh Dũng (Viện KHCN Xây dựng):

Đề tài nghiên cứu sự làm việc của cọc khoan nhồi tại công trình Ever Fortune Plaza Hà Nội

Thí nghiện hiện trường bằng phương pháp chất tải, cấp tải trọng thu được cao nhất là 2500T và tác giả so sánh với kết quả dự tính sức chịu tải của cọc theo các tiêu chuẩn hiện hành sau:

- Công thức tiêu chuẩn Liên Xô SniP II-17-77 (TCXD 205:1998)

- Công thức Meyerhoff (Phụ lục C, TCXD 205:1998)

- Theo chỉ số xuyên tiêu chuẩn TCXD 205:1998

- Chỉ số xuyên tiêu chuẩn TCXD 195:1997

- Công thức Gwizdala theo chỉ số xuyên tiêu chuẩn (TCXD 195:1997)

Sức chịu tải của cọc dự tính từ điều kiện đất nền được kiểm chứng bằng thí nghiệm nén tĩnh qua đó xác định được quan hệ tải trọng - độ lún tại đầu cọc Quan trắc lực dọc trục và chuyển vị ở một số độ sâu khác nhau trong quá trình thí nghiệm cho phép xác định quan hệ ma sát bên chuyển vị và sức chịu tải ở mũi cọc – chuyển vị Ngoài ra đề tài còn xác định được trị giới hạn sức chịu tải đơn vị dưới mũi cọc được xác định theo quan hệ:

p

s do i u u

A

f l Q

Ap – diện tích tiết diện mũi cọc;

1.3.6 Use of cone penetration test in pile design – Andras Mahler (Department of Geotechnics, Budapest University of Technology and Economics):

Tác giả đề xuất sự dụng dữ liệu thiết kế cọc mẫu

Sức chịu tải của mỗi cọc đơn thì được sử dụng tính theo các phương pháp sau:

- DIN 4014 (Germen Standard)

- Phương pháp Bustamante and Giasenelli 1982 (LCPC)

- Phương pháp EUROCODE 7-3 (EC 7-3)

- Phương pháp ERTC3 (De Cock, F Ledrand C, 1997)

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo tác giả xác định theo :

Fmax = Fmax,base + Fmax, shaft (1-3) Với : Fmax - sức chịu tải cực hạn của cọc

Fmax,base - sức chống mũi của cọc

Fmax, shaft - sức kháng bên của cọc

Theo tiêu chuẩn Đức (DIN 4014) đề nghị khác nhau cho đất cố kết và không cố kết Trong đất không cố kết thì có thể sử dụng số liệu bảng sau để tính giá trị sức chống mũi và bên :

Bảng 1.1 Giá trị tính toán sức chống mũi (DIN 4014 – Đất không cố kết)

Sức kháng mũi cone trung bình (qc)

[MPa]

Sức kháng mũi [MPa]

Bảng 1.2 Sức chống bên đơn vị tính toán (DIN 4014- Đất không cố kết)

Sức kháng mũi cone trung bình (qc)

[MPa]

Sức kháng bên [MPa]

Bảng 1.3 Sức chống mũi đơn vị tính toán (DIN 4014- Đất không cố kết)

Ứng suất cắt không thoát nước (cu)

[MPa]

Sức kháng mũi [MPa]

Tương tự trường hợp giá trị ứng suất cắt không cố kết trung bình cu được xác định giữa mũi cọc và độ sâu 3 lần đường kính cọc dưới mũi

Vì thế sức chống mũi và sức chống bên đơn vị được tính toán trên ứng suất cắt không thoát nước của đất cố kết Có một số phương pháp dự đoán trước cu trên cơ sở giá trị CPT, nhưng phương pháp dùng cho mục đích này có ảnh hưởng lớn đến sức chịu tải cọc Vì thế mục đích cuối cùng sức chịu tải cọc có thể khác nhau với các phương pháp khác dự đoán ứng suất cắt không thoát nước

Bảng 1.4 Sức chống bên đơn vị tính toán (DIN 4014- Đất không cố kết)

Ứng suất cắt không thoát nước (cu) [MPa] Sức kháng bên [MPa]

Phương pháp Bustamante and Giasenelli (1982), trong cách tính sức chịu tải mũi

và bên tính trực tiếp từ sức kháng cone (qc) theo công thức sau :

Pmax, base = kc.qc, avg (1-4)

Pmax, shaft =

α

z c

q ,

(1-5) Với :

qc, avg – giá trị trung bình của qc,z giữa chiều sâu dưới 1.5D và trên 1.5D mũi cọc

qc,z – giá trị qc tại độ sâu z

kc, α - hệ số phụ thuộc vào loại cọc, loại đất và số đo sức chống mũi cone qc

q q

q

, , ,

, ,

qc,I,mean = ⋅ ∫crit

d

I c crit

dz q

1

crit

d II c crit

dz q

d (1-9)

qc,III,mean là giá trị trung bình của trị qc,III suốt một khoảng độ sâu từ mũi cọc đến cao

độ 8 lần đường kính mũi cọc Trình tự này bắt đầu với trị thấp nhất pc,II dùng cho tính toán qc,,mean)

qc,III,mean = ⋅−∫D c III

crit

dz q d

8 0 ,

1

(1-10)

qc,z – là qc tại độ sâu z

αp – hệ số ống chống

αS – hệ số ống chống và tình trạng của đất (Bảng 1.6)

Phương pháp ERTC3

Phương pháp này là quá trình thường để tính toán giá trị sức chống mũi như phưong pháp EC 7-3, nhưng sức chống bên quyết định thì được thay đổi Có thể được tính với các quá trình tương tự, nhưng trị số αs thì khác (Bảng 1.7)

Phương pháp dự báo tin cậy

Theo biểu đồ kết quả của dự báo sức chịu tải cọc được trình bày Trong mỗi biểu

đồ dự báo giá trị sức chịu tải cọc theo kết quả đường cong biểu diễn thí nghiệm tải Hình 1.5 biểu diễn kết quả phương pháp DIN 4014 Là phương pháp tính trực tiếp pha đất cố kết sớm nhất, vì thế phương pháp này dự báo sức chống cắt không thoát nước

Hình 1.8 Phương pháp ERTC 3

Kết luận của bài báo về bốn phương pháp sức chịu tải cọc có giá trị sử dụng dữ liệu CPT cho 13 biểu dồ thí nghiệm sức chịu tải dọc trục Những cọc thí nghiệm là cọc CFA với nhiều dạng khác nhau và trạng thái đất khác nhau Phương pháp DIN 4014, LCPC, EUROCODE 7-3 và ERTC được sử dụng cho cọc chịu tải trước

Mặc dù số thí nghiệm thực hiện không đủ để phân tích thống kê, nhưng cũng cho được kết quả thí nghiệm được tổng hợp theo bảng (Bảng 1.8)

Đối với trường hợp mức chênh lệch của phương pháp EUROCODE 7-3 và có giá trị ước lượng trung bình cao hơn các phương pháp khác Tuy nhiên sự khác nhau đó gây ra do sức chịu tải cọc của vài cọc quá cao Không có kết quả của phương pháp EUROCODE 7-3 cho kết quả sức chịu tải tương tư xác thực

Bảng 1.8 Biểu kết quả thí nghiệm thực hiện

Điều cần chú ý là sức chịu tải cọc cần phải được đánh giá xác thực Để quyết định điều đó, yếu tố trạng thái đất khác nhau cũng gây ra sự khác biệt hoặc bởi yêu cầu khác nhau trong quá trình nghiên cứu Tuy nhiên nó cũng chỉ ra những phương pháp đại

diện để ứng dụng hữu ích trong thiết kế địa kỹ thuật

1.4 Những vấn đề tồn tại:

Các luận văn, đề tài khoa học hay các bài báo khoa học nghiên cứu về sức chịu tải của cọc chỉ đưa ra vấn đề ứng dụng cho 1 công thức cụ thể ở một khu vực riêng biệt, chưa phân tích được các yếu tố có liên quan đến sức chịu tải của cọc như tiết diện cọc, chiều dài cọc và đặt biệt là điều kiện địa chất là những yếu tố có những ảnh hưởng nhất định đến các phương pháp tính sức chịu tải của cọc

Vì thế nghiên cứu của đề tài này ngoài việc so sánh các phương pháp tính sức chịu tải cụ thể các công trình với sức chịu tải theo phương pháp nén tĩnh, mặt khác sẽ đánh giá đến các yếu tố có liên quan đến độ tin cậy của các phương pháp tính sức chịu tải

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI DỌC TRỤC VÀ ỨNG

DỤNG TRONG PHÂN TÍCH NỀN MÓNG

2 1 Tổng quát về tính toán sức chịu tải dọc trục của cọc:

Thiết kế móng cọc đòi hỏi các kiến thức chuyên ngành và sự hiểu biết về các điều

kiện địa chất, phản ứng của địa chất khu vực đối với các loại cọc khác nhau và các hiệu

ứng gây ra bởi tải trọng tác dụng

Khi quyết định sử dụng một loại móng cọc, cần xem xét so sánh chi phí của các

thiết kế móng thích hợp khác nhau để lựa chọn

Loại cọc sẽ được xác định qua các điều kiện địa chất, tác động của phương pháp

hạ cọc lên các kết cấu lân cận và bằng so sánh chi phí nếu có nhiều loại cọc thích hợp

trong một điều kiện cụ thể

Sức chịu tải cực hạn của cọc được chia thành sức kháng bên và mũi như sau:

Qu=Qf+Qp (2-1) Sức kháng bên:

Ac- tiết diện ngang mũi cọc

2.2 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất (TCXD 195: 1997):

Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc là:

Q = m (m q A + u.Σm.f l) (2-4)

Trong đó:

m - hệ số điều kiện làm việc

mR- hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc

qp - cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc (T/m2)

- Trường hợp là đất cát thì qp lấy theo bảng 2.1

- Trường hợp đất sét thì:

qp = 0,75.β.(γ’I.dp.Aok + α.γI.L.Bok) (2-5) Trong đó:

β, Aok, α, Bok – hệ số không thứ nguyên lấy theo bảng 2.3

γ’i – trọng lượng thể tích đất ở trên mũi cọc, T/m3

γi – trung bình trọng lượng thể tích theo các lớp đất trên mũi cọc

Bảng 2.3 Các hệ số Aok, Bok, α, β

Các hệ số Aok, Bok, α, β Các hệ số Aok

230 250 270 290 310 330 350 370 390

Aok

Bok

9,5 18,6

12,6 24,8

17,3 32,8

24,4 45,5

34,6

64

48,6 87,6

0,79 0,76 0,70 0,65 0,64 0,58 0,55 0,53 0,51 0,49

0,80 0,77 0,70 0,67 0,63 0,61 0,58 0,57 0,55 0,54

0,82 0,79 0,74 0,70 0,67 0,65 0,62 0,61 0,60 0,59

0,84 0,81 0,76 0,73 0,70 0,68 0,66 0,65 0,64 0,63

0,85 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,67 0,67

0,85 0,83 0,80 0,77 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,70

0,86 0,84 0,82 0,79 0,70 0,76 0,75 0,75 0,74 0,74

0,87 0,85 0,84 0,81 0,80 0,79 0,78 0,78 0,77 0,77

0,31 0,24

0,29 0,23

0,27 0,22

0,26 0,21

0,25 0,20

0,24 0,19

0,23 0,18

0,23 0,17 Đất sét qp được chọn theo bảng 2.4

qp (T/m²) ứng với độ sệt B Chiều

18 210 190 170 150 130 115 95

2.3 Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền:

Sức chịu tải cực hạn tính theo công thức:

Qu = Qs + Qp

= As.fsi + Ap.qp (2-6) Trong đó:

As – diện tích mặt bên cọc tiếp xúc với đất

fsi – ma sát đơn vị giữa mặt bên cọc và đất, T/m2

Ap – diện tích mũi cọc

qp – cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, T/m2

2.3.1 Sức chịu tải của đất ở mũi cọc:

- Phương pháp Terzaghi:

+ Đối với cọc tròn bán kính Rp:

Qp = π.R2p.(1,3.c Nc + γ.Df Nq + 0,6.γ.Rp Nγ) (2-7) + Đối với cọc vuông cạnh D:

Qp = D2.(1,3.c Nc + γ.Df Nq + 0,4.γ.D Nγ) (2-8) Trong đó, các hệ số Nc, Nq, Nγ phụ thuộc vào góc ma sát φ của đất

- Sức kháng mũi qp trong đất dính:

qp = 6.Su (2-9)

Trong đó:

Su – lực dính không thóat nước của đất dưới mũi cọc

- Sức kháng mũi qp trong đất rời (Thurman):

qp= αi N’q σ’v (2-10) Trong đó:

αi – hệ số tra theo biểu đồ quan hệ D/b – φ theo FHWA, 1998

- Phương pháp Meyerhof:

Qp = Ap.qp = Ap(c N’c + q’.N’q) (2-11) Trong đó:

N’c, N’q – hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất

- Phương pháp Vesic:

Qp = Ap.qp

= Ap.(c N*c + [(1+2.ko)/3].q’.N’σ) (2-12)

- Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (TCXD 205-1998):

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp tính theo công thức:

qp = c Nc + σ’vp.Nq + γ.dp.Nγ) (2-13) Trong đó:

c – lực dính của đất ở mũi cọc, T/m²

σ’vp – ứng suất hữu hiệu do tải trọng bản thân gây ra ở mũi cọc, t/m2

γ – dung trọng của đất ở mũi, T/m³

φi – góc ma sát của đất

σ’v - ứng suất bản thân của lớp đất đang xét, T/m2

ci – lực dính của đất, T/m2

- Phương pháp α theo Tomlinson:

Đối với đất dính bão hòa nước thì sức kháng bên đơn vị cực hạn không thoát nước của cọc tính như sau:

fs = α.Su (2-15) Trong đó:

Su – cường độ kháng cắt trung bình không thoát nước, MPa

- Phương pháp β trong đất rời:

Theo Burland năm 1973 thì sức kháng bên của cọc trong đất rời:

fs = Ks.σ’v.tgφi (2-16)

mà β = Ks.tgφi

fs = β.σ’v (2-17) Trong đó:

β – phụ thuộc vào hệ số OCR, β= 0,25 – 0,4

Bhushan (1982) xác định β như sau:

β = 0,18 + 0,0065.Dr (2-18) Trong đó, Dr là độ chặt tương đối

2.4 Sức chịu tải theo phương pháp hạ cọc:

++

+

=

)

)(

.412

1

cd c n

cd c n

f P

P u

W W W

W W e W e A n

E M

A n

++

+

+

)(

)2(

)(812

W W c e

W c e E c

e

c e

W A

n A

n

c S

h

P

−+

W – trọng lượng chùy của búa đóng

H – chiều cao rơi của búa

ef – độ chối của búa

c – hằng số thất thoát năng lượng, búa rơi c=2,54cm;

búa hơi và búa diesel c=2,54mm

E – năng lượng búa

k – hệ số năng lượng búa

2.5 Sức chịu tải cọc theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT:

2.5.1 Theo TCXD 205-1998:

Sức chịu tải cực hạn của cọc, theo kết quả thí nghiệm SPT như sau:

Qu = qp.Ap + fs.As (2-23) Trong đó:

qp (kPa) = 400N cho cọc đóng

qp(kPa) = 120N cho cọc nhồi

Với N là chỉ số SPT trung bình của đất trong khỏang 1D dưới mũi cọc

Na – chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc

Ns – chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc

Ls – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát

Lc – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét

α – hệ số phụ thuộc vào phương pháp hạ cọc

+ Cọc khoan nhồi α =15

+ Cọc đóng α = 30

2.5.3 Theo công thức của Schmertmann:

Sức kháng bên, theo cách tính của Schmertmann thể hiện trong bảng dưới dây:

3 Cát 1,82N

4 Đá vôi mềm; cát lẫn nhiều vỏ sò, hến 0,96N

Giá trị qp được tính toán dựa trên bảng dưới đây:

Và sức chịu tải cho phép là: [Q] = Qhd/2

2.6 Sức chịu tải theo kết quả xuyên tĩnh (CPT):

2.6.1 Theo tiêu chuẩn TCXD 205-1998 (LCPC 1982):

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205-1998 được thiết lập trên cơ sở sức chống xuyên đầu mũi qc

Sức chống cực hạn ở mũi cọc được xác định:

Qp = Ap.qp (2-26) Giá trị qp xác định theo:

qp = Kc.qc

Trong đó:

Kc – hệ số mang tải, theo bảng 2.6

qc – sức chống xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía trên và 3d phía dưới mũi cọc