Đánh giá và so sánh độ lún dự báo theo lý thuyết và theo kết quả quan trắc của một số công trình xây dựng ở khu vực hà nội

- Góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng của cấu trúc nền đến sức chịu tải của cọc, và xác định nguyên nhân sai khác giữa độ lún dự báo lý thuyết và kết quả quan trắc, nâng cao độ chính xác tính

Trang 2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN HUY PHƯƠNG

Hà Nội - 2014

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Học viên thực hiện Luận văn

Vũ Minh Toàn

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục đích nghiên cứu 8

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

4 Nội dung đề tài, các vấn đề cần giải quyết 8

5 Phương pháp nghiên cứu 9

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

7 Cơ sở tài liệu của đề tài 9

8 Cấu trúc của luận văn 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ QUAN TRẮC LÚN CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở HÀ NỘI 11

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC VÀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC LÚN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 18

2.1 Nguyên tắc tính toán thiết kế móng công trình xây dựng 18

2.1.1 Các giả thiết khi tính toán móng cọc 18

2.1.2 Chọn loại cọc 19

2.1.3 Chọn vật liệu làm cọc và đài cọc 20

2.1.4 Chọn kích thước cọc, đài cọc 24

2.1.5 Xác định sức chịu tải của cọc đơn 29

2.1.6 Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng 47

2.1.7 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc 49

2.1.8 Kiểm tra cường độ nền đất tại mặt phẳng mũi cọc 51

Trang 5

2.1.9 Tính toán độ lún của móng cọc 54

2.1.10 Tính toán đài cọc 55

2.2 Công tác quan trắc lún công trình nhà cao tầng 58

2.2.1 Khái quát 58

2.2.2 Công tắc quan trắc lún công trình 59

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, ĐỐI CHỨNG VỚI CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 64

3.1 Công trình Tổ hợp nhà ở văn phòng và dịch vụ 12 tầng tại số 25 Lạc Trung, Hai Bà Trưng, Hà Nội 64

3.1.1 Thông tin công trình 64

3.1.2 Số liệu địa chất công trình 64

3.1.3 Công tác quan trắc lún của công trình 68

3.1.4 Mặt bằng vị trí tính toán lún công trình 69

3.1.5 Tính toán độ lún tại các điểm Đ1, Đ2, Đ3 69

3.2 Công trình Nhà ở cho người thu nhập thấp N0-10A, khu đô thị mới Sài Đồng, phường Sài Đồng , quận Long Biên, Hà Nội 79

3.3.5 Tính toán độ lún tại các điểm Đ1, Đ2, Đ3 (Xem phụ lục 3) 84

3.3 Công trình: Đơn nguyên 2 - Chung cư cao cấp CT9 khu đô thị mới Mỹ Đình - Mễ Trì - Từ Liêm - Hà Nội 85

3.3.5 Tính toán độ lún tại các điểm Đ1, Đ2, Đ3 89

Trang 6

3.4 Công trình: Nhà ở cao tầng N03A – Khu đô thị mới Sài Đồng – quận

Long Biên – Hà Nội 105

3.4.5 Tính toán độ lún tại các điểm Đ1, Đ2, Đ3 (Xem phụ lục 5) 110

3.5 Tổng hợp kết quả 111

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

1 Kết luận 112

2 Tồn tại và Kiến nghị 112

2.1 Tồn tại 112

2.2 Kiến nghị 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

PHỤ LỤC 116

Trang 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Chiều dài tối đa của cọc đặc bê tông cốt thép thường 24

Bảng 2.2: Hệ số độ mảnh  30

Bảng 2.3: Giá trị I r 36

Bảng 2.4: Giá trị K s 38

Bảng 2.5: Giá trị  (theo API) 39

Bảng 2.6: Giá trị  (theo Tomlinson) 39

Bảng 2.7: Sức chống của đất ở mũi cọc q p 43

Bảng 2.8: Ma sát bên f s 44

Bảng 2.9: các hệ số m R và m f 45

Bảng 2.10: Bảng tra trị số H ng 50

Bảng 2.11: Hệ số làm việc của mặt nghiêng 57

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết quả tính lún 78

Bảng 3.2 Biểu đồ quan hệ giữa độ lún tính toán theo lý thuyết và kết quả quan trắc lún thực tế 78

Trang 8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Các giai đoạn chủ yếu khi thi công cọc khoan nhồi 22

Hình 2.2: Các dạng tiết diện ngang thân cọc BTCT đúc sẵn 25

Hình 2.3: Cấu tạo chi tiết cọc bê tông cốt thép, kích thước ghi cm 26

Hình 2.4: Mặt cắt ngang thân cọc 26

Hình 2.5: Cấu tạo cốt thép đai cho cọc 26

Hình 2.6: Chi tiết cốt thép mũi cọc 27

Hình 2.7: Lưới thép đầu cọc và cốt thép móc cẩu 27

Hình 2.8: Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc 28

Hình 2.9: Chi tiết mối nối cọc 28

Hình 2.10: Cấu tạo cọc khoan nhồi 29

Hình 2.11: Hệ số v phụ thuộc liên kết 31

Hình 2.12: Sơ đồ các lực của đất tác động trở lại cọc 32

Hình 2.13: Các giả thiết về mặt trượt cho công thức tính sức chịu tải 33

Hình 2.14: Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi 34

Hình 2.15: Nền đất xung quanh cọc ở giai đoạn chịu tải cực hạn 35

Hình 2.16: Quan hệ giữa  và độ sâu 41

Hình 2.17: Bố trí cọc trên mặt đứng 48

Hình 2.18: Bố trí cọc trên mặt bằng 48

Hình 2.19: Bố trí khi móng hình vành khuyên hoặc hình tròn 49

Hình 2.20: Xác định kích thước móng khối quy ước trong trường hợp nền nhiều lớp 53

Hình 2.21: Móng khối qui ước trong trường hợp nền đồng nhất 53

Hình 2.22: Trường hợp cọc xuyên qua lớp đất yếu và tựa vào lớp đất cứng 54 Hình 2.23: Sơ đồ tính toán đài cọc 56

Hình 2.24: Mốc chuẩn dạng hình ống 60

Hình 2.25: Mốc chuẩn dạng cọc 60

Trang 9

Hình 2.26: Cấu tạo một số loại mốc đo độ lún nền và công trình 61

Hình 2.27: Mốc đo lún công trình nhà cao tầng 62

Hình 2.28: Biểu đồ độ lún theo trục 63

Hình 2.29: Biểu đồ lún của các mốc 63

Hình 3.1.Mặt bằng bố trí hố khoan 64

Hình 3.2 Mặt cắt địa chất công trình I-I 65

Hình 3.3.Mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún công trình 68

Hình 3.4 Mặt bằng vị trí tính lún công trình 69

Hình 3.6 Mặt cắt địa chất công trình II-II 80

Hình 3.10: Mặt cắt địa chất công trình I-I 86

Hình 3.14: Mặt cắt địa chất công trình I-I 106

Trang 10

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thành phố Hà Nội là trung tâm kinh tế - chính trị lớn của cả nước Hiện nay, thành phố Hà Nội đã và đang được đầu tư phát triển mạnh mẽ, thu hút đầu tư trong

và ngoài nước Việc mở rộng, đẩy mạnh phát triển kinh tế, xã hội được gắn liền với phát triển mạnh mẽ cơ sở hạ tầng, giao thông trong thành phố

Trong khu vực thành phố Hà Nội hiện nay đã đang và sắp triển khai xây dựng rất nhiều nhà cao tầng Để giúp cho nhà thiết kế có đánh giá chính xác nhất về

độ lún của công trình, ngoài việc dự báo lún theo tính toán lý thuyết, thì công tác quan trắc lún thực tế có vai trò quan trọng trong việc tính toán móng công trình Tài liệu quý giá này cần được phân tích, so sánh đánh giá với độ lún dự báo theo lý thuyết để tìm ra nguyên nhân của sự sai khác nhau giữa chúng, tìm cách hiệu chỉnh

để nâng cao độ chính xác của tính toán lý thuyết

Vì vậy, đề tài: “Đánh giá và so sánh độ lún dự báo theo theo lý thuyết và theo kết quả quan trắc của một số công trình xây dựng ở khu vực Hà Nội” được đặt

ra có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu

Qua đánh giá và so sánh độ lún dự báo theo lý thuyết và kết quả quan trắc thực tế cần phân tích tìm ra nguyên nhân sai khác giữa chúng và đề xuất, kiến nghị hiệu chỉnh cần thiết nhằm nâng cao độ chính xác của tính toán lý thuyết

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Độ lún của công trình

- Phạm vi nghiên cứu: Một số công trình trong khu vực Hà Nội

4 Nội dung đề tài, các vấn đề cần giải quyết

Để đạt được các nhiệm vụ đặt ra cần nghiên cứu các nội dung sau:

- Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình và phân tích các kiểu cấu trúc nền của một số công trình;

- Dự báo độ lún của các công trình nghiên cứu theo lý thuyết;

- Kết quả quan trắc lún thực tế của các công trình nghiên cứu;

Trang 11

- So sánh với kết quả quan trắc lún thực tế;

- Phân tích xác định nguyên nhân gây ra sự sai khác (nếu có) giữa kết quả dự báo lún theo lý thuyết với kết quả quan trắc lún thực tế

- Kiến nghị hệ số hiệu chỉnh tính toán lún hay thay đổi đặc trưng biến dạng theo phương pháp phân tích ngược

5 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các nhiệm vụ của luận văn, sử dụng phương pháp:

- Phương pháp thu thập tài liệu

- Phương pháp tính toán lý thuyết

- Phương pháp toán học thống kê

- Phương pháp phân tích hệ thống

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Góp phần làm sáng tỏ ảnh hưởng của cấu trúc nền đến sức chịu tải của cọc,

và xác định nguyên nhân sai khác giữa độ lún dự báo lý thuyết và kết quả quan trắc, nâng cao độ chính xác tính toán

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả đạt được có thể ứng dụng cho các công trình có điều kiện tương đương

7 Cơ sở tài liệu của đề tài

- Các tài liệu liên quan đến báo cáo khảo sát địa chất công trình ;

- Các tài liệu thiết kế móng của công trình;

- Các tài liệu quan trắc lún thực tế

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 3 chương tổng cộng có 116 trang với 45 hình vẽ và 19 bảng Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình, Trường Đại học

Mỏ - Đại Chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo PGS TS Nguyễn Huy Phương

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Huy Phương, người thầy đã tận tâm hưóng dẫn khoa học trong suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương cho đến khi hoàn thành luận văn

Trang 12

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy trong Bộ môn Địa chất công trình, Phòng Sau đại học thuộc trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn này

Trang 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ QUAN TRẮC LÚN

CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở HÀ NỘI

Hà Nội là khu vực có điều kiện tự nhiên phức tạp, khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng và ẩm, mưa nhiều, với mạng lưới thủy văn phát triển gồm hệ thống các sông,

hồ và ao dày đặc

Với nguồn gốc địa chất hình thành là đồng Bằng tích tụ, phần lớn diện tích

Hà Nội và các công trình xây dựng đều nằm trên nền đất của trầm tích Đệ Tứ, được phân chia thành các tầng sau:

- Trầm tích hệ tầng Lệ Chi phủ trực tiếp trên thành tạo cổ và bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn

- Trầm tích hệ tầng Hà Nội phân bố trực tiếp trên hệ tầng Lệ Chi và trong khu vực Hà Nội cũng bị các trầm tích trẻ hơn phủ kín

- Trầm tích hệ tầng Vĩnh Phúc thường phân bố ở độ sâu từ 10 – 30 m, thành phần chủ yếu là cuội, cát và sét phần lớn ở trạng thái nửa cứng, dẻo cứng, dẻo mềm (ít khi dẻo chảy) do vậy chúng thường có các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng cho đất tương đối tốt đến tốt và không phải là nguyên nhân của hiện tượng lún, nứt công trình

- Trầm tích hệ tầng Hải Hưng thường gặp hai phụ hệ tầng, phụ hệ tầng dưới

có nguồn gốc hồ – đầm gồm bùn sét, sét pha hoặc sét dẻo chảy chứa hữu cơ, có chỗ

ở dạng than bùn hóa cao hoặc hoàn toàn là than bùn Trầm tích Hải Hưng phân bố rộng khắp ở các khu chung cư Thành Công, Giảng Võ, Ngọc Khánh, Thủ Lệ, Láng Trung,… Phụ hệ tầng trầm tích này có đặc điểm là có bề dày thay đổi mạnh từ vài chục centimet đến vài chục mét và được coi là loại đất có khả năng xây dựng yếu kém nhất – nguyên nhân gây ra tình trạng lún nứt cho các công trình ở Hà Nội

- Trầm tích hệ tầng Thái Bình phân bố rộng khắp trên bề mặt khu vực và thường gặp tại các nơi như Hồ Tây, Trần Nhật Duật, Bách Khoa, Kim Liên,… dưới dạng bùn sét, bùn sét pha và được xem là loại đất yếu Tuy nhiên khi gia tải thì quá trình cố kết xảy ra nhanh là chúng trở nên cứng chắc hơn Do vậy mặc dù được coi

là đất yếu Thái Bình nhưng ảnh hưởng của lớp đất này không kéo dài, điều đó giải thích hiện tượng thực tế là với qui mô và kiến trúc đa dạng nhưng các nhà và các

Trang 14

công trình xây dựng thuộc các khu chung cư Bách Khoa, Kim Liên, Trung Tự, không rơi vào tình trạng lún nhiều và kéo dài như các công trình xây dựng thuộc khu vực khác

Thành tạo đất nguồn gốc nhân sinh là lớp đất đá có thành phần đất hỗn tạp gồm sét, sét pha lẫn phễ liệu xây dựng, chiều dày biến động từ 2-3m, việc san lấp ồ

ạt nên khả năng xây dựng công trình không cao Lớp đất lấp có ảnh hưởng quan trọng tới quá trình lún nứt của công trình Trong một số trường hợp, độ lún của công trình do sự có mặt của lớp đất này có thể chiếm 1/3 tổng độ lún công trình

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế Việt Nam, các nhà cao tầng ở Việt Nam mọc lên khá nhanh với nhiều kiểu dáng và chức năng sử dụng khác nhau Khi một số nhà cao tầng ở khu vực có nền đất yếu như Giảng Võ, Thành Công, Quỳnh Mai, được đưa vào sử dụng thì hiện tượng công trình bị lún nứt đã trở thành phổ biến Những số liệu điều tra do cơ quan có trách nhiệm công

bố cho thấy một số nét về thực trạng lún nứt của các công trình xây dựng ở Hà Nội như sau:

- Hàng trăm nhà ở với quy mô từ 2 đến 6 tầng có tổng độ lún vượt quá cho phép từ 2-5 lần, tương đương độ lún từ 15-40 cm, cá biệt có một số công trình có độ lún hàng mét như B2 Ngọc Khánh, E6 và E7 Quỳnh Mai, B7, C1 Thành Công

- Các công trình bị nghiêng lún đều sử dụng móng nông đặt trên nền thiên nhiên hoặc trên nền đất gia cố bằng cọc tre, đệm cát, cọc cát hoặc cọc nêm với độ sâu gia cố hạn chế trong khoảng 2-4m Phía dưới đáy móng hoặc dưới độ sâu gia cố vẫn còn những lớp đất yếu

- Khoảng trên 50 nhà chung cư bị hư hỏng nghiêm trọng do lún, cần thiết đầu

tư cứu chữa và trên thực tế với kinh phí hạn hẹp Thành phố Hà Nội đã thực hiện cứu chữa bằng cách gia cường móng hoặc gia cường kết cấu khoảng 15 nhà chung

cư cũ (theo nguồn vốn ngân sách) tại các thời điểm khác nhau Một số nhà đã phải

dỡ bỏ sau khi đã gia cường vì hiệu quả gia cường không theo ý muốn như B7 Thành Công, A2 Giảng Võ Một số nhà dỡ bỏ để xây mới công trình với quy mô lớn hơn như A6 Giảng Võ

Trang 15

Tình trạng hư hỏng của một số công trình tiêu biểu trên địa bàn Hà Nội được thể hiện ở bảng:

Khu vực Thành Công

1 C1 Thành Công

Xây dựng năm 1976, nhà ở 5 tầng, móng cọc tháp

Lún 1/2 tầng trệt, khoảng 160cm

dỡ bỏ toàn bộ để xây mới

5 E7 Thành Công Xây dựng 1978, nhà 5

tầng, móng bè

Tổng độ lún tới 80 cm, lún nghiêng 1,6% theo chiều dọc, tốc

độ lún tới 2,8 mm/tháng, đã gia cường móng

Khu vực Giảng Võ

6 A6 Giảng Võ Xây dựng 1975, nhà 5

tầng, móng bè

Tốc độ lún 2,0 mm/tháng, nghiêng mạnh, khe lún tách ra đến 1m tại vị trí đỉnh nhà, độ nghiêng lớn nhất đến 6,6%;

dỡ bỏ, xây mới

7 C8 Giảng Võ Nhà 5 tầng, móng bè Tốc độ lún 1,15-1,78 mm/tháng

8 A1 Giảng Võ Xây dựng 1975, nhà 5

tầng, móng bè Lún lệch, độ nghiêng 2%, dỡ bỏ Khu vực Ngọc Khánh

Trang 16

9 B2 Ngọc Khánh

Dự kiến 5 tầng, móng nông trên nền gia cố cọc cát

Lún hơn 100cm khi thi công tới tầng 4, phải dỡ bỏ tầng này

10 A2 Ngọc

Khánh

Xây dựng 1985, nhà ở

5 tầng, khung BTCT tầng 1, trên xây gạch, móng bè đệm cát

Tổng độ lún trên 80 cm, tốc độ lún lớn nhất 3,8mm/tháng, đã gia cường móng

2-15 E7 Quỳnh Mai Xây dựng 1976, nhà ở

5 tầng móng cọc tháp

Tổng độ lún 130 cm, tốc độ lún 2,5 mm/tháng, đã gia cường móng

2-16 E8 Quỳnh Mai Nhà 5 tầng, móng bè Tổng độ lún 2,16-2,32 mm/tháng

17 Nhà A khách

sạn La Thành

Xây dựng 1935, nhà 3 tầng, 1 tầng hầm, móng

bè

Tổng độ lún 10-80 cm, lệch dọc nhà, đã gia cường móng

18 78 Nguyễn Du

Xây dựng khoảng

1930, biệt thự 3 tầng, móng băng

Độ lún tuyệt đối đến 70 cm, lún

lệch 50 cm

Nghiên cứu về sự cố công trình do nguyên nhân nền móng đã cho thấy các nguyên nhân chính dẫn đến các sự cố do nền móng công trình thường nằm ở các khâu:

Trang 17

- Khảo sát xây dựng không đầy đủ hoặc không khảo sát

- Thiết kế không hợp lý

- Thi công không đúng với thiết kế

- Tác động khác từ bên ngoài như tác động của công trình, hố đào hoặc chất tải ở khu vực lân cận, hạ mực nước ngầm, lún do tải trọng của đất san lấp tạo mặt bằng,

* Sai sót trong khảo sát xây dựng

Khảo sát địa kỹ thuật được coi là công việc đóng vai trò rất quan trọng đối với thiết kế và thi công nền móng Các tiêu chuẩn về khảo sát và thiết kế nền móng

có những chỉ dẫn cụ thể về nội dung khảo sát tương ứng với các giai đoạn thiết kế

cơ sở, thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công Tuy vậy, các nghiên cứu đã cho thấy những bất cập trong khảo sát địa kỹ thuật là yếu tố dẫn đến sự cố tại một số công trình xây dựng, thể hiện ở các khía cạnh sau:

- Không khảo sát địa kỹ thuật: Hầu hết các công trình xây dựng nhà dân với quy mô nhỏ được thiết kế móng trên cơ sở điều kiện đất nền giả định nên thiết kế có khi quá thiên về an toàn gây lãng phí và ngược lại rất nhiều trường hợp không thỏa mãn các điều kiện trạng thái giới hạn đã dẫn đến sự cố do điều kiện đất nền bất lợi hơn so với giả định của thiết kế;

- Công tác khảo sát không phát hiện được hoặc phát hiện không chính xác quy luật phân bố không gian (theo chiều rộng và chiều sâu) của cấu tạo địa tầng, đặc biệt là các lớp đất yếu nằm trong vùng ảnh hưởng của tải trọng công trình Điều này thường xảy ra ở những nơi có điều kiện địa chất biến động mạnh trong khi mật

độ khảo sát không đủ dày

- Đánh giá không chính xác các đặc trưng tính chất xây dựng của các lớp đất hoặc không cung cấp được các số liệu cần thiết cho thiết kế Trong nhiều trường hợp tay nghề của thí nghiệm viên và các trang thiết bị của cơ sở khảo sát không đáp ứng yêu cầu trong khi công tác giám sát và kiểm tra chất lượng không chặt chẽ Một điều khác cũng thường gặp là các kết quả khảo sát vừa thừa vừa thiếu, ví dụ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) trong các lớp sét yếu không có ý nghĩa trong khi

Trang 18

một số chỉ tiêu về cường độ và biến dạng của đất lại không được xác định phù hợp với đặc điểm về tải trọng, giải pháp nền móng và tiến độ thi công công trình

- Không điều tra, khảo sát công trình lân cận và dự báo các tác động đối với khu vực xung quanh do thi công công trình mới

* Sai sót trong thiết kế

Kết quả nghiên cứu về nguyên nhân của các sự cố công trình do nền móng đã cho thấy phần lớn các sự cố là do sai sót trong khâu thiết kế Những sai sót thường gặp trong thiết kế là:

- Sai sót khi chọn giải pháp móng hoặc tính toán sai dẫn đến nền, móng công trình không đủ khả năng chịu tải hoặc bị lún quá mức

- Bỏ qua tính toán độ lún hoặc sai số quá lớn trong tính toán độ lún công trình

- Giải pháp móng không hợp lý, ví dụ sử dụng móng nông và móng sâu cho cùng một kết cấu đặt trên nền đất yếu, không gia cố nền đất yếu,

- Tải trọng không đều (Lệch tâm với tải trọng bên trên và của móng): do xu hướng muốn tận dụng không gian nên nhà được đua ra phía không gian công cộng dẫn đến sự lệch tâm của tải trọng công trình

- Không đánh giá đúng tác động do chất tải nặng (vật liệu xây dựng, đối trọng để ép cọc để nén tĩnh, ) giáp công trình hiện hữu

- Không dự báo đúng độ lún của công trình hiện hữu do ảnh hưởng của việc đào hó móng cho công trình mới

- Không kể đến tải trọng đất đắp lân cận hoặc các tác động bên ngoài khác

- Không kể đến hiện tượng ma sát âm khi thiết kế cọc trong trường hợp có thể xuất hiện ma sát âm

- Không đánh giá đúng mức ảnh hưởng của sự thay đổi mạnh chiều dày tầng đất yếu theo chiều sâu và trên diện trong khu vực điều kiện địa chất công trình phức tạp

* Sai sót trong thi công xây dựng

Sự cố xảy ra do những sai sót trong thi công là:

Trang 19

- Không kiểm tra chất lượng trước khi thi công để loại bỏ những vật liệu không đạt yêu cầu

- Không thực hiện đúng quy trình thi công

- Thiết bị thi công không phù hợp

- Thi công sai thiết kế

* Các tác động khác

- Lún nền trên khu vực lớn do hạ mực nước ngầm: Các quan trắc trong nhiều năm ở khu vực Hà Nội cho thấy tốc độ lún nền đạt tới 6,60 mm/tháng ở gần nhà máy nước Pháp Vân, 5,23 mm/tháng gần nhà máy nước Lương Yên và ở mức 1,0-2,5 mm/tháng ở nhiều khu vực khác Do mức độ lún phụ thuộc vào bề dày tầng đất yếu nên các công trình nằm trên khu vực có bề dày đất yếu biến động mạnh có thể

bị hư hại do lún lệch

- Lún ảnh hưởng hoặc mất ổn định của đất xung quanh hố đào công trình lân cận như đã xảy ra ở nhiều công trình tại TP Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng, Hạ Long,

- Tải trọng phụ thêm do chất tải ở khu vực lân cận

Có thể nói hiện tượng các công trình nhà cao tầng trên địa bàn thành phố Hà Nội bị lún là phổ biến, kéo dài và rất phức tạp do nhiều nguyên nhân, nhưng nếu được theo dõi (quan trắc) thường xuyên thì có thể đưa ra cá biện pháp khắc phục kịp thời

Trang 20

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC VÀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC LÚN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 2.1 Nguyên tắc tính toán thiết kế móng công trình xây dựng

2.1.1 Các giả thiết khi tính toán móng cọc

Việc tính toán, thiết kế móng dựa trên cơ sở các giả thuyết như sau:

1 Đối với móng cọc có tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận, thì điều kiện để tính toán là:

min

0, 7

h h Trong đó: h- độ chôn sâu của đáy đài

0 min

245

b - cạnh đáy đài theo phương thẳng góc với tổng lực ngangH

2 Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn riêng

rẽ, không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc

3 Tải trọng công trình truyền qua đài cọc, chỉ truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyền lên phần đất giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc hay nói cách khác là đất tại mặt tiếp giáp với đài không trực tiếp làm việc

4 Khi kiểm tra cường độ của nền đất và khi tính độ lún của móng cọc thì người ta xem móng cọc như là một móng khối qui ước bao gồm cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc

5 Vì việc tính toán móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên nên trị số moomen của tải trọng ngoài tại đáy móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số moomen của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài

6 Đài cọc xem như tuyệt đối cứng, cọc và đài cọc được xem như liên kết ngàm cứng với nhau

Trang 21

2.1.2 Chọn loại cọc

2.1.2.1 Việc lựa chọn loại cọc về nguyên tắc phải dựa vào các điều kiện:

- Đảm bảo mọi yêu cầu của trạng thái giới hạn theo quy định

- Hệ số an toàn sử dụng cho vật liệu cọc và đất nền là hợp lý

- Phương án có tính khả thi về mặt kinh tế – kỹ thuật, đảm bảo việc sử dụng bình thường các công trình lân cận

Tuy nhiên việc lựa chọn loại cọc phải đặc biệt chú ý đến các yếu tố chính sau đây:

- Đặc điểm các công trình

- Điều kiện cụ thể của đất nền và nước ngầm

- Những ràng buộc khác của hiện trường xây dựng (mức độ ồn và độ rung động cho phép, hiện trạng công trình lân cận, hệ thống ngầm nước dưới đất và vệ sinh môi trường khác )

- Khả năng thi công của nhà thầu

- Tiến độ thi công và thời gian cần thiết để hoàn thành

- Khả năng kinh tế của Chủ đầu từ

2.1.2.2 Cần nắm vững phạm vi sử dụng của từng loại cọc cũng như khả năng và mức độ hoàn thiện của thiết bị thi công, trình độ nghề nghiệp của đơn vị thi công, nhất là phương án cọc khoan đổ bê tông tại chỗ Nên lập không ít hơn 2 phương án

để so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật và tính khả thi để lựa chọn

- Theo biện pháp thi công, cọc được phân chi làm 3 loại chính:

+ Cọc gây dịch chuyển lớn trong quá trình thi công là loại cọc thông thường, được hạ bằng phương pháp đóng, ép hoặc rung

+ Cọc gây dịch chuyển nhỏ trong quá trình thi công: bao gồm các loại cọc thép hình có mặt cắt hở, cọc ống mà đất có thể chui vào lòng cọc một cách dễ dàng hoặc cọc được hạ bằng phương pháp đóng, ép, và rung có khoan dẫn với đường kính lỗ khoan nhỏ hơn bề rộng tiết diện cọc

+ Cọc thay thế: là loại cọc khoan nhồi, cọc barret hoặc cọc được hạ bằng phương pháp đóng, ép và rung có khoan dẫn với đường kính lỗ khoan bằng hoặc lớn hơn bề rộng tiết diện cọc

Trang 22

- Khi sử dụng loại cọc dịch chuyển lớn, cần chú ý tới ảnh hưởng bất lợi đến công trình lân cận và cọc được thi công trước đó do dịch chuyển ngang của nền đất Các dịch chuyển này có thể làm các cọc thi công trước đó bị nâng lên và bị dịch chuyển ngang quá mức cho phép

Trong quá trình hạ cọc, nền đất bị xáo động, hiệu ứng này cần phải được kể đến trong thiết kế nhóm cọc Các hiện tượng nêu trên có thể khắc phục được bằng cách sử dụng các loại cọc gây dịch chuyển nhỏ, khoan dẫn trước khi hạ cọc

- Khu sử dụng giải pháp cọc khoan nhồi trong nền đấtt rời bão hòa nước, nước trong đất, đặc biệt là nước có áp, cỏ thể làm ảnh hưởng đến chất lượng cọc và khả năng chịu tải của các lớp đất xung quanh thân cọc, mặt khác với sự tồn tại của nước tự do trong các lớp đất rời sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình ninh kết của xi măng Trong trường hợp này cần sử dụng ống vách để bảo vệ cọc

- Khi thi công móng cọc cạnh các công trình đặt trên nền đất hay đất bụi ở trạng thái rời, bão hòa nước, nhất thiết phải tránh sử dụng các phương pháp gây tác dụng làm giảm cường độ chống cắt của các lớp đất dưới đáy móng của các công trình lân cận

2.1.3 Chọn vật liệu làm cọc và đài cọc

Chọn vật liệu làm cọc phải đảm bảo để khi thiết kế có thể chịu được các giá trị nội lực sinh ra trong quá trình cẩu, vận chuyển lắp dựng, thi công hạ cọc và chịu tải với hệ số an toàn hợp lý

2.1.3.1 Đối với cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

a/ Bê tông

Những yêu cầu về Bê tông cọc được lấy theo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu

bê tông hiện hành, bê tông cọc cần được thiết kế chống được các tác nhân ăn mòn

Trang 23

b/ Cốt thép

Cốt thép cọc phải thỏa mãn các điều kiện quy định về chất lượng cốt thép để

có thể chịu được các nội lực phát sinh trong quá trình bốc dỡ, vận chuyển và áp lực kéo các moomen uốn của công trình bên tác dụng vào cọc, cũng cần xét đến trị số ứng suất kéo có thể phát sinh do hiện tượng nâng nền khi đóng các cọc tiếp theo Cốt thép chủ yếu cần được kéo dài liên tục theo suốt chiều dài cọc Trong trường hợp bắt buộc phải nối cốt thép chủ, mối nối cần được tuân theo quy định về nối thép và bố trí mối nối của các thanh

Trong trường hợp cần tăng khả năng chịu mooomen, thép được tăng cường ở phần đầu cọc, nhưng cần bố trí sao cho sự gián đoạn đột ngột của cốt thép không gây ra hiện tượng nứt khi cọc chịu tác động xung trong quá trình thi công cọc

Cốt thép dọc được xác định theo tính toán, hàm lượng thép không nhỏ hơn 0,8%, đường kính không nên nhỏ hơn 14mm Hàm lượng cốt thép dọc có thể nâng lên 1 – 1,2% khi:

- Mũi cọc xuyên qua lớp đất cứng

- Độ mảnh của cọc : 60< L/d <100

- Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn khá lớn mà số cọc của 1 dài ít hơn 3 cây Cốt đai có vai trò đặc biệt quan trọng để chịu ứng suất nảy sinh trong quá trình thi công cọc Cốt đai có dạng móc, đai kín hoặc xoắn Trừ trường hợp có sử dụng mối nối đặc biệt hoặc mặt bích bao quanh đầu cọc mà có thể phân bố ứng suất gây ra trong quá trình thi công cọc, trong khoảng cách bằng 3 lần cạnh nhỏ của cọc tại hai đầu cọc, hàm lượng cốt đai không ít hơn 0,6% của thể tích vùng nêu trên Trong phần thân cọc, cốt đai có tổng tiết diện không nhỏ hơn 0,2% và được

bố trí với khoảng cách không lớn hơn bề rộng tiết diện cọc Sự thay đổi các vùng có khoảng cách các đai cốt khác nhau không nên quá đột ngột

2.1.3.2 Đối với cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi là cọc được thi công tạo lỗ trước trong đất, sau đó lỗ được lấp đầy bằng bê tông, có hoặc không có cốt thép Việc tạo lỗ được thực hiện bằng phương pháp khoan, đóng ống hay các phương pháp đào khác Cọc nhồi có đường

Trang 24

kính bằng và nhỏ hơn 600mm được gọi là cọc nhồi có đường kính nhỏ, cọc nhồi có đường kính lớn hơn 600mm được gọi là cọc nhồi đường kính lớn

Người thiết kế và người thi công cần có hiểu biết đầy đủ về điều kiện đất nền cũng như đặc điểm của công nghệ dự định thực hiện để đảm bảo các quy định về chất lượng cọc

Hình 2.1: Các giai đoạn chủ yếu khi thi công cọc khoan nhồi

Trang 25

a/ Bê tông

Bê tông dùng cho cọc khoan nhồi là các loại bê tông thông thường Ngoài điều kiện về cường độ, bê tông phải có độ sụt lớn để đảm bảo tính liên tục của cọc Mác bê tông sử dụng cho cọc nhồi nói chung không thấp hơn 20Mpa

Độ sụt bê tông được thể hiện trong bảng sau:

Đổ tự do trong nước, cốt thép có khoảng cách lớn

cho phép bê tông dịch chuyển dễ dàng 7,5  12,5

Khoảng cách cốt thép không đủ lớn, để cho phép bê

Khi bê tông được đổ dưới nước hoặc trong dung

dịch sét ben - tô - nít qua ống đổ >15

Thông thường bê tông của cọc nhồi có hàm lượng xi măng không nhỏ hơn 350kg/m3 Để tránh sự phân tầng do bê tông có độ sụt lớn hoặc bê tông bị mất nước trong điều kiện mùa hè, nên sử dụng các loại phụ gia thích hợp

- Đối với cọc chịu nén dọc trục, hàm lượng cốt thép không nên nhỏ hơn 0,2  0,4% Đường kính cốt thép không nhỏ hơn 10mm và bố trí đều theo chu vi cọc Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn 0,4  0,65% Cốt đai cọc nhồi thường là 6  10, khoảng cách 200  300mm Có thể dùng đai hàn vòng đơn hoặc đai ốc xoắn chưa liên tục Nếu chiều dài lồng thép lớn hơn 4m, để tăng cường độ cứng tính toán khối thì bổ sung thép đai 12 cách nhau

Trang 26

2m, đồng thời các cốt đai này được sử dụng để gắn các miếng kê tạo lớp bảo vệ cốt thép Chiều dày lớp bảo vệ cốt thép dọc của cọc nhồi không nhỏ hơn 50mm

Thông thường cọc nhồi được tạo lỗ từ cao độ mặt đất, đất trong lòng cọc được lấy ra Hiện tượng dãn đất trong quá trình thi công sẽ gây ra ứng suất kéo cho cọc và nó tồn tại đến khi cọc được tải đủ Do đó cốt thép cọc cần được bố trí đủ để chịu lực kéo kể trên cho đến khi giá trị lực kéo này bị triệt tiêu do tải trọng của công trình truyền xuống

2.1.4 Chọn kích thước cọc, đài cọc

2.1.4.1 Chọn kích thước cọc

Việc lựa chọn kích thước tiết diện ngang của cọc, chiều dài của cọc phụ thuộc vào tải trọng công trình, tính chất tải trọng và điều kiện địa chất nơi xây dựng công trình và khả năng thi công Ví dụ cọc thiết kế đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật tuy nhiên sức chịu tải quá lớn, công trình trong thành phố không thi công bằng phường pháp đóng cọc được, năng lực máy ép không đủ để ép cọc xuống độ sâu thiết kế, vậy là chưa hợp lý

Cọc bê tông cốt thép thường dùng bê tông Mác  200, tuy nhiên khi thiết kế thường dùng bê tông Mác 250  300 để đảm bảo an toàn chất lượng cọc Còn với cọc bê tông cốt thép ứng suất trước thì sử dụng bê tông mác  400

Chiều dài cọc có thể từ 5 -6m đến 25m, có khi đạt đến 40  45m (nếu cọc dài thì chế tạo từng đốt rồi nối lại với nhau khi thi công chiều dài từng đoạn từ 812m) Chiều dài đoạn cọc phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thi công (thiết bị chế tạo, vận chuyển, cẩu lắp, hạ cọc ) và liên quan đến tiết diện chịu lực, chẳng hạn đối với cọc tiết diện đặc thường hạn chế chiều dài như sau:

Bảng 2.1: Chiều dài tối đa của cọc đặc bê tông cốt thép thường

Kích thước tiết diện (cm) 20 25 30 35 40 45 Chiều dài tối đa (m) 5 12 15 18 21 25

Tỷ số giữa chiều dài (l) trên bề rộng (b) hoặc đường kính cọc (d) gọi là độ mảnh của cọc 

Trang 27

 Đối với cọc thi công bằng phương pháp ép bằng thủy lực thì độ mảnh  không nên quá 100, trường hợp  vượt quá 100 thì cần đảm bảo điều kiện nền đất để cho cọc xuyên qua và điều kiện thi công giữ cho cọc không bị thay đổi dạng hình học

Tiết diện của cọc bê tông cốt thép có nhiều loại tiết diện khác nhau như: Tròn, vuông, vành khăn, chữ nhật, chữ T, chữ I, tam giác, đa giác hoặc vuông có lỗ tròn, trong đó hiện nay loại cọc có tiết diện vuông và hình vành khăn được sử dụng nhiều nhất

Hình 2.2: Các dạng tiết diện ngang thân cọc BTCT đúc sẵn

Loại cọc có tiết diện vuông được sử dụng rộng rãi hơn cả vì nó có ưu điểm chủ yếu là chế tạo đơn giản và có thể chế tạo ngay tại công trường Kích thước tiết diện ngang của loại cọc này thường là : 20x20cm, 25x25cm, 30x30cm, 35x35cm, 40x40cm Chiều dài của loại cọc này không vượt quá trị số cho ở bảng (2.1), đồng thời để phù hợp khi thi công thông thường người ta chế tạo kích thước cọc như sau: Cọc tiết diện 20x20 đến 30x30 cm chiều dài <10m

Cọc tiết diện 30x30 đến 40x40 cm chiều dài >10m

Trang 28

Cấu tạo cốt thép cho cọc:

Hình 2.3: Cấu tạo chi tiết cọc bê tông cốt thép, kích thước ghi cm

1 Cốt chịu lực ; 2 Cốt thép đai ; 3 Cốt thép gia cường mũi cọc ; 4 Cốt thép gia cường đầu cọc ; 5 Cốt thép vận chuyển, cẩu lắp

Chi tiết cốt thép chịu lực:

Trang 29

Trong phạm vi 1m tính từ đầu cọc và 0,5m tính từ mũi cọc, bước cốt đai a=5cm để tăng cường độ cứng tại đầu mũi cọc

Chi tiết cốt thép mũi cọc:

Cốt thép số 3 đường kính   20cm, L = 750  1000mm, dùng để tăng độ cứng mũi cọc và định vị tim cọc

Cần lưu ý lớp bê tông bảo vệ

của cọc có chiều dày tối thiểu là 3cm

Chi tiết lưới thép đầu cọc

Lưới thép đầu cọc bố trí lưới 6

a = 5cm để chống ứng suất cục bộ tại

đầu cọc khi thi công cọc, tránh vỡ đầu

cọc Thường bố trí 4 đến 5 lưới cách

nhau 5cm

Hình 2.6: Chi tiết cốt thép mũi cọc

Hình 2.7: Lưới thép đầu cọc và cốt thép móc cẩu

Khi cọc dài có thể nối cọc từ các đốt chế tạo sẵn, chi tiết mối nối như sau:

Trang 30

Hình 2.8: Cấu tạo thép chờ và đai thép đầu cọc

Chi tiết mối nối: Có thể sử dụng thép bản táp để liên kết hàn đầu cọc hoặc dùng thép góc L để táp vào và hàn lại

Việc nối cọc thực hiện khi thi công xong đoạn trước đó, với cọc chịu nén thì không cần kiểm tra cường độ, với cọc chịu momoen thì phải kiểm tra cường độ để thép tại mối nối đủ khả năng chịu lực

Sau khi nối cọc, cần quét một lớp bitum để bảo vệ thép không bị gỉ

Hình 2.9: Chi tiết mối nối cọc

Trang 31

Việc chọn lựa kích thước và chiều dài của cọc khoan nhồi đối với các công trình xây dựng thì cần xem xét chặt chẽ đến tải trọng công trình, điều kiện địa chất

và khả năng thi công để lựa chọn hợp lý

Buíc ®ai20cm, f10mm Lång thÐp d=0,8 m

 20 mm

Hình 2.10: Cấu tạo cọc khoan nhồi

1- lớp bê tông bảo vệ; 2- thép chủ; 3- thép đai; 4- thân cọc

2.1.4.2 Chọn kích thước đài cọc

Đài cọc thường được làm bằng bê tông cốt thép, được thiết kế như cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng công trình và phản lực của cọc Chiều cao của đải cọc xác định bằng tính toán, nhưng không nhỏ hơn 0,5m, đối với công trình dân dung chiều cao đài từ 0,6  1m

Cọc được liên kết với đài dưới dạng khớp hoặc ngàm

Trong trường hợp liên kết khớp, cọc được cắm vào đài với chiều sâu 5-10cm, không bắt buộc phải kéo dài cốt thép cọc vào đài

Trong trường hợp liên kết ngàm, thì chiều dài ngàm cọc hoặc cốt thép cọc kéo dài trong đài lấy theo yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Trong trường hợp cọc bê tông ứng suất trước, không được dùng cốt thép kéo căngcủa cọc để ngàm vào đài mà phải cấu tạo hệ cốt thép riêng

Khi cọc được liên kết ngàm với đài, cần kể đến giá trị momen phát sịnh tại liên kết

Kích thước đáy đài phụ thuộc vào số lượng cọc cần thiết để bố trí và cách bố trí cọc trong móng Thông thường việc chọn kích thước đáy đài sao cho phù hợp để

bố trí cọc đồng thời tiết kiệm vật liệu nhất, thỏa mãn điều kiện phân bố lực trên cọc hợp lý, chống chọc thủng đài

2.1.5 Xác định sức chịu tải của cọc đơn

Trang 32

2.1.5.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu

- Sức chịu tải theo vật liệu của cọc bê tông cốt thép được xác định theo công thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc Sự uốn dọc được xét như tính một cột trong tinh toán bê tông

Qa = (RnAp + RaAat) (2.1) Với Rn - cường độ chịu nén giới hạn của bê tông

Ap - diện tích tiết diện ngang của bê tông

Ra - cường độ chịu kéo giới hạn của cốt thép

Aat - diện tích tiến diện ngang của cốt thép

 - hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và theo thực nghiệm lấy như sau:

 = 1,028 – 0,00002882 – 0,0016 (2.2)

 = 1,028 – 0,0000288d2 – 0,0016d (2.3) Hoặc  tra theo bảng 2.2

d - bề rộng của tiết diện chữ nhật

Chiều dài tính toán của cọc: l0 = .l (2.4)

Trong đó: l - chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào đất tính từ đầu cọc đến điểm ngàm trong đất (cọc thường bị gãy khi đang đóng hoặc ép có đoạn cọc

tự do trên mặt đất còn nhiều), hoặc l được chọn là chiều dày lớp đất yếu có cọc đi ngang qua

 - là hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc lấy theo hình sau:

Trang 33

Hình 2.11: Hệ số v phụ thuộc liên kết

- Sức chịu tải theo vật liệu của cọc nhồi: Do cọc nhồi được thi công đổ bê tông tại chỗ vào các hố khoan, hố đào sẵn sau khi đã đặt lượng cốt thép cần thiết vào hố khoan Việc kiểm soát điều kiện chất lượng bê tông khó khăn, nên sức chịu tải của cọc nhồi không thể tính như cọc chế tạo sẵn mà có khuynh hướng giảm như công thức sau:

Qvl = RuAb + RanAa (2.5) Trong đó: Ru – Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi; R =u R

4,5 khi đổ bê tông

dưới nước hoặc dưới bùn, nhưng không lớn hơn 6Mpa; R =u R

4 khi đổ bê tông trong

hố khoan, nhưng không lớn 7 Mpa

R – Mác thiết kế của bê tông

Ab – Diện tích tiết diện ngang của bê tông trong cọc

Aa - Diện tích tiết diện ngang của cốt thép trong cọc

Ran – Cường độ tính toán cho phép của cốt thép

 < 28mm,

1, 5

c an

Trang 34

cực hạn của nền nhỏ hơn sức chịu tải của vật liệu cọc Sức chịu tải thẳng đứng dưới đây là sức chịu tải cực hạn của nền với giả thuyết vật liệu cọc chưa bị phá hoại Sức chịu tải theo lý thuyết này bao gồm hai thành phần: Sức chịu tải cực hạn của nền dưới mũi cọc và sức chịu tải cực hạn ma sát thành cọc

u s p s s p p

Q =Q +Q =A f +A q (2.6) Trong đó: Qu là sức chịu tải cực hạn của cọc

Qp là sức chịu tải cực hạn của đất nền dưới mũi cọc

Qs sức chịu tải cực hạn do ma sát thành cọc

qp cường độ chịu tải cực hạn dưới mũi cọc

fs là cường độ ma sát cực hạn trung bình quanh thành cọc

As là diện tích xung quanh thành cọc

Ap là diện tích mũi cọc

Hình 2.12: Sơ đồ các lực của đất tác động trở lại cọc

Sơ đồ trong hình 2.10 diễn tả các thành phần chịu tải của cọc theo đất nền do chịu mũi và ma sát xung quanh

Trang 35

Hình 2.13: Các giả thiết về mặt trượt cho công thức tính sức chịu tải

Để tính được sức chịu tải ở mũi cọc cần phải hiểu được trạng thái phá hoại nền dưới mũi cọc nhưng điểm khó khăn là ta không quan sát được trạng thái này và

đo ứng suất để nắm được trạng thái phá hủy cũng khó tiến hành được dù đã có những cố gắng để thực hiện phép đo này Cho nên các công thức tính toán đều dựa trên giả thuyết

Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền có thể được dự đoán theo các phương pháp chính sau:

a/ Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền

- Phương pháp tính sức chịu tải cực hạn ở mũi cọc (Q p )

+ Phương pháp của Terzaghi Công thức tính sức chịu tải do Terzaghi đề xuất từ 1943 thực ra chỉ áp dụng cho móng nông (tức là tỷ số bề rộng móng và độ sâu B/Df nhỏ hơn 1) Tuy nhiên khi áp dụng công thức này cho cọc công thức của Terzaghi tỏ ra khá sát trong nhiều bài toán thậm chí cho kết quả chính xác hơn cả những công thức được đề xuất sau này như công thức dùng thí nghiệm SPT của Meyrhof

Cường độ chịu tải cực hạn ở mũi cọc theo công thức Terzaghi được tính như sau: Cho cọc tròn bán kính Rp :Q =πR (1,3cN +p N +0,6γR N )p 2p c v q p γ (2.7)

Cho cọc vuông canh Bp :Q =D (1,3cN +p N +0,4γB N )2 (2.8)

Trang 36

Hình 2.14: Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi

Trong đó :

Pv là tải trọng do lớp đất phía trên như biểu diễn trên hình 2.11

Đối với móng cọc áp lực Pv được tính có kể đến tác dụng sức cắt và trọng lượng của khối đất trong khoảng (R= B 2)

Trang 37

lần đường kính của cọc và phạm vi nền của mũi cọc khoảng 2D dưới mũi cọc và 4D trên mũi cọc

Hình 2.15: Nền đất xung quanh cọc ở giai đoạn chịu tải cực hạn

Theo De Beer, mặt trượt của đất nền khu vực dưới mũi cọc có dạng như hình trên

π φ

- tgφ

4 2 2

D cosφ

π φ 2

Theo Vesic N =f(I )*q rr

Trang 38

Vesic giải và thiết lập bảng giá trị N*c & N* phụ thuộc Irr và góc ma sát 

Với  = 0, tương ứng với điều kiện không thoát nước

-Phương pháp tính sức chịu tải cực hạn do ma sát thành cọc (Q s )

Tính toán sức chịu tải cực hạn do ma sát gây ra liên quan đến quan niệm về

sử dụng ứng suất toàn phần hay ứng suất hữu hiệu Một số bằng chứng thực nghiệm cho thấy rằng sử dụng ứng suất hữu hiệu cho kết quả gần với thí nghiệm cọc hơn Mặc dù vậy cả hai quan niệm này vẫn được sử dụng rộng rãi cho tính toán ma sát thành cọc Dưới đây là ba phương pháp tính ma sát cực hạn trong đất dính có tên ,

Trang 39

,  Phương pháp  cũng có thể dùng để tính cho đất rời Các công thức này đều có dạng

’h ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên của cọc

Tính theo công thức sau:

1-μvới  là hệ số Poisson của đất

Khuynh hướng 2: Hệ số K s chọn theo áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh

K0, hệ số này đã được Jaky thống kê từ rất nhiều thí nghiệm thực trên các loại đất

' 0

K =1-sinφVới số lượng cọc không nhiều trong móng cọc và các cọc khoan nhồi đất nền là loại đất cố kết thường hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán là

'

K =K =1-sinφ

Trang 40

Với cọc đặt trong nền đất cố kết trước hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán theo Jaky có dạng như sau

' s

K =(1-sinφ ) OCRVới OCR là hệ số cố kết trước

Khuynh hướng 3: Khi đóng hoặc ép cọc vào nền đất, thể tích cọc chiếm lỗ

rỗng của đất và đất gần đạt tới trạng thái cân bằng bị động điều này có nghĩa là hệ

số áp lực đất Ks tiến dần đến giá trị hệ số áp lực bị động Kp Và Bowles đề nghị hệ

số Ks là trung bình cộng của áp lực ở trạng thái tĩnh K0, hệ số áp lực đất ở trạng thái

cân bằng chủ động Ka, và hệ số áp lực đất ở trạng thái cân bằng bị động Kp

a w 0 p s

Rankine Ở mũi cọc Ks gần bằng hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh K0

Trong tính toán thực tế có thể lấy giá trị Ks theo B.J.Das

Bảng 2.4: Giá trị K s

Cọc khoan nhồi

Ks = K0 = 1-sin’Cọc đóng tốc độ chậm và cọc ép

Ks = K0 (giới hạn dưới)

Ks = 1,4 K0 (giới hạn trên) Cọc đóng tốc độ nhanh và cọc rung

Ks = K0 (giới hạn dưới)

Ks = 1,8 K0 (giới hạn trên) Ngoài ra còn có thể kể đến các phương pháp sau:

Định dạng
Số trang	240
Dung lượng	5,77 MB