Chương 1: Giới thiệu. Chương 2: Cơ sở tổng quan nghiên cứu. Chương 3: Nội dung của TCVN 10304:2014, tính sức chịu tải giới hạn cọc TCVN 9393-2012. Chương 4: Nội dung của Tiêu chuẩn Eurocode 7.
Chương 5: Xử lý số liệu, tính toán, so sánh kết quả:TCVN 10304:2014, Eurocode 7, phần mềm Plaxis 2D Chương 6: Kết luận và kiến nghị. Tài liệu tham khảo. 16 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH HIỆN TRƯỜNG BẰNG TẢI TRỌNG TĨNH ÉP DỌC TRỤC: Thí nghiệm nén tĩnh cọc được đánh giá cao ở nhiều nước, kể cả các nước tiên tiến như Mỹ, Pháp, Nhật… Mục đích thí nghiệm nén tĩnh: Thí nghiệm nén tĩnh cọc dùng để xác định sức chịu tải của cọc và thiết lập biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng. Thử tải đơn thuần là tìm kiếm những thông số nhằm xác định tính ổn định của nền đất độ rung lún sức chịu tải của cột tính đàn hồi.
Những số liệu thu thập trong giai đoạn này sẽ là cơ sở để các kỹ sư xây dựng tính toán kết cấu móng nền cho công trình. Thí nghiệm được tiến hành bằng phương pháp dùng tải trọng nén tĩnh ép dọc trục cọc sao cho dưới tác dụng của lực ép, cọc lún sâu thêm vào đất nền. Tải trọng tác dụng lên đầu cọc được thí nghiệm bằng kích thủy lực với hệ phản lực là dàn chất tải, neo hoặc kết hợp cả 2. Các số liệu về tải trọng, biến dạng, chuyển vị thu được trong quá trình thí nghiệm là cơ sở để phân tích, đánh giá sức chịu tải và mối quan hệ tải trọng, chuyển vị của cọc trong đất nền.“Qui trình nén tĩnh cọc theo TCVN 9393:2012”.
Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm Hình 2.1: Gia tải bằng kích thủy lực dàn chất tải và đối trọng làm phản lực [6] Hình 2.2: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng cọc neo làm phản lực [6] 17 Hình 2.3: Gia tải bằng kích thủy lực, dùng dàn chất tải và đối trọng kết hợp cọc neo[6] Hình 2.4: Sơ đồ bố trí hệ kích thủy lực và hệ đo đạc trong thí nghiệm nén tĩnh [6] Hình 2.5: Hình minh họa sử dụng đối trọng để nén tĩnh cọc [20] 18 Hình 2.6: Hình minh họa sử dụng neo để nén tĩnh cọc [20] Hình 2.7: Thi công cọc khoan nhồi [20] Sơ đồ thử tải xuất phát từ tính mô phỏng của “ổn định và động lực công trình” khi tìm giá trị P tới hạn. Trạng thái chịu lực cũng được chuẩn hóa bằng cách Tác dụng lực tập trung tĩnh, tác dụng đúng tâm – dọc trục, nghĩa là không có mômen và không có tác dụng động nhằm tạo ra bộ số liệu thuần khiết. Hiện nay, khi tính toán sức chịu tải của cọc, người thiết kế chủ yếu dựa vào số liệu từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và kết quả tính toán sức chịu tải của cọc còn khác nhiều so với thực tế. Các thí nghiệm trong phòng còn tồn tại nhiều hạn chế do điều kiện lấy mẫu hiện trường, vận chuyển và bảo quản mẫu cũng như việc tiến hành các thí nghiệm trọng phòng không có độ chính xác cao, nguyên nhân có thể là do thiết bị, con người… Sau khi tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo các cơ sở lý thuyết khác nhau, dẫn đến kết quả sức chịu tải của cọc sẽ khác nhau, làm cho việc xác định sức 19 chịu tải của cọc gần đúng với thực tế là một vấn đề khó khăn hiện nay đối với các nhà thiết kế.
Trước khi triển khai thi công các cọc một cách đại trà, các nhà thiết kế thường thiết kế một số cọc thử và sử dụng các phương pháp thí nghiệm hiện trường như: thí nghiệm nén tĩnh, thử động PDA, thí nghiệm Osterberg để xác định sức chịu tải của cọc, từ đó tiến hành thiết kế và thi công các cọc đại trà. Tuy nhiên, việc thực hiện các thí nghiệm nói trên là tương đối phức tạp và rất tốn kém. Do vậy, cần có thêm nhiều phương pháp tính toán khác để xác định sức chịu tải của cọc gần đúng với thực tế nhất, nhằm giúp cho người thiết kế có thêm nhiều cơ sở để xác định sức chịu tải của cọc. Quan hệ giữa P và S trong thử tải cọc : PTK Pgh Pmax P PVL P [T] 0 [S] Sgh Smax S S [mm] Trong mọi trường hợp đều cần tạo PVL lớn hơn tất cả các giá trị về P.
Thực tế cho thấy hiệu quả nhiều mặt rất đáng kể, khó có thể bỏ qua,vai trò quan trọng của Pmax. Theo nguyên tắc của Khoa học thực nghiệm, giá trị thật của Pgh phải ứng với chuyển vị S đạt đến TTGH được ký hiệu là S. Để có S, Pmax phải đạt P, tức gây phá hoại qui ước ở nền cọc. Chỉ cần sau đó một vài ngày, chất lượng đàn hồi của nền cọc sẽ được khôi phục (theo nguyên lý Reversible) và trở lại trạng thái làm việc bình thường.
Vì vậy, không nên e ngại trong việc chọn Pmax đủ lớn. Chỉ cần tạo điều kiện để cọc thí nghiệm có PVL > P. Đây là sự quan tâm có ý nghĩa lớn của các chủ đầu tư khi giao trách nhiệm cho các nhà sản xuất cọc [18]. Giá trị tải thí nghiệm Pmax đóng vai trò quan trọng, quyết định chất lượng của Pgh và tất cả các đặc trưng kế tiếp.
Để có độ tin cậy cao, Pmax= P. Nếu khai thác cọc với Pmax = P sẽ lợi hơn khi Pmax = 2PTK ; Pmax = 3PTK khoảng từ 15 – 20% chi phí móng cọc. Ngoài ra không nên thí nghiệm cọc ngoài móng gây lãng phí vì rất khó xảy ra phá hoại cọc (với điều kiện ở cọc thí nghiệm có PVL > Pmax) mà chỉ là “phá hoại qui ước” nền cọc mà thôi. Sau vài ngày, nền cọc được khôi phục và cọc sẽ vẫn được sử dụng như bình thường.
20 Nếu chọn Pgh quá bé so với thực tế sẽ làm tăng đáng kể chi phí móng cọc. Ngược lại, nếu chọn Pgh quá lớn, tuổi thọ công trình sẽ âm thầm rút ngắn. Vì vậy chọn Pgh phù hợp tùy thuộc vào kiến thức chuyên sâu của người làm công tác xử lý kết quả thí nghiệm.Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Cho đến nay, đã có nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu dựa trên lý thuyết được thực hiện nhằm dự đoán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi, theo nhiều quan niệm khác nhau như: Terzaghi, Meyerhof, Vesic… Hình 2. 8:Các giả thiết về mặt trượt của đất dưới mũi cọc [20] Một số công trình tiêu biểu có thể kể đến như: + Issa Shooshpasha1, Ali Hasanzadeh 2 and Abbasali Taghavi3 Babol Noshirvani “Dự đoán khả năng chịu Tải dọc trục của cọc theo chỉ số SPT và dựa trên phương pháp số” Đại học Kỹ thuật , Iran [14] Các Tác giả sử dụng dữ liệu chỉ số thí nghiệm SPT.
Xác định khả năng chịu lực của cọc, từ dữ liệu thử nghiệm tại chỗ như một bổ sung phân tích tĩnh và động được sử dụng bởi các kỹ sư địa kỹ thuật. Việc chấp nhận số liệu, tính toán phân tích các vấn đề địa kỹ thuật và phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng trong thiết kế cơ sở. Các Tác giả sử dụng các phương pháp tiếp cận khác nhau để ước lượng khả năng chịu lực của cọc từ dữ liệu SPT, so sánh kết quả tính toán của phương pháp số và thực nghiệm + Lianyang Zhang, Jin-Jian Chen “Ảnh hưởng của sự tương quan không gian của các dữ liệu thử nghiệm xuyên tiêu chuẩn(SPT), về khả năng chịu lực của cọc trong 21 cát”.Các Tác giả nghiên cứu, ảnh hưởng của sự tương quan không gian của các dữ liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn(SPT), về khả năng chịu Tải của cọc trong cát. Dey “Sự không chắc chắn trong việc dự đoán khả năng chịu tải của cọc trong đất cát, sử dụng dữ liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)”Các Tác giả nghiên cứu: Mức độ phân tán dữ liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ở đầu ra đã được xác định sẽ gián tiếp ảnh hưởng đến mức độ không chắc chắn trong việc sử dụng các mối tương quan khác nhau.[15] Có hai phương pháp tiếp cận chính, phương pháp trực tiếp và gián tiếp.
Phương pháp trực tiếp áp dụng các giá trị NSPT. Phương pháp gián tiếp sử dụng hệ góc ma sát và các giá trị sức kháng cắt không thoát nước, ước tính dựa trên dữ liệu từ các lý thuyết tính toán khác nhau. Bỏ qua sự tương quan không gian này sẽ đánh giá thấp khả năng chịu Tải của cọc và dẫn đến thiết kế không an toàn. Các kết quả của nghiên cứu này có thể được mở rộng hơn nữa để phân tích độ tin cậy của việc sử dụng các mối tương quan.
Tình hình nghiên cứu trong nước: Tại Việt Nam, một số công trình nghiên cứu về sức chịu tải cọc khoan nhồi. Trong đó có thể kể đến như: + Lâm văn Đức (2011) trong luận văn cao học “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam” ĐH Bách Khoa TpHCM. Tác giả phân tích ưu điểm và nhược điểm áp dụng tiêu chuẩn thiết kế Eurocode, tính sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở thí nghiệm nén tĩnh. [16] + Nguyễn Viết Tuấn(2014) trong luận văn cao học “Nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở thí nghiệm nén tĩnh theo tiêu chuẩn cơ sở 01:2011/sl và tiêu chuẩn Eurocode 7”.
ĐH Bách Khoa TpHCM. Tác giả nghiên cứu sức chịu tải cọc khoan nhồi theo phương pháp đồ thị, quan hệ Tải trọng – Độ lún trong thí nghiệm nén tĩnh, thiết kế cọc theo Eurocode 7 [18]. + Ngô Đình Sơn (2011) báo cáo đề tài “ Đánh giá sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn qua số liệu nén tĩnh trên địa bàn thành phố Đà Nẵng” Sở GTVT TP.Tác giả nghiên cứu, thống kê sức chịu tải thiết kế cọc khoan nhồi các công trình đã thực hiện 22 xong và so sánh với các cọc khoan nhồi đang thi công, tại địa bàn Thành phố Đà Nẵng. Sử dụng TCXD 205:1998, TCXDVN 269:2002, tính toán, mô hình trong Plaxis 3D.
So sánh các kết quả, đưa ra hệ số điều chỉnh giữa kết quả thực tế và trong tính toán của phương pháp giải tích, phương pháp số [19]. Các nghiên cứu trên chưa sử dụng mô hình tính toán trong phần mềm Plaxis 2D, đối xứng trục, mô hình Hardening Soil để có kết quả sai số gần với thực tế hơn. Chưa sử dụng mô hình nén phá hoại cọc trong phần mềm Plaxis 2D, đối xứng trục. Dự đoán Tải cực hạn, Tải phá hoại cọc trong giai đoạn thiết kế cơ sở.
23 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG CỦA TCVN 10304:2014,TÍNH SỨC CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỌC TCVN 9393-2012 3.