Nghiên cứu sức mang tải dọc trục của cọc phức hợp trụ đất xi măng kết hợp ống thép có cánh xoắn

NGHIÊN CỨU SỨC MANG TẢI DỌC TRỤC CỦA CỌC PHỨC HỢP<br /> TRỤ ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP ỐNG THÉP CÓ CÁNH XOẮN<br /> NGUYỄN BÁ ĐỒNG, NGUYỄN ĐỨC MẠNH*<br /> <br /> <br /> Study of axial compressive bearing capacity for composited cement soil<br /> pile from field test and numerical model in Vietnam<br /> Abstract: Composite cement soil pile is one kind of pile which is made of<br /> cement soil colunm outside and screw-winged steel pipe inside. The load<br /> bearing capacity of this pile includes both the cement pile and screw-<br /> winged steel pipe in the ground. Currently, in Vietnam, this pile is still<br /> quite new and there have not been many researches or applications of this<br /> technology. In this paper, full scale tests of steel pipe pile with wings<br /> which installed in soil cement column were conducted in soft soil layer in<br /> Hanoi city by using static axial compressive load test. The test results and<br /> numerical models shown that ultimate compressive resistance capacity of<br /> composite cement soil pile is significantly different with or without<br /> reinforced concrete piles.<br /> Keywords: Cement soil pile, model, screw piles, load bearing capacity,<br /> composited cement soil pile<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU* đứng, sức chịu tải của trụ đất gia cố xi măng có<br /> Cọc đất xi măng phức hợp đƣợc cấu tạo từ đƣợc chủ yếu từ ma sát xung quanh thân trụ -<br /> các ống thép có cánh xoắn đặt trong lòng trụ cọc. Và vì vậy, để huy động toàn bộ trụ đất gia<br /> (cọc) đất xi măng đã thi công trƣớc đó bằng cố xi măng cùng chịu lực thì phải tăng cƣờng độ<br /> phƣơng pháp trộn sâu (Hình 1). Loại cọc này đất gia cố xi măng, nhƣng khi đó khả năng nứt<br /> đƣợc phát triển đầu tiên tại Nhật Bản, dạng cọc dễ xảy ra. Nhằm phát huy tính hiệu quả của<br /> chuẩn của tập đoàn vật liệu xây dựng Asahi trụ đất gia cố xi măng khi mà nó bị khống chế<br /> Kasei gọi là cọc vít ATT (Asahikasei Tenox về mặt cƣờng độ, ống thép có cánh ở tâm của<br /> Technology) [2,3,4]. Với nhiều ƣu điểm nổi bật chúng nhằm phân bố tải trọng lên phần trụ đất<br /> của cọc này nhƣ khả năng chịu tải đứng, ngang gia cố xi măng [2,6].<br /> và nhổ lớn, độ rung và tiếng ồn khi thi công Liên quan tới sự làm việc của cọc đất xi<br /> thấp, ít ô nhiễm môi trƣờng, thuận tiện với khu măng phức hợp cũng nhƣ cọc ATT, một số công<br /> vực xây chen nên loại cọc này đƣợc nghiên bố cũng đã đƣợc giới thiệu, đáng chú nhƣ<br /> cứu, phát triển và các ứng dụng rộng rãi ở Nhật nghiên cứu của Zhang D. (1999) [2,9] và<br /> Bản. Tại Việt Nam, công nghệ này mới đƣợc Narasimha Rao (1989, 1999) [2,3,5],.... Các<br /> nghiên cứu và áp dụng tại một vài công trình nghiên cứu tập trung nhiều vào việc xác định sự<br /> và cũng đã cho thấy những hiệu quả tích cực phụ thuộc của đƣờng kính và khoảng cách giữa<br /> nhất định [5]. các cánh vít tới sự làm việc của cọc.<br /> Trong trƣờng hợp chịu tải trọng nén thẳng Ở Việt Nam, ngoài một vài công bố về ảnh<br /> hƣởng đƣờng kính, khoảng cách cánh vít, cƣờng<br /> *<br /> Bộ môn Địa kỹ thuật, khoa Công trình, tr ng Đ i h c độ cọc đất xi măng, mô hình ứng xử liên quan<br /> Giao thông Vận tải<br /> sức kháng dọc của Viện Khoa học công nghệ<br /> Email:nbdong@utc.edu.vn;<br /> xây dựng (IBST), Phạm Hoàng Kiên, Phạm<br /> nguyenducmanh@utc.edu.vn<br /> Quốc Thắng, Nguyễn Giang Nam (2014, 2015)<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 59<br /> [3,6], Nguyễn Đức Mạnh và Vũ Tiến Thành 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT DỰ TÍNH SỨC<br /> (2016) [5], các nghiên cứu khác về sự làm việc MANG TẢİ CỦA CỌC ĐẤT Xİ MĂNG<br /> của loại cọc đất xi măng phức hợp này còn hạn PHỨC HỢP<br /> chế và đặc biệt là các nghiên cứu về sự tập trung Cọc đất xi măng phức hợp là sự kết hợp giữa<br /> ứng suất cũng nhƣ phân bố tải trọng dọc theo ống thép có cánh xoắn (cọc vít truyền thống) và<br /> thân cọc. Vì vậy, để từng bƣớc làm rõ hơn về trụ đất gia cố xi măng thi công trộn sâu. Đối với<br /> nguyên lý làm việc cũng nhƣ ứng xử của loại sự làm việc của cọc vít truyền thống phụ thuộc<br /> cọc đất xi măng phức hợp này khi chịu tải, việc vào đƣờng kính cánh vít, khoảng cách giữa các<br /> phân tích kết quả thí nghiệm nén tĩnh trên mô cánh vít và cƣờng độ của lớp đất giữa các cánh vít<br /> hình thực tại Việt Nam kết hợp với mô hình (D. Zhang, 1999; Narasimha Rao, 1989; nnk)<br /> phỏng số là cần thiết, giúp cho công tác thiết kế [2,3,7,9]. Kết quả nghiên cứu cọc vít truyền thống<br /> và áp dụng trong điều kiện nƣớc ta đƣợc dễ cho thấy trƣờng hợp khoảng cách giữa các cánh<br /> dàng và hiệu quả hơn. vít nhỏ khi phá hoại khối đất giữa các cánh vít tạo<br /> thành một khối. Trong khi đó khi khoảng cách<br /> giữa các cánh vít lớn thì đất khối đất giữa các<br /> cánh vít không thành khối [6,11]. Điều này dẫn<br /> đến khoảng cách giữa các cánh vít phải nằm trong<br /> giới hạn nào đó thì khi phá hoại đất giữa các cánh<br /> vít đƣợc hình thành khối và mặt phá hoại sẽ là mặt<br /> trụ bao quanh khối đất.<br /> Theo Narasimha Rao và các cộng sự, khi tỷ<br /> số khoảng cách cánh vít so với đƣờng kính cánh<br /> vít - S/D < 2, thì mô hình tính toán sức chịu tải<br /> đứng cọc vít theo mặt hình trụ bao quanh cánh<br /> vít, còn khi S/D >2 dùng mô hình tính sức chịu<br /> tải cọc của từng cánh vít (Hình 2).<br /> Hình 1. Cấu t o c c đất xi măng phức hợp<br /> <br /> <br /> Qc- Lực nén Qc- Lực nén<br /> <br /> <br /> <br /> Ma sát<br /> thân cọc<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ma sát<br /> thành trụ<br /> đất<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) b)<br /> Hình 2. Mô hình tính sức chịu tải theo từng cánh vít (2a)<br /> và mặt hình trụ bao quanh cánh vít (2b) (Narasimha Rao,1991)<br /> <br /> 60 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  Trong khi đó đối với cọc đất xi măng phức mãn điều kiện  qu  0.8qu  10 ); N - Giá trị xuyên<br /> hợp thì giữa các cánh vít không phải đất yếu mà tiêu chuẩn (SPT) trung bình tại mũi cọc (đƣợc<br /> là đất yếu đã đƣợc gia cố bằng xi măng, với lấy lên trên mũi cọc và dƣới mũi cọc tƣơng<br /> cƣờng độ đƣợc tăng lên nhiều so đất nền hiện tại, đƣơng một lần đƣờng kính cánh vít); Ap- Diện<br /> do đó mô hình sử dụng để dự tính sức chịu tải tích có hiệu của mặt cắt ngang mũi cọc (m2);<br /> dọc trục của cọc phức hợp thƣờng lựa chọn là mô N s - Giá trị SPT trung bình của các lớp đất cát<br /> hình mặt trụ bao quanh các cánh vít [2,3,6,9]. xung quanh mũi cọc; Ls -Tổng chiều dài hữu<br /> Tuy nhiên để có mô hình là mặt trụ bao quanh hiệu của phần thân cọc tiếp xúc với đất cát (m);<br /> cánh vít thì khoảng cách giữa các cánh vít phải q u Giá trị trung bình của cƣờng độ chịu nén một<br /> đảm bảo khoảng cách nhất định (S/D < 2).<br /> trục các lớp đất sét xung quanh thân cọc<br /> Cọc đất xi măng phức hợp hiện còn khá mới<br /> (kN/m2); Lc-Tổng chiều dài hữu hiệu của phần<br /> mẻ ở nƣớc ta, nên đến nay vẫn chƣa có tiêu<br /> thân cọc tiếp xúc với đất sét (m); Ψ- Chu vi cọc<br /> chuẩn hƣớng dẫn thiết kế cụ thể, chủ yếu sử dụng<br /> đất gia cố xi măng (m);<br /> các tài liệu chuyển đổi từ các tiêu chuẩn Nhật<br /> * Sức kháng d c trục theo vật liệu thép làm<br /> Bản và kết quả nghiên cứu bƣớc đầu của viện<br /> c c vít<br /> Khoa học Công nghệ xây dựng (IBST) kết hợp F*<br /> R <br /> A<br /> x o (2)<br /> cùng công ty Tenox Technology thực hiện từ a2<br /> 1,5 1000<br /> 2013-2014. Theo đó, khi thiết kế loại cọc này, Trong đó: Ra2- Sức chịu tải của cọc theo vật<br /> sức kháng dọc trục đƣợc dự tính theo tiêu chuẩn liệu (kN); F*- Cƣờng độ thiết kế của ông thép<br /> của Nhật Bản [1,4,7,8,11], theo điều kiện đất nền 2<br /> F *  F (0,8  2,5t / r ) (N/mm ); F- Giới hạn chảy<br /> và vật liệu thép làm phần ống có cánh vít. của vật liệu làm ống thép (N/mm2); t- Chiều dày<br /> ống thép (mm); r- Bán kính ngoài của ống thép;<br /> Ao- Diện tích tiết diện ống thép (mm2).<br /> 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CỌC<br /> ĐẤT XI MĂNG PHỨC HỢP TRÊN MÔ<br /> HÌNH THỰC<br /> Nghiên cứu thực nghiệm cọc đất xi măng<br /> phức hợp xác định sức mang tải dọc trục đƣợc<br /> thực hiện với các nội dung cũng nhƣ trình tự<br /> chính nhƣ: 1) Nghiên cứu cơ sở lý thuyết liên<br /> qua; 2) lựa chọn mô hình thực nghiệm, thiết kế<br /> sơ bộ và lựa chọn vị trí nghiên cứu; 3) khảo sát<br /> đất nền vị trí nghiên cứu; thiết kế chi tiết và sản<br /> xuất các cấu kiện liên quan; 4) chuẩn bị thiết bị,<br /> vật tƣ vật liệu thi công và thí nghiệm; 5) thi<br /> công cọc thử đất xi măng, lấy mẫu và thí<br /> Hình 3. Mô hình dự tính sức kháng đỡ cọc phức hợp nghiệm mẫu gia cố cọc thử; 6) tiến hành thi<br /> công cọc đất xi măng phức hợp và lắp đặt thiết<br /> * Sức kháng d c trục theo đất nền bị thử nghiệm; 7) chờ bão dƣỡng và nghiên cứu<br /> thực nghiệm cọc đất xi măng phức hợp; 8) Phân<br /> Ra <br /> 1<br /> 2<br />   <br />  .N Ap   N Ls   qu Lc  (1)<br /> tích số liệu.<br /> Trong đó: α- Hệ số khả năng chịu lực ở đầu Đất nền khu vực nghiên cứu<br /> cọc (α=250); β- Hệ số ma sát thân cọc trong nền Khu vực lựa chọn nghiên cứu thực nghiệm<br /> đất cát (thỏa mãn điều kiện  N s  10 N s  50 ); γ- nghiên cứu sức mang tải dọc trục của cọc đất xi<br /> Hệ số ma sát thân cọc trong nền đất sét (thỏa măng phức hợp tại bãi đất nền chƣa xây dựng<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 61<br /> thuộc xã Đức Thƣợng, huyện Hoài Đức, Hà (độ sâu 2,0 – 3,0m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn<br /> Nội. Để có cơ sở thiết kế cọc phức hợp này, (SPT) N30=2; Sét pha màu xám, dẻo cứng, dày<br /> công tác khảo sát địa chất công trình đƣợc tiến 1m (độ sâu 3,0 – 4,0m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn<br /> hành và thực hiện bởi viện Khoa học công nghệ (SPT) N30=4; Sét màu xám trắng, xám đen, dẻo<br /> Xây dựng (IBST) năm 2016, trong đó tác giả là chảy, dày 5,7m (độ sâu 4,0 – 9,7m), chỉ số<br /> một thành viên tham gia. Kết quả khảo sát cho xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=3; Cát pha màu<br /> thấy, tới độ sâu 15,5m nền đất vị trí nghiên cứu ghi, trạng thái dẻo, dày 5,8m (độ sâu 9,7 –<br /> gồm các lớp đất sau: Cát san lấp, dày 2m (độ 15,5m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30=4.<br /> sâu 0,0 – 1,0m), chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) Một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản các lớp đất nền tại<br /> N30=2; Sét màu xám vàng, dẻo cứng, dày 1m vị trí nghiên cứu đƣợc trình bày tại Bảng 1.<br /> Bảng 1. Một số chỉ tiêu cơ bản của đất<br /> Độ ẩm Khối Mẫu nguyên trạng Mẫu chế bị<br /> Độ sâu<br /> tự nhiên của lƣợng Độ nhạy<br /> lớp đất qu ef qu ef<br /> đất thể tích của đất<br /> (m) (%) (g/cm3) (kPa) (%) (kPa) (%)<br /> 2,0 – 2,8 34,0 1,88 51,5 9,2 20,2 19,9 2,5<br /> 4,0 – 4,8 45,3 1,71 40,0 5,9 15,3 10,6 2,6<br /> 9,0 – 9,8 43,1 1,72 51,4 5,6 18,7 10,5 2,7<br /> <br /> Thiết kế và thi công cọc nghiên cứu tại thép có cánh xoắn (cọc vít) cũng nhƣ trụ đất<br /> hiện trƣờng xi măng đƣợc thiết kế với các kích thƣớc và<br /> Để nghiên cứu sức mang tải cọc đất xi thông số có điều chỉnh sai khác chút ít so với<br /> măng phức hợp, ngoài các thiết kế công trình dạng chuẩn cọc ATT của Nhật Bản (Hình 4<br /> và biện pháp thi công liên quan, phần ống và Bảng 2).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Kích th ớc cơ bản c c đất xi măng phức hợp thiết kế phục vụ nghiên cứu<br /> <br /> Bảng 2. Thông số cọc đất xi măng và ống thép có cánh xoắn thiết kế phục vụ nghiên cứu<br /> <br /> Đƣờng kính Chiều dày Đƣờng Đƣờng kính Chiều dài Chiều sâu<br /> Ký hiệu cọc ống thép ống thép kính cánh cọc đất xi cọc đất xi cọc thép<br /> (mm) (mm) vít (mm) măng (mm) măng (m) (m)<br /> PA-01 219 8 510 800 9,0 8,7<br /> <br /> Phần ống thép đƣợc gia công tại xƣởng cơ Bản đƣợc dán dọc thân ống thép trƣớc khi thi<br /> khí tại Hà Nội với các kích thƣớc đã đƣợc lựa công xoắn vào tâm trụ đất gia cố xi măng<br /> chọn thiết kế. Các thiết bị đo biến dạng dọc (Hình 5a và 5b).<br /> thân cọc sử dụng loại Strain Gauge của Nhật<br /> <br /> <br /> 62 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  a) b)<br /> Hình 5. Gia công ng thép có cánh t i x ởng và lắp đặt (dán) các đầu đo biến d ng d c thân ng<br /> <br /> Công tác thi công cọc đất xi măng phức hợp, công đƣợc 3 ngày, tiến hành khoan lấy mẫu trên<br /> với trƣớc hết là trụ đất gia cố xi măng đƣợc tiến toàn chiều dài cọc. Công tác bảo quản và kết<br /> hành theo phƣơng pháp trộn sâu tiêu chuẩn quả xác định cƣờng độ kháng nén một trục tự do<br /> (CDM) thực hiện theo TCVN9403-2012. Hàm mẫu đất gia cố xi măng theo các độ sâu khác<br /> lƣợng xi măng đƣợc lựa chọn cho cọc nghiên nhau, đƣợc thể hiện trên hình 6 và 7. Kết quả<br /> cứu là 300kg/m3. Việc lựa chọn hàm lƣợng xi phân tích cƣờng độ kháng nén một trục nở<br /> măng này đƣợc căn cứ trên kết quả nén mẫu ngang tự do các mẫu đất gia cố xi măng lấy từ<br /> trong phòng của hỗn hợp xi măng đất đƣợc tiến trụ đất gia cố xi măng thi công thử đƣợc tiến<br /> hành cùng thí nghiệm khảo sát địa chất công hành bởi phòng thí nghiệm thuộc IBST và có<br /> trình và kết quả nén các mẫu đất gia cố xi măng tham gia của tác giả, thể hiện tại bảng 3.<br /> đƣợc lấy từ nõn khoan 01 trụ đất gia cố xi măng Cọc đất xi măng phức hợp nghiên cứu đƣợc thự<br /> thi công thử nghiệm trƣớc khi thi công các cọc hiện bằng cách xoay ống thép có cánh xoắn ốc<br /> phức hợp. Bên cạnh đó trƣớc khi thi công các để chôn nó vào trong tim thân trụ đất xi măng<br /> cọc thí nghiệm, tiến hành thi công 04 cọc đất xi thi công theo phƣơng pháp trộn sâu tiêu chuẩn<br /> măng tạo phản lực cũng đƣợc thi công cạnh cọc (CDM) vừa tiến hành trƣớc đó, kết hợp để tạo<br /> nghiên cứu sức kháng đỡ dọc trục với cùng điều thành một khối thống nhất – Trụ đất gia cố xi<br /> kiện địa chất khu vực này. Với trụ đất gia cố xi măng với cọc vít (Hình 8).<br /> măng sử dụng đánh giá cƣờng độ, sau khi thi<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Thi công c c đất xi măng CDM Hình 7. Bảo d ỡng mẫu khoan đất gia c<br /> (10/2016) xi măng lấy từ c c thử (10/2016)<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 63<br />  Bảng 3. Kết quả thí nghiệm nén một trục không nở ngang mẫu đất gia cố xi măng cọc thử<br /> <br /> Hàm lƣợng xi măng qu<br /> Độ sâu mẫu thí nghiệm (m) Tỷ lệ X/N<br /> (300kg/m3) (kPa)<br /> 0,0-1,0 80 300 1631<br /> 1,0-2,0 80 300 2969<br /> 2,0-3,0 80 300 3791<br /> 3,0-4,0 80 300 2323<br /> 4,0-5,0 80 300 2351<br /> 5,0-6,0 80 300 1220<br /> 6,0-7,0 80 300 1235<br /> 7,0-8,0 80 300 1135<br /> <br /> Thí nghiệm nén tĩnh xác định sức mang tải Công tác thí nghiệm xác định sức mang tải<br /> cọc phức hợp dọc trục đƣợc thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM<br /> Thí nghiệm nén tĩnh cọc đƣợc lựa chọn để D1143-07 và có tham khảo các tiêu chuẩn liên<br /> nghiên cứu sức kháng đỡ dọc trục của cọc. quan khác của Việt Nam hiện hành.<br /> Ngoài việc ghi nhận các biến dạng khi tác Sau khi thi công xong cọc, bảo dƣỡng và đợi<br /> dụng tải trọng nén thông qua đồng hồ đọc đủ cƣờng độ 28 ngày, tiến hành thí nghiệm nén<br /> trực tiếp tại đỉnh cọc, còn sử dụng thiết bị tĩnh cọc đất xi măng phức hợp nghiên cứu. Thí<br /> đầu đọc tự động ghi nhận biến dạng dọc trục nghiệm đƣợc bố trí bao gồm: 03 dầm dọc I1200,<br /> từ các Strain Gauge (cảm biến đo biến dạng) 02 dầm I400, hệ thống chất tải đƣợc truyền qua<br /> gắn vào phần ống thép trƣớc đó thông qua cọc thông qua bộ phận kích đƣợc đặt lên đầu<br /> các dây cáp. cọc (Hình 9 và 10).<br /> Cọc đất xi măng phức hợp mang ký hiệu Tiến hành gia tải theo từng cấp thông qua<br /> ATT1 đƣợc lựa chọn tiến hành thí nghiệm nén kích thủy lực, các giá trị cấp tải trọng đƣợc ghi<br /> tĩnh trực tiếp lên phần ống thép có cánh xoắn. lại từ hộp tải (loadcell), giá trị tối đa tải trọng từ<br /> loadcell có thể đạt đƣợc 4000kN.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Thi công c c đất xi măng phức hợp Hình 9. Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh c c<br /> phục vụ nghiên cứu t i Hoài Đức (10/2016) nghiên cứu<br /> <br /> <br /> 64 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  Chuyển vị đầu cọc đƣợc ghi lại thông qua 05 xứng nhau và 01 vị trí đo chuyển vị ở tâm cọc<br /> đồng hồ đo chuyển vị bao gồm 04 vị trí đối thí nghiệm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 10. Thí nghiệm nén tĩnh c c đất xi măng phức hợp t i Đức Th ợng, Hoài Đức, Hà Nội<br /> <br /> 4. KẾT QUẢ NGHİÊN CỨU SỨC MANG hành nhƣ tại Mục 2 với các số liệu cọc nghiên<br /> TẢİ DỌC TRỤC CỌC ĐẤT Xİ MĂNG cứu; và thông qua phân tích mô hình số với các<br /> PHỨC HỢP thông số của cọc nghiên cứu.<br /> Sức mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc<br /> hợp đƣợc nhóm nghiên cứu phân tích thông qua Thí nghiệm nén tĩnh cọc nghiên cứu sức<br /> kết quả thí nghiệm trực tiếp bằng nén tĩnh cọc mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp<br /> trên mô hình thực tại Hoài Đức, Hà Nội; tính đƣợc tiến hành 11/2016. Kết quả thí nghiệm và<br /> toán bằng giải tích theo cơ sở lý thuyết hiện phân tích đƣợc thể hiện tại bảng 4 và hình 11.<br /> Bảng 4: Kết quả thí nghiệm hiện trƣờng<br /> Chuyển vị trung bình Chuyển vị trung bình<br /> Lực đầu cọc (kN) Lực đầu cọc (kN)<br /> đầu cọc (mm) đầu cọc (mm)<br /> 0 0,00 1035 28,95<br /> 230 1,83 1150 46,19<br /> 460 6,44 1260 86,68<br /> 575 8,38 920 86,60<br /> 690 10,87 460 85,37<br /> 805 13,97 230 83,59<br /> 920 19,83 0 72,60<br /> <br /> Giá trị sức mang tải dọc trục từ thực nghiệm Tính toán sức mang tải cọc theo giải tích<br /> hiện trƣờng cọc đất xi măng phức hợp mà ở đây Sử dụng các công thức dự tính sức mang<br /> là trực tiếp thuộc phần ống thép có cánh xoắn tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp (1) và<br /> nằm trong tâm trụ đất gia cố xi măng, ở trạng (2), các thông số cọc và đất nền nhƣ đã trình<br /> thái phá hoại đạt Qc=1170kN, tƣơng ứng với bày, cho phép xác định đƣợc sức mang tải<br /> chuyển vị tại đỉnh cọc đạt 0,1D (trong đó D là dọc trục cọc nghiên cứu nhƣ trình bày tại<br /> đƣờng kính cánh vít). bảng 5.<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 65<br />  Hình 11. Sức kháng đỡ c c đất xi măng phức hợp t i Đức Th ợng, Hoài Đức, Hà Nội<br /> <br /> Bảng 5. Kết quả dự tính theo phƣơng pháp giải tích nhƣ sau<br /> <br /> Chiều<br /> Đườn Đườn dài Sức<br /> Sức<br /> Chiề qu g kính g kính phần kháng<br /> 10N 0,8qu kháng<br /> TT Mô tả u N (kPa α ống cánh thân mũi Tổng<br /> +50 +10 ma sát<br /> dày ) thép vít cọc cọc<br /> (kN)<br /> (mm) (m) tiếp (kN)<br /> xúc sét<br /> Đất san<br /> 0,219<br /> 1 lấp, cát 1,0 2 35 250 0,5<br /> 1<br /> pha<br /> Sét dẻo 0,219 130,8<br /> 2 1,4 4 151 250 0,5 1,4 287,64<br /> cứng 1 0<br /> Sét pha 0,219<br /> 3 0,6 4 45 250 0,5 0,6 90,00 46,00 43,35<br /> dẻo cứng 1<br /> Sét dẻo 0,219<br /> 4 5,0 3 45 250 0,5 5 80,00 46,00 361,28<br /> chảy 1<br /> 5 Cát pha - 3 45 250 0,219 0,5 46,00<br /> <br /> <br /> 66 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  dẻo 1<br /> 147,2 839,<br /> Tổng 692,28<br /> 6 54<br /> <br /> Kết quả phân tích xác định đƣợc giá trị sức Mô hình đƣợc sử dụng để phân tích trong<br /> mang tải dọc trục cọc đất xi măng phức hợp tới phần mềm Plaxis là mô hình đối xứng trục, các<br /> hạn Qc=839,54 kN với giá trị sức mang tải thiết phần tử đƣợc mô hình với 15 node. Kích thƣớc<br /> kế tƣơng ứng thông thƣờng Rtk=419,77 kN. sử dụng để mô hình sao cho sự ảnh hƣởng đến<br /> Tích toán sức mang tải dọc trục cọc đất xi kết quả là ít nhất. Bán kính của khối đất đƣợc sử<br /> măng phức hợp bằng phân tích số dụng 15m (tƣơng ứng với khoảng 30 lần đƣờng<br /> Để tiến hành so sánh, phân tích chuyển vị, kính cánh vít) kể từ tim cọc. Khoảng cách dƣới<br /> phân bố ứng suất trong đất và cọc, sử dụng mũi cọc tối thiểu đƣợc lấy 4m kể từ mũi cọc<br /> phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng thí nghiệm (tƣơng ứng với 8 lần đƣờng kính cánh vít).<br /> đã thực hiện trƣờng. Vấn đề lớn trong khi Trong phần mềm Plaxis cho phép lựa chọn<br /> phân tích số đối với cọc vít truyền thống cũng các mô hình vật liệu khác nhau tùy thuộc điều<br /> nhƣ cọc đất xi măng phức hợp là việc mô kiện đất nền và quan trọng là số liệu địa chất thu<br /> phỏng về mặt trƣợt và sự truyền tải trọng lên thập đƣợc nhƣ mô hình "Mohr –Coulomb - MC"<br /> nền đất. Việc thiết lập mô hình FEM giúp tìm (mô hình đàn - dẻo), mô hình "Hardening -Soil",<br /> hiểu kỹ hơn về ảnh hƣởng của cọc đối với nền mô hình "Soft soil" (đất yếu), mô hình "Soft soil<br /> đất, đồng thời dựa vào kết quả thí nghiệm với creep" (đất yếu xét đến từ biến).<br /> kích thƣớc thật của cọc cũng có thể dự tính Các thông số vật liệu cọc đất xi măng phức<br /> đƣợc sức mang tải của các cọc có các điều hợp và đất nền sử dụng trong phân tích số đƣợc<br /> kiện về cấu tạo khác nhau. trình bày trong các bảng 6, 7 và 8.<br /> Bảng 6. Thông số ống thép với các cánh xoắn<br /> <br /> Thông số Ký hiệu Đơn vị Cánh vít Ống thép<br /> Mô hình vật liệu Model Linear Elastic Linear Elastic<br /> Ứng xử vật liệu Non-porous Non-porous<br /> Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 78,5 78,5<br /> Đƣờng kính ngoài D mm 500 219<br /> Đƣờng kính trong d mm 203 203<br /> Mô đun đàn hồi Eref kPa 2.05e8 2.05e8<br /> Hệ số poisson ν 0,3 0,3<br /> Hệ số chiết giảm<br /> R 0,6 0,6<br /> ứng suất tiếp xúc<br /> <br /> Bảng 7. Thông số phần cọc đất gia cố xi măng<br /> <br /> Thông số Ký hiệu Đơn vị Trong lớp 1<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 67<br />  Mô hình vật liệu MC - Mohr Coulomb - MC<br /> Ứng xử vật liệu - - Thoát nƣớc (Drain)<br /> Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 20<br /> Đƣờng kính ngoài D mm 800<br /> Đƣờng kính trong d mm 219<br /> Cƣờng độ kháng nén 1 trục qu kPa 2081<br /> Cƣờng độ lực dính c kPa 1040<br /> Mô đun đàn hồi Eref kPa 100 000<br /> Hệ số chiết giảm ứng suất tiếp xúc R 1<br /> Bảng 8. Thông số đất nền sử dụng phân tích số<br /> <br /> Thông số Ký hiệu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5<br /> Chiều dày lớp - m<br /> Mô hình vật liệu - - MC MC MC MC MC<br /> Ứng xử vật liệu - - Drain Undrain Drain Undrain Drain<br /> Trọng lƣợng riêng γ kN/m3 17,9 19,13 19 18,5 17,2<br /> Cƣờng độ lực dính c kPa 0 75,97 65 25,7 28<br /> Góc ma sát φ độ 30 20 26 8 9<br /> Hệ số possion ν 0,2 0,25 0,25 0,2 0,25<br /> Mô đun đàn hồi Eref kPa 40000 9000 12500 2000 9000<br /> Hệ số chiết giảm ứng<br /> R 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6<br /> suất tiếp xúc<br /> <br /> Sử dụng phần mềm Plaxis V8 2D, các thông tƣơng ứng chuyển vị 0,1D (D là đƣờng kính<br /> số vật liệu và đất nền nhƣ trình bày tại các bảng cánh vít) là Qc=1177kN và sự thay đổi ứng suất<br /> 6, 7 và 8 để mô hình và phân tích số. Kết quả trong nền đất khi chỉu tải thí nghiệm (Hình 12<br /> phân tích đƣợc giá trị sức mang tải lớn nhất và 13).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> b)<br /> <br /> 68 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  a)<br /> Hình 12. Mô hình tính toán trong Plaxis 2D và kết quả phân tích sức mang tải d c trục<br /> so với kết quả thí nghiệm nén tĩnh c c đất xi măng phức hợp<br /> <br /> Từ kết quả phân tích ứng suất quá trình chịu từ các lớp phía dƣới thì cƣờng độ của phần<br /> tải trọng tĩnh khi nén của cọc đất xi măng phức thân trụ đất gia cố xi măng lúc này phải đƣợc<br /> hợp, thấy rằng các cánh vít đóng vai trò quan tăng lên rất đáng kể.<br /> trọng huy động khả năng chịu lực của toàn thể Kết quả tính sức mang tải dọc trục cọc đất<br /> thân cọc. Tại vị trí mũi cọc có tập trung ứng xi măng phức hợp bằng giải tích cho kết quả<br /> suất lớn nhất (Hình 13a, c) và đƣợc phân bổ (Qc=839,54 kN) khác biệt khi phân tích mô<br /> cho các cánh vít khác nhau là khác nhau (Hình hình số theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn<br /> 13b). Điều này hoàn toàn khác với trụ đất xi (Qc=1177kN). Kết quả phân tích bằng mô<br /> măng thông thƣờng, khi đó sẽ không huy động hình số (Qc=1177kN) gần với kết quả thí<br /> hết khả năng chịu lực của các lớp phía dƣới, nghiệm nén tĩnh trực tiếp cọc nghiên cứu<br /> nếu khi mà cần yêu cầu về huy động chịu lực (Qc=1170kN).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> c)<br /> a) b)<br /> Hình 13. Kết quả phân tích ứng suất trong nền đất khi chịu tải nén<br /> <br /> 5. KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN điểm khi phân tích ứng xử cọc vít truyền<br /> Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô thống, và cho giá trị sức mang tải dọc trục<br /> hình thực cho thấy, cọc phức hợp trụ đất xi tƣơng đƣơng với kết quả thí nghiệm nén tĩnh<br /> măng thi công trộn sâu kết hợp ống thép có cánh trên phần ống thép có cánh xoắn trọng hệ cọc<br /> xoắn không chỉ có khả năng chịu tải lớn mà còn đất xi măng phức hợp.<br /> tồn tại sự sai khác đáng kể giữa tính toán dự báo<br /> bằng giải tích hiện đang đƣợc sử dụng. TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> Kết quả phân tích bằng phƣơng pháp số<br /> theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn chỉ ra sự [1] AASHTO LRFD, (2012). Bridge design<br /> phân bố ứng suất khá phù hợp một số quan specificantions, 6th Ed, US.<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 69<br />  [2] Bản dịch chứng nhận chất lƣợng công (2008). An application example of ATT Column<br /> nghệ của Bộ trƣởng Bộ Đất đai, Cơ sở hạ tầng, construction method. The Foundation<br /> Giao thông và Du lịch Nhật Bản số 2529-1 Engineering & Equipment, monthly, Vol.<br /> TACP 0165; số 2528-1 TACP 0166; số 2527-1 36(10), pp 72-75.<br /> TACP 0167 cho cọc vít ATT, 2014. [8] Tamai, T., Ito, D. & Mizoguchi, E.,<br /> [3] Báo cáo tổng kết đề tài “Kết quả nghiên (2009). Study on the in-situ pile loading test and<br /> cứu chung về khả năng chịu lực của cọc vít bearing capacity characteristics of steel pipe<br /> ATT” do viện KHCN Xây dựng, công ty Asahi piles with wings installed in soil cement column,<br /> Kasei, tập đoàn TENOX và trƣờng ĐH GTVT JGS Journal, Vol. 4(4), pp 273-287.<br /> [9] ZHANG, D., (1999). Predicting<br /> thực hiện, Hà Nội, 2013.<br /> capacity of helical screw piles in Alberta soils.<br /> [4] Japanese Geotechnical Society, (2002).<br /> M.Sc. thesis, Department of Civil and<br /> Pile vertical load test method and explanation<br /> Environmental Engineering, University of<br /> First revised edition. Japanese Geotechnical<br /> Alberta, Edmonton, Alberta.<br /> Society, pp 23-47.<br /> [10] Zeyad H. Elsherbiny and M. Hesham El<br /> [5] Nguyễn Đức Mạnh, Vũ Tiến Thành. Lựa<br /> Naggar, (2013). Axial compressive capacity of<br /> ch n mô hình hợp lý dự báo sức chịu tải c c đất<br /> helical piles from field tests and numerical study<br /> xi măng phức hợp sử dụng làm móng công trình<br /> Can. Geotech. J. 50: 1191–1203<br /> trong vùng đất yếu ở Việt Nam. Kỷ yếu hội thảo dx.doi.org/10.1139/cgj-2012-0487.<br /> khoa học Quốc gia “Hạ tầng giao thông với phát [11] Sprince A., Pakrastins L., (2009).<br /> triển bền vững”, ISBN:978-604-82-1809-6, tr. Helical pile behaviour analysis in different soils.<br /> 409-415, Đà Nẵng, 2016. DOI: 10.2478/v10137-009-0012-2.<br /> [6] Nguyễn Giang Nam, Phạm Quyết www.researchgate.net/publication/245552664_<br /> Thắng. Phân tích ảnh h ởng của đ ng kính, Helical_pile_behaviour_analysis_in_different_s<br /> khoảng cách của cánh vít và c ng độ trụ đất xi oils<br /> măngđến sự làm việc của c c ATT. Tạp chí TCVN 9393:2012. Cọc - Phƣơng pháp thí<br /> KHCN Xây dựng - số 2/2014, Tr.57-62, 2014. nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục<br /> [7] Murakami, H., Ito, D. & Mizoguchi, E.,<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 70 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018<br />  Ng i phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4-2018 71<br />