Nền và móng - Chương V: Móng cọc

11 CHƯƠNG V: MÓNG CỌC BỔ SUNG MỘT SỐ NỘI DUNG MỚI PGS.TS. Nguyễn Hồng Nam Hà Nội, 2010 2 Nội dung 5.3 Xác định sức chịu tải của cọc đơn 5.4 Độ lún của cọc đơn và cọc trong nhóm cọc 23 5.3 Xác định sức chịu tải của cọc đơn • Khái niệm về SCT của cọc đơn • Xác định SCT dọc trục của cọc đơn • Xác định SCT ngang trục của cọc đơn 4 5.3 Xác định sức chịu tải của cọc đơn Xác định SCT dọc trục của cọc đơn 1) Theo điều kiện vật liệu 2) Theo điều kiện đất nền 2.1 Phương pháp phân tích lực 2.2 Phương pháp thí nghiệm hiện trường 35 Phương pháp phân tích lực • Đối với cọc chống: 6 Xác định Sức chịu tải mũi cọc Qp Móng vuông Móng tròn D: đường kính cọc Trường hợp tổng quát, móng chịu tải đứng 47 Nếu bỏ qua thành phần γDNγ*: 8 Cọc chống cọc treo 59 Xác định Qp theo Meyerhof • Đặc tính biến đổi của sức chịu đơn vị ở mũi cọc trong cát đồng chất (c=0) pa = áp suất khí quyển (= 100 kN/m2 hay 2000 lb/ft2)φ’ = góc ma sát hiệu quả của đất tầng chịu lực 10 Quan hệ giữa các giá trị lớn nhất của Nq ∗ với góc ma sát φ’ của đất (theo Meyerhof, 1976) • (N1)60 = giá trị đã hiệu chỉnh trung bình của độ xuyên tiêu chuẩn gần mũi cọc (khoảng 10D trên và 4D dưới mũi cọc) • pa = áp suất khí quyển Xác định từ thí nghiệm SPT 611 Xác định Qp theo Meyerhof • Đối với các cọc trong đất sét bão hòa dưới các điều kiện không thoát nước (φ = 0), • cu = lực dính không thoát nước của đất dưới mũi cọc 12 Đối với cọc treo (cọc ma sát) Qu: Khả năng chịu tải giới hạn của cọc Qp = khả năng chịu tải ở mũi cọc Qs = sức kháng ma sát tại mặt bên cọc 713 Sức kháng ma sát tại mặt bên cọc Qs trong đó • p = chu vi mặt cắt cọc • ∆L = lượng gia tăng chiều dài cọc trên đó p và f coi như không đổi • f = sức kháng ma sát đơn vị tại độ sâu z bất kỳ Chú ý: Tại hiện trường, với sự huy động hoàn toàn sức kháng ở mũi (Qp), mũi cọc phải dịch chuyển một khoảng bằng 10 đến 25% chiều rộng cọc (hay đường kính) 14 Sức kháng ma sát tại mặt bên cọc Qs (đối với đất cát) 815 Sự làm chặt cát gần các cọc đóng (theo Meyerhof, 1961) 16 Sức kháng ma sát đơn vị của các cọc trong cát 917 18 10 19 Biến thiên của K theo L/D (được vẽ lại theo Coyle và Castello, 1981) 20 Tính Qs từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 11 21 Tính Qs từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 22 Tính Qs từ thí nghiệm xuyên côn 12 23 Các loại xuyên côn Xuyên côn ma sát cơ học Xuyên côn ma sát điện tử 1. Mũi xuyên (10 cm2) 2. Buồng gia tải 3. Đầu đo biến dạng 4. Áo ma sát (150 cm2) 5. Vòng đai điều chỉnh 6. Lót trục cách nước 7. Giây cáp điện 8. Đầu nối với thanh truyền 24 Thí nghiệm xuyên với số đo ma sát (theo Ruiter, 1971) (a) Mũi xuyên cơ học, số đọc cách quãng (b) Mũi xuyên điện tử, số đọc liên tục 13 25 Biến thiên của α’ theo tỷ số ngập của cọc trong cát: xuyên côn điện 26 Biến thiên của α’ theo tỷ số ngập của các cọc trong cát: xuyên côn cơ học 14 27 Tính Qs đối với đất sét theo phương pháp λ • Được đề xuất bởi Vijayvergiya và Focht (1972) • Giả thiết coi sự đẩy chèn đất gây ra bởi các kết quả đóng cọc dưới áp lực hông bị động tại độ sâu bất kỳ và sức kháng mặt ngoài đơn vị trung bình là • = ứng suất thẳng đứng hiệu quả trung bình đối với toàn bộ chiều dài ngập vào • Cu = cường độ chống cắt không thoát nước trung bình (φ = 0) o'σ 28 Biến thiên của λ theo chiều dài ngập vào của cọc (được vẽ lại theo McClelland, 1974) 15 29 Ứng dụng phương pháp λ trong đất phân tầng L AAA ' 321o L+++=σ L AAA ' 321o L+++=σ L AAA ' 321o L+++=σ L AAA o L+++= 321'σ L LCLCLC C uuuu L+++= 3)3(2)2(1)1( 30 Tính Qs theo phương pháp xuyên tiêu chuẩn SPT • Meyerhof (1976) cho rằng sức kháng ma sát đơn vị trung bình, fav, cho các cọc đóng đẩy chèn cao có thể được xác định từ các giá trị sức kháng xuyên tiêu chuẩn đã hiệu chỉnh trung bình như sau • trong đó N60 = giá trị đã hiệu chỉnh trung bình của sức kháng xuyên tiêu chuẩn • pa = áp suất khí quyển (≈ 100 kN/m2 hay 2000 lb/ft2) • Đối với các cọc đóng đẩy chèn thấp • 16 31 Tính Qs theo phương pháp xuyên côn CPT • Nottingham và Schmertmann (1975); Schmertmann (1978) đã tìm liên hệ cho ma sát mặt ngoài đơn vị trong đất sét (với φ = 0): 32 Quan hệ α’ ~ fc/pa 17 33 Công tác đóng cọc ở hiện trường (Được sự cho phép của E. C. Shin, Đại học Incheon, Hàn Quốc) 34 Thiết bị đóng cọc (a) búa rơi (b) búa hơi hay khí nén tác động đơn 18 35 Thiết bị đóng cọc • (c) búa hơi hay khí nén tác động kép và khác; • (d) búa diesel; • (e), (f) máy đóng cọc kiểu rung động (Được sự cho phép của Michael W. O'Neill, Đại học Houston) 36 Nhà máy xi măng Cẩm Phả 19 37 Nhà máy xi măng Cẩm Phả 38 Nhà máy xi măng Cẩm Phả 20 39 Nhà máy xi măng Cẩm Phả 40 Phương pháp thí nghiệm hiện trường • Thí nghiệm đóng cọc • WR = trọng lượng của quả búa đóng cọc • h = độ cao rơi của quả búa • S = độ xuyên của cọc dưới mỗi nhát đập • C = hằng số Năng lượng mỗi nhát đập của búa đóng cọc =(sức kháng cọc)(độ xuyên dưới mỗi nhát đập) Công thức ghi chép thông tin kỹ thuật (EN), được xây dựng từ lý thuyết công-năng 21 41 Xác định S và C • Độ xuyên của cọc, S, thường dựa trên giá trị trung bình thu được từ một số nhát búa cuối cùng • Với loại búa rơi, C = • Với loại búa hơi, C =   incheslàhvàSkhi.in1 mmlàhvàSkhimm4.25   incheslàhvàSkhi.in1.0 mmlàhvàSkhimm54.2 42 • Hệ số an toàn FS = 6 được đề nghị để dự tính khả năng chịu tải cho phép của cọc. • Chú ý rằng, với loại búa tác động đơn và kép, thành phần WRh có thể được thay bằng EHE, trong đó E là hiệu suất của búa và HE là năng lượng định mức của búa đóng cọc. Vậy, CS EHQ Eu += 22 43 Bảng 11.4 Các công thức đóng cọc 44 Các công thức đóng cọc 23 45 Các công thức đóng cọc 46 Xác định SCT ngang trục a) cọc ngắn hay cọc cứng b) Cọc dài hay cọc đàn hồi • Cọc thẳng đứng chống chịu tải trọng ngang bằng cách huy động áp suất bị động trong đất quanh cọc. • Mức độ phân bố các phản lực của đất phụ thuộc (a) độ cứng của cọc, (b) độ cứng của đất, và (c) sự ngàm chặt đầu cọc. • Các cọc chịu tải trọng ngang có thể chia thành hai loại chính: (1) các cọc ngắn hay cọc cứng (2) các cọc dài hay cọc đàn hồi. 24 47 Một số lời giải • Lời giải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) • Phân tích tải trọng giới hạn (Broms, 1965) • Phân tích tải trọng giới hạn (Meyerhof, 1995) 48 (a) Cọc chịu tải nằm ngang; (b) sức kháng đất lên cọc gây ra bởi tải trọng ngang; (c) các quy ước dấu cho chuyển vị, độ nghiêng, mômen, lực cắt, và phản lực đất Lời giải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) 25 49 Lời giải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) nh = hằng số môđun phản lực nền nằm ngang 50 Lời giải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) 26 51 52 27 53 54 Biến thiên của Ax, Bx, Am, và Bm theo Z (theo Matlock và Reese, 1960) 28 55 Các giá trị đại diện của nh nh 56 Công thức Davisson và Gill (1963) 4 k IE R pp= R zZ = R LZ =max 29 57 Biến thiên của A’x, B’x, A’m, và B’m theo Z (theo Davisson và Gill, 1963) 58 Độ lún đàn hồi của cọc đơn Độ lún tổng của cọc chịu tác dụng của tải trọng làm việc thẳng đứng Qw : se = se(1) + se(2) + se(3) • se(1) = độ lún đàn hồi của cọc • se(2) = độ lún của cọc gây ra bởi tải trọng tại mũi cọc • se(3) = độ lún của cọc gây ra bởi tải trọng truyền dọc theo thân cọc 30 59 Xác định Se(1) 60 Xác định Se(2) 31 61 Xác định Se(3) 62 Xác định Cp • Theo ”Thiết kế các móng cọc,” của A. S. Vesic, trong NCHRP Synthesis of Highway Practice 42, Hội đồng nghiên cứu giao thông, 1977. 32 63 Độ lún đàn hồi của nhóm cọc • Nhìn chung, độ lún của một khối cọc nhóm trong đó tải trọng tác dụng lên mỗi cọc là như nhau, tăng theo chiều rộng của nhóm (Bg) và khoảng cách các tim cọc (d). ( ) egeg sD B s = (Vesic, 1969) 64 Độ lún của cọc nhóm trong cát (Meyerhof, 1961) sg(e) = độ lún đàn hồi của nhóm cọc; Bg = chiều rộng của mặt cắt nhóm cọc D = chiều rộng hay đường kính của mỗi cọc trong nhóm se = độ lún đàn hồi của mỗi cọc ở tải trọng làm việc so sánh 33 65 Công thức Meyehof (1976) 66 Tính theo sức kháng xuyên côn • Tương tự, độ lún của cọc nhóm liên hệ với sức kháng xuyên côn bởi công thức (11.140) • trong đó qc = sức kháng xuyên côn trung bình trong phạm vi lún. • (Chú ý rằng tất cả các đại lượng trong PT (11.140) được biểu thị theo các đơn vị nhất quán) ( ) c g eg q2 IqB S = 34 67 Độ lún cố kết của nhóm cọc Độ lún cố kết của nhóm cọc trong đất sét có thể được đánh giá theo phương pháp phân bố ứng suất 2:1. 68 Nội dung tính lún cố kết 1. Cho chiều sâu xuyên ngập vào của cọc là L. Nhóm chịu tác dụng của một tổng lực Qg. Nếu bệ cọc nằm dưới mặt đất ban đầu, Qg bằng tổng tải trọng của công trình xây dựng bên trên cọc trừ trọng lượng hiệu quả của đất bên trên cọc nhóm đã được bóc bỏ do đào hố móng. 2. Giả sử tải trọng Qg truyền vào đất bắt đầu ở độ sâu 2L/3 tính từ đầu cọc như nêu trong hình vẽ. Tải trọng Qg mở rộng dọc theo hai đường aa’ và bb’ là hai đường có độ dốc 2:1 từ độ sâu này. 35 69 3. Tính toán ứng suất hiệu quả tăng thêm gây ra bởi lực Qg ở giữa mỗi lớp đất. Công thức tính toán: ∆σi’ = ứng suất hiệu quả tăng thêm ở giữa lớp thứ i Lg, Bg = là chiều dài và chiều rộng của cọc nhóm zi = khoảng cách từ z = 0 đến giữa lớp sét thứ i Ví dụ, ở hình 11.54, với tầng 2, zi = L1/2; với tầng 3, zi = L1 + L2/2; và với tầng 4, zi = L1 + L2 + L3/2. Tuy nhiên, lưu ý rằng sẽ không có ứng suất tăng thêm ở lớp sét 1 vì lớp này ở trên mặt nằm ngang (z = 0) mà từ đó bắt đầu sự phân bố ứng suất trong đất. ( )( )igig g,i zLzB Q ++=σ∆ Nội dung tính lún cố kết 70 4. Tính toán độ lún cố kết của mỗi tầng đất gây ra bởi ứng suất tăng thêm. Công thức tính toán: (11.142) trong đó ∆sc(i) = độ lún do cố kết của lớp thứ i∆e(i) = biến thiên hệ số rỗng gây ra bởi ứng suất tăng thêm ở tầng đất thứ i eo = hệ số rỗng ban đầu của tầng đất thứ i (trước khi xây dựng) Hi = chiều dày của tầng đất thứ i (Chú ý: Trong hình 11.54, với tầng 2, Hi = L1; với tầng 3, Hi = L2; và với lớp 4, Hi = L3.) Các quan hệ suy ra ∆e(i) đã cho trong Chương 1. ( ) ( ) ( ) i io i ic He1 e s     + ∆=∆ Nội dung tính lún cố kết 36 71 Độ lún tổng 5. Tổng độ lún do cố kết tổng của nhóm cọc như sau: (11.143) Lưu ý rằng độ lún do cố kết của cọc có thể được bắt đầu bởi các khối đắp gần kề, các tải trọng lân cận móng, hay do hạ thấp mực nước. ( ) ( )∑∆=∆ icgc ss 72 Ví dụ tính lún Nhóm cọc: Lg = 3.3 m; Bg = 2.2 m Xác định độ lún cố kết của nhóm cọc. Các tầng đất sét là cố kết bình thường. 37 73 Độ lún lớp 1 ( ) ( )( ) mmmsc 4.1621624.08.134 6.518.134log 82.01 73.0 1 ==   + +=∆ 74 Độ lún lớp 2 38 75 Độ lún lớp 3 và độ lún tổng