MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Móng cọc là loại móng phổ biến được sử dụng từ lâu trong xây dung các công trình. Biện pháp móng cọc cho công trình có tải trọng lớn, đặc biệt với những khu vực có cau tạo địa chất phức tap hay có lớp đất yêu trên bề mặt như khu vực thành phô Hồ Chí Minh và khu vực lân cận. Việc tính toán khả năng chịu tải cho cọc dựa trên các thí nghiệm hiện trường thường cho kết quả đáng tin cậy. Trong đó, việc sử dụng các thông số của kết qua thí nghiệm xuyên CPT, CPTu dé đánh giá khả năng chịu tải của coc phản ánh gần đúng bản chất của việc hạ cọc trong đất, giúp cho kết quả tính toán thiết kế khả năng chịu tải của cọc tương đối gần với kết quả thử tải thực tế.
Dữ liệu thu thập được từ kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh được thé hiện dưới dạng biểu đồ sức kháng mũi xuyên đơn vị và ma sát hông đơn vi theo độ sâu. Các biểu đồ này cho phép phân chia các đơn nguyên địa chất công trình (các lớp đất ) khá chính xác. Ngoài ra, giá trị sức kháng xuyên kết hop với các đữ liệu khảo sát còn cho phép phân loại đất cũng như đánh giá cường độ của đất theo độ sâu và giúp phát hiện các lớp thấu kính rất mỏng mà thí nghiệm khoan lấy mẫu thường không phát hiện được. Cho đến nay, thiết bị thí nghiệm xuyên tĩnh đã được cải tiễn nhiều lần nên cho phép thu nhận được các kết quả sức kháng xuyên đáng tin cậy.
Nếu thí nghiệm xuyên tĩnh CPT là thì nghiệm đơn giản, tiến hành nhanh chóng, kinh tế thi sau khi cải tiễn có thé đo được đồng thời sức kháng mũi, ma sát bên và áp lực nước lỗ rỗng vì vậy đã làm tăng độ chính xác trong phân chia địa tầng, đánh giá đặc trưng về cường độ và biến dạng của đất. Tổng hợp với các kết quả thực nghiệm khác, sau khi thu thập và phân tích số lượng lớn các kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh, nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng kết quả này như là các thông số phục vụ tính toán thiết kế nền móng công trình. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy trong quá trình đóng, ép thì đất xung quanh cọc bị nén chặt lại, vùng ảnh hướng xung quanh cọc trong quá trình đóng, ép là 1,5 D — 2D, của vùng dưới mỗi cọc là 5D — 8D, với D là đường kính cọc. Cọc có kích thước càng lớn thì vùng ảnh hưởng và xáo trộn xung quanh và dưới mũi cọc càng rộng, do đó, làm thay đôi các đặc trưng cơ lý và ảnh hưởng khả năng chịu tải của đất xung quanh và dudi mũi coc ảnh hưởng đến sức chịu tải cua coc Có thé sử dung kết qua thí nghiệm xuyên tĩnh dé đánh giá khả năng chịu tai của cọc có xét đến hiệu ứng kích thước.
Thực vậy, sự khác biệt đáng kê giữa kích thước cọc và kích thước mũi xuyên và vỏ xuyên có thể ảnh hưởng lên giá trị sức kháng don vi khi cọc chịu luc dọc trục. Nhằm tính toán các thông số đất dựa trên kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh một cách hợp lý cho môi trường địa chất của khu vực và xem xét ảnh hưởng của kích thước cọc lên sức kháng ma sát của đất xung quanh cọc, chúng tôi lựa chọn đề tai: “Phân tích ảnh hưởng kích thước trong tính toán kha năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm xuyên tinh” cho luận văn. Ý nghĩa khoa học của đề tài Việc sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thiết kế nền móng công trình, do đó đòi hỏi phải đánh giá lại một cách can thận các tương quan giữa sức kháng ma sát của thiết bị xuyên và sức chịu ma sát của cọc khi mà các cọc có đường kính khác nhau được đóng, ép vào trong đất. Việc phân tích kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh theo điều kiện địa chất cụ thể và kết quả thử cọc PDA (cho phép đánh giá ma sát thành và sức kháng mũi) với loại cọc có kích thước khác nhau giúp làm rõ thêm mối tương quan và khả năng chịu tải của cọc.
Từ đó, cho phép xác định ảnh hưởng của kích thước cọc lên kết quả tính toán thiết kế. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Sử dụng trực tiếp kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh trong công tác thiết kế nền móng dé tính toán sức kháng ma sát va sức kháng mũi của coc cho các cọc có đường kính khác nhau, sau đó so sánh với kết quả thử tải tĩnh thực tế của các cọc từ đó tìm ra hệ số tương quan do ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước lên sức chịu ma sát cũng như sức kháng mỗi của cọc. -3- Cơ sở và phương pháp nghiên cứu Tổng hợp phân tích trên cơ sở lý thuyết về khả năng nén chặt của đất xung quanh cọc trong quá trình thi công: sự thay đổi trạng thái ứng suất — biến dang của đất xung quanh cọc cũng như mũi cọc sau khi thi công. So sánh, đánh giá sự ảnh hưởng của kích thước cọc lên khả năng chịu tải cua CỌC.
Cơ sở dữ liệu phục vụ đề tài được thu thập từ số lượng lớn kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT và CPTu, kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh cọc cũng như kết quả xác định khả năng chịu tải từ thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA - Pile dynamic analysis). ANH HUONG CUA VIỆC HA COC VÀ HIỆU UNG KICH THUOC 1.1 Ảnh hưởng của việc đóng (ép) cọc đối với dat nền Khi đóng (ép) cọc vào trong đất sẽ gây cho đất xung quanh cọc bị xáo trộn và lèn ép bởi vì thê tích đất bị cọc chiếm chỗ. Việc đất bị lèn ép này sẽ làm cho đất xung quanh cọc bị thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng, đồng thời làm cho áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xung quanh cọc tăng nhanh, sau đó áp lực nước này thoát dan đi làm tăng khả năng chịu tải của cọc. Coc càng có đường kính lớn thi thê tích xung đất bị chiếm chỗ càng nhiều do đó mức độ lèn ép của đất càng tăng vì vậy mà ảnh hưởng của kích thước cọc tới đất càng nhiều.
Cọc chèn ép đất càng nhiều thì đất cũng càng bó chặt vào cọc và càng làm tăng khả năng chịu tải của cọc.2 Đá xưng quanh cọc bị xáo trộn và nén ép một phan sau khi ép (đóng) Chiều dài của cọc khác nhau, do đó mà cọc có thê xuyên qua các lớp đất khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của việc lèn ép xung quanh đất với các loại đất khác nhau cũng khác nhau. Khi cọc đóng (ép) vào đất cát, do hệ số thâm của đất cát khá lớn do đó mà áp lực nước lỗ rỗng thặng dư sẽ tiêu tán nhanh, đất sẽ mau chóng phục hồi và làm tăng sức chiu tải của cọc một cách nhanh chóng. Đối với cọc đi qua khu vực đất mềm yếu, đất sét nhạy, thi khi đóng ép vào đất làm cho đất bị chiếm chỗ, nhanh chóng giãn ra xung quanh sau đó phục hồi và lèn ép vào cọc làm tăng khả năng chịu tải của cọc. Việc phục hồi này phụ thuộc vào loại đất, mức độ xáo trộn cũng như tốc độ hạ cọc vào trong đất.2 Anh hưởng của việc đóng (ép) cọc vào trong đất dính [14] Khi đóng (ép) cọc vào trong đất dính bão hòa nước, do thé tích chiếm chỗ của cọc mà đất xung quanh cọc bị lèn ép và dịch chuyển ra xa tim cọc, thể tích của cọc cảng lớn thì khối đất này dịch chuyền càng nhiều và các phan tử đất này càng dịch chuyên ra xa thân cọc.
Nhưng khi áp lực nước lỗ rỗng này thoát đi thì khối đất xung quanh cọc bắt đầu phục hồi và làm cho áp lực ép ngang vào coc tăng lên đáng kê vi cọc được hạ vào trong dat yêu hau hét là cọc ma sat do đó việc -6- phục héi của đất xung quanh cọc có ý nghĩa đáng kể khi làm tăng khả năng ma sát của cọc. Kích thước cọc khác nhau thì vùng ảnh hưởng của đất xung quanh cọc khác nhau vì thế mà mức độ tăng áp lực ngang của đất đối với thân cọc cũng khác nhau làm cho ma sát ảnh hưởng đến cọc cũng khác nhau. Xét một cây cọc khi đóng vào tầng đất yếu bão hòa nước.3) mô tả ảnh hưởng của cọc tới đất xung quanh.3 Dat xung quanh cọc bị lèn ép và chuyển dich ra xa tim coc Ban đầu đất ở vị trí BCDE sau đó bị chuyển dich sang vi trí B’C’D’E’ hoặc từ FGHJ sang F’G’H’J’. Dat càng ở xa tim cọc thì càng bị đây ra xa do đó cọc có kích thước càng lớn thì vùng đất xung quanh càng bị ảnh hưởng do xáo trộn nhiều thì sức kháng ma sát giữa đất và cọc càng tăng lên.
Khi đóng ép cọc vào trong đất bão hòa nước với tốc độ khá nhanh do đó làm cho đất xung quanh cọc bi dich chuyên ra xung quanh mà không bị nén lại hoặc thể tích đất chỉ bị nén lại rất ít. Sau khi đóng ép cọc xong đất xung quanh cọc bắt đầu phục hồi và làm tăng khả năng chịu tải của cọc. Đất sét càng có độ nhạy lớn càng có khả năng phục hồi càng nhanh thì sức kháng ma sát càng mau chóng đạt được giá trị lớn.4) mô phỏng sự thay đổi độ bên cắt của đất xung quanh cọc theo thời gian khi mà cọc được hạ vào trong đât. | _— | S © | ` = | _ ‘or h! dị & A € | ba © ` wy | oO O's © © G = I Lm © L—i © sĩ _ TÚI Liêu be | ` bí S ~ | "` ~ Oo | «yp = | co “ Q , ` | | e › | | | oe i oN f m b | My Hình 1.4 Độ bén cắt của sét bão hòa nước trước và sau khi đóng cọc Trên hình 1.4, mô phỏng cọc có bán kính oa được đóng vào trong nên sét bão hòa nước.
Sự thay đôi của độ bên cắt của dọc theo chiều dai cọc va khoảng cách theo phương ngang cọc được thê hiện như hình obcd, trong đó o là gốc tạo độ. Đường A thé hiện độ bên cắt trước khi đóng cọc và cũng là thê hiện độ bên của đất sét khi còn nguyên dạng chưa bị xáo trộn. Độ bèn tại điểm b nào đó cách o một khoảng là đường be. Ngay sau khi đóng cọc, độ bên cắt biéu thị bằng đường B, sức khang cắt giảm dan tir phía gần cọc ra xa tim cọc.
