CHƯƠNG 1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SUC CHIU TAI CUA CỌC THEO LÝ THUYET VA TU KET QUÁ THÍ NGHIỆM NEN TĨNH COC 1.1 Sức chịu tải cọc theo vật liệu Cọc làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lệch tâm hoặc chịu kéo khi cọc chịu nh6é. Với cọc bê tông cốt thép, sức chiu tải cực hạn của cọc theo vật liệu xác định theo công thức thanh chịu nén có xét đến uốn dọc. Sự uốn dọc được xét như tính cột trong quá trình tính toán bê tông.1) Trong do : R,- suc chiu kéo hay nén cho phép cua thép Ra- sức chịu kéo cho phép của bê tông -hệ số xét đến sự ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh và theo thực nghiệm lay như sau (= 1,028-0.005542„ À— độ mãnh cua coc Hoặc ọ tra theo bang sau Bang 1.1 Hệ số độ mảnh h=l,/r | <14 21 28 35 42 48 55 62 69 h=1,/b | <4 6 8 10 12 14 16 18 20 0) 1.78 r- bán kính cọc tròn hoặc vuông d- bê rộng của tiệt diện chữ nhật Chiêu dài tính toán của cọc lo=v.2) I-chiều dài thực của đoạn cọc khi bat đầu đóng cọc vào đất dính từ đầu cọc đến điểm ngàm trong đất (cọc thường bị gãy khi đang đóng hoặc ép có đoạn cọc tự do trên mặt đất còn nhiều) hoặc | được chon là chiều day lớp đất yếu có cọc đi ngang qua va v là hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc. v =2 khi đầu cọc ngàm trong đài và mũi coc nam trong đất mém.
v=0,7 khi đầu cọc ngàm trong dai va mũi cọc tựa lên đất cứng hoặc đá. v=0,5 khi đầu cọc ngam trong dai và mũi cọc ngam trong đá. Hoặc xét đến đất bùn loãng xung quanh cọc, M. Jacobson dé nghị ảnh hưởng uốn dọc như sau : Bang 1.2 Hệ số độ mảnh @ theo Jacobson ÀX=Lr 50 | 70 85 105 120 140 0) 1 0.2 Sire chiu tai coc theo dat nén 1.1 Sức chịu tải của coc theo chỉ tiêu co học của đất nền 1.1 Sức chịu tải cực hạn của cọc Sức chịu tải cực han cua cọc Q, gồm tong suc chéng cắt cực han giữa đất và vật liệu làm cọc ở mặt bên của cọc Q, và sức chong đỡ cực hạn ở mũi cọc Q:.2 Sức chịu tai cho phép của cọc Q, | OY g.4 Trong đó : FS,- hệ số an toàn cho thân cọc lay 1,5-2 FS,- hệ số an toàn cho mũi coc lay 2-3 Q.- Sức chịu tải cực hạn do ma sát Q,- Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi 1.3 Sức chịu tải do ma sat xung quanh cọc Q, Q; = ud Í¡¡¡ (1.5) Thanh phan Q, có thể xác định bang cách tích phân lực chống cắt đơn vị f, của đất trên toàn bộ phan tiếp xúc của cọc va đất lực chống cắt nay cho bởi biểu thức Coulomb.
f =cạ+ Ơi tang, = cạ + K,o y tang, (1.6) Trong do : c, - luc dính giữa coc va đất, với coc đóng bê tông cốt thép cạ¡= c;, trong đó c¡ là lực dính lớp đất thứ i. 0a - góc ma sát giữa cọc va đất với coc đóng bê tông cốt thép @„= @;, trong đó 9; là lực dính lớp đất thứ i. Ø ¡ - ứng suất pháp tuyến hữu hiệu tại mặt bên của cọc tinh theo công thức sau : Ơik= K,o =Ks.z K, - hệ số áp lực ngang của đất, hệ số này rất khó xác định chính xác. Có nhiều khuynh hướng khác nhau trong việc ước lượng giá trị hệ số áp lực ngang.
Khuynh hướng 1: xem đất như vật liệu đàn hồi K=£=-—— (1.7) Với v là hệ số poisson của đất. Khuynh hướng 2:hệ số Ks chọn theo áp lực ngang của đất ở trạng thái tĩnh Ko. Với số lượng cọc không nhiều trong mong cọc và các cọc khoan nhoi, dat nên là loại dat cô kết thường, hệ số áp lực ngang được chọn dé tinh toán là K,=K,=l-sin 9 (1.8) Với cọc đặt trong nên đất cô kết trước, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán theo Jaky có dạng như sau : Ks=(1- sin @ ).9) Khuynh hướng 3:khi đóng coc hay ép cọc vào nên dat, thé tích cọc chiếm lỗ rỗng của dat và đất dan dạt gan đến trạng thải cân bằng bị động điều này có nghĩa là hệ số ap lực đất Ks tiễn gan dén gid tri hé số ap lực bị động Kp. Bowles dé nghị hệ số Ks là trung bình cộng của áp lực ở trạng thái tĩnh Ko, hệ số áp lực dat ở trạng thái cân bằng chu động Ka, và hệ số ap lực đất ở trạng thải bị động Kp K = K,+FwkKo+ Kp (1.10) ° 2+ Fw Fw- chọn hệ số từ 1 trở lên Khi thực tế đo đạt hệ số Ks thay đổi theo chiều sâu, theo biến dạng thể tích và độ chặt của đất ở xung quanh cọc.
Ở đầu cọc Ks gần bằng hệ số áp lực bị động Kp của Rankine. Ở mũi coc Ks gan bang hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh Ko. Trong thực tế tính toán có thé lay theo bang sau, [Das,1984] Bảng 1.3 Giá trị Ks (theo Das) Cọc khoan nhôi Cọc đóng có thê tích đât Cọc đóng có thê tích đât chiếm chiêm cho nhỏ cho lớn " K,=K, (giới hạn dưới) K;=K; (giới hạn dưới) K,=K,=I-sin ọ K,=1.4K, (giới hạn trên) Ngoài ra ta có thé kế đến các phương pháp sau a/ Phương pháp a Tomlinson (1971) đề nghị thêm vào thành phần lực dính một hệ số ơ trong công thức xác định lực ma sát xung quanh giữa cọc và đất như sau : f,=ac, +o, tang, =ac, + K,o y tang, (1.11) hệ số a có thé tham khảo các kết quả nghiêm cứu của Tomlinson như sau : Bang 1.4 Giá tri a (theo Tomlinson) L/D Hệ số ơ Loai dat ~ cự <20 1,25 Cat x r _— sét >20 S15 :a—125 Cy=75-180 : a=1,25-0,4 x ak 8-20 0.4 rR b “dính sim “at >20 c„=0-25 : œ=1.4 c„=0-30 : a=1,25-1 Set cứng c„=30-80 : œ=I Cy=80-130 : a=1-0,4 Cy>130 : œ=0,4 Bang 1.5 Gia tri a (theo Peck, 1974) Lực chống cat không thoát Hệ số lực dính ơ nước ¢, (kPa) 0 | 50 0,95 100 0,8 150 0,65 200 0,6 250 0,55 300 0,5 b/ Phương pháp Bp Phương pháp nay được Burland đưa ra từ năm 1973, trên các giả thuyết sau: - Lực dính của đất giảm đên 0 trong quá trình đóng cọc do đất bị phá vỡ kết cấu. - Ung suất hữu hiệu của đất tác dụng lên mặt đứng của cọc sau khi áp lực nước lỗ rỗng thang dư phân tán hết ít nhất phải bang ứng suất này ở trạng thái tĩnh, áp lực nước 16 rỗng thang dư xuất hiện do thé tích cọc lẫn chiếm và đất xung quanh bị nén, nhưng hệ số thắm của đất bé nên cần phải có thời gian để nước thoát đi.
- Ứng suất chống cat của đất xung quanh cọc trong quá trình chịu tải chỉ liên quan đến vùng đất mỏng xung quanh cọc, vùng này tùy thuộc vao hình dạng của coc và tính thoát nước của dat ở hai thời diém đóng cọc va chat tải lên cọc.oy Vì ø, là ứng suất do trọng lượng bản thân nên khi có ứng suất phụ thêm do tải ngoài đặt trên mặt đất, ta có thể hiệu chỉnh f,=B.13) Theo phương pháp nay giá tri B dao động trong khoảng từ 0,25 đến 0,4 nếu ta sử dụng Ks=Ko Một số nghiên cứu khác cũng bổ sung cách xác định B như sau: B= K,tang,=0,18+0,0065Dr hoặc Ks=0,5+0,008.Dr Dr-độ chat tương đối của cát Œ⁄ Phương pháp A Focht và Vijavergiya dé nghị một hệ số ^. để hiệu chỉnh lực ma sát xung quanh giữa cọc và đất sét f, =A(ơ,+2c,) (1.14) O day: A - biên đôi theo chiêu sâu đóng cọc, được suy ra từ biêu đô sau: 20 30 Lom) 40 30 60 70 Hình 2. Biéu đô xác định giá trị hệ soa W/ Phương pháp Coyle — Castillo Nam 1981, Coyle - Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu tải cua coc trong nền cát, sau hàng loạt phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và đóng cọc thử tại hiện trường.15) f, - la luc ma sat don vi gitra dat va coc duoc tac gia thiét lập quan hệ thực nghiệm với góc ma sát ø và tỷ số z / B, với chiều sâu z tính đến giữa lớp cát và B là bề rộng của cọc. Lưu ý rằng, phương pháp của Coyle - Castillo không xét đến loại vật liệu làm cọc, ảnh hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất ban đầu.4 Sức chịu tải của đất ở mãi cọc Q, a/ Phương pháp Terzaghi Phương pháp cổ điển nhất để ước lượng sức chịu mũi do Terzaghi va Peck dé nghị sử dụng các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức chịu tải của móng nông, với sơ đồ trượt của đất dưới mũi cọc tương tự như sơ đồ trượt của đất dưới móng nông.16) với gp = 1,3cN, + y.17) Terzaghi dé nghi su dung cac hé số chịu tai N., N,, N, được thiét lap cho mong nông tiết diện tròn hoặc vuông có dang sau hoac tra bảng theo góc ma sát trong của đất dưới mũi cọc.20) a,=e Trong do : c- lực dính của đất dưới mũi cọc œ-hệ số phụ thuộc vào hình dạng cọc bang 0,4 cọc vuông va 0,6 cọc tron d - đường kính cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông y- trọng lượng thê tích của đất ở độ sâu mũi cọc Thông thường thì thành phần a.N, được bỏ qua do nó quá bé so với hai thành phan còn lại, việc bỏ qua này bù vao trọng lượng của cọc không xét vao trong công thức ước lượng sức chịu tai.
Nhiều tác giả đã đưa ra các giả thuyết dạng trượt của đất dưới mũi cọc chỉ phát triển xung quanh mũi cọc. Nhằm mục đích tính toán đúng sức chịu tải của đất dưới đáy móng sâu, với những hiệu chỉnh các hệ số sức chịu tải ảnh hưởng độ sâu và hình dạng của móng sâu. Dù vậy theo các công thức tính toán sức chịu tải cọc vẫn tăng tuyến tính theo chiều sâu của mũi cọc. Trong khi đó trong một lớp đất thực nghiệm chứng tỏ rằng sức chịu mũi của đất ở mỗi cọc chỉ tăng đến một độ sâu nhất định rồi không đôi nữa ké từ độ sâu tới hạn là Le hay Zc.
Hiện tượng này rõ nhất trong đất cát. Nhiều nghiên cứu về sức chịu tải cọc cũng thay rang tính sức chịu tai cua coc theo thi nghiệm khảo sát địa chất tại hiện trường cho kết quả gần đúng với thực tế làm việc của cọc hơn như các thí nghiệm xuyên tinh, xuyên động, nén ép ngang.