Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại thành phố cần thơ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.11 MB, 118 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----o0o-----
TRẦN VĂN SƠN
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CỌC VỮA XI MĂNG – CÁT
TIẾT DIỆN NHỎ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG
XÂY DỰNG NHÀ KHO, NHÀ XƯỞNG TẠI THÀNH PHỐ
CẦN THƠ
Chuyeân ngành : KỸ THUẬT XD CƠNG TRÌNH NGẦM
Mã số ngành : 60.58.02.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2015
Cơng trình được hồn thành tại trường: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ BÁ VINH
Cán bộ chấm nhận xét 1: GS.TS TRẦN THỊ THANH
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN VIỆT TUẤN
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM
ngày 08 tháng 01 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS VÕ PHÁN – CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
2. GS.TS TRẦN THỊ THANH – CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1
3. TS NGUYỄN VIỆT TUẤN – CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2
4. TS. PHẠM TƯỜNG HỘI - ỦY VIÊN HỘI ĐỒNG
5. TS ĐỖ THANH HẢI - THƯ KÝ HỘI ĐỒNG
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
PGS.TS VÕ PHÁN
PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
----------------
---oOo---
Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : TRẦN VĂN SƠN
MSHV :
Ngày sinh
: 23/04/1988
Nơi sinh : An Giang
Chuyên ngành
: Kỹ Thuật XD Cơng Trình Ngầm
MS ngành: 60.58.02.04
7140134
1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xử
lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ.”
2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiệm vụ:
- Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa xi
măng – cát.
- Phân tích và lựa chọn phương pháp tính tốn cho cơng trình thực tế.
Nội dung luận văn:
- Phần I: Mở đầu
- Phần II: Nội dung
- Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn
- Chương 3: Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc
vữa xi măng – cát.
- Chương 4: Phân tích và lựa chọn phương pháp tính tốn cho cơng trình thực tế.
- Phần III: Kết luận và kiến nghị.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
Ngày 06 tháng 07 năm 2015.
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
Ngày 04 tháng 12 năm 2015.
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
PGS.TS. Lê Bá Vinh
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
KHOA QUẢN LÝ
CHUYÊN NGÀNH
PGS.TS. Lê Bá Vinh
PGS.TS. Lê Bá Vinh
PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm
LỜI CÁM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng cám ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô giáo Khoa Kỹ Thuật Xây
Dựng - Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn,
trang bị nhiều kiến thức giúp cho tơi có thể hồn thành Luận văn này.
Tơi xin gửi lời tri ân đến Thầy PGS.TS. Lê Bá Vinh, người đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo và truyền thụ những kiến thức quý báu cũng như động viên, khuyến
khích tơi rất nhiều trong suốt q trình thực hiện Luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn quý Thầy, Cô Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng đã giúp đỡ,
tạo điều kiện cho tơi hồn thành Luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn đến các đồng nghiệp, lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tơi hồn thành chương trình cao học. Tơi cũng
xin cảm ơn tất cả các bạn lớp Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Ngầm khóa học
2013, những người đã có những đóng góp ý kiến, giúp đỡ tơi hồn thành Luận văn.
Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã là nguồn động lực rất lớn, quan
tâm giúp đỡ, động viên tơi trong suốt q trình học tập cũng như trong thời gian thực
hiện Luận văn.
Trân trọng!
Học viên
TRẦN VĂN SƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
TÊN ĐỀ TÀI:
“ Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu
trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ”
Việc nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ để xây dựng
nhà kho, nhà xưởng trên nền đất yếu tại Thành Phố Cần Thơ là rất cần thiết. Nhà
kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ thường có tải trọng không lớn và việc chọn
giải pháp gia cố nền sao cho đạt ba tiêu chí về ổn định, kính tế và thời gian là rất
quan trọng. Giải pháp cọc vữa xi măng - cát với đánh giá ban đầu đã đạt được ba
tiêu chí trên. Tuy nhiên, cần nghiên cứu đánh giá kỹ hơn để giải pháp trên thực sự
đáp ứng được yêu cầu thực tế. Đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung sau:
-
Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa
xi măng-cát.
-
Phân tích và lựa chọn phương pháp tính tốn cho cơng trình thực tế.
ABSTRACT
THESIS TITLE:
"Researching the solution about the small section cement-sand mortar stake to
handle soft land-ground in building warehouses and factories in Can Tho city"
Studying measures about the small section cement-sand mortar stake to build
warehouse, plant on soft land-ground in Can Tho city is very necessary.
Warehouses, plants in Can Tho City usually have small payload and choosing the
improved platform solution to get three purposes: stability, economy and time is
very important. It shows that cement-sand mortar stake solution can meet these
purposes. However, we have to thoroughly study this solution to meet reality needs.
The theme focused on the followings:
-
Applying the Plaxis 3D Foundation software to analyse weight-load
capacity of cement-sand mortar stake.
-
Analysising and choosing the calculation-method for the actual works.
MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU: ............................................................................................... 01
1. VẦN ĐỀ THỰC TIỂN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................. 01
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ................................................. 01
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 01
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ....................................................... 02
5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................ 02
6. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 02
PHẦN II: NỘI DUNG ............................................................................................ 03
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 03
1.1. MỐT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ CỌC VỮA XI MĂNG CÁT ............................. 03
1.2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN TƯƠNG TỰ .......................................... 06
1.2.1. Cọc tre, cọc tràm ..................................................................................... 06
1.2.2. Cọc cát ..................................................................................................... 06
1.2.3. Cọc vôi và cọc xi măng đất ..................................................................... 07
1.3. CÁC QUAN ĐIỂM TÍNH TỐN NỀN BÊ TƠNG CỐT THÉP CĨ GIA CỐ
BẰNG CỌC VỮA XI MĂNG CÁT ............................................................. 08
1.3.1. Quan niệm cọc chịu tải hoàn toàn ........................................................... 08
1.3.2. Quan niệm nền đất và cọc làm việc đồng thời ........................................ 08
1.3.3. Nhận xét .................................................................................................. 08
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN .............................................. 09
2.1. CÁC QUY ĐỊNH CHUNG .............................................................................. 09
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC ĐƠN ................... 10
2.2.1. Sức chịu tải của vật liệu làm cọc ............................................................. 10
2.2.2. Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền ...................... 10
2.2.3. Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền .............. 11
2.2.4. Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học đất nền ........................... 12
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI ĐẤT NỀN................... 14
2.3.1. Tổng quan về sức chịu tải đất nền ............................................................ 14
2.3.2. Các phương pháp xác định sức chịu tải đất nền ...................................... 15
2.4. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẤT NỀN DƯỚI MŨI CỌC....................................... 16
2.5. TÍNH LÚN CHO NỀN ...................................................................................... 17
2.5.1. Phương pháp công lún từng lớp ............................................................... 17
2.5.2. Phương pháp lý thuyết đàn hồi ............................................................... 17
2.5.3. Tính theo lớp biến dạng tuyến tính có chiều dài hữu hạn ...................... 17
2.6. TÍNH HỆ SỐ NỀN (Knền)VÀ HỆ SỐ ĐÀN HỒI CỌC (Kcọc): ......................... 18
2.6.1. Một số số phương pháp xác định hệ số nền (Knền) ................................... 18
2.6.2. Một số số phương pháp xác định hệ số nền đàn hồi cọc (Kcọc) ............... 25
2.7. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 .................................................................................. 28
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION PHÂN
TÍCH SỨC CHỊU TẢI CỌC VỮA -XI MĂNG CÁT............................... 29
3.1. SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT. ....................................................................................... 28
3.2. THÍ NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG..................................................... 34
3.2.1. Phương pháp thí nghiệm ........................................................................ 34
3.2.2. Kết quả thí nghiệm ................................................................................. 34
3.3. THÍ NGHIỆM CỌC VỮA XI MĂNG CÁT. .................................................... 39
3.3.1. Công tác lấy mẫu .................................................................................... 39
3.3.2. Công tác gia công mẫu ........................................................................... 39
3.3.3. Kết quả nén mẫu..................................................................................... 42
3.4. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION MƠ PHỎNG THÍ
NGHIỆM BÀN NÉN HIỆN TRƯỜNG ............................................................. 44
3.4.1. Mơ hình Plaxis 3D Foundation .............................................................. 44
3.4.2. Thông số nhập vào Plaxis 3D Foundation ............................................. 46
3.4.3. Kết quả phân tích ................................................................................... 47
3.5. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION XÁC ĐỊNH SỨC
CHỊU TẢI CỌC VÀ HỆ SỐ ĐỘ CỨNG ĐÀN HỒI CỦA CỌC (Kcọc) ............ 58
3.5.1. Mơ hình Plaxis 3D Foundation .............................................................. 58
3.5.2. Thơng số nhập vào Plaxis 3D Foundation ............................................. 59
3.5.3. Các trường hợp chất tải .......................................................................... 60
3.5.4. Kết quả tính tốn .................................................................................... 61
3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ................................................................................. 63
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN
CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ................................................................ 64
4.1. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU. .......................................................................... 64
4.2. CẤU TẠO LIÊN KẾT GIỮA NỀN BÊ TÔNG VÀ CỌC: ............................... 64
4.3. SỨC CHỊU TẢI THEO VẬT LIỆU LÀM CỌC ............................................... 66
4.4. SỨC CHỊU TẢI DO MA SÁT THÂN CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI Ở MŨI CỌC
............................................................................................................................ 66
4.5. KIỂM TRA CƯỜNG ĐỘ ĐẤT NÊN DƯỚI MŨI CỌC .................................. 70
4.5.1. Trường hợp hoạt tải nền giống của cơng trình thực tế (P1 = 1000kG/m2)
............................................................................................................................ 70
4.5.2. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P2 = 2000kG/m2) ............................ 72
4.5.3. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P3 = 3000kG/m2) ............................ 72
4.6. KIỂM TRA ĐỘ LÚN CỦA NÊN DƯỚI MŨI CỌC ........................................ 73
4.6.1. Trường hợp hoạt tải nền giống của cơng trình thực tế (P1 = 1000kG/m2)
............................................................................................................................ 73
4.7. XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH NỀN BÊ TƠNG HỢP LÝ ĐỂ ĐƯA VÀO PHẦN
MỀM PHÂN TÍCH ............................................................................................ 77
4.8. TÍNH NỘI LỰC TRONG NỀN VÀ TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN ĐẦU
CỌC .................................................................................................................... 83
4.8.1. Trường hợp hoạt tải nền giống của cơng trình thực tế (P1 = 1000kG/m2)
............................................................................................................................ 83
4.8.2. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P2 = 2000kG/m2) ............................ 85
4.8.3. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P3 = 3000kG/m2) ............................ 86
4.8.4. Trường hợp hoạt tải nền giả định (P3 = 3500kG/m2) ............................ 88
4.9. TÍNH THÉP CHO NỀN .................................................................................... 89
4.10. SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION ĐỂ TÍNH NỘI LỰC
TRONG NỀN BÊ TƠNG VÀ ĐỘ LÚN ............................................................ 90
4.10.1. Thơng sơ nhập vào Plaxis .................................................................... 90
4.10.2. Mơ hình Plaxis 3D Foundation ............................................................ 91
4.10.3. Kết quả tính tốn .................................................................................. 92
4.11. BỐ TRÍ CỌC TRONG NỀN ........................................................................... 97
4.12. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỌC ................................................................ 98
4.13. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ................................................................................ 97
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………...102
1. KẾT LUẬN………………………………………………………………102
2. KIẾN NGHỊ………………………………………………………………103
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………104
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 – Định vị máy khoan vào vị trí cọc ........................................................... 04
Hình 1.2 – Tạo khoan lỗ ........................................................................................... 04
Hình 1.3 – Bơm vữa vào khoan lỗ............................................................................ 05
Hình 1.4 – Hồn thành cọc ...................................................................................... 05
Hình 2.1 - Mơ hình nền Winkler .............................................................................. 24
Hình 2.2 - Quan hệ giửa ứng suất và độ lún thu được từ thí nghiệm bàn nén hiện
trường............................................................................................................. 24
Hình 2.3 - Đồ thị quan hệ tải trọng - chuyển vị ....................................................... 27
Hình 3.1 - Mặt cắt địa chất ...................................................................................... 33
Hình 3.2 - Thí nghiệm bàn nén hiện trường............................................................. 34
Hình 3.3 - Đồ thị quan hệ độ lún – thời gian ........................................................... 38
Hình 3.4 - Đồ thị quan hệ tải trọng - độ lún ............................................................ 39
Hình 3.5 - Đoạn cọc được lấy ngồi hiện trường .................................................... 39
Hình 3.6 - Khoan dọc trụ mẫu cọc vữa xi măng cát ................................................ 40
Hình 3.7 - Mẫu sau khi khoan .................................................................................. 40
Hình 3.8 - Mẫu sau khi khoan được ghi số thứ tự. .................................................. 41
Hình 3.9 - Mẫu sau khi gia cơng .............................................................................. 41
Hình 3.10 - Nén mẫu M1 .......................................................................................... 42
Hình 3.11 - Nén mẫu M2. ......................................................................................... 43
Hình 3.12 - Nén mẫu M3. ......................................................................................... 43
Hình 3.13 - Hình bố trí cọc và tấm nén ................................................................... 45
Hình 3.14 - Mơ hình mơ phỏng thí nghiệm bàn nén hiện trường ............................ 45
Hình 3.15 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 1. .......................................... 48
Hình 3.16 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 2 ........................................... 49
Hình 3.17 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 3 ........................................... 50
Hình 3.18 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 4 ........................................... 51
Hình 3.19 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 5 ........................................... 52
Hình 3.20 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 6 ........................................... 53
Hình 3.21 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 7 ........................................... 54
Hình 3.22- Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 8 ............................................ 55
Hình 3.23 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 9 ........................................... 56
Hình 3.24 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 10 ......................................... 57
Hình 3.25 - Đồ thị quan hệ tải trọng – chuyển vị lần 11 ......................................... 58
Hình 3.26 - Mơ hình mơ phỏng thí nghiệm thử tĩnh. ............................................... 59
Hình 3.27 - Đồ thị quan hệ độ lún – chuyển vị. ....................................................... 62
Hình 4.1 - Cấu tạo liên kết đầu cọc với nền bê tơng ................................................ 65
Hình 4.2 - Đồ thị quan hệ áp lực nén (P) - Hệ số rỗng (e) ...................................... 75
Hình 4.3 - Khoảng cách là 3 hàng cọc .................................................................... 78
Hình 4.4 - Mơ hình trong Etabs v9.7 ....................................................................... 78
Hình 4.5 - Mơ men trong nền bê tơng theo phương trục X ...................................... 78
Hình 4.6 - Khoảng cách là 4 hàng cọc .................................................................... 79
Hình 4.7 - Mơ men trong nền bê tơng theo phương trục X ...................................... 79
Hình 4.8 - Khoảng cách là 5 hàng cọc .................................................................... 80
Hình 4.9 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X ...................................... 80
Hình 4.10 - Khoảng cách là 6 hàng cọc .................................................................. 81
Hình 4.11 - Mơ men trong nền bê tơng theo phương trục X .................................... 81
Hình 4.12 - Biểu đồ quan hệ số hàng cọc (n) – mômen (M) trong nền bê tơng
........................................................................................................................ 82
Hình 4.13 - Mặt bằng bố trí cọc ............................................................................... 83
Hình 4.14 - Mơ men trong nền bê tơng theo phương trục X .................................... 84
Hình 4.15 - Mô men trong nền bê tông theo phương trục X .................................... 85
Hình 4.16 - Mơ men trong nền bê tơng theo phương trục X .................................... 87
Hình 4.17 - Mơ men trong nền bê tơng theo phương trục X. ................................... 88
Hình 4.18 - Mơ hình trong Plaxis 3D Foundation ................................................... 91
Hình 4.19 - Giá trị lún trong Plaxis 3D Foundation ............................................... 92
Hình 4.20 - Mơ men phương x (M11)........................................................................ 93
Hình 4.21 - Giá trị độ lún và Mômen nền bê tông trong Plaxis 3D Foundation ..... 94
Hình 4.22 - Giá trị độ lún và Mômen nền bê tông trong Plaxis 3D Foundation ..... 95
Hình 4.23 - Giá trị độ lún và Mômen nền bê tông trong Plaxis 3D Foundation ..... 96
Hình 4.24 - Bố trí cọc theo hàng .............................................................................. 97
Hình 4.25 - Bố trí cọc theo tam giác ........................................................................ 97
Hình 4.26 - Vùng ảnh hưởng của cọc khi làm việc .................................................. 98
Hình 4.27 - a) Thiết bị tạo xung lực; b) Các đầu đo vận tốc; d) Thiết bị thu và hiện
thị tính hiệu .................................................................................................... 99
DANH MỤC BIỂU BẢNG
Bảng 2.1 Bảng tra hệ số k theo đặc trưng đất nền theo Phương pháp thiết kế và tính
tốn móng nơng.............................................................................................. 19
Bảng 2.2 - Bảng tra hệ số k theo đặc trưng đất nền theo Tiêu chuẩn xây dựng
TCXDVN 205:1998 và Qui trình 22TCN18-79. ............................................ 19
Bảng 2.3 - Hệ số k theo Phương pháp J.E. BOWLES. ............................................. 20
Bảng 2.4 - Bảng tra giá trị µ theo Vesic .................................................................. 21
Bảng 2.5 - Bảng tra các giá trị Nc; Nq; Nγ theo Terzaghi ........................................ 21
Bảng 3.1 - Số liệu kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường ..................................... 35
Bảng 3.2 - Kích thước mẫu khoan. ........................................................................... 42
Bảng 3.3 - Bảng số liệu nén mẫu ............................................................................. 43
Bảng 3.4 Bảng kết quả tính tốn .............................................................................. 43
Bảng 3.5 - Đặt trưng vật liệu các lớp đất ................................................................ 46
Bảng 3.6 - Đặc trưng vật liệu cọc vữa xi măng cát và bàn nén bằng bê tông .......... 47
Bảng 3.7 - Các bước gán tải vào phần mềm Plaxis 3D Foundation ....................... 47
Bảng 3.8 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 1................................................... 47
Bảng 3.9 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 20%................................................ 48
Bảng 3.10 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 2................................................. 49
Bảng 3.11 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 40%.............................................. 49
Bảng 3.12 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 3................................................. 49
Bảng 3.13 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 60%.............................................. 50
Bảng 3.14 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 4................................................. 50
Bảng 3.15 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 80%.............................................. 51
Bảng 3.16 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 5................................................. 51
Bảng 3.17 - Mơ đun biến dạng của đất khi tăng 100%............................................ 52
Bảng 3.18 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 6................................................. 52
Bảng 3.19 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 120%............................................ 53
Bảng 3.20 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 7................................................. 53
Bảng 3.21 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 140%............................................ 54
Bảng 3.22 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 8................................................. 54
Bảng 3.23 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 150%............................................ 55
Bảng 3.24 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 9................................................. 55
Bảng 3.25 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 160%............................................ 56
Bảng 3.26 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 10............................................... 56
Bảng 3.27 - Mô đun biến dạng của đất khi tăng 170%............................................ 57
Bảng 3.28 - Bảng kết quả phân tích từ Plaxis lần 11............................................... 57
Bảng 3.29 - Đặc trưng vật liệu các lớp đất .............................................................. 59
Bảng 3.30 - Đặc trưng vật liệu cọc vữa xi măng cát ............................................... 60
Bảng 3.31 - Các trường hợp chất tải vào phần mềm Plaxis 3D Foundation .......... 60
Bảng 3.32 - Kết quả tính tốn bằng Plaxis 3D Foundation..................................... 61
Bảng 4.1 - Tính sức chịu tải theo ma sát thân cọc ................................................... 68
Bảng 4.2 - Bảng kết quả tính lún .............................................................................. 76
Bảng 4.3 - Mô men ở giữa ô bản và giữa hai cọc trong các trường hợp ................ 82
Bảng 4.4 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính tốn ......................... 85
Bảng 4.5 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính toán ......................... 86
Bảng 4.6 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính tốn ......................... 87
Bảng 4.7 - So sánh tải trọng lên đầu cọc và sức chịu tải tính tốn ......................... 89
Bảng 4.8 - Đặc trưng vật liệu các lớp đất ................................................................ 90
Bảng 4.9 - Đặc trưng vật liệu cọc vữa xi măng cát ................................................. 91
Bảng 4.10 - So sánh độ lún giữa các phương pháp tính, trường hợp P1 =
1000kG/m2...................................................................................................... 92
Bảng 4.11 - So sánh nội lực trong nền bê tông giữa các phương pháp tính , trường
hợp P1 = 1000kG/m2)..................................................................................... 93
Bảng 4.12 - So sánh nội lực trong nền bê tông giữa các phương pháp tính , trường
hợp P2 = 2000kG/m2 ...................................................................................... 94
Bảng 4.13 - So sánh nội lực trong nền bê tông giữa các phương pháp tính , trường
hợp P3 = 3000kG/m2 ...................................................................................... 95
Bảng 4.14 - So sánh nội lực trong nền bê tơng giữa các phương pháp tính , trường
hợp P4 = 3500kG/m2 ...................................................................................... 96
Bảng 4.15 - Kết quả tính tốn cọc vữa xi măng - cát……………………………….101
Bảng III.1 - Sức chịu tải tính tốn cọc vữa xi măng - cát ………………………….102
Bảng III.2 - Kết quả tính tốn cọc vữa xi măng - cát ……………………………...103
[1]
PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:
Việc xây dựng cơng trình trên nền đất yếu đặt ra cho kỹ sư ngành Địa Kỹ
Thuật những thách thức lớn, đặc biệt là xây dựng những cơng trình chịu tải trọng
lớn, tải trọng động như cơng trình cảng, cơng trình giao thơng.v.v… cũng như các
cơng trình chịu tải trọng vừa và nhỏ như nhà kho, nhà xưởng.v.v…
Có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu như gia tải trước bằng cọc cát hoặc
bất thấm, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi, cọc bêtông, sàn giảm tải v.v…,
nhưng giải pháp cọc xi măng cát tiết diện nhỏ là chưa phổ biến ở Việt Nam, và cũng
chưa có quy trình quy phạm để hướng dẫn áp dụng.
Việc nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng cát tiết diện nhỏ để xây dựng nhà
kho, nhà xưởng trên nền đất yếu tại Thành Phố Cần Thơ là rất cần thiết.Nhà kho,
nhà xưởng tại Thành Phố Cần Thơ thường có tải trọng khơng lớn và việc chọn giải
pháp gia cố nền sao cho đạt ba tiêu chí về ổn định, kính tế và thời gian là rất quan
trọng. Giải pháp cọc vữa xi măng cát với đánh giá ban đầu đã đạt được ba tiêu chí
trên. Tuy nhiên, cần nghiên cứu đánh giá kỷ hơn để giải pháp trên thực sự đáp ứng
được yêu cầu thực tế.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:
Mục tiêu đê tài: Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát tiết diện nhỏ
để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại Thành Phố Cần
Thơ.
Cụ thể nghiên cứu, giải quyết các vấn đề sau:
- Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu tải cọc vữa
xi măng - cát
- Phân tích và lựa chọn phương pháp tính tốn cho cơng trình thực tế.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
-
Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu tổng quan về cọc vữa xi măng cát,
các lý thuyết tính tốn sức chịu tải cọc, sức chịu tải nền.
-
Phương pháp phần tử hữu hạn FEM: cơng cụ chính được sử dụng là phần
mềm Etabs 9.7 và Plaxis 3D Foundation.
[2]
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI:
Phương pháp thi công cọc vữa xi măng cát bằng cách dùng lực nén để đưa mũi
khoan xuống sâu đưới đất mà không lấy đất lên, làm cho đất xung quanh lỗ khoan
bị nén chặt hơn từ đó tăng sức chịu tải của cọc cũng như sức chịu tải chung của đất
nền và cọc. Với nhận định ban đầu như vậy, đã đặt ra vấn đề nghiên cứu về cọc vữa
xi măng cát để ứng dụng xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại
thành phố Cần Thơ.
Từ lý do nêu trên, luận văn “Nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng - cát
tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại
Thành Phố Cần Thơ” tác giả áp dụng các tính tốn theo lý thuyết kết hợp với thực
nghiêm và mơ phỏng nhằm đưa ra các kết luận để làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp
theo.
5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:
Đề tài giới hạn nghiên cứu giải pháp cọc vữa xi măng cát tiết diện nhỏ để xử lý
nền đất yếu trong xây dựng nhà kho, nhà xưởng tại thành phố Cần Thơ.
Giải pháp cụ thể để làm nền là:
+ Gia cố nền đất yếu bằng cọc vữa xi măng cát.
+ Đổ nền bằng bê tông cốt thép (tuỳ theo từng địa chất và tải trọng cơng trình
cụ thể mà chọn chiều dày nền bê tông cốt thép, chiều dài cọc, khoảng cách giữa các
cọc, mác cọc cho hợp lý.)
6. CẤUTRÚC CỦA ĐỀ TÀI:
Với những mục tiêu và phương pháp nêu trên, nội dung của đề tài gồm các
phần chi tiết sau đây:
- Phần I: Mở đầu
- Phần II: Nội dung
- Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn
- Chương 3: Ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation phân tích sức chịu
tải cọc vữa xi măng – cát.
- Chương 4: Phân tích và lựa chọn phương pháp tính tốn cho cơng trình
thực tế.
- Phần III: Kết luận và kiến nghị.
[3]
PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ CỌC VỮA XI MĂNG CÁT:
Nền đất ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cưu Long nói chung, thành phố Cần Thơ
nói riêng tương đối yếu, có nơi rất yếu. Để xử lý nền đất yếu này đã có nhiều giải
pháp được nghiên cứu áp dụng như: cọc tràm, thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát,
cọc vôi, cọc đất vôi, cọc cát-xi măng-vôi, gia tải trước kết hợp bấc thấm, giếng cát,
cọc cát.v.v. các giải pháp trên đều có ưu điểm và nhược điệm của nó.
Các cơng trình nhà xưởng, nhà kho với tải trọng vừa và nhỏ cần có một giải
pháp xử lý nền hợp lý về mặt kỹ thuật, kinh tế và thời gian thi công đã đặt ra cho
các kỹ sư ngành địa kỹ thuật không ngừng nghiên cứu để sáng tạo ra các giải pháp
xử lý nền mới, có tính thực tiễn cao.
Tác giả dựa vào nghiên cứu về cọc xi măng cát của Ths. Lê Quang Ngọc để
làm cơ sở nghiên cứu cho đề tài. Cụ thể nghiên cứu của Ths. Lê Quang Ngọc như
sau:
-
Ứng dụng cọc vữa - xi măng cát để xử lý nền đất yếu công trình Nhà Máy
Chế Biến Thuỷ Sản Cổ Chiên.
-
Địa điểm xây dựng: Khu Cơng Nghiệp Trà Nóc, Phường Phước Thới,
Quận Ơ Môn, Thành Phố Cần Thơ.
-
Giải pháp kết cấu nền sau khi hoàn thiện theo dự kiến:
Theo thứ tự từ dưới lên tới nền hồn thiện:
+ Đất tự nhiên có gia cố cọc xi măng cát.
+ Cát san lấp 2m có gia cố cọc xi măng cát.
+ Dal dày 10cm có bố trí 1 lớp thép d6a150.
-
Hoạt tải sử dụng của nền là 1000kG/m2
-
Số liệu địa chất: dựa vào số liệu khảo sát của Công Ty CPTS Cổ Chiên
cung Cấp.
-
Với số liệu và yêu cầu như trên, tác giả đã sử dụng phương pháp cọc vữ xi
măng cát với một thí nghiệm bàn nén hiện trường để kiểm chứng như sau:
+ Đường kính cọc: d = 200mm.
+ Chiều dài cọc: L = 8m.
[4]
+ Khoảng cách giữa các cọc là: s = 0,8m. Như vậy mỗi cọc sẽ chịu áp lực
cho diện tích là 0,64m2 nền kho.
+ Mác vữa được thiết kế theo tỉ lệ Mac 100. Nghĩa là để tạo ra 1m3 vữa
phải dùng 410 Kg xi măng PCB 30 + 1,06 m3 Cát vàng + 260 lít nước.
+ Quy trình thi công cọc xi măng cát:
Bước 1: Định vị máy khoan. Chiều cao tháp dẫn hướng khoan 2,6m
Hình 1.1: định vị máy khoan vào vị trí cọc
Bước 2: Tạo lỗ khoan:
Hình 1.2: Tạo lỗ khoan
[5]
Vừa khoan xoay, vừa ép để đưa mũi khoan vào đất đến độ sâu thiết kế, tức là
tạo lỗ khoan bằng cách ép đất ra xung quanh mà không phải lấy đất lên
Bước 3: Bơm vữa vào hố khoan
Hình 1.3:Bơm vữa vào lỗ khoan
Vừa rút cần khoan vừa bơm vữa vào để lấp đầy hố khoan, đồng thời xoay
mũi khoan để trộn đều vữa.
Bước 4: Hồn thành cọc:
Hình 1.4: Hồn thành cọc
Bơm đầy vữa vào lỗ khoan, cọc hoàn thành.
[6]
1.2. MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN TƯƠNG TỰ:
1.2.1 Cọc tre, cọc tràm:
Cọc tre và cọc tràm là giải pháp cơng nghệ mang tính truyền thống để xử lý
nền cho cơng trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu, nền đất luôn luôn ở trạng thái
ẩm ướt. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 2,5-6m được đóng để gia cường nền đất với
mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 1630 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2. Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ
lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính tốn theo thơng lệ.
Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi
phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ.
1.2.2 Cọc cát:
Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ chặt cho đất yếu, cọc cát hoặc cọc đá đã
đầm chặt được sử dụng.Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử
dụng cơng nghệ đầm trong ống chống. Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để
xây dựng một số cơng trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phịng và Vũng Tàu.
Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc.
Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có
sức chịu tải tới hạn là 60KN. Hệ số an tồn bằng 1,5 có thể được sử dụng. Khác với
các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc cừ tràm, cọc tre...) là
một bộ phận của kết cấumóng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất
nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát.
Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát
làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá
trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất được ép chặt do ống thép
tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị
ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý;
Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các
loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày >
3m.
[7]
1.2.3. Cọc vôi và cọc xi măng đất:
Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn,
bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão. Việc sử dụng cọc vơi có những tác dụng
sau:
- Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vơi sẽ tăng lên 20% làm
cho đất xung quanh nén chặt lại.
- Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho
nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt.
- Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất
giảm 5-8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5-3 lần.
Việc chế tạo cọc xi măng đất cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô
chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ
vào xilô để đảm bảo ximăng khơng bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều
< 0,2mm, để khơng bị tắc ống phun. Hàm lượng ximăng có thể từ 7-15% và kết quả
cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao
hơnđất bùn gốc sét.Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất
nền tăng lên từ 4-5 lần so với khi chưa gia cố.Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đấtximăng này để xử lý gia cố một số cơng trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại
cọc đất-ximăng này để gia cố nền là rất tốt.Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển
được dùng để chế tạo cùng đất xi măng và đất vôi.
Các kết quả nghiên cứu trong phịng thí nghiệm và áp dụng hiện trường cho
thấy.Cọc đất vơi và đất xi măng đóng vai trị thốt nước và gia cường nền.Đây là
giải pháp cơng nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu.Các chỉ tiêu về cường độ,
biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt
và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng.Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện
Việt Nam so với vôi. Tỷ lệ phần trăm thường dùng là 8 – 12% và tỷ lệ phẩn trăm
của xi măng là 12 – 15% trọng lượng khô của đất. Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng
thi cơng cọc đất xi măng.Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng
cọc.Cọc đất xi măng được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp,
nền đê...Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất vôi.
[8]
1.3. CÁC QUAN NIỆM TÍNH TỐN NỀN BÊ TƠNG CỐT THÉP CÓ GIA
CỐ BẰNG CỌC VỮA XI MĂNG CÁT:
1.3.1. Quan niệm cọc chịu tải hoàn toàn:
Tại nước ta, trong thực hành thiết kế nền hoặc móng bê tơng cốt thép có gia
cố bằng cọc bê tơng cốt thép, thường quan niệm tồn bộ tải trọng cơng trình do các
cọc tiếp nhận. Đóng góp của đất nền thường bị bỏ qua, kể cả khi đáy nền bê tông
hoặc đáy đài tiếp xúc với nền đất. Đây là quan niệm thiết kế rất thiên về an tồn, vì
thực tế đài có truyền một phần tải trọng xuống đất nền.
Quan niệm trên có thể áp dụng khi thiết kế những nhóm cọc nhỏ, có kích
thước đáy đài khơng đáng kể so với chiều dài cọc. Vì khi ấy vùng ứng suất tăng
thêm trong nền do áp lực đáy đài gây ra nhỏ, ít ảnh hưởng đến sự làm việc của các
cọc.
Tuy nhiên, nếu bỏ qua sự làm việc của đất nền khi thiết kế nền bằng bê tông
sẽ dẫn đến sự mô tả không đúng sự phân phối tải trọng lên các cọc và độ lún của
nền.
1.3.2. Quan niệm nền đất và cọc làm việc đồng thời:
Theo quan niệm này, hệ kết cấu nền bê tông - cọc đồng thời làm việc với đất
nền theo một thể thống nhất, xét đến đầy đủ sự tương tác giữa các yếu tố đất-nền bê
tông-cọc. Ở đây, các cọc ngồi tác dụng giảm lún cho cơng trình, cịn phát huy hết
được khả năng chịu tải, do đó cần ít cọc hơn, chiều dài cọc nhỏ hơn. Khi cọc đã
phát huy hết khả năng chịu tải, thì một phần tải trọng còn lại sẽ do phần đất nền
chịu và làm việc như nền bê tông trên nền thiên nhiên.
1.3.3. Nhận xét:
Quan niệm thiết kế thứ nhất thiên về an tồn, nhưng khơng kinh tế, nên áp
dụng khi cơng trình có u cầu cao về khống chế độ lún hay nền đất bên dưới nền
bê tông rất yếu và cọc đã xuyên qua lớp đất cứng.
Quan niệm thiết kế thứ hai, tận dụng được khả năng chịu tải của cọc và nền
đất, nên trường hợp cơng trình khơng có yêu cầu quá cao về độ lún, có thể sử dụng
để tăng tính kinh tế.Trương hợp này nên được áp dụng khi cọc nằm hoàn toàn trong
lớp đất yếu.
[9]
CHƯƠNG 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN
2.1 CÁC QUY ĐỊNH CHUNG
Cọc vữa xi măng cát tiết diện nhỏ được thi công bằng phương pháp vừa
khoan xoay, vừa ép để đưa mũi khoan vào đất đến độ sâu thiết kế, tức là tạo lỗ
khoan bằng cách ép đất ra xung quanh mà khơng phải lấy đất lên sau đó bơm vữa xi
măng vào lỗ khoan.
Cọc Vữa xi măng có mác nhỏ thường nhỏ hơn 150, tùy từng mác vữa mà tỷ
lệ pha trộn xi măng- cát – nước khác nhau.
Cọc được tính tốn theo hai trạng thái giới hạn sau:
Trạng thái giới hạn thứ nhất theo khả năng chịu tải của cọc trong đất
nền, độ bền của kết cấu cọc và nền bên trên. Tính tốn theo trạng thái này
ứng với tải trọng tác dụng tính tốn, có xét đến các chỉ tiêu tính tốn của đất
và cường độ tính tốn của vật liệu làm cọc.
Trạng thái giới hạn thứ hai theo độ lún của nền cọc do tải trọng
thẳng đứng gây ra, đặc biệt là độ lún lệch. Sự hình thành và mở rộng vết nứt
trong cọc bê tông cốt thép, độ lún ảnh hưởng qua lại của cơng trình mới và
cơng trình lân cận.
Tính tốn móng cọc và nền đất theo trạng thái giới hạn cần đảm bảo các điều
kiện:
Khi tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ nhất:
Pm ≤ Qa
(2.1)
Trong đó :
Pm : tải trọng tính tốn trên một cọc của cơng trình truyền xuống
Qa : sức chịu tải tính tốn của cọc
Khi tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ hai:
S ≤ Sgh
(2.2)
S ≤ Sgh
(2.3)
i ≤ igh
(2.4)
[10]
Trong đó:
S và Sgh : độ lún và độ lún giới hạn
S và Sgh :độ lún lệch và độ lún lệch giới hạn
i và igh : góc xoay và góc xoay giới hạn
Khi tính tốn sức chịu tải của cọc cần tính hai thành phần: sức chịu tải của
vật liệu làm cọc, sức chịu tải do ma sát giữa đất với cọc và sức chịu tải mũi cọc.
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỌC ĐƠN.
2.2.1 Sức chịu tải của vật liệu làm cọc:
Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo khi
cọc bị nhổ, sức chịu tải của cọc có thể tính tốn được theo cơng thức sau:
QVL = φ*Ap*Rb
(2.5)
Trong đó:
QVL: sức chịu tải của cọc theo vật liệu.
Ap: diện tích tiết diện ngang của cọc (có trừ phần diện tích thép trong
cọc).
Rb: cường độ chịu nén tính tốn của vật liệu làm cọc.
φ: hệ số ảnh hưởng bởi độ mảnh cọc.
2.2.2 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền:
Qa
Trong đó:
QS
FS
QP
FS
S
(2.6)
P
Qa: sức chịu tải trọng nén cho phép của cọc (T)
Qs: sức chịu tải cực hạn do ma sát bên của cọc đơn (T)
QP: cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc (T)
FSS=2: hệ số an tồn cho ma sát biên của cọc (FSS=1,5÷2)
FSP=3: hệ số an toàn cho sức chống tại mũi cọc (FSP=2÷3)
-
Tính sức chịu tải cực hạn do ma sát thân cọc:
Trong đó:
Qs
f si * u i * l i
(2.7)
fsi: Ssức chịu tải cực hạn do ma sát bên ở lớp đất thứ i
f si c ai h .tg a
'
(2.8)
[11]
Với cai là lực dính giữa thân cọc và đất ở lớp đất thứ i (T/m2).
σ'h là ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vng góc mặt bên cọc
(T/m2)
’h = KS*z(tb)
(2.9)
KS = (1-sin’) hệ số áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh.
z = i.hi ứng suất của đất theo phương đứng (T/m2)
i: trọng lượng riêng lớp đất thứ i (T/m3)
hi: chiều dày lớp đất thứ i (m)
a: góc ma sát giữa cọc và đất (độ 0)
Lấy a= ’= : lấy bằng góc ma sát trong của lớp đất thứ i.
ui: chu vi tiết diện cọc tiếp xúc lớp thứ i (m).
li: chiều dài đoạn cọc cắm vào lớp đất thứ i (m).
-
Tính sức chịu tải ở mũi cọc:
QP=AP.qP
(2.10)
Trong đó:
AP: diện tích tiết diện mũi cọc.
qP: cường độ chịu tải của đất nền dưới mũi cọc.
qP=cNc+ ’vp.Nq+ .dp.N
(2.11)
Với: Nc, Nq, N là hệ số sức chịu tải, phụ thuộc vào góc ma sát trong
của đất.
c là Lực dính trong đất tại độ sâu mũi cọc.
’vp là ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc
do trọng lượng bản thân đất.
là dung trọng có kể đến đẩy nổi của lớp đất tại mũi cọc.
dp là đường kính mũi cọc (cọc trịn)-cạnh cọc (cọc vuông).
2.2.3 Sức chịu tải cho phép của cọc đơn, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền:
Qa
Trong đó:
Q tc
K
S
Qa: Sức chịu tải cho phép tính tốn theo đất nền
Qtc:Sức chịu tải tiêu chuẩn tính theo đất nền của cọc đơn;
(2.12)
[12]
Ktc: Hệ số an toàn phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc ma sát thi cơng bằng phương pháp
đóng có bề rộng tiết diện đến 0,8m, chịu tải trọng nén, được xác định
theo công thức:
Q tc m ( m R q p A p u m
f
f si l i )
(2.13)
Trong đó:
qpvà fs- cường độ chịu tải ở mũi và ma sát bên của cọc.
mR, mf: Hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc và ma sát ở mặt
bên có kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc.
2.2.4 Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học đất nền:
-
Tính sức chịu tải do ma sát xung quanh cọc:
Thành phần Qs có thể xác định bằng cách tích phân lực chống cắt đơn vị fs
của đất – cọc trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chống cắt này cho bởi
biểu thức Coulomb:
fs = ca + σ’htgφa = ca + Koσ’vtgφa
(2.14)
Trong đó:
ca:Lực bám dính giữa cọc và đất
φa: góc ma sát giữa cọc và đất.
’h:ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên của cọc, tính theo cơng
thức σ’h =Ksσ’v = Koγ’z
Ko: hệ số áp lực ngang, hệ số này rất khó xác định chính xác. Có
nhiều cách khác nhau trong việc ước lượng giá trị hệ số áp lực ngang:
Ngồi ra cịn có các phương pháp khác như : Phương pháp α, phương pháp
β, phương pháp λ, phương pháp Nordlund, phương pháp Coyle – Castillo, phương
pháp xác định thành phần ma sát xung quanh cọc Qs theo thí nghiệm hiện trường,
trong luận văn này khơng đi sâu vào tính sức chịu tải nên khơng đề cập đến.
-
Tính sức chịu tải ở mũi cọc:
a) Theo phương pháp Terzaghi:
Là phương pháp cổ điển nhất ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi và Peck
đề nghị sử dụng các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công
