NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
TRẦN TRUNG HIẾU* NGUYỄN MINH TÂM**
TRẦN THANH DANH***
Estimation of pile load capacity based on axial compressive load during pile installation
Abstract: This paper focuses on analyzing and determining the correlation between pile load capacity and driving load by comparing the value of pile bearing capacity calculated from empirical formulas with data of driving load in depth recorded in a pile installation diary at a project in Ho Chi Minh City. The values of piles load capacity from the correlation formula were also compared and verified with the results of static load testing and finite element model using Plaxis 3D software.
The results show that the pile bearing capacity Rcu is correlated to the driving load P in depth L in the form Rcu = f(ln(P), L). This correlation formula can be used in order to estimate the bearing capacity of piles based on the driving load during pile installation for the studied area.
In addition, the above correlation formula can also be used to evaluate Lmin, Lmax, Pmin, Pmax during the pile installation.
Keywords: Correlation, pile load capacity, axial compressive load, driven pile, finite element method
1. GIỚI THIỆU *
Móng cọc là loại móng đang được sử dụng phổ biến cho các công trình cao tầng hiện nay. Việc tính toán thiết kế móng cọc bắt buộc phải xác định được sức chịu tải của cọc.
Có nhiều phương pháp xác định, đánh giá sức chịu tải của cọc đã được đề cập. Có thể ước tính sức chịu tải cọc bằng các công thức thực nghiệm trong các tiêu chuẩn hiện hành, xác định thông qua tiến hành thí nghiệm hiện trường như nén tĩnh hoặc thí nghiệm thử
* Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.
Email: [email protected]
* * Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh.
Email: [email protected]
*** Trường Đại Học Mở Tp. Hồ Chí Minh.
Email: [email protected]
động biến dạng lớn (PDA)... Các phương pháp ước lượng sức chịu tải cọc theo công thức thực nghiệm thường thiếu chính xác, còn việc tiến hành thí nghiệm hiện trường thường tốn nhiều thời gian và chi phí lớn.
Đặc biệt, đối với loại cọc ép, quá trình thi công cọc thường xảy ra các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết như chiều sâu ép chưa đạt chiều sâu ép min, lực ép cọc chưa đạt lực ép cọc min hay vượt quá lực ép cọc max… Do đó, việc ước lượng sức chịu tải cọc ngay trong quá trình thi công ép cọc là cần thiết.
Ở Việt Nam TCVN 10304:2014 được sử dụng để tính toán ước lượng sức chịu tải của cọc theo đất nền, theo cơ lý và theo SPT, các cách tính này cho kết quả khác nhau. Bên
cạnh đó, địa chất các lớp đất trong khu dự án có thể khác nhau. Khi thi công thực tế sức chịu tải của cọc phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất, điều kiện thi công, kỹ thuật thi công (Võ Phán và Hoàng Thế Thao, 2018).
Do đó, tính toán sức chịu tải của cọc và sức chịu tải thực tế có sự sai khác.
Nén tĩnh cọc được đánh giá là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định quan hệ tải trọng – độ lún của cọc, vì vậy thí nghiệm này được yêu cầu thực hiện trong hầu hết các dự án có sử dụng móng cọc. TCVN 9393:2012 quy định phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh dọc trục, khi tải trọng nén lớn thì việc tạo đối trọng bằng cách chất tải hoặc neo là công việc khó khăn, tốn kém và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho người, thiết bị và các công trình lân cận.
Thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) được sử dụng để xác định sức chịu tải cuả cọc, PDA là phương pháp thử nghiệm không phá hủy, nhanh chóng, nhằm đáp ứng cọc này vẫn làm việc bình thường sau khi thử (Võ Phán và Hoàng Thế Thao, 2018). Theo Bùi Trường Sơn và Phạm Cao Huyên (2011), thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) cho phép đánh giá khả năng chịu tải của cọc với độ tin cậy cần thiết trong thời gian ngắn. Tuy nhiên phương pháp này có giá thành cao, phương pháp thí nghiệm đòi hỏi trình độ chuyên môn cao.
Ước lượng sức chịu tải bằng phương pháp phần tử hữu hạn cũng được ứng dụng, xác định sức chịu tải cực hạn của cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp khá toàn diện khi có xét đến sức kháng hông, sức kháng mũi của đất và độ lún của cọc (Trương Nam Sơn và cộng sự, 2019). Tuy nhiên nhiều báo cáo khảo
sát địa chất ở Việt Nam hiện nay lại thiếu kết quả thí nghiệm, đặc biệt là các kết quả quả thí nghiệm ba trục, làm cho việc phân tích sức chịu tải cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn trở nên khó khăn, trong khi các yếu tố đầu vào ảnh hưởng rất lớn đến kết quả phân tích.
Các nghiên cứu tương quan các thông số và sức chịu tải cọc cũng đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Tương quan giữa dữ liệu thử nghiệm xuyên côn (CPT) và sức chịu tải của cọc mà Alkroosh & H. Nikraz (2011) cho là có kết quả tốt. Để có được mối tương quan chính xác hơn của dữ liệu CPT với sức tải của cọc dọc trục, kỹ thuật lập trình biểu hiện gen (GEP) được sử dụng trong nghiên cứu này. Nghiên cứu của H. Ardalan và cộng sự (2008) về mạng nơ-ron kiểu xử lý dữ liệu theo nhóm (GMDH) được tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền (GA) được sử dụng để mô hình hóa ảnh hưởng của qE và fs.
Thực tế công tác khảo sát địa chất chỉ được thực hiện đại diện tại một số vị trí trên dự án, chưa thể hiện chính xác cấu tạo địa chất cả khu vực xây dựng. Công tác thử tĩnh cọc để xác định sức chịu tải của cọc, cũng chỉ thực hiện đại diện tại một số vị trí, cho nên chưa thể hiện hết sức chịu tải của các tất cả các cọc toàn dự án.
Theo số liệu tổng hợp ép cọc của các dự án, các cọc sau khi ép xong, cao độ mũi hay chiều sâu ép khác so với thiết kế, tùy theo các vùng địa chất mà khác biệt này lớn hay nhỏ, chính vì vậy mà sức chịu tải của cọc trong cùng một dự án có sự khác nhau, khác so với cọc thử tĩnh và sai khác so với sức chịu tải tính toán (Biểu đồ 1.1, 1.2, 1.3, 1.4).
Do đó, đánh giá sức chịu tải của các cọc sau khi ép rất quan trọng.
30 35 40 45 50 55
350 400 450 500 550 Lực ép (tấn)
Chiều sâu ép
350 400 450 500 550
30 35 40 45 50 Chiều sâu ép
Nguồn: dự án Centre Mall
A
25
30
35
250 300 350
Lực ép (tấn)
Chiều sâu ép (m)
25 30 35
Ðộ lớn lực ép 240 280 320 360
Nguồn: dự án DQH
B
30 35 40 45
260 300 340
Lực ép (tấn)
Chiều sâu ép
30 35 40 45 Chiều sâu ép
Ðộ lớn lực ép 240 280 320 360
Nguồn: dự án Thanh Vu
C
Biểu đồ 1.1: Biểu đồ (Pep)KT – chiều sâu ép
0 20x 40 6080
y 01020304050
Z
-35 -30 -25
-35 -30 -25 Cao dộ mui
Biểu đồ 1.2: Cao độ mũi cọc dự án DQH
x 60 80
100 y 60
80 100
120
Z
-45 -40 -35 -30
-45 -40 -35 -30 Cao dộ mui
Biểu đồ 1.3: Cao độ mũi cọc dự án Thanh Vũ Medic
x 240
260 280
300 y 20
40 60
80 100
Z
-55 -50 -45 -40 -35 -30
-55 -50 -45 -40 -35 -30 Cao dộ mui
Biểu đồ 1.4: Cao độ mũi cọc dự án Centre Mall
Từ các nghiên cứu trên cho thấy không có nhiều nghiên cứu về mối tương quan giữa sức chịu tải cọc với lực ép cọc trong quá trình thi công ép cọc ở khu vực Tp. Hồ Chí Minh.
Bài báo sử dụng phương pháp so sánh giá trị sức chịu tải tính toán của các cọc từ các công thức thực nghiệm và thí nghiệm nén tĩnh với dữ liệu lực ép cọc theo độ sâu được ghi nhận bằng nhật ép cọc, với mục tiêu đề xuất
công thức tương quan để ước lượng sức chịu tải cọc theo lực ép cọc trong quá trình thi công. Ngoài ra còn đề xuất bộ dữ liệu thông số địa chất đầu vào với địa chất chủ yếu là các lớp đất tại khu vực Thủ Đức – Tp. Hồ Chí Minh cho mô hình phần tử hữu hạn mô phỏng sức chịu tải cọc.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sử dụng phương pháp so sánh giá trị sức chịu tải tính toán của các cọc từ các công thức thực nghiệm với dữ liệu lực ép cọc theo độ sâu được ghi nhận bằng nhật ký ép cọc tại một công trình ở Thủ Đức – Tp. HCM. Công thức tương quan giữa sức chịu tải cọc với lực ép cọc được suy ra từ biểu đồ quan hệ của các giá trị trên. Các công thức tương quan này được phân tích so sánh với kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường và mô hình phần tử hữu hạn Plaxis 3D.
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Công trình được mô phỏng trong nghiên cứu là Chung cư C1, C2 được xây dựng tại Thủ Đức, Tp. Hồ Chí Minh.
Công trình gồm 02 khối C1 và C2. Khối C1 có 1 tầng hầm và 18 tầng nổi, khối C2 có 2 tầng hầm và 22 tầng nổi. Dự án cấp I với tổng diện tích sàn xây dựng là 103.920.5 m2 sàn. Công tác khảo sát địa chất được thực hiện tại 06 hố khoan, HK1(50m), HK2(60m), HK3(50m), HK4(60m), HK5(50m), HK6(50m) (Hình 1.1).
12 cọc thử tĩnh được thực hiện để xác định sức chịu tải cọc trước khi thi công cọc đại trà. Cọc được thi công bằng phưng pháp ép theo TCVN 9394:2012. Các cọc thử tĩnh được trình bày trong Hình 1.1.
Hình 1.1: Vị trí hố khoan và cọc thử tĩnh
Đặc điểm địa chất công trình nghiên cứu từ mặt đất nền hiện hữu đến độ sâu khảo sát, địa tầng gồm 8 lớp đất chính và 03 thấu kính. Mực nước ngầm cách mặt đất từ -1.5m đến - 2.5m tùy vị trí hố khoan.
Chi tiết địa chất công trình được mô tả trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1: Mô tả các lớp đất
Lớp
đất Mô tả
Chiều dày (m)
N
Lớp 1
Cát mịn, xám đen - xám nâu, trạng thái kém chặt - chặt vừa.
1,4 3
Lớp
đất Mô tả
Chiều dày (m)
N
Lớp 2
Bùn sét, xám đen - xám xanh đen, trạng thái nhão.
12,1 1
Lớp 3
Á sét - Sét, xám trắng - nâu vàng - xám đen, trạng thái dẻo mềm - dẻo cứng.
7,5 8
Lớp 4
Á cát, nâu vàng - xám trắng - xám nâu, trạng thái dẻo.
5,5 17
Lớp 5
Á sét - Sét, nâu vàng - nâu đỏ - xám trắng, trạng thái dẻo cứng – nửa cứng.
2,5 15
Lớp 6
Á cát, nâu vàng - xám trắng - hồng nhạt, trạng thái dẻo.
3,6 19
Lớp 7
Á cát lẫn sạn sỏi, nâu vàng - nâu - hồng nhạt, trạng thái dẻo.
8,4 23
Lớp 8
Á cát,nâu vàng - xám trắng - xám đen - nâu xám, trạng thái dẻo.
9 32
TK1 Á cát, xám đen, trạng
thái dẻo. 1,5 5
TK2 Á sét, xám vàng,
trạng thái cứng. 3,7 30 TK3 Á sét, hồng nhạt,
trạng thái nữa cứng. 2,3 23
Hình 2.1: Mặt cắt địa chất
Hình 2.2: Mặt bằng móng cọc chung cư C1, C2
Khối nhà C1. C2 theo thiết kế sử dụng cọc PHC D500 và PHC D600.
2.2. Quy trình nghiên cứu
Đầu tiên, sử dụng nhật ký ép cọc phân tích lực ép cọc theo chiều sâu. Quá trình ép cọc chung cư C1, C2 được ghi nhận bằng nhật ký ép cọc theo quy định của TCVN 9394: 2012 - đóng và ép cọc tiêu chuẩn nghiệm thu.
Tiếp theo, tính toán sức chịu tải cọc tại các hố khoan ở các độ sâu kể cả độ sâu có ghi nhận lực ép cọc.
Cuối cùng, khảo sát mối quan hệ giữa sức chịu tải cọc tính toán và lực ép cọc, rút ra công thức tương quan. Sau đó thực hiện kiểm chứng, đánh giá công thức tương quan với kết quả thử tĩnh và phần mềm Plaxis 3D.
3. KẾT QUẢ
Lực ép cọc có xu hướng tăng theo chiều sâu và không liên tục, tại những độ sâu địa chất thay đổi, biểu đồ P – L có bước nhảy (Biểu đồ 3.1). Tại các các độ sâu dừng để nối cọc, dừng để thay đổi hành trình kích, lực ép tăng do sự phục hồi của ma sát hông, sau đó ổn định trong hành trình ép.
Khi ép cọc vào lớp đất cứng hơn lực ép cọc tăng đột ngột, khi ép qua được lớp đất cứng, lực ép có giảm và ổn định. Do đó, cần đặc biệt lưu ý khi ép cọc qua lớp đất cứng hơn.
Đối với các cọc có đường kính khác nhau (PHC D500 và PHC D600), khi ép qua các lớp đất cát lực ép cọc có sự khác biệt lớn, khi ép qua
lớp đất bùn sét không có nhiều sự khác biệt. Tại các đoạn đầu của quá trình ép cọc, lực ép cọc D500 và D600 không có nhiều sự khác biệt. Sự khác biệt tăng lên theo chiều sâu. Khi qua lớp đất cứng hơn, cọc có đường kính lớn hơn có bước nhảy lớn hơn.
Khảo sát, phân tích kết quả thử tĩnh cọc.
Dự án chung cư C1, C2 thực hiện thử tĩnh 12 cọc, trong đó 9 cọc PHC D600 và 3 cọc PHC D500. Quá trình thử tĩnh được thực hiện theo TCVN 9393:2012 “Cọc – Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh dọc trục” với 2 chu kỳ. Chu kỳ 1 thử tải đến 100% Ptk, chu kỳ 2 thử đến 200% Ptk. Kết quả thử tĩnh cọc được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả thử tĩnh dự án chung cư C1, C2
Số hiệu
cọc Loại cọc L
(m)
Rcu (Tấn)
PT-01 PHC D600 37 500
PT-02 PHC D600 36,7 410
PT-03 PHC D600 36,8 510
PT-04 PHC D600 35,3 530
PT-05 PHC D600 35 530
PT-06 PHC D600 36 520
PT-07 PHC D600 34,4 470
PT-08 PHC D600 31,3 420
PT-09 PHC D600 35 530
PT-10 PHC D500 31,4 378
PT-11 PHC D500 35,5 400
PT-12 PHC D500 35,4 388
Tính toán sức chịu tải cọc của 06 hố khoan tại các độ sâu kể cả độ sâu có ghi nhận lực ép cọc. Tính toán tách sức kháng mũi và sực kháng hông để phân tích. Kết quả được tổng hợp trong Bảng 3.2.
Sức kháng mũi và sức kháng hông có xu hướng tăng theo chiều sâu đất nền. Khi chuyển tiếp qua các lớp đất nền khác nhau sức
kháng hông, sức kháng mũi và sức kháng tổng có bước nhảy. Sức kháng hông nhìn chung lớn hơn sức kháng mũi theo chiều sâu. Tuy nhiên,
tại vị trí lớp đất đặc biệt thì sức kháng mũi có độ lớn lớn hơn sức kháng hông (Biểu đồ 3.2, 3.3, 3.4).
PT-07 PT-08 PT-09 PT-10 PT-11 PT-12
PT-01 PT-02 PT-03 PT-04 PT-05 PT-06
0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 0
10
20
30
0
10
20
30
P(kN)
L(m)
Ghi chú PT-01 PT-02 PT-03 PT-04 PT-05 PT-06 PT-07 PT-08 PT-09 PT-10 PT-11 PT-12 PHC D500 & 600
LỰC ÉP CỌC THEO CHIỀU SÂU
Nguồn: C1, C2
Biểu đồ 3.1: Lực ép cọc theo chiều sâu
Bảng 3.2: Sức chịu tải tính toán theo TCVN 10304: 2012 cọc PHC D500 và D600 dự án chung cư C1, C2
Stt Hố khoan
D (mm)
L (m)
Qs Coly (kN)
Qp Coly (kN)
Rcu Coly (kN)
Qs_
Datnen (kN)
Qp Datnen
Ter (kN)
Qp_
datnen_
Vesic (kN)
Rcu_
Datnen (kN)
Qs_
SPT (kN)
Qp_
SPT (kN)
Rcu_
SPT (kN)
1 HK1 600 4 44,5 197,8 242,3 47,4 28,0 81,8 129,2 75,4 84,8 160,1
2 HK1 600 4,6 50,4 214,8 265,2 55,8 29,2 88,0 143,8 86,7 84,8 171,4
3 HK1 600 5 54,9 226,1 281,0 61,4 30,0 92,2 153,6 94,2 84,8 179,0
…
202 HK2 600 36,4 2572,7 1865,2 4437,9 3324,8 1191,7 1883,2 5208,1 6528,1 1949,9 8478,0 203 HK2 600 36,6 2599,1 1865,2 4464,2 3359,5 1199,2 1895,7 5255,2 6614,7 1949,9 8564,7 204 HK2 600 36,7 2612,3 1865,2 4477,4 3376,9 1203,0 1901,9 5278,8 6658,1 1949,9 8608,0 205 HK2 600 36,8 2625,4 1865,2 4490,6 3394,4 1206,7 1908,1 5302,5 6701,4 1949,9 8651,3
…
844 HK6 500 42 2888,6 1177,5 4066,1 3535,2 980,4 1583,8 5119,0 8524,8 1884,0 10408,8 845 HK6 500 43 2998,5 1177,5 4176,0 3709,3 1005,8 1626,4 5335,7 9027,2 1884,0 10911,2 846 HK6 500 44 3108,4 1177,5 4285,9 3887,7 1031,2 1669,0 5556,8 9529,6 1884,0 11413,6
HK1 HK2 HK3 HK4 HK5 HK6
500600
0 5000 10000 150000 5000 10000 150000 5000 10000 150000 5000 10000 150000 5000 10000 150000 5000 10000 15000 10
20
30
40
10
20
30
40
R(kN)
L(m)
Ghi chú:
Qp_c oly Qp_Datnen_Ter Qp_datnen_Vesic Qp_SPT Qs_coly Qs_Datnen Qs_SPT Rcu_c oly Rcu_datnen Rcu_SPT TCVN 10304:2012
SỨC KHÁNG HÔNG VÀ SỨC KHÁNG MUI
Nguồn: C1, C2
Biểu đồ 3.2: Sức kháng tại các hố khoan cọc PHC D500 và PHC D600
Qp_c oly Qp_Datnen_Ter Qp_SPT Qs_coly Qs_Datnen Qs_SPT Rcu_coly Rc u_datnen Rcu_SPT
HK1HK2HK3HK4HK5HK6
0 500 1000 15000 500 1000 15000 5001000 15000 500 1000 15000 5001000 15000 500 1000 15000 5001000 15000 500 1000 15000 5001000 1500 10
20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40
P(Tấn)
L(m)
Ghi chú:
Qp_coly Qp_Datnen_Ter Qp_SPT Qs_coly Qs_Datnen Qs_SPT Rcu_coly Rcu_datnen Rcu_SPT PHC D500
SỨC CHỊU TẢI THEO CHIỀU SÂU
Nguồn: C1,C2
Biểu đồ 3.3: Chi tiết sức kháng cọc PHC D500 tại các hố khoan
Qp_coly Qp_Datnen_Ter Qp_SPT Qs_coly Qs_Datnen Qs_SPT Rcu_coly Rcu_datnen Rcu_SPT
HK1HK2HK3HK4HK5HK6
0 500 1000 15000 500 1000 15000 5001000 15000 500 1000 15000 5001000 15000 500 1000 15000 5001000 15000 500 1000 15000 5001000 1500 10
20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40
P(Tấn)
L(m)
Ghi chú:
Qp_coly Qp_Datnen_Ter Qp_SPT Qs_coly Qs_Datnen Qs_SPT Rcu_coly Rcu_datnen Rcu_SPT PHC D600
SỨC CHỊU TẢI THEO CHIỀU SÂU
Nguồn: C1,C2
Biểu đồ 3.4: Chi tiết sức kháng cọc PHC D600 tại các hố khoan
Khảo sát mối quan hệ giữa sức chịu tải cọc tính toán theo công thức thực nghiệm và lực ép cọc. Lực ép cọc tăng dần theo độ sâu, khi qua các lớp đất khác nhau có sự thay đổi đột ngột về
lực ép. Tương tự, theo độ sâu sức chịu tải của cọc có bước nhảy khi qua các lớp đất khác nhau.
Bước nhảy sức chịu tải và lực ép có cùng vị trí.
Với cùng một giá trị lực ép có nhiều sức chịu
tải, thực tế cho thấy Rcu có trường hợp lớn hơn và cả bé hơn Pep (Biểu đồ 3.5), điều này có ý
nghĩa thực tế, quan niệm Rcu luôn lớn hơn Pep khi kết thúc là không phù hợp.
500 600
0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000
0 1000 2000 3000 4000 5000
P (kN)
Rcu (kN)
Ghi chú:
PT-02 PT-04 PT-05 PT-06 PT-09 PT-10 PT-11 PT-12 PHC D500 & PHC D600
LỰC ÉP CỌC VÀ SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC
Nguồn: CCHP
Biểu đồ 3.5: Lực ép cọc và sức chiu tải của cọc
L
010000500000
10 30
0 2000 4000
Qs_coly
Qp_coly
500 1500 1000 4000
Rcu_coly
Rtd_coly
5002000 3500 02000
Qs_Datnen
Qp_Datnen_Ter
0 500 1500 500 1500
Qp_datnen_Vesic
Qa_datnen
0 1500 3000 0 3000 7000
Rcu_datnen
Qs_SPT
04000 10000 01000 2500
Qp_SPT
Rcu_SPT
0 600014000 0 2000
Qa_SPT
105005000000
1000 4000
1000
P
Biểu đồ 3.6: Tương quan sức chịu tải của cọc, lực ép cọc, chiều sâu ép cọc
Lực ép P có liên hệ với L, Qa_SPT, Rcu_SPT, Qs_SPT, Rcu_Datnen, Qa_datnen, Qs_datnen,
Qs_coly và L (Biểu đồ 3. 6). Liên hệ giữa Pep và Rcu đất nền rất rõ ràng (Biểu đồ 3.7).
500 600
0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000
0 1000 2000 3000 4000 5000
P (kN)
Rcu (kN)
Cọc PHC D500 và PHC D600 SỨC CHỊU TẢI VÀ LỰC ÉP CỌC
Nguồn: C1, C2
Biểu đồ 3.7: Tương quan lực ép cọc và sức chịu tải cọc
Quan hệ giữa lực ép cọc P và sức chịu tải của cọc Rcu là đường cong có dạng Rcu= f(ln(P),L).
(Biểu đồ 3.7).
Kết quả phân tích tương quan sức chịu tải của cọc và lực ép cọc theo chiều sâu cho cọc PHC D500 và PHC D600 được rút ra theo công thức (3.1) và (3.2).
Công thức tương quan sức chịu tải Rcu với lực ép P cọc PHC D500:
Rcu = 56.284 Ln(P)+122.645 L-1227.98 (3. 1) Công thức tương quan sức chịu tải Rcu với lực ép P cọc PHC D600:
Rcu = 139.512*Ln(P)+142.07*L-1849.23 (3. 2) Để xem xét sự phù hợp công thức tương quan, tiến hành thể hiện Rcu và Rcu_corr trên biểu đồ P – Rcu (Biểu đồ 3. 8). Với Rcu_corr tính toán từ P và L theo công thức tương quan (3.1) và (3.2). Kết quả thể hiện Biểu đồ 3.8.
500 600
0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000
0 1000 2000 3000 4000 5000
P (kN)
Rcu (kN) Ghi chú:
Rcu_datnen SCT_Correct_PL Cọc PHC D500 và PHC D600
SỨC CHỊU TẢI VÀ LỰC ÉP CỌC
Nguồn: C1, C2
Biểu đồ 3.8: Rcu_corr và Rcu cọc PHC D500 và D600
Rcu_corr và Rcu rất gần nhau (Biểu đồ 3. 8), do đó công thức tương quan Rcu_corr phù hợp.
4. KIỂM CHỨNG, ĐÁNH GIÁ CÔNG THỨC TƯƠNG QUAN
Để kiểm chứng công thức tương quan thực
hiện đánh giá, so sánh với kết quả thử tĩnh và phần mềm Plaxis 3D.
Tính toán sức chịu tải Rcu_corr của các cọc thử tĩnh, đánh giá sức chịu tải Rcu_corr và Rcu thử tĩnh. Kết quả được trình bày trong Bảng 4. 1.
Bảng 4. 1. So sánh giữa sức chịu tải cọc theo công thức tương qua và lực ép cọc theo kết quả thử tĩnh
Số hiệu
cọc Loại cọc L P_ep
(Tấn) Rcu (Tấn)
Rcu_
Corr (Tấn)
Chênh
PT-01 PHC D600 37 530 500 460 -8%
PT-02 PHC D600 36,7 530 410 456 11%
PT-03 PHC D600 36,8 530 510 458 -10%
PT-04 PHC D600 35,3 530 530 458 -14%
PT-05 PHC D600 35 530 530 432 -18%
PT-06 PHC D600 36 530 520 432 -17%
PT-07 PHC D600 34,4 530 470 432 -8%
PT-08 PHC D600 31,3 530 410 379 -7%
PT-09 PHC D600 35 530 530 432 -18%
Số hiệu
cọc Loại cọc L P_ep
(Tấn) Rcu (Tấn)
Rcu_
Corr (Tấn)
Chênh
PT-10 PHC D500 31,4 400 380 375 -1%
PT-11 PHC D500 35,5 400 390 375 -4%
PT-12 PHC D500 35,4 400 410 375 -8%
Chênh lệch giữa thử tĩnh và công thức tương quan từ 4% đến 18 %.
Kiểm chứng với mô phỏng quá trình thử tĩnh cọc bằng phần mềm Plaxis 3D V20 với thông số đưa vào mô phỏng theo Bảng 4.2.
Hình 4.1: Mô hình Plaxis 3D dự án C1, C2 Bảng 4.2: Thông số địa chất đưa vào mô hình
Đặc trưng Lớp san
lấp Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Lớp 6 Lớp 7 Lớp 8 Lớp _TK1 Lớp _TK2 Lớp _TK3 Ứng xử của đất Drained Drained Drained Drained Undrained Drained Drained Drained Drained Undrained Undrained Drained
γ unsat
(kN/m3) 14,5 15,0 19,4 19,7 19,3 20,6 20,6 20,4 17,5 16,9 19,8 14,5
γ sat (kN/m3) 15,1 18,6 20,0 20,4 19,2 21,0 21,2 21,0 18,2 18,2 20,3 15,1
Ky (m/ngày) 2,4E-05 1,5E-05 6,7E-05 4,0E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 2,4E-05 Kx (m/ngày) 2,4E-05 1,5E-05 6,7E-05 4,0E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 3,9E-05 2,4E-05
E' (kN/m2 ) 612 3841 15110 34655 18909 107120 73351 72705 7101 149110 66866 612
ν 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,3 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
C' (kN/m2) 1,7 6,9 20,6 8,2 32,5 7,7 6,1 6,7 24,6 24,6 23,6 1,7
φ'(0) 26,8 18,7 27,3 21,1 19,0 21,8 28,8 24,8 16,5 16,5 15,1 26,8
Rinter 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 0,8
Kết quả mô phỏng thử tĩnh cho các cọc được tổng hợp theo Bảng 4.3.
Bảng 4.3: Kiểm chứng tương quan và Plaxis
ID_
coc Z_m
Rcu_
Plaxis (Tấn)
Rcu_
Thử tĩnh (Tấn)
Rcu_
corr (Tấn)
Δ Rcu_
corr – Thử tĩnh
Δ Rcu_
corr và Rcu_
Plaxis
TP1 30,8 415 372 -10%
TP1 37 576 500 460 -8%
TP1 32,6 482 398 -17%
TP1 29 400 347 -13%
TP1 17 159 176 11%
TP1 24 283 276 -3%
ID_
coc Z_m
Rcu_
Plaxis (Tấn)
Rcu_
Thử tĩnh (Tấn)
Rcu_
corr (Tấn)
Δ Rcu_
corr – Thử tĩnh
Δ Rcu_
corr và Rcu_
Plaxis
TP2 36,7 413 410 456 11%
TP3 36,8 490 510 458 -10%
TP4 36,8 538 530 458 -14%
TP5 35 550 530 432 -18%
TP6 35 561 520 432 -17%
TP7 35 408 470 432 -8%
TP10 36,8 408 380 375 -1%
TP11 36,8 309 390 375 -4%
TP12 36,8 412 410 375 -8%
Chênh lệch gữa Rcu_corr và Rcu thử tĩnh từ 4% đến 18% tùy vào vị trí cọc. Chênh lệch Rcu_corr và Rcu_plaxis đối từ 3% đến 17%.
5. KẾT LUẬN
Bài báo này đã trình bày nghiên cứu, phân tích xác định mối tương quan giữa sức chịu tải cọc và lực ép cọc, bằng phương pháp so sánh giá trị sức chịu tải cọc tính toán từ các công thức thực nghiệm với dữ liệu lực ép cọc theo chiều sâu các dự án chung cư C1, C2 tại Thủ Đức Tp.
Hồ Chí Minh. Các giá trị sức chịu tải của cọc từ công thức tương quan được so sánh, kiểm chứng với kết quả thử tĩnh và mô hình phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis 3D. Các kết luận được rút ra như sau:
Công thức tương quan sức chịu tải Rcu với lực ép P cọc PHC D500:
Rcu = 56.284 Ln(P)+122.645 L-1227.98 (3.1) Công thức tương quan sức chịu tải Rcu với lực ép P cọc PHC D600:
Rcu = 139.512 Ln(P)+142.07 L-1849.23 (3.2) Theo kết quả phân tích trên, các công thức (3.1) và (3.2) có thể sử dụng để ước lượng sức chịu tải cọc PHC D500 và PHC D600 trong phạm vi gần dự án chung cư C1, C2 và khu vực lân cận có địa chất tương tự.
Cần thận trọng trong vệc lựa chọn Pmax, khi cọc được ép qua lớp đất cứng hơn Pep sẽ có bước nhảy và Pep này có khả năng lớn hơn Pmax nhưng chưa đạt đến độ sâu thiết kế và sức
chịu tải kỳ vọng của cọc. Đối với trường hợp cọc ép chưa đạt đến độ sâu thiết kế cần ép thêm để xuyên qua lớp đất cứng này, tải trọng ép này không được vượt quá sức chịu tải vật liệu của cọc. Do đó, ngay từ đầu cần tính toán lựa chọn sức chịu tải vật liệu của cọc đủ lớn để ép xuyên qua lớp đất cứng.
Công thức xác định lực ép cọc theo chiều sâu cọc PHC D500:
(5. 1) Công thức xác định lực ép cọc theo chiều sâu cọc PHC D600:
(5.2)
Hình 5.2: Lực ép cọc theo chiều sâu
Lựa chọn các thông số ép cọc để sau khi ép cọc biểu đồ lực ép và chiều sâu ép nằm trên hai cạnh hình chữ nhật của điều kiện dừng ép Lmin
< L < Lmax và Pmin <Pep < Pmax theo TCVN 9394:2012. Hai cạnh đó là (1) L = Ltk và Pmin
<P< Pmax, (2) Pep = Pmax và Lmin < L <
Lmax. Sử dụng các công thức (5.1), (5.2) để chọn lựa Lmin, Lmax, Pmin, Pmax (Hình 5.2).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] W.T.ChanY.K.ChowL.F.Liu, "Neural network: An alternative to pile driving formulas," Elsevier, Singapore, 1999.
[2] Võ Phán, Nguyễn Trung Kiên, "Nghiên cứu sức chịu tải của cọc có xét ảnh hưởng của chuyển vị xung quanh," Tạp chí khoa học Đại học Mở TP. HCM, Hồ Chí Minh, 2012.
[3] Võ Phán, Hoàng Thế Thao, Phân tích và tính toán móng cọc, TP. Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP HCM, 2018.
[4] H. T. T. Võ Phán and Đỗ Thanh Hải, Tô Lê Hương, Giáo trình các phương pháp khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2019.
[5] Trương Nam Sơn, Nguyễn Minh Tâm and Huỳnh Thiện Thiện, "Ước lượng sức chịu tải cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn,"
Tạp chí địa kỹ thuật, 2019.
[6] Trần Ngọc Tuấn, Trần Thanh Danh and Nguyễn Phú Cường, "Kết hợp mạng thần kinh nhân tạo và mô phỏng Monte carlo đánh giá độ tin cậy bài toán sức chịu tải cọc khoan nhồi,"
Tạp chí xây dựng, 2020.
[7] A. M. H. a. A. Sharif, Drag Force on Single Piles in Clay Subjected to Surcharge Loading, International Journal of Geomechanics, ASCE, 2006.
[8] Pham Anh Tuan, Ly Hai Bang, Tran Van Quan, "Prediction of Pile Axial Bearing Capacity Using Artificial Neural Network and Random Forest," MDPI, 2020.
[9] I. A. &. H. Nikraz, "Correlation of Pile Axial Capacity and CPT Data Using Gene Expression Programming," Springer Nature, 2011.
[10] T. M.J, Pile Design and Construction Practice, E & FN Spon, 1994.
[11] Lê Bá Vinh, Phạm Công Khanh, "Phân tích độ lún cuản nhóm cọc," Tạp chí địa kỹ thuật, 2019.
[12] P. H.G. and D. E. (198, Pile Foundation Analysis and Design, New York:
John Wiley, 1980.
[13] B. H.Fellinus, Unified design of Piled Foundations with emphasis on settlement analysis, ASCE Geotechnical Special Publication, 2004.
[14] B. H.Fellinus, Basics of Foundation Design, Electronic Edition, 2009.
[15] A. N.-Z. H.Ardalan, "Piles shaft capacity from CPT and CPTu data by polynomial neural networks and genetic algorithms," Elservier, 2008.
[16] Dự án Centre Mall, "Hồ sơ khảo sát địa chất dự án Centre Mall," Hồ Chí Minh, 2018.
[17] Bùi Trường Sơn and Phạm Cao Huyên,
"Khả năng chịu tải của cọc từ thí nghiệm thử động biến dạng lớn (PDA) và nén tĩnh," Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, 2011.
[18] "Kết quả thử tĩnh dự án Centre mall,"
Hồ Chí Minh, 2019.
[19] "Hồ sơ khảo sát địa chất dự án DQH," 2017.
[20] "Hồ sơ khảo sát địa chất dự án Thanh Vũ Medic," 2010.
[21] "Kết quả thử tĩnh dự án DQH," 2017.
[22] "Nhật ký ép cọc dự án Centre Mall," 2019.
[23] "Nhật ký ép cọc dự án DQH," 2017.
[24] "Nhật ký ép cọc dự án Thanh Vũ Medic," 2014.
[25] Plaxis 3D foundation manual V1.6.
[26] TCVN 10304:2014 - Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, 2014.
[27] TCVN 9393:2012 - Cọc - Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục, 2012.
[28] TCVN 9394:2012 - Đóng và ép cọc - thi công và nghiệm thu, 2012.
[29] C. N. Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Tp.HCM, 2005.
Người phản biện: PGS, TS. TRẦN THƯỢNG BÌNH
