MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện trường được xem là đáng tin cậy để đánh gia sức chiu tai của cọc sau khi thiết kế và thi công hạ cọc. Trong thực té, gia tri tai trong lớn nhất được chon dé thi nghiệm nén tinh cọc, căn cứ vào suc chịu tai cho phép được lấy từ hỗ sơ thiết kế. Tuy nhiên, phần lớn kết quả phân tích thí nghiệm nén tĩnh cọc cho thay sức chiu tải cực han của cọc tại hiện trường lớn hơn dang kế so với giá trỊ tính toán từ hồ sơ thiết kế.
Do đó, kết quả nén tinh cọc thường chưa đạt đến gia tri cực hạn. Trong rất nhiều các công trình xây dựng, các thí nghiệm thử tĩnh cọc được tiến hành một cách nhanh chóng sau khi cọc được hạ vào trong đất vì có sự ràng buộc về thời gian xây dựng công trình. Sức chiu tải cọc có được từ kết quả thử tĩnh cọc được xem như là sức chịu tải cọc lâu dài. Trong quá trình thì công hạ coc, đất nền xung quanh cọc bị xáo trộn, tại vùng này giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư gia tăng đáng kể, bên cạnh đó vùng đất dưới mũi cọc bị nén ép chặt và gây phản lực lên đầu cọc.
Quá trình tiêu tan áp lực nước lễ rỗng thang dư do quá trình cô kết lại của vùng đất xung quanh cọc sẽ làm gia tăng ứng suất hữu hiệu, làm gia tăng sức chịu tải của cọc theo thời gian. Đề tải luận văn “Mô phóng đánh giá ảnh hưởng của quá trình thi công ép lên khả năng chịu tải của cọc” được đặt ra nhằm mô phỏng quá trình thi công ép và ảnh hưởng của nó đến sức chịu tải của cọc theo thời gian. Kết quả phân tích từ mô phỏng kết hợp với kết quả phân tích từ thí nghiệm nén tĩnh cọc có thể cho phép rút ra các nhận xét về sức chịu tải cực hạn của cọc theo ly thuyét, la cơ sở dé dự đoán được sức chịu tải cọc ở giai đoạn thiệt kê ban dau. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Phan tích, đánh giá một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng quá trình hạ cọc lên sức chịu tải của coc; - M6 phỏng phân tích ứng xử của đất nền xung quanh và dưới mũi cọc sau khi hạ cọc băng phương pháp ép; - M6 phỏng đánh giá khả năng chịu tải của cọc sau khi ép; - _ Phân tích, so sánh với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc hiện trường.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài - _ Đối tượng của đề tài: Đề tài tập trung mô phỏng cọc thi công băng phương pháp đóng hoặc ép trong nên sét bão hòa nước; mô phỏng va phân tích thí nghiệm nén tinh coc - Pham vi nghiên cứu của dé tài: + Đề tài chi mô phỏng cho một cọc đơn, thực tế với một số lượng cọc lớn ngoài công trường khi được hạ vào trong đất, vùng đất xáo trộn sẽ có sự khác biệt và quá trình tái có kết của vùng đất giữa các cọc cũng khác nhau rõ rệt, ảnh hưởng đến mức độ tin cậy của kết quả. + Trong thực tế thì không phải chỉ riêng trong tầng địa chất đất sét bão hòa nước ma cọc ép hoặc đóng còn được sử dụng trong các tang dia chất đất cát. Dé tài chỉ mô phỏng tại một công trình cụ thé, và lựa chọn tầng địa chất có các tầng đất sét để thay được quá trình tái cố kết lại của vùng đất xung quanh coc làm cho khả năng chịu tai của cọc tăng theo thời gian. + Đề tài mô phỏng đánh giá ảnh hưởng quá trình thi công ép lên khả năng chịu tải của cọc dựa trên quá trình tái cố kết xung quanh cọc là sự tiêu tán áp lực lỗ rỗng thang dư phát sinh trong quá trình hạ cọc va sự dịch chuyên của vùng đất xung quanh cọc, không xét được các yếu t6 khác như: mật độ cọc, kích thước coc, độ âm trung bình, độ bền của đất, cường độ sức chống cắt không thoát nước, ứng suất và biến dạng trong đất nên, sự thay đồi tính chất cơ lý của đất.
Phương pháp nghiên cứu - Tong hợp phân tích cơ sở lý thuyết về sự xáo trộn của nền đất xung quanh cọc trong quá trình thi công hạ cọc; - Phan tích, liệt kê, chọn lọc các dữ liệu cần thiết để cung cấp cho quá trình mô phỏng; - Phuong pháp phan tử hữu hạn, sử dụng phần mềm Plaxis 2D mô phỏng đánh giá; - _ Kết quả thí nghiệm nén thử tĩnh cọc để so sánh, đối chiếu với kết quả mô phỏng. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài mô phỏng quá trình thi công ép cọc và quá trình thử tĩnh cọc nhằm cung cấp các nhận định cho người thiết kế dé có thé tính toán sức chịu tải của cọc một cách thực tế hơn như phạm vi ảnh hưởng, khả năng gia tăng sức chịu tải coc theo thời gian trong nên sét bão hòa nước. Việc sức chịu tải của cọc gia tăng theo thời gian sau khi quá trình hạ cọc kết thúc sẽ giúp người thiết kế có kế hoạch thử tĩnh cọc hợp lí nhằm có được số liệu hiện trường phù hop nhất, mang lại sự tiết kiệm tối ưu đối với các công trình có mặt băng lớn và sử dụng cọc chiêm cho. TONG QUAN MOT SO KET QUA NGHIEN CUU ANH HUONG QUA TRINH HA COC LEN SUC CHIU TAI CUA COC Sức chịu tải coc thường được dự đoán bang các công thức khi coc ở trang thai tĩnh và sau cùng được kiểm tra băng thí nghiệm thử tải cọc.
Thông thường các thí nghiệm thử tải được tiến hành sau khi hạ cọc sau một khoảng thời gian 6n định theo qui định của tiêu chuẩn. Sức chịu tải từ thí nghiệm thử tải được giả thiết là sức chịu tải lâu dài. Tuy nhiên trong quá trình hạ cọc, đất xung quanh thành cọc và bên dưới mũi cọc bị xáo trộn, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được hình thành. Phụ thuộc vào hệ số thắm của tầng đất, thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư không giống nhau.
Sức chịu tải của cọc có thé được đánh giá thấp nếu thí nghiệm thử tải được tiễn hành trong khi vẫn còn duy trì một lượng đáng kế áp lực nước lỗ rỗng thang dư. Sức chịu tải coc cùng với cường độ đất xung quanh sẽ tăng lên nhờ quá trình cố kết lại. Hiện tượng nay phố biến cho đất cho hệ số thâm bé, đất bùn, đất sét. Đối với đất sỏi sạn, hệ số thâm cao, quá trình tiêu tán áp lực nước lễ rỗng thặng dư diễn ra vài giờ đến vài ngày, một số tài liệu chỉ sức chịu tai của cọc cũng có xu hướng tăng [1].
Anh hưởng của quá trình hạ cọc trong đất sét Công thức xác định sức chịu tai ở trạng thái tinh được phat triển dựa trên kinh nghiệm và không dễ dàng áp dụng một cách rộng rãi do chúng ta không hiểu được quá trình căn bản của nó. Cần có nhiều kiến thức tìm hiểu về sự thay đổi đất trong và sau khi thi công cọc, các thông tin nay rat giới han, it nhất dựa trên sự quan sát và đo đạc ngoài hiện trường. - Việc đóng cọc vào đất nên sẽ làm cho dat bị xáo trộn thé hiện đặc trưng qua những thông SỐ VỀ: SỨC chồng cắt, độ âm, độ sệt, tính nén lún. Để đánh gia sự xáo trộn của đất khi đóng cọc, Fellenius và Samson (1976) có dé cập về một nghiên cứu thí điểm được thực hiện vào năm 1974 trên 13 cọc 300 (12 inch).
Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá sự xáo trộn của đất sét biên nhạy cảm bang cach: + Do những thay đôi của sức chống cắt, tính nén lún và áp lực nước lỗ rỗng trong dat; + Do muc do phuc hồi điều kiện ban đầu theo thời gian sau khi đóng cọc; 5 + Theo dõi các chuyển động theo chiều doc và bên hông trong các cọc trong cùng nhóm cọc do việc đóng các cọc xung quanh; + Xác định khu vực chịu ảnh hưởng bằng cách đo độ chuyển vị chiều dọc va ngang: những thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng. Theo kết quả của bài báo, những nhận xét chính được rút ra như sau : + Chuyển vị của nhóm cọc đóng trong đất sét có độ nhạy với khoảng cách cọc tối thiểu bằng 5 lần đường kính sẽ có ít ảnh hưởng lên đất nền giữa các cọc, ngoại trừ vùng đất vành xuyén xung quanh coc đã bị xáo trộn; + Đóng cọc làm giảm 15% cường độ chống cắt, và 30% độ chối cọc. Độ bên và độ chối mat đi sẽ được phục hồi 1 phần sau khoảng thời gian là 3 tháng: + Phương pháp quan trắc chỉ ra rằng cọc trong nhóm cọc đóng bị dịch chuyển với độ lớn 175 mm (7 inch) sau khi cọc được đóng thêm vào; + Khi đóng cọc thì đất bị trôi lên theo phương đứng với giá trị là 450 mm (18 inch) hoặc băng 15% lượng đất bị chiếm chỗ. Đất bị trồi lên giảm nhanh theo khoảng cách giữa các cọc trong nhóm; + Chuyên vị của đất theo chiều dọc và ngang trong phạm vi bên ngoài nhóm cọc theo hình nón, với đỉnh năm ở mũi cọc và nghiêng theo một góc 23 độ theo chiều của nhóm cọc.
Trong nhóm cọc thì hình nón giao với cọc với khoảng cách là 40 lần đường kính cọc, nón chiếm hơn 80% khối lượng đất bị chiếm chỗ; + Áp lực nước lỗ rỗng tối đa được đo tại vị trí 6 m (20 ft) hoặc 20 lần đường kính cọc thi ap lực vượt quá 35% - 40% áp lực tong: + Sự phân bố của áp lực nước lỗ rỗng co bản tương tự như áp lực gia tăng do đóng. Sự ảnh hưởng của đóng cọc lên áp lực nước lỗ rỗng tại 15 m (50 ft) hoặc 50 lần đường kính cọc là rất nhỏ cũng giống như sự gia tăng của áp lực nước lỗ rỗng: + Hầu hết áp lực nước lỗ rỗng tối đa đều tiêu tán hết sau 8 tháng đóng cọc. Mô hình phan tử hữu hạn 3D dé mô phỏng quá trình đóng cọc va ảnh hưởng của nó lên nên đất xung quanh đã được S.Henke và Grabe mô phỏng vào năm 2005. SOVI Ave Cot, 75%) `= 3 ° Hình 1.
Mô phỏng cọc ở độ sâu 4m vào nên đất - Mark R. Svinkin (2006) đã nghiên cứu một số trường hợp dịch chuyền của đất nên trong quá trình ha cọc: + Trong đất rời, đất bị nén chặt và sụt lún về sau; + Trong đất sét mém đến dẻo mềm, đất bị dịch chuyển đáng kể.