Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
TÍNH TOÁN HỆ CỌC KẾT HỢP VỚI CỐT ĐỊA KỸ THUẬT BẰNG CÁC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM.

TÍNH TOÁN HỆ CỌC KẾT HỢP VỚI CỐT ĐỊA KỸ THUẬT BẰNG CÁC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM.

Tải bản đầy đủ - 0trang

0,4m bố trí dạng lưới ơ vng với khoảng cách từ tâm cọc đến tâm

cọc là 0,5m. Thí nghiệm được tiến hành với chiều cao lớp đất đắp

(h) thay đổi tương ứng 0,35m và 0,7m và tải trọng ngoài phân bố

đều trên đỉnh lớp đắp (ωs) thay đổi từ 0 kPa đến 120 kPa theo từng

cấp bằng 10 kPa (hình 2.2).

Thực nghiệm tiến hành đo các đại lượng bao gồm: Độ lún tổng

cộng trên mặt lớp cát đắp; ứng suất trên đầu cọc; ứng suất trong

Tải trọng ngoài s

cát ở các độ sâu và độ dãn dài của cốt khi chiều cao lớp cát h và

Đầu

ứng suất

tảiđotrọng

ωs thay đổi.

h



Cát



Vải ĐKT

Cọc

16x16cm

Bùn



1 2 3



40 cm

100 cm



50 cm



Hình 2. 2 Bố trí thực nghiệm Zaeske (2001)



Kết quả lực truyền vào cọc theo từng cấp tải trọng như sau:

Bảng 2.1 Tải trọng truyền vào cọc từ thực nghiệm Zaeske (2001)

Ngoại tải ωs



Lực trên đỉnh



Ngoại tải ωs



Lực trên đỉnh



(kPa)



cọc N (kN)



(kPa)



cọc N (kN)



0



2,11



60



13,33



10



3,9



70



14,93



20



5,78



80



17,11



30



7,85



90



18,94



40



9,55



100



20,88



43



50



11,67



110



22,79



Nhận xét:

Các kết quả lực truyền vào cọc, lực kéo trong cốt, độ lún quan

trắc được từ thí nghiệm đã phản ánh kết quả của sự kết hợp cọc

với cốt ĐKT với mô hình cọc chống. Đây là thí nghiệm hữu ích cho

các nghiên cứu về phương pháp tính cũng như kiểm tra lại kết quả

của các thử nghiệm số.

Hạn chế của phương pháp chính là việc hạn chế các loại đất,

vật liệu sử dụng trong thực nghiệm do đó khơng phản ánh được sự

ảnh hưởng của các loại đất, vật liệu khác nhau vốn rất đa dạng,

phong phú trong thực tế xây dựng.

2.3. Mơ hình thử nghiệm trong phòng của Hewlett và

Randolph (1988).

Trong thử nghiệm, đất yếu được mô phỏng bằng cao su xốp, các

lớp cát đắp được nhuộm màu và trải thành các lớp nằm ngang và

sự chuyển vị của phần đắp được quan sát qua vách kính của

khoang thí nghiệm. Thí nghiệm được thực hiện với nhiều trường

hợp khi thay đổi khoảng cách giữa các cọc và tải trọng. Kết quả

chuyển vị đo được chỉ ra rằng phương chuyển vị cắt ở phía ngồi

mũ cọc có dạng hình quạt. Độ lún quan trắc được tại các vị trí trên

đỉnh cọc, giữa các cọc và dưới đáy lớp đất cát đắp gần như giống



Hình 2.3 Giả thiết vòm đất dạng bán cầu Hewlett và Randolph (1988)



nhau và ứng suất ở đáy lớp cát là tương đối ngang nhau. Hewlett

và Randolph (1988) cho rằng vòm phát triển trong phần cát đắp

giữa cọc giới hạn bởi mặt cong dạng bán cầu (hình 2.3). Phần lớn

tải trọng trên đỉnh mặt cong được truyền tới cọc hỗ trợ thơng qua

vòm.



44



Nhận xét: Các kết luận về vòm đất của thí nghiệm là cơ sở cho

nhiều phương pháp tính tốn giải tích sau này để giải quyết vấn đề

hình thức của vòm đất phát triển trong phần đất đắp giữa hai cọc.

Tuy nhiên, do thí nghiệm chỉ được tiến với loại đất cát nên đã

không phản ánh được sát thực kích thước của vòm đất với các loại

đất đắp khác nhau và do đó các lý thuyết tính tốn dựa trên thí

nghiệm này sẽ dẫn tới sự sai lệch khi tính tốn sự phân bố tải

trọng. Ngồi ra, việc sử dụng cao su thay cho đất yếu đã khơng

thể hiện được triệt đặc tính của đất yếu cũng như sự tương tác đất

yếu với cọc, của đất yếu với cốt ĐKT.

2.4. Phương pháp Colin.

Phương pháp Colin giải trong trường hợp bài tốn phẳng 2D,

vòm đất dạng hình chóp được xác định trong phạm vi góc α = 45 0

bắt đầu vẽ từ rìa ngồi của mũ cọc, trong bài tốn khơng gian 3D

vòm đất là hình bán chóp 6 mặt (hình 2.4)



45



Vòm đất trong bài tốn



Vòm đất trong bài tốn



2D



3D

Hình 2.4 Giả thiết vòm đất trong phương pháp Colin



Colin đã hoàn thiện phương pháp Guido trên cơ sở phương pháp

Guido và nnk năm 1987. Tác giả đã tiến hành thí nghiệm bàn nén

tĩnh trên lớp cốt đáy bằng cốt ĐKT gia cường cho nền đất để

nghiên cứu sức chịu tải. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng, nền cát

không gia cố cốt ĐKT bị phá hoại cắt trượt và mặt trượt thể hiện

lên trên bề mặt nền thông qua các quan sát được về hiện tượng

đẩy trồi lên của vật liệu. Một biểu hiện khác của sự phá hoại là sự

thể hiện tải trọng hầu như không đổi trong khi biến dạng liên tục

tăng. Mặt khác, với đất cát có gia cố cốt ĐKT khơng có những phá

hoại như trên mà chỉ quan sát được phá hoại tại vị trí rìa ngồi của

bàn nén. Hơn nữa, nghiên cứu cũng chỉ ra số lớp cốt ĐKT tối ưu để

tăng khả năng chịu tải là 3, việc tăng thêm số lớp vải sẽ khơng có

tác dụng hoặc làm tăng sức chịu tải lên không đáng kể.

Phương pháp Colin giải quyết bài tốn được mơ tả như sau: một

số lớp cốt ĐKT (thường 3 lớp) được trải ở đáy nền đắp và trên đỉnh

cọc, các lớp này được xen kẹp giữa lớp đất được đầm chặt và tạo

thành lớp truyền tải. Tác dụng của lớp lưới ĐKT là chống lại sự trượt

ngang của nền đắp, tạo lớp truyền tải để tải trọng truyền xuống

cọc hiệu quả hơn, ngoài ra, lớp cốt này còn đóng vai trò hỗ trợ

phần đất trong phạm vi vòm đất. Phương pháp Colin (2004) có một

số giả thiết sau:

- Vòm đất dạng hình chóp được xác định trong phạm vi góc α =

450 bắt đầu vẽ từ rìa ngồi của mũ cọc.

- Phần đất ở trong phạm vi vòm đất được hỗ trợ bởi các lớp cốt

ĐKT có dạng kim tự tháp ở giữa nhóm 3 cọc.

- Toàn bộ tải trọng nền đắp ở trên lớp LTP được truyền tới các

cọc.



46



- Chiều dày của lớp LTP lớn hơn hoặc bằng khoảng cách tĩnh

không giữa 2 cọc hoặc khoảng cách ngắn hơn giữa 2 mép ngoài

của mũ cọc.

- Tối thiểu 3 lớp cốt ĐKT được bố trí để tạo lớp LTP.

- Độ dãn dài ban đầu trong cốt ĐKT không vượt quá 5%.

Các bước thiết kế như sau:

a. Thiết kế bố trí lưới cọc

Hình thức bố trí lưới cọc trên mặt bằng (lưới tam giác hay lưới ơ

vng), khoảng cách tim cọc (s), kích thước và hình dáng mũ cọc

(hình tròn, đường kính d) dựa vào các kinh nghiệm đã có (tham

khảo các dự án tương tự). Thông thường, sức chịu tải của cọc và

chiều cao nền đắp sẽ đưa ra khoảng cách giới hạn s giữa các cọc.

Loại cọc được lựa chọn tùy thuộc tải trọng thiết kế.

b. Thiết kế lớp truyền tải LTP

Việc thiết kế lớp LTP hoàn toàn độc lập với thiết kế cọc mặc dù

nó hồn tồn phụ thuộc vào hình thức bố trí lưới cọc và khoảng

cách giữa các cọc. Vấn đề chính của thiết kế lớp LTP là tính tốn

lực kéo trong cốt ĐKT (hình 2.5)



47



h



Hình 2.5 Sơ đồ tính lớp cốt ĐKT theo phương pháp Colin

Vòm đất có dạng hình chóp có 3 hoặc 4 mặt tùy thuộc vào sơ

đồ bố trí cọc dạng ơ lưới tam giác hay hình vng. Chiều cao của

vòm đất tính theo cơng thức:

Hv =



(s − d )

tan α

2



(2.2)



trong đó:

α



là góc nghiêng của cạnh vòm đất lấy bằng 450;



Hv



là chiều cao của vòm đất;



s



là khoảng cách giữa hai cọc tính từ tim;



48



d



là đường kính mũ cọc;



Khi thiết kế, chiều dày h của lớp LTP nên lấy bằng hoặc lớn

hơn chiều cao của vòm Hv. Cường độ chịu kéo của lưới được chọn là

giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau: giá trị cường độ cho đảm bảo

hệ số an toàn và giá trị cường độ cho phép độ dãn dài tối đa là 5%

khi có xét tới từ biến.

Lực phân bố trên 1 m dài ở lớp cốt thứ i được tính là trọng

lượng phần đất giữa lớp i và i+1 trên vùng diện tích lớp i:

w i = γ hi



( L2i +1 + L2i )

Li



.



(2.2)



trong đó

γ



là trọng lượng thể tích của đất đắp;



hi



là khoảng cách giữa hai lớp i và i+1



Li, Li+1 là chiều dài đoạn cốt ĐKT lớp i và i+1 giới hạn trong

tam giác vòm đất.

Lực kéo trong cốt tính cho 1m dài của lớp thứ i là T i được tính

theo lý thuyết màng bài tốn 2 chiều (2D)



Ti = w i



Li



2



,



(2.2)



trong đó





là hệ số khơng thứ ngun phụ thuộc vào độ dãn dài



như bảng 2.2;

wi



là ứng suất trên lớp cốt thứ i (cơng thức 2.2);



Ln



là chiều dài tính tốn đoạn cốt ĐKT giới hạn trong tam



giác vòm đất.



49



Trường hợp cọc bố trí theo lưới ơ vng:

n −1



∑h



i



Ln = 1,41[(s-d) – 2



H



/ tan 450



1



]



(2.2)



Trường hợp cọc bố trí theo lưới tam giác:

n −1



∑ h / tan 45



0



i



Ln = 0,867[(s-d) – 2.



1



]



s



(2.2)



Bảng 2.2 Bảng hệ số Ω theo phương pháp Colin

Độ dãn dài cốt ξ %



1



2



3



4



5







2,07



1,47



1,23



1,08



0,97



Nhận xét: Phương pháp Colin tập trung đi vào tính tốn bố

trí các lớp cốt ĐKT từ việc đơn giản hóa hình dạng vòm đất,

phương pháp cho phép tính tốn lực kéo trong cốt có nhiều lớp và

đưa ra số lớp cốt tối ưu là 3. Có thể nói đây là phương pháp giải

tích có lời giải đơn giản, tuy nhiên do đặt ra quá nhiều giả thiết

nên mơ hình tính khác nhiều so với thực tế làm việc như:

- Bỏ qua sự làm việc của đất nền;

- Không kể tới ảnh hưởng của loại đất đắp (chỉ tiêu cơ lý), loại

cọc đến sự truyền tải.

- Quá thiên về an toàn cho thiết kế cọc bằng việc coi tồn bộ

tải trọng do cọc chịu;

- Hình thức và kích thước vòm đất là như nhau cho mọi loại

đất đắp;

- Coi cốt ĐKT chỉ có độ dãn dài tối đa là 5% và không đưa ra

lời giải cụ thể để tính được độ dãn dài tương đối ε mà người tính

phải tự đưa ra giá trị này. Do vậy kết quả sẽ mang tính cảm tính.



50



2.5. Phương pháp tiêu chuẩn BS 8006-1:2010

Tiêu chuẩn BS 8006:1-2010 [7] của Viện tiêu chuẩn Anh mang

tiêu đề "Code of practice for strengthened/ reinforce soil and other

fills" và ở phần 8 có trình bày rất cụ thể về thiết kế đường đắp có

lớp ĐKT trên nền đất yếu có sự hỗ trợ của cọc.

Để an toàn trong thiết kế, tiêu chuẩn đã đưa vào hàng loạt các

hệ số riêng phần cho tải trọng, đặc điểm sức kháng của phần đắp,

cốt ĐKT và như trong các bảng 2.3 và bảng 2.4.

Về vật liệu cốt có hai hệ số cơ bản f m1 và fm2. Hệ số fm1 liên quan

đến đặc tính bản thân vật liệu trong khi f m2 đề cập đến ảnh hưởng

của việc xây dựng và điều kiện môi trường.

Bảng 2.3 Bảng hệ số riêng phần cho vât liệu cốt

Hệ số



Hệ số cơ



thành



bản

fm1

fm11.fm12



fm2



Mục đích



phần

= fm11

fm12



=



fm21



fm21.fm22

fm22



Sản xuất;

Phép ngoại suy từ dữ liệu kiểm tra;

Tính dễ bị phá hủy; kể tới những phá hủy

trong q trình xây dựng. Hệ số này có

thể nhận được từ thí nghiệm phá hủy hiện

trường.

Mơi trường; kể đến độ giảm chất lượng



phụ thuộc vào điều kiện môi trường.

Không thể đưa giá trị cụ thể cho mọi loại cốt vì những vật liệu

này có đặc tính tự nhiên khác nhau.

Bảng 2.4 Bảng hệ số riêng phần cho thiết kế nền đắp trên đất yếu

có cọc hỗ trợ

Hệ số riêng phần



Trạng thái



Trạng



giới hạn



thái giới

hạn phục



51



vụ

Khối lượng riêng của đất,

Hệ



số



ví dụ: đất đắp

tải Tĩnh tải ngồi, ví dụ tải



trọng



tập trung hoặc phân bố

Hoạt tải ngồi, ví dụ tải

trọng xe



Hệ số đất

Hệ



số



Áp dụng cho góc tan ϕ'cv

Áp dụng cho c

Áp dụng cho cu

cho Trượt trên mặt cốt



ffs = 1,3



ffs = 1,0



ff = 1,2



ff = 1,0



fq = 1,3



fq = 1,0



fms = 1,0



fms = 1,0



fms = 1,6

fms = 1,0

fs = 1,3



fms = 1,0

fms = 1,0

fs = 1,0



phần tiếp xúc



Sức kháng kéo tuột cốt

fp = 1,3

fp = 1,0

đất và cốt

Cọc có thể sử dụng dưới nền đắp bao gồm cọc đóng, cọc bê

tơng đổ tại chỗ, cọc gỗ, cọc đá hoặc cọc bê tông, cọc đá phụt vữa,

cọc vôi hoặc cọc cát đầm.

Tiêu chuẩn BS 8006-1:2010 đưa ra phương pháp tính tốn thiết

kế hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT theo các trạng thái giới hạn về

cường độ và giới hạn về khả năng phục vụ bao gồm:

-



Khả năng chịu tải của nhóm cọc (hình 2.6 a)

Phạm vi bố trí của nhóm cọc (hình 2.6 b)

Sự phân bố tải trọng thẳng đứng trên mũ cọc (hình 2.6 c)

Điều kiện trượt của phần đất đắp (hình 2.6 d)

Ổn định tổng thể của nền (hình 2.6 e)

Sự dãn dài vượt mức của cốt (hình 2.7 a)

Độ lún của móng cọc (hình 2.7 b)



52



Cốt ĐKT



Nền đắp



Ổn định taluy



Mũ cọc

Sét yếu



Khả năng chịu lực của nhóm cọc



b) Bố trí nhóm cọc



Trượt trên cốt ĐKT



c) Tải thẳng đứng tác dụng



d) Trượt ngang



e) Ổn định tổng thể



Hình 2.6 Trạng thái giới hạn về cường độ



a) Độ dãn dài của cốt



b) Độ lún của nền



Hình 2.7 Trạng thái giới hạn sử dụng

53



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

TÍNH TOÁN HỆ CỌC KẾT HỢP VỚI CỐT ĐỊA KỸ THUẬT BẰNG CÁC MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×