PHÂN TÍCH, XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÓM CỌC TRONG ĐẤT DÍNH ĐINH LÊ KHÁNH QUỐC Tổng công ty xây dựng số 1_TNHH MTV- Bộ Xây Dựng dlkquoc@yahoo.com TÓM TẮT Sức chịu tải cọc đơn khác với sức chịu tải cọc nhóm cọc (trong đài cọc), điều hiệu ứng nhóm cọc, song hiểu kỹ, tường tận để tính toán áp dụng đúng, hiệu thực tiễn điều không dễ dàng Ngay tiêu chuẩn TCXD 205-1998 “Móng cọctiêu chuẩn thiết kế” tiêu chuẩn Việt Nam khác liên quan đến thiết kế cọc để cập chung chung đến Hiệu ứng nhóm không hướng dẫn thực hành cụ thể Nội dung báo giới thiệu lại công thức tính toán hệ số nhóm cọc Consverse-Labarre đề cập tài liệu kỹ thuật đồng thời phân tích điều kiện thực tế sử dụng kết có độ tin cậy cao so sánh với cách xác định hệ số nhóm cọc theo phương pháp phần tử hữu hạn ABSTRACT The bearing capacity of a single pile is different from that of group piles (in pile cap) This problem occurrence is due to the efficiency of group piles It is not easy to study clearly, thoroughly or to calculate and apply properly, effectively Even in Vietnam Construction Standard TCVN 205-1998 “Foundation pile – Design code” and other Vietnam Standards related to pile design, the efficiency of group piles is only mentioned vaguely and there has not been any detailed calculation of it This paper reintroduces the Consverse-Labarre formula, used to calculate the efficiency of group piles This formula has been mentioned in technical books; but this paper suggests the using of site condition in calculation to obtain the result with high reliability and to compare with calculation by Finite Element Method (FEM) 1.Hệ số nhóm cọc: Theo định nghĩa hệ số nhóm cọc η= Qg (u ) Qg (u ) = ∑ Qu n1 xn2 xQu (1) Trong : Qg(u) : Khả chịu tải giới hạn nhóm cọc Qu : khả chịu tải giới hạn cọc đơn nhóm cọc n1, n2: số hàng số cột cọc nhóm cọc (n1 x n2 = tổng số cọc đài) Trong thực tế có nhiều thông số ảnh hưởng đến ứng xử nhóm cọc-nền Các yếu tố phải kể đến như: Tính chất lý nền, vật liệu chế tạo cọc, số lượng cọc nhóm cọc, khoảng cách tim cọc, phương pháp hạ cọc, dạng độ lớn tải trọng tác dụng… Phân tích xác định hệ số nhóm cọc: 2.1Trong đất dính: Khi hạ cọc phương pháp đóng, ép rung đất chung quanh cọc bị xáo trộn, nước thoát xung quanh chu vi cọc làm giảm khả chịu tải cọc Sau thời gian đất phục hồi, sức kháng cắt tăng lên hồi phục hoàn toàn ban đầu [6] Khi cọc chịu tải nén, cọc có khuynh hướng dịch chuyển xuống Tùy vào độ lớn lực nén, độ dịch chuyển cọc, đặc trưng đất xung quanh cọc mà vùng ảnh hưởng có phạm vi định (Hình 1) Mô tả dạng vùng ảnh hưởng xung quanh cọc Theo Consverse-Labarre, cọc đất dính hệ số nhóm xác định sau: η= 1-[ (n1 − 1)n2 + (n2 − 1)n1 D ] cot ag ( ) πxn1n2 l n1 : số hàng cọc đài cọc n2 : số cột cọc đài cọc l : Khoảng cách tim cọc D : Đường kính cọc (Hình 2) Mặt bố trí cọc nhóm cọc (2) Ví dụ: xác định hệ số nhóm nhóm cọc hình với số liệu sau: n1= nx=4, n2=ny=3, D= 0,35m, l=1,05m (3D) η= 1-[ (4 − 1)3 + (3 − 1)4 0,35 ] cot ag ( ) = 0,71 πx x3 1,05 Trong công thức (2) ta thấy diện thông số đất nền, chiều dài cọc Vậy có độ tin cậy công thức nào? Có nhiều tác giả nghiên cứu làm thực nghiệm kiểm chứng công thức Dưới thực nghiệm Giáo sư Al-Mhaidib, A.I khoa kỹ thuật xây dựng trường đại học King Saud University (Riyadh, Saudi Arabia) – 2001[1] Ông mô cọc phòng thí nghiệm với nhóm cọc sau: 2x1, 3x1, 2x2, 2x3 3x3 với khoảng cách tim cọc 3d 9d (d : đường kính cọc thí nghiệm) Các kết thí nghiệm nhóm cọc với khoảng cách cọc tổng hợp bảng bên so sánh với xác định theo công thức Converse-Labarre Bảng so sánh kết thí nghiệm tính theo công thức CONVERSE-LABARRE (Bảng 1) Tổ hợp cọc 2x1 3x1 2x2 2x3 3x3 Thí nghiệm 0,89 0,86 0,84 0,81 0,79 Khoảng cách tim cọc (L) 3d 9d CONVERSEThí CONVERSELABARRE nghiệm LABARRE 0,9 0,95 0,96 0,86 0,92 0,95 0,8 0,88 0,93 0,76 0,84 0,92 0,73 - Thí nghiệm cho thấy đất dính công thức Consverse-Labarre có độ tin cậy cao Song Tác giả [1] lưu ý kết thực phòng thí nghiệm với môhình cọc nhỏ nhiều so với thực tế, sử dụng mô hình gần đồng khác xa với thực tế Trên thực tế cọc thường qua nhiều lớp đất có tính chất lý khác nhau, Bài báo trình bày xem xét hiệu ứng nhóm cọc phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Sử dụng phầm mềm Plaxis 3D-Foundation tính toán lại vị dụ hình với số liệu sau: Cọc vuông BTCT 350x350 mác 400 (B30), có chiều dài L=20m, n1=3, n2=3 (tổng số cọc) với có tính chất lý mô tả bảng sau: (Bảng 2) Thông số Ký hiệu Lớp Lớp Lớp Lớp Cọc Mô hình vật liệu Ứng xử vật liệu Chiều dày lớp Dung trọng khô Model Type MC Draine d 8,0 MC Draine d 17,0 MC Drained MC Drained 10 19,8 12 17,6 LE NonPorous 20 25 11,0 20,0 19,8 20,0 - 450 0,35 20 0,8 1,3.104 0,3 31 0,85 1,35.104 0,3 14 23 0,85 1,9.104 0,3 17 23 0,9 2,9.107 0,2 Dung trọng ướt Môđul đàn hồi Hệ số Poisson Lực dính Góc nội ma sát Góc giãn nở Hệ số giảm ứng suất tiếp xúc MC : Mohr-Coulomb L γ (unsat.) γ (sat.) E ν c ϕ ψ Rinter LE : Linear-elastic (đàn hồi – tuyến tính) Kết tính toán theo cấp độ tải trọng mô biểu đồ sau: (Hình 3) Tương tác cọc đơn-đất tải trọng Q=40ton = 61,54%Qu Đơn vị m KN/ m3 KN/ m3 KPa KPa Độ - (Hình 4) Tương tác cọc đơn-đất tải trọng Q=78ton = Qu Qu : Khả chịu tải giới hạn cọc đơn (Q tương ứng với độ lún cọc 0,035m ≈10%D (đường kính cọc) ≈10%B (cạnh cọc)[4],[5]) (Hình 5) Tương tác cọc nhóm cọc -đất tải trọng Q=62ton = Qg(u) Qg(u) cấp tải trọng độ lún cọc Sgh =0,035m ( ứng với độ lún 10% đường kính cọc) Hệ số nhóm theo FEM: η= Qg (u ) Qg (u ) 62 x9 = = 0,79 = ∑ Qu n1xn2 xQu 3x3x78 Hệ số nhóm tính theo Consverse-Labarre (3 − 1)3 + (3 − 1)3 0,35 ] cot ag ( ) = 0,73 1,05 πx3x3 0,79 − 0,73 Sai lệch hai phương pháp: n = % = 7,59% 0,79 η= 1-[ Phân tích môhình cọc với nhiều loại khác Ta nhận thấy Hệ số phụ thuộc lớn vào thành phần ma sát thành Qs Đối với cọc cọc có Qs chiếm ưu so với kháng mũi Qp có ảnh hưởng hệ số nhóm lớn (η nhỏ) ngược lại (η lớn) KẾT LUẬN Trên thực tế cọc qua gồm nhiều lớp đất có tính chất lý khác nên trình tự xác định hệ số nhóm cọc cho công trình dân dụng tóm tắt sau: 1) Lập mô hình cọc đơn-nền phần mềm tính toán phần tử hữu hạn (FEM) chuyên dùng Plaxis3D, Allpile, Flpier… để xác định tải trọng giới hạn cọc đơn Qu cấp tải trọng độ lún 10% đường kính (hay cạnh cọc) không 80mm (độ lún giới hạn công trình dân dụng) 2) Sử dụng công thức CONVERSE-LABARRE xác định sơ hệ số nhóm 3) Lập mô hình nhóm cọc-nền để xác định tải trọng giới hạn nhóm cọc Qg(u) với tải trọng ban đầu xác định theo bước 4) Chạy chương trình vòng lặp để xác định tải trọng giới hạn nhóm cọc Qg(u) tuơng ứng với độ lún nhóm cọc 10% đường kính cọc đơn không 80mm 5) Sức chịu tải cho phép cọc nhóm cọc Qg(a) =Qg(u)/Fs Fs hệ số an toàn 6) Trong trình triển khai xây dựng công trình Trước thi công cọc đại trà, tiến hành thi công cọc thử thử tải tĩnh cọc đơn [5],[6] Đối chiếu kết thử tải tĩnh bước 1, hiệu chỉnh kết tiến hành thực theo bước TÀI LIỆU THAM KHẢO Al-Mhaidib, A I (2001) “Loading Rate Effect on Piles in Clay from Laboratory Model Tests,” Journal of King Saud University (Engineering Sciences), Vol.13, No.1, pp 39-55 Zhang, L., W.H Tang, and C.W.W Ng (2001) “Reliability of Axially Loaded Driven Pile Groups,” Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, ASCE, Vol 127, No.12, pp 1051-1060 Casagrande A and S.D Wilson (1951) “Effect of Rate of Loading on the Strength of Clays and Shales at Constant Water Contents,” Geotechnique, Vol.2, No.3, pp 251-263 TCXD 205-1998 Móng cọc-tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 269-2002 Cọc – Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh ép dọc trục Vũ công Ngữ - Nguyễn Thái “ Móng cọc –Phân tích thiết kế” 2004 Vesic, A.S (1977) “Design of Pile Foundation,” National Cooperative Highway Research Program Synthesis of Highway Practice No 42, Transportation Research Board, Washington, D.C  ... πxn1n2 l n1 : số hàng cọc đài cọc n2 : số cột cọc đài cọc l : Khoảng cách tim cọc D : Đường kính cọc (Hình 2) Mặt bố trí cọc nhóm cọc (2) Ví dụ: xác định hệ số nhóm nhóm cọc hình với số liệu sau:...2 Phân tích xác định hệ số nhóm cọc: 2. 1Trong đất dính: Khi hạ cọc phương pháp đóng, ép rung đất chung quanh cọc bị xáo trộn, nước thoát xung quanh chu vi cọc làm giảm khả chịu tải cọc Sau... hệ số nhóm 3) Lập mô hình nhóm cọc- nền để xác định tải trọng giới hạn nhóm cọc Qg(u) với tải trọng ban đầu xác định theo bước 4) Chạy chương trình vòng lặp để xác định tải trọng giới hạn nhóm cọc