Phân tích sức chịu tải của cọc chịu nhổ ứng dụng tính toán móng cọc đường dây 220KV cầu bông đức hòa

ỨNGDỤNG TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV CẦU BÔNG – ĐỨC HÒA TÓM TẮT Khi thiết kế công trình có sử dụng móng cọc thì việc tính toán sức chịu tải của cọc là rất quan trọng, tuỳ theo lự

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THANH BÌNH

PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU NHỔ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV CẦU

BÔNG - ĐỨC HOÀ

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (60.58.60)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 12 năm 2010

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN

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

Tp HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV CẦU BÔNG - ĐỨC HOÀ

2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:

Nhiệm vụ: Nghiên cứu sức chịu tải của cọc chịu nhổ

Mở đầu

Nội dung:

Chương 1: Tổng quan về các loại cọc và cọc chịu nhổ

Chương 2: Lý thuyết xác định sức chịu tải của cọc chịu nén và nhổ

Chương 3: Tính toán sức chịu nhổ của cọc với các công thức khác nhau

Chương 4: Mô phỏng cọc chịu nhổ bằng phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis)

Kết luận và kiến nghị

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS VÕ PHÁN PGS.TS VÕ PHÁN

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài luận văn tốt nghiệp ngày hôm nay, em xin gửi những lời cám

ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả các thầy cô đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học, cũng như giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp kỳ này

Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn PGS TS Võ Phán, chủ nhiệm Bộ môn Địa cơ – Nền móng, đồng thời cũng là người trực tiếp hường dẫn em thực hiện đề tài tốt nghiệp, đã tận tình quan tâm, giúp đỡ cũng như truyền đạt những kiến thức rất quý báu và luôn là nguồn động viên to lớn cho tác giả hoàn tất luận văn này

Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Bộ môn Địa cơ – Nền móng đã dạy bảo truyền dạy kiến thức cho em trong quá trình học tập và làm luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến toàn bộ các thầy cô trong hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ đã tạo điều kiện cho tác giả hoàn tất bài luận này Cám ơn những ý kiến đóng góp thiết thực của các thầy cô nhằm giúp tác giả có thể bổ sung thêm những ý còn thiếu sót

Xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo và tập thể các thầy cô phòng quản lý sau đại học đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tác giả trong suốt khóa học

Cuối cùng xin gửi những lời cám ơn chân thành nhất đến toàn thể gia đình, những người đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ, động viên em vượt qua những khó khăn, thử thách để có được ngày hôm nay Xin cám ơn tất cả các bạn bè, những người luôn bên cạnh

em những lúc khó khăn cũng như thuận lợi trong suốt khóa học

Với khả năng và sự hiểu biết của tôi hiện tại chắc chắn sẽ không tránh được những sai lầm nhất định xin quý Thầy cô và độc giả bỏ qua và chỉ dẫn cho tôi trong việc hoàn thiện hơn nữa vốn kiến thức của mình

Trân trọng kính chào!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

TÊN ĐỀ TÀI

PHÂN TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU NHỔ ỨNGDỤNG TÍNH TOÁN MÓNG CỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV CẦU BÔNG – ĐỨC HÒA

TÓM TẮT

Khi thiết kế công trình có sử dụng móng cọc thì việc tính toán sức chịu tải của cọc là rất quan trọng, tuỳ theo lực tác dụng lên đầu cọc mà cọc sẽ bị nén hay bị nhổ Sức chịu nén của cọc bao gồm thành phần ma sát bên và sức kháng mũi Khác với sức chịu nén, sức chịu nhổ của cọc không có thành phần sức kháng mũi mà bao gồm thành phần ma sát bên và khối lượng của cọc hoặc khối đất bao quanh nhóm cọc Ứng với mỗi lực nhổ khác nhau có một chuyển vị tương ứng của cọc và nhóm cọc Đối với cọc chịu nhổ việc nhổ lên của cọc dù ít hay nhiều cũng làm chuyển vị, biến dạng của một phần công trình hay toàn bộ công trình Vì vậy tính toán chính xác sức chịu nhổ của cọc có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn, ổn định và kinh tế cho công trình đường dây điện nói riêng và các công trình chịu nhổ nói chung Chính vì thế trong đề tài này tôi tập trung phân tích sức chịu nhổ của cọc

ABSTRACT

SUBJECT

ANALYSIS PULLING CAPACITIES OF PILE APPLICATION

TO CALCULATE PILE FOUNDATION OF 220KV CAU BONG – DUC HOA TRANSMISSION LINE

ABSTRACT

Calculate loading capacities of concrete is very important as design foundation of building that uses pile foundation, according to loads gives on pile cap that pile will be compress or pull out Compressive capacities of pile compose boundary friction and toe resistance of pile Unlike compressive capacities, pulling capacities compose boundary friction and volume of pile or soil mass surround pile group In accordance with different pulling loads will have a displacement of pile or pile group With pulling capacities, pulling of pile also cause displacement and defomation part or gross contrustion So, sensitive calculation of pulling capacities affect to safety, regulation and economic for power line and pulling bearing contrustion generally Therefore, in

my thesis analyse pulling capacities of piles

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……… 1

1 Đặt vấn đề nghiên cứu……….……… 1

2 Phương pháp nghiên cứu……… ………1

3 Tính thực tiễn của đề tài ……….……….2

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài……….………… ……… 2

5 Hạn chế của đề tài……… 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI VÀ CỌC CHỊU NHỔ………3

1 Khái niêm đất yếu……….……….3

2 Các loại cọc và ưu khuyết điểm của nó cho các loại công trình ……… 5

3 Cọc chịu nhổ……….……….…9

4 Một số công trình có khả năng bị nhổ.……… 12

5 Sự cố xảy ra cho công trình khi sử dụng móng cọc chịu nén và nhổ - Nguyên nhân gây ra các sự cố……… 14

6 Thí nghiệm sức chịu tải của cọc chịu nhổ……… 16

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU NÉN & NHỔ 2.1 Lý thuyết về sức chịu tải của cọc chịu nén.………18

2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc………….……….18

2.1.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu……….……… ……18

2.1.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền……… ……….20

2.2 Lý thuyết về sức chịu tải của cọc chịu nhổ, các công thức tính……….31

2.2.1 Sức chịu nhổ theo Shamsher……… 31

a Sức chịu nhổ của cọc đơn trong đất rời……….32

b Sức chịu nhổ của nhóm cọc trong đất rời……… 33

c Sức chịu nhổ của cọc đơn trong đất dính……… 35

d Sức chịu nhổ của nhóm cọc trong đất dính………36

2.2.2 Sức chịu nhổ theo Lê Đức Thắng……… 37

2.2.3Sức chịu nhổ theo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam………38

2.3 Tóm tắt lý thuyết phần tử hữu hạn……….38

2.3.1 Giới thiệu……… 38

2.3.2 Trình tự phân tích……… 39

2.3.3 Các chương trình chính trong Plaxis……… 40

2.3.4 Các mô hình vật liệu trong Plaxis……… 41

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SỨC CHỊU NHỔ CỦA CỌC VỚI CÁC CÔNG THỨC KHÁC NHAU 3.1 Giới thiệu công trình đường dây 220KV Cầu Bông – Đức Hòa………… 53

3.2 Tính toán sức chịu nhổ của cọc……… 59

3.2.1 Tính thành phần ma sát bên……….……… 60

3.2.2 Tính toán sức chịu nhổ của cọc đơn trong đất dính………61

3.2.3 Tính toán sức chịu nhổ của nhóm cọc trong đất dính……….64

3.2.4 Tính toán sức chịu nhổ của cọc đơn trong đất rời……… 66

3.2.5 Tính toán sức chịu nhổ của nhóm cọc trong đất rời……… 68

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG CỌC CHỊU NHỔ BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM) 4.1 Cọc đơn chịu nhổ….………71

4.1.1 Mô phỏng cọc đơn chịu tải trọng nhổ……… 71

4.1.2 Kết quả tính toán……… 76

4.1.3 Kết luận……….……… 82

4.2 Nhóm cọc chịu nhổ……….………… 83

4.2.1 Nhóm cọc 2x2……… 83

4.2.2 Nhóm cọc 3x3……… 87

4.2.3 Nhóm cọc 4x4……… 91

4.2.4 Kết luận……….95

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận………96

2 Kiến nghị……… 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….……… 98 PHỤ LỤC

- Số liệu địa chất

- Tính toán móng cọc

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC

Các công trình đường dây truyền tải điện đi qua nhiều vùng đất có địa chất khác nhau, chính vì vậy mà vấn đề nghiên cứu nền móng các trụ điện của công trình đường dây được đặt ra Trong đề tài này tôi chủ yếu tập trung nghiên cứu móng cọc đi qua vùng đất yếu, nơi mà tuyến đường dây đi qua Đặt biệt là nghiên cứu móng cọc trụ điện chịu nhổ khi có sự cố chẳng hạn như: đứt dây hoặc gió thổi… mà trong đó chủ yếu tập trung vào nghiên cứu tính toán sức chịu nhổ của cọc nhằm đảm bảo chịu được lực nhổ tác động lên công trình

Ngoài ra kết quả nghiên cứu còn áp dụng để tính toán sức chịu tải của cọc cho các móng của các tháp trụ, tháp truyền hình, móng các nhà công nghiệp… khi có lực nhổ tác dụng

2 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp phân tích các cơ sở lý thuyết về tính sức chịu tải của cọc, đặc biệt là cọc chịu nhổ

- Sử dụng các cơ sở lý thuyết để tính toán giải tích cọc chịu nhổ Đồng thời kiểm tra sức chịu nhổ của cọc so với lực nhổ gây ra nhằm đảm bảo an toàn và ổn định công trình

-2 Phương pháp PTHH: Sử dụng phần mềm (Plaxis) để mô phỏng quá trình nhổ của cọc cũng như chuyển vị của cọc và nhóm cọc với các lực nhổ khác nhau

3 Tính thực tiễn của đề tài

Khi xây dựng công trình sử dụng móng cọc đi qua vùng đất yếu chịu lực nhổ lớn dễ gặp sự cố về nhổ hay lún gây ảnh hưởng đến toàn bộ công trình

Đề tài này nghiên cứu nhiều công thức tính toán sức chịu nhổ của cọc Làm

cơ sở cho việc lựa chọn công thức tính toán sức chịu tải tới hạn nhằm đảm bảo

ổn định công trình khi có tải trọng nhổ gây ra Đặc biệt là móng cọc của các công trình có khả năng bị nhổ như là đường dây tải điện, tháp truyền hình, các nhà xưởng nhà công nghiệp…chịu áp lực gió lớn

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu nhổ của cọc Trong phạm vi của luận văn chỉ đưa ra các phương pháp tính toán sức chịu nhổ theo các công thức khác nhau và so sánh các kết quả tính toán Từ đó kiến nghị đưa ra sự lựa chọn thích hợp nhằm đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình

5 Hạn chế của đề tài

Chưa có mô hình thí nghiệm cụ thể cọc và nhóm cọc chịu nhổ nên chưa đưa

ra số liệu thực tế nhằm kiểm tra lại với các kết quả tính toán

Các công thức tính toán sức chịu nhổ của cọc chủ yếu là các công thức thực nghiệm và có đa dạng công thức tính toán nên việc lựa chọn công thức tối ưu là điều tương đối khó khăn, cần phân tích cụ thể đưa ra công thức tính toán kinh tế

mà vẫn đảm bảo ổn định cho toàn công trình

Chỉ mô phỏng tính toán cho nhóm cọc có số hàng và dãy bằng nhau để đơn giản trong việc tính toán

-3-CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỌC VÀ CỌC CHỊU NHỔ

Móng cọc là loại móng được sử dụng khá phổ biến ở những vùng đất yếu nhằm làm tăng sức chịu tải của đất nền để chịu được tải trọng bên trên công trình

1.1 Khái niệm về đất yếu:

Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất

có cường độ kháng nén quy ước dưới 0.5 daN/cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e>1), có môđun biến dạng thấp (Eo<50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ Khi xây dựng công trình đường bộ hoặc các công trình khác trên đất yếu

mà thiếu các biện pháp xử lý thích hợp thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây

hư hỏng công trình

Đất yếu là các loại đất mới hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), có thể chia làm 3 loại: đất sét hoặc á sét bụi mềm, có hoặc không có chất hữu cơ; than bùn hoăc các loại đất rất nhiều hữu cơ than bùn

Tất cả các loại đất này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo các điều kiện thuỷ lực tương ứng: bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao hồ… Trong các loại đất này đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, tam giác châu, cửa sông…) tạo thành một họ đất yếu phát triển nhất Ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e>1.5, đất á sét bụi e>1), lực dính không thoát nước Cu<0.15 daN/cm2), góc nội ma sát ϕu=0, độ sệt IL>0.5 (trạng thái dẻo mềm)

Bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (<200μm) với tỉ lệ phần trăm các hạt < 2μm cao,

có thể thực hiện khi đã có những biện pháp xử lý đặc biệt

Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ các đầm lầy, nơi ứ đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rửa và phân huỷ, tạo ra các trầm tích hữu cơ với trầm tích khoáng vật Loại này thường được gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20-80%

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W=85-95%

và có thể lên tới vài trăm phần trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài không đều và mạnh nhất; hệ số nén lún có thể đạt 3-8-10 cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén mẫu cao ít nhất 40-50cm

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân loại theo hàm lượng hữu cơ của chúng:

+ Hàm lượng hữu cơ từ 20-30%: đất nhiễm than bùn

+ Hàm lượng hữu cơ từ 30-60%: đất than bùn

+ Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn

Đất sét là loại đất trầm tích phân tán, trong đó chứa hơn 10% các hạt có kích thước bé hơn 0.002mm Đất sét bao gồm các loại khoáng chất phyllosilicat giàu ôxits và các hiđrôxit của silic và nhôm Đất sét nói chung được tạo ra do sự phong hoá hoá học của các loại đá chứa silicát

Do có nhiều ưu điểm như nhẹ, dễ dàng vận chuyển, nguồn cung cấp phong phú, … nên trong suốt 1 thời gian dài, cọc gỗ đã được dùng rất rộng rãi Mãi đến thời gian gần đây, khi điều kiện kĩ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ, vật liệu mới với nhiều tính năn;g hơn hẳn xuất hiện ngày càng nhiều, các loại cọc khác đã dần dần thay thế cho cọc gỗ Cọc BTCT, cọc thép, … xuất hiện vào cuối thế kỉ XIX, đầu thế kỉ XX với nhiều ưu điểm nổi trội đã ngày càng được sử dụng nhiều hơn, dần dần thay thế cọc gỗ truyền thống vốn không có tác dụng với các công trình có tải trọng lớn hoặc ở vùng đất yếu

Các máy búa hơi nước dùng để đóng cọc được phát minh bởi Nasmyth năm 1845 Cho đến nay, đã có rất nhiều phương tiện hạ cọc như búa rơi, búa hơi đơn động, búa hơi song động, búa diesel kiểu cột và kiểu ống, búa thuỷ lực, búa rung hoặc các biện pháp hạ cọc bằng xói nước,

Quá trình phát triển các loại cọc cũng chính là sự phát triển phuơng pháp hạ cọc, ngay những năm gần kề trước

-6-chiến tranh thế giới lần thứ 2, 1936, kỹ sư Franki, người Ý, đã phát minh ra phương pháp cấu tạo cọc nhồi bê tông vào những lỗ khoan trong nền đất Cho đến ngày nay, rất nhiều phương pháp tạo cọc nhồi bê tông tại chỗ, tiết diện tròn, chữ nhật, chữ I, chữ H, … bằng các lưỡi khoan hay là gầu đào, … có ống vách, hoặc giữ ổn định thành vách bằng dung dịch huyền phù bentonite Đến cuối thế kỷ 20, kỷ lục về chiều sâu cọc nhồi là 125m dưới tòa tháp đôi ở thủ đô Kuala Lumpur, nước Malaysia

Một số loại cọc chủ yếu thường hay dùng trong thiết kế hiện nay:

1.2.1 Cọc gỗ:

Thường sử dụng thông, tràm, tre … để làm cọc, thích hợp cho các loại nhà nhỏ hơn 5 tầng Cọc cần phải đủ tươi, độ ẩm không nhỏ hơn 20%, độ thon không lớn hơn 1%, không được cong vênh 2 chiều và độ cong phải nhỏ hơn 1% Cọc có

ưu điểm là trọng lượng nhỏ, vận chuyển dễ, thiết bị đóng cọc đơn giản, có thể nối thành những cọc có chiều dài theo yêu cầu, thời gian sử dụng khá lâu (có thể tới 100 năm nếu cọc luôn được ngâm ở dưới mặt nước) Nhưng chỉ sử dụng cho các loại nhà có tải trọng truyền xuống móng nhỏ, rất dễ bị

hư hỏng khi được đóng trong vùng địa chất có mực nước ngầm hay thay đổi

1.2.2 Cọc bê tông cốt thép:

Là loại cọc được dùng rất phổ biến trong việc xây dựng các loại công trình trên nền đất yếu Cọc có thể tiếp nhận tải trọng lớn của công trình Gồm có hai loại cơ bản là: cọc chế tạo sẵn và cọc nhồi

-7-1.2.2.1 Cọc bê tông tiền chế: gồm có 2 loại chính:

- Cọc đặc bằng bê tông cốt thép: thích hợp cho các công trình có độ cao tầng nhỏ hơn 20 Cọc bê tông được tiền chế tại công trường hoặc ở những nhà máy Chúng có tiết diện vuông cạnh d = 20 cm đến 40 cm, dài từ 4 đến 8 m cho các cọc hạ vào đất bằng các máy ép (như các cọc Mega) và có thể dài từ 8 m đến 20 m cho loại hạ bằng búa đóng cọc Chiều dài cọc còn phụ thuộc vào phương tiện vận chuyển từ nơi sản xuất đến công trường Cọc bê tông cốt thép là loại cọc được dùng phổ biến trong việc xây dựng các loại công trình trên nền đất yếu Cọc có khả năng tiếp thu được tải trọng lớn của công trình, mỗi cọc có thể chịu được tải trọng hàng chục đến hàng trăm tấn, thích hợp cho các công trình có độ cao tầng nhỏ hơn 20 Toàn bộ quá trình chế tạo, đóng hoặc ép cọc được cơ giới hóa hoàn toàn nên giảm thời gian thi công Tuy nhiên, vận chuyển cọc đến công trường thường gặp khó khăn (đặc biệt là các công trường nằm trong phạm

vi thành phố) Nếu chiều dày lớp đất yếu quá dày, cọc bê tông cốt thép không thể dùng được, vì độ mảnh của cọc quá lớn (trong cọc có tối đa 3 mối nối) Phải chú ý vấn đề cẩu lắp khi thiết kế cọc, vì bê tông dễ bị nứt nẻ gây phá hoại cọc

- Cọc rỗng bằng bê tông cốt thép gồm cọc rỗng tiết diện vuông và cọc ống Ưu điểm nổi bật của loại cọc này là tiết kiệm được vật liệu, lượng thép và bê tông được giảm đáng kể Theo tài liệu tổng kết thì lượng bê tông có thể giảm đến 40% Loại cọc này hiện đang được ứng dụng nhiều trong các công trình cầu cũng như công trình dân dụng và công nghiệp

-8 Cọc bê tông ứng suất trước: thường là cọc ống rỗng ruột có kích thước từ 0,35m đến 1m đường kính, thường được sử dụng cho các công trình cầu bến cảng, công trình nhà cao tầng với tầng đất yếu lớn do có ưu điểm nổi trội là chiều dài cọc lớn (có thể lên tới 18m) nên số đoạn nối là nhỏ (thường chỉ là 2)

1.2.2.2 Cọc khoan nhồi:

Trong nhiều trường hợp, sẽ rất khó khăn khi dùng các loại cọc trên như mực nước ngầm thay đổi, không ổn định, thiết bị đóng cọc quá lớn, khi vận chuyển, cẩu, đóng cọc thường dễ xảy ra hiện tượng nứt nẻ trong bê tông, … Do đó, nếu dùng cọc nhồi (là loại cọc được chế tạo hạ xuống đất ngay tại chỗ bằng cách đào sẵn hoặc khoan trong đất những lỗ cọc, đặt cốt thép nếu thiết kế yêu cầu, sau đó đổ bê tông nhồi đầy lỗ cọc) sẽ khắc phục được những nhược điểm trên và mang lại hiệu quả kinh tế cao so với các loại cọc khác Do có

ưu điểm được chế tạo tại hiện trường nên ta có thể dùng cọc với tiết diện rất lớn (có thể lên tới hàng mét) để gánh chịu những tải trọng nặng của các công trình tải trọng lớn, công trình cao tầng (số tầng có thể lên tới hàng chục tầng), công trình trên nền đất yếu Tuy nhiên, loại cọc này đòi hỏi nhiều điều kiện kĩ thuật cao trong suốt quá trình thực hiện, cần được giám sát chặt chẽ bởi những người có kinh nghiệm để hạn chế sai sót có thể xảy ra:

- Khi thi công, việc giữ thành hố khoan rất khó khăn

- Khi khoan để tạo cọc nhồi đường kính lớn gần móng các ngôi nhà đang sử dụng nếu không dùng ống chống vách

- Khi thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật trầm trọng thì việc xử lý gặp rất nhiều khó khăn và rất tốn kém

Có nhiều loại cọc nhồi khác nhau: cọc Strauss, cọc nhồi khi ép, cọc Franki, cọc nhồi có đáy mở rộng …

1.2.3 Cọc thép:

Là loại cọc chỉ dùng để thiết kế dưới móng đối với 1 số công trình đặc biệt, trong những điều kiện không thể thay thế bằng cọc bê tông, khi sửa chữa cấp bách hoặc các công trình bến cảng hoặc ổn định bờ, … do thép là loại vật liệu rất đắt tiền Có hai loại là cọc ống thép và cọc thép chữ H Cọc ống thép thích hợp cho các công trình cầu hoặc công trình cảng, có đường kính 30 – 70 cm, được nhồi đầy bê tông ở trong, chiều dày 8 – 16 mm

1.2.4 Cọc xoắn:

Là loại cọc có thân bằng ống thép hoặc ống bê tông cốt thép, phần đầu dưới có cánh thép xoắn ốc Do đầu cọc có cánh xoắn nên khả năng chịu tải của cọc tăng rất nhiều, tuy nhiên do tốn khá nhiều thép nên việc áp dụng loại cọc này có phần nào bị hạn chế Ở nước ta, một số cầu tàu ở Hải Phòng đã dùng loại cọc xoắn có đường kính thân cọc 30 cm, đường kính cánh xoắn 100 cm, chiều dài 18 m Các

1.3 Cọc chịu nhổ:

Móng cọc có khả năng chịu lực rất tốt đối với các tải trọng nén tác dụng lên công trình Nhưng khi thiết kế móng cọc cho các công trình chịu lực nhổ thì sức chịu tải của cọc có thể khác so với sức chịu tải của cọc chịu nén

So với các loại móng khác móng cọc có khả năng chịu lực rất tốt khi bị lực nhổ tác dụng vì có thành phần ma sát quanh cọc Chính vì vậy mà móng cọc thường được sử dụng khi công trình chịu lực nhổ, đặc biệt là các công trình đường dây điện mà trong đề tài này đang tập trung phân tích

Khi công trình chịu lực nhổ hoặc kéo thì cọc sẽ có khuynh hướng bị kéo lên Lúc này sức chịu tải của cọc chỉ bao gồm ma sát giữa mặt bên cọc và đất và trọng lượng của cọc để chống đở lại lực kéo hoặc nhổ gây ra

tường chắn

TR U ÏC Đ Ư Ơ ØN G D A ÂY

3 3

Hình 1.3 - Mĩng cọc dưới cột đường dây điện

-13-1.4 Một số công trình có khả năng bị nhổ

Hình 1.4 - Móng cọc dưới đường dây điện Cầu Bông – Đức Hòa

Hình 1.5 - Móng cọc dưới mái vòm nhà thi đấu Phú Thọ

-14-Hình 1.6 - Móng cọc dưới tháp truyền hình Nhật Bản

Hình 1.7 - Móng cọc dưới chung cư tại Trung Quốc

-15-Nghiên cứu tính tốn chính xác được sức chịu tải của cọc chịu nhổ nhằm đảm bảo cơng trình được an tồn chống lại các ngoại lực gây ra cho cơng trình

ử dụng 1.5 Sự cố xảy ra cho công trình khi s móng cọc chịu nén và nhổ – Nguyên nhân gây ra các sự cố

Công trình trên móng cọc chịu nén thường có độ lún nhỏ và ít xảy ra hư hỏng Nhưng đối với các cơng trình chịu nhổ thì sự cố cơng trình là điều rất dễ xảy ra và cĩ thể gây hư hỏng đến tồn bộ cơng trình Các

hư hỏng nếu có đa phần xuất phát từ việc sai lầm trong thiết kế, sai sót khi thi công hoặc khảo sát địa chất công trình không đầy đủ

1.5.1 Nhổ cọc

Đối với các cơng trình xây dựng chịu lực nhổ thì việc tính tốn đảm bảo cho cọc khơng bị nhổ lên là điều hết sức cần thiết Đặc biệt các cơng trình đường dây điện đi qua các khoảng vượt sơng lớn nếu tính tốn khơng đảm bảo thì cọc rất dễ

bị nhổ lên Khi đường dây điện bị đứt thì sẽ phát sinh ra lực nhổ tác dụng lên đầu cột, truyền xuống mĩng Lúc này phần mĩng dưới chân cột cĩ tác dụng như một đối trọng giữ lại khơng cho mĩng bị nhổ lên, đối trọng này thực chất đĩ là

ma sát giữa cọc và đất cùng với khối lượng của cọc và đất quanh cọc

Một số cơng trình đường dây điện của Việt Nam gặp sự cố: như đường dây điện của Thành phố Đà Nẵng khi chịu cơn bão làm đường dây điện bị đứt phát sinh ra lực nhổ cùng với áp lực giĩ làm hệ thống điện của Thành phố Đà Nẵng

bị tê liệt nhiều giờ

1.5.2 Gãy cọc

Xảy ra do sự bất đối xứng của các tải trọng trên nền đất tạo lực xô từ một phía lên cọc Nguyên nhân chủ yếu là người thiết kế không nhận thức được khả năng ảnh hưởng của lực xô ngang trong đất nền lên cọc Nhiều nhà kĩ thuật

-16-coi nhẹ lực xô ngang này vì họ cho rằng khi cọc đã được chôn hoàn toàn trong đất, thì dù là đất yếu, cọc vẫn đủ khả năng chống đỡ khỏi bị uốn cong bởi lực xô Vấn đề là cọc đang chịu lực nén dọc lớn, các biến dạng dù nhỏ do uốn cũng có thể phá hoại cọc, đó là khi đất nền chuyển dịch ngang Một nguyên nhân khác là người sử dụng thay đổi công năng của công trình mà không quan tâm đến khả năng chịu lực của nền móng dưới tải trọng mới Đây là trường hợp đã xảy ra ở một số nhà kho của một cảng sông lớn ở Pháp, và nhiều cọc đã bị gãy Điều tra cho thấy người sử dụng kho đã thay đổi công dụng của bãi nền đắp : ban đầu thiết kế nền với lực gia tải nhỏ, nhưng sau lại đặt tập trung những gia tải lớn

1.5.3 Công trình có độ lún rất lớn

Công trình thiết kế trên móng cọc là để có độ lún nhỏ Tuy nhiên, thực tế nhiều công trình lại có độ lún khác khá xa (thường rất lớn) so với thiết kế Một trong những nguyên nhân là do sai sót trong quá trình thi công Khi đóng cọc gặp

“đá mồ côi” vẫn cố đóng xuống, lúc này có thể cọc đã bị gãy hoặc bị xiên, kết quả là khả năng chịu tải của nó giảm đi rất nhiều so với thiết kế, làm cho công trình bị lún toàn phần hoặc bị lún cục bộ gây nứt nẻ Một nguyên nhân nữa là do hiện tượng ma sát âm, cơng trình được xây dựng trên nền đất chưa kết thúc cố kết hoặc nền đất đắp Lực ma sát âm có khuynh hướng kéo cọc đi xuống khi cọc chịu nén, nó tỉ lệ với áp lực ngang của đất tác động lên cọc và tốc độ lún cố kết của đất

1.5.4 Những vấn đề còn tồn tại

-17 Thân cọc bị phá hỏng do ứng suất đóng búa và số búa đóng Thông thường để đạt độ chối ở độ sâu thiết kế, thời gian đóng cọc sẽ kéo dài, vì thế người ta áp dụng biện pháp đóng quá tải cho mau chóng đạt độ sâu Kết quả là làm thân cọc mỏi, cường độ giảm xuống, lực dính giữa cốt thép và bê tông bị phá hoại làm thân cọc bị đứt gãy, hơn nữa, đóng mạnh sẽ làm vùng đất bị xáo động dưới mũi cọc sẽ càng phát triển rộng hơn

- Nứt gãy thân cọc do:

• Cọc chế tạo có khuyết tật, như cọc cong quá mức qui định, mũi cọc lệch quá lớn với tuyến trục cọc

• Khi hạ cọc, thân cọc bị nghiêng và uốn cong

• Độ mảnh của mỗi đoạn cọc quá lớn, khi hạ cọc gặp những chướng ngại khối lớn cứng hoặc khi hạ cọc gặp mặt đá có độ nghiêng quá lớn, làm dịch chuyển mũi cọc về 1 phía, thân cọc bị nứt gãy

• Nối đầu cọc bị lệch vị trí; chiều dài, chiều rộng, độ no của các đường hàn nối không đủ; tấm đệm không bằng phẳng, hoặc mặt nối cọc không bằng phẳng, có khe rỗng cục bộ; vật liệu nối đầu bằng mastit sulphuric không phù hợp yêu cầu, cấp phối không thỏa đáng, khống chế nhiệt độ không tốt, đổ không phù hợp qui định, làm cho cường độ mastit sulphuric liên kết thấp; lỗ neo quá lớn, cốt thép neo bị cong, không chịu được đóng búa, làm cho nứt gãy ở chỗ nối cọc

- Hố móng đào không tốt: Công nghệ đào đất có sai sót, gầu đào đất trực tiếp đập vào đầu cọc, làm cho đầu cọc

-18-chịu một lực xung kích ngang, thân cọc uốn cong, nứt gãy vì uốn nghiêng

1.6 Thí nghiệm xác định sức chịu tải của cọc chịu nhổ

Giống như cọc chịu nén đối với cọc chịu nhổ ta cũng làm thí nghiệm để xác định được sức chịu tải của cọc khi bị nhổ lên

Sử dụng hệ thống kích thủy lực, hệ thống dầm, các đồng hồ đo để tiến hành thí nghiệm như hình vẽ sau:

Hình 1.8 - Thiết bị xác định sức chịu nhổ của cọc

-20-CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT VỀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC CHỊU NÉN VÀ NHỔ

2.1 Lý thuyết về sức chịu tải của cọc chịu nén

Theo Poulos, 1989, các phương pháp tính sức chịu tải của cọc cĩ thể chia thành

3 loại chính:

1 Loại 1: bao gồm các cơng thức thực nghiệm dựa trên kết quả của thí

nghiệm trong phịng và thí nghiệm hiện trường

- Phương pháp thực nghiệm dựa trên kết quả thí nghiệm hiện trường và kết

quả thí nghiệm trong phịng Ví dụ như phương pháp CPT, SPT và α

2 Loại 2: bao gồm các cơng thức dựa trên sự nghiên cứu lý thuyết về sức

chịu tải

- Phương pháp lý thuyết dựa trên ứng suất hữu hiệu và sự phát triển của

vùng biến dạng dẻo dưới mũi cọc Ví dụ như phương pháp β, phương pháp

tính sức chịu mũi của Terzaghi Vesic

3 Loại 3 bao gồm các phương pháp số

- Phương pháp số dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phần tử

biên (BEM)

2.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc

2.1.1.1 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu

Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm

hoặc chịu kéo (khi cọc bị nhổ) và sức chịu tải của cọc theo vật

liệu có thể được tính theo công thức sau:

Ở đây: Qvl - sức chịu tải của cọc theo vật liệu

Ap - diện tích tiết diện ngang của cọc

Rvl - cường độ chịu nén tính toán của vật liệu làm cọc

- hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh của cọc ϕ

Cọc làm việc trong nền đất chịu tác động của áp lực nén

của đất xung quanh, nên thông thường ta không xét đến ảnh

hưởng của uốn dọc Ngoại trừ các trường hợp đặc biệt như cọc

quá mảnh hoặc do tác động của sự rung động gây ra sự triệt

tiêu áp lực xung quanh hay cọc đi qua lớp đất bùn loãng Ảnh

hưởng của độ mảnh phải được xét đến trong sức chịu tải của

cọc theo vật liệu

Với cọc bê tông cốt thép, sức chịu tải cực hạn của cọc

theo vật liệu xác định theo công thức thanh chịu nén có xét đến

uốn dọc Sự uốn dọc được xét như tính cột trong tính toán bê

tông

) A R A R (

Ở đây: Rat - sức chịu kéo hay nén cho phép của thép

Rn - sức chịu nén cho phép của bê tông

- hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc

độ mảnh và theo thực nghiệm

ϕ

Ngoài ra, sức chịu tải của cọc theo vật liệu còn xác định

theo kinh nghiệm xây dựng ở một số quốc gia:

Ở đây: k = 0.7 - hệ số đồng nhất

m = 1 - hệ số điều kiện làm việc

Rgh - sức chịu tải giới hạn của vật liệu làm cọc

Với cọc bê tông cốt thép thì dùng công thức:

Khi cọc làm việc chịu nhổ thì sức chịu kéo căng của cọc bê

tông cốt thép theo vật liệu:

2.1.1.2 Sức chịu tải dọc trục của cọc theo đất nền

-22-Sức chịu tải cực hạn của cọc Qu bao gồm sức kháng bên Qs

và sức kháng mũi Qp

hoặc Qu = Asfs + Apqp

Ở đây: As - diện tích xung quanh cọc tiếp xúc với đất

Ap - diện tích tiết diện ngang mũi cọc

Fs - ma sát hông đơn vị

qp - sức kháng mũi đơn vị

Sức chịu tải cho phép của cọc

p

p

s

s a

FS

Q FS

với FS, FSp, FSs - lần lượt là hệ số an toàn cho mũi và thân

cọc, thường được chọn từ 2 đến 3, tùy theo loại tổ hợp tải trọng

Sức chịu tải của cọc theo đất nền có thể được dự đoán

theo các phương pháp chính sau:

- Theo chỉ tiêu cơ học của đất nền: chỉ tiêu chống cắt và

trọng lượng riêng còn gọi là phương pháp tĩnh

- Theo chỉ tiêu cường độ của đất nền

- Theo chỉ tiêu trạng thái còn gọi là phương pháp thống kê

- Theo thí nghiệm cọc tại hiện trường

a - Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của

đất nền

- Sức kháng mũi của cọc Q p

Phương pháp Terzaghi

Phương pháp cổ điển nhất ước lượng sức chịu mũi do

Terzaghi và Peck đề nghị sử dụng các công thức bán thực

nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức sức chịu tải

của móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự

như sơ đồ trượt của đất dưới móng nông

-23-)6

,03

,1(

2

γγ γ

Q p = p c+ f q+ p cho cọc tròn bán kính Rp (2.8)

) 4

, 0 3

, 1 (

Q p = p c + f q + p cho cọc vuông cạnh Bp (2.9)

Terzaghi đề nghị sử dụng ngay các hệ số sức chịu tải Nc, Nq,

, được thiết lập cho móng nông tiết diện tròn hoặc vuông có

cot

2

) 2 / 4 / 3 ( 2

ϕπ

ϕ π ϕ tgϕ

c

e g

e N

2

tg 2 / 4 / 3 2

=

cos

K2

1

Ở đây: Kp - hệ số áp lực bị động của đất tác động lên mặt

nghiêng của nêm nén chặt dưới đáy móng

Phương pháp Meyerhof

Sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc sẽ lớn hơn cách

tính của Terzaghi xem như là móng nông do ảnh hưởng của độ

sâu đặt móng Có rất nhiều tác giả đã nghiên cứu ảnh

hưởng này và điều chỉnh các hệ số sức chịu tải của nền Nc,

Nq, Nγ

Đối với sức chịu tải đơn vị diện tích của phần đất nằm

dưới đáy các móng sâu và móng cọc, công thức có xét đến

hình dạng và chiều sâu chôn móng thường được diễn tả dưới

dạng:

(2.10)

' ' '

q c p

( ' ' '

q c p p p

u A q A cN q N

Q = = +

Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số , , sức chịu

tải ở mũi cọc trong đất nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo

' c

q

N

Ở đây: Lb - chiều sâu cọc cắm trong đất tốt và D là cạnh cọc

ở độ sâu mũi cọc

Trong cách tính sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc theo

Meyerhof, các thông số chống cắt c và ω tương ứng với trạng

thái ứng suất hữu hiệu và qp xác định theo công thức:

với , được xác định theo bảng tra

' q ' ' c

Phương Pháp Vesic

Vesic đề nghị một phương pháp xác định sức chịu tải của

đất nền ở mũi cọc

=

c p p p

3

K21cNAqA

*

K21

N3N

Theo Vesic N q = f( )I rr

Trong đó

Δ+

=

r

r rr

I1

I

I - chỉ số độ cứng suy giảm

Với chỉ số độ cứng = ( +ν)( + ϕ) (= c+q'tgϕ)

Gtg

'qc12

E

Δ - biến dạng thể tích trung bình trong vùng biến dạng dẻo bên

dưới mũi cọc

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

ta có:

0

=

Δ và Ir = Irr

Giá trị Ir có thể ước lượng từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục

hoặc nén cố kết tương ứng với những giá trị ứng suất nén

khác nhau, hoặc tham khảo các giá trị tổng kết thực nghiệm

Sét (có thoát nước) 100 - 200

- Sức kháng bên của cọc Q s

Thành phần Qs có thể xác định bằng cách tính tích phân lực

chống cắt đơn vị fs của đất - cọc trên toàn bộ mặt tiếp xúc

của cọc và đất, lực chống cắt này cho bởi biểu thức quen

thuộc của Coulomb:

(2.14) a

' v s a a

' h a

Ở đây: ca - lực bám dính giữa cọc và đất

ωa - góc ma sát giữa cọc và đất

- ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên của cọc,

tính theo công thức sau:

'

h

σ

zK

s

' v s

'

h = ×σ = ×γσ

Trong đó: Ks - hệ số áp lực ngang

Ngoài ra có thể kể đến các phương pháp sau:

-26-Tomlinson đề nghị thêm vào thành phần lực dính một hệ số

α, trong công thức xác định lực ma sát xung quanh giữa cọc và

đất

(2.15)

a v s a a

h a

α: Hệ số hiệu chỉnh

Phương pháp này được Burland gợi ra từ năm 1973 trên các

giả thuyết sau:

- Lực dính của đất giảm đến 0, trong quá trình đóng cọc, do

đất bị phá vỡ kết cấu

- Ứng suất hữu hiệu của đất tác động lên mặt đứng của

cọc sau khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư phân tán hết ít nhất

phải bằng ứng suất này ở trạng thái tĩnh, áp lực nước lỗ rỗng

thặng dư xuất hiện do thể tích cọc lấn chiếm và đất xung quanh

bị nén, nhưng hệ số thấm của đất bé nên cần phải có thời

gian để nước thoát đi

- Ứng suất chống cắt của đất xung quanh cọc trong quá trình

chịu tải chỉ liên quan đến vùng đất mỏng xung quanh cọc, vùng

này tùy thuộc dạng cọc và tính thoát nước của đất giữa hai

thời điểm đóng và chất tải lên cọc

Công thức xác định lực ma sát đất và cọc có dạng

; đặt

a v s

s K tg

f = ×σ' ϕ β=Ks×tgϕa; ta được fs = β × σ'v (2.16)

Vì ' là ứng suất do trọng lượng bản thân nên khi có ứng

suất phụ thêm do tải ngoài đặt trên mặt đất ta có thể hiệu

v

σ

) (

s

' v

s = β σ + σ

Theo phương pháp này giá trị β dao động trong khoảng từ 0.25

đến 0.4 nếu ta sử dụng Ks = Ko

-27-Một số nghiên cứu khác của Bhushan(1982) bổ sung cách

xác định β như sau:

D0065,018,0tg

Focht và Vijavergiya đề nghị một hệ số λ để hiệu chỉnh lực

ma sát xung quanh giữa cọc và đất sét

(2.18)

) 2 ( '

u v

Ở đây: λ - biến đổi theo chiều sâu đóng cọc, được suy ra từ

biểu đồ sau:

λ

Năm 1981, Coyle - Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu

tải của cọc trong nền cát, sau hàng loạt phân tích các kết quả

thí nghiệm nén tĩnh và đóng cọc thử tại hiện trường

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

quan hệ thực nghiệm với góc ma sát ϕ và tỷ số z / B, với chiều

sâu z tính đến giữa lớp cát và B là bề rộng của cọc Lưu ý

rằng, phương pháp của Coyle - Castillo không xét đến loại vật

-28-liệu làm cọc, ảnh hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất

ban đầu

Phương pháp tổng quát Kulhawy

Một phương pháp khác nhằm xác định lực ma sát fs đất cát

với mặt bên của cọc được Kulhawy đưa ra có dạng sau

' 0 0

σ - ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại điểm tính fs

b - Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ của

đất nền

Theo TCXDVN 205 - 1998 thì sức chịu tải cực hạn của cọc theo

đất nền được tính với công thức sau:

=1

pqp Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp:

γ

γ+σ+

vp c

Lực ma sát bên tác dụng lên cọc fs:

a v s a a h a

s c tg c K tg

Ở đây:

c - lực dính của đất

- ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng

tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất

'

vp

σ

Nc, Nq, - hệ số sức chịu tải, phụ thuộc ma sát trong của

đất, hình dạng mũi cọc và phương pháp thi công cọc

γ

N

ca - lực dính bám giữa thân cọc và đất

-29-'

h

σ - ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc

với mặt bên cọc

a

ϕ - góc ma sát giữa thân cọc và đất nền

Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính

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

có dạng

u c p u s

u A c A N c

Ở đây:

Nc - hệ số sức chịu tải lấy bằng 9 cho cọc đóng trong sét

cố kết thường và bằng 6 cho cọc nhồi

- hệ số điều chỉnh lực bám dính giữa đất và cọc từ lực

dính của thí nghiệm không cố kết không thoát nước

α

Chú ý: trị số αcucó giá trị giới hạn là 100 kPa

Sức chịu tải cực hạn trong đất rời

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

' vp q p a

' v s s p s

Ở đây:

Ks - hệ số áp lực ngang trong đất ở trạng thái nghỉ

- ứng suất hữu hiệu trong đất tại độ sâu tính toán ma

sát bên tác dụng lên cọc

Nhằm mục đích tính toán sơ bộ sức chịu tải cọc theo các kết

quả thống kê các chỉ tiêu đặc trưng vật lí của đất nền cho

các dự án tiền khả thi, có thể sử dụng phương pháp rất đơn

giản, ít chính xác và không cần nhiều thí nghiệm cơ học phức

tạp, đó là phương pháp thống kê, còn có tên là phương pháp

tính sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu vật lí của đất nền

-30 Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống

Khi nền đất có E0 > 50 Mpa = 500 kG/cm2 được xác định theo

công thức sau:

Ở đây: m - hệ số điều kiện làm việc

qp - cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc

- Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát (cọc đóng có

cạnh cọc từ 250mm đến 800 mm)

×

×

i f si i p

p R

tc m q A u m f l

Q

1

) (

Ở đây: mR, mf - các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi

cọc và ở mặt bên của cọc

fs, qp - lực ma sát đơn vị giữa đất và mặt xung quanh cọc;

sức chịu tải đơn vị diện tích của đất ở mũi cọc

d - Xác định sức chịu tải theo thí nghiệm cọc tại hiện trường

- Sức chịu tải của cọc theo công thức đóng cọc

Trong quá trình đóng cọc, nếu ta quan sát năng lượng cho bởi

một nhát búa E = Wh, với W là trọng lượng phần va đập của

búa và h là chiều cao rơi, theo nguyên lý cân bằng năng lượng

E sẽ bằng với sức chịu tải cực hạn của cọc nhân với độ

xuyên của cọc vào đất, e, do chính nhát búa ấy Độ xuyên e

được định nghĩa như là độ chối của cọc Tuy nhiên, không phải

tất cả năng lượng do nhát búa đóng dành cho cọc xuyên vào

đất mà còn mất mát do độ nảy của búa, đàn hồi của đất

quanh cọc, phát nhiệt,… Wellington đã đưa ra công thức xác định

sức chịu tải của cọc rất sớm, ngày nay vẫn còn được sử dụng

ở các nước Bắc Mỹ dưới tên Engneering News, có dạng:

c e

kE c

e

WH Q

f f

Ở đây: W- trọng lượng phần rơi của búa

H - chiều cao rơi của búa

ef - độ chối của búa, độ xuyên của cọc vào đất do một

nhát búa sau khi để cọc nghỉ nhằm tránh hiện tượng chối giả

c - hằng số xét đến năng lượng thất thoát

E - năng lượng búa

k - hệ số năng lượng búa

Công thức trên được tính với hệ số an toàn FS = 6

Ngày nay có rất nhiều công thức động tính sức chịu tải

của cọc như Danish, Janbu, Gersevanov

- Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên

Từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, sức chịu tải đơn vị

diện tích của đất nền dưới mũi cọc qp và sức chịu mũi cọc theo

đất nền Qp được tính theo các công thức sau:

Ở đây: kc - hệ số sức chịu tải

q c- sức kháng xuyên trung bình, lấy trong khoảng 3d phía

trên và 3d phía dưới mũi cọc

Sức chống cực hạn ở mặt bên cọc:

∑

=

i si si

s u h f

Q

Ở đây: hsi - độ dài của cọc trong lớp đất thứ i

fsi - ma sát bên đơn vị của lớp đất thứ i và được xác định

theo sức chống xuyên đầu mũi qc ở cùng độ sâu, theo công

thức:

i

ci si

q f

α