MộT Số VấN Đề LIÊN QUAN ĐếN VIệC TíNH TOáN SứC CHịU TảI CọC KHOAN NHồI THEO TIÊU CHUẩN HIệN HàNH Và MộT Số TIÊU CHUẩN KHáC ThS. Ngô châu phơng Bộ môn Cầu hầm Liên Bộ môn Công trình Trờng Đại học Giao thông Vận tải - Cơ sở II Tóm tắt: Hiện nay v trong thời gian sắp tới chúng ta đang v sẽ xây dựng nhiều công trình giao thông, dân dụng có sử dụng móng cọc khoan nhồi. Mặc dù Bộ Xây dựng đã ban hnh tiêu chuẩn 20 TCN21 86 v TCXD 195:1997, nhng trên cơ sở lý thuyết v thực nghiệm tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi đơn ở các công trình thực tế nh cầu Mỹ Thuận, cầu Điện Biên Phủ, cầu Hiệp Phớc đã cho thấy nhiều vấn đề cần xem xét, bổ sung để có đợc phơng pháp tính toán tin cậy. Trong bi báo ny đa ra một số kiến nghị tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi trong điều kiện Việt Nam. Summary: We have been building many constructions using of bored cast-in-place pile foundation. Although the Ministry of Construction has published the specification 20 TCN 21- 86 and TCXD 195:1997 , the theory and experimental calculation for resistance of single bored cast-in-place piles in actual constructions such as My Thuan bridge, Dien Bien Phu bridge, Hiep Phuoc bridge, have disclosed problems to be considered and supplemented in order to submit trustworthy methods in calculation. This article proposes some proposals in calculation for resistance of bored cast-in-place piles in Viet Nam condition. CT 2 i. Về NộI DUNG TíNH TOáN SứC CHịU TảI CủA CọC KHOAN NHồI THEO CáC TIÊU CHUẩN HIệN HNH 1.1. Tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm trong phòng 1.1.1. Theo tiêu chuẩn Việt Nam (20TCN 21-86 v TCXD 195:1997) 1.1.1.1. Theo tiêu chuẩn 20TCN 21- 86: Theo điều 5.9, sức chịu tải cực hạn của cọc khoan nhồi có và không có mở rộng đế, chịu tải trọng nén đúng tâm, đợc xác định theo công thức: = m(m R .R.F + um f .f i .l i ) (1) ở đây: m - hệ số điều kiện làm việc; m R - hệ số điều kiện làm việc của đất nền dới mũi cọc; F - diện tích mũi cọc khoan nhồi; u - chu vi thân cọc; m f - hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt hông cọc; f i - søc chèng tÝnh to¸n cđa líp ®Êt thø i ë mỈt h«ng cđa th©n cäc; l i - chiỊu dµy cđa líp ®Êt thø i tiÕp xóc víi th©n cäc; R - søc chèng tÝnh to¸n cđa ®Êt d−íi mòi cäc. Khi tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cùc h¹n Φ theo (1) cã mèt sè vÊn ®Ịn cÇn ®−ỵc nghiªn cøu vµ lµm râ: - Quy ®Þnh hƯ sè m R = 0,9 th× ch−a ®đ ®Ĩ ph¶n ¸nh bïn khoan l¾ng ®äng d−íi ®¸y lç khoan vµ ®Êt d−íi mòi cäc bÞ x¸o ®éng, nh·o. Ỹu tè nµy lµm gi¶m kh¶ n¨ng chÞu t¶i cđa mòi cäc rÊt nhiỊu; - Gãc ma s¸t trong ϕ, ngoµi kho¶ng 23 ÷ 39 th× c¸c hƯ sè α, β, A k o , B k o kh«ng cã b¶ng tra ®Ĩ x¸c ®Þnh søc chèng mòi cäc trong tÇng ®Êt c¸t; - ChiỊu s©u ch«n cäc h > 40 m (tr−êng hỵp mòi cäc trong ®Êt sÐt) th× søc chèng mòi kh«ng cã d÷ liƯu tra b¶ng; - Lùc c¶n mỈt bªn do lùc ma s¸t vµ lùc nÐn cơc bé g©y ra. Lùc c¶n nµy phơ thc vµo c¸c nh©n tè nh−: lo¹i ®Êt, ®é th« cđa v¸ch lç, ®é chỈt cđa ®Êt, t¸c dơng cđa v÷a xi m¨ng thÈm thÊu, lùc ®Èy ngang cđa v÷a bª t«ng khi ®óc cäc vµ sù t¨ng c−êng cđa c¸c qu¸ tr×nh hÊp phơ bentonite, v.v Cho nªn dïng lùc ma s¸t mỈt bªn cđa cäc ®ãng nh©n víi hƯ sè ®iỊu kiƯn lµm viƯc cđa ®Êt ë mỈt h«ng cđa cäc m f = 0,6 ®Ĩ chun thµnh lùc c¶n mỈt bªn cđa cäc khoan nhåi lµ ch−a ph¶n ¸nh ®−ỵc vÊn ®Ị nµy; - Víi chiỊu s©u ch«n cäc h > 35 m vµ ®é sƯt B ngoµi kho¶ng 0.2 ÷ 1 th× lùc c¶n mỈt bªn kh«ng cã d÷ liƯu tra b¶ng; CT 2 - Theo b¶ng 2, trang 32, 20TCN21–86, gi¸ trÞ søc chèng tÝnh to¸n cđa líp ®Êt thø i ë mỈt h«ng cđa th©n cäc f i , khi líp ®Êt nµy lµ c¸t chỈt th× t¨ng thªm 30%. §iỊu nµy ch−a thùc sù hỵp lý, bëi v× ch−a xÐt ®Õn sù lµm láng ra cđa líp ®Êt c¸t nµy khi khoan t¹o lç vµ bÞ hÊp phơ v÷a bentonite. §Ĩ thÊy râ nh÷ng ®iỊu bÊt cËp hc ch−a thËt sù hỵp lý, cã thĨ ph©n tÝch vµ so s¸nh mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn theo 20 TCN21-86 víi kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc theo b¶ng sau: B¶ng 1. T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Φ gh (tấn) Φ m (tấn) Φ h (tấn) Φ (tấn) P dn (tấn) mm m S (mm) Δ S ( %) Cầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27 600 293 469 718 391 Cầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18 840 311 565 829 454 Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64 250 115 166 262 142 Cầu Vượt 1600 47,8 18,74 900 814 500 1170 607 Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 204 358 524 283 Cầu Hiệp Phước 1500 52 713 981 1556 830 Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 7355 2975 9749 5322 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiều dài Qua bảng 1, có thể đa ra những nhận xét nh sau: - Sức chịu tải giới hạn của cọc theo tính toán lý thuyết lớn hơn sức chịu tải giới hạn thực tế (từ kết quả nén tĩnh) khoảng 16 ữ 60%. Do vậy, mặc dù lấy hệ số tin cậy của sức kháng lớn nhất theo tiêu chuẩn này là 1,75 nhng sức chịu tải cho phép theo tính toán lý thuyết vẫn lớn hơn sức chịu tải giới hạn thực tế (cọc khoan nhồi của cầu Mỹ Thuận, gh = 3900 tấn < P dn = 5322 tấn). - Sức chịu tải giới hạn do mũi cọc trong đất cát dới mũi cọc theo tính toán (F mtt = 7355 tấn, cọc khoan nhồi cầu Mỹ Thuận), lớn hơn rất nhiều so kết quả nén tĩnh bằng hộp kích OCell ( mnt = 2320 tấn với độ lún tơng đối 8%, theo báo cáo kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận). - Sức chịu tải giới hạn đơn vị f i do ma sát hông giữa đất cát xung quanh cọc và thân cọc theo tính toán (f i = 10t/m 2 , cọc khoan nhồi cầu Mỹ Thuận), gần bằng kết quả nén tĩnh bằng hộp kích OCell (f i = 9,37 t/m 2 , theo báo cáo kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận). Từ kết quả này, có thể nhận xét: sức chịu tải giới hạn đơn vị f i do ma sát hông giữa đất sét xung quanh cọc và thân cọc theo tính toán lớn hơn nhiều so với kết quả nén tĩnh (cụ thể: sức chịu tải giới hạn do ma sát hông theo tính toán htt = 2975 tấn > hnt = 2440 tấn với độ lún tơng đối 1.04%, theo báo cáo kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận). Từ kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận cho thấy rằng: độ lún để huy động hết sức chịu tải do ma sát hông, S = 25 mm (tơng ứng với độ lún tơng đối S = 1,04%). Còn độ lún để huy động hết sức chịu tải do mũi cọc, S = 181 mm (tơng ứng với độ lún tơng đối S = 8%); 1.1.1.2. Theo TCXD 195:1997 Sức chịu tải cực hạn Q u của cọc bao gồm 2 thành phần: ma sát mặt bên và sức chống mũi cọc: CT 2 Q u = Q s + Q p hay Q u = A s f s + A p q p (2) trong đó: Q s - sức chịu tải cực hạn do ma sát mặt bên; Q p - sức chịu tải cực hạn do sức chống mũi; Q u - sức chịu tải cho phép của cọc; f s - ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất; q p - cờng độ chịu tải của đất ở mũi cọc; A s - diện tích mặt bên cọc; A p - diện tích mũi cọc; Việc tính toán sức chịu tải, Q u theo (2) cũng còn một số tồn tại nh sau: - Chỉ xác định đợc N q , Z c /d, K s tan a , với = 25 o ữ 45 o , còn ngoài khoảng trên không xác định đợc. - Với hệ số N c = 6, khi chiều dài cọc lớn, tính đợc sức chống mũi khá bé so với thực tế, cũng nh các công thức khác; - Giá trị K s tan a (ứng với 25 o ữ 31 o ) rất nhỏ (gần bằng 0). Cho nên ma sát bên đơn vị giữa cọc và đất rời (có = 28 o ữ 34 o ) sẽ rất nhỏ (xấp xỉ bằng 0); §Ĩ thÊy râ nh÷ng tån t¹i nµy, ta còng tiÕn hµnh ph©n tÝch vµ so s¸nh mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn theo TCXD 195 : 1997 víi kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc theo b¶ng 2. B¶ng 2 T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Φ gh (tấn) Φ m (tấn) Φ h (tấn) Φ (tấn) P dn (tấn) mm m S (mm) Δ S ( %) Cầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27 600 293 469 718 391 Cầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18 840 311 565 829 454 Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64 250 115 166 262 142 Cầu Vượt 1600 47,8 18,74 900 814 500 1170 607 Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 204 358 524 283 Cầu Hiệp Phước 1500 52 713 981 1556 830 Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 7355 2975 9749 5322 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiều dài Qua b¶ng 2, cã thĨ ®−a ra nh÷ng nhËn xÐt nh− sau: Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc theo tÝnh to¸n lý thut nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng 17 ÷ 174%. Do vËy, khi lÊy hƯ sè an toµn theo tiªu chn nµy lµ 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho phÐp theo tÝnh to¸n lý thut nhá h¬n rÊt nhiỊu so víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu §iƯn Biªn Phđ, Q u = 840 tÊn > Q a = 454 tÊn). Søc chÞu t¶i cùc h¹n do ma s¸t mỈt bªn trong c¸c líp ®Êt c¸t (rêi) rÊt nhá. CT 2 1.1.2. X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i theo cđa cäc khoan nhåi theo c¸c tiªu chn kh¸c 1.1.2.1. Theo tiªu chn thiÕt kÕ AUSTROADS (92) cđa óc: Søc chÞu t¶i cùc h¹n Q u cđa cäc bao gåm 2 thµnh phÇn: ma s¸t mỈt bªn vµ søc chèng mòi cäc: Q u = Q p + Q s (3) C¸c ký hiƯu trong (3) t−¬ng tù nh− trong c«ng thøc (2) KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn theo AUSTROADS 1992 óc vµ kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc ®−ỵc nªu ë b¶ng sau: B¶ng 3. T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Φ gh (tấn) Φ m (tấn) Φ h (tấn) Φ (tấn) P dn (tấn) mm m S (mm) Δ S ( %) Cầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27 600 293 469 718 391 Cầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18 840 311 565 829 454 Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64 250 115 166 262 142 Cầu Vượt 1600 47,8 18,74 900 814 500 1170 607 Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 204 358 524 283 Cầu Hiệp Phước 1500 52 713 981 1556 830 Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 7355 2975 9749 5322 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiều dài Qua b¶ng 3, cã thĨ ®−a ra nh÷ng nhËn xÐt nh− sau: - Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc theo tÝnh to¸n lý thut lín h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng 13 ÷ 48%. Nh−ng víi hƯ sè an toµn theo tiªu chn nµy lµ 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho phÐp theo tÝnh to¸n lý thut vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn, Q u = 3900 tÊn < Q a = 5322 tÊn). 1.2. X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i cđa cäc khoan nhåi theo kÕt qu¶ kh¶o s¸t b»ng thiÕt bÞ thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng 1.2.1. Theo tiªu chn ViƯt Nam (TCXD 195 : 1997) X¸c ®Þnh søc chÞu t¶i cho phÐp cđa cäc, Q a ( tÊn), trong nỊn gåm c¸c líp ®Êt dÝnh vµ ®Êt rêi tÝnh theo c«ng thøc: Q a = 1.5ĐA p + (0.15N c L c + 0.43 N s L s )Ω - W p hay: Q a = m p ĐA p + (mf c N c L c + mf s N s L s )Ω - W p (4) C¸c ký hiƯu trong c«ng thøc xem tiªu chn TCXD 195: 1997. Khi tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cđa cäc theo (4), cßn mét sè tån t¹i cÇn nghiªn cøu: - C−êng ®é chÞu t¶i lín nhÊt cđa ®Êt mòi cäc q p cã thĨ tÝnh ®−ỵc: q p = 1.5*50 t/m 2 = 75 t/m 2 = 7,5 kg/cm 2 Trong khi ®ã th× trÞ sè giíi h¹n cđa q p tõ 40 ÷ 70 kg/cm 2 . Do vËy, søc chÞu t¶i cho phÐp do mòi cäc rÊt thÊp so víi thùc tÕ; CT 2 àn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 34 707 1811 724 Cầu Hiệp Phước 1500 52 99 900 2357 943 àu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 368 8061 20487 8195 raven Hotel 600 40 16 2,67 460 34 707 1811 724 rcib-53 Đồng khởi 400 25 16 4,00 75 4 105 260 104 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiều dài - Ng−ỵc l¹i, ma s¸t bªn ®¬n vÞ gi÷a cäc vµ ®Êt dÝnh (sÐt) rÊt lín khi trÞ sè N > 30 ÷ 60, cơ thĨ nh− sau: f s = 0,43*N s > 0,43*(30 ÷ 60) = 12,9 ÷ 25.8 t/m 2 Theo chó thÝch ë ®iỊu 3.2.1 cđa tiªu chn nµy th× trÞ sè giíi h¹n cđa f s ≤ 10 t/m 2 . Do vËy, søc chÞu t¶i cho phÐp do ma s¸t bªn gi÷a cäc ®Êt dÝnh (cã N = 30 ÷ 60) rÊt lín so víi thùc tÕ. KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn dùa vµo kÕt qu¶ thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng (TCXD195 : 1997) vµ kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc ®−ỵc nªu ë b¶ng 4. B¶ng 4. Bo Ca Ca Se T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qap (tấn) Qas (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn) mm m S (mm) Δ S ( %) Qua b¶ng 4, cã thĨ ®−a ra nh÷ng nhËn xÐt nh− sau: - Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc theo tÝnh to¸n lý thut lín h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng 71 ÷ 81%. Do vËy, khi lÊy hƯ sè an toµn theo tiªu chn nµy lµ 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho phÐp theo tÝnh to¸n lý thut vÉn lín h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn, Q u = 3900 tÊn < Q a = 8195 tÊn). - Søc chÞu t¶i cho phÐp do mòi cäc theo tÝnh to¸n nhá h¬n rÊt nhiỊu so víi so víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ do mòi cäc (kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn Q unt = 2320 tÊn > 1104 tÊn = 368t*3 = Q utt ). 1.2.2. Theo tiªu chn thiÕt kÕ AASHTO 1992 cđa Mü Søc chÞu t¶i cùc h¹n cđa cäc khoan nhåi Q u , ®−ỵc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Q u = Q S + Q T - W (5) trong ®ã: Q S - søc chÞu t¶i cùc h¹n do ma s¸t mỈt bªn; Q T - søc chÞu t¶i cùc h¹n do søc chèng mòi; W - träng l−ỵng cäc cã kĨ ®Õn lùc ®Èy nỉi cđa n−íc. KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn dùa vµo kÕt qu¶ thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng (AASHTO 1992) vµ kÕt qu¶ nÐn tÜnh cäc ®−ỵc nªu ë b¶ng sau: B¶ng 5 CT 2 ầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27 600 168 656 503 201 ầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18 840 184 855 645 258 Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64 250 76 343 260 104 ầu Vượt 1600 47,8 18,74 1,17 900 543 1069 892 357 ồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 149 604 460 184 Cầu Hiệp Phước 1500 52 196 1224 995 398 Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 2389 7266 5667 2267 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiều dài C C C B T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qp (tấn) Qs (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn) mm m S (mm) Δ S( %) Qua b¶ng 5, cã thĨ ®−a ra nh÷ng nhËn xÐt nh− sau: Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc theo tÝnh to¸n lý thut cã sai lƯch so víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng -30 ÷ 31%. Nh−ng víi hƯ sè an toµn lµ 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho phÐp theo tÝnh to¸n lý thut vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn, Q u = 3900 tÊn > Q a = 2267 tÊn). ii. MéT Sè KIÕN NGHÞ B¦íC §ÇU VỊ NéI DUNG TÝNH TO¸N SøC CHÞU T¶I CđA CäC KHOAN NHåI THEO C¸C TI£U CHN HIƯN HμNH 2.1. §èi víi tiªu chn thiÕt kÕ 20 TCN 21 - 86 Qua nghiªn cøu nh÷ng vÊn ®Ị tån t¹i vµ nh÷ng nhËn xÐt dùa vµo vÝ dơ ¸p dơng c«ng thøc tÝnh to¸n c¸c c«ng tr×nh thùc tÕ nh− ®· nªu, nªn ®iỊu chØnh c¸c hƯ sè m R , m f vµ gãc néi ma s¸t ϕ cho phï hỵp víi kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ cđa cäc khoan nhåi trong ®iỊu kiƯn thi c«ng cã dïng v÷a bentonite nh− sau: - HƯ sè lµm viƯc cđa ®Êt d−íi mòi cäc khoan nhåi, m R = 0,9 theo 20 TCN21 - 86, kiÕn nghÞ chän m R = 0,6, ®Ĩ xÐt ®Õn sù gi¶m søc chèng mòi do bïn l¾ng ®äng ®¸y cäc, ®Êt d−íi ®¸y cäc bÞ x¸o ®éng vµ bÞ nh·o (thay ®ỉi tr¹ng th¸i); - HƯ sè lµm viƯc cđa ®Êt ë mỈt h«ng cđa cäc m f = 0,6 theo 20TCN21 - 86, kiÕn nghÞ chän m f = 0,55, ®Ĩ xÐt ®Õn sùc gi¶m ma s¸t h«ng do ®Êt v¸ch lç khoan bÞ láng ra vµ bÞ hÊp phơ v÷a bentonite thµnh líp ¸o sÐt; - Gi¸ trÞ gãc ma s¸t trong ϕ, dïng ®Ĩ x¸c ®Þnh c¸c hƯ sè α, β, A k o , B k o khi tÝnh søc chèng mòi tÝnh to¸n cđa ®Êt d−íi mòi cäc khoan nhåi R, cÇn kiÕn nghÞ chän ϕ = ϕ’ – 3 o (ϕ’ lµ gãc néi ma s¸t cđa ®Êt c¸t tr−íc khi thi c«ng), ®Ĩ xÐt ®Õn sù gi¶m søc chèng mòi do ®Êt c¸t d−íi ®¸y cäc bÞ x¸o ®éng vµ hÊp phơ v÷a bentonite; - Gi¸ trÞ søc chèng tÝnh to¸n cđa líp ®Êt thø i ë mỈt h«ng cđa th©n cäc f i , theo b¶ng 2, trang 32, 20TCN21 - 86 khi líp ®Êt i lµ c¸t chỈt th× t¨ng thªm 30%. KiÕn nghÞ kh«ng t¨ng thªm 30% ®Ĩ xÐt ®Õn sù lµm láng ra cđa líp ®Êt c¸t nµy khi khoan t¹o lç vµ bÞ hÊp phơ v÷a bentonite; C«ng thøc (1) ®−ỵc lËp l¹i, cïng víi c¸c hƯ sè kiÕn nghÞ nh− sau: Φ = m(m R .R.F + uΣm f .f i .l i ) R = 0.65β(γ’1.d.A k o + α.γ1.B k o ) khi ®Êt mòi cäc lµ c¸t trong ®ã: KiÕn nghÞ lÊy m R = 0,6, m f = 0,55 vµ ϕ = ϕ’ – 3 o ; CT 2 ϕ lµ gãc néi ma s¸t dïng ®Ĩ x¸c ®Þnh c¸c hƯ sè α, β, A k o , B k o khi ®Êt mòi cäc lµ c¸t; ϕ’ lµ gãc néi ma s¸t cđa ®Êt c¸t d−íi mòi cäc tr−íc khi thi c«ng; f i - tra b¶ng 2, tr32 - 20TCN21 - 86 ®èi víi líp c¸t chỈt, kiÕn nghÞ kh«ng ®−ỵc t¨ng thªm; C¸c gi¸ trÞ cđa c¸c ký hiƯu kh¸c vÉn lÊy theo tiªu chn thiÕt kÕ nµy; KÕt qu¶ tÝnh to¸n víi c«ng thøc ®· ®−ỵc kiÕn nghÞ ë trªn nh− sau: B¶ng 6. T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Φ gh (tấn) Φ m (tấn) Φ h (tấn) Φ (tấn) P dn (tấn) mm m S (mm) Δ S ( %) Cầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27 600 195 430 581 313 Cầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18 840 207 518 678 367 Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64 250 76 152 209 111 Cầu Vượt 1600 47,8 18,74 900 543 458 857 428 Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 136 328 426 227 Cầu Hiệp Phước 1500 52 475 899 1236 647 Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 2789 2727 4935 2571 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiều dài Qua b¶ng 6, cã thĨ ®−a ra nh÷ng nhËn xÐt nh− sau: - Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc khoan nhåi tÝnh to¸n theo c«ng thøc kiÕn nghÞ cã sai lƯch so víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng - 23 ÷ 22%. Nh− vËy, víi hƯ sè tin cËy k tc = 1.4 ÷ 1.75 th× søc chÞu t¶i cho phÐp theo c«ng thøc kiÕn nghÞ vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn, Q u = 3900 tÊn > Q a = 2571 tÊn). 2.2. §èi víi tiªu chn TCXD 195 :1997 sư dơng sè liƯu thÝ nghiƯm trong phßng Qua nghiªn cøu nh÷ng vÊn ®Ị tån t¹i vµ nh÷ng nhËn xÐt dùa vµo vÝ dơ ¸p dơng c«ng thøc tÝnh to¸n c¸c c«ng tr×nh thùc tÕ, nªn ®iỊu chØnh c¸c hƯ sè K s tanϕ a vµ N c cho phï hỵp víi kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ cđa cäc khoan nhåi trong ®iỊu kƯn thi c«ng cã dïng v÷a bentonite nh− sau: - K s tanϕ a tra theo h×nh 2 – tr303 TCXD195 cã gi¸ trÞ rÊt nhá (≈ 0), cã thĨ ®iỊu chØnh b»ng c¸ch: nh©n K s tanϕ a víi hƯ sè β = 20, nh−ng βK s tanϕ a ≤ 0,65; - HƯ sè N c = 6, theo tiªu chn nµy, sÏ cho gi¸ trÞ søc chèng mòi thÊp h¬n thùc tÕ. Do ®ã cã thĨ ®iỊu chØnh hƯ sè nµy; lÊy N c = 6[1 + 0,2(h/d)]; N c ≤ 9 (h – chiỊu dµi cäc ®−ỵc ch«n trong ®Êt, d - ®−êng kÝnh cäc); - HƯ sè α tra theo tµi liƯu cđa AUSTROADS 1992; CT 2 sè kiÕn nghÞ ®Ĩ tiƯn theo dâi: u s s p p §èi víi ®Êt dÝ s u s v s a v p vp q s a KiÕn nghÞ: c c ≤ 9 (h – chiỊu dµi C«ng thøc (2) ®−ỵc lËp l¹i, cïng víi c¸c hƯ Q = A f + A q 0.2 0.4 0.6 0.8 1 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 Sức chống cắt không thoát nước c u (t/m2) Hệ số α H×nh 1.1. nh: f = αc ≤ 1 kg/m 2 q p = c u N c §èi víi ®Êt rêi: f = σ’ K tanϕ = F.σ’ q = σ’ N F = K tanϕ LÊy N = 6[1+0.2(h/d)]; N cäc ®−ỵc ch«n trong ®Êt, d - ®−êng kÝnh cäc); LÊy F = 20K s tanϕ a ; F ≤ 0.65; LÊy α theo h×nh 1-1; C¸c gi¸ trÞ cđa c¸c ký hiƯu kh¸c vÉn lÊy theo tiªu chn thiÕt kÕ nµy. KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi víi c«ng thøc ®· ®−ỵc kiÕn nghÞ nh− nªu ë trªn (b¶ng 7): B¶ng 7. T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qp (tấn) Qs (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn) mm m S (mm) Δ S( %) Cầu thò Nghè 2 1000 37 12,66 1,27 600 168 371 495 172 Cầu Điên Biên Phủ 1000 39,6 21,753 2,18 840 184 470 607 215 Cầu Vượt 600 45,9 9,83 1,64 250 76 230 287 103 Cầu Vượt 1600 47,8 18,74 1,17 900 543 726 1125 363 Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 149 420 531 190 Cầu Hiệp Phước 1500 52 196 929 987 312 Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 2296 4759 6474 2241 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiều dài Qua b¶ng 7, cã thĨ ®−a ra nh÷ng nhËn xÐt nh− sau: Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc tÝnh theo c«ng thøc ®· ®iỊu chØnh cã sai biƯt so víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng 38 ÷ 39%. Nh− vËy, víi hƯ sè an toµn FS = 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho phÐp theo tÝnh to¸n vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn, Q u = 3900 tÊn > Q a = 2241 tÊn). 2.3. §èi víi tiªu chn TCXD 195 :1997, sư dơng sè liƯu thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng Khi tÝnh to¸n søc chÞu t¶i theo ph−¬ng ph¸p nµy, nªn ®iỊu chØnh c¸c hƯ sè m p , m fc vµ m fs cho phï hỵp víi kh¶ n¨ng chÞu lùc thùc tÕ cđa cäc khoan nhåi trong ®iỊu kiƯn thi c«ng cã dïng v÷a bentonite nh− sau: CT 2 - LÊy m p = 1.5 theo TCXD195, dÉn ®Õn søc chÞu t¶i cho phÐp do ®Êt mòi cäc rÊt nhá so víi thùc tÕ, kiÕn nghÞ chän m p = 2.5; - LÊy m fc = 0.15 theo TCXD195, dÉn ®Õn søc chÞu t¶i cho phÐp do ma s¸t h«ng gi÷a ®Êt rêi (c¸t) vµ th©n cäc rÊt lín so víi thùc tÕ, kiÕn nghÞ chän m fc = 0.07; - LÊy m fs = 0.43 theo TCXD195, dÉn ®Õn søc chÞu t¶i cho phÐp do ma s¸t h«ng gi÷a ®Êt dÝnh (sÐt) vµ th©n cäc rÊt lín so víi thùc tÕ, kiÕn nghÞ chän m fc = 0.1; C«ng thøc (4) ®−ỵc lËp l¹i, cïng víi c¸c hƯ sè kiÕn nghÞ ®Ĩ tiƯn theo dâi: Q a = 1.5ĐA p + (0.15N c L c + 0.43N s L s )Ω - W p trong ®ã: KiÕn nghÞ lÊy m p = 2.5, m fc ,= 0.07, m fs = 0.1; C¸c gi¸ trÞ cđa c¸c ký hiƯu kh¸c vÉn lÊy theo tiªu chn thiÕt kÕ nµy. KÕt qu¶ tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cäc khoan nhåi víi c«ng thøc ®· ®−ỵc kiÕn nghÞ nh− nªu ë trªn: B¶ng 8. T.trọng Mũi cọc thân cọc cực hạn cho phép Đỉnh cọc Tương đối Qu (tấn) Qap (tấn) Qas (tấn) Qu (tấn) Qa (tấn) mm m S (mm) Δ S ( %) Bồn dầu Hiệp Phước 800 50 13,373 1,67 330 54 207 552 221 Cầu Hiệp Phước 1500 52 165 287 760 304 Cầu Mỹ Thuận 2400 85,6 25 1,04 3900 565 2178 6318 2527 Caraven Hotel 600 40 16 2,67 460 57 220 651 260 Sercib-53 Đồng khởi 400 25 16 4,00 75 742 110 44 Kết quả tính toán - sức c.tải theo đ.nền:Kết quả nén tónh Độ lún Tên công trình Đường kính Chiề u dài Qua b¶ng 8 nhËn thÊy r»ng: Søc chÞu t¶i giíi h¹n cđa cäc tÝnh theo c«ng thøc ®· ®iỊu chØnh, cã sai lƯch so víi søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ kho¶ng 29 ÷ 40%. Nh− vËy, víi hƯ sè an toµn F S = 2 ÷ 3 th× søc chÞu t¶i cho phÐp theo tÝnh to¸n vÉn nhá h¬n søc chÞu t¶i giíi h¹n thùc tÕ (cäc khoan nhåi cÇu Mü Thn, Q u = 3900 tÊn > Q a = 2527 tÊn). iii. KÕT LN Vμ KIÕN NGHÞ Qua c¸c néi dung ph©n tÝch nghiªn cøu ë trªn, cã mét vµi nhËn xÐt vµ kiÕn nghÞ vỊ søc chÞu t¶i cđa cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn (thi c«ng bª t«ng cäc trong v÷a bentonite) nh− sau: TÝnh to¸n theo tiªu chn 20TCN21 - 86 cho kÕt qu¶ kh¸ lín so víi thùc tÕ vµ ®Ỉc biƯt lµ søc chÞu t¶i cđa mòi cäc (khi mòi cäc n»m trong tÇng c¸t). Cßn khi sư dơng c¸c hƯ sè ®iỊu chØnh nh− ®· giíi thiƯu ë mơc 2.1 th× kÕt qu¶ tÝnh ®−ỵc kh¸ gÇn víi kÕt qu¶ thùc tÕ. CT 2 Theo tiªu chn TCXD195:1997 (dùa theo sè liƯu thÝ nghiƯm trong phßng) cho kÕt qu¶ kh¸ bÐ so víi thùc tÕ vµ ®Ỉc biƯt lµ søc chÞu t¶i cđa cäc do ma s¸t h«ng (khi líp ®Êt ë h«ng cäc lµ tÇng c¸t). Cßn khi sư dơng c¸c hƯ sè ®iỊu chØnh nh− ®· giíi thiƯu ë mơc 2.2 th× kÕt qu¶ tÝnh ®−ỵc kh¸ gÇn víi kÕt qu¶ thùc tÕ. Theo tiªu chn TCXD195 :1997 (dùa theo sè liƯu thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng) cho kÕt qu¶ rÊt lín so víi thùc tÕ (®Ỉc biƯt søc chÞu t¶i cđa cäc do ma s¸t h«ng rÊt lín cßn søc chÞu t¶i cđa mòi rÊt bÐ). Cßn khi sư dơng c¸c hƯ sè ®iỊu chØnh nh− ®· giíi thiƯu ë mơc 2.3 th× kÕt qu¶ tÝnh ®−ỵc kh¸ gÇn víi kÕt qu¶ thùc tÕ. Cßn tÝnh to¸n theo tiªu chn AUSTROADS:1992 (dùa theo sè liƯu thÝ nghiƯm trong phßng) vµ AASHTO:1992 (dùa theo sè liƯu thÝ nghiƯm hiƯn tr−êng) cho kÕt qu¶ rÊt kh¸ gÇn víi thùc tÕ. KiÕn nghÞ cã thĨ dïng tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cđa cäc khoan nhåi theo ®Êt nỊn. Tµi liƯu tham kh¶o [1]. Ng« Ch©u Ph−¬ng. Nghiªn cøu gi¶i ph¸p xư lý c¸c sù cè th−êng x¶y ra cho cäc khoan nhåi vµ gi¶i ph¸p tÝnh to¸n cäc khoan nhåi ë ViƯt Nam.Ln ¸n cao häc 6/1999. [2]. Mãng cäc – Tiªu chn thiÕt kÕ - 20TCN 21 – 86. [3]. Tiªu chn thiÕt kÕ cäc khoan nhåi TCXD 195:1997. [4]. Tiªu chn thiÕt kÕ AASHTO 1992 cđa Mü [5]. Tiªu chn thiÕt kÕ AUSTROADS :1992 cđa óc. [6]. KÕt qu¶ nÐn tÜnh cđa c¸c dù ¸n: cÇu Mü Thn, cÇu HiƯp Ph−íc, cÇu ThÞ NghÌ 2, cÇu §iƯn Biªn Phđ, cÇu v−ỵt Ngun H÷u C¶nh, Bån dÇu HiƯp Ph−íc, Caraven Hotel, Sercib-53 §ång Khëi, Bån dÇu HiƯp Ph−íc khu vùc phÝa Nam¡ . MộT Số VấN Đề LIÊN QUAN ĐếN VIệC TíNH TOáN SứC CHịU TảI CọC KHOAN NHồI THEO TIÊU CHUẩN HIệN HàNH Và MộT Số TIÊU CHUẩN KHáC ThS. Ngô châu phơng Bộ môn Cầu hầm Liên Bộ môn. i. Về NộI DUNG TíNH TOáN SứC CHịU TảI CủA CọC KHOAN NHồI THEO CáC TIÊU CHUẩN HIệN HNH 1.1. Tính sức chịu tải cọc khoan nhồi theo kết quả thí nghiệm trong phòng 1.1.1. Theo tiêu chuẩn Việt Nam. 8%, theo báo cáo kết quả nén tĩnh cọc P2/14 cầu Mỹ Thuận). - Sức chịu tải giới hạn đơn vị f i do ma sát hông giữa đất cát xung quanh cọc và thân cọc theo tính toán (f i = 10t/m 2 , cọc khoan