Tính toán móng cọc - Phần 2

 II. Tính toán sức chịu tải cọc theo đất nền TCVN 11823-2017

2.1 Tính toán sức kháng cọc đóng

2.1.1 Tính toán sức kháng cọc đóng trong đất dính

a. Sức kháng bên

1. Phương pháp a 

-           Sức kháng ma sát thành bên đơn vị được tính toán như sau:

q_s = a.S_u

Trong đó

Su : Sức kháng cắt không thoát nước(Mpa)

a : Hệ số lực dính được tra theo hình dưới đây

Ba hình trên là đường cong biểu thị hệ số dính kết của cọc đóng vào đất sét của Tomlinson(1980).

                                 ( Trích từ mục 7.3.8.6.2 TCVN11823-10:2017)

Tác giả Tomlinson cho rằng:

 - Hình 1: Lớp cát rời phía trên sẽ bị kéo xuống lớp dưới trong quá trình đóng cọc, dẫn đến hệ số a tăng lên.

 - Hình 2: Lớp sét yếu phía trên bị kéo xuống lớp dưới trong quá trình đóng cọc nên hệ số a giảm xuống.

Nếu có nhiều lớp đất xen kẹp nhau thì tốt nhất là chúng ta nên dùng đồ thị phiên bản cũ hơn của Tomlinson tính toán trực tiếp ra sức kháng ma sát thành bên như sau:

Nhận xét :

Khi đất sét có Su trong khoảng 100kPa-150kPa thì giá trị sức kháng bên đơn vị lại giảm đi (tức đất sét tốt hơn sức kháng lại nhỏ hơn).

Ở đây ngoài cách tra hệ số dính kết a  theo đồ thị của TCVN11823-10:2017, chúng tôi còn kiến nghị sử dụng cách sau đây để tính hệ số a theo API (American Petrolium Institute) :

Trong đó  

s_v’  ứng suất pháp hữu hiệu tại điểm giữa phân tố cọc đang xét.

Hình trên cho biểu thị sức kháng bên đơn vị theo sức kháng cắt không thoát nước Su , chúng ta có thể thấy nó đã khắc phục được nhược điểm của việc tra hệ số a theo Tomlinson như sau:

- Công thức đơn giản, dễ thực hiện

- Đất càng tốt thì sức kháng càng tăng, phù hợp hơn so với  công thức tra của Tomlinson.

2. Phương pháp b

-  Phương pháp này dựa trên ứng suất có hiệu, có thể được sử dụng để tính toán ma sát thành bên (Mpa) của cọc :

                                                             qs=  b.sv'

Trong đó :

qs : Ma sát thành bên của cọc(Mpa)

b: Hệ số lấy theo biểu đồ hình bên dưới đây

sv': Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng(Mpa)

                                Hình tra hệ số b theo OCR  của Esrig và Kirby(1979)

Nhận xét :

 - Phương pháp b làm việc tốt nhất trong dự đoán sức kháng bên của đất sét cố kết thông thường(normally consolidated) và đất sét quá cố kết nhẹ (lightly overconsolidated). Phương pháp này dùng để ước tính sức kháng bên của đất quá cố kết nặng(heavily overconsolidated).

3. Phương pháp l

 - Phương pháp này, ma sát thành bên được tính toán như sau:

                                            q_s = l(s_v’+2S_u)

Trong đó :

qs : Ma sát thành bên của cọc(Mpa)

sv': Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng(Mpa)

Su : Sức kháng cắt không thoát nước(Mpa)

l  :Hệ số thực nghiệm lấy từ hình dưới đây

                                               Hình 3: Biểu đồ tra hệ số thực nghiệm l

b. Sức kháng mũi của cọc trong đất dính

- Sức kháng mũi của cọc trong đất dính có thể được tính như sau:

                                qp = 9.Su (Mpa)

Trong đó : 

qp : Sưc kháng mũi của cọc (Mpa)

Su: Sức kháng cắt không thoát nước của đất sét cạnh mũi cọc (MPa)

2.1.2  Tính toán sức kháng cọc đóng trong đất rời

a. Sức kháng bên 

1. Phương pháp Nordlund/Thurman

 - Sức kháng bên đơn vị được tính toán như sau:

 

Trong đó :

qs: Sức kháng bên đơn vị (Mpa)

Kd: Hệ số áp lực đất nằm ngang tại điểm giữa của lớp đất xem xét

Cf: Hệ số điều chỉnh cho Kd khi d # jf.

sv' :  ứng suất hữu hiệu của lớp đất phía trên vị trí xem xét(Mpa)

 d   Góc ma sát giữa cọc và đất, lấy theo hình chú thích bên dưới

 v Góc nghiêng của cọc so với phương thẳng đứng (độ)

Hình 1: Đường cong thiết kế tính Kd khi  j_f =25 độ ( Hannigan và cộng sự -2005 theo Nordlund 1979)

Hình 2: Đường cong thiết kế tính Kd khi  j_f =30 độ ( Hannigan và cộng sự -2005 theo Nordlund 1979)

Hình 3: Đường cong thiết kế tính Kd khi  j_f =35 độ ( Hannigan và cộng sự -2005 theo Nordlund 1979)

Hình 4: Đường cong thiết kế tính Kd khi  j_f =40 độ ( Hannigan và cộng sự -2005 theo Nordlund 1979)

Hình 5: Hệ số điều chỉnh tính Kd khi d # j_f  ( Hannigan và cộng sự -2005 theo Nordlund 1979)

Hình 6: Mối quan hệ của d / j_f  h và thể tích đất chiếm chỗ V của các cọc khác nhau(Hannigan và cộng sự -2005 theo Nordlund 1979)

a. Cọc ống bê tông bịt đáy

b.Cọc gỗ

c. Cọc bê tông đúc sẵn

d. Cọc Raymond vát từng đoạn

e. Cọc Raymond vát đều

f. Cọc H

g. Cọc ống vát đều

2. Phương pháp sử dụng thông số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT(Meyerhof)

 -  Sức kháng thành bên đơn vị trong đất rời theo phương pháp Meyerhof được tính như sau:

+ Đối với cọc đóng chiếm chỗ (Driven displacement pile):

                                        qs = 0.0019N1₆₀

+ Đối với cọc đóng không chiếm chỗ (Driven nondisplacement pile):

                                        qs = 0.00096N1₆₀

Ở đây cọc chiếm chỗ (displacement pile) là cọc có mặt cắt đặc hoặc mặt cắt rỗng bịt kín ở mũi cọc, chiếm chỗ 1 thể tích tương đối lớn của đất trong quá trình đóng cọc.Cọc không chiếm chỗ( nondisplacement pile) là cọc có diện tích mặt cắt ngang tương đối nhỏ, ví dụ cọc thép H hoặc cọc ống thép hở không được bịt kín. Sự bín kín xảy ra khi đất giữa các bản cánh của cọc H hoặc đất trong hình lăng trụ của cọc ống hở dính kín vào cọc và di chuyển xuống cùng cọc.khi đóng cọc.

qs: Sức kháng bên của cọc(Mpa)

N1₆₀: Hệ số SPT hiệu chỉnh trung bình dọc theo mặt bên cọc (búa/300mm)

3. Phương pháp sử dụng thông số thí nghiệm xuyên tĩnh CPT

- Sức kháng thành bên đơn vị được tính toán như sau:

Trong đó:

Rs: sức kháng bên đơn vị(N)

Ks,c: Hệ số điều chỉnh, Ks cho đất sét và Kc cho đất cát

Li: Chiều sâu tính đến giữa của khoảng chiều dài tại điểm xem xét(mm)

Di: Chiều rộng hoặc đường kính cọc(mm)

fsi : Sức kháng ma sát thành bên cục bộ theo kết quả CPT tại điểm đang xét (Mpa)

asi: chu vi cọc đang xét(mm)

hi: Khoảng chiều dài xem xét(mm)

N1: số khoảng chiều dài tính từ mặt đất đến 1 điểm cách mặt đất 8D xuống phía dưới

N2: số khoảng chiều dài tính từ điểm phía dưới cách mặt đất 8D tới mũi cọc

                       Hình 7: Hệ số điều chỉnh Ks, Kc theo Notthingham và Schmertmann(1975)

Chú ý: Phương pháp này dùng để tính toán sức kháng bên cho cả đất dính và đất rời.

b. Tính sức kháng mũi 

1. Sức kháng mũi cọc theo phương pháp Nordlund Thurman

Trong đó :

q_{p : Sức kháng mũi đơn vị danh định của cọc (Mpa)}

a_t Hệ số lấy theo biểu đồ phía dưới

Nq' : Hệ số khả năng chịu lực lấy theo biểu đồ phía dưới

s_v  Ứng suất có hiệu do lớp đất phủ phía trên tại mũi cọc (Mpa)

qL: Sức kháng đơn vị giới hạn tại mũi cọc(MPa)

                                                                               Hình tra hệ số a_t 

D: Chiều dài cọc ngàm trong đất

b: Chiều rộng hoặc đường kính cọc

Hình tra hệ số N'q

 

Hình tra sức kháng mũi cọc giới hạn

2. Tính sức kháng mũi cọc đóng trong đất rời bằng phương pháp SPT

Sức kháng mũi được tính theo Meyerhof như sau:

qp : Sức kháng mũi cọc (Mpa)

N1₆₀: Chỉ số SPT hiệu chỉnh theo áp lực tầng phủ tại vị trí quanh mũi cọc(búa/300mm)

Db: Chiều dài cọc ngập trong tầng chịu lực(mm)

D: Bề rộng hoặc đường kính cọc(mm)

ql Giá trị sức kháng mũi giới hạn lấy bằng 8 lần 0.4N160 đối với cát và bằng 6 lần 0.3N160 đối với cát bột không pha sét (Mpa)

3. Tính sức kháng mũi cọc đóng theo kết quả CPT

Sức kháng mũi theo Nottingham và Schmertham được tính như sau:

Trong đó: