Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang PMT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.16 MB, 124 trang )
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM VĂN HÙNG,
PGS. TS BÙI TRƯỜNG SƠN
Cán bộ chấm xét 1: ....................................................................................................
Cán bộ chấm xét 2: ....................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG
TP.HCMngày tháng 12 năm 2015.
Thành phần Hội đồng đảnh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:
1 .......................................................................................................
2 .......................................................................................................
3 ..................................................................................................................
4
.................................................................................................................
5
.................................................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
I.
Họ tên học viên:
Ngày, tháng, năm sinh:
TẠ QUANG HIỆP
23/10/1988
Chuyên ngành:
Mã số:
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM
60580204
MSHV:
Nơi sinh:
13090079
Bến Tre
TÊN ĐỀ TÀI:
Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén ngang PMT
II. NHIỆM VỤ:
- Phân tích và đánh giá khả năng chịu tải của cọc dựa vào kết quả thí nghiệm nén ngang
PMT.
- Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ngang tại hiện truờng phân tích:
+ Khả năng chịu tải của cọc
+ So sánh với kết quả thí nghiệm tại hiện truờng đua ra phân tích đánh giá khả năng
chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm này.
III. NỘI DUNG:
Mở dầu
Chuơng 1: Các phuơng pháp đánh giá khả năng chịu tải của cọc
Chuơng 2: Cơ sở tính khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm PMT
Chuơng 3: Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm PMT .
Kết luận và kiến nghị.
IV. NGÀY GIAO NHIÊM VỤ:
19/01/2015
V. NGÀY HOÀN THẢNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015
VI. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHẠM VĂN HÙNG, PGS.TS BÙI TRƯỜNG SON.
-
Tp.HCM, Ngày 04 tháng 12 năm 2015
CÁN BỘ HD1
TS. PHẠM VĂN HÙNG
CÁN BỘ HD2
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN
PGS.TS LÊ BÁ VINH
TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG
PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên là tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn ở bên tôi, chìa sẻ nhưng khó
khăn, động viên tinh thần và ủng hộ vật chất để tôi có thể tiếp tục con đường học tập và phát
triển.
Lời tiếp theo tôi xỉn cảm ơn các anh, các chị, các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ chia sẽ
những khó khăn và hỗ trợ tôi trong khoảng thời gian làm tiểu luận cũng như đồ án.
Và đặc biệt tôi xỉn gửi lời cảm ơn đến Quỷ Thầy Cô Bộ môn Địa Cơ Nền móng Khoa Kỹ thuật Xây dựng - Trường Đại học Bách Khoa vì sự thân thiện, nhiệt tình, quan tâm
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhẩt cho tôi trong suốt quả trình học tập vừa qua.
Và cuối cùng tôi xin bày tỏ lỏng biết ơn sâu sẳc đến thầy TS. Phạm Văn Hùng và thầy
PGS. TS Bùi Trường Sơn, hai người thầy đã gợi ỷ, giúp tôi có những định hướng thực hiện
đề tài khoa học và ỷ nghĩa nhẩt. Vớỉ sự nhiệt tình, tận tụy, hai thầy đã truyền dạy và củng cố
cho tôi rẩt nhiều kiến thức không chỉ trong phạm vi luận văn này mà cả trong phương pháp
nghiên cứu, cách sống và làm việc.
Kính chúc Quý Thầy Cô thật nhiều sức khỏe.
Trân trọng kỉnh chào./.
Học viên
Tạ Quang Hiệp
TÓM TẮT
“Đánh giá khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang
PMT”
Thí nghiệm nén ngang trong hố khoan cho phép xác định các đặc trưng cơ lý của đất
nền ở điều kiện thế nằm tự nhiên. Đặc biệt, thí nghiệm này cho phép thực hiện ở các độ sâu
lớn. Sử dụng kết quả thí nghiệm này cho phép đánh giá khả năng chịu tải của cọc khá phù
hợp với kết quả thí nghiệm kiểm tra sức chịu tải ở ngoài hiện trường.
ABSTRACT
“Evaluating pile capacity based on testing results of PMT”
Pressuremeter test allows determining the mechanical characteristics of soil in
natural condition. Especially, this text can be carried out to evaluate deformation and
strength of soils in great depth. Using testing allows evaluating pile capacity, which is
resonable in comparison with the results of PDA test in-situ.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, đuợc thục hiện
duới sụ huớng dẫn khoa học của TS. Phạm Văn Hùng và PGS.TS Bùi Trường Sơn.
Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Tôi
cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình.
Tp.HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015
Học Viên
Tạ Quang Hiệp
-i-
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 1
2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 1
3. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 2
CHƯƠNG 1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA
CỌC .............................................................................................................................. 3
1.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU ................................................. 3
1.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO ĐẤT NỀN .................................................. 6
1.2.1. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền .................................... 6
1.2.1.1. Phương pháp đánh giá sức kháng mũi cọc Qp............................................... 6
1.2.1.2. Phương pháp đánh giá sức kháng bên của cọc Qs ....................................... 12
1.2.2.
Sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu trạng thái của đất nền - phương pháp thống kê 18
1.2.2.1. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc chống ......................................................... 18
1.2.2.2. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát ( cọc treo) ....................................... 20
1.2.2.3. Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc nhồi ........................................................... 23
1.2.3.
Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền ............................. 25
1.2.3.1. Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất dính ................................................ 26
1.2.3.2. Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất rời................................................... 27
1.2.4. Sức chịu tải của cọc theo hiện trường ............................................................ 28
1.2.4.1. Sức chịu tải cực hạn của cọc trong đất rời................................................... 28
1.2.4.2. Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên................................................. 32
1.2.4.3. Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm PDA .................................................. 34
1.2.4.4. Sức chịu tải theo thí nghiệm nén tĩnh dọc trục ............................................ 46
CHƯƠNG 2. Cơ SỎ TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ KẾT QUẢ CỦA
THÍ NGHIỆM NÉN NGANG PMT ........................................................................... 49
2.1. THÍ NGHIỆM NÉN NGANG (PMT) ............................................................... 49
2.1.1. Thiết bị thí nghiệm nén ngang (PMT) ............................................................ 49
- ii 2.1.1.1. Hộp điều khiển ............................................................................................ 50
2.1.1.2. Đầu dò (buồng nén) ..................................................................................... 50
2.1.1.3. Ống nối từ bộ phận điều khiển tới đầu dò ................................................... 51
2.1.2. Trình tự thí nghiệm ......................................................................................... 52
2.2.
TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG ............................... 52
2.2.1. Vẽ biểu đồ....................................................................................................... 52
2.2.2. Tính toán các đặc trưng cơ lý ......................................................................... 53
2.2.2.1. Xác định áp lực giới hạn thí nghiệm ........................................................... 54
2.2.2.2. Xác định áp lực giới hạn thực tế .................................................................. 54
2.3. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC TỪ THÍ NGHIỆM PMT ............... 55
2.3.1. Phương pháp đánh giá sức kháng mũi ............................................................ 57
2.3.1.1. Phương pháp Menard 1963 ......................................................................... 58
2.3.1.2. Phương pháp Baguelin 1978 ....................................................................... 59
2.3.1.3. Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1981 ............................................. 59
2.3.1.4. Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1982 ............................................. 59
2.3.1.5. Phương pháp LCPC - SETRA 1985 ........................................................... 60
2.3.2. Phương pháp đánh giá sức kháng hông/2 ....................................................... 60
2.3.2.1. Phương pháp Menard 1963 ......................................................................... 61
2.3.2.2 Phương pháp Beguelin 1978 .......................................................................... 61
2.3.2.3 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1981 ............................................... 61
2.3.2.4 Phương pháp Bustamante và Gianeselli 1982 .............................................. 62
2.3.2.5 Phương pháp LCPC - SETRA 1985 ............................................................. 62
2.3.3. Tính toán khả năng chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang theo
phương pháp LCPC - SETRA (1985)......................................................................... 63
2.3.3.1. Công thức tính áp lực tới hạn mũi ............................................................... 63
2.3.3.2. Tính toán áp lực tới hạn tương đương ......................................................... 63
2.3.3.3. Xác định hệ số k trong thí nghiệm nén ngang PMT .................................... 65
2.3.3.4. Tính toán sức kháng mũi ............................................................................. 66
2.3.3.5. Xác định sức kháng hông đơn vị ,fL ............................................................ 66
2.3.3.6. Xác định sức kháng hông tới hạn ................................................................68
2.3.3.7. Xác định sức chịu tải cực hạn ......................................................................68
- iii
2.3.3.8. Xác định tải an toàn và tải lâu dài ...............................................................69
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ..................................................................................... 71
CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
NÉN NGANG PMT ................................................................................................... 72
3.1. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY
ĐIỆN CÀ MAU .......................................................................................................... 72
3.1.1. Khái quát về công trình .................................................................................. 72
3.1.2. Tính toán sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm nén ngang PMT ....................... 76
3.1.2.1. Các buớc tính toán sức chịu tải cọc đơn từ thí nghiệm PMT ......................76
3.1.2.2. Thông số tính toán của cọc ..........................................................................77
3.1.2.3. Số liệu tính toán của thí nghiệm nén ngang PMT .......................................78
3.1.2.4. Tính toán sức chịu tải của cọc .....................................................................79
3.1.3. Tính toán sức chịu tải của cọc từ thí nghiệm CPTu ....................................... 81
3.1.3.1. Số liệu thí nghiệm CPTu khu vục cọc thi công ...........................................81
3.1.3.2. Sức kháng bên .............................................................................................82
3.1.3.3. Sức kháng mũi .............................................................................................82
3.1.3.4. Sức chịu tải cục hạn .....................................................................................83
3.1.4.
So sánh kết quả tính toán khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm PMT với
kết quả thí nghiệm PDA ............................................................................................. 83
3.2. TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA cọc CÔNG TRÌNH CẦU CÁ TRÊ
QUẬN 2 - TP.HCM .................................................................................................... 85
3.2.1. Điều kiện địa chất khu vực xây dựng công trình .............................................85
3.2.2. Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo thí nghiệm PMT ............................88
3.2.2.1. Số liệu tính toán của thí nghiệm PMT .........................................................88
3.2.2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc .....................................................................93
3.2.3. Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo thí nghiệm CPTu ........................... 95
3.2.3.1. Số liệu tính toán của thí nghiệm CPTu........................................................95
3.2.3.2. Sức kháng bên .............................................................................................95
- iv
3.2.3.3. Sức kháng mũi ............................................................................................ 96
3.2.3.4. Sức chịu tải cực hạn.................................................................................... 96
3.2.4.
So sánh kết quả tính toán khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm PMT với
kết quả tính toán theo thí nghiệm PDA ...................................................................... 96
3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG ..................................................................................... 98
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
99
101
-V-
MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Hệ số V phụ thuộc liên kết ............................................................................ 4
Hình 1.2 Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi ................................................................. 7
Hình 1.3 Biểu đồ quan hệ giá trị (p° - Kp7và (p° - Ny ................................................. 8
Hình 1.4 Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất Lb .................................................... 9
Hình 1.5 Biểu đồ xác định các hệ số sức chịu tải đất nền
dưới mũi cọc ................ 10
Hình 1.6 Biểu đồ xác định hệ số Ầ. ............................................................................ 16
Hình 1.7 Biểu đồ xác định giá trị lực ma sát đơn vị fs theo Coyle - Castillo ............. 17
Hình 1.8 Quan hệ a - cu ............................................................................................... 27
Hình 1.9 Biểu đồ quan hệ giữa hệ số Nq và (p° .......................................................... 28
Hình 1.10 Mô hình cọc của Smith và mô hình cọc CAPWAP ................................... 35
Hình 1.11 Mô hình sức kháng của đất theo
Smith.................................................. 36
Hình 1.12 Sức kháng tĩnh thân cọc ............................................................................. 39
Hình 1.13 Sức kháng tĩnh mũi cọc ............................................................................. 40
Hình 1.14 Mô hình sức kháng đất thành bên và mũi Smith mở rộng ......................... 43
Hình 1.15 Phân tích tín hiệu sóng phù hợp ................................................................ 45
Hình 1.16 Hệ thống đối trọng và cọc treo ................................................................. 46
Hình 1.17 Hệ thống đối trọng là dàn chất tải ............................................................. 47
Hình 2.1 Sơ đồ và các thiết bị thí nghiệm nén ngang ................................................. 49
Hình 2.2 Đầu dò thiết bị nén ngang ............................................................................ 50
Hình 2.3 Các đặc trưng cơ lý của một thí nghiệm nén ngang .................................... 53
Hình 2.4 Các thông số tính toán của thí nghiệm nén ngang ....................................... 55
Hình 2.5 Mô hình tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc........................................... 56
Hình 2.6 Vùng ảnh hưởng dưới mũi cọc đến giá trị qL .............................................. 58
Hình 2.7 Biểu đồ xác định hệ số k từ quan hệ k - Hc/R .............................................. 58
Hình 2.8 Biểu đồ xác định hệ số k từ quan hệ k - (pL-p0)........................................... 60
Hình 2.9 Đường cong quan hệ fL - pL theo đề nghị của Menard ................................ 61
Hình 2.10 Đường cong quan hệ fL - pL theo đề nghị của LPC 1985 ......................... 62
Hình 2.11 Thông số xác định áp lực tới hạn tương đương dưới mũi cọc .................. 64
- vi Hình 2.12 Cách tính diện tích và chu vi một số loại cọc ............................................ 64
Hình 2.13 Biểu đồ xác định ma sát hông fL của cọc theo pL ...................................... 68
Hình 3.1 Hình ảnh Nhà Máy Điện Cà Mau ................................................................ 72
Hình 3.2 Vị trí xây dụng Nhà Máy Điện Cà Mau ...................................................... 73
Hình 3.3 Mặt cắt địa chất tại hố khoan BH1 và BH2 ................................................. 73
Hình 3.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm hố khoan P3 .................................................. 78
Hình 3.5 Tổng hợp tính toán áp lực tới hạn và áp lực tới hạn thuần .......................... 80
Hình 3.6 Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu tại vị trí CPT1 .................................. 81
Hình 3.7 Dữ liệu thử cọc bằng phương pháp PDA..................................................... 83
Hình 3.8 Mặt cắt địa chất công trình khu vục cầu Cá Trê Lớn, hố khoan CTL-W-2 và
CTL-W-3 .................................................................................................................... 86
Hình 3.9 Mặt cắt địa chất công trình khu vục cầu Cá Trê Lớn, hố khoan CTL-E-2 và
CTL-E-3 ...................................................................................................................... 87
Hình 3.10 Hình ảnh cầu Cá Trê Lớn thuộc Dự án Đại Lộ Đông Tây ........................ 87
Hình 3.11 Tương quan áp lực giới hạn (pL) theo độ sâu của sét mềm bão hòa nước khu
vực TPHCM và lân cận .............................................................................................. 88
Hình 3.12 Tương quan áp lực giới hạn ròng P*L và độ sâu của sét mềm bão hòa nước
khu vực TPHCM và lân cận ....................................................................................... 89
Hình 3.13 Tương quan pL theo độ sâu của đất rời khu vực TPHCM và lân cận ........ 89
Hình 3.14 Tương quan P*L theo độ sâu của đất rời khu vực TPHCM và lân cận...90
Hình 3.15 Tương quan pL theo độ sâu của sét dẻo cứng đến cứng khu vực TPHCM
và lân cận .................................................................................................................... 90
Hình 3.16 Tương quan P*L theo độ sâu của đất sét dẻo cứng đến cứng khu vực
TPHCM và lân cận ..................................................................................................... 91
Hình 3.17 Tương quan pL theo độ sâu của sét pha khu vực TPHCM và lân cận ....... 91
Hình 3.18 Tương quan P*L theo độ sâu của đất sét pha khu vực TPHCM và lân cận
.................................................................................................................................... 92
Hình 3.19 Kết quả thí nghiệm CPTu khu vục cầu Cá Trê Lớn tại hố khoan CPTu4.
.................................................................................................................................... 95
Hình 3.20 Kết quả thí nghiệm PDA cọc A1E cầu Cá Trê lớn .................................... 97
- vii -
MỤC LỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 Hệ số độ mảnh (p .......................................................................................... 4
Bảng 1.2 Hệ số (p theo Jacobson .................................................................................. 5
Bảng 1.3 Các giá trị Ir ................................................................................................. 11
Bảng 1.4 Các giá trị N*c ............................................................................................. 11
Bảng 1.5 Các giá trị N*q ............................................................................................. 12
Bảng 1.6 Giá trị Kg theo B.J. Das .............................................................................. 12
Bảng 1.7 Giá trị Ks theo trường cầu đường Paris (ENPC) ......................................... 13
Bảng 1.8 Giá trị a theo Viện dầu hỏa Hoa Kỳ (API) .................................................. 13
Bảng 1.9 Giá trị a theo Tomlinson.............................................................................. 13
Bảng 1.10 Giá trị a theo Peck, 1974 ........................................................................... 14
Bảng 1.11 Giá trị tỷ số
Bảng 1.13 Hệ số mR và mf .......................................................................................... 21
Bảng 1.14 Sức chịu tải đơn vị diện tích của đất ở mũi cọc qp .................................... 21
Bảng 1.15 Lực ma sát bên của cọc fs .......................................................................... 22
Bảng 1.16 Hệ số điều kiện làm việc m ....................................................................... 23
Bảng 1.17 Hệ số điều kiện làm việc đất ở mũi cọc mR ............................................. 23
Bảng 1.18 Hệ số điều kiện làm việc đất mặt bêncủa cọc mf ...................................... 23
Bảng 1.19 Các hệ số a, p, A°k, B°k ............................................................................. 24
Bảng 1.20 Giá trị sức chịu mũi qp............................................................................... 25
Bảng 1.21 Ma sát và lực dính giữa đất và cọc ............................................................ 26
Bảng 1.22 Hệ số áp lực ngang KgtgỌa ...................................................................... 27
Bảng 1.23 Giá trị hệ số M........................................................................................... 31
Bảng 1.24 Giá trị Ke ,a và [fs] .................................................................................... 33
Bảng 1.25 Các thông số đầu vào trong mô hình CAPWAP ....................................... 44
Bảng 2.1 Giá trị Vc theo các kiểu đầu dò.................................................................... 51
Bảng 2.2 Giá trị k cho cọc theo tóm tắt LCPC - SETRA, 1985 ................................ 65
- viii
Bảng 2.3 Chọn loại đường cong để xác định giá trị fL ............................................... 66
Bảng 3.1 Thông số tính toán của cọc.......................................................................... 77
Bảng 3.2 Giá trị tính toán sức kháng hông ................................................................. 80
Bảng 3.3 So sánh sức chịu tải cực hạn của cọc theo PMT và PDA ........................... 84
Bảng 3.4 Đặc trưng cơ lý nén ngang của đất khu vực cầu Cá Trê ............................. 92
Bảng 3.5 Thông số cọc ............................................................................................... 93
Bảng 3.6 Giá trị tính toán sức kháng hông cọc 30x30cm khu vực cầu Cá
Trê ..... 94
Bảng 3.7 So sánh kết quả tính toán khả năng chịu tải của cọc theo thời gian và kết
quả thí nghiệm PDA ở thời điểm 23 ngày kể từ ngày đóng cọc ................................. 97
-1 -
MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trong thực tế ở nước ta hiện nay, khả năng chịu tải của cọc thường được đánh giá thông
qua giá trị đặc trưng cơ lý của đất từ kết quả thí nghiệm trong phòng. Theo một số kết quả
thực tế, khả năng chịu tải chịu tải của cọc được kiểm tra lại sau khi thi công thường có giá trị
lớn hơn đáng kể so với kết quả tính toán trước đó dựa theo hồ sơ thiết kế. Một số tổ chức đề
nghị đánh giá và thi công cọc với tải trọng nhỏ hơn đáng kể so với giá trị cực hạn [11]. Ngoài
ra, đặc trưng cơ lý của đất từ thí nghiệm hiện thường cho đến kết quả đáng tin cậy do được
xác định ở điều kiện thế nằm tự nhiên và được xác định trực tiếp nên việc sử dụng đặc trưng
cơ lý từ thí nghiệm hiện trường cho kết quả đáng tin cậy.
Đề tài " Đánh giá sức chịu tải của cọc từ kết quả thí nghiệm nén ngang PMT " thực hiện
nhằm mục tiêu phân tích và đánh giá khả năng chịu tải của cọc và so sánh với kết quả thí
nghiệm hiện trường, góp phần bổ sung và hoàn thiện phương pháp đánh giá khả năng chịu tải
của cọc, là loại móng phổ biến ở khu vực có nhiều đất yếu như ở khu vực Tp.HCM và các tỉnh
phía nam.
2. Phuong pháp nghiên cứu
- Tổng hợp phương pháp đánh giá khả năng chịu tải từ kết quả thí nghiệm nén ngang
PMT.
- Tính toán cho công trình thực tế trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ngang ở khu vực
Cà Mau và Tp.HCM.
- Phân tích so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường để kiểm tra.
- Việc tính toán áp dụng theo điều kiện thực tế và so sánh với kết quả thí nghiệm kiểm
tra được thực hiện nhằm mục đích đánh giá mực độ chính xác và tin cậy của phương pháp.
Đánh giá khả năng chịu tải của cọc sử dụng kết quả thí nghiệm nén trong hố khoan.
-2 -
3. Phạm vi nghiên cứu
Số liệu thu thập sử dụng cho việc tính toán được lấy ở khu vực Tp. Hồ Chí Minh và Cà
Mau. Do hạn chế về số liệu nên việc tính toán chỉ giới hạn trong điều kiện địa chất công
trình đã nêu.
-3 -
CHƯƠNG 1. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ
NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
1.1. SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC THEO VẬT LIỆU
Sức chịu tải ở đây được hiểu là sức chịu tải dọc trục của cọc. 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:
ổw =
(1-1)
QV! : Sức chịu tải của cọc theo vật liệu.
Trong đó :
Ap : Diện tích tiết diện ngang của cọc.
RV1 : Cường độ chịu nén tính toán của vật liệu làm cọc. (p : Hệ số ảnh
hưởng bởi độ mảnh của cọc.
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 nhão. 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=f>(*.4,+«.4,)
Trong đó:
(1.2)
Ra : Sức chịu kéo hay nén cho phép của thép.
Aa : Diện tích cốt thép
Rn : Sức chịu nén cho phép của bê tông.
An : Diện tích bê tông
ọ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc độ mảnh và theo thực
nghiệm lấy như sau:
-4 -
và
(1.3)
0> = 1,028 - 0,00034562’-0,005542,
(1.4)
CÓ thể xác định ọ bằng cách tra bảng 1.1
Rang 1.1 Hệ số độ mảnh (p
Ấ = ỉo/r
Ằđ — lo/d
Ầđ — ỉ0/d
<14
<4
1
<14
<4
1
21
6
0,98
69
20
0,78
28
8
0,96
76
22
0,74
35
10
0,93
83
24
0,70
42
12
0,90
90
26
0,65
48
14
0,87
97
28
0,60
55
16
0,84
104
30
0,55
62
18
0,81
Trong đó: r - Bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông.
d - Bề rộng của tiết diện chữ nhật.
lo - Chiều dài tính toán của cọc
4=vZ
(1.5)
Với: ỉ - chiều dài thực của đoạn cọc khi bắt đầu đỏng cọc vào đất tính từ đầu cọc đến
điểm ngàm trong đất hoặc l được chọn là chiều dày lớp đất yếu có cọc đi ngang qua. V - hệ
số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc lấy theo hình 1.1.
••■
V=2
Đẩu cọc n^arij trong dãỉ vả mOi
CỘC nấĩìitíOíig đầt Hiềm
t
t = 0,7
Đẩu CỘC ngẾna trong đài vã
mũi CPG tpa lẽn đât cúng
hoặc đã
T
t' = tì,5
Đầu cọc ngâm trong dãi vã
mũi cọc ngâm trong đã
Hình 1.1 Hệ số V phụ thuộc liên kết
Nếu xét đến sự hiện diện của đất bùn nhão xung quanh cọc, M. Jacobson đề nghị ảnh
hưởng uốn dọc theo bảng sau:
Bảng 1.2 Hệ số (p theo Jacobson
Ả = L/r
50
1
70
0,8
85
0,588
105
0,41
120
0,31
-5 Với L - Chiều dài cọc; r - Bán kính hoặc cạnh cọc.
Ngoài ra, sức chịu tải của cọc theo vật liệu còn tính theo kinh nghiệm xây dụng ở một
số quốc gia đuợc giới thiệu trong Quy phạm Xây dựng Việt Nam 21-86 nhu sau:
Qvỉ=kmRgh
Trong đó:
(1.6)
k = 0,7- Hệ số đồng nhất.
m = 1 - Hệ số điều kiện làm việc.
Rgìt - sức chịu tải giới hạn của vật liệu làm cọc.
Với cọc bê tông cốt thép:
a,=í»lív,t«fl
(1.7)
Khi cọc làm việc chịu nhổ thì sức chịu kéo căng của cọc bê tông cốt thép theo vật liệu:
Q^kmR.F,
(1.8)
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:
ơ, = RA. + RA
ub
(1.9)
an a
XZ
Với: Ru - Cường độ tính toán của bê tông cọc nhồi.
Khi đổ bê tông dưới nước hoặc dưới bùn Ru = R/4,5 < 6MPa
Khi đổ bê tông trong hố khoan khô Ru = R/4 < 7MPa 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.
c» < 28mm thì Ran = Rc/1,5 < 220MPa
1.2. SỨC CHỊU TẢI CỦA cọc THEO ĐẤT NÈN
Sức chịu tải cực hạn của cọc Qugồm tổng sứcchống cắt cực hạn mặt bên giữa
đất và vật liệu cọc Qs cùng với sức gánh đỡ cựchạn của đất ở mũi cọc Qp.
-6 -
QU=QS + QP
(110)
Qu = AJS + AP<1P
(1-11)
Trong đó: 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:
Qa =
FSs FS„
s
hoặc Qa
p
(1.12)
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 xác định theo các phương pháp chính sau
đây:
- Theo chỉ tiêu cơ học của đất nền: theo cường độ sức chống cắt và ứng suất do trọng
lượng bản thân còn gọi là phương pháp tĩnh.
- Theo chỉ tiêu trạng thái còn gọi là phương pháp thống kê.
- Theo chỉ tiêu cường độ của đất nền.
- Theo các thí nghiệm cọc tại hiện trường.
1.2.1. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu CO' học của đất nền
1.2.1.1. Phương pháp đánh giá sức kháng mũi cọc Qp
a) Phương pháp Terzaghi
-7 Phương pháp cổ điển đánh giá sức chịu mũi do Terzaghi và Peck đề nghị sử dụng là các
công thức bản 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.
Hình L2 Mặt trượt giả thuyết của Terzaghi
Cọc tròn bán kính Rp : Qp = aR2p (ỵ93cNc + yDfNq + 0, ^ỵRpNr)
(1.13)
Cọc vuông cạnh cọc Bp. Qp = B2p(\93cNe + yDfN9 +
(1.14)
Các hệ số sức chịu tải Nc, Nq, Ny được Terzaghi đề nghị như sau:
^2(3^4-^)^
Nc = cotgịổ
MH)
2(3JT/4-^/2)^
(115)
-1 tgệ
)
-8 Với Kpy: Hệ số áp lực bị động của đất lên mặt nghiêng của nên trượt. Hệ số
Xpy, Ny chỉ có thể xác định giá trị gần đúng bằng cách tra biểu đồ hình 1.3
Quan hệ (p - Kp
ọ -Ny
Hình 13 Biểu đồ quan hệ giả trị Ịp° - KPyVà(p° - Ny
b) Phương pháp Meyerhof
Sức chịu tải của nền đất dưới mũi cọc theo Meyerhof thường sẽ lớn hơn cách tính
của Terzaghi khỉ xem như là móng nông do ảnh hưởng của độ sâu đặt mỏng. Có nhiều
tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng này và điều chỉnh các hệ số sức chịu tải của nền TVc
Nq , Nr
Đối với sức chịu tải đơn vị diện tích của phần đất nằm dưới đáy các mỏng sâu và
móng cọc, công thức có xét đến hình dạng và chiều sâu chôn móng được viết dưới dạng:
í1-16)
Sức chịu tải cực hạn đất nền ở mũi cọc có thể viết dưới dạng:
(1.17)
-9 Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N'c, N'q cho sức chịu tải ở mũi cọc
trong đất nền, đặc biệt là cát, gia tăng theo chiều sâu cọc chôn trong lóp cát chịu tải
và đạt cục hạn khi tỉ số
Với
D
Lb : Chiều sâu cọc cắm trong đất tốt.
D : Cạnh cọc ở độ sâu mũi cọc.
Hình 1.4 Sơ đồ chọn chiều dài cọc ngàm vào đất Lb
Trong cách tính sức chịu tải đất nền duới mũi cọc theo Meyerhof, các thông số
chống cắt c và (p tương ứng với trạng thái ứng suất hữu hiệu và qp xác định theo công
thức (1.16) với hệ số N'c, N'q được xác định theo biểu đồ hình 1.5.
Các bước tính toán sức chịu tải đất nền dưới mũi cọc the Meyerhof.
Bước 1: Từ ọ suy ra (Lb/D)cr bởi biểu đồ hình 1.5
Bước 2: Tính Lb/D thì chọn các giá trị tối đa N'c và N'q
tương ứng trong biểu đồ hình 1.5
Bước 3: Neu Lb! D>
Bước 4: Neu Lb! D<
2
cắc giá trị N'c và N'q được xác định như sau:
-10
-
7V'C=A
N'=l\
/1
_____
Hình 1.5 Biểu í
dưới mũi cọc
c) Phuong pháp Vesi _
Vesic đề nghị p’ ương pháp xác định sức chịu tải của đất nền ở mũi cọc:
l+2£
_________o_
3
<ỉ'K
(1-20)
J
với: Kữ - (1 sin ộ?) Hệ số áp lực đất ở trạng thái nghỉ
q' : í ng suất đứng có hiệu dưới mũi cọc
1+2JC
(1.21)
o
= (^-l)cotgạ>
(1-22)
-11
Theo Vesỉc
Trong đó:
Ị
I = —— ------- chỉ sô đô cứng suy giảm
l + 7rA
Với
I=
E
G
=
2(l + v)(c + ^7gý?) (c + q'tg(p)
(123)
A - Biến dạng thể tích trung bình trong vùng biến dạng dẻo bên dưới mũi cọc Như
vậy, những điều kiện không có sự thay đổi thể tích, ta có: A = 0 và Ir = Irr Vesic giải và
thiết lập bảng giá trị N*c, N*ơ phụ thuộc vào Irr và góc ma sát (p.
Giá trị Ir có thể ước lượng từ kết quả thí nghiệm nén ba 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.
Bảng 1.3 Các giả trị If
Loại đất
Ir
Cát
70-150
Bột và sét (không thoát nước)
Sét (có thoát nước)
50-100
100-200
Bảng 1.4 Các giá trị N*c
Irr
10
50
100
200
500
0
5
10
20
6,97
8,99
11,55
18,83
9,12
12,82
17,99
34,53
10,04
14,69
21,46
44,44
10,97
16,69
25,43
56,97
12,19
19,59
31,59
78,78
30
35
40
30,03
37,65
47,04
63,21
84,00
110,48
86,64
118,22
159,13
118,53
166,15
228,97
178,98
260,15
370,04
45
53,66
144,11
211,79
311,04
516,60
