Đang tải... (xem toàn văn)
ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM LỚP ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG 2012 TIỂU LUẬN MÔN HỌC KỸ THUẬT NỀN MÓNG NÂNG CAO ẢNH HƯỞNG MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC GVGD: PGS.TS VÕ PHÁN HVTH: NHÓM 3 _ 2 VI VI V V TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM THEO CÁC TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM THEO CÁC TIÊU CHUẨN • • TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS TÍNH TOÁN MA SÁT ÂM BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS • • CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM • • KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ • • IV IV II I NỘI DUNG BÁO CÁO CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM Các nguyên nhân gây ra hiện tượng ma sát âm: Ma sát âm do lún dưới tải trọng bản thân hoặc đắp nền Cọc đóng trên nền chưa kết thúc cố kết Mực nước ngầm bị hạ thấp Biện pháp khắc phục ma sát âm có thể chia làm ba nhóm chính: Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất nền Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng ma sát âm 3 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM 4.1 Biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất Giảm tối đa độ lún cũng như tốc độ lún còn lại của nền đất trước khi thi công cọc bằng các biện pháp xử lý nền như gia tải trước bằng đất đắp hoặc chân không, kết hợp với các giải pháp tăng nhanh quá trình cố kết, nghĩa là quá trình tiêu tán áp lực lỗ rỗng thặng dư trong nền bằng cọc cát hay bấc thấm,v.v 4 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM 4.1.1 Nội dung biện pháp Đối với công trình có thời gian thi công không gấp, công trình có hệ móng cọc trong đất yếu chưa cố kết Để giảm ma sát âm, có thể bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng cát hoặc bấc thấm) để nước cố kết ở các lớp sâu trong đất yếu dưới tác dụng tải trọng đắp sẽ có điều kiện để thoát nhanh (thoát theo phương nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự nhiên) Tuy nhiên, để đảm bảo phát huy được hiệu quả thoát nước này thì chiều cao nền đắp tối thiểu nên là 4m, do đó nếu nền đắp không đủ lớn thì ta kết hợp với gia tải trước để phát huy hiệu quả của các đường thấm thẳng đứng 5 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM –Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng nhất thiết phải bố trí tầng cát đệm – Giếng cát chỉ nên dùng loại có đường kính từ 35-45 cm, bố trí kiểu hoa mai với khoảng cách giữa các giếng bằng 8-10 lần đường kính giếng –Nếu dùng bấc thấm thì cũng nên bố trí so le kiểu hoa mai với cự ly không nên dưới 1,3m và không quá 2,2m –- Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng nên kết hợp với biện pháp gia tải trước và trong mọi trường hợp thời gian duy trì tải trọng đắp không nên dưới 6 tháng 6 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM Sơ đồ bố trí gia tải trước kết hợp giếng cát làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất Khoái ñaát ñaép (thöôøng laø caùt) Ñeäm caùt Truï thoùat nöôùc H kv kv kh kh D kv kv kh kh kv kv kh kh L Hình 3-1: Gia taûi tröôùc keát hôïp duøng gieáng caùt thoaùt nöôùc laøm coá keát tröôùc lôùp ñaát yeáu nhaèm laøm giaûm ma saùt aâm 7 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM 4.1.2 Ưu điểm: có thể áp dụng cho cả cọc đóng và cọc khoan nhồi 4.1.3 Nhược điểm: cần thời gian thi công lâu và mặt bằng lớn (nếu có đắp gia tải) 4.2 Biện pháp làm giảm tải trọng lên đất nền Kiểm soát và hạn chế đến mức có thể ứng suất phân bố trong nền đất yếu do tải trọng chất thêm trong khi thi công công trình cũng như sau khi công trình được đưa vào sử dụng Giải pháp có thể được đưa ra là sử dụng sàn giảm tải trên hệ cọc hoặc là nền đất đắp trên hệ cọc vật liệu trộn (đất trộn xi măng, đất trộn vôi, ) có lót vải địa kỹ thuật 8 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM 4.2.1 Nội dung biện pháp -Đối với các công trình có phụ tải là hàng hóa, vật liệu, container, … tải trọng phụ có giá trị lớn thì dùng các sàn bê tông có xử lý cọc để đặt phụ tải -Trong công trình giao thông, sàn giảm tải (bố trí cho nền đường đắp cao sau mố cầu), ngày càng được sử dụng rộng rãi, đất đắp nền được đắp lên sàn giảm tải chứ không tác dụng trực tiếp lên nền đất yếu bên dưới 9 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM 4.2.2 Ưu điểm Biện pháp này dễ thi công, làm giảm đáng kể lực kéo xuống của cọc, an toàn về kỹ thuật Biện pháp này đặc biệt thích hợp với các công trình được xây dựng tôn nền cao trên nền đất yếu lớn như hiện nay 4.2.3 Nhược điểm –Xét về mặt kinh tế thì chưa đạt hiệu quả cao –Trong nhóm này còn phải kể đến phương pháp xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không Các phương pháp này mới được áp dụng tại Việt Nam có hiệu quả rất lớn tuy nhiên giá thành còn cao 10 CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM 4.3 Biện pháp làm giảm ma sát giữa đất và cọc trong vùng ma sát âm Giảm ma sát, sự dính bám giữa bề mặt đất và cọc trong phần nền có xuất hiện ma sát âm Trong nhóm giải pháp này bao gồm nhiều phương án đã được nghiên cứu, chứng minh và báo cáo trong các bài báo của nhiều tác giả 4.3.1 Nội dung biện pháp Tạo lớp phủ mặt ngoài để ngăn ngừa tiếp xúc trực tiếp giữa cọc và đất xung quanh làm giảm ma sát thành bên giữa cọc và lớp đất nền xung quanh cọc CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM Bitumen thường được sử dụng để phủ xung quanh cọc bởi vì đặc tính dẻo nhớt của nó, ứng xử như vật liệu rắn đàn hồi dưới tác động tải tức thời (đóng cọc) và như chất lỏng nhớt với sức chống cắt nhỏ khi tốc độ di chuyển thấp Những thành công sử dụng bitumen để làm giảm lực kéo xuống phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như lọai và tính chất của bitumen, mức độ thâm nhập của hạt đất vào bitumen, sự phá hỏng của bitumen khi đóng cọc, và nhiệt độ môi trường Theo kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ bitumen làm giảm ma sát âm trong cọc của Brons (1969), kết quả nghiên cứu cho thấy lực ma sát âm giảm khoảng 90% so với trường hợp không dùng lớp phủ mặt ngoài CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM Theo kết quả nghiên cứu của Bjerrum (1969), đối với cọc dùng lớp phủ bitumen và dùng bùn bentonite để bảo vệ khi hạ cọc thì lực kéo xuống giảm 92% Trong trường cọc dùng bùn bitonite để giữ ổn định thì lực kéo xuống giảm 15% Vì vậy có thể kết luận: lớp phủ bitumen có tác dụng làm giảm lực kéo xuống khoảng 75% Tuy nhiên, nếu không có bùn bentonite khi hạ cọc thì tác dụng của bitumen chỉ còn khoảng 30% mà thôi, do lớp phủ bitumen bị phá hỏng trong quá trình hạ cọc Do đó chiều dày lớp phủ bitumen nên vào khoảng 4-5mm để ngừa cho trường hợp bị xước khi hạ cọc CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM 4.3.2 Ưu điểm : Thi công đơn giản, kinh phí thấp 4.3.3 Nhược điểm Chỉ có thể áp dụng cho cọc đóng, không áp dụng được cho cọc khoan nhồi Ngoài ra, người ta có thể khoan tạo lỗ có kích thước lớn hơn kích thước cọc trong vùng chịu ma sát âm, sau đó thi công cọc mà vẫn giữ nguyên khoảng trống xung quanh và được lấp đầy bằng bentonite KẾT LUẬN 5.1 Nhận xét về hiện tượng ma sát âm – Ma sát âm hay sức kháng bên âm là một thành phần lực sinh ra trong các trường hợp độ lún của lớp đất xung quanh cọc lớn hơn độ lún của cọc – Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ma sát âm (chỉ tiêu cơ lý của đất, mực nước ngầm, loại cọc, các kích thước của cọc, độ cố kết thời gian cố kết của đất…) cho nên việc xây dựng một mô hình tính toán tổng quát cho bài toán này rất phức tạp – Ma sát âm phát triển theo thời gian và đạt giá trị lớn nhất khi kết thúc cố kết KẾT LUẬN – Lực ma sát âm tỉ lệ với áp lực ngang của đất tác động lên cọc và tốc độ lún cố kết của đất, hiện tượng ma sát âm sẽ kết thúc khi độ lún cố kết chấm dứt, lúc bấy giờ ma sát của đất và cọc sẽ trở thành ma sát dương – Lực ma sát âm không chỉ tác động lên mặt bên của cọc mà còn tác dụng lên mặt bên của đài cọc, hoặc mặt bên của mố cầu hay mặt tường chắn có tựa lên cọc – Khi tăng chiều cao đất đắp (hoặc phụ tải) thì ma sát âm tăng rất nhanh ở giai đầu và chậm lại ở giai đoạn sau, và khi chiều cao đắp tăng đến một giới hạn nào đó thì ma sát âm sẽ tăng không đáng kể (có thể là const) Kết quả tương tự cũng xảy ra đối với chiều sâu vùng chịu ảnh hưởng z KẾT LUẬN - Tuỳ theo chiều cao của lớp đất đắp (hoặc độ lớn của phụ tải) và chiều dày của tầng đất yếu mà chiều sâu vùng chịu ảnh hưởng của ma sát âm có thể không chỉ ở trong vùng đất yếu mà có thể ảnh hưởng sang cả lớp đất tốt bên dưới (khi độ lún của lớp đất tốt lớn hơn độ lún của cọc) KẾT LUẬN 5.2 Nhận xét các phương pháp tính ma sát âm – Nhóm tiểu luận đã tiến hành 3 phương pháp tính toán ma sát âm và nhận thấy rằng kết quả 3 phương pháp này là tương đương nhau chứng tỏ các phương pháp tính là chuẩn xác – Trong đó phương pháp thiết kế theo TCVN là phương pháp được đề xuất sử dụng trong thiết kế móng cọc ở nước ta Phương pháp này đơn giản phù hợp với các quy trình quy phạm và điều kiện địa chất ở Việt Nam – Phương pháp theo nhà khoa học DAS cho phép xác định nhanh chống giá trị ma sát âm và có thể dùng để dự báo độ ảnh hưởng của ma sát âm trong thiết kế sơ bộ KẾT LUẬN - Sử dụng phần mềm Plaxis là một phương pháp mới mà nhóm đã nổ lực nghiên cứu và cho ra các kết quả rất phù hợp với những nghiên cứu trước Với phương pháp này ta có thể nghiên cứu sâu thêm các vấn đề về ảnh hưởng của ma sát âm mà các phương pháp giải tích trước đây rất khó khăn thực hiện KIẾN NGHỊ - Trong thiết kế nếu có xét đến ảnh hưởng của ma sát âm cần tính toán cả hai ứng xử thoát nước và không thoát nước của đất vì phân tích ảnh hưởng của ma sát âm là quá trình phân tích ứng xử dài hạn (ứng xử thoát nước) của đất nên đòi hỏi phải có đầy đủ các thông số ứng xử thoát nước từ các thí nghiệm địa chất Nếu chỉ sử dụng các thông số từ các thí nghiệm đơn giản như cắt trực tiếp, thí nghiệm nén nhanh thì những kết quả thu được sẽ không chính xác đem lại cái nhìn không đúng về ma sát âm tăng chi phí thiết kế nhưng không mang lại hiệu quả KIẾN NGHỊ - Cần xem xét ảnh hưởng của ma sát âm trong các trường hợp sau: » Cọc xuyên qua các lớp đất yếu với độ cố kết còn bé như sét yếu, bùn, than bùn… » Ở những nơi nền công trình được nâng cao với với chiều dày lớn hơn 1m trên lớp đất yếu hay phụ tải nền với tải trọng lớn từ 20kPa trở lên » Mực nước ngầm bị hạ thấp đáng kể do quá trình thi công công trình mới hay do khai thác nước ngầm trong thành phố »Quá trình thi công cọc ép của một số công trình xây chen có thể gây ra ma sát âm đối các cọc biên của công trình cũ »Thiết kế cọc nổi trên nền đang cố kết KIẾN NGHỊ - Sử dụng các giải pháp khắc phục cần nắm rõ các điều kiện của công trình và những ưu nhược điểm của phương pháp đề có lựa chọn phù hợp Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng và phù hợp với các công trình khác nhau nên cần phân tích lựa chọn thật kỹ để quá trình thiết kế là hiệu quả và kinh tế nhất - Ảnh hưởng của ma sát âm cho nhóm cọc là một vấn đề cần nghiên cứu sâu thêm ở nước ta Vì đối với địa chất ở các vùng như quận 7, 8, Nhà Bè, Đồng Bằng Sông Cửu Long… lớp đất yếu trên mặt dày, rất dể xảy ra hiện tượng ma sát âm tác dụng lên cọc khi san lấp mặt bằng KIẾN NGHỊ - Nếu không có một nhận định chính xác về mức độ ảnh hưởng của ma sát âm đến cọc trong những khu vực này dể dẫn đến các sự cố khi sử dụng công trình Nhưng tính đến ma sát âm mà không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc thì chi phí công trình sẽ tăng Nhưng giá trị tăng cũng như tiết kiệm là bao nhiêu thì cần có những nghiên cứu cụ thể để xác định - End Thank for Your Attention! 24 ... Nếu khơng có nhận định xác mức độ ảnh hưởng ma sát âm đến cọc khu vực dể dẫn đến cố sử dụng cơng trình Nhưng tính đến ma sát âm mà khơng kể đến ảnh hưởng nhóm cọc chi phí cơng trình tăng Nhưng... TỐN MA SÁT ÂM THEO CÁC TIÊU CHUẨN TÍNH TỐN MA SÁT ÂM THEO CÁC TIÊU CHUẨN • • TÍNH TỐN MA SÁT ÂM BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS TÍNH TỐN MA SÁT ÂM BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS • • CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC MA SÁT ÂM. .. lớn kích thước cọc vùng chịu ma sát âm, sau thi cơng cọc mà giữ nguyên khoảng trống xung quanh lấp đầy bentonite KẾT LUẬN 5.1 Nhận xét tượng ma sát âm – Ma sát âm hay sức kháng bên âm thành phần