Xemtailieu Tải về TÌM HIỂU VỀ LÚN VÀ TÍNH TOÁN LÚN CHO MÓNG CỌC
TÌM HIỂU VỀ LÚN & TÍNH TOÁN LÚN CHO MÓNG CỌC Settlement of piles and pile groups I. 05th Nov 2012 MỤC TIÊU KHÓA HỌC - Trình bày khái niệm, nguyên nhân gây lún; - Trình bày sự làm việc của cọc trong nền đất và cách dự tính lún cho móng cọc; - Các biện pháp khắc phục. II. CẤU TRÚC KHÓA HỌC - Cấu trúc khóa học được thực hiện trong thời lượng 01 buổi; thời lượng 2h; - Phương pháp đào tạo: Giảng dạy theo phương pháp trình chiếu, cùng thảo luận. III. - ĐỐI TƢỢNG ĐÀO TẠO Đối tượng tham dự bắt buộc: Kỹ sư Tổ Xây dựng và Kết cấu IV. NỘI DUNG KHÓA HỌC V. TỔNG KẾT CUỐI KHÓA ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Civil Team - Engineering Department Page | 2 Settlement of piles and pile groups I. 05th Nov 2012 PHỤ LỤC KHÁI NIỆM ...………………………………….………………….................5 1. Một số khái niệm.....……………………………..………....……….….…5 2. Nguyên nhân gây lún.......………………………….....…………….……..7 II. TÍNH LÚN.......................................…………….........………………………10 1. Lý thuyết tính lún………………......................………………...…………10 2. Tiêu chuẩn và yêu cầu về độ lún……………......……………………..…10 3. Tính lún cho móng cọc……………….…………………………………..13 III. 3.1. Độ lún của cọc đơn………………........…………………………...13 3.2. Độ lún của nhóm cọc………….....………………………….…….16 GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC…………………………………………………...24 1. Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình…...…………………………...24 2. Các biện pháp xử lý về móng………………….......……………………...25 3. Các biện pháp xử lý nền đất yếu……………..........……………………...26 IV. THẢO LUẬN ............................................…........………………………...... 26 V. PHỤ LỤC ........................................................................................................ 27 PHỤ LỤC I....................................................................................................... 27 PHỤ LỤC II..................................................................................................... 28 PHỤ LỤC III.................................................................................................... 31 Civil Team - Engineering Department Page | 3 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 I. KHÁI NIỆM 1. Một số khái niệm Figure 1.1. Leaning Tower of Pisa Lún là sự chuyển động của một bề mặt (thường bề mặt trái đất) như nó thay đổi đi xuống so với một mốc như mực nước biển. Lún công trình là công trình và đất nền bị chuyển vị thẳng đứng từ trên xuống dưới, kéo theo móng và cả bản thân công trình, thường được đo bằng milimét. Lún xảy ra do sự nén chặt của đất nền dưới tác dụng của trọng lượng toàn bộ công trình. Lún lệch hay còn gọi lún tương đối là chuyển vị thẳng đứng không đều đưa đến chuyển vị ngang gây nghiêng công trình. Tất cả các công trình xây dựng đều bị lún, miễn trong giới hạn cho phép, không gây ảnh hưởng đến việc sử dụng và các công trình lân cận. Quá trình lún của nền móng công trình xảy ra rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố (chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện tải trọng tác dụng và điều kiện đất nền) Figure 1.2. Curve showing relationship between settlement and time. Đối với nền đất rời: Độ lún nhỏ, xảy ra nhanh vì hệ số thấm của đất rời lớn. Đối với nền đất dính: Độ lún lớn, xảy ra chậm vì hệ số thấm của đất dính nhỏ. Civil Team - Engineering Department Page | 4 Settlement of piles and pile groups - 05th Nov 2012 Độ lún của nền gồm 3 phần: Lún tức thời (S0); Lún cố kết thấm (Sc); Lún từ biến (St). S = S0 + Sc + St - Độ lún tức thời là khi nước chưa kịp thoát đi, đất biến dạng như vật thể đàn hồi. Độ lún cố kết (thấm) là do sự giảm thể tích lỗ rỗng, do nước thoát dần ra ngoài. Độ lún từ biến do biến dạng của bản thân khung cốt của đất (của bản thân hạt). Với đất sét, ba độ lún trên là rõ ràng và có thế tách biệt được. Những nghiên cứu mới nhất cho thấy: Độ lún tức thời nhỏ, tuy nhiên có khi không phải là nhỏ quá để có thể bỏ qua. Trong một số trường hợp chúng có thể chiếm tới 10% độ lún tổng. Độ lún tức thời được tính qua môđun đàn hồi không thoát nước, hay còn gọi là môđun đàn hồi tức thời, ký hiệu là Eu. Độ lún từ biến không nhỏ, nhất là đối với các lớp đất sét yếu/ rất yếu. Đôi khi, chúng có thể chiếm tới 40 - 50% độ lún tổng. Độ lún cố kết (thấm) là phần chủ yếu, thường chiếm trên 90% độ lún tổng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp nó chỉ chiếm khoảng 50% độ lún tổng. Độ lún cố kết được tính qua: Hoặc qua môđun biến dạng thoát nước (E' - thường chỉ ký hiệu là E), hoặc môđun biến dạng không nở hông M (cũng có ký hiệu là Es); Hoặc qua Cc, Cr (các chỉ số nén); Hoặc qua đường cong nén ép e-p. Với đất cát, tính thấm quá nhanh, do đó không thể tách rời lún tức thời và lún cố kết được. Vì vậy: S = So+c + St So+c là độ lún tức thời và cố kết (thường viết là S, và cũng thường hiểu là lún cố kết, vì lún tức thời của các quá nhỏ), được tính qua môđun biến dạng Eo+c, thường cũng chỉ ký hiệu là E. Với cát, thường ta không thể tính lún So+c qua các chỉ số nén Cc, Cr và đường cong nén ép e-p như trên được, vì ta không thể lấy mẫu đất nguyên dạng để tiến hành thí nghiệm trong phòng xác định Cc, Cr hay e. Khi đó, trị số E sẽ được xác định qua thí nghiệm hiện trường. Civil Team - Engineering Department Page | 5 Settlement of piles and pile groups 2. 05th Nov 2012 Nguyên nhân gây lún: Figure 1.3. A graphic illustrating the different types of ground subsidence Có nhiều nguyên nhân gây lún, trụt, có 2 nguyên nhân chính thông thường nhất: Do Công trình được đặt trên nền đất có sự chênh lệch về địa tầng => khả năng chịu lực của 2 miền này khác nhau => độ lún khác nhau dẫn đến có thể gây nứt hoặc xé tường. Do Công trình có 2 khối khác nhau rõ rệt về trọng lượng, trường hợp này cũng gây lún lệch. để giải quyết vấn đề này người ta cắt khe lún để giảm bớt ảnh hưởng lún của phần này đến phần kia. Do sự phân biệt khá rõ ràng trên nên với khe nhiệt người ta có thể thiết kế chung 1 móng cho 2 đơn nguyên (vì móng ở dưới đất nên ít ảnh hưởng bởi chênh lệch nhiệt độ) Sau đây là những trường hợp gây lún nứt công trình: Thiết kế Khi thiết kế kết cấu không lường hết được các yếu tố gây lún, chung nhất là tính sai lực lún, thiết kế tiết diện móng quá nhỏ và không đảm bảo độ sâu cần thiết để truyền đều ứng suất xuống nền đất. Chưa tính đến sự dịch chuyển không đều của công trình trên các tầng địa chất khác nhau trong quá trình thiết kế dẫn đến công trình bị lún lệch, trượt...gây nứt hay phá hủy công trình. Civil Team - Engineering Department Page | 6 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Khảo sát Không khảo sát kỹ địa chất tại khu vực xây dựng công trình hoặc sử dụng vật liệu không đúng chuẩn và thi công không đúng quy trình. Thi công Thi công "qua loa", không đúng kỹ thuật hay làm gian dối cũng là những nguyên nhân gây lún. Quá trình thì công làm thay đổi dung lượng và chiều nước chảy, hơn nữa còn làm quá tải cho vùng nền đất lân cận. Sự thay đổi độ ẩm trong đất Hạn hán kéo dài làm mất đi ẩm độ trong đất nền do sự bốc hơi, đất nền trở nên khô ráo. Đôi khi điều nầy dẫn đến sự co giảm thể tích, đặt biệt trong đất sét. Mức độ co giảm không bao giờ đồng nhất vì sự khác biệt giữa các khối và các lớp đất nền; hoặc vì kết cấu kiến trúc cản trở sức nóng mặt trời, làm ảnh hưởng đến đất nền một cách không đồng đều. Điều nầy làm thay đổi trạng thái cân bằng trong kết cấu kiến trúc để rồi cuối cùng gây ra sự lún và nứt ở các mức độ trầm trọng khác nhau. Đất nền cũng có thể trở nên khô ráo do cây lớn với hệ thống rễ chằng chịt gần kết cấu kiến trúc hấp thụ nhiều nước từ bên dưới đất nền; cũng như sự thay đổi cao độ của mực nước ngầm. Trong nhiều trường hợp, hậu quả hư hỏng xảy ra sau một thời gian rất dài, làm cho việc xác định chính xác nguyên nhân rất khó khăn. Rò rỉ từ đƣờng ống dẫn nƣớc, mƣơng và cống Một trong những nguyên nhân gây lún thông thường nhất là nền móng bị xói lỡ do sự rò rỉ từ ống nước ngầm. Dòng nước chảy ngầm trong khu vực thậm chí không kề cận với kết cấu kiến trúc cũng gây ảnh hưởng bởi tác-động thẩm-thấu bảo-hoà đến nền móng, làm giảm tính chất cơ lý của vật liệu, mất đi khả năng phân bố đẳng lực cho khối tải trọng bên trên, dẫn đến sự lún vi sai. Tương tự như vậy, sự thẩm thấu từ dòng nước rỉ bên trên nền đất, dù rằng chỉ một lượng nhỏ, cũng có thể gia tăng độ mềm dẽo của vật liệu trong đất nền, giảm khả năng chịu tải của đất và gây lún. Ví dụ, khi đất sét cố kết thì có đủ khả năng chịu tải, nhưng sau một thời gian bị tác động của nước rò rỉ từ các đường ống dẫn nước. Đất sét sẽ đạt trạng thái bão hòa và không còn khả năng chịu lực, dẫn đến sụt lún cho công trình bên trên. Civil Team - Engineering Department Page | 7 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Hố đào Hố đào kế cận kết cấu kiến trúc, đặc biệt ở vùng đất rời (cát và sỏi), có thể gây lở và lún nếu không cẩn thận. Phải có các biện pháp gia cố thích hợp trước khi thực hiện để hạn chế hoặc ngăn chặn lở và lún cho công trình Nền móng không tƣơng xứng Trường hợp tải trọng của công trình vượt quá khả năng chịu lực của đất nền, độ lún gần như là không thể tránh khỏi. Sự bất tương xứng giữa tải trọng tác động lên nền móng và sức chịu tải của đất nền thường là nguyên do gây ra lún nền. Một nguyên do khác là do tính chậm cố kết của các loại đất nền có độ liên kết cao. Loại đất này phản ứng lại tải trọng bên trên rất chậm, kéo dài thời gian trước khi đạt được trạng thái cân bằng. Khi xác định nguyên nhân lún nền, cần chú ý tránh việc xem thường đất nền có độ củng cố chậm, cũng như tránh việc quá quan trọng hoá những tác nhân ngắn hạn. Sự hạ thấp mực nƣớc ngầm Các hầm mỏ, đường hầm...khai thác mỏ bị bỏ hoang thông với các mạch nước ngầm có thể dẫn đến việc hạ thấp mực nước ngầm, làm giảm áp suất lỗ rỗng gây nên lún. Đất bồi Khi đất nền bị dời hay xáo trộn trong quá trình xây dựng, nền đất có thể mất đi khả năng chịu tải. Sự lún vi sai do tính dị biệt trong đất nền dẫn đến các vết nứt mà có thể nhiều năm mới thấy rõ. Khi nền đất lân cận công trình chịu thêm tải trọng của đất đắp có thể dẫn đến ma sát âm làm giảm sức chịu tải của cọc và tăng lún. Chấn động gây ra bởi các phuơng tiện vận tải hoặc do máy móc xây dựng Rung động do máy móc hoặc do các phương tiện giao thông gây ra làm cho nền đất đầm nén chặt lại, giảm thể tích lỗ rỗng trong đất. Chất hữu cơ trong đất Phân hủy chất hữu cơ (rác, than bùn, rễ cây cổ thụ,...) cuối cùng có thể dẫn đến lỗ rỗng và lún Civil Team - Engineering Department Page | 8 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 II. TÍNH LÚN: 1. Lý thuyết tính lún: Figure 2.1. Settlement of building Khi tính lún của nền trước hết cần phải xem nền thuộc loại đất gì. Nếu là cát thì dùng lý thuyết đàn hồi. Nếu là sét thì có 2 trường hợp: (1) Không thoát nước thì dùng lý thuyết đàn hồi; (2) Thoát nước thì dùng lý thuyết cố kết. Phân bố tải trọng theo độ sâu dùng trong công thức tính lún có thể sử dụng mô hình của Buissinesq hay của Westergaard (tham khảo phụ lục I). 2. Tiêu chuẩn và yêu cầu về độ lún Tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng định sẵn độ lún tối đa cho phép từng loại nhà và công trình (phần lớn từ 8 đến 30 cm). Ngoài trị số độ lún tuyệt đối, còn quy định lượng chênh lệch tối đa cho phép về độ lún tương đối của các điểm trong nền, độ nghiêng, v.v... Trong Tiêu chuẩn thiết kế Móng cọc - TCXD 205:1998 có nêu ra các quy định về biến dạng giới hạn của nền và kết cấu do lún gây ra ở bảng H.2 và H.3 Civil Team - Engineering Department Page | 9 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Tiêu chuẩn AASHTO LRFD (2007) giải thích trong mục C10.5.2.2. Theo AASHTO thì điều kiện góc xoay cho phép của dầm (0.004 với dầm liên tục và 0.008 với dầm đơn giản) không nên dùng để giới hạn độ lún lệch trong thiết kế móng cầu. Kinh nghiệm đã chỉ ra rằng móng cầu thường có khả năng chịu được lún lệch lớn hơn so với độ lún lệch tiêu chuẩn dùng trong tính toán kết cấu do tác dụng tổng hợp của nhiều hiện tượng như mỏi (creep), tụt ứng suất (relaxation), hoặc phân bổ lại ứng suất trong cấu kiện (stress re-distribution). Ở Mỹ tiêu chuẩn giới hạn lún lệch của móng cầu thường không thống nhất và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện sử dụng và mỹ quan của công trình, qui mô và tầm quan trong của công trình, cũng như theo tiêu chuẩn của chính nhà đầu tư (owner) hoặc các cơ quan thiết kế tại địa phương (Bộ Giao thông của các tiểu bang chẳng hạn). Giới hạn lún lệch trong AASHTO đưa ra chỉ có tính chất tham khảo. Ví dụ ở tiểu bang Washington thì tiêu chuẩn lún lệch của móng cầu được qui định như sau: 1) Nếu tổng lún (total settlement) < 1 inch và lún lệch/100 ft (differential settlement) < 0.75 inch: Được quyền thi công. 2) Nếu 1 inch < tổng lún < 4 inch và 0.75 inch < lún lệch < 3 inch: Kỹ sư thiết kế phải đưa ra tính toán cụ thể để chỉ ra rằng độ lún lệch này ko ảnh hưởng đến các cấu kiện bên trên. 3) Nếu tổng lún > 4 inch và lún lệch > 3 inch: Thiết kế cần phải được kiểm định và phê duyệt bởi kỹ sư trưởng của Bộ. Ở Dự án Nhà máy nhiệt điện Long Phú 1 độ lún giới hạn cho kết cấu nhà, móng và thiết bị được quy định tại V2G1 trong hồ sơ EPC RFP của Chủ đầu tư như sau: "The following are the permissible limit of total settlement and differential settlement values which will be considered for design of equipment and building foundations. The settlement of the building and foundation shall also meet the requirement of Vietnamese code TCXD 205:1998 "Pile foundation-Specification for Design" and Vendor requirement." Civil Team - Engineering Department Page | 10 Settlement of piles and pile groups Civil Team - Engineering Department 05th Nov 2012 Page | 11 Settlement of piles and pile groups 3. 05th Nov 2012 Tính lún cho móng cọc: Sự làm việc của cọc đơn khác với sự làm việc của nhóm cọc. Khi khoảng cách giữa các cọc khá lớn (ví dụ lớn hơn 6d) thì cọc làm việc như cọc đơn. Không cần tiến hành dự tính độ lún của móng cọc trong các trường hợp sau đây: Cọc chống, cọc đơn chịu nhổ và nhóm cọc chịu lực nhổ vì khi tính toán chúng theo sức chịu tải hiển nhiên đảm bảo được về biến dạng. Độ lún của móng cọc chống chủ yếu là do biến dạng đàn hồi của vật liệu thân cọc dưới tác dụng của tải trọng công trình, độ lún này có thể xác định bằng độ lún của cọc đơn lấy từ kết quả nén tĩnh ứng với tải trọng ở đầu cọc hoặc cũng có thể tính toán. 3.1. Độ lún của cọc đơn: Phương pháp dự báo độ lún của cọc đơn dựa trên quan hệ ứng suất biến dạng. Cách tính này không những áp dụng cho cọc chế sẵn mà còn áp dụng được cho cọc nhồi. Độ lún của cọc đơn gồm 3 thành phần như sau: Trong đó: Sđ = Δ L + s m + sb ΔL - biến dạng đàn hồi của bản thân cọc; (Elastic Compression of Piles) sm - độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dưới mũi cọc (qp thực); sb - độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc (fi thực). Biến dạng đàn hồi của bản thân cọc (tính toán như thanh chịu nén) được xác định như sau: 𝑄𝑡𝑏 ∆𝐿 = .𝐿 𝐴𝑝 . 𝐸𝑝 Trong đó: Ap - diện tích tiết diện cọc; (Pile cross sectional area) Ep - môđun đàn hồi của bản thân cọc; (Modulus of elasticity of pile material) L - chiều dài cọc; (length of pile) Qtb - lực nén trung bình tác dụng lên cọc; (Design axial load in pile) Ở đây: Qtb = Qp thực + ξ.(N - Qp thực) = Qp thực + ξ.Qf thực Trong đó: N - tải trọng làm việc truyền từ công trình xuống cọc; Qp thực - tổng sức kháng mũi ở tải trọng làm việc; Qf thực - tổng sức kháng bên ở tải trọng làm việc; ξ - hệ số phụ thuộc vào phân bố ma sát bên (sức kháng bên fi thực); Civil Team - Engineering Department Page | 12 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Nếu fi thực phân bố đều (hình 2.2a) thì ξ = 0,5; Nếu fi thực phân bố tam giác (hình 2.2b - càng xuống sâu thì sức kháng bên càng lớn) thì ξ = 0,67; Trong thực tế, phân bố ma sát bên có dạng trung gian, do đó ξ = 0,5 ÷ 0,67. Figure 2.2. Tính toán biến dạng nén đàn hồi của cọc Độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dưới mũi cọc: Được xác định tương tự như cách xác định độ lún của móng nông đặt trên nền đàn hồi: 𝑞𝑝 𝑡ự𝑐 × 𝐵. 𝜔(1 − 𝜇2 ) 𝑠𝑚 = 𝐸đ Trong đó: qp thực - sức kháng mũi đơn vị ở tải trọng làm việc; qp thực x Ap = Qp thực; B - đường kính cọc hay cạnh cọc; μ - hệ số nở hông (Poisson) của đất ở dưới mũi cọc; Eđ - môđun biến dạng của đất ở dưới mũi cọc; ω - hệ số phụ thuộc hình dáng cọc; nếu cọc tròn thì ω = 0,79 còn cọc vuông thì ω = 0,88. Nói chung, có thể luôn luôn lấy ω = 0,85 mà sai số không đáng kể. Ngoài ra, Vesic (1977) còn kiến nghị công thức sau: 𝑞𝑝 𝑡ự𝑐 × 𝐴𝑐 𝐶𝑝 𝑠𝑚 = , 𝐵. 𝑞𝑝 Trong đó: qp - sức kháng mũi đơn vị cực hạn; Cp - hệ số theo các thí nghiệm của Vesic, lấy theo bảng 2.32. Từ các giá trị này ta thấy, nếu cùng loại đất và cùng kích thước thì cọc nhồi lún nhiều hơn 2 đến 4 lần. Bảng 2.1. Bảng các giá trị Cp Loại đất Cọc chế sẵn Cọc nhồi Cát (chặt đến rời rạc) 0,02 ÷ 0,04 0,09 ÷ 0,18 Sét (cứng đến mềm) 0,02 ÷ 0,03 0,03 ÷ 0,06 Bụi (chặt đến rời rạc) 0,03 ÷ 0,05 0,09 ÷ 0,12 Civil Team - Engineering Department Page | 13 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đất dọc thân cọc được xác định như sau: 𝑞𝑓 𝑡ự𝑐 × 𝐵. 𝜔(1 − 𝜇2 ) 𝑠𝑏 = 𝐸đ Trong đó: qf thực - sức kháng bên đơn vị ở tải trọng làm việc, tính trung bình cho toàn bộ cọc; qf thực x u x L = Qf thực; ở đây: L - chiều dài cọc; u - chu vi cọc; ωb - hệ số phụ thuộc độ mảnh của cọc, 𝐿 , 𝐵 𝜔𝑏 = 2 + 0,35 Ngoài ra, Vesic (1977) còn kiến nghị công thức sau: 𝑠𝑏 = 𝑄𝑓 𝑡ự𝑐 × 𝐶𝑠 , 𝐿 × 𝑞𝑝 Trong đó: Cs - hệ số theo các thí nghiệm của Vesic, được tính toán như sau: 𝐶𝑠 = 0,93 + 0,16 𝐿 𝐶 , 𝐵 𝑝 Tuy nhiên, khó khăn nhất của cách dự báo độ lún này là việc xác định qp thực và fi thực. Với cọc chế sẵn, muốn tìm các đại lượng này ta có thể tính lặp như sau: Giả sử fi thực = ωi.fi với fi là sức kháng bên đơn vị cực hạn, còn ωi ban đầu lấy khoảng 0,5 ÷ 0,8; Tính độ lún của cọc Sd theo các phương trình trên; Tại giữa cọc, chuyển vị tương đối giữa cọc và đất xấp xỉ là 𝑆𝑑 − ∆𝐿 2 ; Với đất cát, sức kháng bên đạt cực hạn (fi) ở chuyển vị tới hạn là zcr ≈ 2,5mm, còn với đất sét thì zcr ≈ 0,01B. Như vậy ta có thể lấy: 𝜔𝑖 = 𝑆𝑑 − ∆𝐿 2 𝑧𝑐𝑟 So sánh ωi này với giá trị chọn ban đầu, nếu khác xa nhau thì chọn lại ωi. Civil Team - Engineering Department Page | 14 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 3.2. Độ lún của nhóm cọc: Số lƣợng và khoảng cách của các cọc trong một nhóm (number and spacing of piles in a group) Rất ít khi kết cấu xây dựng trên một cọc đơn. Thông thường, sẽ có ít nhất 3 cọc dưới một cột hoặc một nguyên khối móng bởi vì nó phù thuộc vào vấn đề liên kết và độ lệch tâm của móng. Khoảng cách của các cọc trong nhóm được quyết định bởi nhiều thông số như là: 1. Sự chồng lấn ứng suất của những cọc gần kề, (overlapping of stresses of adjacent piles) 2. Giá thành của móng, (cost of foundation) 3. Hiệu quả của nhóm cọc. (efficiency of the pile group) Figure 2. 3. Pressure isobars of (a) single pile, (b) group of piles, closely spaced, and (c) group of piles with piles far apart. Civil Team - Engineering Department Page | 15 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Đường đồng ứng suất của cọc đơn với tải trọng Q tác dụng trên đỉnh được thể hiện ở hình Fig. 2.3 (a). Khi cọc được đặt trong nhóm, có một khả năng là sự chồng lấn ứng suất lên nhau ở các khu vực xung quanh cọc như ở hình Fig. 2.3 (b). Đất trong khu vực này sẽ có ứng suất rất lớn, nó có thể làm phá hoại nền đất hoặc gây lún cho nhóm cọc. Ta có thể tránh sự chồng lấn này bằng cách bố trí các cọc trong nhóm ra xa nhau như trong hình Fig. 2.3 (c). Đôi khi khoảng cách quá lơn không nên khuyên dùng, vì điều này dẫn đến việc tăng kích thước của bệ cọc, tăng chi phí của móng. Khoảng cách của cọc phụ thuộc vào phương pháp thi công và loại nền đất. Cọc có thể được thi công đóng hoặc đỗ tại chỗ. Khi cọc được đóng xuống thì đất xung quanh cọc sẽ chặt hơn do sự dịch chuyển của đất. Nếu sự dịch chuyển này làm cho đất giữa các cọc được đặt chắc hơn như trong trường hợp đất cát pha thì khoảng cách giữa các cọc có thể gần hơn. Nhưng nếu như cọc được đóng vào đất sét bão hòa hay đất bùn, thì đất giữa các cọc sẽ không đặt chắc lại mà trồi lên, đẩy nhô cọc lên trên. Trong trường hợp đất loại này thì khoảng cách các cọc có thể bố trí xa hơn. Đối với các cọc đổ tại chỗ, đất xung quanh cọc không bị ép chặt, do đó khoảng cách giữa các cọc cho phép gần hơn. Trong nhóm cọc, khoảng cách tối thiểu cho phép của các cọc được quy định trong tiêu chuẩn xây dựng, thông thường khoảng cách giữa các cọc thường bố trí là 3d ÷ 4d cho cọc chế sẵn, và 2,5d ÷ 3d cho cọc nhồi. Figure 2.4. Three dimensional pile group configuration (after Tomlinson, 1994). Độ lún của nhóm cọc trong đất rời (settlement of pile groups in cohesionless soils) Đối với nhóm cọc trong đất rời, độ lún gần như xảy ra ngay lập tức khi nhóm cọc chịu tải. Nguyên nhân là do tính thấm cao của đất. Độ lún của nhóm cọc trong đất rời có thể được ước tính bằng cách sử dụng kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường và vị trí móng tương đương cho trong Figure 2.5 (theo tiêu chuẩn AASHTO LRFD 4th, 2007) Civil Team - Engineering Department Page | 16 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Độ lún của nhóm cọc trong đất rời có thể được tính như sau: Sử dụng SPT: 𝜌= 30𝑞𝐼 𝐵 𝑁160 Sử dụng SPT: 𝜌= 𝑞𝐵𝐼 24𝑞𝑐 Trong đó: 𝐼 = 1 − 0,125 𝐷′ ≥ 0,5 𝐵 Ở đây: q = áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho trong Figure 2.5 áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm được chia bởi diện tích móng tương đương và không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa). B = chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm), ρ = độ lún của nhóm cọc (mm) I = hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm D' = độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db/3 (mm) Db = độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực như trong Figure 2.5 (mm) N160 = số đếm SPT đã hiệu chỉnh cho cả tầng phủ trên và hiệu quả tác dụng của búa (Búa/300mm) qc = sức kháng xuyên hình nón tĩnh trung bình trên độ sâu B dưới móng dưới móng tương đương (MPa) Còn có các phương pháp dự tính độ lún trong đất rời, như phương pháp Hough (Phụ lục 2), Phương pháp Meyerhof (Phụ lục 3) Ngoài ra, trong những năm gần đây, với sự ra đời của máy vi tính, các phương pháp phân tích phức tạp hơn đã được phát triển để dự đoán độ lún và sự phân bố ứng suất của cọc trong nhóm. Ba phương pháp sau thường được sử dụng: 1. Phương pháp 'Load transfer' còn gọi là phương pháp 't-z' 2. Phương pháp đàn hồi dựa vào phương trình của Mindlin (1936) cho những hiệu ứng/ tác động của tải trọng dưới mặt đất trong một khối bán vô hạn 3. Phương pháp phần tử hữu hạn. Độ lún của nhóm cọc trong đất dính (settlement of pile groups in cohesive soils) Tổng độ lún của nhóm cọc có thể được tính toán bằng cách sử dụng phương trình độ lún cố kết. Vấn đề liên quan là đánh giá sự gia tăng ứng suất Δp bên dưới nhóm cọc khi phải chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng Qg (vertical load). Các tính toán ứng suất phụ thuộc vào điều kiện địa chất mà cọc xuyên qua. Những trường hợp tính toán ứng suất được trình bày như sau: Civil Team - Engineering Department Page | 17 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Figure 2.5. Settlement of pile groups in clay soils Figure 2.6. Location of Equivalent Footing (after Duncan and Buchignani, 1976). Civil Team - Engineering Department Page | 18 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Figure 2.7. Stress distribution below equivalent footing for pile group (FHWA, 2006a) Civil Team - Engineering Department Page | 19 Settlement of piles and pile groups 05th Nov 2012 Công thức tính độ lún cố kết của nhóm cọc trong đất dính được viết như sau: Độ lún được tính toán từ đường cong e-log p: Đất cố kết thường (Normally consoilidated clays): 𝐶𝑐 𝑝0 + ∆𝑝 𝑆𝑐 = 𝐻 𝑙𝑜𝑔 1 + 𝑒0 𝑝0 Đất quá cố kết (Overconsoilidated clays): for p0 + Δp < pc 𝐶𝑠 𝑝0 + ∆𝑝 𝑆𝑐 = 𝐻 𝑙𝑜𝑔 1 + 𝑒0 𝑝0 for p0 < pc < p0 + Δp 𝐻 𝑝𝑐 𝑝0 + ∆𝑝 𝑆𝑐 = 𝐶𝑠 𝑙𝑜𝑔 + 𝐶𝑐 𝑙𝑜𝑔 𝐸𝑞. 2.1 1 + 𝑒0 𝑝0 𝑝𝑐 Trong đó: H - Chiều dày của lớp đất tính lún; Cc - Chỉ số nén; Cs - Chỉ số trương nở của đất; e0 - Hệ số rỗng; p0 - Ứng suất có hiệu của lớp đất trước thời điểm gia tải; (the effective overburden pressure at the middle of each layer) pc - Áp lực tiền gia cố Δp - Tải trọng tăng thêm tại giữa lớp đất do tải trọng gia tải gây ra. (the increase in pressure at the middle of each layer) Ở đây, nếu chiều dày các lớp đất sét lớn hơn 3m thì phải được chia thành các lớp có chiều dày nhỏ hơn 3m. Độ lún được tính toán từ đường cong e-p: Công thức (Eq.2.1) có thể được biểu diển trong một hình thức khác như sau: Sc = ΣHmvΔp Ở đây: mv = hệ số nén lún (coefficient of volume compressibility) Civil Team - Engineering Department Page | 20 Tải về bản full