Giáo trình Nền móng - Chương 5: Móng cọc - Nguyễn Hồng Nam

Nội dung text: Giáo trình Nền móng - Chương 5: Móng cọc - Nguyễn Hồng Nam

1. CHƯƠNG V: MÓNG CỌC BỔ SUNG MỘT SỐ NỘI DUNG MỚI PGS.TS. NguyễnHồng Nam Hà Nội, 2010 1 Nội dung 5.3 Xác định sứcchịutảicủacọc đơn 5.4 Độ lún củacọc đơnvàcọc trong nhóm cọc 2 1
2. 5.3 Xác định sứcchịutảicủacọc đơn • Khái niệmvề SCT củacọc đơn •Xácđịnh SCT dọctrụccủacọc đơn •Xácđịnh SCT ngang trụccủacọc đơn 3 5.3 Xác định sứcchịutảicủacọc đơn Xác định SCT dọctrụccủacọc đơn 1) Theo điềukiệnvậtliệu 2) Theo điềukiện đấtnền 2.1 Phương pháp phân tích lực 2.2 Phương pháp thí nghiệmhiệntrường 4 2
3. Phương pháp phân tích lực • Đốivớicọcchống: 5 Xác định SứcchịutảimũicọcQp Móng vuông Móng tròn Trường hợptổng quát, móng chịu tải đứng D: đường kính cọc 6 3
4. Nếubỏ qua thành phần γDNγ*: 7 Cọcchống cọctreo 8 4
5. Xác định Qp theo Meyerhof • Đặc tính biến đổicủasức chịu đơnvịởmũicọc 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 9 Quan hệ giữa các giá trị lớn nhất của Nq ∗ với góc ma sát φ’của đất (theo Meyerhof, 1976) Xác định từ thí nghiệm SPT •(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 10 5
6. 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 11 Đốivớicọctreo(cọcma sát) Qu: Khả năng chịutảigiớihạncủacọc Qp = khả năng chịutải ở mũicọc Qs = sức kháng ma sát tạimặt bên cọc 12 6
7. Sức kháng ma sát tạimặt bên cọcQs trong đó • p = chu vi mặtcắtcọc • ∆L = lượng gia tăng chiềudàicọctrênđó p và f coi như không đổi •f = sức kháng ma sát đơnvị tại độ sâu z bấtkỳ Chú ý: Tạihiệntrường, vớisự huy động hoàn toàn sức kháng ở mũi(Qp), mũicọcphảidịch chuyểnmộtkhoảng bằng 10 đến 25% chiềurộng cọc (hay đường kính) 13 Sức kháng ma sát tạimặt bên cọcQs (đốivới đấtcát) 14 7
8. Sự làm chặtcátgầncáccọc đóng (theo Meyerhof, 1961) 15 Sức kháng ma sát đơnvị củacác cọc trong cát 16 8
9. 17 18 9
10. Biến thiên của K theo L/D (đượcvẽ lại theo Coyle và Castello, 1981) 19 Tính Qs từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 20 10
11. Tính Qs từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn 21 Tính Qs từ thí nghiệm xuyên côn 22 11
12. Các loạixuyêncôn Xuyên côn ma sát điệntử 1. Mũi xuyên (10 cm2) 2. Buồng gia tải3. Đầu đobiếndạng 4. Áo ma sát (150 cm2) 5. Vòng đai điềuchỉnh 6. Lót trụccách nước 7. Giây cáp điện8. Đầunốivới thanh truyền Xuyên côn ma sát cơ học 23 Thí nghiệmxuyênvớisốđo ma sát (theo Ruiter, 1971) (a) Mũixuyêncơ học, sốđọc cách quãng (b) Mũi xuyên điệntử, sốđọc liên tục 24 12
13. Biến thiên của α’ theo tỷ số ngậpcủa cọc trong cát: xuyên côn điện 25 Biến thiên của α’ theo tỷ số ngậpcủa các cọc trong cát: xuyên côn cơ học 26 13
14. Tính Qs đốivới đất sét theo phương pháp λ • Được đề xuấtbởi 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 σ 'o •= ứng suấtthẳng đứng hiệuquả trung bình đốivới toàn bộ chiều dài ngậpvào •Cu = cường độ chống cắt không thoát nước trung bình (φ = 0) 27 Biến thiên của λ theo chiềudàingậpvàocủa cọc(đượcvẽ lại theo McClelland, 1974) 28 14
15. Ứng dụng phương pháp λ trong đất phân tầng A + A + A + A + A + A + σ' = 1 2 3 L σ' = 1 2 3 L o L o L A + A + A + σ' = 1 2 3 L o L A1 + A2 + A3 + L Cu(1) L1 + Cu (2) L2 + Cu(3) L3 + L σ ' = C = o 29 u L L Tính Qs theo phương pháp xuyên tiêu chuẩnSPT • 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 đóN60 = giá trị đã hiệu chỉnh trung bình của sức kháng xuyên tiêu chuẩn 2 2 •pa = áp suất khí quyển(≈ 100 kN/m hay 2000 lb/ft ) • Đối với các cọc đóng đẩy chèn thấp • 30 15
16. 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): 31 Quan hệ α’~ fc/pa 32 16
17. Công tác đóng cọc ở hiệntrường (Đượcsự chophépcủa E. C. Shin, Đạihọc Incheon, Hàn Quốc) 33 Thiếtbịđóng cọc (a) búa rơi (b) búa hơi hay khí nén tác động đơn 34 17
18. Thiếtbịđóng cọc • (c) búa hơi hay khí nén tác độngképvàkhác; • (d) búa diesel; • (e), (f) máy đóng cọc kiểu rung động 35 (Đượcsự cho phép của Michael W. O'Neill, Đạihọc Houston) Nhà máy xi măng CẩmPhả 36 18
19. Nhà máy xi măng CẩmPhả 37 Nhà máy xi măng CẩmPhả 38 19
20. Nhà máy xi măng CẩmPhả 39 Phương pháp thí nghiệmhiệntrường • Thí nghiệm đóng cọc Năng lượng mỗi nhát đập của búa đóng cọc =(sức kháng cọc)(độ xuyên dưới mỗi nhát đập) •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 Công thức ghi chép thông tin kỹ thuật (EN), được xây dựng từ40lý thuyết công-năng 20
21. 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, 25.4 mm khi S và h là mm C =   1 in. khi S và h là inches •Với loại búa hơi, C = 2.54 mm khi S và h là mm   0.1 in. khi S và h là inches 41 •Hệ số an toàn FS = 6 được đề nghị để dự tính khả năng chịu tải cho phép của cọc. •Chúý rằng, với loại búa tác động đơn và kép, thành phần WRh có thể được thay bằng EHE, trong đóE làhiệu suất của búa và HE là năng lượng định mức của búa đóng cọc. Vậy, EH Q = E u S + C 42 21
22. Bảng 11.4 Các công thức đóng cọc 43 Cáccôngthức đóng cọc 44 22
23. Các công thức đóng cọc 45 Xác định SCT ngang trục •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) cọcngắn hay cọccứng (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. b) Cọc dài hay cọc đàn hồi 46 23
24. Mộtsố lờigiải •Lờigiải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) • Phân tích tảitrọng giớihạn (Broms, 1965) • Phân tích tảitrọng giớihạn (Meyerhof, 1995) 47 Lờigiải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) (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 lự48c đất 24
25. Lờigiải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) nh = hằng số môđun phản lực nền nằm ngang 49 Lờigiải đàn hồi (Matlock và Reese,1960) 50 25
26. 51 52 26
27. 53 Biến thiên của Ax, Bx, Am, và Bm theo Z (theo Matlock và Reese, 1960) 54 27
28. Các giá trịđạidiệncủanh nh 55 Công thức Davisson và Gill (1963) E I z L R = 4 p p Z = Z = k R max R 56 28
29. Biến thiên củaA’x, B’x, A’m, và B’m theo Z (theo Davisson và Gill, 1963) 57 Độ lún đàn hồicủacọc 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 58 29
30. Xác định Se(1) 59 Xác định Se(2) 60 30
31. Xác định Se(3) 61 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. 62 31
32. Độ lún đàn hồi của nhóm cọc • Nhìn chung, độ lún củamột khốicọc nhóm trong đótải trọng tác dụng lên mỗicọclà như nhau, tăng theo chiều rộng của nhóm (Bg) và khoảng cách các tim cọc(d). B s = g s (Vesic, 1969) g ()e D e 63 Độ lún củacọc nhóm trong cát (Meyerhof, 1961) sg(e) = độ lún đàn hồicủa nhóm cọc; Bg = chiềurộng củamặtcắt nhóm cọc D = chiềurộng hay đường kính củamỗicọc trong nhóm 64 se = độ lún đàn hồicủamỗicọc ở tảitrọng làm việc so sánh 32
33. Công thức Meyehof (1976) 65 Tính theo sức kháng xuyên côn •Tương tự, độ lún củacọc nhóm liên hệ vớisức kháng xuyên côn bởicôngthức qBgI (11.140) Sg()e = 2qc • trong đóqc = sức kháng xuyên côn trung bình trong phạm vi lún. •(Chúý rằng tấtcả các đạilượng trong PT (11.140) đượcbiểuthị theo các đơnvị nhất quán) 66 33
34. Độ lún cố kếtcủa nhóm cọc Độ lún cố kếtcủa nhóm cọc trong đấtsétcóthể được đánh giá theo phương pháp phân bố ứng suất2:1. 67 Nội dung tính lún cố kết 1. Cho chiềusâuxuyênngậpvàocủacọclàL. Nhóm chịutácdụng củamộttổng lựcQg. Nếu bệ cọcnằmdướimặt đấtban đầu, Qg bằng tổng tảitrọng của công trình xây dựng bên trên cọctrừ trọng lượng hiệuquả của đất bên trên cọc nhóm đã được bóc bỏ do đào hố móng. 2. Giả sử tảitrọng Qg truyềnvàođấtbắt đầu ởđộ sâu 2L/3 tính từđầucọcnhư nêu trong hình vẽ. Tảitrọng Qg mở rộng dọc theo hai đường aa’ và bb’ là hai đường có độ dốc 2:1 từđộ sâu này. 68 34
35. Nội dung tính lún cố kết 3. Tính toán ứng suấthiệuquả tăng thêm gây ra bởilựcQg ở giữamỗilớp đất. Công thức tính toán: , Q g ∆σi = ()()Bg + z i L g + z i ∆σi’= ứng suấthiệuquả tăng thêm ở giữalớpthứ i Lg, Bg = là chiều dài và chiềurộng củacọc nhóm zi = khoảng cách từ z = 0 đếngiữalớpsétthứ i Ví dụ, ở hình 11.54, vớitầng 2, zi = L1/2; vớitầng 3, zi = L1 + L2/2; và vớitầng 4, zi = L1 + L2 + L3/2. Tuy nhiên, lưuý rằng sẽ không có ứng suấttăng thêm ở lớp sét 1 vì lớp này ở trên mặtnằm ngang (z = 0) mà từđóbắt đầusự phân bố ứng suất trong đất. 69 Nội dung tính lún cố kết 4. Tính toán độ lún cố kếtcủamỗitầng đất gây ra bởi ứng suấttăng thêm. Công thức tính toán: (11.142)  ∆e()i  ∆s c()i =  H i 1+ eo()i  trong đó   ∆sc(i) = độ lún do cố kếtcủalớpthứ i ∆e(i) = biến thiên hệ số rỗng gây ra bởi ứng suấttăng thêm ở tầng đấtthứ i eo = hệ số rỗng ban đầucủatầng đấtthứ i (trướckhixây dựng) Hi = chiều dày củatầng đấtthứ i (Chú ý: Trong hình 11.54, vớitầng 2, Hi = L1; vớitầng 3, Hi = L2; và vớilớp 4, Hi = L3.) 70 Các quan hệ suy ra ∆e(i) đã cho trong Chương 1. 35
36. Độ lún tổng 5. Tổng độ lún do cố kếttổng của nhóm cọcnhư sau: (11.143) ∆sc()g = ∑∆sc ()i Lưuý rằng độ lún do cố kếtcủacọccóthểđược bắt đầubởicáckhối đắpgầnkề, các tảitrọng lân cận móng, hay do hạ thấpmựcnước. 71 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 đấtsétlàcố kếtbìnhthường. 72 36
37. Độ lún lớp1 ()0.3 (7) 134.8 + 51.6 ∆sc()1 = log  = 0.1624 m = 162.4 mm 1+ 0.82  134.8  73 Độ lún lớp2 74 37
38. Độ lún lớp3 vàđộ lún tổng 75 38