Nghiên cứu ảnh hưởng ma sát âm đến sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép cho các công trình ở tiền giang

Dựa trên quan ñiểm ñó, tác giả nghiên cứu xây dựng phương pháp xác ñịnh sức chịu tải của cọc có xét ñến ảnh hưởng của ma sát âm dựa trên cơ sở lý thuyết của các tác giả ñi trước và các t

-

VÕ CÔNG DUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM

ðẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP

CHO CÁC CÔNG TRÌNH Ở TIỀN GIANG

Chuyên ngành: ðịa kỹ thuật xây dựng

Mã số ngành: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ tại HỘI ðỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC

SĨ TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 29 tháng 08 năm 2008

- -oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : VÕ CÔNG DUY Giới tính : Nam

Ngày tháng năm sinh : 28/06/1978 Nơi sinh : Tiền Giang

Chuyên ngành : ðịa kỹ thuật xây dựng MSHV : 00906202

Khóa (năm trúng tuyển) : 2006

Chương 3: Các nghiên cứu trong, ngoài nước về xác ñịnh sức chịu tải của cọc có

xét ñến ảnh hưởng ma sát âm và những giải pháp khắc phục Chương 4: Cơ sở lý thuyết xác ñịnh sức chịu tải của cọc khi xét ñến ma sát âm

theo nghiên cứu của ñề tài Chương 5: Ứng dụng tính toán cho công trình thực tế ở Tiền Giang

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Nội dung và ñề cương Luận văn thạc sĩ ñã ñược Hội ñồng chuyên ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Tiến sĩ Võ Phán

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Tiến sĩ Võ Phán

Hoàn thành chương trình ựào tạo cao học và nghiên cứu, thực hiện xong Luận văn thạc sĩ chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng là kết quả tốt ựẹp của quá trình nỗ lực phấn ựấu của bản thân dưới sự trợ giúp quý báu của gia ựình, nhà trường, thầy cô, bạn bè, công ty, ựồng nghiệp Ầ Bởi thế, nhân ựây, em xin trân trọng bày tỏ sự tri ân chân thành ựến:

- Ban Giám hiệu trường đại học Bách Khoa Ờ đại học Quốc gia TP.HCM;

- Quý thầy cô khoa Kỹ thuật xây dựng, bộ môn địa cơ-Nền móng và Phòng đào tạo sau ựại học của nhà trường;

- Quý thầy cô trong ban giảng huấn ựã tâm huyết truyền ựạt những kiến thức quý báu cho chúng em không chỉ ựể hoàn thành Luận văn tốt nghiệp mà còn ứng dụng vào cuộc sống và nâng cao nghề nghiệp;

- Quý thầy cô trong Hội ựồng chấm ựề cương và Luận văn thạc sĩ;

- Thầy TS Võ Phán ựã tận tình hướng dẫn và tạo mọi ựiều kiện thuận lợi cho em từ hình thành ựề tài ựến quá trình thực hiện và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này;

- Thầy TS Trần Xuân Thọ ựã nhiệt tình chỉ dẫn và giúp ựỡ em hoàn chỉnh Luận văn thạc sĩ;

- Nhớ ơn gia ựình ựã chăm lo và ựộng viên em cố gắng học tập, không ngừng nâng cao trình ựộ ựể phục vụ xã hội, phục vụ ựất nước;

- Chân thành cám ơn Ban Giám ựốc và anh chị em ựồng nghiệp ở Công ty Cổ phần

Tư vấn Xây dựng Tiền Giang ựã tạo ựiều kiện, hỗ trợ trong suốt quá trình theo ựuổi chương trình học cao học;

- Sau cùng, xin cám ơn tất cả các anh chị em, bạn bè ựồng môn ựã chia sẽ kiến thức, gắn bó và hỗ trợ nhau trong học tập

Học viên Cao học

Võ Công Duy

Hiện tượng ma sát âm ñã ñược biết ñến từ lâu và ñã có nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu về hiện tượng này cũng như giải pháp khắc phục Trong nội dung Luận văn này, tác giả ñã nghiên cứu vùng ảnh hưởng ma sát âm dựa trên chuyển vị tương ñối giữa cọc và ñất nền xung quanh cọc Vùng ảnh hưởng ma sát là vùng tập hợp những vị trí mà tại ñó ñộ lún của ñất nền lớn hơn chuyển dịch của cọc Dựa trên quan ñiểm ñó, tác giả nghiên cứu xây dựng phương pháp xác ñịnh sức chịu tải của cọc có xét ñến ảnh hưởng của ma sát âm dựa trên cơ sở lý thuyết của các tác giả ñi trước và các tiêu chuẩn thiết kế trong, ngoài nước; ứng dụng tính toán với công trình cụ thể ở Tiền Giang; ñồng thời ñề xuất một số giải pháp làm giảm ảnh hưởng của ma sát âm và có một số kiến nghị khi tính toán thiết kế móng cọc trong ñất yếu Ngoài ra, tác giả còn dùng chương trình ðịa kỹ thuật Plaxis ñể mô phỏng và phân tích ảnh hưởng ma sát âm ñối với cọc trong ñất nhằm minh họa kết quả nghiên cứu

TITLE:

Research the influence of negative skin friction on load-bearing capacity

of concrete piles during construction works in Tien Giang

ABSTRACT:

In Tien Giang, and in the Mekong Delta, there are a lot of construction works built on the soft soil, so that they must be supported by deep foundation, especially concrete pile foundation Therefore, there are many capabilities for happening negative skin friction on the bearing capacity of concrete piles, such as: sub- grading on the soft soil, new construction built near the existing building, falling phreatic water level … The negative skin friction reduces the bearing capacity of piles, increases loading on piles and can make out-of-balance for construction works

The negative skin friction was known and there were many authors researching for this phenomena and the solution In this thesis, I had studied the affected zone of negative skin friction on the view of relative displacement between the pile and the soil surrounding The affected zone of negative skin friction is the collection of points where the settlement of the soil is greater than the settlement of the pile From this view, I study the method for defining the bearing capacity of piles taking into account for the influence of negative skin friction, based on methods of the previous authors and design standards; the application for calculating and analyzing for construction works built in Tien Giang province, in order to suggest some solutions to minimize the influence of negative skin friction and the analyzing method of the pile foundation in the soft soil In addition, I also use the Plaxis program for simulating and analyzing the influence of negative skin friction on the pile in soft soil toward illustrating for my study

MỞ ðẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI 1

2 MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU ðỀ TÀI 2

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 3

5 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI 3

6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 4

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ ðIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ ðỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở TIỀN GIANG 5

1.1 VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ TỈNH TIỀN GIANG 5

1.2 VỊ TRÍ ðỊA LÝ VÀ ðIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TỈNH TIỀN GIANG 6

1.2.1 Vị trí ñịa lý 6

1.2.2 ðịa hình 6

1.2.3 Khí hậu 7

1.2.4 ðặc ñiểm thủy văn 8

1.3 ðẶC ðIỂM ðỊA TẦNG ðỊA CHẤT TỈNH TIỀN GIANG 8

1.3.1 Khái quát về cấu tạo ñịa chất 8

1.3.2 ðịa tầng 9

1.3.3 ðịa chất công trình 10

1.3.4 Mặt cắt ñịa chất công trình tiêu biểu ở Tiền Giang 13

1.4 NHẬN XÉT 15

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM 16

2.1 ðỊNH NGHĨA VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM 16

2.2 NGUYÊN NHÂN GÂY RA LỰC MA SÁT ÂM 17

2.2.1 Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205 :1998 17

2.2.2 Phân tích các nguyên nhân thường gặp và một số hình ảnh về hiện tượng ma sát âm 18

2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN TRỊ SỐ CỦA LỰC MA SÁT ÂM 20

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM 21

2.6 MỘT SỐ SỰ CỐ CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN đẾN MA SÁT ÂM 22

2.6.1 Nhà máy sơn mạ tôn đình Vũ (Hải Phòng) 22

2.6.2 Trạm trộn bê tông Pháp Vân (Hà Nội) 24

2.6.3 Công trình Sân vận ựộng Long An 25

2.6.4 Một phân xưởng bên bờ sông Seine (Pháp) 27

2.7 NHẬN XÉT 29

Chương 3 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG, NGOÀI NƯỚC VỀ XÁC đỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CÓ XÉT đẾN ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 30

3.1 NGHIÊN CỨU CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 30

3.1.1 Mô hình thứ nhất (Theo N.H.M Repcevanova - Nga) 30

3.1.2 Mô hình thứ hai (Theo Fond72 và Combarieu - Pháp) 33

3.1.3 Mô hình thứ ba (Theo Braja M.Das - Anh) 37

3.1.4 Mô hình thứ tư (Joseph E.Bowles - Mỹ) 39

3.1.5 Mô hình thứ năm (Theo M.J.Tomlinson - Anh) 42

3.2 THEO CÁC QUY TRÌNH THIẾT KẾ 47

3.2.1 Theo Sổ tay tắnh toán thiết kế xây dựng Trung Quốc 47

3.2.2 Theo Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXD 189:1996 48

3.3 NHỮNG BIỆN PHÁP LÀM GIẢM ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM 48

3.3.1 Gia tải trước 49

3.3.2 Dùng biện pháp ựiện thấm 50

3.3.3 Dùng lớp phủ mặt ngoài quanh cọc 51

3.3.4 Dùng sàn bê tông có xử lý cọc 53

3.3.5 Dùng cọc ép mêga (cọc ép sau) 54

3.3.6 Dùng cọc bản ngăn ma sát âm 55

3.4 NHẬN XÉT 56

Chương 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC đỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI XÉT đẾN MA SÁT ÂM THEO NGHIÊN CỨU CỦA đỀ TÀI 58

4.1.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu [2][12] 58

4.1.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường ñộ ñất nền [2][17] 58

4.2 XÁC ðỊNH ðỘ LÚN CỦA ðẤT NỀN 60

4.3 XÁC ðỊNH ðỘ LÚN CỌC ðƠN 64

4.4 XÁC ðỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI XÉT ðẾN MA SÁT ÂM.65 4.4.1 Xác ñịnh vùng ảnh hưởng của ma sát âm 66

4.4.2 Sức chịu tải của cọc khi có xét ñến ma sát âm [11] 66

4.4.3 Giá trị lực ma sát lớn nhất 67

4.5 NHẬN XÉT 67

Chương 5 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Ở TIỀN GIANG 68

5.1 TÍNH TOÁN THEO NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI 68

5.1.1 Mô tả về công trình 69

5.1.2 ðặt vấn ñề nghiên cứu tính toán 69

5.1.3 Tính toán cụ thể 70

5.1.4 Nhận xét 78

5.2 SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS MÔ PHỎNG BÀI TOÁN 80

5.2.1 Mô phỏng cọc trong ñất và nhập các thông số ñầu vào 80

5.2.2 Tiến hành giải bài toán 82

5.2.3 Phân tích kết quả giải bài toán 84

5.2.4 Nhận xét 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

1 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 88

2 KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

MỞ ðẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI

Cùng với quá trình hội nhập của cả nước, nhiều yếu tố mới (cả trong và ngoài nước) ñã tác ñộng mạnh mẽ ñến quá trình phát triển kinh tế-xã hội của vùng ðồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Tiền Giang nói riêng ðặc biệt là trong năm 2005, Tiền Giang ñã ñược Thủ tướng Chính phủ ñồng ý ñưa vào Vùng kinh tế trọng ñiểm phía Nam và thành phố Mỹ Tho (trung tâm chính trị, kinh tế văn hóa xã hội của tỉnh) ñược công nhận là ñô thị loại II…ñã và ñang mở ra nhiều cơ hội phát triển mới cho tỉnh

Sự phát triển kinh tế-xã hội kéo theo sự phát triển của ngành xây dựng Trong những năm gần ñây, mật ñộ xây dựng tại các ñô thị trong tỉnh không ngừng gia tăng, ñồng thời với việc hình thành các khu dân cư mới, các khu cụm công nghiệp và nỗ lực phát triển hệ thống hạ tầng kỹ thuật chung, với những công trình ngày càng vươn cao và quy mô hơn

Mang ñặc ñiểm ñịa chất chung của ðồng bằng sông Cửu Long, ñất nền ñể xây dựng công trình ở tỉnh Tiền Giang chủ yếu là ñất yếu với lớp bùn sét khá dày nằm ở ñộ sâu rất nông so với mặt ñất tự nhiên Do ñó, giải pháp thiết kế móng cho các công trình xây dựng có tải trọng từ trung bình ñến lớn (công trình dân dụng từ 3 tầng trở lên hay phải vượt nhịp lớn, nhà xưởng, cầu, công trình thủy lợi …) thường ñược chọn là móng sâu, mà chủ yếu là móng cọc bê tông cốt thép (BTCT), nhằm ñảm bảo khả năng chịu lực và ổn ñịnh lâu dài cũng như hợp lý về chi phí xây dựng

Tuy nhiên, việc xây dựng công trình mới bên cạnh công trình cũ, hạ mực nước ngầm hay san lấp mặt bằng với chiều cao lớn ñể xây dựng các khu dân cư mới, nhà xưởng, kho bãi … dẫn tới sự xuất hiện hiện tượng ma sát âm ảnh hưởng trực tiếp ñến công trình xây dựng và công trình lân cận do lực ma sát âm không chỉ làm giảm sức chịu tải của cọc mà còn làm tăng tải trọng tác dụng lên cọc

Hiện tượng ma sát âm ñã biết ñến từ lâu trên thế giới, trong ñó có Việt Nam Tuy nhiên, ñây là hiện tượng phức tạp vì nó phụ thuộc nhiều yếu tố như: ñộ lún của

ñất sau khi ñóng cọc, sự co ngắn ñàn hồi của cọc, quy luật phân bố lực ma sát âm lên thành cọc, thời gian và mức ñộ cố kết của ñất nền xung quanh cọc … Nếu bỏ qua hay xét tới không ñầy ñủ hiện tượng này thì về lâu dài, kết cấu công trình có thể

bị phá hoại do nền móng không ñủ khả năng chịu tải hay bị lún quá mức cho phép

Chính vì lý do ñó, ảnh hưởng ma sát âm ñến sức chịu tải của cọc BTCT cho

các công trình xây d ựng trên ñất yếu ở Tiền Giang là vấn ñề cần thiết và cấp bách

cần phải nghiên cứu sâu ñể phục vụ cho việc tính toán thiết kế nền móng hợp lý, an toàn và kinh tế phù hợp với ñiều kiện ñịa chất và tình hình phát triển xây dựng của ñịa phương

2 MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU ðỀ TÀI

ðề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng ma sát âm ñến sức chịu tải của cọc bê tông

cốt thép cho các công trình ở Tiền Giang” ñược thực hiện dựa trên cơ sở phân tích, xác ñịnh sức chịu tải của cọc có xét ñến ma sát âm, kết hợp với việc tính toán

cụ thể sẽ ñược thực hiện trên số liệu về chỉ tiêu cơ lý của ñất nền dưới công trình

thực tế ở Tiền Giang Từ ñó, tác giả ñánh giá ảnh hưởng của ma sát âm ñến sức

ch ịu tải của cọc, thông qua việc nghiên cứu tính toán chiều sâu vùng ảnh hưởng của

ma sát âm, chiều dài ñoạn cọc chịu tác dụng của ma sát âm, giá trị lực ma sát âm, ñộ giảm sức chịu tải của cọc và thiết lập mối tương quan giữa các ñại lượng, ñồng thời

ñề xuất các giải pháp khắc phục ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết kế móng cọc cho công trình xây dựng trong ñiều kiện ñất yếu ở Tiền Giang

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết các phương pháp xác ñịnh sức chịu tải của cọc có xét ñến ảnh hưởng của ma sát âm của các tác giả ñi trước và các tiêu chuẩn thiết kế trong, ngoài nước

Tác giả sử dụng phần mềm Microsoft Excel lập các công thức và bảng tính phục vụ cho công việc tính toán Ngoài ra, tác giả còn dùng chương trình ðịa kỹ thuật Plaxis ñể mô phỏng, phân tích ảnh hưởng ma sát âm ñối với cọc trong ñất

Tác giả áp dụng tính toán cho công trình tiêu biểu ở Tiền Giang, cụ thể là Khu dân cư chợ An Hữu huyện Cái Bè

Thiết lập mối tương quan giữa yếu tố tác nhân gây ra ma sát âm (chiều cao khối ñất ñắp) với chiều dài ñoạn cọc chịu tác dụng của ma sát âm, giá trị lực ma sát

âm và ñộ giảm sức chịu tải của cọc Từ ñó, tác giả ñánh giá ảnh hưởng của ma sát

âm ñến sức chịu tải của cọc và ñưa ra các kết luận và kiến nghị phù hợp

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI

Khi tính toán thiết kế giải pháp nền móng cho công trình thì vấn ñề cần quan tâm là khả năng chịu tải và ñộ lún của móng có vượt giới hạn cho phép hay không Việc nghiên cứu sức chịu tải của cọc có xét ñến ảnh hưởng của ma sát âm trong nền ñất yếu ở Tiền Giang nhằm xác ñịnh ñúng sức chịu tải của cọc và tải trọng tác dụng vào cọc ñể từ ñó tính toán chiều dài, tiết diện cọc hay số lượng cọc hợp lý làm cơ sở cho việc thiết kế nền móng công trình với ñộ tin cậy cao phù hợp với ñiều kiện ñịa chất của ñịa phương

5 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI

Ở khu vực ñồng bằng sông Cửu Long nói chung và Tiền Giang nói riêng, việc xây dựng công trình trên nền ñất yếu với xu thế sử dụng giải pháp móng cọc BTCT phổ biến như hiện nay thì nhiều công trình có khả năng xảy ra hiện tượng ma sát âm ảnh hưởng ñến sức chịu tải của cọc Hiện tượng này làm giảm sức chịu tải của cọc và làm tăng tải trọng tác dụng vào cọc có thể gây mất ổn ñịnh cho công trình Các khu dân cư mới, khu cụm công nghiệp hình thành trên nền trước kia là vùng trũng (ruộng lúa thấp, ao mương …) cần san lấp ñể ñạt cao ñộ quy hoạch hay tôn nền ñể vượt lũ, sự cố kết của ñất yếu dưới nền ñắp làm gây ra ma sát âm tác dụng lên móng cọc dưới các công trình xây dựng tại các khu này Tại các ñô thị, các công trình mới bên cạnh công trình hiện hữu làm phát sinh phụ tải tác dụng lên công trình cũ gây ra hiện tượng ma sát âm kéo cọc của công trình cũ ñi xuống có thể làm cho công trình bị lún vượt quá giới hạn cho phép mà quan trọng nhất là lún lệch có thể gây phá hoại kết cấu … Vì vậy, ñề tài này nghiên cứu về hiện tượng ma sát âm, cách xác ñịnh sức chịu tải của cọc BTCT khi xét ñến ảnh hưởng ma sát âm

và ñưa ra một số giải pháp khắc phục hiện tượng này ñể làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế giải pháp nền móng phù hợp với ñiều kiện ñịa chất trong tình hình phát

triển xây dựng hiện nay của tỉnh Trong phạm vi nhất ñịnh, các cơ quan quản lý về xây dựng ở ñịa phương có thể tham khảo nghiên cứu của ñề tài này ñể phục vụ cho việc thẩm ñịnh thiết kế cơ sở các dự án ñầu tư hay cấp phép xây dựng

6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng ma sát âm ñến sức chịu tải của cọc BTCT trong ñiều kiện ñịa chất ở Tiền Giang, tập trung vào các yếu tố sau:

- Về cọc BTCT: Phân tích, tính toán cho cọc BTCT với các dạng chiều dài và tiết diện khác nhau nhằm ña dạng hóa kết quả nghiên cứu

- Về tác nhân gây ra ma sát âm: Tập trung nghiên cứu tác nhân gây ra ma sát âm là

do lớp ñất ñắp (với chiều cao lớn hơn 1m) bên trên nền ñất yếu Như ñã trình bày ở trên, nhu cầu xây dựng ở tỉnh Tiền Giang ngày càng tăng cao, nhưng do quỹ ñất xây dựng bị hạn chế nên hầu hết các công trình xây dựng, các khu dân cư mới, khu cụm công nghiệp ñều phải hình thành trên nền ñất trước ñây là vùng trũng thấp cần tôn cao ñể ñạt cao ñộ quy hoạch

Các tác nhân khác như tải trọng do nguyên vật liệu hàng hóa chất ñống tại kho bãi, hoặc là công trình xây dựng trên móng bè (xây chen)… mới phát sinh bên cạnh công trình hiện hữu sử dụng móng cọc; ảnh hưởng của việc hạ mực nước ngầm, ít xảy ra hơn (giải pháp móng bè hiếm khi sử dụng do không hiệu quả bằng móng sâu, việc khai thác nước ngầm ñã bị cấm ở các ñô thị) và có thể chủ ñộng khắc phục (theo các giải pháp ñề cập ở chương 3) Do ñó, khi có ñiều kiện, tác giả

ñề nghị cần phải có những nghiên cứu tiếp theo về các tác nhân này

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ đIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ

đỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở TIỀN GIANG

1.1 VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ TỈNH TIỀN GIANG

Tiền Giang là tỉnh vừa thuộc vùng đồng bằng sông Cửu Long vừa nằm trong vùng Kinh tế trọng ựiểm phắa Nam; nằm trải dài trên bờ Bắc sông Tiền với chiều dài trên 120 km; diện tắch tự nhiên 2.481,77 km2, chiếm khoảng 6% diện tắch đồng bằng sông Cửu Long, 8,1% diện tắch vùng Kinh tế trọng ựiểm phắa Nam, 0,7% diện tắch cả nước; dân số năm 2004 là 1,682 triệu người, chiếm khoảng 10% dân số vùng đồng bằng sông Cửu Long, 11,5% dân số vùng Kinh tế trọng ựiểm phắa Nam và 2% dân số cả nước

Hình 1.1: Bản ựồ hành chắnh tỉnh Tiền Giang

Tiền Giang có vị trắ ựịa lý kinh tế-chắnh trị khá thuận lợi, nằm liền kề với thành phố Hồ Chắ Minh và vùng đông Nam Bộ, có 4 tuyến quốc lộ chắnh (1, 30, 50

và 60) chạy ngang qua với tổng chiều dài trên 150 km nối thành phố Hồ Chắ Minh

và đông Nam Bộ với các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, tạo cho Tiền Giang vị thế của một cửa ngõ của các tỉnh Miền Tây Nam Bộ về thành phố Hồ Chắ Minh và vùng Kinh tế trọng ựiểm phắa Nam Ngoài ra, Tiền Giang còn có 32 km bờ biển và

hệ thống các sông Tiền, sông Vàm Cỏ Tây, sông Soài Rạp, kênh Chợ Gạo Ầ nối liền các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long với thành phố Hồ Chắ Minh và là cửa ngõ

ra biển của các tỉnh ven sông Tiền và Campuchia [15]

1.2 VỊ TRÍ đỊA LÝ VÀ đIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TỈNH TIỀN GIANG

1.2.2 địa hình

Tỉnh Tiền Giang có ựịa hình bằng phẳng, với ựộ dốc <1% và cao trình biến thiên từ 0 m ựến 1,6m so với mực nước biển, phổ biến từ 0,8m ựến 1,1m Toàn vùng không có hướng dốc rõ ràng, tuy nhiên có những khu vực có ựịa hình thấp trũng hay gò cao hơn so với ựịa hình chung như sau :

- Khu vực ựất cao ven sông Tiền (ựê sông tự nhiên) phân bố dọc theo sông Tiền và kéo dài từ xã Tân Hưng (huyện Cái Bè) ựến xã Xuân đông (huyện Chợ Gạo) Cao trình phổ biến từ 0,9 ọ 1,3 m, ựặc biệt trên dãy ựất cao ven sông ở phắa nam Quốc lộ

1 từ xã Hòa Hưng ựến thị trấn Cái Bè do hầu hết ựã lên vườn nên có cao trình lên ựến 1,6 ọ 1,8 m

- Khu vực thuộc ựịa bàn huyện Cai Lậy, Cái Bè, giới hạn giữa kênh Nguyễn Văn Tiếp và dãy ựất cao ven sông Tiền có cao trình phổ biến từ 0,7 ọ 1,0 m và có khuynh hướng thấp dần về kênh Nguyễn Văn Tiếp Trên ựịa bàn có hai khu vực giồng cát và vùng lân cận giồng cát có cao trình lớn hơn 1,0 m là giồng Cai Lậy (bao gồm Bình Phú, Thanh Hòa, Long Khánh, thị trấn Cai Lậy, Tân Bình, Nhị Mỹ)

và giồng Nhị Quý (kéo dài từ Nhị Quý ựến gần Long định) Do ựó, khu vực nằm giữa hai giồng này (bao gồm khu vực Long Tiên, Mỹ Long, Bàn Long, Bình Trưng)

có cao trình thấp hơn nên khó tiêu thoát nước

- Khu vực trũng phắa Bắc đồng Tháp Mười (bao gồm hầu hết huyện Tân Phước) có cao trình phổ biến từ 0,6 ọ 0,75 m, cá biệt tại xã Tân Lập có cao trình thấp ựến 0,4 ọ 0,5 m do lũ hàng năm từ sông Cửu Long tràn về đồng Tháp Mười cộng với cao trình mặt ựất thấp nên ựây là khu bị ngập nặng nhất của tỉnh

- Khu vực giữa Quốc lộ 1A và kênh Chợ Gạo có cao trình từ 0,7 ọ 1,0 m bao gồm vùng ựồng bằng bằng phẳng nằm kẹp giữa giồng Phú Mỹ, Tân Hương, Tân Hiệp (huyện Châu Thành) ở phắa Tây và giồng Bình Phục Nhứt, Bình Phan (huyện Chợ Gạo) ở phắa đông

- Khu vực Gò Công giới hạn từ phắa đông kênh Chợ Gạo ựến biển đông, có cao trình phổ biến từ 0,8 m thấp dần theo hướng đông Nam, ra ựến biển đông chỉ còn 0,4 ọ 0,6 m Có hai vùng trũng cục bộ tại xã Thạnh Trị, Yên Luông, Bình Tân (huyện Gò Công Tây) và Tân điền, Tân Thành (huyện Gò Công đông) Do tác ựộng của phù sa từ cửa Soài Rạp ựưa ra, khu vực ven biển phắa Bắc (Tân Trung, Tân Phước, Gia Thuận, Vàm Láng) có cao trình hơn hẳn khu vực phắa Nam

Trên ựịa bàn còn có nhiều giồng cát biển hình cánh cung có cao trình phổ biến từ 0,9 ọ 1,1 m nổi hẳn lên trên các ựồng bằng chung quanh

1.2.3 Khắ hậu

Tỉnh Tiền Giang nằm trong vùng khắ hậu nhiệt ựới gió mùa chung của đồng bằng sông Cửu Long với ựặc ựiểm: Nền nhiệt cao và ổn ựịnh quanh năm; khắ hậu phân hóa thành 2 mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng 05 ựến tháng 11 trùng với mùa gió Tây Nam, mùa khô từ tháng 12 ựến tháng 04 năm sau trùng với mùa gió đông Bắc

- Nhi ệt ựộ: Nhiệt ựộ trung bình trong năm là 28oC; chênh lệch nhiệt ựộ giữa các tháng không lớn, khoảng 4oC; tổng tắch ôn năm cao, khoảng 9.700 ọ 9.800 oC

- độ ẩm: độ ẩm không khắ bình quân năm là 78,4% và thay ựổi theo mùa Mùa

mưa ựộ ẩm không khắ cao, ựạt cực ựại vào tháng 8(82,5%), mùa khô ựộ ẩm thấp và ựạt trị số thấp nhất vào tháng 4 (74,1%)

nhiều hơi nước, thổi vào mùa mưa Gió mùa đông Bắc mang không khắ khô hơn,

thổi vào mùa khô Bão rất ắt xảy ra, thường chỉ ảnh hưởng bão từ xa, gây mưa nhiều

và kéo dài vài ngày

- B ốc hơi: Lượng bốc hơi bình quân năm là 1.183mm, trung bình là 3,3mm/ngày Mùa khô có lượng bốc hơi nươc cao, từ 3 mm/ngày ựến 4,5 mm/ngày Lượng bốc hơi nước vào mùa mưa thấp hơn, từ 2,4 mm/ngày ựến 2,9 mm/ngày

- M ưa: Tỉnh Tiền Giang nằm vào khu vực có lượng mưa thấp ở đồng bằng sông

Cửu Long với lượng mưa trung bình năm ở Mỹ Tho là 1.437 mm và Gò Công là 1.191 mm, thấp dần theo hướng từ Tây sang đông

- N ắng: số giờ nắng cao bình quân năm từ 2.586 giờ ựến 2.650 giờ Số giờ nắng

mùa khô cao hơn nhiều so với mùa mưa (từ 7,3 giờ/ngày ựến 9,9 giờ/ngày vào mùa khô và từ 5,5 giờ/ngày ựến 7,3 giờ/ngày vào mùa mưa)

1.2.4 đặc ựiểm thủy văn

Tiền Giang có hai sông lớn chảy qua là sông Tiền và sông Vàm Cỏ Tây Ngoài ra còn có các tuyến kênh chắnh là: kênh Chợ Gạo, kênh Nguyễn Văn Tiếp, kênh Cổ Cò, kênh 28, kênh 7, kênh 9, kênh 10, kênh 12, kênh Nguyễn Tấn Thành, kênh Năng, kênh Lộ Ngang Ầ Hầu hết sông rạch trên ựịa bàn tỉnh chịu ảnh hưởng chế ựộ bán nhật triều không ựều đặc biệt vùng cửa sông có hoạt ựộng thủy triều rất mạnh, biên ựộ triều tại các cửa sông từ 3,5ọ3,6m, tốc ựộ truyền triều 30 km/h, tốc

ựộ chảy ngược trung bình 0,8ọ0,9 m/s và tốc ựộ chảy xuôi ựến 1,5ọ1,8 m/s

1.3 đẶC đIỂM đỊA TẦNG đỊA CHẤT TỈNH TIỀN GIANG

1.3.1 Khái quát về cấu tạo ựịa chất

Tỉnh Tiền Giang có những ựặc ựiểm chung của đồng bằng sông Cửu Long

về nguồn gốc thành tạo, ựịa mạo, cấu trúc Cấu tạo ựịa chất ựược hình thành từ quá trình bồi tụ và lắng ựọng trong ựiều kiện biển nông cùng dòng chảy của các sông ra biển (sông Tiền, sông Vàm Cỏ Tây) Các trầm tắch sông biển có tuổi ở kỳ thứ 4 Thành phần khoáng sét có nguồn gốc lục ựịa với ựiều kiện hóa lý mới bị biến ựổi và hình thành những khoáng vật mới Ngoài ra, còn có chất hữu cơ là thành phần xuất hiện khá phổ biến, ảnh hưởng lớn ựến tắnh chất của ựất Các trầm tắch gồm 3 nhóm ựất: bời rời, mềm dắnh, các ựất có thành phần và trạng thái ựặc biệt Do ảnh hưởng

lún sụt của vận ñộng kiến tạo ñịa hình ñá gốc nghiêng dần ra phía biển nên ñịa tầng các trầm tích cũng có ñộ nghiêng về phía biển

ðặc ñiểm chung của các tầng trầm tích là ñộ bền yếu và có tính biến dạng lớn Các trầm tích này chịu tác ñộng cố kết thoát nước nén chặt do áp lực của trọng lượng bản thân và ảnh hưởng của các quá trình hóa lý Mức ñộ cố kết của các trầm tích ñồng bằng thay ñổi theo cả 2 phương thẳng ñứng và phương nằm ngang Ở cùng một nơi ñộ cố kết các tầng trầm tích tăng theo chiều sâu và cùng ở một ñộ sâu

ñộ cố kết tăng theo chiều ngang từ biển về phía ñông bắc.[18]

1.3.2 ðịa tầng

Dựa theo tài liệu nghiên cứu ñã công bố của GS.TS Nguyễn Thanh, ñịa tầng của ñồng bằng Sông Cửu Long chia ra 2 phạm vi ñịa tầng khá rõ rệt:

- Tầng bồi tích cổ có tuổi Pleistoxen (QI.III)

- Tầng bồi tích trẻ có tuổi Holoxen (QIV)

Trụ cột ñịa tầng tổng hợp vùng ðồng bằng sông Cửu Long như sau [7][18]:

a Tầng bồi tích trẻ hay trầm tích Holoxen ñược phân chia thành 3 bậc:

- Bậc Holoxen dưới - giữa (QIV 1-2) gồm cát màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng kết von sắt, phủ lên tầng ñất sét loang lổ Pleistoxen, chiều dày ñạt tới 12m

- Bậc Holoxen giữa (QIV-2) gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng, chiều dày từ 10 ÷ 70m

- Bậc Holoxen trên (QIV-3) gồm tầng trầm tích khác nhau về ñiều kiện tạo thành, thành phần vật chất, tuổi và diện phân bố, có chiều dày từ 9 ÷ 20m

+Tầng trầm tích biển, sông biển hỗn hợp và sinh vật mQIV-3, maQIV-3 gồm cát hạt mịn, bùn sét hữu cơ;

+Trầm tích sinh vật ñầm lầy ven biển bamQIV-3 gồm bùn sét hữu cơ, than bùn;

+Tầng trầm tích sông hồ hỗn hợp và sinh vật ambQIV-3 gồm bùn sét hữu cơ;

+Tầng bồi tích aQIV-3 gồm sét, á sét chảy, bùn á sét hoặc bùn sét hữu cơ Toàn bộ chiều dày trầm tích Holoxen ñạt tới 100m

b Tầng bồi tích cổ hay trầm tích Pleistoxen

Gồm 3÷5 tập hạt mịn xen kẹp với 3÷5 tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với Pleistoxen trên, giữa và dưới Tập hạt mịn có chiều dày từ 1÷2m ñến 40÷45m, tập hạt thô bề dày thay ñổi từ 4÷85m

1.3.3 ðịa chất công trình

a ðặc ñiểm chung của ðồng bằng sông Cửu Long

Hình 1.2: Bản ñồ phân vùng ñất yếu ðồng bằng sông Cửu Long

Nhìn chung, có thể chia vùng đồng bằng sông Cửu Long thành 3 khu vực ựịa chất công trình [7]:

(a) Khu vực ven thành phố Hồ Chắ Minh, thượng nguồn Vàm Cỏ Tây, Vàm

Cỏ đông, rìa tây đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi chạy tới ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa ựồng bằng Vũng Tàu ựến Biên Hòa là khu vực ựất yếu, bề dày 1 ọ 10 m

(b) Khu vực ựất yếu dày 5 ọ 30 m, phân bố kế cận khu (a) và ựại bộ phận trung tâm ựồng bằng và trung tâm đồng Tháp Mười

(c) Khu vực ựất yếu dày 15 ọ 30 m, chủ yếu thuộc Cửu Long (Vĩnh Long và Trà Vinh), Bến Tre, tới ven biển Minh Hải (Cà Mau và Bạc Liêu), Hậu Giang (Cần Thơ, Sóc Trăng, Hậu Giang), Tiền Giang, Cần Giuộc, Vũng Tàu Chỉ tiêu cơ lý các lớp ựất chủ yếu cho trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp ựất chủ yếu của đồng bằng sông Cửu Long

0,09 0,45 0,9

0,01 0,07 0,29

0,01 0,04 0,10

0,01 0,17 0,29

0,06 0,42 0,85

0,13 0,58 1,85

Hệ số nén lún

0,018 0,048 0,102

0,056 0,143 0,432

0,038 0,081 0,169

0,059 0,120 0,376

0,024 0,055 0,128

0,008 0,024 0,078

Mô ựun biến dạng

2,5 3,5

5

Ghi chú: Trị số ựược ghi theo thứ tự từ trên xuống: nhỏ nhất, trung bình, lớn nhất

b ðặc ñiểm ñịa chất tỉnh Tiền Giang

Theo các tài liệu nghiên cứu về sự phân bố ñất yếu khu vực ðồng bằng sông Cửu Long ñã công bố (hình 1.2), Tiền Giang nằm trong khu II - phân khu II.d có các ñặc ñiểm sau [18]:

- Trầm tích a, ambQIV: Bùn sét, bùn á sét phân bố không ñều hoặc xen kẹp gối lên nền sét chặt QII-III chiều dày không quá 30m

- ðồng bằng thấp với cao ñộ từ 1 ÷ 1,5m;

- Mực nước ngầm cách mặt ñất 0,5 ÷ 1 m; có khả năng ăn mòn;

- Lầy hóa, cát chảy, xói lở bờ, ñào lòng sông, lún ướt;

- ðộng ñất cấp 6 ÷ 7;

- Sức chịu tải R < 0,5 kG/cm2, công trình ñặt lên cần phải xử lý nền

Chỉ tiêu cơ lý các lớp ñất chủ yếu cho trong bảng 1.2.[8]

Bảng 1.2: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp ñất chủ yếu ở Tiền Giang – Long An

1.3.4 Mặt cắt ñịa chất công trình tiêu biểu ở Tiền Giang

ðịa chất tỉnh Tiền Giang mang ñặc ñiểm chung của ðồng bằng sông Cửu Long về nguồn gốc, cấu tạo ðất nền ñể xây dựng công trình là ñất yếu chủ yếu do lớp bùn sét khá dày thường xuất hiện ở ñộ sâu từ (0÷3 m) từ mặt tự nhiên Lớp ñất sét dẻo nằm trên mặt có chiều dày bé (< 3 m) Các công trình có móng ñặt nông hay ñặt trực tiếp trên nền thiên nhiên có vùng hoạt ñộng về ứng suất và biến dạng nằm trong lớp bùn có khả năng chịu tải kém [18]

Sau ñây, tác giả xin giới thiệu mặt cắt ñịa chất và các chỉ tiêu cơ lý của ñất nền dưới một công trình ở Tiền Giang ñể minh họa một dạng ñịa chất ñịa tầng của ñịa phương và phục vụ tính toán cho chương 5

Bảng 1.3: Bảng chỉ tiêu cơ lý các lớp ñất ở Khu dân cư An Hữu huyện Cái Bè

Dung trọng tự nhiên γw (kN/m3) 17,2 15,6 18,9 Dung trọng ñẩy nổi γñn (kN/m3) 7,8 6,7 9,5

MẶT CẮT ðỊA CHẤT Cơng trình: Khu dân cư An Hữu huyện Cái Bè

LỚP 1: Sét dẻo mềm

HK10.0

LỚP 2: Bùn sét, trạng thái chảy LỚP 3: Sét, trạng thái nửa cứng

c = 4.2 KN/M2; ϕ = 2°58'

c = 38.9 KN/M2; ϕ = 12°47'

Hình 1.3: Mặt cắt địa chất cơng trình Khu dân cư An Hữu huyện Cái Bè

1.4 NHẬN XÉT

1 Với vị trí ñịa lý kinh tế - chính trị khá thuận lợi, Tiền Giang ñã và ñang có cơ hội phát triển về nhiều mặt, trong ñó có lĩnh vực xây dựng bởi vì sản phẩm xây dựng vừa là kết quả thể hiện sự phồn vinh về kinh tế vừa là cơ sở vật chất phục vụ cho việc phát triển sản xuất kinh doanh và các mặt ñời sống xã hội (xây nhà ñể ở và kinh doanh, nhà xưởng phục vụ sản xuất, cầu ñường ñáp ứng nhu cầu giao thương,

ñi lại …) Xu thế chuyển dịch cơ cấu kinh tế từ nông nghiệp sang công nghiệp – dịch vụ ñã có tác ñộng thúc ñẩy việc phát triển ñô thị, sự hình thành các khu cụm công nghiệp, khu dân cư mới…trên ñịa bàn tỉnh trong thời gian qua cũng như trong tương lai sắp tới

2 Tiền Giang có ñịa hình tương ñối bằng phẳng Tuy nhiên, trên ñịa bàn tỉnh vẫn có những khu vực trũng thấp, ñặc biệt là một số vùng thường xuyên bị ngập lũ hàng năm (khu vực thuộc các huyện phía tây của tỉnh), ngoài ra còn có nhiều ao, hồ, kênh, mương (ñặc thù của vùng sông nước miền Tây Nam Bộ), do ñó cần phải san lấp với chiều cao lớn ñể tạo mặt bằng khi có nhu cầu xây dựng công trình tại những ñịa ñiểm này

3 Mang ñặc ñiểm chung của ðồng bằng sông Cửu Long về nguồn gốc và cấu tạo ñịa chất, ñất nền ñể xây dựng công trình ở Tiền Giang chủ yếu là ñất yếu với chiều dày lớp bùn sét khá lớn nằm ở ñộ sâu rất nông so với mặt ñất tự nhiên Do ñó, trước khi xây dựng công trình, người thiết kế cần phải nghiên cứu giải pháp nền móng thích hợp, chẳng hạn như: gia tải trước; sử dụng giếng cát, bấc thấm làm tăng nhanh quá trình cố kết; móng nông trên nền gia cố cừ tràm, các loại móng sâu … ðối với những công trình có tải trọng từ trung bình ñến lớn (nhà dân dụng từ 3 tầng trở lên, nhà xưởng, trung tâm thương mại, cầu giao thông …), giải pháp móng cọc bê tông cốt thép ñược sử dụng khá phổ biến ñể truyền tải trọng công trình xuống lớp ñất tốt bên dưới

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM

2.1 ðỊNH NGHĨA VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM

ðịnh nghĩa hiện tượng ma sát âm: ðối với công trình có sử dụng móng cọc, khi cọc ñược ñóng vào trong tầng ñất nền có quá trình cố kết chưa hoàn toàn, nếu ñộ lún của nền dưới công trình lớn hơn ñộ lún của cọc thì sự lún tương ñối này phát sinh ra lực kéo xuống của tầng ñất ñối với cọc, làm giảm khả năng chịu tải của

cọc gọi là hiện tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi là lực ma sát âm [9] [17]

Lực ma sát âm xảy ra trên một phần thân cọc, phụ thuộc vào ñộ lún của ñất xung quanh cọc và ñộ lún của cọc Lực ma sát âm có chiều hướng thẳng ñứng xuống dưới và có khuynh hướng kéo cọc ñi xuống, do ñó làm tăng lực tác dụng lên cọc Ta có thể so sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sát dương thông qua hình sau (hình 2.1) [14]:

(Hình 2.1c)

Hình 2.1: So sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sát dương

(a) Sự phát sinh ma sát dương;

(b) Ma sát âm khi có lớp ñất mới ñắp xảy ra cố kết do trọng lượng bản thân; (c) Ma sát âm khi lớp sét xốp cố kết do thoát nước hay có thêm lớp ñất mới ñắp

2.2 NGUYÊN NHÂN GÂY RA LỰC MA SÁT ÂM

2.2.1 Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 205 :1998

Ma sát âm làm giảm sức chịu tải của cọc, do ñó cần xem xét khả năng xuất hiện của nó khi tính toán sức chịu tải của cọc trong các trường hợp sau [17]:

- Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích hiện ñại và trầm tích kiến tạo;

- Sự tăng ñộ chặt của ñất rời dưới tác dụng của ñộng lực;

- Sự lún ướt của ñất khi bị ngập nước;

- Tăng ứng suất hữu hiệu trong ñất do mực nước ngầm bị hạ thấp;

- Tôn nền quy hoạch có chiều dày lớn hơn 1m;

- Phụ tải trên nền kho lớn hơn 20 kPa;

- Sự giảm thể tích ñất do chất hữu cơ trong ñất bị phân hủy

2.2.2 Phân tích các nguyên nhân thường gặp và một số hình ảnh về hiện tượng

ma sát âm

1/-Nền công trình ñược tôn cao: gây ra tải trọng phụ tác dụng xuống lớp ñất phía

dưới làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên dưới; hoặc chính bản thân lớp nền ñắp dưới tác dụng của trọng lượng bản thân cũng xảy ra quá trình cố kết Ta có thể xem xét cụ thể các trường hợp sau:

Hình 2.2: Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền

(a) Trường hợp lớp sét ñắp trên tầng cát (b) Trường hợp lớp cát ñắp trên tầng ñất sét (c) Trường hợp lớp sét ñắp trên tầng ñất sét +Tr ường hợp (a): Khi có một lớp sét ñắp phía trên một tầng ñất dạng hạt

(hình 2.2a), tầng ñất ñắp sẽ cố kết dần dần, quá trình cố kết này sẽ sinh ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc trong suốt quá trình cố kết

+Tr ường hợp (b): Khi có một tầng ñất dạng hạt ñắp ở phía trên một tầng sét

yếu (hình 2.2b), nó sẽ gây ra quá trình cố kết trong tầng ñất sét và tạo ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc

+Tr ường hợp (c): Khi có một tầng ñất dính ñắp ở trên một tầng sét yếu (hình

2.2c), nó sẽ gây ra quá trình cố kết trong cả tầng ñất ñắp lẫn tầng ñất sét và tạo ra lực ma sát âm tác dụng vào cọc

2/-Phụ tải của nền gần móng công trình (móng cọc): việc xây chen các công

trình mới cạnh công trình cũ hay ñặt phụ tải lên nền gần móng sẽ làm gia tăng ñộ

lún của ñất nền, từ ñó có thể dẫn ñến tạo ra lực ma sát âm tác dụng vào cọc

(1) Công trình c ũ trên

móng c ọc ma sát

(2) Công trình m ới

trên móng bè (3) ðất yếu

(4) ðất chặt

Hình 2.3: Sự xuất hiện ma sát âm lên cọc của công trình cũ

khi có công trình m ới xây chen bên cạnh

Ma sát âm chỉ xảy ra ở một bên cọc do ảnh hưởng của phần ñường vào cầu có lớp ñất ñắp cao làm cho nền ñất bên dưới bị lún cố kết, làm xuất hiện ma sát

âm tác dụng vào cọc do phải chịu tải trọng của lớp ñất ñắp này; còn phần bên kia mố (phía sông) không có ñắp nên không

bị lún do tải trọng ngoài, do ñó cọc không bị ảnh hưởng của ma sát âm Vì vậy, một bên cọc chịu ma sát âm, còn bên kia chịu ma sát dương

Hình 2.4: Hiện tượng ma sát âm do tầng ñất ñắp cao

trên n ền ñất yếu trước mố cầu trên hệ cọc

3/-Mực nước ngầm bị hạ thấp:

Việc hạ mực nước ngầm làm cho áp lực nước lổ rỗng giảm, dẫn ñến ứng suất hữu hiệu trong nền ñất tăng lên, kéo theo làm ñẩy nhanh tốc ñộ lún cố kết của nền ñất Lúc ñó, ñộ lún của ñất xung quanh cọc vượt quá ñộ lún của cọc và xảy ra hiện tượng kéo cọc ñi xuống của lớp ñất xung quanh cọc

Hình 2.5: Hiện tượng ma sát âm xuất hiện trên cọc công trình cũ do việc hạ mực

n ước ngầm khi thi công công trình mới bên cạnh

2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN TRỊ SỐ CỦA LỰC MA SÁT ÂM

Trị số của lực ma sát âm phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang của cọc, bề mặt tiếp xúc giữa cọc và ñất nền, sự co ngắn ñàn hồi của cọc;

- ðặc tính cơ lý của ñất, chiều dày lớp ñất yếu, tính trương nở của ñất;

- Tải trọng chất tải (chiều cao ñắp nền, phụ tải);

- Thời gian chất tải cho ñến khi xây dựng công trình;

- ðộ lún của nền ñất sau khi ñóng cọc, ñộ lún của móng cọc;

- Quy luật phân bố ma sát âm trên cọc

-

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM

- Khi c ọc ở trong ñất, sức chịu tải của cọc thể hiện qua thành phần ma sát dương

xung quanh cọc và sức kháng mũi cọc Khi cọc bị ảnh hưởng ma sát âm thì sức chịu tải giảm do nó phải gánh chịu một lực kéo xuống mà thường gọi là lực ma sát âm Ngoài ra, quá trình cố kết của lớp ñất ñã gây nên khe hở giữa ñài và lớp ñất dưới ñài, giữa cọc và ñất xung quanh cọc, từ ñó gây tăng thêm ứng lực phụ tác dụng lên móng cọc ðối với ñất trương nở, ma sát âm có thể gây nên tải trọng phụ rất lớn tác dụng lên móng cọc

Trong một số trường hợp, lực ma sát âm khá lớn có thể vượt qua tải trọng tác dụng lên ñầu cọc nhất là ñối với cọc có chiều dài lớn Chẳng hạn năm 1972, Fellenius ñã ño quá trình phát triển lực ma sát âm của 2 cọc bê tông cốt thép ñược ñóng qua lớp ñất sét mềm dẻo dày 40m và lớp cát dày 15m cho thấy: sự cố kết lại của lớp ñất sét mềm bị xáo trộn do ñóng cọc ñã tạo ra lực kéo xuống 300 kN trong thời gian 5 tháng và 16 tháng sau khi ñóng cọc thì mỗi cọc chịu một lực kéo xuống

là 440 KN

Johanessen và Bjerrum ñã theo dõi sự phát triển hiện tượng ma sát âm trên cọc thép xuyên qua lớp ñất sét dày 53m và mũi tựa trên nền ñá Lớp ñất ñắp bằng cát dày 10m, quá trình cố kết của lớp ñất sét ñã gây ra ñộ lún 1,2m và lực kéo xuống khoảng 1500 kN ở mũi cọc Ứng suất ở mũi cọc ước tính ñạt ñến 190 kN/m2 và có khả năng xuyên thủng lớp ñá [23]

- ðối với việc sử dụng giếng cát: Ma sát âm làm hạn chế quá trình cố kết của nền

ñất yếu có dùng giếng cát Hiện tượng ma sát âm gây ra hiệu ứng treo của ñất xung quanh giếng cát, lớp ñất xung quanh bám vào giếng cát làm cản trở ñộ lún và cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của ñất nền xung quanh giếng cát

- ðối với việc gia tải trước: Ma sát âm làm giảm ảnh hưởng áp lực chất tải do một

phần trọng lượng của ñất ñược mang bởi cọc làm ngăn cản quá trình thoát nước của ñất nền Sự giảm áp lực chất tải làm giảm khả năng chịu tải tập trung của cọc nếu chúng ñược ñóng vào tầng ñất cát Kết quả là ñộ giảm khả năng chịu tải có thể lớn nếu khoảng cách giữa các cọc nhỏ

Phân tích trên cho thấy lực ma sát âm làm gia tăng lực nén dọc trục cọc và ñộ

lún của cọc Ngoài ra, ựộ lún của lớp ựất ựắp có thể tạo ra khe hở giữa ựài cọc và lớp ựất bên dưới ựài có thể làm thay ựổi momen uốn tác dụng lên ựài cọc Lực ma sát âm còn làm hạn chế quá trình cố kết thoát nước của nền ựất yếu khi có gia tải trước và có dùng giếng cát, cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của ựất nền xung quanh giếng cát

2.5 NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ MA SÁT ÂM Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Hiện tượng ma sát âm ựã ựược biết ựến từ rất lâu và ựã có rất nhiều tác giả nghiên cứu về hiện tượng này cũng như cách khắc phục nó Ở ngoài nước, ựã có các tác giả như: H.G Poulos; E.H Davis; Joseph E.Bowles; Braja M.Das; MJ TomlinsonẦnghiên cứu về hiện tượng ma sát âm với các quan ựiểm khác nhau Nhưng kết luận nói chung ựều cho rằng phạm vi chịu ma sát âm là khoảng 2/3ọ3/4 chiều dài cọc xuyên qua lớp ựất yếu Ở trong nước, nhóm tác giả Pierre Lareal, Nguyễn Thành Long, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ đức Lục và Lê Bá Lương ựã nghiên cứu và kiến nghị phương pháp tắnh ma sát âm áp dụng cho ựiều kiện ựất yếu

ở Việt Nam.[9]

Ngoài ra, còn có các Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm ựược thục hiện tại trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chắ Minh của các tác giả: Trần Xuân Thọ, Phạm Văn Bảo, Trần Công Vĩnh Học, Lê Tự Mười Ầ ựã nghiên cứu hiện tượng ma sát âm trên quan ựiểm vùng ảnh hưởng của ma sát âm là vùng mà ựộ lún và tốc ựộ lún của ựất nền xung quanh cọc lớn hơn ựộ lún và tốc ựộ lún của cọc Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết, các tác giả nêu trên ựã ựề xuất các công thức tắnh ảnh hưởng của ma sát âm ựến sức chịu tải của cọc và sự phát triển của ma sát âm theo thời gian Tuy nhiên, các công thức này hoàn toàn dựa trên

lý thuyết với ựiều kiện ựất yếu ở thành phố Hồ Chắ Minh hay đồng bằng sông Cửu Long nói chung và chưa ựược kiểm nghiệm bằng các thắ nghiệm sức chịu tải của cọc trong thực tế hiện trường, nên chưa thể khẳng ựịnh tắnh chắnh xác và phù hợp của chúng trong ựiều kiện ựịa chất ở Tiền Giang

2.6 MỘT SỐ SỰ CỐ CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN đẾN MA SÁT ÂM

2.6.1 Nhà máy sơn mạ tôn đình Vũ (Hải Phòng)

Nhà máy có kết cấu cột BTCT, vì kèo thép, bước cột (theo chiều dọc) là

7,85m và 9m, nhịp cột (theo chiều ngang) là 20-20-16m

Cấu tạo ñịa chất ñất nền khu vực xây dựng bao gồm lớp bùn sét hữu sơ yếu với bề dày tới 21m, dưới ñó cho ñến ñộ sâu 35÷36m là các lớp ñất dính trạng thái từ dẻo mềm ñến dẻo cứng và dưới cùng là ñá phong hóa với cường ñộ kháng nén 300 kG/cm2

Tổng thể khu ñất xây dựng nhà máy ñược san nền với ñộ cao san lấp bình quân 3,5m ñể tạo mặt bằng xây dựng Công trình ñược thiết kế móng cọc BTCT tiết diện 35x35cm mác 300 gồm 2 loại: cọc chống vào ñá gốc với chiều dài 36÷38 m cho móng khung nhà và bể mạ, và cọc ma sát với chiều dài chỉ 23m (tựa vào các lớp ñất dính dưới bùn yếu) cho móng thuộc dây chuyền sản xuất Dự tính sức chịu tải của cọc chống là 135 tấn và của cọc ma sát là 50 tấn Thí nghiệm nén tĩnh trên cọc ma sát cho sức chịu tải của cọc ñạt 60 tấn

Sau khi lắp ñặt xong thiết bị theo dây duyền sản xuất và chuẩn bị chạy thử thì người ta phát hiện thấy móng của các thiết bị trên dây chuyền bị lún và lún không ñều khiến dây chuyền không thể hoạt ñộng ñược ðo ñạc cẩn thận thấy móng máy theo dây chuyền lún nhiều hơn móng cột khung nhà 10÷15 cm

Kiểm toán cho thấy dưới tác dụng của tải trọng ñắp, nền ñất bùn sét bên dưới

bị lún nhiều với ñộ lún cuối cùng khoảng 140 cm và kéo dài nhiều năm tạo nên ma sát âm tác dụng lên thân cọc Tính toán sơ bộ cho giá trị lực ma sát âm tác dụng lên cọc vào khoảng 40 tấn Như vậy, lực ma sát âm tác dụng lên cọc trong trường hợp này rất lớn và cọc bị lún nhiều do chịu tải vượt quá dự kiến ñồng thời lại bị giảm sức chịu tải do ảnh hưởng của ma sát âm [3]

2.6.2 Trạm trộn bê tông Pháp Vân (Hà Nội)

Hình 2.6: Mặt bằng tổng thể của Trạm trộn bê tông Pháp Vân

Hình 2.7: Mặt cắt ñịa chất khu vực xây dựng Trạm trộn bê tông Pháp Vân

Công trình gồm nhà văn phòng và một trạm trộn bê tông Kết cấu nhà khung

bê tông cốt thép kết hợp vì kèo thép lắp ghép, sử dụng móng cọc BTCT có chiều dài cọc 24m với tiết diện 25x25cm ðịa chất dưới công trình có lớp ñất yếu từ trên mặt tới ñộ sâu 18÷28m Công trình bị hư hỏng nặng không thể sử dụng khi vừa hoàn

công xong (xem hình 2.8) Nguyên nhân là do việc khai thác nước tại Nhà máy nước Pháp Vân gần ñó làm hạ mực nước ngầm, gây ra lún toàn vùng, kéo theo sự xuất hiện ma sát âm tác dụng lên cọc làm giảm sức chịu tải của cọc [3]

Hình 2.8: Một số hình ảnh về hư hỏng tại Trạm trộn bê tông Pháp Vân

2.6.3 Công trình Sân vận ñộng Long An

Công trình Sân vận ñộng Long An ñược xây dựng vào những năm 1985 với kết cấu bê tông cốt thép Các khán ñài lớn là B, C và D có 70 trục cột chịu tải trọng chính trên móng cọc BTCT; cọc có chiều dài 9,5m

Cạnh Sân vận ñộng là Nhà máy cấp nước Long An, khai thác nước ngầm ở tầng sâu 300m Hệ thống khai thác có 7 giếng mà giếng gần nhất là cách sân vận ñộng 500m Công suất khai thác là 8.000m3/ngày ñêm

Cấu tạo ñịa chất khu vực như sau:

+Lớp 1: Sét bột màu xám nâu ñến xám trắng, ñộ dẻo cao trạng thái mềm, dày

từ 0÷2,6m ðộ ẩm: W=43,2%, dung trọng tự nhiên: 1,747g/cm3

+Lớp 2: Bùn sét lẫn hữu cơ và ít cát, màu xám, ñộ dẻo cao trạng thái rất mềm, có chiều dày trung bình 2,5m

+Lớp 3: Sét lẫn bột và ít cát, màu nâu vàng nhạt, xám trắng ñộ dẻo cao, trạng thái dẻo cứng, có bề dày 6,2m

+Lớp 4: Sét pha cát màu nâu vàng xám trắng, ñộ dẻo trung bình, trạng thái dẻo cứng, có bề dày 5,9m

+Lớp 5: Cát vừa ñến mịn lẫn bột, màu xám trắng ñến nâu vàng nhạt trạng thái từ bời rời ñến chặt vừa, có bề dày 11,9m

+Lớp 6: Sét lẫn bột và ít cát màu xám trắng nâu vàng ñến nâu ñỏ nhạt, ñộ dẻo cao trạng thái nữa cứng, dày 3,2m

+Lớp 7: Cát mịn lẫn bột, màu nâu nhạt ñến nâu vàng ñốm trắng, trạng thái chặt vừa, dày 8,7m

+Lớp 8: Sét lẫn bột và ít cát màu xám ñen ñến xám, ñộ dẻo cao trạng thái từ dẻo cứng ñến nữa cứng, dày 4,3m

+Lớp 9: Cát vừa ñến mịn lẫn bột màu xám trắng vàng nhạt, trạng thái chặt vừa ñến chặt, dày 6,5m

+Mực nước ngầm ổn ñịnh (tháng 3 hàng năm) là -0,6m so với mặt ñất hiện hữu

Những hình ảnh khảo sát tại thời ñiểm tháng 11/2007 cho thấy ảnh hưởng của hoạt ñộng khai thác nước ngầm quá gần với công trình gây ra lún cho toàn vùng, dẫn ñến sự xuất hiện ma sát âm làm giảm sức chịu tải của cọc gây phá hoại hệ khung chịu lực của khán ñài Sân vận ñộng

(Hình 2.9c) Chân c ột bị răn nứt (Hình 2.9d) D ầm bị răn nứt

(H2.9e) C ột vẫn bị răn nứt sau sửa chữa (H2.9f) B ệ ngồi khán ñài bị ñứt gãy

Hình 2.9: Một số hình ảnh về hư hỏng tại Khán ñài Sân vận ñộng Long An

2.6.4 Một phân xưởng bên bờ sông Seine (Pháp)

Phân xưởng này ñược xây dựng bên bờ sông Seine (Pháp) với mặt cắt ngang nhà và mặt cắt ñịa chất cho trong hình Lớp ñất nền mới ñắp tôn cao ñể tạo mặt bằng không ngập úng, có chiều dày thay ñổi từ 3÷5m, nằm trên lớp ñất sa bồi mới, dày khoảng 20m ; trong lớp sa bồi này thành phần sét nhiều nhất ; rồi ñến lớp sét vôi dày 5m do ñá vôi gốc phong hóa ; lớp ñá vôi ở ñộ sâu 26÷29 m

Khung nhà bằng kết cấu thép ñặt trên móng cọc bê tông cốt thép, mỗi móng

có 2 ÷ 4 cọc khoan (tùy theo tải trọng) Những cọc khoan này có φ90cm nằm trong lớp sa bồi (cọc ma sát), cọc dài 6m ñể mang tải 60 tấn và cọc dài 10 m ñể mang tải

180 tấn

Hình 2.10: Mặt cắt ñịa chất và mặt cắt ngang nhà

Khi phân xưởng bắt ñầu hoạt ñộng thì ñã thấy các cột lún, ñộ lún lớn nhất là

8 cm tại gian chứa vật liệu tole cán, phía trông ra sông Seine Cột lún nghiêng tới vài cm, cột phía ngoài lún nhiều hơn cột phía trong Các cột của khung thép cách nhau khá xa, và chính cấu trúc nhà khá dẻo ñể chịu ñựng những ñộ lún chênh lệch, nên không thấy xuất hiện hư hỏng nào, ngoài việc thường xuyên phải cân chỉnh lại ñường ray cầu trục cho thật song song Việc này nếu cứ lặp lại mãi sẽ gặp nguy hiểm cho cầu trục, vậy phải tìm biện pháp sửa chữa căn bản [5]

Nghiên cứu thực ñịa và bản vẽ thì phát hiện ra những sai sót sau ñây :

- Cọc ma sát, không xuống tới ñá gốc, tất nhiên phải lún, mà biên ñộ lún không thể phù hợp với dung sai cho phép ñể các cầu trục làm việc tốt ñược

- Gia tải là các ñồng vật liệu tole rất lớn xếp trên nền ñắp, tạo ra ma sát âm cho các cọc mà không ñược xét tới khi thiết kế, ñã làm tăng ñộ lún của móng cọc; ñồng thời các lực xô ngang do các gia tải ñặt không ñối xứng, ñã ñẩy nghiêng một số cọc

- Những lực ñộng thường xuyên hãm các cầu trục ñã truyền xuống cọc những tải trọng từ ñộ lớn bằng không ñến ñộ lớn gấp ñôi tải trọng danh nghĩa của cọc; ñiều này ñã không ñược xét ñến

2.7 NHẬN XÉT

1 Mối tương quan giữa ñộ lún của ñất nền xung quanh cọc và ñộ lún của cọc là nền tảng làm xuất hiện ma sát âm Sự chuyển dịch tương ñối khi ñộ lún của ñất nền gần cọc lớn hơn ñộ lún của cọc làm phát sinh lực ma sát âm kéo cọc ñi xuống, làm giảm sức chịu tải của cọc, do thay vì là ma sát dương gánh ñỡ tải trọng thì nó lại là ma sát

âm làm tăng thêm tải trọng tác dụng lên cọc

2 Hiện tượng ma sát âm có thể gây ảnh hưởng xấu ñến ñộ ổn ñịnh và ñộ bền của công trình Trong nhiều trường hợp nếu không xét ñến lực ma sát âm sẽ không ñánh giá ñúng tải trọng tác dụng lên cọc và sức chịu tải của cọc Từ ñó, hệ quả là công trình có thể bị phá hoại do ma sát âm làm tăng lực nén dọc trục lên cọc và gây ra ñộ lún vượt quá giới hạn cho phép

3 Ma sát âm là hiện tượng phức tạp vì nó phụ thuộc nhiều thông số, cụ thể là: ñộ lún của ñất sau khi ñóng cọc, sự co ngắn ñàn hồi của cọc, ñộ lún của cọc, tải trọng chất tải, loại cọc và chiều dài cọc, quy luật phân bố ma sát âm trên cọc

4 Có nhiều nguyên nhân gây ra lực ma sát âm, trong ñó có 3 nguyên nhân phổ biến

là : nền công trình ñược tôn cao, phụ tải tác dụng lên nền gần móng công trình, mực nước ngầm bị hạ thấp Các tác nhân này làm tăng ñộ lún của ñất nền xung quanh móng cọc dẫn ñến tạo ra lực ma sát âm tác dụng lên cọc

Chương 3 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG, NGOÀI NƯỚC VỀ XÁC ðỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CÓ XÉT ðẾN ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM

VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

3.1 NGHIÊN CỨU CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

3.1.1 Mô hình thứ nhất (Theo N.H.M Repcevanova - Nga) [10]

Lực ma sát âm tác dụng lên mặt hông của cọc trên phạm vi ñoạn dài của cọc

mà ở ñó tốc ñộ lún của ñất gần cọc (Vñ) lớn hơn tốc ñộ lún của móng cọc (Vm), tức là:

ðộ lún của cát mịn và á cát hoàn toàn no nước, bùn, than bùn,… xảy ra dưới tác dụng của tải trọng phân bố ñều trên bề mặt, có thể xác ñịnh dựa trên lý thuyết cố kết thấm theo công thức:

c t M

ao : hệ số nén tương ñối (cm2/kG), tính theo công thức:

o

o

a a

1 e

=

q: Tải trọng ngoài phân bố ñều (kG/cm2)

t: thời gian (giây = s)

e: cơ số tự nhiên

cv : hệ số cố kết (cm2/s), tính theo công thức:

v tb

v

n

k (1 e ) c

9 Than bùn phân giải trung bình (0,2 ÷ 1,2) 10-3

Khi có sự tác dụng của lực ma sát âm, việc tính toán cọc và móng cọc ñược tiến hành theo trạng thái giới hạn thứ hai (theo ñiều kiện về biến dạng) ðối với cọc ñơn, ñiều này xem như thỏa mãn nếu:

gh a tc

N: Tải trọng tính toán trên một cọc (tấn), xác ñịnh khi thiết kế công trình

Ktc : hệ số tin cậy, lấy Ktc = 1,4

Pgh : sức mang tải tính toán (tấn) theo ñất nền của ñoạn cọc nằm phía dưới tác