MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Do cau tạo địa chất khu vực Thành Phố Hỗ Chí Minh và Dong Bang Sông Cửu Long có các lớp đất yếu trên bề mặt nên các công trình có tải trọng vừa và lớn thường được thiết kế với biện pháp đóng cọc. Tải trọng công trình thông qua cọc truyền xuống các lớp đất bên dưới qua sức chịu tải đầu mũi và ma sát bên giữa cọc và đất tạo ra khả năng chịu tải cua cọc. Độ chặt và đặc trưng cơ lí cua đất nền dưới mũi và xung quanh cọc có thé khác biệt trước và sau khi cọc được hạ vào đất nền bang phương pháp đóng hay ép. Do thể tích của cọc chiếm chỗ, đất nền bị nén ép trong quá trình hạ cọc.
Ngoài ra, việc hạ cọc vào đất bằng phương pháp đóng có thé gây chan động và làm thay đổi trạng thái ứng suất — biến dang trong môi trường đất xung quanh. Dé phân tích đánh giá trạng thái ứng suất — biến dang của cọc va đất trong quá trình đóng cọc, chúng tôi chọn lựa đề tài “Phân tích ứng xử của nên đất trong quá trình thi công đóng cọc”. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng bài toán đóng cọc trên cơ sở điều kiện cau tao địa chất thực tế của khu vực. Kết quả phân tích chủ yếu tập trung vào sự thay đối trạng thái ứng suất — biến dạng của môi trường đất xung quanh và dưới mũi cọc.
Kết quả phân tích mô phỏng có thể cho phép đánh giá vùng ảnh hưởng chấn động hay thay đổi trạng thái ứng suất trong đất nền xung quanh cọc. Ngoài ra, trong thực tế, độ chối có thể sử dụng như là thông số để đánh giá khả năng chịu tải của cọc. Kết quả mô phỏng có thể cho phép đánh giá sơ bộ khả năng chịu tải của cọc va so sánh với kêt quả đóng cọc từ công trình thực tê. Phương pháp nghiên cứu 3 Tổng hợp các cơ sở lý thuyết về cọc chịu tác dụng của lực đóng cọc dọc trục.
4 Thiết lập phương pháp tính toán và trình tự tính toán hợp lí dé giải quyết bai toán thực tế đóng cọc. #4 Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis và so sánh với kết quả đóng coc từ công trình thực tế. CAC KET QUA NGHIEN CUU VE PHUONG PHAP DONG DE XAC DINH KHA NANG CHIU TAI CUA COC VA TAC DONG CUA VIEC HA COC LEN DAT NEN Trong thiệt kê nên mong chịu tải trọng động phải dap ứng những yêu cau cơ ban về an toàn và ôn định. Ngoài ra, còn phải đáp ứng một sô tiêu chuân thiệt kê liên quan đền công tác phòng chông sự di chuyên động quá mức trong nên móng và kêt câu công trình.
Khi phát sinh ứng suất, biến dang, độ lệch, thì việc tính toán và thiết kế phải dựa trên các tiêu chuẩn. Có 3 bước quan trọng trong việc dự đoán những phản ứng động xảy ra trong thiết kế bài toán động, đó là [31]: + Định nghĩa tai. + Sử dụng phương pháp phân tích thích hợp. + Lua chọn các thông số đất và móng được sử dụng trong việc phân tích.
Những năm gan đây, quá trình phân tích sóng va phân tích đàn hồi trong việc thiết kế cọc và kiểm soát xây dựng của cọc ngay càng gia tăng. Trong quá trình phân tích thiết kế, các kĩ sư thiết kế phải giải đáp được những câu hỏi sau [15]: + Khả năng chịu tải tinh cua quá trình phân tích đóng cọc là gi? + Khả năng đóng của búa và khi cọc được đóng vào đất là như thế nào? + Am thanh khi đóng như thế nào (đối với cọc toàn ven)? + Ứng suất trong quá trình đóng cọc là như thế nào? + Ảnh hưởng của việc đóng cọc như thế nào? Việc đóng cọc vào đất nên sẽ làm cho đất bị xáo trộn thé hiện đặc trưng qua những thông SỐ VỀ: sức chống cắt, độ âm, độ sệt, tính nén lún. Để đánh gia Sự xáo trộn của đất khi đóng cọc, Fellenius và Samson (1976) có đề 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 biển nhạy cảm bằng cách [13]: _4- + Do những thay đôi của sức chong cat, tính nén lún va áp lực nước lô rong trong đất.
+ Do mức độ phục hồi điều kiện ban đầu theo thời gian sau khi đóng cọc. + Theo dõi các chuyển động theo chiều dọc 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 và ngang: những thay đổi của áp lực nước lễ rỗng. Theo kết quả cua bai bao, những nhận xét chính được rút ra như sau: + Chuyên vi của nhóm cọc đóng trong dat sét có độ nhạy với khoảng cách cọc tôi thiêu bang 5 lân đường kính sẽ có ít ảnh hưởng lên dat nên giữa các cọc, ngoại trừ vùng đât vành xuyên xung quanh cọc đã bị xáo trộn.
+ Đóng cọc làm giảm 15% cường độ chống cắt, và 30% độ chối cọc. Độ bền va độ chối mất đi sẽ được phục hồi 1 phan sau khoảng thời gian là 3 tháng. + Phương pháp quan trắc chỉ ra rang cọc trong nhóm cọc đóng bị dịch chuyền với độ lớn 175mm (7 inch ) sau khi cọc được đóng thêm vào. + Khi đóng cọc thi đất bị trôi lên theo phương đứng với giá trị là 450mm (18 inch) hoặc bằng 15% lượng đất bị chiếm chỗ.
Đất bị trồi lên giảm nhanh theo khoảng cách giữa các cọc trong nhóm. + Chuyển vị của đất theo chiều doc và ngang trong phạm vi bên ngoài nhóm cọc theo hình nón, với đỉnh nam 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 chiém hơn 80% khối lượng đất bị chiếm chỗ. + Ap lực nước lỗ rỗng tối đa được do tại vị tri 6m (20ft) hoặc 20 lần đường kính cọc thì áp lực vượt quá 35%-40% áp lực tổng.
+ Sự phân bồ của áp lực nước lỗ rỗng cơ bản tương tự như áp lực gia tăng do đóng. Sự ảnh hưởng của đóng cọc lên áp lực nước lỗ rỗng tại 15m (50ft) hoặc 50 lần đường kính cọc là rât nhỏ cũng giông như sự gia tăng của áp lực nước lô rông. _5- + Hau hết áp lực nước lễ rỗng tối đa đều tiêu tán hết sau 8 tháng dong cọc. Mô hình phần tử hữu hạn 3D để mô phỏng quá trình đóng cọc và ảnh hưởng của SDVI (Ave.1 Mô phỏng đóng cọc ở độ sâu 4m vào nên dat.
Thông thường thì phương pháp tĩnh chỉ được sử dụng để ước tính chiều dài cọc trong quá trình thiết kế. Công thức động cũng nên hạn chế sử dụng, chúng chủ yếu chỉ dùng dé lựa chọn sơ bộ búa. Công thức động chỉ nên dùng để quản lí việc tính toán cọc trong các dự án với sỐ lượng cọc ít hoặc dùng cho việc tính toán tải thắp sáng. Từ cách nhìn thực tế, phương pháp phân tích phương trình sóng gần như nhanh va đơn giản giống như công thức động, nhưng lại tiết kiệm về chi phí hơn và hệ số an toàn cũng đảm bao theo qui định.
Nói chung một số phương pháp khác chính xác hơn (phương trình sóng, thử động. thử tĩnh) cũng được chỉ định hầu hết trong các dự án, đặc biệt là với các dự án có tải trọng thiết kế trên 40 tan, do đó, hệ số an toàn thấp và cải thiện được độ tin cậy của các phương pháp là yếu tố chi phối hầu hết bất cứ dự án nao [14]. Giới thiệu chung về “Phương Pháp Động” “Phương pháp động” (Dynamic method) là phương pháp dự báo sức chiu tải của cọc hoặc phân tích ứng suất, bién dạng trong cọc khi đóng cọc. Trong nhóm phương pháp động bao gồm bốn phương pháp nhỏ: -6- % Công thức động (Dynamic formulas hay Driving formulas): Sức chịu tải được dự báo bởi các công thức như Gersévanov, ENR, Gates,.
Các công thức này được sử dụng đầu tiên và được xem như là các dữ liệu ban dau để đánh giá kha năng chịu tải trong quá trình thi công. 4 Phân tích động băng phương trình sóng (Dynamic analysis by wave equation): Sử dụng phương trình truyền sóng để dự báo sức chịu tải của cọc hoặc phân tích ứng suất, biến dạng trong cọc. Thông thường, phần mềm GRL-WEAP được sử dụng để so với quá trình phân tích. Phương pháp này có độ tin cậy đủ tốt, và rẻ tiền hơn phương pháp PDA và CAPWAP dưới đây.
4 Phương pháp CASE: Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA — Pile Dynamic Analysis): Khác với phương pháp trên, nhiều đầu đo biến dang (strain transcducer) và đầu do gia tốc (accelerometer) dé đo biến dạng va đo gia tốc sóng truyền trong cọc. 4 Phương pháp CAPWAP: Đây chính là sự kết hợp giữa WEAP và CASE. CAPWAP có độ tin cậy cao hơn CASE. Do vậy, hiện nay khi đã tiễn hành thí nghiệm PDA, thường ta chỉ tiễn hành phân tích CAPWAP.
Thông thường người ta dùng một phần mềm duy nhất là CAPWAP để hỗ trợ quá trình phân tích. Phương pháp nay có độ tin cậy cao và được so sánh với phương pháp thí nghiệm nén tinh cọc. Tóm lại, trong phương pháp động thường tiến hành một trong hai hoặc cả hai phương pháp sau: GRL-WEAP hoặc CAPWAP. Ưu điểm của phương pháp này là nhược điểm của phương pháp kia: WEAP thì đơn giản (chỉ cần đo độ chối do một nhát búa gây ra dé xử lý kết quả) nhưng độ tin cậy không cao bang CAPWAP.
CAPWAP thi quá phức tạp (cần đọc kết qua thí nghiệm trên các đầu đo va xử lý kết quả). Theo Coduto thì tới năm 1994 cả thế giới chỉ có khoảng 20 người có đủ trình độ và kinh nghiệm để chạy và xử lý CAPWAP, hiện nay số lượng kĩ sư có khả năng xử lý CAPWAP tăng lên rất nhiều. Thí nghiệm thử động và việc sử dụng các công thức động Thí nghiệm thử động thường được sử dụng để xác định sức chịu tải của cọc đơn thông qua sức kháng chủ yêu ở dau mỗi. _7- Nguyên ly thi nghiệm dựa trên co sở ứng dụng định luật Newton với giả thiết cọc là vật cứng, lực cản của đất tập trung ở mũi cọc.
Sau thời gian ồn định sau khi thi công, dùng thiết bị đóng cọc tác động lên dau cọc, năng lượng đóng búa bang tổng năng lượng cọc chống lực cản của đất R sinh ra độ xuyên e va ton thất năng lượng đóng cọc: W.1) Trong đó: W - Trọng lượng búa.
