CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE CHUYEN VI NGANG Từ rất xưa con người đã biết dùng cọc gỗ đóng xuống sâu dé gánh đỡ những công trình có tải trọng lớn, hoặc các lớp đất trên bề mặt không đủ khả năng chịu tải trong trực tiếp. Trong quá trình phát triển các loại cọc kèm theo quá trình phát triển các loại phương pháp hạ cọc năm 1936 Kỹ sư người ý đã phát minh ra phương pháp cọc nhéi bê tông vào những lỗ khoan trong nên đất đã được khoan trước, cho đến nay có rất nhiều phương pháp tạo cọc nhdi bê tông tại chỗ có nhiều tiết diện khác nhau như hình tròn, hình chữ nhật ,cht I chữ H, được tạo bởi các lưỡi khoan ,gầu đảo .có ống vách va dung dung dich bentonite dé giữ ôn định thành vách. Có các loại cọc khác nhau như: cọc gỗ ,cọc thép,cọc bê tông, phân loại theo đặc tính chịu lực cọc chống (cọc chịu mũi), coc ma sat (cọc treo). Bên cạnh đó các công trình chịu tải trọng ngang lớn như tường chắn đất, bến cảng, m6 tru cau, nha cao tầng được xây dựng trên nền đất yếu thường được sử dụng coc để gánh đỡ vừa tải trọng đứng lẫn tải trọng ngang.
Dé gánh đỡ tải trọng ngang có thé dùng coc xiên có thể neo vào các điểm tựa vững chắc như tường cọc bản có neo, hay sử dụng cọc đứng có kích thước lớn. Xác định Momen và chuyển vị ngang dọc theo trục một cọc thăng đứng chịu tác dụng của 01 Momen Mẹ và lực ngang Hạ tại cao trình mặt đất đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Cũng như 6n định nền đất xung quang cọc này đã được Terzaghi dé cập tới trong bài báo cáo trong những năm 1950.1 Phân loại cọc Theo vật liệu làm cọc: Như cọc gỗ cọc thép,cọc bêtông cốt thép,hay cọc được phối hợp các vật liệu trên. Phân theo đặc tính chịu lực: cọc chịu mũi (cọc chồng), Coc ma sát,cọc treo).
Bên cạnh đó một số công trình chịu tải trọng ngang lớn như tường chăn đất ,mồ tru, trụ cầu.bến cảng được xây trong nên đất yếu thường được gánh đỡ tải trọng đứng và tai trọng ngang để gánh đỡ tải trọng ngang có thé dùng cọc xiên neo vào những điểm tựa vững chắc như tường có bản cọc có neo hay sử dụng cọc đứng có kích thước lớn. -4- Cách xác định momen Mạ; và lực ngang Hạ tại cao trình mặt đất đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Cũng như ồn định nên đất xung quang cọc này đã được Tezanghi dé cập đến những báo cáo trong những năm 1950.2 Một số cọc chịu tai trọng ngang thường gap 1.1 Cọc xiên Khi có tải trọng ngang lớn mà cọc đứng không đủ sức chịu tải trọng ngang có thé đóng cọc xiên .Khi tải trọng ngang đổi chiều do tải trong gió.tải trong xe thăng hoặc do nước chảy trong vùng có thủy triều có thé đóng cọc xiên 02 chiéu.D6 xiên có thể đạt 20% hoặc hơn tùy theo điều kiện của thiết bị hạ cọc Sức chịu tải cọc xiên có thể tính theo công thức: Qu=Q, A,tfs As (1.1) Trong đó : fs luc ma sát giữa đất và cọc ở độ sâu Z. có dạng fs= on’tg@ at+c’a (1.2) on’: ứng xuất pháp thang góc với mặt cọc ở độ sâu z Tại độ sâu này ta nhận thấy elipse ứng suất có 1⁄2 trục chiều dài là ứng xuất chính cực dai ov’, và 1⁄2 trục ngăn là ứng xuất cực tiểu oh’.
nên oh’ < ov’ bất chấp độ xiên của cọc là bao nhiêu. Do vậy để đơn giản tính toán và thiên về an toàn cọc có thé sử dụng công thức tính toán fs như coc thang đứng. Ơn tg@l a+c'a< Ís= on 'tg@ atc’a (1.3) cũng tương tự có thể sử dụng công thức tính toán sức chịu tải đơn vị của đất nền của mỗi cọc Q, của cọc thăng đứng để tính toán cho cọc xiên.2 Cọc Bản Thường được cấu tạo bằng thép và bê tông dự ứng lực có dạng bản,chữ z hoặc hình cánh cung nhằm tăng Momen khang,coc bản thường dùng dé làm tường chắn mỏng có neo hoặc không có neo. Cọc thường được hạ vào đất băng búa ép hoặc búa rung cọc bản BTCT dự ứng lực được hạ bang xối nước va hỗ trợ băng búa rung.
Cọc bản thép dễ thi công bang búa rung, chịu được lực ngang và lực neo lớn, nhưng dé bị ăn mòn trong môi -5~ trường nước. Trong khi đó cọc bản BTCT khó hạ vào nền đất nhưng chống ăn mòn rat tốt, thường dùng băng tải đối trọng ép xuống hoặc búa rung. Tâm chắn nước Tường chắn Tâm chắn nước Hình 1.1 Cọc barrette chống tải trọng ngang.3 Coc đứng chịu tải trong ngang va momen Cọc đứng chịu tải trọng ngang yếu hơn cọc xiên, nhưng trong thực tế thi công, đặc biệt đối với các công trình dân dụng và công nghiệp khó có khả năng làm cọc nghiêng vì điều kiện thiết bị không có, mặt khác ty lệ giữa tải đứng và tải ngang không lớn lắm nên cọc đứng được thiết kế dé chịu được tai trọng đứng và tải trọng ngang. Khi tiến hành thí nghiệm cọc chịu tải trọng ngang có đo đạc cân thận với các đầu đo ứng xuất bién dang do mặt bên cọc.
Kết qua cho thay cọc chịu tải trọng ngang bị phá hoại do một đoạn cọc ( ngàm trượt ) khá gần với mặt đất, điều này cho thấy cọc đứng chịu tải trọng ngang có Momen uốn cực đại năm gần đầu cọc và phần gách đỡ tải trọng ngang là chủ yếu do lớp đất trên mặt, nếu chúng quá yếu thì phải thay thế cọc khác hoặc chuyền sang cọc xiên.3 Phân tích kết quả tính toán cọc trong đất rời chịu tác dụng tải trọng ngang Trên cơ sở tính toán của nhiều nhà nghiên cứu có thé thay rang điểm quan trọng nhất trong tính toán cọc là hệ số chịu tải trọng ngang K. Hệ số này phụ thuộc vào nhiễu yếu tố như độ sâu. gia tri chuyén vi dac diém thay đôi đặc trưng cơ lý của đât nên và độ cứng chông uôn của cọc, kích thước cọc. -6- Kết quả tính toán cho thấy biểu đồ hệ số độ bên theo phương ngang theo độ sâu dưới tác dụng của lực ngang thường không lớn đối với cọc có độ cứng khác nhau có đặc điểm gần tuyến tính và có thể tính theo lý thuyết đàn hồi trong phạm vi (u/l<0.
ở đây U là giá trị chuyển vị ngang .L chiều dai cọc. Từ việc phân tích mối quan hệ giữa phản lực nên và chuyền vị gần giống nhau và có thê hiện băng một loại hàm sô với các thông sô khác nhau o, MPa o, MPa 0.2: Biéu đồ mối quan hệ giữa ứng xuất và chuyền vị Từ biéu đồ trên có rút ra một số nhận xét sau Biểu đồ o - u có tính chất phi tuyến ,va rõ ràng nhất là gần bề mặt. Các quan hệ theo độ sâu có dạng đường cong xa dan với trục tung, tương ứng chính là sự giảm dan hệ số nền theo phương ngang khi giá trị chuyển vị tăng. Các biểu đồ bién dạng có đường cong dan dan tiếp cận với giá trị áp lực nào đó.
Giá tri này tăng theo độ sâu. Khi tăng đường kính cọc tức là tăng diện chịu tai, giá tri phan lực giảm. Góc nghiêng ban đầu ky của biểu đồ o-u hay hệ số nên ban dau ty lệ nghịch với kích thước ngang của cọc. Phương trình đường cong biểu diễn quá trình phi tuyến phải phù hợp với kết quả thực nghiệm gần với thực tế và thỏa các điều kiện: thứ nhất đoạn đầu của đường cong o-u ( ở cấp tải trọng bé cần phải có độ chính xác cao đủ để mô ta phan biến dang dan hỏi thỏa điều kiện hàm hàm dơi/du khi u>0 thứ 2 biểu đồ biến dạng nhận đường cong năm ngang với giá trị tới hạn cho trước oy, làm đường tiệm cận.
-7- Đối với đất rời theo một số tác giả quan hệ giữa chuyền vi va phan lực theo phương ngang được biêu dién băng biêu thức sau o(Z)= „„ (Z) ko uz) (1. Áp lực ngang giới hạn lên đất nền và hệ số độ bền là những thông số đầu vào cơ bản của đường cong của mối quan hệ u-Ø. Kết quả tính toán cho thấy rằng hệ số độ bền ngang K giảm khi kích thước cọc tăng. Hệ số độ bền đầu ko (z)=lim (u,z) khi U > 0 được sử dụng cho các loại cọc có độ cứng khác nhau theo biểu đồ dạng tam giác theo độ sâu.
Giới hạn thang đứng của biểu đồ o-u bằng giá trị chuyển vị tương đối uo/I= 0.025 và xem biểu đồ thay đổi ko(z) theo độ sâu có dang tam giác. Xác định giá tri độ sâu của chúng tại Z=lm cho cọc loại A. với chuyền vị cho trước ta có Ky (z=Im)=49 N/cm3 .Nhân giá tri Ko và kích thước theo phương ngang cua cọc 4,9x27,3=1340 N/em2 giá trị Ky xd giao động trong phạm vi không đáng ké cho các loại cọc khác nhau trong nên cát. Đề thuận tiện chọn K,4.
Ko - hệ số phản lực ban đầu. Hệ số Kạ có thể được xem không đổi và không phụ thuộc vào đặc trưng cơ lý của đất nên cũng như tải trọng ngoài. Hệ số độ bền Ky tỷ lệ nghịch với kích thước cọc, điều này phù hợp với các giả thuyết của lý thuyết bán không gian đàn hồi tuyến tính và kết quả thực nghiệm.risa va một số tác gia khác cho rang Ko=Ko, x Z, (1.5) Trong đó : Ko;—gradient hệ số phan lực theo phương ngang phụ thuộc độ chặt của đất và dao động trong phạm vi từ 5 — 40 N/cm3. Có thể chọn giá trị hệ số nền thay thế cho giá tri Ko, trong tính toán áp dụng: Bang 1.1 Hệ số nền K cho các loại đất theo một số tác giả Tác giả Hệ số nên K (N/cm3) Cat rời Cát chặt vừa Cát chặt Độ am tự | Dưới Độ am tự | Dưới Độ âm tự | Dưới nhiên nước nhiên nước nhiên nước K.
Muller 1,8-2,8 0,6-1,8 3,5-11,0 | 2,2-7,3 13,9-27,7 | 8,8-17,5 Nghiên cứu su làm việc của cọc với gia tri chuyền vị lớn cho thây rang khi tăng giá tri chuyển vị ngang các lớp bên trên chuyển sang trang thái giới han va hình thành lăng trượt trồi. ở khu vực sâu hơn trong nên, đất không chuyền dịch lên bề mặt mà bị cắt bởi than cọc, bên dưới vùng này đất nền ở trạng thái nén chặt ( đặc trưng cho cọc dài). Những nhận xét kết luận trên phù hợp với kết quả thực nghiệm. Từ thực nghiệm Brome B.C và một số tác giả cho rằng sức kháng của đất phía trước cọc chịu tải trọng ngang khác với áp lực bị động tinh theo sơ dé cô điển.