MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ
Ép nh: L c ép c tác d ng t nh c c n c c xu ngđỉ ự đượ ụ ừđỉ ọ đểấ ọ ố
Ép ôm: L c ép c tác d ng t hai bên hông c c do ch u ma sát t o nênự đượ ụ ừ ọ ấ ạ
ép c c xu ngđể ọ ố
LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
C : Lực dính
C
u
: Sức kháng cắt khụng thoỏt nước
C
v
: Hệ số cố kết
D : Đường kính tiết diện cọc
e : Hệ số rỗng
E : Mô đun biến dạng
G : Độ bão hòa
I
d
: Chỉ số dẻo
n : Độ rỗng
ϕ : Góc ma sát trong
OCR : Hệ số quá cố kết
R : Bán kính tiết diện cọc
S : Khoảng cách tính từ tim cọc
W : Độ ẩm tự nhiên
W
d
2. Mục tiêu của Đề tài:
- Nghiên cứu hiện tượng trồi đất do thi công cọc chuyển dịch lớn, với trọng tâm
là cọc thi công bằng phương pháp ép;
- Dự báo độ trồi của đất nền do ảnh hưởng của thi công ép cọc;
- Khảo sát các yếu tố có ảnh hưởng đến độ trồi của đất, như các đặc trưng của
cọc và đất nền;
- Khảo sát và đề xuất một số biện pháp làm giảm thiểu độ trồi của đất.
5
• Nghiên cứu hiện tượng trồi đất do thi công cọc chuyển dịch lớn, với trọng
tâm là cọc thi công bằng phương pháp ép;
• Dự báo ảnh hưởng của hiện tượng trồi đất với các công trình lân cận cũng như
đối với cọc đã thi công trước;
• Đề xuất một số biện pháp làm giảm thiểu tác động của trồi đất đối với công trình
lân cận.
6
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn:
- Đối tượng nghiên cứu: Độ trồi của nền do thi công cọc
- Phạm vi nghiên cứu: Tính toán dự báo độ trồi của nền do thi công cọc ép;, Khảo
sát các yếu tố ảnh hưởng đến độ trồi của đất; Phân tích và so sánh kết quả quan
trắc độ trồi của đất với các phương pháp tính toán dự báo độ trồi tại một số điều
kiện địa chất cụ thể ở Việt Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu:
a. Nghiên cứu lý thuyết: Đã tiếp thu và sử dụng 3 phương pháp để tính toán dự báo
độ trồi:
- Phương pháp giải tích của Baligh (1984) và của Chow và Teh (1990).
- Phương pháp phần tử hữu hạn (áp dụng phần mềm GeoSlope office, Mô đun
Sigma/W).
b. Nghiên cứu thực nghiệm: Quan trắc và phân tích độ trồi của đất do ảnh hưởng
của ép cọc tại 3 công trình ở khu vực Hà Nội và Hà Nam để đánh giá độ tin cậy của
các phương pháp tính toán lý thuyết.
TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG TRỒI ĐẤT DO THI CÔNG CỌC
1.1. Tổng quan về công nghệ thi công cọc
1.1.1. Giới thiệu:
Móng cọc là loại múng sõu, thường được sử dụng để truyền tải trọng công trình
qua các lớp đất yếu xuống các lớp đất có khả năng chịu tải trọng cao nằm ở độ sâu
lớn.
Cọc có thể được phân loại theo một số tiêu chí, như:
- Theo vật liệu làm cọc: Bê tông cốt thép, thép và gỗ;
- Theo phương pháp thi công: Cọc ép, rung, đóng, khoan nhồi, v.v.;
- Theo phương thức làm việc: Chống, ma sát, chống kết hợp với ma sát;
- Theo mức độ chuyển dịch: Chuyển dịch lớn, chuyển dịch nhỏ và thay thế.
Các nghiên cứu trong luận văn đề cập đến cọc chuyển dịch lớn. Thông thường
cọc chuyển dịch lớn là cọc chế tạo sẵn được hạ vào trong đất bằng phương pháp
đóng, rung hoặc ép. Việc hạ cọc làm đất bị đẩy ra xung quanh và gây chuyển vị
ngang cũng như chuyển vị thẳng đứng của đất xung quanh cọc.
1.1.2. Công nghệ thi công cọc chuyển dịch lớn
1.1.2.1. Cọc đóng
a. Thiết bị đóng cọc : Dựng búa để đóng cọc, hầu như bất kỳ loại búa nào
cũng cần có hệ trụ dẫn hướng (Lead) có tác dụng hướng cho búa rơi đỳng tõm cọc
và giữ vị trí của cọc đúng chỗ trong quá trình đóng.
Phương pháp này thường gây chấn động và tiếng ồn lớn, và có thể gặp khó
khăn khi đóng cọc qua các lớp cứng xen kẹp do cọc bị nứt hoặc gãy. Để giảm chấn
động và trợ giúp quá trình đóng cọc, có thể dựng cỏc biện pháp: khoan mồi trước
khi đóng hoặc xối nước ở mũi cọc. Tuy nhiên những biện pháp này làm giảm khả
năng chịu tải của cọc. Biện pháp khoan mồi có thể làm giảm đáng kể sức khỏng bờn
9
của cọc, còn biện pháp xối nước mũi cọc sẽ phá hoại lớp đất mũi cọc làm giảm sức
kháng dưới mũi cọc.
Các loại búa đóng cọc gồm có:
- Búa rơi tự do: Búa được kéo lên bằng cẩu, sau đó thả cho rơi tự do. Loại này
- Giảm chấn động tại khu vực cần bảo vệ.
1.1.2.2. Cọc ép
Cọc ép là cọc được hạ bằng năng lượng tĩnh, không gây nên xung động lên
đầu cọc.
Cọc được ép bằng kích thủy lực và hệ đối trọng (giống như công tác nén tĩnh
cọc). Để cọc thắng được sức cản của đất và được hạ tới độ sâu thiết kế, tải trọng ép
ở đầu cọc phải vượt sức kháng cực hạn P
u
của đất nền. Phương pháp này khắc phục
được tiếng ồn của phương pháp đóng cọc. Hiện nay phương pháp ép cọc được sử
dụng để thi công cọc nhỏ (bề rộng tiết diện 20 cm) đến cọc tiết diện tương đối lớn
(cọc ống đường kính 80 cm). Chiều dài đoạn cọc ép thay đổi từ 2m đối với cọc nhỏ
đến 16 m hoặc hơn nữa đối với cọc ống.
Trong thi công ép cọc để cọc không bị phá hoại do vật liệu thì phải tính toán
rất cẩn thận lực ộp bờn của má trấu vào thân cọc tránh hiện tượng cọc bị ép vỡ .
Ưu điểm của phương pháp ép cọc:
- Không gây ra tiếng ồn;
- Không gây ra chấn động cho các công trình khác;
- Khả năng kiểm tra chất lượng tốt hơn: từng đoạn cọc được ép thử dưới lực
ép và ta xác định được sức chịu tải của cọc thông qua lực ép cuối cùng.
Nhược điểm của phương pháp ép cọc:
- Khi cọc dài phải nối cọc: Mối nối là một điểm liên kết yếu trong thân cọc,
khó đảm bảo độ thẳng đứng nên sẽ giảm sức chịu tải và có thể bị gãy cọc khi ép;
- Không dễ dàng xuyên qua được lớp đất cứng tương đối dày;
11
- - Dịch chuyển của đất xung quanh cọc có thể đẩy trồi đất, làm nứt, góy hoặc
nghiờng cỏc cọc lân cận.
Phương pháp ép cọc và chọn máy ép cọc
Ép cọc thường dùng 2 phương pháp:
Ép đỉnh: Lực ép được tác dụng từ đỉnh cọc để ấn cọc xuống
• Sự thay đổi của trạng thái ứng suất của đất trong vùng lân cận cọc.
• Sự phát triển và tiêu tán áp lực lỗ rỗng dư ở quanh cọc.
• Biến dạng của đất quanh cọc.
1.2.1. Ảnh hưởng đối với sức kháng cắt của đất và khả năng chịu tải của cọc
[2]
Những nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của cọc ộp lờn đặc tính đất được
thực hiện bởi Housen và Berki (1948) và Cuminh, Kerkhop, Petc(1950) dựa trên
những số liệu thử tải tới phá hoại được thực hiện trên cọc tại những thời điểm khác
nhau sau khi chúng được thi công. Có thể thấy rằng sức kháng cắt khụng thoỏt nước
của đất bắt đầu giảm một cách rõ rệt khi hạ cọc, nhưng sau đó được phục hồi đáng
kể trong thời gian kể từ khi ép cọc đến khi thí nghiệm. Sức kháng cắt của đất tăng vì
sự kết hợp của 2 yếu tố: Sự phục hồi liên kết keo của đất và sự tăng sức kháng do cố
kết của đất sau khi áp lực lỗ rỗng nước dư được tiêu tán.
Ngoài sự phục hồi liờn kết keo của đất, tốc độ tăng khả năng chịu tải của đất
liên quan tới tốc độ tiêu tán của áp lực lỗ rỗng dư. Dữ liệu của Soderberg (1962)
cho thấy sự tăng lên của khả năng chịu tải tới hạn của cọc liên quan mật thiết với
tốc độ tiêu tán của áp lực lỗ rỗng dư theo thời gian (Hình 1.1). Có thể dự đoán thời
gian phát triển sức chịu tải nếu biết áp lực lỗ rỗng dư phát triển quanh cọc, và tốc độ
tiêu tán áp lực lỗ rỗng này.
13
Hình 1.1. Quan hệ giữa khả năng chịu tải với thời gian - Soderberg (1962)
[2]
1.2.2. Áp lực lỗ rỗng phát triển trong quá trình thi công cọc
[2]
.
Một số đo đạc áp lực lỗ rỗng dư phát triển trong đất đã được thực hiện; ví dụ,
Bjerrum (1958), Bjerrum và Johannessen (1960)… Kết quả quan trắc áp lực lỗ rỗng
tại mặt bên cọc trong nhiều tài liệu đã cho thấy rằng áp lực lỗ rỗng dư có thể bằng
hoặc thậm chí lớn hơn ứng suất hữu hiệu do tải trọng tầng phủ. Tuy vậy, áp lực lỗ
k
u
]
2
)1[(
''
σσ
+−=
∆
(1.1)
trong đó:
∆u
m
: Áp lực lỗ rỗng dư lớn nhất;
k
o
: Hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh;
S
u
: Sức kháng cắt khụng thoỏt nước của đất;
15
A
f
: Hệ số áp lực lỗ rỗng A tại lúc phá hoại;
σ
’
vo
: Ứng suất hữu hiệu ban đầu trong đất theo phương thẳng đứng.
Trong vùng phá hoại của đất quanh cọc, áp lực lỗ rỗng là lớn nhất và không
đổi, và việc ép những cọc gần kề chỉ làm tăng áp lực lỗ rỗng lên một chút. Bên
∆=∆
r
R
uu
m
(1.2)
Sự biến thiên nghịch đảo được dự đoán từ lý thuyết đàn hồi, bởi Ladanyi và
Nishida (1962).
• Đối với nhóm cọc, phân bố áp lực lỗ rỗng quanh các cọc riêng lẻ có thể được
cộng tác dụng, ngoại trừ áp lực lỗ rỗng không thể vượt quá ∆um, như đã được Lo và
Stermac (1965) xác định.
1.2.3. Sự tiêu tán áp lực lỗ rỗng dư
[2]
.
Một lời giải tương đối đơn giản cho tốc độ tiêu tán của áp lực lỗ rỗng dư quanh
cọc ép được đưa ra bởi Sodeberg (1962). Với giả thiết sự tiêu tán chỉ xảy ra theo
hướng xuyên tâm, sự tiêu tán theo phương thẳng đứng xảy ra quanh đầu cọc và mũi
cọc được bỏ qua. Công thức tương ứng cho cố kết là:
]
1
[
2
2
r
17
kính cọc R bằng 3 và 5. Độ cố kết trong bán kính bằng R được đưa ra đối với cả cọc
thấm và không thấm.
Hình 1.3. Tốc độ cố kết trong khu vực lân cận cọc
[2]
Từ quan điểm thực tế, lời giải như trong hình 1.3 hầu hết sử dụng để ước lượng
khoảng thời gian tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư sau khi ép cọc.
Một phân tích chặt chẽ hơn về sự thay đổi ứng suất, áp lực lỗ rỗng, và cố kết tiếp
theo quanh cọc ép trong đất sét được Wroth (1979) đưa ra. Quỏ trỡnh ép cọc được
mô hình hóa như sự tạo ra 1 lỗ hổng hình trụ dài bởi chuyển vị đất xuyên tâm. Giá
trị của ứng suất và sự thay đổi áp lực lỗ rỗng thu được bằng phân tích phần tử hữu
hạn. Nó bao gồm tổng ứng suất và ứng suất hữu hiệu gần cọc ngay sau khi ép cọc
có thể liên quan trực tiếp đến sức kháng cắt khụng thoỏt nước ban đầu của đất, và
về cơ bản không phụ thuộc vào tỉ lệ quá cố kết. Trạng thái ứng suất cuối cùng sau
cố kết giống với trong 1 thử nghiệm Oedometer (K
o
).
1.3. 1.3. Biến dạng của đất quanh cọc
Cọc ép thường gây ra đất trồi quanh cọc, theo sau bởi cố kết của đất. Chuyển vị
này gây ra bởi cọc ép có thể có ảnh hưởng đáng kể lờn cỏc kết cấu xung quanh và
18
cũng có thể khiến các cọc đã được ép trước đó bị trồi lên trong quá trình ép những
cọc sau.
Từ những đo đạc dịch chuyển do cọc ép trong đất sét, Hagerty và Peck (1971)
kết luận rằng dịch chuyển đất đối với cọc ép trong đất sét nhạy bé hơn đối với cọc
tương tự trong đất kém nhạy, và khi cọc thi công vào địa tầng xen kẹp đất hạt mịn
và đất rời, độ trồi bề mặt quan sát được có thể nhỏ hơn nhiều so với độ trồi xảy ra
trong đất sét kém nhạy. Nếu ộp cỏc cọc đầu tiên quanh chu vi nền móng, độ trồi của
mặt đất tại tâm khu vực nền móng được tăng lên và tương ứng là của khu vực xung
quanh giảm xuống. Quan sát đồng thời các chuyển vị ngang cho thấy cọc ép có xu
công bố. Sau đó Hagerty và Peck (1971) nghiên cứu đất trồi gây ra bởi cọc ép tại 16
công trường với nhiều loại đất khác nhau. Đất Độ trồi trung bình được chuẩn hóa
theo chiều dài của cọc được xác định tại 8 trong số 16 công trình như là 1 hàm số
của tỉ lệ tổng thể tích của cọc ép so với thể tích của đất gần hoặc bị vây quanh bởi
cọc (Hệ số biến dạng thể tích). Hệ số này (hình 1.5) cho thấy thể tích của đất dịch
chuyển trong nhóm cọc vào khoảng một nửa tổng thể tích cọc ép. Sự trồi lên của bề
mặt vì thế là một hàm số của chiều dài cọc.
20
Hình 1.5. Đất trồi do ép cọc (Hagerty và Perk, 1971)
[3]
Tỷ lệ của tổng thể tích đất trồi với tổng thể tích cọc ép trong khu vực thiết kế
của nền móng được tính ra vào khoảng 50% bởi Cummings (1950) dành cho cọc bê
tụng đúc tại chỗ ép vào đất sét. Orrje và Broms (1967) thì tính ra giá trị 40% cho
cọc bê tông đúc sẵn vào bựn sét. Rõ ràng, đất trồi bên ngoài khu vực múng gúp một
phần đáng kể vào tổng thể tích đất trồi, nhưng nó không được tính. Trái lại, nếu đất
trồi bên ngoài nhóm cọc được tính, Adams và Hanna (1971) tìm ra rằng đối với cọc
H bằng thép trong đất sét tảng lăn rắn, thể tích ép vào bằng thể tích trồi lên. Tương
tự, Massarch (1976) cũng công bố nghiên cứu về trường hợp 100%.
Nghiên cứu mô hình của Cooke và Price (1973) về chuyển vị của đất xung
quanh cọc đơn hạ vào đất sét London cho thấy hầu hết đất trồi xảy ra khi lúc cọc
bắt đầu xuyên qua vào khoảng 12 bán kính cọc (khoảng 1 mét). Dịch chuyển lớn
nhất trong khoảng 4 lần bán kính cọc tính từ trục cọc, và giảm dần theo bán kính.
Chuyển vị là rất nhỏ nhưng có thể đo được trong khoảng 20 lần bán kính tính từ
trục cọc.
Nghiên cứu tiếp theo tại cùng công trình được Cooke, Price và Tarr (1979)
công bố, với sự khác nhau ở chỗ đầu dò dịch chuyển dọc được đặt ở độ sâu 0.5 mét
bên dưới mặt nền. Những kết luận của họ thì hơi khác so với Cooke và Price
(1973). Dịch chuyển lên trên của đất tiếp tục xảy ra cho tới khi cọc xuyên vào đất
khoảng 24 bán kính cọc (khoảng 2 mét). Không có thay đổi nào đáng kể đối với đất
21
[3]
Hình 1.7. Quan hệ giữa Độ độ trồii của đất quanh cọc và độ sâu ép cọc (Sharp, 1982)
[3]
1.3.2. 1.3.2. Hiện tượng cọc trồi
[3]
.
Sự trồi lên hoặc nâng lên của cọc do việc ộp cỏc cọc lân cận tiếp theo chủ yếu
là quan sát thực tế. Hiện tượng này xảy ra chủ yếu là khi số lượng lớn cọc được ép
gần nhau (mật độ bố trí cọc cao).
23
Có nhiều nghiên cứu về cọc trồi do ảnh hưởng của thi công các cọc lân cận,
điển hình là các nghiên cứu của Chellis (1962), Tomlinson (1963) và Terzaghi
(1967). Đối với các cọc đó, giải pháp xử lý chung là ép lại các cọc đã bị trồi lên.
Klohn (1961) giới thiệu số liệu quan trắc hiện trường cụ thể cùng với các phân tích
liên quan đến hiện tượng trồi. Tác giả cho rằng cọc trồi có thể là nguyên nhân dẫn
đến hư hỏng ở mức nghiêm trọng cho các cọc chống đã thi công trước đó và phải ép
lại tất cả các cọc đó ộp từ trước. Trong trường hợp các cọc ma sát, tác giả cho rằng
hiện tượng trồi không gây ảnh hưởng tiêu cực đối với khả năng chịu tải của cọc, do
đó việc ép lại cọc là không cần thiết.
Olko (1963) thông báo một trường hợp cọc trồi lớn nhất tới 11 in. (275 mm)
quan sát được ở cọc thép tiết diện H hạ vào đất sột từ trạng thái dẻo tới cứng tại độ
sâu 3 1/3 feet (1m). Các cọc tiếp tục trồi lên hơn 10 ngày sau khi việc ép cọc hoàn
tất. Tuy nhiên, Koulsoftas (1982) lại ghi nhận các kết quả đo đạc chứng tỏ mức độ
trồi là không đổi trong suốt 9 ngày sau khi hoàn thành việc ép cọc H vào 1 lớp cát
từ dày đến rất dày nằm trên 1 lớp đất bùn mỏng.
Từ những trường hợp lịch sử khác nhau, Cole (1972) tổng kết rằng mức độ
trồi phụ thuộc vào đường kính cọc và khoảng cách giữa các cọc hơn là loại đất
hoặc độ dài cọc. Mức trồi lên cuối cùng của một cọc là tổng giá trị của tất cả các sự
trồi lên riêng rẽ gây ra bởi việc ộp cỏc cọc lân cận. Có 1 mối quan hệ gần đúng giữa
Hanna (1971) nhưng hiệu ứng này không được coi trọng. Adams và Hanna (1971)
quan sát thấy những chuyển vị bề mặt ngang rất nhỏ bên ngoài rìa của một nhóm
cọc H bằng thép khoảng 5 feet.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©