Nghiên cứu các phương pháp tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi cho khu vực thành phố hồ chí minh

- Cĩ rất ít các đề tài nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan nhồi cho khu vực Tp Hồ Chí Minh - Nền đất tại một số quận tại Tp Hồ Chí Minh là rất yếu, trong khi đĩ do nhu cầu sử dụng nền đất

*********************

HOÀNG THANH VÂN

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2007

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS PHẠM VĂN LONG

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 16 tháng 01 năm 2008

- -

Tp Hồ Chí Minh, Ngày 16 tháng 12 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : HOÀNG THANH VÂN Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 21/10/1979 Nơi sinh : Hải Dương Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV : 00906230

Phân tích các phương pháp tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi cho khu vực

TP Hồ Chí Minh.Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm tới cọc khoan nhồi cho khu vực đất yếu TP Hồ Chí Minh

2- NỘI DUNG:

Chương 1: Mở đầu

Chương 2: Tổng quan về điều kiện địa chất công trình và ứng dụng cọc

khoan nhồi cho khu vực Tp Hồ Chí Minh

Chương 3: Tổng quan về các phương pháp tính sức chịu tải của cọc khoan

nhồi và ảnh hưởng của ma sát âm tới sức chịu tải của cọc

Chương 4: Phân tích các phương pháp chịu tải của cọc khoan nhồi cho khu

vực Tp Hồ Chí Minh

Chương 5: Nghiên cứu ma sát âm tác dụng tới cọc khoan nhồi theo thời

gian cố kết của nền cho khu vực Tp Hồ Chí Minh

Chương 6: Kết Luận và Kiến nghị

III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày tháng 07 năm 2007

IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 16 tháng 12 năm 2007

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM VĂN LONG

QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Hơn nữa, việc san lấp nền để đáp ứng yêu cầu về sử dụng tại các khu vực đất yếu sẽ gây ra ma sát âm đáng kể cho cọc khoan nhồi

Do đó, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu các phương pháp tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh” để phân tích các vấn đề sau:

1 Phân tích các phương pháp tính sức chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi cho các khu vực tại Tp Hồ Chí Minh, tính toán cụ thể một số công trình Từ đó, tác giả lựa chọn phương pháp tính có kết quả ổn định so với kết quả nén tĩnh tại hiện trường

2 Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis Version 8.2) để nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc khoan nhồi trong điều kiện địa chất ở Tp Hồ Chí Minh Từ những kết quả phân tích, tác giả thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu vùng ảnh hưởng của ma sát âm cho các trường hợp lớp sét yếu có chiều dày khác nhau, chịu tác động của các cấp tải trọng tức thời Tiếp đó tác giả tiến hành nghiên cứu chiều sâu vùng ảnh hưởng của ma sát âm theo thời gian cố kết của đất nền cho các lớp sét yếu có chiều dày khác nhau và thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu vùng ảnh hưởng của ma sát âm theo thời gian

Name of thesis: “Researching the methods of calculating for capacity of load of bored-pile in Ho Chi Minh City”

Nowadays, caculating ultimate capacity in load of bored-pile in Ho Chi Minh City by different methods will give results that are very different to result of standard test method for pile under axial compressive load at construction sites Hence, It is very necessary to choose the method that give result approximate to result of standard test method for pile under axial compressive load

In addition, in soft soil areas, loads of sand fill will create negative skin friction and decrease capacity in load of bored-pile

Hence, the thesis: “Researching the methods of calculating for capacity of load of bored-pile in Ho Chi Minh City” have been choosen to analyse problems:

1 Analysing methods of caculating ultimate capacity of load of bored-pile

in Ho Chi Minh City Then, the author will choose the method that give result approximate to result of standard test method for pile under axial compressive load

2 Using the Finite Element Method (Plaxis Version 8.2 software) to research the effect of negative skin friction on capacity of load of bored-pile in Ho Chi Minh City From analysed results, author will establish relationship between depth of negative skin friction and depth of soft clay that having different depth caused by immediated different load; then researching the depth of negative skin friction depends on consolidation time for subsoil that having different depth; establishing relationship between depth of negative skin friction and time

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Sự cần thiết của đề tài……… 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn……… 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu……… 3

1.4 Cấu trúc luận văn……… 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẨT CÔNG TRÌNH VÀ ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI CHO KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH 2.1 Tổng quan về điều kiện địa chất công trình khu vực Tp Hồ Chí Minh……… 4

2.2 Ứng dụng cọc khoan nhồi ở Tp Hồ Chí Minh……… 8

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM TỚI SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 3.1 Các phương pháp tính khả năng chịu tải của cọc……… 10

3.1.1 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền……… 10

3.1.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền……… 12

3.1.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT…… 17

3.1.4 Tính sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường……… 18

3.2 Tính ma sát âm……… 21

3.2.1 Tổng quan về ma sát âm……… 21

3.2.2 Cách tính ma sát âm……… 27

KHOAN NHỒI CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

trưng địa chất khu vực Tp Hồ Chí Minh ……… 57

CHƯƠNG 6

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

6.2 Kiến nghị 99 Tài liệu tham khảo……… 100

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1.1 Sự Cần Thiết Của Đề Tài

Hiện nay tại một số khu vực ở Thành phố Hồ Chí Minh rất nhiều nhà chung cư xuất hiện hiện tượng lún, lún lệch, điển hình là một số khu vực như đường Đinh

Bộ Lĩnh quận Bình Thạnh, Phường Tân Thới Hiệp quận 12 và một số khu vực khác.Kéo theo nó là sự không an tâm cho người dân đang sử dụng các công trình này,một số công trình của cá nhân có điều kiện hoặc của nhà nước đã phải tiến hành các biện pháp gia cố móng chi phí khá tốn kém mất nhiều thời gian cho việc khắc phục hiện tượng trên Qua tìm hiểu xác định được một số đặc điểm cơ bản:

- Móng được sử dụng cho công trình là móng nông móng băng và móng đơn,có hoặc không dùng cừ tràm dưới móng

- Lớp đất dưới đáy móng là sét mềm φ khoảng 50 dày từ 3 đến trên 20m tùy từng khu vực

Do vậy một vấn đề đặt ra móng nông sẽ không đảm bảo độ tin cậy cho công trình có kết cấu bê tông cốt thép, hoặc công trình có kết cấu thép trong quá trình

sử dụng nếu đặt tại các khu vực có nền đất yếu như ở các quận 4, 7, Nhà Bè,12, Bình Thạnh và một số khu vực khác Việc lựa chọn móng cọc là phương án được nghĩ đến đầu tiên của các kỹ sư thiết kế.Thực tế việc sử dụng móng cọc làm móng cho các công trình đã được ứng dụng qua rất nhiều thế kỷ

Cọc được sử dụng hiện nay gồm rất nhiều loại được phân loại theo vật liệu, theo chiều dài, theo kích thước mặt cắt ngang, theo phương pháp chế tạo cọc, theo mục đích thiết kế…Đối với các công trình lớn việc dùng các loại cọc đường kính nhỏ, cọc đóng,ép…không giải quyết triệt để vấn đề về sức chịu tải,lún thì phương án được nghĩ ngay sau đó là cọc khoan nhồi hoặc cọc Baret Trong các phương pháp lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc hiện có cho ta kết quả rất khác nhau Với khu vực Tp.Hồ Chí Minh đã có một số đề tài tiến hành nghiên

cứu sức chịu tải của cọc đơn như: “Đề tài đã tiến hành nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn” tính toán với

các phương pháp tính tốn sức chịu tải của TCXD 205 – 1998 Sau đĩ so sánh với kết quả nén tĩnh tại hiện trường sau đưa ra các kiến nghị hiệu chỉnh kết quả tính theo lý thuyết [2] “Nghiên cứu giải pháp mĩng sâu cho khu vực Quận 2

Thành phố Hồ Chí Minh” Trong luận văn đĩ tác giả đã nghiên cứu tính tốn

sức chịu tải của cọc ống dự ứng lực, sau đĩ sử dụng phần mềm plaxis mơ tả các quá trình biến dạng của cọc với các cấp áp lực khi nén tĩnh dụng mơ hình Mohr Culomb [1]

- Cọc khoan nhồi đã xuất hiện đầu tiên vào năm 1899 do Kỹ sư người Nga đề xướng nĩ tồn tại và phát triển trong một thời gian dài, tuy nhiên cho tới nay vẫn cịn nhiều vấn đề đang cần được nghiên cứu trong đĩ cĩ vấn đề tính tốn sức chịu tải và ảnh hưởng của ma sát âm tới cọc

- Cĩ rất ít các đề tài nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan nhồi cho khu vực Tp

Hồ Chí Minh

- Nền đất tại một số quận tại Tp Hồ Chí Minh là rất yếu, trong khi đĩ do nhu cầu sử dụng nền đất được đắp nên cao ,độ cố kết của nền đất yếu xảy ra trong quá trình sử dụng sẽ gây ra ma sát âm ảnh hưởng tới sức chịu tải của cọc

Xuất phát từ những yếu tố trên tác giả tiếp tục nghiên cứu các vấn đề cịn tồn tại trong vấn đề tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi Vấn đề ma sát âm tác dụng lên cọc khoan nhồi trong quá trình cố kết cũng được nghiên cứu phân tích cụ thể cho đặc điểm nền đất yếu ở Tp Hồ Chí Minh

1.2 Mục Tiêu Và Nhiệm Vụ Nghiên Cứu Của Luận Văn

(1) – Phân tích và tính toán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi ( tại khu vực Tp Hồ Chí Minh ) theo các phương pháp nêu trong TCXDVN 205 –

1998 và một số công thức khác So sánh kết quả tính toán với kết quả nén tĩnh tại hiện trường, từ đó kiến nghị phương pháp tính toán phù hợp với điều kiện địa chất khu vực Tp Hồ Chí Minh

(2) – Nghiên cứu ma sát âm tác dụng lên cọc khoan nhồi theo quá trình cố kết của nền đất yếu bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm

Plaxis – Version 8.2.Từ đó kiến nghị việc lựa chọn thông số phục vụ tính toán ma sát âm ( chiều dài phát triển của ma sát âm theo thời gian cố kết ) của cọc khoan nhồi ở khu vực Tp Hồ Chí Minh

1.3 Phương Pháp Nghiên Cứu Được Lựa Chọn

- Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu cơ sở lý thuyết các phương pháp tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc thông qua các chỉ tiêu trạng thái và cường độ của đất nền, các kết quả thí nghiệm tính chất của đất nền tại hiện trường, dùng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) ứng dụng phần mềm Plaxis để nghiên cứu ma sát âm

- Nghiên cứu thực nghiệm: Trên cơ sở phân tích số liệu và kết quả thực nghiệm có được so sánh với cơ sở lý thuyết đã được phân tích

1.4 Cấu Trúc Của Luận Văn

- Nội dung chính của luận văn gồm 06 chương chính, phần phụ lục

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẨT CƠNG TRÌNH VÀ ỨNG DỤNG CỌC KHOAN NHỒI CHO KHU VỰC THÀNH PHỐ

- Tầng cấu trúc Pleitocen gồm những trầm tích sét, cát, sỏi cửa sông và ven biển với chiều dày tương đối lớn và thay đổi khá rõ rệt tuỳ theo khối cấu trúc

- Tầng cấu trúc Pleitocen gồm các sản vật thô như cuội, sỏi, cát có nguồn gốc sông ven biển, có vết tích của sườn tích

- Tầng cấu trúc Hôlôxen gồm phụ tầng cấu trúc Hôlôxen hạ – trung hình thành bởi các trầm tích ven biển, cửa sông hạt vừa đến nhỏ mịn, chứa nhiều xác thực vật và động vật biển, có cấu trúc trũng chậu, phụ tầng cấu trúc Halôxen thựng gồm các trầm tích biển, đầm lầy cửa sông, hạt vừa và mịn, nhiều xác động và thực vật biển

2.1.2 Sự Phân Bố Các Loại Đất ở Tp Hồ Chí Minh

- Lịch sử phát triển các cấu trúc địa tầng khu vực và quá trình hình thành cấu trúc địa mạo khu vực, cộng vào đó các yếu tố khí hậu- địa lí, đặc điểm địa chất thuỷ văn, quá tr2nh hình thành các tính chất cơ lí của đất nền, quy luật phát sinh và phát triển các hiện tượng động lực địa chất công trình khu vực TPHCM

nói riêng, khu vực lân cận và một số tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung không đồng nhất và thể hiện qui luật không rõ ràng

*Địa Chất TPHCM được chia thành 3 vùng chính :

- Vùng A phân bố rất ít ở khu vực Thủ Đức và duyên hải: gồm các loại đá tuổi từ J3 – K1 được cấu tạo bởi các loại đá cứng hoặc nửa cứng , do đó cường độ chịu lực có thể lên tới hàng chục kg/cm2 Tuy nhiên địa hình núi thấp thuộc kiểu địa mạo xâm thực bào trụi, độ dốc địa hình từ 100 – 200 có nơi lên tới 400 nên không thuận lợi cho việc xây dựng

- Vùng B: gồm các huyện Thủ Đức, Củ Chi, Hóc Môn: gồm các loại sét, sét pha cát, cát Vùng này địa mạo bào mòn tích tụ dưới các trầm tích Pleitocen tạo nên bề mặt chia làm nhiều tiểu vùng

+ Tiểu vùng B -I: gồm có Thủ Đức, Củ Chi:

Thường gặp các lọai đất sét, sét pha cát, cát pha sét, cát có chiều dài từ 0 – 10m phủ lên lớp đất laterit ở các dạng khác nhau, mực nước ngầm thay đổi tùy theo địa hình từ 1-10m, lượng nước phong phú, có hiện tượng rửa trôi bề mặt, lún ướt cát chảy Cao độ địa hình từ 10-30m, địa hình gợn sóng Địa chất công trình tương đối thuận lợi cho việc xây dựng công trình

+ Tiểu vùng B - II: gồm 1 số huyện nội thành, Thủ Đức, Củ Chi

Thường gặp các lọai sét pha cát, cát pha sét, sét, có chiều dày thay đổi từ 3-6m phủ lên lớp đất laterit dạng kết ion hoặc loang lỗ, đều là trầm tích cổ Pleitocen, mực nước ngầm phổ biến từ 2-5m và thay đổi tuỳ theo cao độ địa hình Lượng nước phong phú, có thể gặp hiện tượng lún ướt và xói mòn làm biến dạng công trình Cao độ địa hình từ 3-10m, địa hình bằng phẳng Địa chất công trình tương đối thuận lợi cho việc xây dựng công trình

- Vùng C: các quận huyện có đất yếu thường gặp các loại đất sét nhão, bùn sét, bùn sét pha cát Vùng này địa chất tích tụ với các trầm tích tuổi holoxen nhiều nguồn gốc khác nhau và bề mặt địa tầng cũng chia làm nhiều tiểu khu

+ Tiểu vùng C-I: Quận Bình Thạnh, Bình Triệu :

Thường gặp các loại đất sét nhão, bùn sét, bùn á sét, có chiều dày thay đổi từ 5-15m hoặc hơn, phủ lên lớp cát mịn đến trung, mực nước ngầm thường nhỏ hơn 1m Địa mạo thềm sông thấp và bằng phẳng, có nơi trũng ngập, nhiều sông rạch, ăn mòn mạnh, ở đây có hiện tượng lầy hoá cục bộ, có 1 số công trình xây dựng bị biến dạng, nứt nẻ, nghiêng lệch Địa chất công trình không thuận lợi cho việc xây dựng

+ Tiểu vùng C-II: huyện Nhà Bè, quận 8, quận 4 :

Thường gặp các loại đất sét nhão, bùn sét, bùn á sét, bùn á cát, có chiều dày thay đổi từ 10-30m phủ lên lớp cát mịn đến trung, mực nước ngầm ngang mặt đất, nhiều nơi ngập nước, ảnh hưởng thủy triều rõ rệt Địa mạo bãi bồi bờ sông, nhiều diện tích trũng ngập, nhiều sông rạch, có 1 số công trình xây dựng bị biến dạng nứt nẻ Vì vậy, địa chất công trình cũng không thuận lợi cho việc xây dựng công trình

+ Tiểu vùng C-III: huyện Bình Chánh, quận 6 :

Thường gặp các loại đất sét, sét pha cát, cát pha sét, bùn sét ở trạng thái nhão, lớp đất yếu có bề dày thay đổi từ 10-30m, có nơi thành lớp liên tục, có nơi xen kẹp lớp sét pha cát hoặc cát tạo thành 1 lớp thấu kính Mực nước ngầm từ 1-5m, nước bị nhiễm phèn và chịu ảnh hưởng của nước mặn Địa mạo đồng bằng thấp, địa hình bằng phẳng nhiều sông rạch Địa chất công trình không thuận lợi cho việc xây dựng

+ Tiểu vùng C-IV : nông trường Lê Anh Xuân, nông trường An Hạ :

Thường gặp các loại đất sét, sét pha cát trạng thái dẻo mềm và dẻo nhão, tạo thành 1 lớp dày trên 50m, mực nước ngầm từ 0-0.5m, có hiện tượng lầy hóa và hiện tượng xúc biến Địa mạo hồ đầm lầy, địa hình trũng, nhiều sông rạch Điều kiện địa chất công trình không thuận lợi cho việc xây dựng công trình + Tiểu vùng C-V : huyện duyên hải :

Thường gặp các loại sét dẻo nhão, sét nhão, bùn sét, bùn sét pha cát có chiều dày trên 20m, mực nước ngầm ngang mặt đất Địa mạo đồng bằng thấp ven biển, trũng ngập, sông rạch phát triển, ảnh hưởng lớn của thủy triều, có hiện tượng xâm thực bờ sông, cát chảy, xúc biến, không thuận lợi cho việc xây dựng + Tiểu vùng C-V’: ven bờ biển duyên hải :

Thường gặp các loại đất sét nhão, bùn sét, bùn sét pha cát, bùn cát pha sét có chiều dày thay đổi từ 5-7m Mực nước ngầm hình thành từ nước mưa có khả năng ăn mòn vật liệu Các loại đất này chỉ phân bố trên 1 diện tích có hạn ở ven bờ biển Ở đây hình thành dạng địa mạo thềm tích tụ ven biển, địa hình tương đối bằng phẳng nhưng hẹp Phổ biến hiện tượng lầy hóa, đặc biệt là hiện tượng phá lở bờ biển đang diễn ra với cường độ cao Địa chất công trình không thuận lợi cho việc xây dựng

- Theo kết quả thăm dò địa chất thì tại TPHCM có thể chia thành 2 khu vực đất tương đối yếu :

- Khu vực đất yếu : gồm các khu vực quận 7, quận 4, quận 8, quận 6, một phần quận 5, một phần quận Bình Thạnh, một phần Hóc Môn, một phần quận 2 Những nơi này từ trên mặt đất đã gặp lớp bùn yếu phân bố đến độ sâu 20-30m, sau đó đến lớp dẻo mềm và dẻo cứng có trị số SPT tăng từ 5-7 đến 30-35

- Khu vực tương đối yếu : loại địa tầng thường phân bố ở phần lớn quận 1, quận 3, một phần quận 5, quận Tân Bình, quận Gò Vấp, phần lớn quận Phú Nhuận, một phần Hóc Môn và Củ Chi Ơû đây thay cho lớp bùn sét là lớp sét laterit hóa khá cao và có bề dày tương đối ổn định từ 3-5m Cường Độ chịu tải của lớp này khá cao và trị số SPT thường lớn hơn 25

* Đặc trưng của hệ trầm tích yếu trong khu vực Tp Hồ Chí Minh là đang trong quá trình biến đổi tích tụ, bão hồ nước và bắt đầu quá trình cố kết, nên các tầng đất rất mềm yếu, khả năng chịu tải thấp, dễ biến dạng Đây là đối tượng trực tiếp địi hỏi

phải cú cỏc giải phỏp xử lý nền và kỹ thuật nền múng thớch hợp để xõy dựng cụng trỡnh

2.2 Ứng Dụng Cọc Khoan Nhồi ở Tp Hồ Chớ Minh

Cọc nhồi được áp dụng lần đầu tiên năm 1899 do một kỹ sư ngưòi Nga tên là Xtraux đề xướng Trên cơ sở đó nhiều nhà khoa học đã phát triển thêm nhiều loại cọc nhồi tiến bộ hơn như cọc Franki, cọc Bênôtô và đặc biệt là cọc khoan nhồi trong vài chục năm gần đây được áp dụng khá rộng rãi

Trong những năm gần đõy TP Hồ Chớ Minh là địa phương dẫn đầu trong cả nước về tốc độ phỏt triển kinh tế và thu nhập bỡnh quõn theo đầu người, kộo theo nú

là tốc độ đụ thị hoỏ diễn ra rất ồ ạt, cơ sở hạ tầng khụng ngừng được nõng cấp đầu

tư và xõy mới.Nhiều cụng trỡnh giao thụng ,cầu đường được xõy dựng, cỏc toà nhà chung cư , cao ốc mọc lờn ngày càng nhiều và cú quy mụ lớn hơn.Trong cụng tỏc thiết kế phương ỏn nền múng được nghĩ tới đầu tiờn với cỏc cụng trỡnh cú chịu tải trọng lớn là cọc khoan nhồi và cọc barret Đặc biệt là khi cú trận động đất nhẹ xảy

ra đầu năm 2006 thỡ phương ỏn sử dụng múng cọc với cỏc nhà cao tầng được lựa chọn như một phương ỏn ưu tiờn chỉ định ,mặc dự ở một số cụng trỡnh nhà chung cư quận Phỳ Nhuận việc sử dụng múng bố vẫn đỏp ứng được về tiờu chuẩn sức chịu tải

và độ lỳn của nền

Hiện nay ở khu vực Tp Hồ Chớ Minh thường sử dụng cỏc loại cọc cú đường kớnh 600mm, 800mm, 1000mm,1200mm, 1500mm Đặc biệt là cọc khoan nhồi đường kớnh nhỏ 300mm đến 400mm vẫn được sử dụng hiện tại cọc loại này vẫn chưa được cụng nhận trong cỏc tiờu chuẩn xõy dựng hay cỏc văn bản phỏp lý vỡ nú chưa cú quy trỡnh quản lý kiểm tra về chất lượng Cỏc cụng trỡnh sử dụng loại cọc nhỏ này nú vẫn đang là giải phỏp khả thi khi mà mỏy ộp cọc khụng vào được trong những cụng trỡnh nhà dõn hay cỏc cụng trỡnh nhỏ xõy chen, sử dụng cọc khoan nhồi nhỏ làm tường võy để thi cụng tầng hầm theo phương phỏp Top-Down.Hiện tại cho tới nay thỡ cỏc cụng trỡnh sử dụng loại cọc nhỏ này vẫn ổn định và sử dụng bỡnh thường Một số cụng trỡnh tiờu biểu dựng loại cọc nhỏ này như:

- Cụng trỡnh Khỏch sạn Bựi Viện 195- Bựi Viện Phường Phạm Ngũ Lóo Quận 1 cọc khoan nhồi cú đường kớnh 350mm chiều dài 47m

đường kính 350mm dài 35m và nhiều công trình nhà dân dụng nhỏ khác

*Các công trình đã sử dụng cọc khoan nhồi đường kính 800mmđến 1500mm tại Tp

- Plaza Hotel - số 17 Lê Duẩn Quận 1dùng cọc nhồi đường kính 800mm, chiều dài 40m

- Chung cư DAEWON- Phường An Phú Quận 02 cọc đường kính 1000mm dài 60m.Và nhiều các công trình khác sử dụng cọc khoan nhồi rất phổ biến

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM TỚI

SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

3.1 Các Phương Pháp Tính Khả Năng Chịu Tải Của Cọc

3.1.1 Tính Sức Chịu Tải Của Cọc Theo Chỉ Tiêu Trạng Thái Của Đất Nền Còn Gọi Là Phương Pháp Thống Kê [7]

Công thức

Qtc = m (mR qPAp + u∑mFfili ) (3.1) Trong đó :

m – Là 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;Với trường hợp đất cát lấy theo bảng 3.1; với trường hợp đất sét tính theo công thức sau:

nghiệm cọc hạ trong nhiều loại đất khác nhau để tìm lực ma sát giới hạn trung bình của đất tại mặt bên của cọc và phản lực đất nền ở mũi cọc

Khi nền đất là nền san lấp hay lớp đất dễ bị xói trôi ,khi tính toán ta có thể bỏ qua những lớp này

và vừa

- Trong công thức chưa kể đến lực dính (C) và góc ma sát trong (φ) của đất

- Khi các chỉ tiêu cơ lý của đất thực hiện theo các phương pháp khác nhau, cho ta kết quả rất khác nhau

- Phương pháp tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền còn gọi là phương pháp thống kê được xây dựng dựa trên cơ sở rất nhiều số liệu thí nghiệm và thực nghiệm về cọc tại hiện trường ở nhiều vùng thuộc Liên Xô cũ do vậy có những khác biệt về thành phần hóa học, môi trường khí hậu, quá trình thành tạo so với thành phố Hồ Chí Minh nên khi tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi cần tính thêm một số các phương pháp khác

để đảm bảo tin cậy

3.1.2 Xác Dịnh Sức Chịu Tải Của Cọc Theo Chỉ Tiêu Cường Độ Dất Nền

Sức chịu tải tính theo công thức[1]:

QU = ASfS + APqP = Qs + Qp (3.2)

qP - Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc ,T/m2.

As – Diện tích mặt bên tiếp xúc giữa đất và cọc

fS – Ma sát đơnvị giữa mặt bên cọc và đất xung quanh, T/m2

a, Phương phỏp của Terzaghi[1]

Là phương phỏp cổ điển nhất ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị

sử dụng cỏc cụng thức bỏn thực nghiệm, được phỏt triển trờn cơ sở cỏc cụng thức chịu tải của múng nụng, với cỏc sơ đồ trượt của đất dưới mũi cợc tương tự như với đất dưới múng nụng

- Trong phưong phỏp tớnh sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiờu cường độ đất nền chưa kể đến mức độ khụng cũn tớnh nguyờn dạng của đất nền xung quanh cọc và trạng thỏi lớp cặn lắng dưới mũi cọc trong quỏ trỡnh thi cụng, nú ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả tớnh sức chịu tải của cọc Cần xột đến hệ số ảnh hưởng của điều kiện thi cụng khi tớnh sức chịu tải của cọc

b, Sức chịu tải của đất dưới mũi cọc trong đất dớnh[4] :

Trong đú :

Su – Là lực dớnh khụng thoỏt nước của đất dưới mũi cọc

c, Sức chịu tải của đất dưới mũi cọc trong đất rời(Thurman)[4]:

qp = αiN’qσ’v (3.6)

αi – Hệ số tra hình 3.1

N’q – Hệ số sức chịu tải tra theo hình 3.2

Hệ số i (FHWA, 1998)

Góc ma sát trong 

D (hay L) - Chiều dài cọc trong đất

b (hay d) - Đường kính hay cạnh cọc

35 30

25 20

Sức chịu tải của mũi cọc được xỏc định theo cụng thức sau :

Qp = Apqp = Ap (cNc’ + q’Nq’ ) (3.7) Trong đú : Nc’ , Nq’ laứ heọ soỏ phuù thuoọc vaứo goực ma saựt trong cuỷa ủaỏt vaứ tyỷ soỏ giửừa chieàu saõu caộm vaứo trong ủaỏt toỏt vaứ ủửụứng kớnh coùc Lb/D

* Phương phỏp Meyerhof cũng dựa trờn sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc giống như

sơ đồ trượt của đất dưới múng nụng nhưng cú xột đến ảnh hưởng của độ sõu, do vậy kết quả tớnh sức chịu tải của đất dưới mũi cọc thường lớn hơn phương phỏp tớnh của Terzaghi

e Theo chổ tieõu cửụứng ủoọ ủaỏt neàn[7] :

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

qp = cNc + σ’

vpNq + γdpNγ (3.8) 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 cọc , (T/m3)

dp- Đường kính cọc hay cạnh cọc (m)

Nc ,Nq ,Nγ - là các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất

* Trong cụng thức trờn chưa chỉ ra cỏch tớnh cỏc hệ số Nc ,Nq ,Nγ lấy ở đõu

2.Sức chịu tải do ma sát xung quanh cọc[1]

a.Theo chỉ tiêu cường độ đất nền

f s = αS u (3.10)

fS – Ma sát đơnvị giữa mặt bên cọc và đất xung quanh(Mpa)

Su - Cường độ kháng cắt trung bình không thoát nước (Mpa)

* Bản thõn hệ số α trong cụng thức được nhiều tỏc giả nghiờn cứu,viện, trường nghiờn cứu,đó đưa ra cỏc giỏ trị rất khỏc nhau

Trong đó hệ số β phụ thuộc vào hệ số OCR

Theo phương pháp này β dao động từ 0.25 đến 0.4

Bhushan(1982) ủeà nghũ cách xác định β như sau :

a Tớnh sức chịu tải của cọc theo cụng thức của TCXD 205-1998[7]

Tửứ nhửừng nghieõn cửựu cuỷa Tsheựbotarioff, Terzaghi vaứ Peck, Huizigua, Rios vaứ Silva ụỷ Brasil veà sửù tửụng quan giửừa caực keỏt quaỷ thớ nghieọm xuyeõn túnh, xuyeõn ủoọng vaứ baứn neựn Meyerhof cuừng ủaừ ủeà nghũ sửực chũu taỷi cửùc haùn cuỷa coùc, tớnh theo keỏt quaỷ thớ nghieọm SPT nhử sau:

Qu = qp Ap + fs As (3.12)

Trong ủoự:

qp (kPa) = 400N cho coùc ủoựng vaứ qp (kPa) = 120N cho coùc nhoài, vụựi N laứ chổ soỏ SPT trung bỡnh cuỷa ủaỏt trong khoaỷng 1D dửụựi muừi coùc vaứ 4D treõn muừi coùc

fs (kPa)= 2Ntb cho coùc ủoựng vaứ =Ntb cho coùc nhoài vaứ coùc nhoỷ

b Tớnh toỏn sức chịu tải của cọc theo cụng thức của Nhật Bản[7]

Qa = 1/3 { α Na AP + (0,2 NS LS + CLC ) πd } ;đơn vị tính (Tấn) (3.13) Trong đó

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 , m

LC - Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét , m

Là phương pháp đáng tin cậy nhất hiện nay trong việc xác định sức chịu tải của

các loại cọc.Phương pháp nén tĩnh cọc mô tả rất gần với hoạt động thực tế của cọc trong đất nền.Chính vì vậy hiện nay phương pháp này cho phép kiểm tra lại các phương pháp tính sức chịu tải khác cho cọc khoan nhồi và là căn cứ để quyết định chiều dài cọc trong công tác thiết kế để đưa cọc vào thi công đại trà

Trong công tác thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường phần lớn dùng hệ phản lực là đối trọng của các khối bê tông, và tại những nơi mặt bằng thi công hẹp hoặc nền đất yếu thường sử dụng các hệ neo hay kết hợp giữa hệ neo và đối trọng.Hệ gia tải thường sử dụng thiết bị là hệ kích thủy lực

Hình 3.3 Thử nén tĩnh ép dọc trục bằng đối trọng là các khối bê tông

Hình 3.4 Hệ gia tải và các đồng hồ đo chuyển vị được gắn vào đầu cọc

a, Khái quát quy trình gia tải:

Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp tính bằng (%) tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng hoặc giảm khi chuyển vị (độ lún) hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định

Quy trình gia tải: hiện nay có rất nhiều quy trình gia tải khác nhau như: gia tải với thời gian không đổi, phương pháp gia tải nhanh, phương pháp gia tải với số gia chuyển vị không đổi, phương pháp gia tải với tốc độ chuyển vị không đổi, gia tải theo chu kỳ Thụy Điển, ASTM D1142-81… nhưng quy trình gia tải được dùng phổ biến ở khu vực Tp.Hồ Chí Minh là quy trình gia tải chậm theo hai chu kỳ, được thực hiện như sau:

- Trước khi thí nghiệm chính thức, tiến hành gia tải trước nhằm kiểm tra hoạt động của thiết bị thí nghiệm và tạo tiếp xúc tốt giữa đầu cọc và thiết bị Gia tải trước bằng cách tác dụng lên đầu cọc khoảng 5% tải trọng thiết kế sau đó giảm tải về 0

- Thí nghiệm được thực hiện theo quy trình gia tải và giảm tải từng cấp, tính bằng % tải trọng thiết kế Cấp tải mới được tăng hoặc giảm khi chuyển vị (độ lún) hoặc độ phục hồi đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc đủ thời gian quy định

- Chu kỳ 1: gia tải đến tải trọng quy định (thông thường đến 100% tải trọng thiết kế), sau đó giảm tải về 0, mỗi cấp gia tải không được vượt quá 25% tải trọng thiết kế Cấp tải mới chỉ được tăng khi tốc độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước nhưng không quá 2 giờ Giữ cấp tải lớn nhất cho đến khi độ lún đầu cọc đạt ổn định quy ước hoặc 24 giờ, lấy thời gian lâu hơn

- Chu kỳ 2: gia tải lại đến cấp tải cuối của chu kỳ thứ 1, thời gian giữ tải mỗi cấp là 30 phút, tiếp tục gia tải đến tải cuối của chu kỳ thứ 2, sau đó giảm tải về 0

- Tốc độ chuyển vị đầu cọc đạt giá trị sau đây được xem là ổn định quy ước:

+ Không quá 0.25mm/h đối với cọc chống vào lớp đất hòn lớn, cát, sét từ dẻo đến cứng

+ Không quá 0.1mm/h đối với cọc ma sát trong sét dẻo mềm đến chảy

- Điều kiện ngừng gia tải:

+ Tổng chuyển vị đầu cọc vượt quá 10% đường kính hay cạnh cọc có kể đến biến dạng đàn hồi của cọc

+ Dưới tác động của cấp tải trọng nào đó, độ lún của cọc lớn hơn hay bằng 5 lần độ lún dưới tác động của cấp tải trước đó của cọc

+ Dưới tác động nào đó, độ lún của cọc lớn hơn 2 lần độ lún dưới tác động của cấp tải trước đó, nhưng quá 24 giờ vẫn chưa đạt độ ổn định quy ước + Vật liệu cọc bị phá hoại

b.Xử lý kết quả thí nghiệm

- Kết quả thí nghiệm nén tĩnh được khai thác hai hướng:

- Quan hệ tổng độ lún St –tải Q;

Quan hệ độ lún thật (ròng) của cọc S=(St -Se)– tải Q

*Theo đề nghị của tiêu chuẩn TCXD 190:1996, sức chịu tải cho phép của cọc từ thí nghiệm nén tĩnh cọc có thể được xác định theo cách sau :

-Tải trọng tương ứng với chuyển vị đầu cọc là 8mm, chia cho hệ số 1,25 -Tải trọng tương ứng với chuyển vị đầu cọc bằng 10% bề rộng cọc hoặc Tải trọng lớn nhất có được trong quá trình thử cọc, chia cho hệ số an toàn FS=2

Trong khi đó theo TCXD 269-2002 sức chịu tải cực hạn của cọc được xác định theo 2 hướng sau:

-Xác định sức chịu tải cực hạn theo chuyển vị giới hạn quy ước: Trên đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị, sức chịu tải giới hạn Qu là tải

trọng quy ước ứng với chuyển vị giới hạn quy ước, mức chuyển vị giới hạn quy ước lại được đề nghị khác nhau theo từng tác giả, cụ thể như bảng

dưới đây:

Bảng 3.5: Giá trị sức chịu tải giới hạn ứng với chuyển vị giới hạn

Chuyển vị giới hạn Điều kiện áp dụng Tác giả đề nghị

10%D Các loại cọc Tiêu chuẩn Pháp DTU 13-2

Tiêu chuẩn Anh BS8004:86 Tiêu chuẩn Nhật JSF1811-93 2Smax Qu ứng với 1/2Sgh

Smax ứng với 0.9Q

Brinch Hansen Thụy Điển

+ Trường hợp đường cong có điểm uốn rỏ ràng: sức chịu tải giới hạn được xác định trực tiếp trên đường cong

+ Trường hợp đường cong thay đổi chậm, không thể xác định điểm uốn: sức chịu tải giới hạn được xác định theo các đồ thị khác nhau

Tùy thuộc vào điều kiện làm việc của công trình mà quy trình thử tĩnh được áp dụng phù hợp, trong luận văn này tác giả sẽ chọn quy trình thử theo hai chu kỳ được áp dụng phổ biến hiện nay ở khu vực Tp Hồ Chí Minh

Qua đây thấy được việc xác định sức chịu tải cực hạn của cọc có rất nhiều phương pháp, trong đó phương pháp nén tĩnh cọc tại hiện trường là phương pháp tin cậy và chính xác nhất Nhưng do chi phí cho việc nén tĩnh cọc khá cao và mất nhiều thời gian, như vậy vấn đề đặt ra là trong các phương pháp tính toán ở trên ngoài phương pháp thử tĩnh thìù phương pháp nào xác định sức chịu tải cực hạn của cọc gần đúng với phương pháp thử tĩnh Do đĩ việc phân tích từng phương pháp tính và ứng dụng từng phương pháp tính vào các cơng trình cụ thể là việc rất cần thiết cho ta một kết quả đáng tin cậy hơn

3.2 TÝnh ma s¸t ©m

3.2.1 Tỉng quan vỊ ma s¸t ©m

Định nghĩa ma sát âm : Khi cọc hạ vào nền đất ,qua các lớp đất mềm rồi cắm vào lớp đất cứng Các lớp đất mềm đang trong quá trình cố kết do tải trọng của các lớp đất đắp hay do hạ mực nước ngầm Khi mà độ lún của lớp đất yếu lớn hơn độ lún của cọc thì phát sinh ra lực kéo xuống của tầng đất đối với cọc làm giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là hiện tượng ma sát âm Hiện tượng ma sát âm ngay cả khi cọc

cĩ mũi tựa trên nền đất khơng cứng ( cịn gọi là cọc treo)

- Lực ma sát âm cĩ khuynh hướng kéo cọc đi xuống làm tăng lực tác dụng lên cọc

- Lực ma sát âm tỷ lệ với áp lực ngang của đất tác động lên cọc và tốc độ lún của nền đất

- Lực ma sát âm khơng chỉ tác động lên mặt bên của cọc mà cịn tác động lên mặt bên của đài cọc ,hoặc mặt bên của mố cầu hoặc mặt tường chắn cĩ tựa lên cọc

* Các trường hợp xảy ra hiện tượng ma sát âm

Khi đắp đất tôn nền gây ra tải trọng phụ tác dụng xuống lớp đất phía dưới làm xảy

ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên dưới hoặc chính bản thân lớp đất đắp dưới tác dụng của tải trọng bản thân xảy ra quá trình cố kết

a Trường hợp (a) Khi có một lớp đất sét đắp phía trên một tầng đất dạng hạt

mà cọc sẽ xuyên qua nó , tầng đất đắp sẽ cố kết dần dần Quá trình cố kết này sẽ sinh ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc trong quá trình cố kết

b Trường hợp (b) Khi có một tầng đát dạng hạt đắp trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây ra quá trình cố kết trong tầng đất sét và tạo ra lực ma sát âm tác dụng vào cọc

c Trường hợp (c) Khi có tầng đất đắp ở phía trên một tầng sét yếu , nó sẽ gây

ra quá trình cố kết trong cả tầng đất đắp và tầng đất sét ,tạo ra lực ma sát âm tác dụng vào cọc

d Trường hợp (d) Với tầng cát lỏng sẽ có biến dạng lún tức thời , đặc biệt khi đất nền chịu sự rung động hoặc sự dao động của mực nước ngầm,sự tác động của tải trọng sẽ tạo ra sự biến dạng lún

e Trường hợp (e ) nền sét yeáu biến dạng xảy ra dưới tác dụng của trọng lượng bản thân của nền sét

f Trường hợp (f) Lún theo thời gian dưói tác dụng của trọng lực

g Với các công trình cầu đường

h Khi hạ thấp mực nước ngầm : phần áp lực nước lỗ rỗng U giảm phần áp lực

có hiệu thẳng đứng σhlên các hạt rắn của đất tăng

*Sự phân bố ma sát âm trong cọc trong các trường hợp[11]

a.Trường hợp mũi cọc đặt trong tầng đất không nén được

Không có tải

Sự phân bố ma sát âm trong cọc có mũi cọc đặt trong tầng đất không lún

Giá trị lớn nhất 0.1H 0.8H

0.1H Giá trị không đổi

Giá trị lớn nhất

Giá trị không đổi

Sự nén lún do

W gây

ra sự chuyển vị của cọc với đất

vì vậy làm giảm

ma sát âm

W W: Tải trọng

Độ lún chưa đủ để giá trị lớn nhất xuất hiện

Giá trị lớn nhất

Giá trị không đổi

Xem xét trường hợp đất đắp trên một tầng khơng nén được ( đá, cuội sỏi, cát rất chặt, sét rất cứng…)ta thấy phần mũi cọc sẽ khơng cĩ bất kỳ một độ lún phía dưới nào do tải trọng ngồi và ma sát âm

- Khi khơng cĩ tải trọng tác dụng lên cọc, ma sát âm ở đoạn trên cọc được phát huy đầy đủ,ở gần mũi cọc độ lún cĩ thể khơng đủ lớn để tạo ra ma sát

âm đầy đủ Ngay ở phía trên tầng đá, đất sẽ khơng cĩ độ lún nào so với cọc,vì vậy sẽ khơng cĩ ma sát âm

- Khi cĩ tải tác dụng lên cọc, gây lên sự co ngắn đàn hồi của cọc và đỉnh, cọc

cĩ thể lún xuống dưới so với đất Phần trên của đất đắp sẽ cĩ tác dụng đỡ cho cọc tuy nhiên giá trị này là khơng lớn khơng được kể vào trong sức chịu tải của cọc Sự phân bố ma sát âm được thể hiện trên hình (3-6b, việc đơn giản )hĩa đường cong được thể hiện trên hình( 3-6c)

Hình 3.5

(c) (b)

(a) Sự phân bố ma sát âm trong cọc trong trường hợp mũi cọc đặt trong tầng đất không nén được

Giá trị lớn nhất

Giá trị còn lại

H

0.1H 0.8H 0.1H

Tầng chịu lực không chuyển vị

Đường cong cho thiết kế bỏ qua sự giảm do biến dạng lâu dài

Mặt đất W

Độ lún của cọc không đủ để xuất hiện ma sát âm lớn nhất

Ma sát âm

bị giảm do sự

co ngắn đàn hồi của cọc dưới tác dụng của tải trọng W

Ma sát âm

bị giảm do sự

co ngắn đàn hồi của cọc

Giá trị còn lại

Giá trị lớn nhất

Đất đắp hoặc đất nén được

Tầng chịu lực không chuyển vị Tầng chịu lực

không chuyển vị

Đất đắp hoặc đất nén được

Độ lún của đất

không đủ để xuất

hiện ma sát âm

b Trường hợp mũi cọc đặt trong tầng đất nén được

Xem xét trường hợp cọc đặt trong tầng đất nén được, khi đĩ chân cọc bị lún dưới tác dụng của lực ma sát âm và cĩ thể cuả cả ngoại lực, độ lún của cọc đối với phần dưới của tầng đất đắp cĩ thể sẽ lớn, vì vậy ma sát âm sẽ khơng xảy ra Ma sát âm ở đoạn trên của cọc được phát huy đầy đủ do độ lớn giữa lớp đất đắp và cọc, đoạn giữa cọc do độ lún của đất so với cọc cĩ thể đủ lớn để tạo ra ma sát âm lớn nhất Sự phân bố ma sát âm lên cọc như hình (3-7a).Khi cĩ tải trọng tác dụng lên cọc, gây lên sự co ngắn đàn hồi của cọc, nhưng vì tải trọng này bị giới hạn do điều kiện chịu tải của phần cọc trong tầng chịu lực và đỉnh cọc cĩ thể lún xuống dưới một đoạn tương đối so với đất để triệt tiêu

ma sát âm Sự phân bố của ma sát âm lên cọc như hình (3-7b).Đường cong phân bố ma sát âm trên cọc đã được đơn giản hĩa để phục vụ cơng tác thiết kế như hình (3.7c)

Hình 3.6 Sự phân bố ma sát âm trong cọc khi mũi cọc đặt trên nền đất

khơng nén được

(a) (b) (c)

Tầng chịu lực có thể nén Tầng chịu lực

có thể nén

Mũi cọc bị lún

do ma sát âm

Chiều dài cọc mà từ đó độ lún của mũi cọc sẽ lớn hơn độ lún của tầng đắp

Mũi cọc bị lún

do ma sát âm và ngoại tải Giảm dần về 0

Giá trị còn lại

Giá trị lớn nhất

Mặt đất

Đường cong cho thiết kế bỏ qua sự giảm do biến dạng lâu dài

Tầng chịu lực không chuyển vị

0.1H

H

Giá trị còn lại

Giá trị lớn nhất

Sự phân bố ma sát âm trong cọc trong trường hợp mũi cọc đặt trong tầng đất nén được

* Trên hình 3.5; 3.6; và 3.7 Cho ta thấy rằng ma sát âm chỉ xuất hiện ở một phần

chiều daì cọc chứ khơng phải tồn bộ chiều dài cọc,sự phân bố ma sát âm ở trên chỉ thể hiện ở một số trường hợp khi cĩ tải hoặc khơng tải đặt lên cọc và đất nền cố kết

chưa kể đến yếu tố thời gian mà trong khi đĩ ma sát âm biến đổi phụ thuộc rất nhiều vào giai đoạn cố kết của tầng đất đắp, tầng đất phía dưới Lực ma sát âm lớn nhất chỉ xuất hiện khi độ lún tương đối giữa đất và cọc khác nhau một lượng đáng kể, khoảng 1% đường kính cọc Một số nhà khoa học Nga cho rằng lực ma sát âm lớn nhất xuất hiện khi độ lún tương đối giữa lớp đất và cọc là 5 cm

3.2.2 Cách Tính Ma Sát Âm

Cĩ nhiều phương pháp tính tốn xác định ma sát âm của cọc.Trong luận văn này tác giả nêu ra và phân tích phương pháp α và phương pháp β được một số tổ chức áp dụng chính thức như: Quy phạm hãng cầu đường Pháp FROND – 72,viện dầu hỏa Hoa Kỳ (API), và một số tác giả: M.J.Tomlimson, B.J.DAS…

a, Nguyên tắc tính tốn[5]

Hình 3.7 Sự phân bố ma sát âm trong cọc khi mũi cọc đặt trên nền đất

nén được

1 – Ngoại trừ nguyên nhân khác, còn phần lớn trường hợp ma sát âm được tạo ra do

sự cố kết của đất sét chịu nén Do vậy, đặc trưng cơ học lựa chọn trong tính toán là

ở trạng thái ứng suất hữu hiệu φ ’ , c ’

2 – Dưới mặt phẳng trung hòa nơi có độ lún cố kết đất xung quanh bằng độ chuyển

vị của cọc dưới tác dụng của tải trọng, ma sát âm không tồn tại

3 – Nếu cọc có xuyên qua lớp đất đắp nằm trên đất yếu thì ma sát âm sẽ hoạt động dọc theo cọc cả ở đất đắp và đất yếu, đến mặt phẳng trung hòa

4 – Ma sát âm chỉ tính vào tải trọng thường xuyên, được kể vào tổ hợp tĩnh tải thường xuyên do kết cấu phần trên truyền xuống Vì hoạt tải gây nên sự co ngắn đàn hồi của cọc nên đẩy trục trung hòa lên trên điều đó đồng nghĩa với việc giảm

ma sát âm

b, Tính chiều sâu vùng có ảnh hưởng của lực ma sát âm

* Khi lớp đất đắp dạng hạt nằm trên lớp sét, có thể tính nhanh theo phương pháp sau:

Ma sát âm đơn vị ở cọc tồn tại ở chiều sâu z=0 đến z=L1 (chỉ tính tới chiều sâu mặt phẳng trung hòa) Chiều sâu tới mặt phẳng trung hòa được xác định theo (BOWLES

1982) [12]:

'

' '

1

22

)(

γf’ – dung trọng có hiệu của đất đắp

γ’ – dung trọng có hiệu của lớp sét nằm ở dưới

S – Độ lún ổn định của nền

H – Chiều dày lớp đất yếu

* Xác định độ lún của cọc đơn :

Trong đĩ :

∆l – là biến dạng đàn hồi của bản thân cọc

Sb – Độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc

µ, E0- Hệ số poisson và mơđun của đất dưới mũi cọc

ω - Hệ số phụ thuộc vào hình dáng cọc, nếu cọc vuơng lấy ω = 0.88, nếu cọc trịn lấy ω = 0.79

Sb - Ðộ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc

Sb = fBωb ( 1 - µ2) /E0 (3.18)

f – Sức kháng bên đơn vị ,tính trung bình cho toàn đoạn cọc

ωb – Hệ số phụ thuộc vào độ mảnh của cọc

0

log

p p H e

Trường hợp 2/ Với đất cố kết trước nhẹ, p0 < pc < p0 + ∆p

S =

0 0

log

p H e

0

log

p p H e

∆p – Áp lực thẳng đứng gia tăng do tải trọng cụng trỡnh gõy ra ở giữa lớp đất

c.Tớnh cường độ lực ma sỏt õm đơn vị xung quanh cọc khoan nhồi

*Phương phỏp α[12]

*Đối với cọc khoan nhồi khoan trong đất dính ,ma sát âm bề mặt được tính theo công thức :

fS – Ma sát đơnvị giữa mặt bên cọc và đất xung quanh(Mpa)

Su - Cường độ kháng cắt trung bình không thoát nước (Mpa)

Cọc nhồi khơng ống vách Cọc ép, đĩng

σvo’ – Ứng suất có hiệu thẳng đứng

β – Hệ số triết giảm theo Meyerhof, lấy theo hình (3.8)

0.4 0.3

0.2 0.1

0

Hình 3.8

* Tính theo đề nghị của Bowles, 1982 (chiều sâu ảnh hưởng của ma sát âm L1 được xác định theo công thức 3-14)

Mỗi lần giá trị L1 được xác định, thì lực ma sát âm sẽ được tính, lực ma sát âm đơn

vị tại bất kỳ chiều sâu nào từ z=0 đến z=L1 là:

fn = K’σ’vtan δ (3.26) Trong đó:

K’ – Hệ số áp lực của đất = K0 = 1 – sinφ

σ’v - Ứng suất có hiệu thẳng đứng tại độ sâu bất kỳ σ’v = γ’fHf + γ’z

δ – Góc ma sát giữa cọc và đất δ = 0,5-0,7φ

* Nhận xét :

Ma sát âm một hiện tượng rất phức tạp vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Loại cọc, chiều dài cọc,phương pháp hạ cọc,bề mặt tiếp xúc giữa cọc và đất nền, độ lún đàn hồi của cọc;

- Sự biến đổi của mực nước ngầm;

- Tải trọng của lớp đất đắp, thời gian lu lèn;

- Tính chất cơ lý của đất, tính trương nở của lớp đất dính, chiều dày;

kết của lớp đất đắp và lớp đất nền phía dưới;

Việc tính toán ma sát âm theo các phương pháp hiện có chỉ phản ảnh được một giai đoạn hoạt động của cọc và nền đất yếu xung quanh cọc còn thực tế hiện tượng ma sát âm xảy ra là một vấn đề cực kỳ phức tạp, hệ số thời gian là rất quan trọng Việc nghiên cứu ma sát âm theo từng giai đoạn một cách đầy đủ rất cần sự hỗ trợ của các thiết bị thí nghiệm hiện đại và sự hỗ trợ đắc lực của máy vi tính Phần ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) dưới sự hỗ trợ của máy tính sẽ được tác giả trình bày trong chương 05 của luận văn này