Sự phân bố về mặt định lượng các thành phần kháng bên và kháng mũi của cọc khoan nhồi trong quá trình cọc chịu tải

Trần Văn Tư, Cơ sở khoa học phân vùng dự báo lũ quét sườn. Tạp chí các KH về Trái Đất, chuyên<br /> san 2005.<br /> <br /> <br /> <br /> -----------------------------------<br /> <br /> <br /> Sự phân bố về mặt định lượng các thành phần kháng bên và<br /> kháng mũi của cọc khoan nhồi trong quá trình cọc chịu tải<br /> Vũ công ngữ1<br /> Nguyễn hùng sơn1<br /> <br /> Distribution of pile skin resistance capacity and point capacity of bored piles carrying<br /> compressive loads<br /> Abstract: In this paper the authors quantitatively analyze distribution of pile skin capacity and point<br /> capacity of bored piles while the piles carry compressive loads. The computations are carried out at Van<br /> Quan building place (Hatay province) and Dai Kim apartment building (Hanoi) with help of PLAXIS software.<br /> <br /> <br /> I. Mở đầu cọc, chúng ta cần nghiên cứu, đánh giá riêng<br /> Sức chịu tải cực hạn của cọc theo đất nền từng thành phần kháng bên và kháng mũi của<br /> được qui định bởi hai thành phần là sức kháng cọc trong phạm vi dịch chuyển giới hạn của cọc.<br /> bên và sức kháng mũi của cọc. Nhiều thí nghiệm Để nghiên cứu sự phân bố và đánh giá định<br /> hiện trường, [3] với các cọc khoan nhồi đã cho lượng các thành phần kháng bên cũng như<br /> thấy sự huy động của hai thành phần này khi cọc kháng mũi của cọc khoan nhồi trong quá trình<br /> chịu tải trọng dọc trục là không đều nhau. Ngay cọc chịu tải. Trong bài báo này, các tác giả đã sử<br /> khi tác dụng tải trọng lên cọc, sức kháng bên sẽ dụng phương pháp Phần tử hữu hạn với sự trợ<br /> được huy động ngay và hầu như toàn bộ tải giúp của phần mềm PLAXIS, [4] để tính toán cho<br /> trọng này là do sức kháng bên tiếp nhận. Nếu tải một số trường hợp cụ thể.<br /> trọng tiếp tục tăng thì một phần tải trọng sẽ được II. Sơ đồ và các số liệu tính toán<br /> tiếp nhận bởi sức kháng mũi cọc. Khi này sức Bài toán xác định định lượng phân bố các<br /> chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi được tính thành phần kháng bên và kháng mũi của cọc<br /> bằng tổng sức kháng bên cực hạn và sức kháng khoan nhồi trong suốt quá trình cọc chịu tải được<br /> mũi cực hạn của cọc. Trong nhiều trường hợp mô tả như ở sơ đồ hình 1. ở đây sơ đồ tính toán<br /> khác với các loại đất/đá giảm yếu khi có biến được chọn là sơ đồ đối xứng trục (Axisymmetry)<br /> dạng lớn, nếu ở một dịch chuyển khá nhỏ nào<br /> đó, sức kháng bên của cọc đã đạt giá trị cực<br /> hạn, nhưng nếu cọc vẫn tiếp tục dịch chuyển<br /> xuống dưới thì giá trị sức kháng bên lại giảm đi<br /> trong khi đó sức kháng mũi của cọc vẫn tăng lên.<br /> Lúc này để xác định sức chịu tải cực hạn của<br /> <br /> 1. Trường Đại học Xây dựng<br /> 55 Đường Giải Phóng, Hà Nội<br /> Tel: 8699649<br /> Email: cttc@fpt.vn<br /> <br /> <br /> 1<br />  Hình 1. Sơ đồ tính toán<br /> (Khu Văn Quán)<br /> Mô hình đất dùng trong tính toán là mô vực Đại Kim (Định Công , Hà Nội). Một số tính<br /> hình Morh Coulomb, các số liệu tính toán chất cơ bản của đất dùng cho tính toán được<br /> được các tác giả lựa chọn ở một số vùng là thể hiện ở các bảng 1 và bảng 2 dưới đây.<br /> khu vực Văn Quán (Yên Phúc, Hà Tây) và khu<br /> <br /> Bảng 1. Các chỉ tiêu của đất dùng cho tính toán ở khu vực Văn Quán, [1]<br /> <br /> Dung trọng Dung trọng<br /> Mô đun Lực dính Góc ma sát<br /> Tính chất đất dưới đất trên Bề dày lớp<br /> biến dạng đơn vị c trong của<br /> lớp đất MNN MNN đất (m)<br /> E0 (kN/m2) (kN/m2) đất ( (độ)<br /> (kN/m3) (kN/m3)<br /> Lớp 1 19.1 14.4 8050 31 13.2 4,4<br /> Lớp 2 20 16 10500 0 30 13,2<br /> Lớp 3 20 16 22000 0 35 18,5<br /> Lớp 4 18.2 14.1 9500 41 11.4 10,4<br /> Lớp 5 20 16 35000 0 35 8,5<br /> Lớp 6 20 16 100000 0 35 -<br /> <br /> Bảng 2. Các chỉ tiêu của đất dùng cho tính toán ở khu vực Đại Kim, [2]<br /> <br /> Dung trọng Dung trọng<br /> Mô đun Lực dính Góc ma sát<br /> Tính chất đất dưới đất trên Bề dày lớp<br /> biến dạng đơn vị c trong của<br /> lớp đất MNN MNN đất (m)<br /> E0 (kN/m2) (kN/m2) đất ( (độ)<br /> (kN/m3) (kN/m3)<br /> Lớp 1 19,2 14,6 12000 22 12,4 5,5<br /> Lớp 2 18,6 13,7 11000 16 10 2<br /> Lớp 3 16,1 10 1300 6 6 2,5<br /> Lớp 4 17,1 11,4 1100 6 6 11,5<br /> Lớp 5 17,9 12,7 5000 9 6 6,5<br /> Lớp 6 19,3 14,8 8800 8 18 2<br /> Lớp 7 18,8 14 10000 16 11 4<br /> Lớp 8 19,3 14,8 15400 24 15 4,5<br /> Lớp 9 18,9 14,2 10200 16 11 1,5<br /> Lớp 10 20 16 25000 0 30 2<br /> Lớp 11 20 17 45000 0 35 2<br /> Lớp 12 20 17 60000 0 35 -<br /> <br /> Cọc khoan nhồi là cọc bê tông cốt thép mác 2,9.107 kN/m2, hệ số poisson ( = 0,17 và trọng<br /> bê tông 300#, được mô hình là môi trường đàn lượng riêng ( = 25kN/m3.<br /> hồi không có lỗ rỗng với mô đun đàn hồi E = Các tính toán được thực hiện lần lượt cho các<br /> <br /> <br /> <br /> 1<br /> trường hợp sau: trong đó: Rs - sức kháng bên của cọc,<br /> 1. Tại khu vực Văn Quán, tính toán cho cọc N –lực nén tác dụng lên đỉnh cọc<br /> đường kính 1200mm, dài 56m, W –trọng lượng bản thân của cọc<br /> 2. Tại khu vực Đại Kim, tính toán cho cọc (yy –ứng suất theo phương thẳng đứng tại vị<br /> đường kính 1000mm, dài 42m. trí mũi cọc<br /> Để đánh giá khả năng chịu tải tại mũi cọc, A – diện tích tiết diện ngang của cọc<br /> chúng ta sẽ nghiên cứu thành phần ứng suất III. Các kết quả tính toán<br /> theo phương thẳng đứng của điểm A tại tâm tiết Sau khi tính toán và phân tích các kết quả thu<br /> diện ngay dưới mũi cọc. Coi ứng suất thẳng được, chúng ta hoàn toàn có thể đánh giá định<br /> đứng phân bố dưới mũi cọc là đều, chúng ta lượng từng thành phần sức kháng mũi và kháng<br /> hoàn toàn có thể xác định được thành phần lực bên mà cọc đã huy động thêm khi có tải trọng tác<br /> ma sát bên của cọc từ điều kiện sau: dụng. Các đánh giá này được thể hiện ở các<br /> Rs = (N+W) - A.(yy bảng 3 và 4 dưới đây.<br /> <br /> Bảng 3. Đánh giá các thành phần lực kháng của cọc tại khu vực Văn Quán<br /> <br /> Cường độ áp Thành phần lực Thành phần lực kháng<br /> Lực nén tác<br /> lực nén phân kháng mũi bên<br /> Kích thước cọc dụng trên đỉnh<br /> bố trên đỉnh<br /> cọc (kN) (kN) (%) (kN) (%)<br /> cọc (kPa)<br /> 0 0 0 0 0 0<br /> 1000 1130,4 252 22,3 878,4 77,7<br /> 2000 2260,8 458,4 20,2 1802,4 79,7<br /> 3000 3391,2 707,5 20,9 2683,7 79,1<br /> 4000 4521,6 1036 22,9 3485,6 77,1<br /> 5000 5652 1720,5 30,4 3931,5 69,6<br /> Cọc nhồi đường 6000 6782,4 2385,3 35,2 4397,1 64,8<br /> kính 1200mm, 7000 7912,8 3333,8 42,1 4579 57,9<br /> dài 56m 8000 9043,2 4355,1 48,2 4688,1 51,8<br /> 9000 10173,6 5559,2 54,6 4614,4 45,4<br /> 10000 11304 6687,4 59,2 4616,6 40,8<br /> 11000 12434,4 7909,3 63,6 4525,1 36,4<br /> 12000 13564,8 9089,1 67 4475,7 33<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Các thành phần sức<br /> kháng của cọc tại khu vực<br /> <br /> <br /> 1<br />  Văn Quán<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Các thành phần sức<br /> kháng của cọc tại khu vực Đại<br /> Kim<br /> Bảng 4. Đánh giá các thành phần lực kháng của cọc tại khu vực Đại Kim<br /> <br /> Cường độ áp Thành phần lực Thành phần lực kháng<br /> Lực nén tác<br /> lực nén phân kháng mũi bên<br /> Kích thước cọc dụng trên đỉnh<br /> bố trên đỉnh<br /> cọc (kN) (kN) (%) (kN) (%)<br /> cọc (kPa)<br /> 0 0 0 0 0 0<br /> 1000 785 218,1 27,8 566,9 72,2<br /> 2000 1570 410,4 26,1 1159,6 73,9<br /> 3000 2355 1132 48,1 1223 51,9<br /> 4000 3140 1960,1 62,4 1179,9 37,6<br /> Cọc nhồi<br /> 5000 3925 2764,3 70,4 1160,7 29,6<br /> đường kính<br /> 6000 4710 3537,5 75,1 1172,5 24,9<br /> 1000mm, dài<br /> 7000 5495 4540,8 82,6 954,2 17,4<br /> 42m<br /> 8000 6280 5421,6 86,3 858,4 13,7<br /> 9000 7065 6082 86,1 983 13,9<br /> 10000 7850 6947,1 88,5 902,9 11,5<br /> 11000 8635 7910,5 91,6 724,5 8,4<br /> 12000 9420 8845,5 93,9 574,5 6,1<br /> <br /> Các hình 2 và hình 3 trên đây thể hiện mối quan hệ của các thành phần kháng bên và kháng mũi<br /> của cọc theo từng cấp tải trọng nén lên đầu cọc.<br /> Theo các số liệu tính toán thống kê ở các bảng 3, 4, và từ các hình 2, 3 chúng ta có thể rút ra một<br /> vài nhận xét sau đây :<br />  ở các điều kiện địa chất khác nhau sự phân bố của các thành phần không giống nhau, nhưng<br /> chúng đều có điểm chung là ngay khi cấp tải trọng tác dụng còn nhỏ hầu hết tải trọng được tiếp thu bởi<br /> sức kháng bên của cọc. Sức kháng bên được huy động tới một mức độ nào đó thì giảm dần ảnh hưởng<br /> và lúc này sức chịu tải của cọc được tăng lên là nhờ vào sức kháng mũi.<br />  Kết quả thu được trên hình 2 tương đối phù hợp với các kết quả thực nghiệm thu được như đã<br /> nói ở tài liệu [3]. Ngay khi chất tải, sức kháng bên của cọc đã tăng rất nhanh và hầu như tiếp thu toàn<br /> bộ tải trọng đặt lên đỉnh cọc. Sức kháng bên đã chiếm tới gần 80% giá trị tải trọng đặt lên đỉnh cọc.<br /> Nhưng sau khi đã đạt được giá trị cực đại, sức kháng bên đã không tăng thêm mà giữ nguyên.<br />  Đây mới chỉ là những tính toán bước đầu, một cách định tính kết quả trên là hợp lý nhưng về<br /> mặt định lượng thì chưa chắc chắn. Việc mô phỏng tương tác đất – cọc cần được làm rõ thêm để có<br /> thể ứng dụng chương trình Plaxis vào phân tích sự làm việc của cọc.<br /> dựng Mỏ Địa chất. Báo cáo kết quả thí nghiệm nén<br /> Tài liệu tham khảo: tĩnh cọc khoan nhồi Công trình Nhà ở cao tầng CT3,<br /> 1. Công ty Tư vấn triển khai công nghệ và xây Văn Quán – Yên Phúc- Hà Tây. 7/2004.<br /> <br /> <br /> 1<br />  2. Trường Đại học Mỏ địa chất, Trung tâm<br /> nghiên cứu Địa kỹ thuật. Báo cáo kết quả khảo<br /> sát địa chất công trình khu đô thị Đại Kim, Định<br /> Công, Hà Nội. 2002.<br /> 3. Drilled shafts: Construction Procedures and<br /> Design Methods. FHWA-IF-99-025<br /> 4. Vermeer P.A., Brinkgreve R.B.J. (Eds),<br /> PLAXIS - finite element code for soil and rock<br /> analyses. Plaxis user's Manual v.7.Balkema/<br /> Rotterdam/ Brookfiled/ 1998.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1<br /> 1<br />