Analysis the behavier of bored piles subzected to the axial loading by using the osterberg test resulty

MỘT SỐ KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮTHTT Hộp tải trọng O-Cell Osterberg Cell TT-CV Tải trọng – Chuyển vị SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam M-C Mô hình Mohr Coulomb H-S Mô hìn

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỌC KHOAN NHỒI

CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI DỌC TRỤC TỪ KẾT QUẢ

THÍ NGHIỆM OSTERBERG ANALYSIS THE BEHAVIER OF BORED PILES SUBZECTED TO THE AXIAL LOADING BY USING

THE OSTERBERG TEST RESULTY

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM

Mã số ngành: 60 58.02.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2020

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ BÁ VINH

3 Phản biện 1: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

4 Phản biện 2: TS TRẦN VĂN TUẨN

5 Ủy viên: ThS HOÀNG THẾ THAO

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Mã số ngành : 60.58.02.04

I TÊN ĐỀ TÀI:

Phân tích ứng xử cọc khoan nhồi chịu tác dụng của tải dọc trục từ kết quả thí nghiệm Osterberg

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

 Xác định tải trọng – chuyển vị mũi cọc bằng phương pháp thí nghiệm Osterberg Cell cho cọc khoan nhồi có lắp thiết bị đo biến dạng và mô phỏng thí Osterberg Cell bằng chương trình Plaxis 2D

Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm Osterberg Cell, theo TCVN 10304:2014 và mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D

Xác định vùng ảnh hưởng xung quan thân cọc

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/08/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/08/2020

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ BÁ VINH

Tp HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2020

TRƯỞNG KHOA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS LÊ ANH TUẤN

cũng như các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã giảng dạy rất nhiệt tình và chu đáo trong suốt quá trình khóa học cao học Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Lê Bá Vinh Thầy

đã hướng dẫn giúp tôi hình thành nên ý tưởng của đề tài, hướng dẫn tôi phương pháp tiếp cận nghiên cứu, có nhiều ý kiến đóng góp quý báu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên không thể không

có những thiếu sót nhất định Kính mong quý Thầy Cô góp ý, chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung và hoàn thiện luận văn đạt chất lượng tốt nhất

Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô

Tp HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2020

Nguyễn Trung Duy

sức chịu tải, vùng ảnh hưởng xung quanh cọc xác định từ thí nghiệm O-cell, thí nghiệm nén tĩnh truyền thống và phương pháp giải tích.

Từ khóa: O-cell, sức chịu tải cọc khoan nhồi, vùng ảnh hưởng

SUMMARY OF THESIS TITLE: Analysis the behavier of bored piles subzected to the axial loading by using the Osterberg test resulty

ABSTRACT:Analysis the Osterberg test result, simulated by Plaxis 2D and combining with analytical methods to assess the bearing capacity, influence area and behavier of the Soil around the bored pile Comparing, Conclusion bearing capacity, influence area

response of O-Cell Test, conventional test and analytical method

Keyword: O-cell, bearing capacity of bored pile, influence area …

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS Lê Bá Vinh

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2020

Nguyễn Trung Duy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ THÍ NGHIỆM OSRERBERG VÀ ỨNG XỬ CỦACỌC ĐƠN CHỊU TÁC DỤNG TẢI DỌC TRỤC 3

1.1.1 Các nghiên cứu trước đây về ứng xử của cọc khi chịu tác dụng của tải dọc trục 3

1.1.2 Các phương pháp dùng để phân tích ứng xử của cọc đơn chịu tác dụng của tải dọc trục 4

1.2 TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM OSTERBERG 5

1.2.1 Lịch sử và ứng dụng của thí nghiệm Osterberg 5

1.2.2 Triển vọng của việc áp dụng thử tải bằng hộp tải trọng Osterberg9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 NGUYÊN LÝ THÍ NGHIỆM OSTERBERG 10

2.1.1 Nguyên lý thí nghiệm 10

2.1.2 Nguyên tắc chọn hộp tải 11

2.1.3 Phương pháp đặt tải 14

2.1.4 Xác định tải trọng – chuyển vị đầu cọc tương đương 15

2.1.5 Xác định đàn hồi thân cọc 17

2.1.6 Xác định tải trọng từ số liệu đo biến dạng 20

2.2 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO TCVN 10304:2014 24

2.2.1 Công thức tổng quát 24

2.2.2 Sức chịu tải của cọc theo điều kiện vật liệu 24

2.2.3 Sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cơ lý của đất 24

2.2.4 Sức chịu tải cọc theo cường độ đất nền 26

2.2.5 Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT 28

2.3 LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO

PHƯƠNG PHÁP O-CELL 31

2.3.1 Xác định sức chịu tải giới hạn theo phương pháp đồ thị 31

2.3.2 Một số phương pháp phổ biến hay được sử dụng xác định Pgh 33

2.4 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN QUANH CỌC 36

2.4.1 Đường cong T-Z 36

2.4.2 Xác định vùng ảnh hưởng quanh thân cọc 38

2.4.2.1 Xác định ứng suất trong đất theo công thức của Boussinesq 39

2.4.2.2 Xác định ứng suất trong đất theo công thức của Mindlin 40

2.4.2.3 s Xác định vùng ảnh hưởng theo Theo Randolph và Wroth (1978)

40 2.5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PLAXIS 42

2.5.1 Mô hình vật liệu 42

2.5.2 Phân tích không thoát nước 47

2.5.3 Phân tích thoát nước 49

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA ĐẤT NỀN DỰA TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP O-CELL 50

3.1 CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU (TÒA NHÀ VIETCAPITAL) 50

3.1.1 Vị trí dự án 50

3.1.2 Địa chất 50

3.1.3 Thông tin về cọc khoan nhồi thí nghiệm O-Cell 51

3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM OSTERERG 55

3.2.1 Tải trọng – chuyển vị lên và xuống của O-Cell 55

3.2.2 Tải trọng – chuyển vị đầu cọc tương đương 56

3.2.3 Tính đàn hồi thân cọc 62

3.2.4 Tính tải phân bố dọc thân cọc 71

3.3 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 83

3.3.1 Tính sức chịu tải của cọc theo TCVN 10304:2014 83

3.3.2 Xác định sức chịu tải cực hạn của cọc từ kết quả thí nghiệm Ocell… 113

3.4 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA ĐẤT NỀN THEO CHIỀU DÀI CỌC VÀ ĐƯỜNG KÍNH CỌC DỰA TRÊN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP O-CELL 115

Wroth… 131

3.6 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN CHƯƠNG 132

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM CỌC THEO PHƯƠNG PHÁP O-CELL BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 2D 133

4.1 TỔNG QUÁT 133

4.2 MÔ HÌNH VẬT VẬT LIỆU VÀ THÔNG SỐ ĐỊA CHẤT 133

4.2.1 Thông số đầu vào ban đầu 133

4.2.2 Khai báo các thông số đầu vào 137

4.2.3 Các bước tính toán 141

4.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PLAXIS 144

4.3.1 Kết quả ứng suất dọc thân cọc 144

4.3.2 Kết quả ma sát thành dọc thân cọc 145

4.3.3 Kết quả chuyển vị 148

4.3.4 So sánh đường quan hệ Tải trọng-chuyển vị tương đương 151

4.4 XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 152

4.4.1 Xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả mô phỏng thí nghiệm Ocell 152 4.4.2 Xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả mô phỏng thí nghiệm Nén tĩnh truyền thống 154

4.5 SO SÁNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 156

4.5.1 So Sánh sức chịu tải của cọc xác định theo các phương pháp 156

4.5.2 So sánh sức chịu tải của cọc TP1 và TP2 xác định theo các phương pháp 159 4.6 SO SÁNH VÙNG ẢNH HƯỞNG XÁC ĐỊNH THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP 160

4.6.1 Xác định vùng ảnh hưởng quanh thân cọc từ mô phỏng Plaxis 160

4.6.2 So sánh vùng ảnh hưởng xác định bằng các phương pháp 161

4.7 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN CHƯƠNG 162

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 164

5.1 KẾT LUẬN 164

5.2 KIẾN NGHỊ 165

TÀI LIỆU THAM KHẢO 166

PHỤ LỤC 168

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 175

Hình 2 5 Sơ đồ xác định nén đàn hồi cọc của thí nghiệm O-Cell 17

Hình 2 6 Sơ đồ xác định nén đàn hồi cọc nén tĩnh truyền thống 19

Hình 2 7 Biểu đồ xác định hệ số α 28

Hình 2 8 Biểu đồ xác định hệ số α p và f L 31

Hình 2 9 Biều đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị 31

Hình 2 10 Biều đồ quan hệ chuyển vị và thời gian 32

Hình 2 11Biều đồ quan hệ tải trọng - thời gian - chuyển vị 32

Hình 2 12 Biều đồ quan hệ tải trọng - thời gian 32

Hình 2 13 Biểu đồ xác định Pgh 33

Hình 2 14 Phương pháp De Beer 34

Hình 2 15 Phương pháp Davisson 35

Hình 2 16 Phương pháp của Cannadian Foundation Engineering Manual (1985)35 Hình 2 17 Mô hình đường T-Z theo Reese 37

Hình 2 18 Mô hình đường t-z theo Randolph và Wroth (1978) 37

Hình 2 19 Mô hình đường t-z, q-z theo Bohn và cộng sự(2015) dạng khối hộp 38

Hình 2 20 Cơ chế truyền tải của cọc khoan nhồi chịu tải trọng dọc trục 38

Hình 2 21 Tương tác cọc- đất nền trong quá trình làm việc 39

Hình 2 22 Bài toán Boussinesq – Tải trọng P trong hệ tọa độ x,y,z 39

Hình 2 23 Bài toán Mindlin - Tải trọng P đặt trong lòng đất tại A(0,0,h) 40

Hình 2 24 Biến dạng của đất nền xung quanh thân cọc và nũi cọc khi cọc chịu tác dụng của tải dọc trục 41

Hình 2 25 Bán kính trung bình vùng ảnh hưởng xung quanh thân cọc 41

Hình 2 26 Hình: Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mô hình đàn hồi dẻo 42

Hình 2.27 Định nghĩa E0 và E50 cho kết quả thí nghiệm 3 trục thoát nước 42

Hình 2.28 Các vòng tròn Morh ứng suất tại giai đoạn chảy dẻo, góc giãn nở (ψ) 43

Hình 2.29 Xác định Eref từ thí nghiệm nén 3 trục cố kết thoát nước 44

Hình 2 30 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 45

Hình 2.31 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết 46

Hình 3 1 Sơ đồ vị trị trí dự án cao ốc VietCapital 50

Hình 3 2 Sơ đồ vị trí cọc thử tĩnh TP1 và TP2 51

Hình 3 3 Sơ đồ bố trí Strangauge và Ocell cọc TP1 53

Hình 3 4 Sơ đồ bố trí Strangauge và Ocell cọc TP2 54

Hình 3 5 Quan hệ tải trọng chuyển vị cọc TP1 56

Hình 3 6 Quan hệ tải trọng chuyển vị cọc TP2 56

Hình 3 7 Biểu đồ Tải trọng-chuyển vị đầu cọc tương đương cọc TP1 60

Hình 3 8 Biểu đồ Tải trọng-chuyển vị đầu cọc tương đương cọc TP2 62

Hình 3 9 Tải trọng – chuyển vị đâù cọc có kể đến tính nén đàn hồi cọc TP1 67

Hình 3 10 Tải trọng – chuyển vị đầu cọc có kể đến tính nén đàn hồi cọc TP2 71

Hình 3 11 : Biểu đồ xác định độ cứng thân cọc TP1 72

Hình 3 12 Biểu đồ xác định độ cứng thân cọc TP2 74

Hình 3 13 Biểu đồ phân bố tải ứng với từng cấp gia tải cọc TP1 75

Hình 3 14 Biểu đồ phân bố tải ứng với từng cấp gia tải cọc TP2 77

Hình 3 15 Biểu đồ ma sát đơn vị ứng với từng cấp gia tải cọc TP1 78

Hình 3 16 Biểu đồ ma sát đơn vị ứng với từng cấp gia tải cọc TP2 80

Hình 3 17 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị mũi cọc TP1 82

Hình 3 18 Biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị mũi cọc TP2 83

Hình 3 19 Biều đồ xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp Davisson cọc TP1 114

Hình 3 20 Biều đồ xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp Davisson cọc TP2 115

Hình 3 21 Biểu đồ quan hệ Chuyển vị -ma sát đơn vị tại độ sâu -48,7m 117

Hình 3 22 Biểu đồ quan hệ Chuyển vị -ma sát đơn vị tại độ sâu -54,7m 118

Hình 3 23 Biểu đồ quan hệ Chuyển vị - tỷ số τTP1/ τTP2 tại độ sâu -54,7m 120

Hình 3 24 Biểu đồ quan hệ Chuyển vị -ma sát đơn vị Lớp đất số 7 121

Hình 3 25 Biểu đồ quan hệ Chuyển vị -ma sát đơn vị tại độ sâu -72,7m 122

Hình 3 26 Biểu đồ quan hệ Chuyển vị - tỷ số τ TP1 / τ TP2 Lớp đất số 7 125

Hình 3 27 Biểu đồ Ứng suất-chuyển vị tại mũi cọc 127

Hình 3 28 Vùng ảnh hưởng xung quanh thân cọc 129

Hình 3 29 Vùng ảnh hưởng xung quanh thân cọc 131

Hình 4 1 Thông tin dự án 137

Hình 4 2 Điều kiện biên 137

Hình 4 3 Mô hình, dung trọng, hệ số thấm 138

Hình 4 4 Mô đun đàn hồi, lực dính, góc ma sát trong 138

Hình 4 5 Hệ số bề mặt tiếp xúc 139

Hình 4 6 Mô hình vật liệu, dung trọng 139

Hình 4 7 Mô đun đàn hồi 140

Hình 4 8 Gáng vật liệu cho Cọc, Ocell và các lớp đất 140

Hình 4 9 Khai báo mực nước ngầm và biên thoát nước 141

Hình 4 10 Gáng vật liệu cho cọc, O-cell, R inter 141

Hình 4 11 Bước thi công cọc 142

Hình 4 12 Khai báo tải Ocell theo cấp tải trọng 143

Hình 4 13 Kết quả tính toán mô hình 143

Hình 4 14 Biểu đồ phân bố tải ứng với từng cấp gia tải cọc TP1 144

Hình 4 23 Đường cong quan hệ Tải trọng-chuyển vị tương đương cọc TP1 151

Hình 4 24 Đường cong quan hệ Tải trọng-chuyển vị tương đương cọc TP2 152

Hình 4 25 Biều đồ xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp Davisson cọc TP1 153

Hình 4 26 Biều đồ xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp Davisson cọc TP2 154

Hình 4 27 Biều đồ xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp Davisson cọc TP1 155

Hình 4 28 Biều đồ xác định sức chịu tải của cọc bằng phương pháp Davisson cọc TP2 156

Hình 4 29 Biểu đồng thống kê sức chịu tải của cọc TP1 xác định theo các phương pháp 157

Hình 4 30 Biểu đồng thống kê sức chịu tải của cọc TP2 xác định theo các phương pháp 158

Hình 4 31 Biểu đồ so sánh sức chịu tải của cọc TP1 và TP2 159

Hình 4 32 Biểu đồ so sánh Tỷ số P TP1 /P TP2 160

Hình 4 33 Đường bao chuyển vị s=0 của cọc TP1 và TP2 160

Hình 4 34 Vùng ảnh hưởng quanh thân cọc TP1 theo các phương pháp 161

Hình 4 35 Vùng ảnh hưởng quanh thân cọc TP2 theo các phương pháp 162

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1 Thông số cọc thí nghiệm O-cell 52

Bảng 3 2 Quan hệ tải trọng – chuyên vị của thí nghiệm O-cell 55

Bảng 3 3 Tải trọng-chuyển vị đầu cọc tương đường của cọc TP1 57

Bảng 3 4 Tải trọng-chuyển vị đầu cọc tương đường của cọc TP2 60

Bảng 3 5 Tính đàn hồi thân cọc TP1 63

Bảng 3 6 Tính đàn hồi thân cọc TP2 67

Bảng 3 7 Bảng phân tích độ cứng thân cọc TP1 72

Bảng 3 8 Bảng phân tích độ cứng thân cọc TP2 73

Bảng 3 9 Bảng tính tải phân bố dọc thân cọc TP1 74

Bảng 3 10 Bảng tính tải phân bố dọc thân cọc TP2 76

Bảng 3 11 Tính ma sát đơn vị cọc TP1 77

Bảng 3 12 Tính ma sát đơn vị cọc TP2 78

Bảng 3 13 Tải trọng - chuyển vị mũi cọc TP1 81

Bảng 3 14 Tải trọng - chuyển vị mũi cọc TP2 82

Bảng 3 15 Bảng tính hệ số nền (Hệ s ố K lấy theo bảng A.1 TCVN 10304:2014) 84

Bảng 3 16 Bảng tính hệ số nền (Hệ số K lấy theo bảng A.1 TCVN 10304:2014) Cọc TP1 86

Bảng 3 17 Bảng tính ma sát thành cọc của đất theo chỉ tiêu cơ lý cọc TP1 89

Bảng 3 18 Bảng tính ma sát thành cọc của đất theo chỉ tiêu cơ lý Cọc TP2 93

Bảng 3 19 Bảng thông số từ thí nghiệm cắt trực tiếp cọc TP1 97

Bảng 3 20 Bảng tính sức kháng do ma sát thành của các lớp đất cocj TP1 98

Bảng 3 21 Bảng thông số từ thí nghiệm cắt trực tiếp cọc TP2 99

Bảng 3 22 Bảng tính sức kháng do ma sát thành của các lớp đất cọc TP2 100

Bảng 3 23 Bảng tính giá trị fi lớp đất rời theo Meyerhof cọc TP1 102

Bảng 3 24 Bảng tính giá trị fi lớp đất dính theo Meyerhof cọc TP1 103

Bảng 3 25 Bảng tính giá trị fi lớp đất rời theo Meyerhof cọc TP1 104

Bảng 3 26 Bảng tính giá trị fi lớp đất dính theo Meyerhof cọc TP2 106

Bảng 3 27 Bảng tính giá trị ma sát hông của các lớp đất dính theo công thức Nhật Bản cọc TP1 108

Bảng 3 28 Bảng tính giá trị ma sát hông của các lớp đất dính theo công thức Nhật Bản cọc TP2 111

Bảng 3 29 Ma sát đơn vị - chuyển vị tại độ sâu -48,70m 115

Bảng 3 30 Ma sát đơn vị - chuyển vị tại độ sâu -56,70m 117

Bảng 3 31 Chuyển vị-tỷ số τ TP1 /τ TP2 tại độ sâu 54,7m 119

Bảng 3 32 Ma sát đơn vị - chuyển vị tại độ sâu -60,70m 120

Bảng 3 33 Ma sát đơn vị - chuyển vị tại độ sâu -72,70m 121

Bảng 3 34 Chuyển vị-tỷ số τ TP1 /τ TP2 Tại độ sâu -60,70m 123

Bảng 3 35 Chuyển vị-tỷ số τ TP1 /τ TP2 Tại độ sây -72,70m 124

Bảng 3 36 Tải trọng - chuyển vị mũi cọc 125

Bảng 4 6 Bán kính vùng ảnh hưởng xung quanh cọc TP1 161 Bảng 4 7 Bán kính vùng ảnh hưởng xung quanh cọc TP2 161

MỘT SỐ KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

HTT Hộp tải trọng

O-Cell Osterberg Cell

TT-CV Tải trọng – Chuyển vị

SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

M-C Mô hình Mohr Coulomb

H-S Mô hình Hardening Soil

qp Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

fi Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i

li Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ i

Rc,u Sức chịu tải cực hạn của cọc

γsat Dung trọng của đất dưới mực nước ngầm

νur Hệ số Poisson dỡ tải và gia tải lại

Rinter Hệ số tương tác giữa cọc và đất

kx Hệ số thấm theo phương ngang

ky Hệ số thấm theo phương đứng

PHẦN MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Ngày nay, các thành phố trên thế giới tăng nhanh về quy mô, chiều cao côngtrình Nhiều công trình lớn được xây dựng trong các điều kiện không thuận lợi nhưxây dựng trên nền đất yếu, trên sông, biển, trong vùng có điều kiện tự nhiên khắcnghiệt ( gió, động đất, ) Chính vì vậy, các công trình đòi hỏi phải có kết cấu móngvững chắc để đảm bảo an toàn cho công trình Cọc khoan nhồi được áp dụng ngàycàng nhiều vào các công trình xây dựng nhằm tối ưu hóa các phương án thiết kế nềnmóng Việc hiểu rõ cơ chế làm việc của cọc khoan nhồi, tương tác với đất nền xungquanh là rất cần thiết để các kỹ sư lựa chọn phương án thiết kế hợp lý nhất

- Một trong những thí nghiệm quan trọng trong quá trình thiết kế thi công cọcnói chung và cọc khoan nhồi nói riêng là thí nghiệm nén tĩnh Thí nghiệm nén tĩnhO-Cell là một giải pháp hữu hiệu để đánh giá sức chịu tải của cọc

- Để đánh giá sức chịu tải, vùng ảnh hưởng của cọc được hiệu quả cần “ Phân tích ứng xử của đất nền quanh cọc khoan nhồi chịu tác dụng của tải dọc trục từ kết quả thí nghiệm nén tỉnh O-Cell” để tìm hiểu và có những thiết kế hợp lý, hiệu quả

và an toàn

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu sức chịu tải, vùng ảnh hưởng của đất nền xung quanh cọc khoannhồi dưới tác dụng của tải dọc trục trên cơ sở thử tải nén tĩnh dọc trục bằng phươngpháp O-Cell

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Thu thập số liệu các công trình thực tế

- Cơ sở lý thuyết của phương pháp xác định sức chịu tải của cọc từ số liệu địachất và sức chịu tải theo phương pháp O-Cell ngoài hiện trường

- Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D mô hình cọc thí nghiệm để đối chiếu vớikết quả thí nghiệm

- Phân tích và kết luận

I Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài“ Phân tích ứng xử của cọc khoan nhồi chịc tác dụng của tải dọc trục

từ kết quả thí nghiệm Osterberg” có ý nghĩa khoa học như sau:

- Xác định sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm O-cell

- Xác định vùng ảnh hưởng ứng suất trong nền đất có móng cọc khoan nhồi đểtận dụng được hiệu quả của đất nền

- Dựa vào phương pháp tính giải tích, phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D)

và thí nghiệm kiểm chứng hiện trường, So sánh đánh giá, đưa ra cách tính tổngquan, giúp kỹ sư thiết kế có thêm sự lựa chọn khi tính toán sức chịu tải của cọc,mang lại hiệu quả cao cho các dự án

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ THÍ NGHIỆM OSRERBERG VÀ ỨNG XỬ CỦACỌC ĐƠN CHỊU TÁC DỤNG TẢI DỌC TRỤC

1.1.1Các nghiên cứu trước đây về ứng xử của cọc khi chịu tác dụng của tải dọc trục

1.1.1.1Các nghiên cứu trên thế giới

- Năm 1966, Coyle và Reese nghiên cứu quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị củacọc đơn, đưa ra đường quan hệ t-z và q-z cho cọc trong nền đất sét

- Năm 1984, Mosher, R L nghiên cứu quan hệ tải trọng chuyển vị cọc, đườngquan hệ t-z và q-z cho cọc trong đất cát

- Năm 1977, trong cuốn sách “ Design of Pile Foundation”, Vesic đã trình bày cơchế làm việc của cọc, vùng ảnh hưởng xung quanh thân cọc và mũi cọc

- Năm 1978, Randolph và Wrong đề xuất công thức tính bán kính vùng ảnhhưởng xung quanh thân cọc

- Các nghiên cứu sau này được ứng dụng, phát triển và áp dụng cho nhiều loạiđất, nhiều vùng địa lý khác nhau

1.1.1.2Các nghiên cứu trên trong nước.

- Năm 2004, trong cuốn sách Phương pháp OSTERBERG đánh giá sức chịu tảicủa cọc khoan nhồi, cọc Barrete, Nguyễn Hữu Đẩu và Phan Hiệp đã trình bày về cơchế và kết quả thu được từ thí nghiệm Osterberg cho cọc khoan nhồi và cọc Barret

- Năm 2010, Nguyễn Minh Hải đã trình bày cách xác định kết quả thí nghiệmtrên cơ sở dữ liệu thu được từ thí nghiệm O-cell được thực hiện cho cọc khoan nhồitại dự án cầu Bình Lợi và sử dụng phần mềm Plaxis 3D mô phỏng lại thí nghiệm và

so sánh đánh giá kết quả thu được từ thí nghiệm hiện trường và mô phỏng bằngphần mềm Plaxis 3D

- Năm 2016, Trần Văn Thân đã dùng phầm mềm Plaxis 2D mô phỏng thí nghiệmO-Cell cho cọc khoan nhồi, từ đó xác định sức chịu tải của cọc trên cơ sở so sánhđánh giá kết quả thí nghiệm tại hiện trường và mô phỏng thí nghiệm bằng phầnmầm Plaxis 2D

của tải dọc trục

1.1.2.1Phương pháp mô hình nền Winkler

Trên thực tế, mô hình được áp dụng phổ biến nhất Tóm tắt phương pháp như sau:

- Cọc được chia làm nhiều đoạn nhỏ

- Trên mỗi đoạn được gắn các lò xo đối xứng kiểu Winkler thay cho tương tácgiữa cọc và đất

Hình 1 1 Mô hình nền Winkler

1.1.2.2Phương pháp phần tử hữu hạn

- Sử dụng các phần mềm (phần mềm Plaxis 2D, ABAQUS, Midas GTX NX,

ANSYS ) để mô phỏng sự làm việc của cọc

- Để mô phỏng đất nền, trong các phần mềm trên có các mô hình đất mô phỏnggần đúng ứng xử của đất nền như:

+ Mô hình Mohr-Coulomb;

+ Mô hình Hardening-Soil;

+ Mô hình Soft-Soil (Cam-clay);

+ Mô hình Soft-Soil-Creep (Ứng xử theo thời gian);

Hình 1 2 Mô hình phần mềm Plaxis 2D đối xứng trục

1.2 TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM OSTERBERG

1.2.1Lịch sử và ứng dụng của thí nghiệm Osterberg

- Thí nghiệm Osterberg là phương pháp thử tĩnh cọc mới được được phát minhbởi giáo sư người Mỹ Jori OSTERBERG vào những năm 1970 và lần đầu tiên được

trình nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến sức chịu tải của cọc tại dự án di dân ởthành phố Morgan Các hộp Osterberg tải trọng 900 Tấn có hành trình 23cm đượcgắn ở mũi cọc bê tông cốt thép đúc sẵn vuông 75 x 75 cm dài 43m Một chươngtrình thí nghiệm để xác định sức chịu tải ma sát thành bên theo từng khoảng thờigian 6 tháng, 12 tháng và 24 tháng kể từ khi đóng cọc Cọc được gắn các thiết bị đotrên toàn bộ chiều dài để nghiên cứu sự làm việc trong suốt chiều dài chôn cọc vàđược đóng cho đến khi đạt được sức kháng cực đại với 267 nhát búa cho 30cm cuốicùng Kết quả thí nghiệm cho thấy rõ việc tăng ma sát thành bên và giúp đánh giáđược hiệu quả của ảnh hưởng thời gian đến sự làm việc của hệ móng để thiết kế hệmóng kinh tế nhất cho các hạng mục công trình tiếp theo.

 Các thí nghiệm hiện trường kiểm chứng phương pháp Osterberg:

+ Chương trình thí nghiệm được cục đường bộ liên bang Mỹ tài trợ nhằm giảiquyết vấn đề đánh giá độ chính xác của kết quả thu nhận được từ thử tải theophương pháp Osterberg Để thực hiện việc này người ta tiến hành thí nghiệm chomột cọc khoan nhồi bê tông đường kính 1m Trên thân cọc gắn các đầu đo tuyếntính loại dây rung để đo các giá trị tải trọng dọc theo thân cọc trong quá trình thínghiệm Osterberg Kết quả của các giá trị đo được bằng các đầu đo dọc theo thâncọc và bằng hộp Osterberg Các giá trị đo được bằng các đầu đo dọc theo thân cọc

và bằng hộp Osterberg đã cho thấy kết quả trong hai phép đo là giống nhau Nócũng cho biết lực dính bám của đất và vữa với hộp tải trọng là nhỏ và có thể bỏ qua.+ Đã tiến hành thí nghiệm trên nhiều cọc giống nhau (cọc tròn đường kính120cm, dài 38m) trên cùng một hiện trường Đã tiến hành thử tĩnh truyền thốngbằng hệ kích đặt trên đầu cọc Cọc này được gắn các đầu đo trên toàn bộ chiều dài

cọc Để mô phỏng điều kiện làm việc của tầng hầm đã dùng một ống vách rộng hơn

ở đoạn 18m phía trên của cọc để loại bỏ ma sát thành bên của cọc Cọc thứ hai cóhộp tải trọng ở đáy và cũng bị loại ma sát đến độ sâu 18m Cọc thứ 3 cũng có hộptải trọng ở đáy nhưng không loại ma sát ở 18m phía trên

- Thí nghiệm Osterberg lần đầu tiên được áp dụng tại Việt Nam tại công trình cầu

Mỹ Thuận (1997) Tòa nhà Vietcombank (1997) tại Hà Nội Cọc khoan nhồi ở đây

là loại cọc barrette có kích thước 2,8 x 0,8 x 55m Sử dụng 2 kích O-cell, đườngkính mỗi kích là 540mm Các đồng hồ đo chuyển vị là đồng hồ thiên phân kế (đo cơhọc), kích O-cell sử dụng dầu thuỷ lực để bơm áp lực Đã tiến hành thí nghiệmOsterberg cho 2 cọc, một cọc tải trọng thí nghiệm đến 3300 Tấn (khoảng 2,5 tảitrọng thiết kế) nhưng chưa xảy ra phá hoại cọc, cọc còn lại chỉ thí nghiệm đến 1300Tấn Nhìn chung kết quả thí nghiệm cọc thu được là rất tốt Sau 6 năm sử dụng,công trình rất ổn định và sử dụng bình thường

- Công trình Cầu dây văng Mỹ Thuận: Cầu Mỹ Thuận bắc qua sông Tiền nối liền

2 tỉnh Vĩnh Long và Tiền Giang, cách Thành phố Hồ chí Minh 125 km về phía TâyNam Toàn bộ công trình có 36 cọc khoan nhồi đều có cùng đường kính 2,4m Haitrụ tháp chính Bắc và Nam, mỗi trụ sử dụng 16 cọc Các mố neo bờ Bắc và Nam,mỗi mố sử dụng hai cọc Độ sâu hạ cọc thay đổi theo yêu cầu chịu lực và điều kiệnđịa chất Độ sâu hạ cọc cuối cùng được quyết định trên cơ sở kết quả thử tải trọngtĩnh bằng phương pháp hộp tải trọng Osterberg để xác định ma sát thành bên giớihạn của các lớp đất khác nhau và sức chống giới hạn ở mũi Trên công trình người

ta đã tiến hành thử 5 cọc, trong đó có 3 cọc đặt một tầng hộp Osterberg tại mũi cọc

và 2 cọc bố trí hai tầng đặt hộp Osterberg tại độ sâu 68m và tại mũi cọc ở độ sâu 84m Đã sử dụng loại hộp Osterberg có đường kính 540mm, khả năng tạo tải trọng

-1200 Tấn Mỗi tầng đặt 3 hộp Osterberg nối thông đường ống áp lực để đảm bảocác kích làm việc đồng thời

- Công trình nhà ở tiêu chuẩn cao và văn phòng 27 Láng Hạ: Công trình thứ 2 ở

Hà Nội áp dụng phương pháp thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải của cọckhoan nhồi Cọc khoan nhồi ở đây là loại cọc barrette có kích thước 2,8 x 1,5 x43,5m và 2,8 x 1,0 x 40,5m Sử dụng 2 kích O-cell, đường kính mỗi kích là 540mm

truyền thống ở công trình này thì không thể phát hiện được tình trạng yếu kém ởđáy mũi cọc.

- Các nghiên cứu về phương pháp Osterberg Cell đã được công bố:

+ Kishida H et al., 1992,” thử cọc bằng tải trọng thí nghiệm tại dự án OsakaAmenity Park”, bài viết của công ty Mitsubishi., cũng được miêu tả ngắn gọntrong Schmertmann (1993, tham khảo báo cáo khoa học) So sánh một cọc khoannhồi chịu kéo với một cọc khác chịu nén

+ Ogura, H et al., 1995,” ứng dụng thí nghiệm tải trọng mũi cọc đối với cọckhoan nhồi và cọc ép”,cuốn sách đặc biệt ’Tsuchi-to-Kiso’ về thử cọc bằng tảitrọng thí nghiệm, hiệp hội địa kỹ thuật nhật bản,cuốn 3,số 5,số series 448 Nguyêngốc tại nhật bản,được dịch bởi M.B Karkee, tập đoàn GEOTOP So sánh một cọckhoan nhồi và một cọc ép khi chịu nén

+ L.S Peng, A.M Koon, R Page và C W Lee báo cáo các kết quả của việc dựbáo phân loại-A của đường cong TLT từ thí nghiệm nén tĩnh 2 chiều đối với cọckhoan nhồi khác đường kính 1,2m, dài 37,2m tại Singapore, được so sánh với mộtcọc tiếp giáp cùng đường kính được gia tải trọng đầu cọc bằng thiết bị dằn Họ báocáo rằng khoảng 4% chênh lệch trong khả năng chịu tải cực hạn và ít hơn 8%

chênh lệch về lún thông qua 1,0 tới 1,5 khoảng thời gian tải trọng tác dụng-so sánhvới độ chính xác đã nói ở trên Báo cáo của họ có tựa đề “CÁC CỌC ĐƯỢC THÍNGHIỆM VỚI OSTERBERG CELL”, và được xuất bản vào tháng 3 năm 1999trong các sự kiện của hội nghị quốc tế về vận tải đường sắt, được tổ chức tại

Singapore và được xuất bản bởi hiệp hội kỹ sư tư vấn Singapore

+ B.H Fellenius đã thực hiện vài nghiên cứu về phương pháp phần tử hữu hạn(FEM) đối với thí nghiệm nén tĩnh hai chiều, ở đó ông ấy đã điều chỉnh các thông

số để đưa ra tải trọng gây biến dạng phù hợp với đường cong tải trọng gây biếndạng phía trên và dưới của thí nghiệm nén tĩnh 2 chiều Chúng tôi đã so sánh đườngcon dự báo của phương pháp phần tử hữu hạn với tải trọng gây biến dạng tươngđương được dự báo bởi phần I và II các phương pháp được miêu tả trước Một bàiviết của Fellenius et al có tựa đề “ thí nghiệm nén tĩnh 2 chiều BDSLT và phântích phần tử hữu hạn đối với cọc barrette ở Manila, Philippines”, trên tạp chí ASCE

về kỹ thuật môi trường và địa kỹ thuật, thể hiện một trong những phép so sánh

1.2.2Triển vọng của việc áp dụng thử tải bằng hộp tải trọng Osterberg

- Sự phát triển nhanh chóng của công việc đô thị hoá cùng với việc ra đời ngàycàng nhiều các công trình cao tầng sẽ mở ra thời kì ngày càng nhiều các cọc barrette

có sức chịu tải lớn Điều đó đòi hỏi phải có công nghệ thử tải mới thích hợp với cáccọc có sức chịu tải lớn

- Nhờ có những đặc tính ưu việt của mình, phương pháp thử tải bằng hộp tảitrọng Osterberg sẽ được ứng dụng ngày cành nhiều ở Việt Nam và cùng với phươngpháp thử tải tĩnh truyền thống sẽ giúp cho kỹ sư tư vấn có nhiều lựa chọn về cáckhía cạnh kỹ thuật, kinh tế, môi trường…

- Để chủ động nắm bắt được công nghệ, tiến tới việc áp dụng có hiệu quả phươngpháp thử tải bằng hộp tải trọng Osterberg cho các cọc barrette có sức chịu tải lớn làcông việc hữu ích và là những bước đi đầu tiên nhằm tiến tới áp dụng công nghệnày vào công tác thử tải cọc barrette xây dựng tại Tp Hồ Chí Minh Các bước tiếptheo có thể tiến tới chúng ta tự tiến hành thử tải theo phương pháp này với giá thànhcạnh tranh

Lực nén dọc trục và chuyển vị của mặt bích trên và mặt bích dưới của hộp tảiđược đo bằng bộ cảm biến có dây dẫn nối lên trên mặt đất và biểu thị trên đồng hồ.Tải được tăng cho đến khi xảy ra một trong 3 tình huống:

– Sức kháng cắt giới hạn của đất nền quanh thân cọc trên hộp tải đạt tới trước – Hoặc sức kháng nén giới hạn của đất nền dưới mũi cọc cùng với sức kháng cắtgiới hạn của đất nền quanh thân cọc của phần cọc dưới hộp tải đạt tới trước

– Hoặc sức kháng giới hạn của hai phần cọc nêu trên đạt tới cùng lúc

Nếu gọi tổng các lực ma sát thành bên trên toàn bộ chiều dài cọc là Pms và lựcchống ở mũi cọc là Pm, lực do hộp tải trọng Osterberg gây ra là Po, ta có nhận xétsau:

– Khi tạo lực Po trong hộp Osterberg, theo nguyên lý cân bằng phản lực, một lực

Potruyền lên thân cọc và hướng lên trên sẽ cân bằng bởi lực ma sát thành bên và tựtrọng của thân cọc G

– Một lực Po khác hướng xuống dưới và được chống lại bởi sức chống của đấtnền dưới mũi cọc Như vậy, trong quá trình chất tải ta có:

2.1.2 Nguyên tắc chọn hộp tải

- Vị trí đặt hộp tải được xác định gần đúng theo nguyên tắc để sao cho đối trọngcủa phần cọc trên hộp tải và phần cọc dưới hộp tải xấp xỉ bằng nhau, nhờ đó có thểthử được cấp tải trọng tiến gần tới mức giới hạn hơn:

+ Fe: sức kháng nén của đất nền dưới mũi cọc

Hình 2 1 Sơ đồ đặt hộp tải trọng trong cọc khoan nhồi

Hình 2 2 Vị trí bố trí hộp tải trọng Osterberg

+ Hình a: Trình bày vị trí lắp đặt HTT phổ biến nhất (ở gần mũi cọc) Sau khi

đã đổ một lượng nhỏ bê tông trên đáy lỗ khoan để làm bệ vững chắc cho hộp, HTT

sẽ được đặt lên và tiếp tục đổ bê tông thân cọc Vị trí này phù hợp khi sức khángthành bên và sức chống mũi tính toán gần tương đương nhau, hay khi sức chốngmũi tính toán lớn hơn nhiều so với sức kháng thành bên và khi chỉ cần xác định sứckháng thành bên giới hạn

+ Hình b: Nếu muốn xác định cả 2 thành phần tới hạn của sức chống mũi và sứckháng thành bên thì HTT được đặt cách đáy cọc một khoảng xác định nào đó Nếukhoảng cách này được xác định một cách chính xác thì khi đạt tới sức kháng thànhbên tới hạn bên trên HTT thì sức kháng thành bên đoạn cọc bên dưới cộng với sứcchống mũi cũng đạt tới giới hạn Mặc dù không thể xác định chính xác vị trí đặtHTT nhưng thực tế cho thấy khi tải trọng hướng lên trên hay tải trọng hướng xuốngdưới đạt đến giá trị tới hạn thì thường tải trọng kia đạt gần tới giá trị tới hạn của nó.Nếu có chỉ số N của SPT thì có thể tính toán một cách hợp lý

+ Hình c: Phương pháp này để xác định sức kháng thành bên và sức chống mũicủa cọc có mũi trong nền đá một cách độc lập với đất phủ trên nền đá Vì vậy khidùng PP Osterberg có thể tiến hành như sau: đổ bê tông toàn bộ lỗ cọc và đặt cácđầu đo biến dạng trong bê tông bên trên đoạn trong đá để tách tải trọng do đoạntrong đá chịu và tải trọng do sức kháng thành bên trên HTT chịu Khi cọc thínghiệm sẽ được sử dụng lại trong công trình sau này, khoảng trống bên trong HTT

và khoảng trống hình trụ bên ngoài của cọc cần được phun vữa

+ Hình d: Khi cọc sẽ được thi công trên mặt đất hiện tại và sau đó tiến hành đàođất làm tầng hầm thì cọc được đào đến độ sâu dự kiến, đặt HTT và lỗ cọc được đổ

bê tông đến cao trình tầng hầm Phần lỗ cọc còn lại được đổ cát hay vật liệu mịnkhác rồi mới tiến hành thí nghiệm

+ Hình e: Khi cần phải xác định sức kháng thành bên tới hạn của 2 lớp đất thìban đầu chỉ cần đổ bê tông đến đỉnh của lớp phía dưới và tiến hành thử tải Sau khiđoạn cọc còn lại được đổ bê tông sẽ tiếp tục thí nghiệm để thu nhận sức khángthành bên tới hạn của toàn bộ thân cọc Bằng cách lấy sức kháng tổng trừ đi sứckháng thành bên của phần bên dưới sẽ xác định được sức kháng thành bên của phầnbên trên

+ Hình f: Khi sử dụng 2 tầng HTT, một tại hay gần đáy cọc và một tại mộtkhoảng cách nào đó tính từ đáy thì có thể xác định được sức kháng thành bên tớihạn của phần cọc bên trên HTT, sức kháng thành bên tới hạn phần bên dưới HTT vàsức chống mũi tới hạn Cách này đòi hỏi cần đặt tải cho các HTT theo các giai đoạn.Một trình tự là nén HTT dưới để nhận được sức chống mũi bên dưới HTT Sau đónhả áp lực của hộp bên dưới, tái đặt áp lực cho hộp bên trên để nhận được sứckháng thành bên bên dưới hộp bên trên Sau đó đóng đường áp lực hộp bên dưới,nén hộp bên trên để nhận được sức kháng thành bên bên trên HTT phía trên Cáctrình tự đặt áp lực khác có thể được sử dụng tuỳ theo điều kiện địa tầng và vị trí củaHTT trong cọc

cần đặt các bước tải bằng 5% sức chịu tải giới hạn của cọc thử Bước gia tải sau đó

có thể tăng lên hoặc giảm đi tùy theo sự ứng xử của cọc trong khi thử

- Việc gắn các đầu đo chuyển vị trực tiếp cần được thực hiện theo các yêu cầusau:

+ Ít nhất có 2 đầu đo để ghi lại chuyển vị xuống phía dưới của mũi cọc và 2 đầu

đo ghi lại chuyển dịch lên phía trên của đầu cọc

+ Độ mở của hộp Osterberg được đo để xác định chuyển dịch lên và xuống củamũi cọc

- Tải trọng được tăng theo từng cấp như đã nêu cho đến khi thân cọc đạt sức chịutải giới hạn (hoặc theo sức chống mũi, hoặc theo ma sát thành bên hoặc cho đến khikhả năng tạo tải cực hạn, hoặc độ mở rộng cực hạn của hộp tải trọng Osterberg,hoặc theo những yêu cầu riêng của người thiết kế, kỹ sư tư vấn)

- Tại từng cấp tải trọng (khi gia tải cũng như khi giảm tải) các đồng hồ đo chuyển

vị cần được đo tại các khoảng thời gian 1; 2; 4 phút khi cấp tải trọng được giữkhông đổi

- Trong chu kỳ dỡ tải cần chọn các bước giảm tải sao cho mỗi cấp tải giảm có ítnhất 4 điểm số liệu để vẽ trên đường cong tải trọng - chuyển vị Trong trường hợpcần thiết có thể bổ sung các chu kỳ giảm tải và dỡ tải có trình tự tương tự sau khikết thúc chu kỳ thí nghiệm đầu tiên

- Các đồng hồ đo chuyển vị dùng để đo chuyển dịch của mũi cọc và đầu cọc cần

có hành trình ít nhất là 10cm và có độ chính xác đến 0.025mm Chuyển vị tại mũicọc cũng có thể đo bằng cách dùng đầu đo tuyến tính loại dây rung để đo độ mởrộng của hộp Osterberg (15 cm) Các đầu đo hoặc đầu đo tuyến tính loại dây rung

được dùng để đo độ nén thân cọc phải có hành trình ít nhất là 25mm và độ chínhxác đến 0.0025mm.

2.1.4 Xác định tải trọng – chuyển vị đầu cọc tương đương.

Hình 2 3 Biểu đồ quan hệ tải trọng-chuyển vị đầu cọc tương đương

- Trong hình A là biểu đồ quan hệ tải trọng – chuyển vị của thử tải cọc bằng cell và hình B là đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc tương đương.Mỗi đường cong được chia thành 10 đoạn và được đánh số theo thứ tự từ 0 đến 10.Tại những vị trí có số thứ tự giống nhau sẽ có chuyển vị (lún) bằng nhau Với

O-những giả thuyết ở trên, đường cong quan hệ tải trọng – chuyển vị đầu cọc tươngđương trong hình B của [8] hình 2.4 sẽ được xây dựng như sau:

 Chuyển vị của các điểm theo thứ tự từ 1 đến 10 trong biểu đồ của hình Bbằng chuyển vị lên và chuyển vị xuống của các điểm theo thứ tự từ 1 đến 10trong hai biểu đồ của hình A Tải trọng của các điểm theo thứ tự từ 1 đến 10

Một trong hai thành phần chịu tải của cọc (trên và dưới O-Cell) đạt tới giá trị cực hạn;

Khả năng gia tải của O-Cell đạt tới giá trị cực hạn;

O-Cell đã đi hết hành trình;

Đạt tới giá trị tải yêu cầu thí nghiệm (thử tải cho cọc làm việc).

- Vì vậy, để có được những giá trị chuyển vị tương thích giữa phần bên trên vàbên dưới O-cell nhằm phục vụ cho việc xây dựng quan hệ tải trọng-chuyển vị đầucọc tương đương thì phải ngoại suy thành phần chưa đạt tới giá trị cực hạn Phươngpháp ngoại suy được sử dụng trong luận văn này là phương pháp Chin-Kondner haycòn gọi là phương pháp hyperbolic fit

- Để áp dụng phương pháp Chin-Kondner, lấy các giá trị chuyển vị ứng với từngcấp gia tải chia cho các cấp gia tải và sau đó vẽ biểu đồ quan hệ của các giá trị nàyvới các giá trị chuyển vị tương ứng như hình bên dưới

Hình 2 4 Phương pháp ngoại suy Chin-Kondner

- Sau một vài giá trị thay đổi ban đầu trên biểu đồ, sau đó các giá trị trên biểu đồ

sẽ nằm trên một đường thẳng Đường thẳng này có độ dốc là C1 và cắt với trục tung(trục biểu diễn giá trị chuyển vị/tải trọng) tại điểm C2 Cuối cùng, ta có được

phương trình đường cong quan hệ tải trọng-chuyển vị ngoại suy như sau:

2.1.5.1 Lý thuyết đàn hồi của thí nghiệm O-Cell

Hình 2 5 Sơ đồ xác định nén đàn hồi cọc của thí nghiệm O-Cell

(a) Cọc đặt trong lớp đất cát; (b) Cọc đặt trong nhiều lớp đất; (c) Cọc đặt trong lớp đất sét.

- Độ nén đàn hồi thân cọc của thí nghiệm O-Cell được xác định như sau:

2.1.5.2 Lý thuyết nén đàn hồi của thí nghiệm nén tĩnh truyền thống

Hình 2 6 Sơ đồ xác định nén đàn hồi cọc nén tĩnh truyền thống

(a) Cọc đặt trong lớp đất cát; (b) Cọc đặt trong nhiều lớp đất; (c) Cọc đặt trong lớp

đất sét.

TNT =↓L0 +↓L (2.5)

- Trong đó:

δ↓TNT: Độ nén đàn hồi thân cọc trong thí nghiệm nén tĩnh truyền thống;

δ↓L0: Độ nén đàn hồi phần thân cọc nằm trên mặt đất trong thí nghiệm nén tĩnhtruyền thống, được xác định như sau:

 ј ⦐ ‴

δ↓L: Độ nén đàn hồi phần thân cọc từ mặt đất đến vị trí đặt O-cell trong thí

nghiệm nén tĩnh truyền thống, được xác định như sau:

- Trong đó:

Δihc: Số gia hiệu chỉnh ứng cấp tải thứ i;

i↓TNT: Độ nén đàn hồi trong thí nghiệm nén tĩnh truyền thống ứng cấp tảithứ i;

- Tính toán chuyển vị sau khi hiệu chỉnh ứng với từng cấp tải trong thí nghiệmOCell:

- Trong đó:

Si: Chuyển vị sau khi hiệu chỉnh ứng cấp tải thứ i;

thứ i;

Δihc: Số gia hiệu chỉnh ứng cấp tải thứ i;

2.1.6 Xác định tải trọng từ số liệu đo biến dạng

2.1.6.1 Xác định độ cứng thân cọc

- Cọc khoan nhồi là cọc được xây dựng bởi hai loại vật liệu là thép và bê tông, vìvậy mô đun của vật liệu cọc sử dụng để tính toán phải là mô đun phối hợp của hailoại vật liệu này Mô đun phối hợp được xác định như sau:

Es: Mô đun của thép;

Ec: Mô đun của bê tông;

As: Diện tích của thép;

Ac: Diện tích của bê tông

- Mô đun của thép thì có thể xác định được tương đối chính xác nhưng mô đun

bê tông thì không chỉ có nhiều giá trị mà còn là một hàm số của quan hệ ứng suất vàbiến dạng Thông thường giá trị mô đun của bê tông sẽ bị giảm khi ứng suất giatăng Điều này có nghĩa là khi tải trọng tác dụng đến cọc thì quan hệ tải trọng

chuyển vị theo một đường cong chứ không phải là một đường thẳng Fellenius(1989) đã trình bày một phương pháp xác định sự phụ thuộc của biến dạng từ sốliệu thí nghiệm dựa trên cơ sở giả sử rằng đường cong là hàm bậc hai y = ax2 + bx+c, trong đó y là ứng suất và x là biến dạng Phương pháp của Fellenius (1989) xácđịnh đường cong này như sau: Xem thân cọc như một thân cột đứng tự do (không

có sức kháng ma sát thân cọc), mô đun tiếp tuyến của vật liệu cọc (gồm thép và bêtông) là một đường thẳng có độ dốc từ mô đun tiếp tuyến lớn đến nhỏ Mỗi giá trịbiến dạng đo được sẽ được quy đổi thành ứng suất qua mô đun cát tuyến phụ thuộcbiến dạng tương ứng

- Phương trình của đường mô đun tiếp tuyến là:

Et: Mô đun tiếp tuyến của vật liệu cọc kết hợp

Es: Mô đun cát tuyến của vật liệu cọc kết hợp

b: là giá trị mô đun tiếp tuyến ban đầu của đường thẳng mô đun cát tuyến.

Mặt khác, diện tích thân cọc khoan nhồi cũng không phải là một hằng số và vìvậy

ứng dụng phương pháp trên việc phân tích độ cứng thân cọc khoan nhồi đượcthực

hiện như sau:

A: diện tích mặt cắt ngang của cọc;

ΔP = (Pn+1- P1): Sự thay đổi tải trọng từ mức tải ban đầu đến mức tải kế tiếp;

Δε = (εn+1- ε1): Sự thay đổi biến dạng từ mức tải ban đầu đến mức tải kế tiếp;

2.1.6.2 Xác định tải trọng từ số liệu đo biến dạng

- Đối với các cọc thí nghiệm nén tĩnh chỉ để xác nhận rằng cọc đảm bảo khả năngchịu tải thì không cần lắp thiết bị đo biến dạng và chuyển vị Nhưng đối với các cọcthí nghiệm nén tĩnh để cung cấp số liệu cho việc thiết kế cọc thì việc lắp đặt thiết bị

đo biến dạng và chuyển vị là cần thiết, vì những thiết bị này giúp ta ta xác địnhđược sự phân phối sức kháng của đất và sự truyền tải của cọc đến đất Trong quátrình lắp đặt thiết bị đo biến dạng phải thường xuyên theo dõi sau mỗi sự kiện lắpđặt và trong suốt thời gian bảo dưỡng bê tông để xác định tải trọng dư trong thâncọc Việc ghi nhận những số liệu như vậy sẽ là rất quan trọng cho việc phân tích vàtính toán tải trọng dọc trục trong thân cọc Tải trọng dọc trục trong thân cọc đượctính toán như sau:

P1: Tải trọng tại đầu đo số 1 (kN)

P2: Tải trọng tại đầu đo số 2 (kN)

C : Chu vi của cọc (m)

L1-2: Khoảng cách của 2 đầu đo biến dạng (m)