Tiểu luận kỹ thuật nền móng nâng cao
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.64 MB, 63 trang )
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC
i
DANH MỤC HÌNH ẢNH
iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
iv
LỜI NÓI ĐẦU
v
Chương 1
1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
1.1
ĐỊNH NGHĨA HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
1
1.2
CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA LỰC MA SÁT ÂM
3
1.2.1
Ma sát âm do lún dưới tải trọng bản thân hoặc đắp nền
3
1.2.2
Ma sát âm do cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết
6
1.2.3
Mực nước ngầm bị hạ thấp
7
1.2.4
Phụ tải nền gần móng
7
1.3
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
1.4
CÁC TRƯỜNG HỢP XÉT ĐẾN MA SÁT ÂM KHI THIẾT KẾ NỀN MÓNG
10
1.5
ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
9
10
12
2.1 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI CHƯA XÉT ĐẾN HIỆN
TƯỢNG MA SÁT ÂM
12
2.1.1
Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng
12
2.1.2
Tính toán sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm ngoài hiện trường
16
2.2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI XÉT ĐẾN HIỆN TƯỢNG
MA SÁT ÂM
19
2.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc đơn khi xét đến hiện tượng ma sát âm trên
cơ sở tiêu chuẩn Việt Nam
19
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang i
2.2.2 Tính toán sức chịu tải của cọc đơn khi xét đến hiện tượng ma sát âm theo
tác giả Braja Das
23
Chương 3
3.1
ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN VỚI BÀI TOÁN CỤ THỂ
26
TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN TCXD 205:1998
28
3.1.1
Tính toán sức chịu tải khi chưa xét đến ma sát âm
28
3.1.2
Tính toán sức chịu tải khi xét đến ma sát âm
33
3.2
TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN TCVN 10304:2014
36
3.2.1
Tính toán sức chịu tải khi chưa xét đến ma sát âm
36
3.2.2
Tính toán sức chịu tải khi xét đến ma sát âm
41
3.3
SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT
Chương 4
CÁC BIỆN PHÁP GIẢM ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM
44
46
4.1
KHÁI QUÁT
46
4.2
BIỆN PHÁP LÀM TĂNG NHANH TỐC ĐỘ CỐ KẾT NỀN ĐẤT
46
4.3 BIỆN PHÁP LÀM GIẢM MA SÁT GIỮA ĐẤT VÀ CỌC TRONG VÙNG
MA SÁT ÂM
47
4.3.1
Biện pháp bao phủ bằng bentonite
47
4.3.2
Biện pháp bao phủ bằng bitumen
48
4.4
CÁC BIỆN PHÁP KHÁC
51
4.4.1
Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất nền
51
4.4.2
Phương pháp điện thấm (Electro Osmosis)
52
4.4.3
Hệ thống cọc bảo vệ xung quanh nhóm cọc chính
52
Chương 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
54
5.1
KẾT LUẬN
54
5.2
KIẾN NGHỊ
54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
57
Trang ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sự phát sinh ma sát dương [9] ........................................................................2
Hình 1.2. Ma sát âm khi lớp sét xốp cố kết do thoát nước hoặc có thêm lớp đất mới
đắp [9] ............................................................................................................................. 2
Hình 1.3. Ma sát âm xảy ra khi lớp đất đắp mới cố kết do trọng lượng bản thân [9] ....2
Hình 1.4Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền ..............................................4
Hình 1.5. Các trường hợp xuất hiện ma sát âm khi cọc tựa trên nền đất cứng ..............5
Hình 1.6. Hiện tượng ma sát âm do việc đóng cọc mố cầu vào nền đất yếu chưa kết
thúc cố kết hoặc còn ở trạng thái tự nhiên [9] ................................................................ 6
Hình 1.7. Ma sát âm trong móng cọc do hạ mực nước ngầm [11] .................................7
Hình 1.8. Ma sát âm do xây chen công trình mới gần công trình cũ .............................. 8
Hình 1.9. Ma sát âm xuất hiện trên thân cọc do chất tải nặng trên nền kho chứa .........9
Hình 2.1. Các trường hợp xuất hiện ma sát âm trong tính toán của tác giả Braja Das
.......................................................................................................................................24
Hình 4.1. Sơ đồ bố trí gia tải trước kết hợp với giếng cát làm tăng nhanh quá trình cố
kết của đất. [2]...............................................................................................................47
Hình 4.2. Sơ đồ thí nghiệm cắt trực tiếp mô phỏng ma sát trên thân cọc có phủ bitum
với đất thô [4] ................................................................................................................49
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các trường hợp xét đến ma sát âm trong TCXD 205:1998 và TCVN
10304:2014 ....................................................................................................................10
Bảng 3.1. Tổng hợp kết quả tính toán sức chịu tải của ví dụ minh họa ........................ 44
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang iv
LỜI NÓI ĐẦU
Trong giai đoạn đất nước phát triển, việc xây dựng công trình trên nền đất yếu
đang ngày càng được chú trọng bởi đất yếu là một đối tượng khá phức tạp và khó có
thể hiểu được đầy đủ nhất bản chất của nó.
Móng cọc là giải pháp thường được sử dụng trong tình huống trên. Khi móng
cọc đặt trong khu vực đất yếu, cọc đóng xuyên qua lớp đất đang trong quá trình cố kết,
quá trình này tạo nên một sự dịch chuyển tương đối giữa đất và cọc, làm xuất hiện một
lực kéo xuống tác dụng lên cọc, đó là hiện tượng ma sát âm. Hiện tượng này gây tác
động khá nghiêm trọng vì nó ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc, tăng độ lún của cọc
và có lúc gây hư hại cho cọc. Các ảnh hưởng này đã được thế giới nghiên cứu từ rất
sớm, có thể kể đến một số tác giả tiêu biểu như Johanessen và Bjerrum, Fellenius,...
Trong báo cáo tiểu luận này, nhóm chỉ nêu ra một phần nhỏ của vấn đề ma sát
âm. Nội dung nghiên cứu bao gồm:
Khái quát lý thuyết ma sát âm;
Cơ sở lý thuyết tính toán theo TCXD 205:1998 và TCVN 10304:2014;
Ví dụ ứng dụng tính toán cụ thể ma sát âm theo từng tiêu chuẩn;
Một số biện pháp giảm ảnh hưởng của ma sát âm;
Kết luận, nhận xét, so sánh và kiến nghị.
Với thời gian có hạn và lượng kiến thức của các học viên trong nhóm còn hạn
chế nên nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong báo cáo. Nhóm rất mong nhận
được sự đóng góp của các bạn và sự hiệu chỉnh của Thầy để bài báo cáo được hoàn
thiện hơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12/11/2015
Nhóm 3 – Lớp ĐKTXD 2015 – ĐHBK TP. HCM
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang v
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
1.1 ĐỊNH NGHĨA HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Đối với công trình sử dụng móng cọc, cọc được đóng vào trong tầng đất nền có
quá trình cố kết chưa hoàn toàn, khi tốc độ lún của đất nền dưới công trình nhanh hơn
tốc độ lún của cọc theo chiều đi xuống, thì sự lún tương đối này phát sinh ra lực kéo
xuống của tầng đất đối với cọc làm giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là hiện tượng
ma sát âm, lực kéo xuống gọi là lực ma sát âm.
Trong TCXD 205:1998 [1], mục 1.4, định nghĩa về Lực ma sát âm như sau: “Lực
ma sát âm: là giá trị lực do đất tác dụng lên thân cọc có chiều cùng với chiều tải trọng
của công trình tác dụng lên cọc khi chuyển dịch của đất xung quanh cọc lớn hơn
chuyển dịch của cọc.”
Đến tiêu chuẩn mới TCVN 10304 – 2014, mục 3.2, định nghĩa này được nêu
ngắn gọn hơn: “Lực ma sát âm (Negative skin friction): Lực xuất hiện trên bề mặt
thân cọc khi độ lún của đất xung quanh cọc lớn hơn độ lún của cọc và hướng xuống
dưới.”
Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua khi thiết kế móng cọc trong khu
vực mới san nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnh hưởng của hiện tượng hạ mực
nước ngầm. Ma sát âm biến động theo thời gian, phụ thuộc vào tốc độ cố kết của đất
và tốc độ lún của cọc.
Ta có thể so sánh sự phát sinh ma sát âm và ma sát dương thông qua các hình
sau:
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Hình 1.1. Sự phát sinh ma sát dương [9]
Hình 1.3. Ma sát âm xảy ra khi lớp đất
đắp mới cố kết do trọng lượng bản thân
[9]
Hình 1.2. Ma sát âm khi lớp sét xốp
cố kết do thoát nước hoặc có thêm
lớp đất mới đắp [9]
Qua các hình minh họa trên ta thấy ma sát âm xuất hiện trong một phần đoạn
thân cọc hay gần như toàn bộ thân cọc, điều này phụ thuộc vào chiều dày của lớp đất
yếu chưa cố kết. Trong trường hợp ma sát âm tác dụng trên toàn thân cọc thì rất nguy
hiểm, sức chịu tải của cọc không những không kể đến sức chịu tải do ma sát hông của
đất và cọc mà còn bị ma sát âm kéo xuống. Sức chịu tải lúc này chủ yếu là sức chịu tải
của mũi cọc, chống lên nền đất cứng hay đá.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Lực ma sát âm không chỉ tác động lên mặt bên thân cọc mà còn tác dụng lên
mặt bên của đài cọc, hoặc mặt bên của mố cầu hay tường chắn có tựa lên cọc.
Khi tác động tải lên công trình gây ra lún cho cọc và làm giảm độ dịch chuyển
tương đối giữa đất và cọc (đồng nghĩa là giảm ma sát âm), ít nhất ở phần trên và nhiều
hơn ở phần dưới. Trong thực tế tính toán, những hoạt tải ngắn hạn nó được xem xét
khi gây ra được sự giảm ma sát âm.
Mặt trung hòa
Mặt trung hòa là nơi cọc và đất dịch chuyển như nhau hay nói cách khác là nơi
không có sự dịch chuyển tương đối giữa cọc và đất.
Theo Fellnius, vị trí mặt trung hòa là hàm số của sự cân bằng của các lực cắt
dọc thân khi chúng đã được huy động hoàn toàn. Các lực và sức kháng là kết quả quá
trình lún của đất là do sự khác biệt về độ cứng của đất và cọc. Yêu cầu tuyệt đối để
thỏa mãn phương trình cân bằng là lực cắt phát triển dọc phần chính trên thân cọc có
dấu âm và phần dưới cọc có dấu dương. Vùng chuyển tiếp từ âm sang dương được gọi
là mặt trung hòa. Một số ít trường hợp vị trí mặt trung hòa nằm trong lớp đất đang lún,
hay trong lớp đất tốt hơn hoặc trong lớp đất ít lún.Khi thay đổi lực tác dụng lên đầu
cọc thì vị trí mặt trung hòa sẽ thay đổi do kết quả của sự cân bằng lực mới.
1.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY RA LỰC MA SÁT ÂM
Quá trình xuất hiện ma sát âm được đặc trưng bởi độ lún của đất gần cọc và tốc
độ lún tương ứng của đất lớn hơn độ lún và tốc độ lún của cọc xảy ra do tác động của
tải trọng. Có thể kể một số nguyên nhân thường gặp gây ra lực ma sát âm:
Ma sát âm do lún dưới tải trọng bản thân hoặc đắp nền;
Ma sát âm do cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết;
Mực nước ngầm bị hạ thấp;
Phụ tải của nền gần móng.
1.2.1 Ma sát âm do lún dưới tải trọng bản thân hoặc đắp nền
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Khi nền công trình được tôn cao, gây ra tải trọng phụ tác dụng xuống lớp đất
bên dưới làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên dưới, hoặc chính do tải trọng
bản thân làm cho lớp đất nền đắp xảy ra quá trình tự cố kết. Ta xét các trường hợp cụ
thể sau:
Hình 1.4. Các trường hợp xuất hiện ma sát âm do tôn nền
Trường hợp 1: Hình 1.4a
Khi có một lớp đất sét đắp trên một tầng đất dạng hạt mà cọc sẽ xuyên qua nó,
tầng đất sẽ cố kết dần dần. Quá trình cố kết này sẽ sinh ra một lực ma sát âm tác dụng
vào cọc trong suốt quá trình cố kết.
Trường hợp 2: Hình 1.4b
Khi có một tầng đất dạng hạt, đắp phía trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây ra quá
trình cố kết trong tầng sét yếu và tạo ra một lực ma sát âm tác dụng vào cọc.
Trường hợp 3: Hình 1.4c
Khi có một tầng đất dính đắp phía trên một tầng sét yếu, nó sẽ gây ra quá trình cố
kết trong cả hai tầng đất đắp và tầng đất sét, và tạo ra lực ma sát âm tác dụng lên cọc.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Trường hợp các cọc được tựa trên tầng đất cứng và có tồn tại tải trọng bề mặt
xảy ra trong các trường hợp sau đây:
(a)
(b)
(c)
Hình 1.5. Các trường hợp xuất hiện ma sát âm khi cọc tựa trên nền đất cứng
Trường hợp 4: Hình 1.5a
Với tầng cát lỏng có biến dạng lún tức thời, đặc biệt khi đất nền chịu sự rung
động hoặc sự giao động của mực nước ngầm; sự tác động của tải trọng bề mặt sẽ tạo ra
sự biến dạng lún
Trường hợp 5: Hình 1.5b
Đối với nền sét yếu, xu hướng xảy ra biến dạng lún có thể rất nhỏ nếu như không
chịu tác động của tải trọng bề mặt. Nhưng dù sao khi khoan tạo lỗ sẽ gây ra sự cấu trúc
lại của nền sét, vì vậy biến dạng lún (nhỏ) của nền sét sẽ xảy ra dưới tác dụng của tải
trọng bản thân của nền sét.
Trường hợp 6: Hình 1.5c
Điều hiển nhiên là gần như bất kỳ sự đắp nào sẽ tạo ra biến dạng lún theo thời
gian dưới tác dụng của trọng lực.
Việc xác định mối quan hệ độ lún của đất nền phía trên và của cọc là cần thiết
để đề ra giải pháp xử lý phù hợp đối với vấn đề đó. Trong các trường hợp nơi mà đất
nền ở phần trên lún xuống phía dưới lớn hơn độ lún của cọc, một giải pháp thiên về an
toàn có thể có được khi giả thiết tải trọng truyền hoàn toàn tới đỉnh của lớp đất nền
phía dưới.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 5
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
1.2.2 Ma sát âm do cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết
Tình huống này thường xuyên gặp phải trong thiết kế cầu đường. Các cọc đã
được thi công xong trong khi nền đất chưa kết thúc cố kết, mố cầu đã được xây dựng
và đất nền đã được đắp. Độ lún củanền đất dọc theo thần cọc có thể rất khó khăn để
loại bỏ, vì vậy lực ma sát âm thường xảy ra với dạng kết cấu như Hình 1.6, thậm chí
còn có khuynh hướng tạo ra chuyển dịch ngang của mố cầu, nhưng sự dịch chuyển này
có thể giảm nếu ta sử dụng một số giải pháp thiết kế nền móng hợp lý.
Ma sát âm chỉ xảy ra một bên thân cọc do phần đường vào cầu có lớp đất đắp cao
làm cho lớp đất bên dưới bị lún do phải chịu tải trọng của lớp đất này, còn phần bên
kia mố (bờ sông) không chịu tải trọng đắp nên lớp đất không bị lún do tải trọng ngoài,
do đó cọc không ảnh hưởng ma sát âm. Vì vậy, một bên cọc chịu ma sát âm còn một
bên chịu ma sát dương.
Hình 1.6. Hiện tượng ma sát âm do việc đóng cọc mố cầu vào nền đất yếu chưa
kết thúc cố kết hoặc còn ở trạng thái tự nhiên [9]
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 6
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
1.2.3 Mực nước ngầm bị hạ thấp
Việc hạ thấp mực nước ngầm làm tăng ứng suất thẳng đứng có hiệu tại mọi điểm
của nền đất. Điều này dẫn đến làm đẩy nhanh tốc độ lún cố kết của nền đất, tốc độ lún
của đất xung quanh cọc vượt quá tốc độ lún của cọc dẫn đến xảy ra hiện tượng kéo cọc
đi xuống của lớp đất xung quanh cọc.
Cụ thể, khi hạ mực nước ngầm thì:
Phần áp lực nước lỗ rỗng u giảm.
Phần áp lực có hiệu thẳng đứngh lên các hạt rắn của đất tăng.
Hình 1.7. Ma sát âm trong móng cọc do hạ mực nước ngầm [11]
1.2.4 Phụ tải nền gần móng
Việc xây chen các công trình mới cạnh công trình cũ sẽ hình thành tải mới trên
nền gần móng công trình cũ (Error! Reference source not found.). Khi đó tải mới
này có vùng ứng suất ảnh hưởng đến móng và đất xung quanh móng của công trình cũ.
Điều này làm gia tăng độ lún của đất nền, từ đó có thể dẫn đến tạo ra lực ma sát âm tác
dụng lên cọc.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 7
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Một trường hợp khác là khi chất hàng hóa, thiết bị nặng lâu ngày ở các nhà kho
nằm trên nền đất yếu (Hình 1.9) thì rất có thể gây ra hiện tượng ma sát âm tác động lên
cọc, từ đó làm giảm sức chịu tải tức thời của cọc gây lún lệch cho công trình.
Hình 1.8. Ma sát âm do xây chen công trình mới gần công trình cũ
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 8
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Hình 1.9. Ma sát âm xuất hiện trên thân cọc do chất tải nặng trên nền kho chứa
1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
Ma sát âm là một hiện tượng phức tạp và nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:
Loại cọc, chiều dài cọc, phương pháp hạ cọc, mặt cắt ngang của cọc, bề mặt
tiếp xúc giữa cọc và đất nền, sự co ngắn đàn hồi của cọc.
Đặc tính cơ lý của đất, chiều dày của lớp đất yếu, tính trương nở của đất.
Tải trọng chất tải (chiều cao đắp nền, phụ tải).
Thời gian chất tải cho đến khi xây dựng công trình.
Độ lún của nền sau khi đóng cọc, độ lún của móng cọc.
Quy luật phân bố ma sát âm trên cọc.
Trị số lực ma sát âm có liên quan tới sự cố kết của đất, phụ thuộc trực tiếp vào
ứng suất hữu hiệu của đất xung quanh cọc. Như vậy lực ma sát âm phát triển theo thời
gian và có trị số lớn nhất khi kết thúc quá trình cố kết của đất. [2]
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 9
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
1.4 CÁC TRƯỜNG HỢP XÉT ĐẾN MA SÁT ÂM KHI THIẾT KẾ NỀN
MÓNG
Trong cả hai tiêu chuẩn TCXD 205:1998 [1] và TCVN 10304:2014 [3] đều lưu ý
đến các trường hợp cần xét đến ma sát âm khi tính toán, cụ thể trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Các trường hợp xét đến ma sát âm trong
TCXD 205:1998 và TCVN 10304:2014
TCXD 205: 1998
TCVN 10304-2014
Mục 3.10
Mục 7.2.5.1
Ma sát âm làm giảm khả năng chịu tải của
Nền đất, mà cọc nằm trong đó có thể bị
cọc, nhất là đối với cọc nhồi, do đó cần xem xét
biến dạng do cố kết, trương nở, do bị gia
khả năng xuất hiện của nó khi tính toán sức chịu
tải của cọc trong các trường hợp sau:
tải…Lực ma sát âm (đối lực ma sát) phát sinh
trên thân cọc do lún của khối đất bao quanh cọc,
hướng thẳng đứng từ trên xuống và được xét
trong các trường hợp:
Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích
hiện đại và trầm tích kiến tạo;
Sự tăng độ chặt của đất rời dưới tác dụng
Lớp đất đắp san nền dày hơn 1,0m;
của động lực;
Chất tải hữu ích lên sàn nhà kho vượt
2
quá 20 kN/m .
Đặt thiết bị có tải trọng hữu ích từ thiết bị
2
trên 100 kN/m lên sàn kề bên móng;
Tăng ứng suất hiệu quả, loại bỏ tác dụng
đẩy nổi của nước do hạ mực nước ngầm
trong đất;
Cố kết đất thuộc trầm tích cận đại và
trầm tích nhân tạo chưa kết thúc;
Làm chặt các loại đất rời bằng tải trọng
động;
Lún sụt đất do ngập nước (*);
Khi xây dựng công trình mới gần công
trình có sẵn.
Sự lún ướt của đất khi bị ngập nước;
Tăng ứng suất hữu hiệu trong đất do mực
nước ngầm bị hạ thấp;
Tôn nền quy hoạch có chiều dày lớn hơn
1m;
Phụ tải
20 kPa.
trền
nền
kho
lớn
hơn
(*) Chú ý: Việc xét lực ma sát âm phát sinh trong nền đất lún sụt tuân theo yêu cầu của Điều 9 trong Tiêu chuẩn
này.
1.5 ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH
Khi cọc ở trong đất chịu ảnh hưởng của ma sát âm thì sức chịu tải giảm, do nó
phải gánh chịu một lực kéo xuống (lực ma sát âm). Ngoài ra do quá trình cố kết của
lớp đất, đã gây nên khe hở giữa đài cọc và lớp đất dưới đài, giữa cọc và đất xung
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 10
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM
quanh cọc, từ đó làm tăng thêm ứng lực phụ tác dụng lên móng cọc. Đối với đất
trương nở, ma sát âm có thể gây nên tải trọng phụ rất lớn tác dụng lên móng cọc.
Trong một số trường hợp lực ma sát âm khá lớn, có thể vượt qua tải trọng tác
dụng lên đầu cọc nhất là đối với cọc có chiều dài lớn. Chẳng hạn, năm 1972, Fellenius
đã đo quá trình phát triển lực ma sát âm của hai cọc bê tông cốt thép được đóng qua
lớp đất sét mềm dẻo dày 40m và lớp cát dày 15 m. Kết quả cho thấy: sự cố kết lại của
lớp đất sét mềm bị xáo trộn do đóng cọc đã tạo ra lực kéo xuống 300kN trong thời
gian 5 tháng, và 16 tháng sau khi đóng cọc thì mỗi cọc chịu lực kéo xuống là 440 kN.
Johanessen và Bjerrum theo dõi sự phát triển hiện tượng ma sát âm trên cọc thép
xuyên qua lớp đất sét dày 53m và mũi cọc tựa trên nền đá. Lớp đất đắp bằng cát dày
10m, quá trình cố kết của lớp đất sét đã gây ra độ lún 1,2m và lực kéo xuống khoảng
1.500kN ở mũi cọc. Ứng suất ở mũi cọc ước tính đạt đến 190 kN/m2 và có khả năng
xuyên thủng lớp đá.
Đối với việc sử dụng giếng cát, ma sát âm làm hạn chế quá trình cố kết của nền
đất yếu có dùng giếng cát. Hiện tượng ma sát âm gây ra “hiệu ứng treo” của đất xung
quanh giếng cát, lớp đất xung quanh giếng cát bám vào giếng cát làm cản trở độ lún và
cản trở quá trình tăng khả năng chịu tải của đất nền xung quanh giếng cát.
Qua sự phân tích cho thấy, ảnh hưởng chính của lực ma sát âm là làm gia tăng
lực nén dọc trục cọc, làm tăng độ lún của cọc, ngoài ra do lớp đất đắp bị lún tạo ra khe
hở giữa đài cọc và lớp đất bên dưới đài có thể làmthay đổi momen uốn tác dụng lên
đài cọc. Lực ma sát âm còn làm hạn chế quá trình cố kết thoát nước của nền đất yếu
khi có gia tải trước kết hợp dùng giếng cát, nó làm cản trở quá trình tăng khả năng
chịu tải của đất nền xung quanh giếng cát.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 11
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
2.1 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI CHƯA XÉT ĐẾN HIỆN
TƯỢNG MA SÁT ÂM
Trong phần này, xin so sánh những điểm cơ bản trong tính sức chịu tải của cọc
(chủ yếu xét cho cọc treo được hạ bằng phương pháp đóng hoặc ép) theo hai tiêu
chuẩn, đó là TCXD 205:1998 và TCVN 10304:2014.
2.1.1 Tính toán sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm trong phòng
2.1.1.1 Sức chịu tải của cọc theo độ bền vật liệu làm cọc
Tính toán độ mảnh của cọc khi cọc chịu tải trọng công trình, đối với mọi loại
cọc, xem cọc như một thanh ngàm cứng trong đất tại tiết diện nằm cách đáy đài một
khoảng bằng chiều dài tính đổi le (hoặc l1). Cách xác định le và l1 theo hai tiêu chuẩn
như sau:
TCXD 205:1998
TCVN 10304:2014
Chiều dài tính đổi le được xác định như
sau:
Chiều dài tính đổi l1 được xác định như
sau:
l e bdl
với bd 5
kb c
.
EbI
l1 l o
với bd 5
2
kb b
; γc – hệ số điều kiện
c EI
làm việc (đối với cọc độc lập γc = 3) và
lo – chiều dài đoạn cọc kể từ đáy đài cao
tới cao độ san nền.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 12
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
2.1.1.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cơ lý
TCXD 205:1998
TCVN 10304:2014
n
Q tc m m R q p A p u m f fsi l i
i 1
R c,u c ( cq q b A b u cf f i l i )
M – hệ số điều kiện làm việc của
γc – hệ số điều kiện làm việc của
cọc trong đất, lấy m = 1;
cọc,lấy γc= 1;
mR – hệ số điều kiện làm việc
γcq – hệ số điều kiện làm việc
của đất ở mũi cọc (tra Bảng A.3, của đất dưới mũi cọc(tra Bảng 4,
TCXD 205:1998);
TCVN 10304:2014);
mf – hệ số điều kiện làm việc
γcf – hệ số điều kiện làm việc của
của đất ở mặt bên cọc (tra Bảng A.3, đất xung quanh cọc(tra Bảng 4, TCVN
TCXD 205:1998);
10304:2014);
qp – cường độ đất nền ở mũi cọc
qb – cường độ sức kháng của đất
(tra Bảng A.1, TCXD 205:1998);
dưới mũi cọc(tra Bảng 2, TCVN
10304:2014);
Ap – diện tích tiết diện ngang
Ab – diện tích tiết diện ngang
của cọc;
của cọc;
u – chu vi cọc;
u – chu vi cọc;
fsi – lực ma sát đơn vị xung
fi – cường độsức kháng trung
quanh cọc, có vị trí nằm ở giữa lớp đất bình của lớp đất thứ“i” trên thân
mà cọc đi qua (tra bảng, A.2, TCXD cọc,(tra Bảng 3, TCVN 10304:2014);
205:1998);
li – chiều dày lớp đất mà cọc đi
li – chiều dày lớp đất mà cọc đi
qua.
qua.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 13
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
2.1.1.3 Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cường độ đất nền
TCXD 205:1998
TCVN10304:2014
Q u q p A p As f s
R c ,u q b A b u f i l i
qp – cường độ đất nền ở mũi cọc,
qb – cường độ sức kháng của đất
được tính như sau:
dưới mũi cọc:
q p cNc 'vp Nq d p N
Đối với đất dính: q b cu N'c ,với
N'c 9 cho cọc đóng và N'c 6 cho
cọc khoan nhồi đường kính lớn.
Đối với đất rời (c = 0):
q b q ' ,p N'q với điều kiện:
Nếu chiều sâu mũi cọc nhỏ hơn
ZL thì lấy q ' ,p bằng áp lực lớp phủ tại
độ sâu mũi cọc;
Nếu chiều sâu mũi cọc lớn hơn ZL
thì lấy q ' ,p bằng áp lực lớp phủ tại độ
sâu ZL;
Các giá trị ZL và N 'q được lấy từ
Bảng G.1, TCVN 10304:2014.
Ap – diện tích tiết diện ngang
Ab – diện tích tiết diện ngang
của cọc;
của cọc;
As – diện tích tiết xung quanh
u – chu vi cọc;
của cọc;
li – chiều dày lớp đất mà cọc đi
qua.
fs – lực ma sát đơn vị xung
fi – cường độ sức kháng trung
bình (ma sát đơn vị) của lớp đất thứ “i”
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 14
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
quanh cọc:
trên thân cọc:
Đối với đất dính: fi cu,i ,trong
fs ca 'h tan a
ca - lực dính giữa thân cọc và đất, đó:
c u,i - cường độ sức kháng không
với cọc đóng bêtông cốt thép ca 0.7c
với c – lực dính của đất nền;
'h - ứng suất hữu hiệu theo
phương vuông góc với mặt bên của
cọc;
a - góc ma sát giữa cọc và đất
nền; với cọc bêtông cốt thép hạ bằng
phương pháp đóng a , đối với cọc
thép lấy a 0.7 , trong đó - góc
thoát nước của lớp đất thứ “i”;
- hệ số phụ thuộc vào đặc điểm
lớp đất nằm trên lớp dính, loại cọc và
phương pháp hạ cọc, cố kết của đất
trong quá trình thi công và phương
pháp xác định cu. Khi không đầy đủ
những thông tin này có thể tra α trên
biểu đồ Hình G.1, TCVN 10304:2014.
Đối với đất rời (c = 0):
ma sát trong của đất nền.
fi k i 'v,Z tan i , trên đoạn cọc có
độ sâu nhỏ hơn ZL, hoặc
fi k i 'v,ZL tan i , trên đoạn cọc có
độ sâu bằng và lớn hơn hơn ZL,
trong đó:
ki - hệ số áp lực ngang của đất lên
cọc;
'v,Z , 'v,ZL - ứng suất pháp hiệu
quả theo phương đứng trung bình trong
lớp đất thứ“i” và ứng suất pháp hiệu
quả theo phương đứng tại độ sâu ZL;
i - góc ma sát giữa đất và cọc,
thông thường đối với cọc bê tông i lấy
bằng góc ma sát trong của đất i , đối
với cọc thép i lấy bằng 2 i /3.
Các giá trị ZL, k và N 'q được lấy
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 15
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
từ Bảng G.1, TCVN 10304:2014.
2.1.2 Tính toán sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm ngoài hiện trường
2.1.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm SPT theo Meyerhof
TCXD 205 : 1998
TCVN10304:2014
Qu K1 NA p K 2 N tb As
R c ,u q p A p u f i l i
K1 – hệ số, lấy bằng 400 cho cọc
qb– cường độ sức kháng của đất
đóng và bằng 120 cho cọc khoan nhồi; dưới mũi cọc, q p k1 N p với:
k1 – hệ số, lấy k1 = 40 h/d ≤400
đối với cọc đóng và k1 = 120 đối với
cọc khoan nhồi;
NP – chỉ số SPT trung bình trong
khoảng 1d phía dưới và 4d phía trên khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên
mũi cọc;
mũi cọc;
N – chỉ số SPT trung bình trong
Ap – diện tích tiết diện ngang
Ab – diện tích tiết diện ngang
của mũi cọc;
của cọc;
K2 – không được đề cập đến;
fi – cường độ sức kháng trung
bình (ma sát đơn vị) trên đoạn cọc đi
Ntb – giá trị trung bình N dọc
theo thân cọc trong phạm vi lớp đất rời; qua lớp đất rời, f i k 2 N s,i (đối với đoạn
cọc đi qua lớp đất dính thì fi tính tương
tự như trong công thức của Viện kiến
trúc Nhật Bản) với:
k2 – hệ số lấy bằng 2 cho cọc
đóng và 1 cho cọc khoan nhồi;
Ns,i – chỉ số SPT trung bình của
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 16
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
lớp đất thứ “i” trên thân cọc.
As – diện tích tiết xung quanh
của cọc;
u – chu vi cọc;
li – chiều dày lớp đất mà cọc đi
qua.
Nhận xét: Áp dụng cho đất cắm
Nhận xét: Chỉ áp dụng cho đất
mũi vào đất rời hoặc đất dính và chỉ kể cắm mũi vào đất rời và kể đến ma sát
đến ma sát hông do đất rời (mà cọc hông do cả đất rời và đất dính (mà cọc
xuyên qua) tác dụng lên thân cọc.
xuyên qua) tác dụng lên thân cọc.
2.1.2.2 Xác định sức chịu tải của cọc bằng thí nghiệm SPT theo công thức Nhật
Bản
TCXD 205 : 1998
Công thức của Nhật Bản:
Qa
1
N a A p 0.2N s Ls CL c u
3
TCVN10304:2014
Công thức của Viện kiến trúc Nhật
Bản:
R c,u q b Ab u (fs,ils,i f c,ilc,i )
- hệ số phụ thuộc phương pháp
thi công:
= 30, đối với cọc đóng;
= 15, đối vớicọc khoan nhồi.
Na – chỉ số SPT của đất dưới mũi
qb – cường độ sức kháng của đất
cọc;
dưới mũi cọc, được xác định như sau:
Khi mũi cọc nằm trong đất rời,
q p 300 N p cho cọc đóng (ép) và
q p 150 N p cho cọc khoan nhồi;
Khi mũi cọc nằm trong đất dính,
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 17
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
q p 9c u cho cọc đóng và q p 6c u cho
cọc khoan nhồi.
Ap – diện tích tiết diện ngang
của cọc;
Ab – diện tích tiết diện ngang
của cọc;
Ns – chỉ số SPT của lớp cát bên
fs,i – cường độ sức kháng trung
thân cọc;
bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất
thứ “i”:
Đối với cọc đóng:
fs,i
10N s,i
, đối với đất rời;
3
fs,i p fL cu,i , đối với đất dính;
trong đó:
N s,i - chỉ số SPT trung bình
trong lớp đất rời “i”;
p - hệsố điều chỉnh cho cọc
đóng, được xác định từ Hình G.2a,
TCVN 10304:2014;
fL – hệ số điều chỉnh độ mảnh
h/d (d - đường kính tiết diện cọc tròn,
hoặc cạnh tiết diện cọc vuông) của cọc
đóng, được xác định từ Hình G.2b,
TCVN 10304:2014.
Đối với cọc khoan nhồi: fs,i được
xác định như cọc đóng, nhưng với
fL 1.
Ls–chiều dài đoạn cọc nằm trong
l s,i - chiều dài đoạn cọc nằm
lớp cát;
trong lớp đất rời thứ “i”;
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 18
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
C – lực dính của lớp đất sét bên
c u,i - cường độ sức kháng cắt
thân cọc;
không thoát nước của đất dính;
Lc – chiều dài đoạn cọc nằm
trong lớp sét;
l c,i - chiều dài đoạn cọc nằm
trong lớp đất dính thứ“i”;
u – chu vi cọc.
u – chu vi cọc.
2.2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC KHI XÉT ĐẾN HIỆN TƯỢNG
MA SÁT ÂM
Trong phần này, xin trình bày hai cách xác định sức chịu tải của cọc đơn khi xét
đến hiện tượng ma sát âm trên cơ sở tiêu chuẩn Việt Nam và theo phương pháp của tác
giả Braja Das.
2.2.1 Tính toán sức chịu tải của cọc đơn khi xét đến hiện tượng ma sát âm trên
cơ sở tiêu chuẩn Việt Nam
Bước 1. Xác định độ lún ổn định của nền
Độ lún ổn định của nền S theo kết quả thí nghiệm nén cốkết dựa vào đường
cong e-p theo phương pháp tổng lớp phân tố
S
e1i e2i
h oi
1 e1i
(2.1)
hoặc
S mvi pi h oi
(2.2)
pi h oi
Eo
(2.3)
hoặc
S
Độ lú nổn định của nền S theo kết quả thí nghiệm nén cố kết dựa vào đường
cong e-log(p)
Đối với đất cố kết thường ( po pc )
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 19
Chương 2
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
S
Cc
p p
Ho log o
1 eo
po
(2.4)
Đối với đất cố kết nhẹ ( po pc po p )
S
Cs
p
C
p p
Ho log c c Ho log o
1 eo
po 1 eo
pc
(2.5)
Đối với đất quá cố kết ( pc po p )
S
Cs
p p
Ho log o
1 eo
po
-
ứng suất do trọng lượng bản thân ở giữa lớp đang tính lún;
(2.6)
trong đó:
po
p -
ứng suất thẳng đứng gia tăng do tải trọng công trình gây ra ở giữa lớp;
pc
-
áp lực tiền cố kết;
eo
-
hệ số rỗng ban đầu;
Cc
-
chỉ số nén;
Cs
-
chỉ số nở;
Ho -
chiều cao ban đầu của lớp đất trước khi xây công trình.
Bước 2. Xác định độ lún của cọc đơn S đ
S đ L S m S b
(2.7)
trong đó:
L -
biến dạng đàn hồi của cọc;
Sm
-
độ lún của đất ở mũi cọc;
Sb
-
độ lún của đất ở thân cọc.
TIỂU LUẬN KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO - NHÓM 3
Trang 20
