Giáo trình Nền móng cầu đường - Chương 1 đến Chương 4

thể chống đỡ được công trình bên trên mà không sụp đổ hoặc gây ra độ lún quá mức cho phép trong thời gian tuổi thọ thiết kế của công trình. Để có được độ tin cậy cần thiết là mục đích cơ bản và yêu cầu của thiết kế và xây dựng nền móng. Để thỏa mãn yêu cầu này, trong thiết kế chúng ta có thể đạt được bằng cách cho hệ số an toàn cao. Tuy nhiên, tiếp cận theo cách này người thiết kế gặp phải một mâu thuẫn không kém phần quan trọng, đó là giá thành công trình quá cao. Như vậy độ tin cậy của công trình luôn đối nghịch với giá thành xây dựng công trình. Thông thường người thiết kế luôn tìm sự cân bằng giữa độ tin cậy và tính kinh tế trong thiết kế thông qua hệ số an toàn. Hệ số an toàn cao thường được sử dụng khi độ tin cậy là rất quan trọng hoặc khi quá trình phân tích trong thiết kế có rất nhiều yếu tố không chắc chắn, và hệ số an toàn thấp thường được dùng khi điều kiện ngược lại. Phương pháp này được gọi là phương pháp hệ số an toàn chung. Phương pháp hệ số an toàn chung thường không dựa vào sự đánh giá tổng thể về độ tin cậy, đặc biệt khi chúng ta xem xét cả móng và công trình bên trên như một tỏng thể. Với phương pháp này, một số thành phần có thể là quá an toàn. Trong lúc đó, một số thành phần có thể nguy hiểm. Giá thành phụ thêm cho các thành phần có hệ số an toàn cao không góp phần làm tăng độ an toàn tổng thể của công trình, do vậy phương pháp không phải là phương pháp kinh tế để tạo ra cong trình tin cậy. Nói một cách khác, tốt hơn là nên dùng tiền của các thành phần có độ an toàn quá cao cho các thành phần có độ an toàn thấp để tăng độ an toàn chung của công trình. Vì lý do này phương pháp thiết kế theo độ tin cậy phát triển. Phương pháp này có xu hướng xác định độ tin cậy để cân bằng giữa độ tin cậy và giá thành công trình. Một mục đích khác của thiết kế theo độ tin cậy là đánh giá tốt hơn các khả năng phá hoại khác nhau, và thông tin này được dùng để cải tiến cả thiết kế và thi công để đạt được công trình vững chắc hơn. 4Có nhiều phương pháp thiết kế theo độ tin cậy như: Phương pháp miền xác xuất cho sức kháng và tải trọng, phương pháp bậc nhất của mô men cấp hai, phương pháp thiết kế theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (LRFD). Thiết kế theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (LRFD – Load and Resistance Factor Design) là phương pháp sử dụng các hệ số tải trọng (i) nhân với tải trọng danh định (tiêu chuẩn) để có được tải trọng có hệ số (có thể coi như tải trọng tính toán). Ngoài ra, để xét đến tính dẻo, độ siêu tĩnh và tầm quan trọng của công trình, tải trọng tác dụng được nhân thêm hệ số (i). Các quy định của Bộ Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 dựa vào phương pháp luận Thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (LRFD). Các hệ số được lấy từ lý thuyết độ tin cậy dựa trên kiến thức thống kê hiện nay về tải trọng và tính năng của kết cấu. Những quan điểm an toàn thông qua tính dẻo, tính dư, bảo vệ chống xói lở và va chạm được lưu ý nhấn mạnh... Bộ Tiêu chuẩn này được biên soạn, dựa trên Tiêu chuẩn thiết kế cầu theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng của AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), xuất bản lần thứ hai (1998), bản in dùng hệ đơn vị quốc tế (SI). Theo tiêu chuẩn 22 TCN 272-05, Cầu phải được thiết kế theo các trạng thái giới hạn quy định để đạt được các mục tiêu thi công được, an toàn và sử dụng được, có xét đến các vấn đề: khả năng dễ kiểm tra, tính kinh tế và mỹ quan (nêu ở Điều 2.5). Bất kể dùng phương pháp phân tích kết cấu nào thì phương trình 1 luôn luôn cần được thỏa mãn với mọi ứng lực và các tổ hợp được ghi rõ của chúng. Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn Phương trình 1 với mỗi trạng thái giới hạn, trừ khi được quy định khác. Đối với các trạng thái giới hạn sử dụng và trạng thái giới hạn đặc biệt, hệ số sức kháng được lấy bằng 1,0, trừ trường hợp với bu lông thì phải áp dụng quy định ở Điều 6.5.5. Mọi trạng thái giới hạn được coi trọng như nhau. i i Qi   Rn = Rr (1) với : i= D R l > 0,95 (2) Đối với tải trọng dùng giá trị cực đại của Yi: 0,1 ηηη 1η  IRD i (3) trong đó : i = hệ số tải trọng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho ứng lực.  = hệ số sức kháng: hệ số nhân dựa trên thống kê dùng cho sức kháng danh định (ghi ở các Phần 5, 6, 10, 11 và 12). 5i = hệ số điều chỉnh tải trọng; hệ số liên quan đến tính dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác. D = hệ số liên quan đến tính dẻo (Điều 1.3.3). R = hệ số liên quan đến tính dư (Điều 1.3.4). I = hệ số liên quan đến tầm quan trọng trong khai thác (Điều 1.3.5). Qi = ứng lực Rn = sức kháng danh định Rr = sức kháng tính toán = Rn Các cấu kiện và các liên kết của cầu phải thoả mãn phương trình 1 cho các tổ hợp thích hợp của ứng lực cực hạn tính toán được quy định cho từng trạng thái giới hạn dưới đây. 2. Tải trọng tác dụng Các tải trọng và lực thường xuyên và nhất thời sau đây phải được xem xét đến: Tải trọng thường xuyên: Ký hiệu Tên tải trọng DD tải trọng kéo xuống (xét hiện tượng ma sát âm) down drag DC tải trọng bản thân của các bộ phận kết cấu & thiết bị phụ phi kết cấu dead load of structural components and nonstructural attachments DW tải trọng bản thân của lớp phủ mặt và các tiện ích công cộng dead load of wearing surfaces and utilities EH tải trọng áp lực đất nằm ngang horizontal earth pressure load EL các hiệu ứng bị hãm tích luỹ do phương pháp thi công accumulated locked-in effects resulting from the construction process ES tải trọng đất chất thêm earth surcharge load EV áp lực thẳng đứng do bản thân đất đắp. vertical pressure from dead load of earth fill 6Tải trọng nhất thời: Ký hiệu Tên tải trọng BR lực hãm xe vehicular braking force CE lực ly tâm vehicular centrifugal force CR từ biến creep CT lực va xe vehicular collision force CV lực va tầu vessel collision force EQ động đất earthquake FR ma sát friction IM lực xung kích (lực động ) của xe vehicular dynamic load allowance LL hoạt tải xe vehicular live load LS hoạt tải chất thêm live load surcharge PL tải trọng người đi pedestrian live load SE lún settlement SH co ngót shrinkage TG gradien nhiệt temperature gradient TU nhiệt độ đều uniform temperature WA tải trọng nước và áp lực dòng chảy water load and stream pressure WL gió trên hoạt tải wind on live load WS tải trọng gió trên kết cấu wind load on structure Chi tiết cách tính các loại tải trọng trên có thể xem Phần 3 – Tải trọng và hệ số tải trọng của Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 hay AASHTO – 2007. 72.1. Tải trọng thường xuyên (1). Tĩnh tải DC, DW và EV Tĩnh tải bao gồm trọng lượng của tất cả cấu kiện của kết cấu, phụ kiện và tiện ích công cộng kèm theo, trọng lượng đất phủ, trọng lượng mặt cầu, dự phòng phủ bù và mở rộng. Khi không có đủ số liệu chính xác có thể lấy tỷ trọng như Bảng 1 để tính tĩnh tải (2). Tải trọng áp lực đất EH áp lực đất, tải trọng phụ gia trên đất , tải trọng kéo xuống (ma sát âm) được xác định trong Điều 3.11. Khi đất giữ không được thoát nước thì tác dụng của áp lực thuỷ tĩnh phải được bổ sung vào áp lực đất. Trong trường hợp phía sau tường có thể đọng thành vũng thì tường phải được thiết kế để chịu áp lực đất và áp lực thuỷ tĩnh. Áp lực ngang của đất phía dưới mức nước ngầm phải tính với tỷ trọng đất ngậm nước. Nếu mức nước ngầm ở hai phía tường khác nhau thì phải xét tác dụng thấm đến ổn định của tường và khả năng phải đặt đường ống dẫn. áp lực lỗ rỗng sau tường được lấy gần đúng theo phương pháp dòng tịnh hay các phương pháp phân tích khác phải được cộng thêm vào ứng suất nằm ngang hữu hiệu khi tính tổng áp lực ngang của đất lên tường. Khi lường trước tác dụng của thiết bị đầm máy xảy ra trong cự ly một nửa chiều cao tường lấy bằng chênh cao giữa điểm giao của lớp móng đường đã làm xong với lưng tường và đáy tường thì tác dụng bổ sung của áp lực đất do đầm lèn phải được đưa vào tính toán Bảng 1 - Tỷ trọng Vật liệu Tỷ trọng (kg/m3) Hợp kim nhôm 2800 Lớp phủ bê tông at-phan 2250 Xỉ than 960 Cát chặt. phù sa hay đất sét 1925 Bê tông Nhẹ 1775 Cát nhẹ 1925 Thường 2400 Cát rời. phù sa. sỏi 1600 8Đất sét mền 1600 Sỏi. cuội. macadam hoặc balat 2250 Thép 7850 Đá xây 2725 Nước Ngọt 1000 Mặn 1025 Hiệu ứng của khả năng khuyếch đại của áp lực đất chủ động và/hoặc độ chuyển dịch của khối đất bị động do động đất phải được xét đến. Áp lực đất cơ bản được giả thiết là phân bố tuyến tính và tỷ lệ với chiều sâu đất và lấy bằng: )10.( 9 gzkp sh (4) trong đó: p = áp lực đất cơ bản (MPa) kh = hệ số áp lực ngang của đất lấy bằng ko (Điều 3.11.5.2) đối với tường không uốn cong hay dịch chuyển, hoặc ka (Điều 3.11.5.3; 3.11.5.6 và 3.11.5.7) đối với tường uốn cong hay dịch chuyển đủ để đạt tới điều kiện chủ động tối thiểu. s = tỷ trọng của đất (kg/m3) z = chiều sâu dưới mặt đất (mm) g = hằng số trọng lực (m/s2) Trừ quy định khác đi, tổng tải trọng ngang của đất do trọng lượng đất lấp phải giả định tác dụng ở độ cao 0,4H phía trên đáy tường, trong đó H là tổng chiều cao tường tính từ mặt đất đến đáy móng. * Hệ số k0 Đối với đất được cố kết bình thường hệ số áp lực đất ngang tĩnh lấy như sau: k0 = 1 - sinf (5) Đối với đất quá cố kết hệ số áp lực đất ngang tĩnh có thể giả thiết thay đổi theo hàm số của tỷ lệ quá cố kết hay lịch sử ứng suất và có thể lấy bằng: k0 = (1 - sinf )(OCR)sint (6) 9trong đó: f = gốc ma sát của đất thoát nước ko = hệ số áp lực đất tĩnh của đất quá cố kết. OCR = tỷ lệ quá cố kết Các giá trị của ko cho các tỷ lệ quá cố kết khác nhau OCR có thể lấy ở Bảng 2. Phù sa, sét, sét dẻo chảy không nên dùng làm đất đắp khi mà vật liệu hạt dễ thoát nước có sẵn. Bảng 2- Hệ số điển hình của áp lực đất ngang tĩnh Loại đất Hệ số áp lực đất ngang k0 OCR = 1 OCR = 2 OCR = 5 OCR = 10 Cát rời 0,45 0,65 1,10 1,60 Cát vừa 0,40 0,60 1,05 1,55 Cát chặt 0,35 0,55 1,00 1,50 Đất phù sa bùn(ML) 0,50 0,70 1,10 1,60 Sét nhão (CL) 0,60 0,80 1,20 1,65 Sét dẻo chảy (CH) 0,65 0,80 1,10 1,40 * Hệ số áp lực chủ động Trị số của hệ số áp lực chủ động có thể lấy bằng:      SinSin Sink a 2 2 (7) ở đây:         2 1      SinSin SinSin (8) trong đó:  = góc ma sát giữa đất đắp và tường(độ)  = góc của đất đắp với phương nằm ngang như trong Hình 1 (độ)  = góc của đất đắp sau tường với phương thẳng đứng như Hình 1 (độ) 10 , = góc nội ma sát hữu hiệu (độ) Hình -1. Chú giải Coulomb về áp lực đất Đối với các điều kiện khác với miêu tả trong Hình 1, áp lục đất chủ động có thể tính bằng phương pháp thử dựa theo lý thuyết lăng thể trượt. * Áp lực đất bị động Đối với đất dính áp lực bị động có thể xác định theo: p 9 spp kc210Zgkp   (9) trong đó: pp = áp lực đất bị động (MPa) s = tỷ trọng của đất (kg/m3) z = độ sâu tính từ mặt đất c = độ dính đơn vị (MPa) kp = hệ số áp lực bị động lấy theo Hình 2 và 3 khi thích hợp. (3). Tải trọng chất thêm (ES) Khi có một tải trọng chất thêm phải bổ sung thêm một áp lực đất ngang không đổi vào áp lực đất cơ bản - áp lực đất không đổi này có thể lấy bằng: p = ks qs (10) trong đó: p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của tải trọng chất thêm phân bố đều (MPa) ks = hệ số áp lực đất do tác dụng của tải trọng chất thêm qs = hoạt tải tác dụng lớn nhất (MPa) Đối với áp lực đất chủ động ks phải lấy bằng ka , với áp lực đất tĩnh ks phải lấy bằng ko. Ngoài ra đối với loại đất đắp và độ dịch chuyển của tường cụ thể có thể dùng giá trị trung Tường cứng 11 gian phù hợp. Ngoài ra cách tính chi tiết các loại tải trọng chất thêm có thể tham khảo Điều 3.11.6. HÖ sè gi¶m (R) cña Kp theo c¸c tû sè -  MÆt ph¸ ho¹i Xo¾n èc logarit ¸p lùc bÞ ®éng Ghi chó : C¸c ®­êng cong ®­îc thÓ hiÖn dïng cho /= -1h Ö sè ¸ p lù c b Þ ® é n g K p Gãc nèi ma s¸t  theo ®é Hình 2 - Cách tính áp lực đất bị động đối với tường nghiêng nền đắp bằng 12 HÖ sè gi¶m (R) cu¶ Kp theo c¸c tû sè  / MÆt ph¸ ho¹i Xo¸n èc logarit ¸p lùc bÞ ®éng h Ö sè ¸ p lù c b Þ ® é n g K p Ghi chó : C¸c ®­êng cong ®­îc thÓ hiÖn dïng cho /= -1 gãc néi ma s¸t  theo ®é Hình 3 - Cách tính áp lực đất bị động đối với tường nghiêng, nền đắp dốc (4). Lực kéo xuống (xét ma sát âm - DD) 13 Ứng lực do tác động kéo xuống đối với cọc hay cọc khoan do lún của khối đất tiếp giáp với cọc hay cọc khoan phải được xác định theo các quy định của Phần 10 của Tiêu chuẩn. 2.2. Tải trọng nhất thời (1). Hoạt tải xe (LL) a). Số làn xe thiết kế Số làn xe thiết kế được xác định bởi phần số nguyên của tỷ số w/3500, ở đây w là bề rộng khoảng trốngcủa lòng đường giữa hai đá vỉa hoặc hai rào chắn, đơn vị là mm. Cần xét đến khả năng thay đổi trong tương lai về vật lý hoặc chức năng của bề rộng trống của lòng đường của cầu . Trong trường hợp bề rộng làn xe nhỏ hơn 3500mm thì số làn xe thiết kế lấy bằng số làn giao thông và bề rộng làn xe thiết kế phải lấy bằng bề rộng làn giao thông. Lòng đường rộng từ 6000mm đến 7200mm phải có 2 làn xe thiết kế, mỗi làn bằng một nửa bề rộng lòng đường. b). Hệ số làn xe Hệ số làn không được áp dụng cho trạng thái giới hạn mỏi, trong trường hợp đó chỉ dùng với một xe tải thiết kế, bất kể số làn xe thiết kế. Khi dùng hệ số phân phối gần đúng của 1 làn xe đơn (như Điều 4.6.2.2. và 4.6.2.3), khác với quy tắc đòn bẩy và phương pháp tĩnh học, ứng lực phải được chia cho 1.2. Ứng lực cực hạn của hoạt tải phải xác định bằng cách xét mỗi tổ hợp có thể của số làn chịu tải nhân với hệ số tương ứng trong Bảng 3. Bảng 3 - Hệ số làn m Số làn chất tải Hệ số làn (m) 1 1,20 2 1,00 3 0,85 > 3 0,65 14 c). Hoạt tải xe ôtô thiết kế c.1). Tổng quát Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 sẽ gồm một tổ hợp của:  Xe tải thiết kế + Tải trọng làn thiết kế, hoặc  Xe 2 trục thiết kế + Tải trọng làn thiết kế Trừ trường hợp được điều chỉnh (Điều 3.6.1.3.1), mỗi làn thiết kế được xem xét phải được bố trí hoặc xe tải thiết kế hoặc xe hai trục chồng với tải trọng làn khi áp dụng được. Tải trọng được giả thiết chiếm 3000mm theo chiều ngang trong một làn xe thiết kế. c.2). Xe tải thiết kế Trọng lượng và khoảng cách các trục và bánh xe của xe tải thiết kế phải lấy theo Hình 4. Lực xung kích (IM) lấy theo mục (3) (hay Điều 3.6.2). Trừ quy định trong tính tải trọng xe lên mố và trụ cầu, như phần giới thiệu các tải trọng tác dụng lên mố và trụ dưới đây (xem Điều 3.6.1.3.1 và 3.6.1.4.1), cự ly giữa 2 trục 145.000N phải thay đổi giữa 4300 và 9000mm để gây ra ứng lực lớn nhất. Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải trọng trục cho trong Hình 4 nhân với hệ số 0.50 hoặc 0.65. c.3). Xe hai trục thiết kế Xe hai trục gồm một cặp trục 110.000N cách nhau 1200mm. Cự ly chiều ngang của các bánh xe lấy bằng 1800mm. Đối với các cầu trên các tuyến đường cấp IV và thấp hơn, Chủ đầu tư có thể xác định tải trọng xe hai trục nói trên nhân với hệ số 0.50 hoặc 0.65. c.4). Tải trọng làn thiết kế Tải trọng làn thiết kế gồm tải trọng 9.3N/mm (hay 9.3kN/m) phân bố đều theo chiều dọc. Theo chiều ngang cầu được giả thiết là phân bố đều trên chiều rộng 3000mm. ứng lực của tải trọng làn thiết kế không xét lực xung kích. 15 35 kN 145 kN 145 kN 4300 mm 4300 mm tíi 900mm mmm 600 mm nãi chung 300mm mót thõa cña mÆt cÇu Lµn thiÕt kÕ 3600 mm Hình 4 - Đặc trưng của xe tải thiết kế d). Tác dụng của hoạt tải xe thiết kế Trừ khi có quy định khác, ứng lực lớn nhất phải được lấy theo giá trị lớn hơn của các trường hợp sau:  Hiệu ứng của xe hai trục thiết kế tổ hợp với hiệu ứng tải trọng làn thiết kế, hoặc  Hiệu ứng của một xe tải thiết kế có cự ly trục bánh thay đổi như trong Điều 3.6.1.2.2 tổ hợp với hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế, và  Đối với mô men âm giữa các điểm uốn ngược chiều khi chịu tải trọng rải đều trên các nhịp và chỉ đối với phản lực gối giữa thì lấy 90% hiệu ứng của hai xe tải thiết kế có khoảng cách trục bánh trước xe này cách bánh sau xe kia là 15000mm tổ hợp với 90% hiệu ứng của tải trọng làn thiết kế; khoảng cách giữa các trục 145kN của mỗi xe tải phải lấy bằng 4300mm. Các trục bánh xe không gây ra ứng lực lớn nhất đang xem xét phải bỏ qua. Cả tải trọng làn và vị trí của bề rộng 3000mm của mỗi làn phải đặt sao cho gây ra ứng lực lớn nhất. Xe tải thiết kế hoặc xe hai bánh thiết kế phải bố trí trên chiều ngang sao cho tim của bất kỳ tải trọng bánh xe nào cũng không gần hơn:  Khi thiết kế bản hẫng: 300mm tính từ mép đá vỉa hay lan can  Khi thiết kế các bộ phận khác: 600mm tính từ mép làn xe thiết kế. Trừ khi có quy định khác, chiều dài của làn xe thiết kế hoặc một phần của nó mà gây ra ứng lực lớn nhất phải được chất tải trọng làn thiết kế. 16 (2). Tải trọng bộ hành (PL) Đối với tất cả đường bộ hành rộng hơn 600m phải lấy tải trọng người đi bộ bằng 3x10-3 MPa và phải tính đồng thời cùng hoạt tải xe thiết kế. Đối với cầu chỉ dành cho người đi bộ và/hoặc đi xe đạp phải thiết kế với hoạt tải là 4.1x10-3 MPa. Khi đường bộ hành, cầu cho người đi bộ và cầu đi xe đạp có dụng ý dùng xe bảo dưỡng và/hoặc xe ngẫu nhiên thì các tải trọng này phải được xét trong thiết kế. Không cần xét lực xung kích của các loại xe này. (3). Lực xung kích (IM) Trừ trường hợp cho phép (trong Điều 3.6.2.2), tác động tĩnh học của xe tải hay xe hai trục thiết kế không kể lực ly tâm và lực hãm, phải được tăng thêm một tỷ lệ phần trăm được quy định trong bảng 4 cho lực xung kích. Lực xung kích không được áp dụng cho tải trọng bộ hành hoặc tải trọng làn thiết kế. Hệ số áp dụng cho tải trọng tác dụng tĩnh được lấy bằng: (1 + IM/100). Không cần xét lực xung kích đối với :  Tường chắn không chịu phản lực thẳng đứng từ kết cấu phần trên.  Thành phần móng nằm hoàn toàn dưới mặt đất. Lực xung kích có thể được chiết giảm cho các cấu kiện trừ mối nối, nếu đã kiểm tra đủ căn cứ theo các quy định của Điều 4.7.2.1 Bảng 4- Lực xung kích IM Cấu kiện IM Mối nối bản mặt cầu Tất cả các trạng thái giới hạn 75% Tất cả các cấu kiện khác  Trạng thái giới hạn mỏi và giòn  Tất cả các trạng thái giới hạn khác 15% 25% (4). Lực hãm (BR) Lực hãm được lấy bằng 25% của trọng lượng các trục xe tải hay xe hai trục thiết kế cho mỗi làn được đặt trong tất cả các làn thiết kế được chất tải (theo Điều 3.6.1.1.1) và coi như đi cùng một chiều. Các lực này được coi là tác dụng theo chiều nằm ngang cách phía trên 17 mặt đường 1.800mm theo cả hai chiều dọc để gây ra ứng lực lớn nhất. Tất cả các làn thiết kế phải được chất tải đồng thời đối với cầu và coi như đi cùng một chiều trong tương lai. Phải áp dụng hệ số làn quy định ở trên (Điều 3.6.1.1.2). (5). Lực va của xe (CT) Trừ khi được bảo vệ (như quy định trong Điều 3.6.5.1), mố trụ đặt trong phạm vi cách mép lòng đường bộ 9000 mm hay trong phạm vi 15000 mm đến tim đường sắt đều phải thiết kế cho một lực tĩnh (va của xe cộ và tầu hỏa) tương đương là 1.800.000N tác dụng ở bất kỳ hướng nào trong mặt phẳng nằm ngang, cách mặt đất 1200 mm. (6). Tải trọng nước (WA) a). Áp lực tĩnh Áp lực tĩnh của nước được giả thiết là tác động thẳng góc với mặt cản nước. Áp lực được tính toán bằng tích của chiều cao mặt nước phía trên điểm đang tính nhân với tỷ trọng của nước và gia tốc trọng trường. Mực nước thiết kế trong trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng phải tương ứng với mức lũ thiết kế cho xói. Mực nước thiết kế cho trạng thái giới hạn đặc biệt phải tương ứng với mức lũ kiểm tra xói. b). Lực đẩy nổi Lực đẩy nổi của nước là một lực đẩy hướng lên trên được lấy bằng tổng của các thành phần thẳng đứng của áp lực tĩnh (xem Điều 3.7.1), tác dụng lên tất cả các bộ phận nằm dưới mức nước thiết kế. c). Áp lực dòng chảy c.1). Theo chiều dọc Áp lực nước chảy tác dụng theo chiều dọc của kết cấu phần dưới phải được tính theo công thức: p = 5.14 x 10-4 CD V2 (11) trong đó : p = áp lực của nước chảy (MPa) CD = hệ số cản của trụ lấy theo Bảng 5 V = vận tốc nước thiết kế tính theo lũ thiết kế cho xói ở trạng thái giới hạn cường độ và sử dụng và theo lũ kiểm tra xói khi tính theo trạng thái giới hạn đặc biệt (m/s) Bảng 5 - Hệ số cản Cd 18 Loại hình Cd Trụ đầu tròn 0,7 Trụ đầu vuông 1,4 Trụ có tụ rác 1,4 Trụ đầu nhọn với góc nhọn 900 hoặc nhỏ hơn 0,8 Lực cản dọc được tính bằng tích của áp lực dòng chảy dọc nhân với hình chiếu của diện tích mặt hứng của trụ. c.2). Theo chiều ngang Áp lực ngang phân bố đều trên kết cấu phần dưới do dòng chảy lệch với chiều dọc của trụ một góc  được lấy bằng : p = 5.14 x 10-4 CL V2 (12) trong đó : p = áp lực theo chiều ngang (MPa) CL = hệ số cản theo chiều ngang lấy theo Bảng 6 Trôc däc cña trô Hình 5 - Mặt bằng trụ thể hiện áp lực dòng chảy Bảng 6 - Hệ số cản theo chiều ngang CL Góc  giữa hướng dòng chảy và trục dọc của trụ CL 00 0,0 50 0,5 100 0,7 200 0,9  300 1,0 Lực cản ngang được tính bằng tích của áp lực dòng chảy theo chiều ngang nhân với diện tích lộ ra của kết cấu. 19 (7). Tải trọng gió (WL và WS) a). Tải trọng gió ngang Các tải trọng gió nằm ngang tác dụng vào các công trình cầu thông thường. Đối với các kết cấu nhịp lớn hay kết cấu nhạy cảm đối gió như cầu treo dây võng, cầu dây xiên cần có những khảo sát, nghiên cứu đặc biệt về môi trường khí hậu đối với gió và thí nghiệm trong các tunen gió để xác định các tác động của gió trong thiết kế. Tốc độ gió thiết kế, V, phải được xác định theo công thức: V = VB S (13) trong đó : VB = tốc độ gió giật cơ bản trong 3 giây với chu kỳ xuất hiện 100 năm thích hợp với vùng tính gió tại vị trí cầu đang nghiên cứu, như quy định trong Bảng 7. S = hệ số điều chỉnh đối với khu đất chịu gió và độ cao mặt cầu theo quy định trong bảng 8. Để tính gió trong quá trình lắp ráp, có thể nhân các giá trị VB trong Bảng trên với hệ số 0,85. b). Tải trọng gió tác động lên công trình (WS) b.1). Tải trọng gió ngang Tải trọng gió ngang PD phải được lấy theo chiều tác dụng nằm ngang và đặt tại trọng tâm của các phần diện tích thích hợp, và được tính như sau: PD = 0,0006 V2 At Cd  1,8 At (kN) (14) trong đó: V = tốc độ gió thiết kế xác định theo phương trình 13 (m/s) At = diện tích của kết cấu hay cấu kiện phải tính tải trọng gió ngang (m2) Cd = hệ số cản được quy định trong bảng 5 Diện tích kết cấu hay cấu kiện đang xét phải là diện tích đặc chiếu lên mặt trước vuông góc, trong trạng thái không có hoạt tải tác dụng, với các điều kiện sau đây:  Đối với kết cấu phần trên (KCPT) có lan can đặc, diện tích KCPT phải bao gồm diện tích của lan can đặc hứng gió, không cần xét ảnh hưởng của lan can không hứng gió.  Đối với kết cấu phần trên có lan can hở, tải trọng toàn bộ phải lấy bằng tổng tải trọng tác dụng lên kết cấu phần trên, khi đó phải xét lan can hứng và không hứng gió riêng rẽ từng loại. Nếu có hơn hai lan can, chỉ xét ảnh 20 hưởng những lan can nào có ảnh hưởng lớn nhất về phương diện không che chắn.  Đối với kết cấu nhịp kiểu dàn, lực gió sẽ được tính toán cho từng bộ phận một cách riêng rẽ cả nơi hướng gió và nơi khuất gió, mà không xét phần bao bọc. Bảng 7 - Các giá trị của VB cho các vùng tính gió ở Việt Nam Vùng tính gió theo TCVN 2737 - 1995 VB(m/s) I 38 II 45 III 53 IV 59 Bảng 8 - Các giá trị của S Độ cao của mặt cầu trên mặt đất khu vực xung quanh hay trên mặt nước (m) Khu vực lộ thiên hay mặt nước thoáng Khu vực có rừng hay có nhà cửa với cây cối, nhà cao tối đa khoảng 10m Khu vực có nhà cửa với đa số nhà cao trên 10m 10 1,09 1,00 0,81 20 1,14 1,06 0,89 30 1,17 1,10 0,94 40 1,20 1,13 0,98 50 1,21 1,16 1,01 Đối với các trụ, không xét mặt che chắn. Hệ số cản Cd phải tính theo các phương pháp sau:  Đối với KCPT có mặt trước đặc, khi kết cấu quy đổi có các mép cạnh dốc đứng và không có góc vuốt đáy đáng kể về khí động phải lấy Cd theo Hình 6, trong đó: 21 b = Chiều rộng toàn bộ của cầu giữa các bề mặt lan can (mm) d = Chiều cao KCPT bao gồm cá lan can đặc nếu có (mm)  Đối với KCPT giàn, lan can và kết cấu phần dưới phải lấy lực gió đối với từng cấu kiện (với các giá trị Cd theo Tiêu chuẩn TCVN 2737 - 1995 Bảng 6) hoặc theo tài liệu khác được Chủ đầu tư duyệt.  Đối với mọi KCPT khác, phải xác định Cd trong hầm thí nghiệm gió. HÖ sè c¶ n C d Tû sè b/d hÖ sè tèi thiÓu ®èi víi mÆt cÇu ®Æt trªn dÇm I, víi trªn 4 dÇm, hoÆc dÇm hép Hình 6 - Hệ số cản Cd dùng cho kết cấu phần trên có mặt hứng gió đặc Ghi chú dùng cho hình 6: 1. Các giá trị cho trong hình dựa trên giả thiết là mặt hứng gió thẳng đứng và gió tác dụng nằm ngang. 2. Nếu mặt hứng gió xiên so với mặt thẳng đứng, hệ số cản Cd có thể được giảm 0.5% cứ mỗi độ xiên so với mặt đường và tối đa được giảm 30%. 3. Nếu mặt hứng gió có cả phần đứng lẫn phần dốc hoặc 2 phần dốc nghiêng với góc khác nhau, tải trọng gió phải lấy như sau: a) Hệ số cản cơ bản Cd tính với chiều cao toàn bộ kết cấu b) Đối với từng mặt đứng hệ số cản cơ bản tính trên được giảm theo ghi chú 2. c) Tính tải trọng gió tổng cộng bằng cách dùng hệ số cản thích hợp cho các diện tương ứng. 4. Nếu kết cấu phần trên được nâng cao, phải lấy Cd tăng lên 3% cho mỗi độ nghiêng so với đường nằm ngang, nhưng không quá 25%. 5. Nêu kết cấu phần trên chịu gió xiên không quá 50 so với hướng nằm ngang, phải tăng Cd lên 15%. Nếu góc xiên vượt 50 phải chia hệ số cản cho một hệ số theo thí nghiệm. 22 6. Nếu kết cấu phần trên được nâng cao đồng thời chịu gió xiên, phải lấy hệ số cản theo kết quả khảo sát đặc biệt. b.2). Tải trọng gió dọc Đối với mố, trụ, kết cấu phần trên (KCPT) là giàn hay các dạng kết cấu khác có một bề mặt cản gió lớn song song với tim dọc của kết cấu thì phải xét tải trọng gió dọc. Phải tính tải trọng gió dọc theo cách tương tự với tải trọng gió ngang. Đối với KCPT có mặt trước đặc, tải trọng gió lấy bằng 0.25 lần tải trọng gió ngang. Các tải trọng gió dọc và ngang phải cho tác dụng trong từng trường hợp đặt tải riêng rẽ, nếu thấy thích hợp thì kết cấu phải kiểm toán bằng hợp lực của gió xét đến ảnh hưởng của các góc hướng gió trung gian (không vuông góc). c). Tải trọng gió tác dụng lên xe cộ (WL) Khi xét tổ hợp tải trọng Cường Độ III, phải xét tải trọng gió tác dụng vào cả kết cấu và xe cộ. Phải biểu thị tải trọng gió ngang lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 1.5 kN/m, tác dụng theo hướng nằm ngang, ngang với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800mm so với mặt đường. Phải biểu thị tải trọng gió dọc lên xe cộ bằng tải trọng phân bố 0.75 kN/m tác dụng nằm ngang, song song với tim dọc kết cấu và đặt ở cao độ 1800mm so với mặt đường. Phải đặt tải lực gió ngang và dọc lên xe cộ cho từng trường hợp đặt tải riêng rẽ, nếu thích hợp, phải kiểm toán kết cấu bằng hợp lực gió có xét ảnh hưởng của các góc hướng gió trung gian. (8). Động đất (EQ) Thiết kế tải trọng động đất xem chi tiết ở Điều 3.10 của Tiêu chuẩn. (9). Hoạt tải chất thêm (LS) Hoạt tải chất thêm phải được xét đến khi tải trọng xe tác dụng trên mặt đất đắp trong phạm vi một đoạn bằng chiều cao tường ở phía sau mặt sau tường. Đối với đường ôtô cường độ tải trọng phải lấy phù hợp với các quy định (Điều 3.6.1.2). Sự tăng áp lực ngang do hoạt tải chất thêm có thể tính theo: p = k s g heq (x 10-9) (15) trong đó: p = áp lực đất ngang không đổi do tác dụng của hoạt tải chất thêm phân bố đều (MPa) 23 s = tỷ trọng của đất (kg/m3) k = hệ số áp lực đất heq = chiều cao đất tương đương với xe tải thiết kế (mm). Chiều cao đất tương đương cho tải trọng đường ôtô, heq có thể lấy từ Bảng 9. Đối với chiều cao tường trung gian phải dùng nội suy tuyến tính. Chiều cao tường phải lấy bằng khoảng cách từ mặt đất đắp đến đáy bệ móng. Bảng 9 - Chiều cao tương đương của đất dùng cho tải trọng xe Chiều cao tường (mm) heq (mm)  1500 1700 3000 1200 6000 760  9000 610 (10). Ứng lực do biến dạng cưỡng bức: SH, CR Thiết kế ứng lực do biến dạng cưỡng bức (do từ biến CR, và do co ngót SH) xem chi tiết ở Phần 5 của tiêu chuẩn. (11). Lực va tàu vào trụ (CV) (xem chi tiết Điều 3.14) a). Lực va của tàu vào trụ: Lực va đâm thẳng đầu tàu vào trụ phải được lấy như sau: PS = 1.2x105 V DWT (16) trong đó: Ps = lực va tàu tĩnh tương đương (N) DWT = tấn trọng tải của tàu (Mg) V = vận tốc va tàu (m/s) b). Lực va của sà lan vào trụ: Lực va N vào trụ do sà lan sông phải được lấy như sau: Nếu aB < 100 mm thì: 24 PB = 6,0 x 104 aB (17) Nếu aB  100 mm thì: PB = 6,0 x 106 + 1600 aB (18) trong đó: PB = lực va tĩnh tương đương của sà lan (N) aB = chiều dài hư hỏng của mũi xà lan quy định (mm) Khi thiết kế kết cấu phần dưới lực tĩnh tương đương song song và thẳng góc với đường tim của luồng vận tải phải được tác dụng riêng biệt như sau:  100% lực va thiết kế trong phương song song với đường tim luồng vận tải,  hoặc 50% của lực va thiết kế trong phương thẳng góc với đường tim luồng vận tải. Tất cả bộ phận của kết cấu phần dưới lộ ra để có thể tiếp xúc với bất kỳ phần nào của vỏ tàu hay mũi tàu đều phải được thiết kế để chịu được tải trọng va. Khi xác định bộ phận tiếp xúc lộ ra của kết cấu phần dưới với tàu thuyền phải xét đến mũi tàu nhô ra, khoảng nghiêng hoặc thon của tàu và sà lan. Cũng phải xét đến sự va của mũi tàu gây nên tiếp xúc với bất kỳ phân lõm nào của kết cấu phần dưới. Trong hai trường hợp thiết kế ở đây lực va phải tác dụng vào kết cấu phần dưới phù hợp với các giới hạn sau đây:  Để tính ổn định tổng thể, lực va thiết kế được coi là một lực tập trung tác dụng lên kết cấu phần dưới ở mức nước cao trung bình hàng năm của đường thủy như trong Hình 7.  Để tính lực va cục bộ, lực va thiết kế được tác dụng như một tải trọng tuyến thẳng đứng phân bố đều dọc theo chiều cao của mũi tàu như trong Hình 8. Mũi tàu được coi là nghiêng về phía trước khi xác định diện tích tiếp xúc tiềm tàng của lực va với kết cấu phần dưới. Đối với va sà lan, lực va cục bộ được coi như một tải trọng tuyến thẳng đứng phân bố đều trên mũi sà lan như trong Hình 9. Hình 8 - Tải trọng va tầu dạng tuyến lên trụ MỚN CÓ TẢI/CHẠY DẰN 25 mín cã t¶i/ mín kh«ng t¶i Hình 9 - Lực va của sà lan lên trụ 3. Hệ số tải trọng và tổ hợp tải trọng Tổng ứng lực tính toán phải được lấy như sau: iii QQ γη (19) trong đó: ...hí nghiệm xuyên tĩnh hay xuyên tiêu chuẩn... sẽ làm việc phân định địa tầng khu vực xây dựng đáng tin cậy hơn nhiều. 48 3. THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG - Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penelration Test - CPT) - Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Tcst - SPT) - Thí nghiệm cát cánh (Field Vane Tcst - FVT) - Thí nghiệm nén ngang (Prcssure Meter Test - PMT) 4. MỘT SỐ THÍ NGHIỆM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN Nước dưới đất ảnh hưởng rất lớn đến việc thiết kế và thi công nền móng. Trong Ihực tế sản xuất, người ta thường xác định áp lực nước lỗ rổng, hệ số thấm và chất lượng nước dưới đất. Áp lực nước lổ rỗng và mực nước dưới đất thường được đo bằng dụng cụ đo áp lục nưức gọi là piezomct (piezometcr). Có loại pÌezomet kiểu khí nén, kiểu thủy lực hay diện từ... Các piezomet đặt trong các lỗ khoan quan trắc theo những quy định riêng. Để đo đuợc mực nước trong lỗ khoan, người ta đùng thiết bị kiểu điện (khi chạm vào nước, đèn của thiết bị sẽ sáng lên, hay có chuông kêu). Dùng piezomet có thể đo được những thay đổí rất nhỏ của áp lực tới 0,021 kPa, lức là tương đương với sự thay dổi mực nước chỉ 2,lmm. Hệ sô' thấm k của đất đá được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau tùy theo từng điều kiện cụ thể của tầng chứa nước. Phương pháp hút nước thí nghiệm được dùng trong tầng đấí bão hòa nước. Có thể bố trí một giếng khoan đơn hay nhiểu giếng khoan tác dụng tương hỗ theo các hướng song song và vuông góc với hướng nước chảy. Qua các số liệu thí nghiệm sẽ xác định được hệ số thấm. Phương pháp ép nước thí nghiệm được tiến hành trong tầng đất đá không chứa nước hoặc nước dưới đất nằm sâu, hút nước khó khăn. Người ta có thể ép nước trên toàn giếng khoan hay phân đoạn để ốp. Kết quả thí nghiệm sẽ xác định được hệ số thấm k. Hộ số này về giá trị thường không giống như khi hút nước thí nghiệm. Phương pháp đổ nước thí nghiệm được tiến hành trong các giếng khoan hay trong các hố đào. Phương pháp này đơn giản và kinh tế. Phương pháp này được áp dụng khi không có nước ngầm ơ đáy hò đào, tính thấm của dất đá ít thay đổi iheo phương thảng đứng, không có tầng xcn kẹp khổng thấm nước. Gìn cứ theo lưựng nước đổ vào, kích thước hố đào mà có ihể suy ra hộ sô' thấm cua đất. 49 Chấl lượng của nước dưới đất đối với còng việc nền móng được quan tâtn dưới dạng xác định khá năng ăn mòn của nuớc dối với cấu kiện bètông và sử dụng nước đc irộn bêtông. Các tiêu chuẩn, yêu cầu về nước đối với xây dựng đã được ban hành trong các tiêu chuán riêng. Cần được lliực hiện dc đảm bảo chất lượng công trinh. Ngoài một số phuơng pháp chính đã nêu trên, khi khảo sál địa chất công trình khu vực xây dựng người La cũng cần dùng một phương pháp khác như các phương pháp dịa vật lv. phương pháp nén, cắt trong hố đào, phương pháp dùng các thiết bị do độ giãn (extensomet) khác nhau... để thu thập được những thông tin chính xác hơn vé đặc trưng của đất đá, phục vụ cho việc thiết kế, thi công các công trình. 50 ch­¬ng 3 mãng n«ng Bµi 1 Kh¸i qu¸t chung vÒ mãng n«ng I. giíi thiÖu chung vÒ mãng n«ng H×nh 12 -Toµn c¶nh trô cÇu d¹ng mãng n«ng MNCN mùc n­íc cao nhÊt MNTN mùc n­íc thÊp nhÊt MNTT mùc n­íc th«ng thuyÒn MNTC mùc n­íc thi c«ng htt cao ®é th«ng thuyÒn Mãng n«ng lµ lo¹i mãng cã chiÒu s©u ch«n mãng (h) nhá h¬n 5 ~6 m. ChiÒu s©u h cã thÓ ®­îc tÝnh tõ mÆt ®Êt hoÆc tõ MNTN ®Õn ®¸y mãng Mãng n«ng cã h×nh d¹ng kÕt cÊu ®¬n gi¶n, víi mãng trô mè cÇu th­êng chän h×nh ch÷ nhËt hoÆc h×nh vu«ng, biÖn ph¸p thi c«ng t­¬ng ®èi dÔ dµng vµ th«ng th­êng th× mãng n«ng cã chi phÝ rÎ. Tuy nhiªn, mãng n«ng cã mét sè nh­îc ®iÓm nh­: do chiÒu s©u ch«n mãng nhá, nªn ®é æn ®Þnh vÒ lËt, tr­ît cña mãng n«ng kÐm (chÞu m«men vµ lùc ngang). ë c¸c líp ®Êt phÝa trªn cã søc chÞu t¶i kh«ng lín (trõ khi líp ®¸ gèc gÇn mÆt ®Êt) nªn søc chÞu t¶i nÒn ®Êt lµ kh«ng cao vµ do ®ã mãng n«ng chØ chÞu ®­îc t¶i träng c«ng tr×nh nhá. Trong tr­êng hîp mùc n­íc mÆt n»m s©u th× 300 300 200 20 00 200 1600 20 00 70 00 30 00 100 0 200 100 0 2001600 175 0 20 00 25 0 2000 1000 (M§SX) +1.50 0.00(C§M§) SÐt pha -2.00 -4.00 SÐt pha -6.00 +1.50(C§§B) (C§§B) (MNTN) 51 ph­¬ng ¸n thi c«ng t­¬ng ®èi phøc t¹p do ph¶i t¨ng chiÒu dµi cäc v¸n vµ c¸c c«ng tr×nh phô trî khi thi c«ng. II. Ph©n lo¹i mãng n«ng 1. Theo vËt liÖu lµm mãng Mãng ®¸ x©y gièng nh­ mãng g¹ch x©y, mãng ®¸ x©y ph¶i ®­îc thi c«ng tõ d­íi lªn trªn vµ kh¶ n¨ng t¹o h×nh cña ®¸ x©y lµ kÐm nªn còng lµm kÐo dµi thêi gian thi c«ng, gi¶m hiÖu qu¶ kinh tÕ. Mãng ®¸ x©y Ýt ®­îc sö dông trong c«ng tr×nh cÇu ®­êng cã yªu cÇu vÒ thêi gian ng¾n vµ chÊt l­îng c«ng tr×nh cao.Mãng bªt«ng cã kh¶ n¨ng t¹o h×nh tèt, thêi gian thi c«ng nhanh. Kh¶ n¨ng chÞu nÐn tèt nh­ng kh¶ n¨ng chÞu kÐo rÊt kÐm.Mãng bªt«ng cèt thÐp cã c¸c ­u ®iÓm cña mãng bª t«ng, ®ång thêi cã kh¶ n¨ng chÞu kÐo tèt. HiÖn t¹i lo¹i mãng nµy ®­îc ¸p dông phæ biÕn vµ réng r·i nhÊt do tÝnh thÝch øng trong thi c«ng vµ kh¶ n¨ng chÞu t¶i tèt. 2. Theo kÝch th­íc mãng Mãng ®¬n lµ lo¹i mãng cã c¶ ba kÝch th­íc (chiÒu dµi, chiÒu réng, chiÒu cao) ®Òu nhá. Mãng b¨ng lµ mãng cã chiÒu dµi lín h¬n rÊt nhiÒu so víi chiÒu réng vµ chiÒu dµy. Mãng bÌ (mãng b¶n ) lµ lo¹i mãng cã chiÒu dµi vµ chiÒu réng ®Òu lín h¬n rÊt nhiÒu so víi chiÒu dµy. 4. Theo vÞ trÝ t¸c dông cña t¶i träng Mãng cã t¶i träng t¸c dông ®óng t©m ®iÓm ®Æt cña t¶i träng n»m trä t©m cña mãng. Mãng cã t¶i träng t¸c dông lÖch t©m ®iÓm ®Æt cña t¶i träng n»m lÖch khái träng t©m mãng, ®iÓm ®Æt t¶i träng cµng xa träng t©m th× lÖch t©m cµng lín.Mãng cã t¶i träng ngang lín th­êng xuyªn vÝ dô khi mè cÇu cã chiÒu cao lín th× ¸p lùc ®Êt phÝa sau ongsinh ra lùc ngang lín t¸c dông lªn mãng. 5. Theo biÖn ph¸p thi c«ng Ph­¬ng ph¸p thi c«ng t¹i chç cã ­u ®iÓm tËn dông ®­îc nh©n c«ng. T¹o ra khèi bª t«ng mãng cã tinh liªn tôc vµ dÔ dµng kh¾c phôc nh÷ng sai sè trong thi c«ng. Kh«ng ®ái hái kü thuËt thi c«ng qu¸ cao vµ chÝnh x¸c. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ thêi gian thi c«ng l©u, dÉn ®Õn chÞu ¶nh h­ëng cña yÕu tè thiªn nhiªn. ChÊt l­îng bªt«ng kh«ng tèt b»ng ph­¬ng ph¸p l¾p ghÐp do diÒu kiÖn b¶o d­ìng t¹i hiÖn tr­êng kh«ng ®¶m b¶o nh­ trong nhµ x­ëng. CÇn nhiÒu thiÕt bÞ vµ m¸y mãc phô trî trong khi thi c«ng dÉn ®Õn t¨ngchi phÝ. Ph­¬ng ph¸p thi c«ng l¾p ghÐp cã ­u ®iÓm thêi gian thi c«ng nhanh vµ viÖc ®óc bª t«ng kh«ng cÇn ®ßi hái ph¶i tr×nh tù, cho nªn rót ng¾n ®­îc thêi gian thi c«ng c«ng tr×nh. ChÊt l­îng bª t«ng ®¶m b¶o do ®­îc b¶o d­ìng trong nhµ x­ëng. Gi¶m ®­îc sè l­îng thiÕt bÞ vµ vËt liÖu phôc vô 52 cho thi c«ng do ®ã gi¶m ®­îc chi phÝ. Tuy nhiªn nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ chÊt l­îng mèi nèi thi c«ng, c¸c mÆt c¾t nèi lµ n¬i xung yÕu. Yªu cÇu khi ®óc s½n ph¶i ®¶m b¶o chÝnh x¸c th× míi l¾p r¸p ®­îc. Khèi bª t«ng mãng lµ kÐm ®ång nhÊt. Bµi 2 CÊu t¹o mãng n«ng Nh÷ng vÊn ®Ò vÒ kÕt cÊu, thuû lùc vµ ®Þa kü thuËt cña thiÕt kÕ mãng ph¶i ®­îc phèi hîp vµ ph©n biÖt gi¶i quyÕt tr­íc khi duyÖt thiÕt kÕ s¬ bé. Nh÷ng hËu qu¶ cña sù thay ®æi ®iÒu kiÖn cña mãng do t¸c dông cña lò thiÕt kÕ cho xãi ph¶i ®­îc xÐt ®Õn ë tr¹ng th¸i giíi h¹n c­êng ®é vµ tr¹ng th¸i giíi h¹n sö dông. Nh÷ng hËu qu¶ cña sù thay ®æi ®iÒu kiÖn cña mãng do t¸c dông cña lò kiÓm tra xãi cÇu ph¶i ®­îc xÐt ®Õn ë tr¹ng th¸i giíi h¹n ®Æc biÖt. Xãi ë mãng cÇu ®­îc nghiªn cøu cho 2 ®iÒu kiÖn (§iÒu 3.7.5):  Lò thiÕt kÕ xãi: VËt liÖu ®¸y s«ng trong l¨ng thÓ xãi ë phÝa trªn ®­êng xãi chung ®­îc gi¶ ®Þnh lµ ®· ®­îc chuyÓn ®i trong c¸c ®iÒu kiÖn thiÕt kÕ. Lò thiÕt kÕ do m­a kÌm triÒu d©ng hoÆc lò hçn hîp th­êng nghiªm träng h¬n lµ lò 100 n¨m hoÆc lò trµn víi chu kú t¸i xuÊt hiÖn nhá h¬n. C¸c tr¹ng th¸i giíi h¹n c­êng ®é vµ tr¹ng th¸i giíi sö dông ph¶i ¸p dông cho ®iÒu kiÖn nµy.  Lò kiÓm tra xãi: æn ®Þnh mãng cÇu ph¶i ®­îc nghiªn cøu ®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn xãi g©y ra do lò d©ng ®ét xuÊt v× b·o m­a kÌm triÒu d©ng, hoÆc lò hçn hîp kh«ng v­ît qu¸ lò 500 n¨m hoÆc lò trµn víi chu kú t¸i xuÊt hiÖn nhá h¬n. Dù tr÷ v­ît qu¸ yªu cÇu vÒ æn ®Þnh trong ®iÒu kiÖn nµy lµ kh«ng cÇn thiÕt. Ph¶i ¸p dông tr¹ng th¸i giíi h¹n ®Æc biÖt cho ®iÒu kiÖn nµy. §èi víi c¸c mãng ®­îc x©y dùng däc theo c¸c s«ng suèi, cÇn ph¶i ®¸nh gi¸ xãi nÒn ®Êt trong khi thiÕt kÕ. Nh÷ng n¬i cã kh¶ n¨ng ph¸t sinh xãi th× cÇn ph¶i cã biÖn ph¸p b¶o vÖ thÝch hîp. Gradient thñy lùc kh«ng ®­îc v­ît qu¸ :  §èi víi bïn vµ ®Êt dÝnh : 0.2  §èi víi c¸c lo¹i ®Êt kh«ng dÝnh kh¸c: 0.3 N¬i mµ n­íc thÊm d­íi mãng, cÇn ph¶i xem xÐt t¸c ®éng cña lùc n©ng vµ lùc thÊm. 1. Cao ®é cña mãng Cao ®é mÆt trªn ®­îc lùa chän trªn c¬ së c¸c yÕu tè: Cao ®é mÆt d­íi; S«ng cã th«ng thuyÒn hay kh«ng. Víi nh÷ng s«ng cã th«ng thuyÒn, cao ®é mÆt trªn cßn do cÊp th«ng thuyÒn trªn s«ng quyÕt ®Þnh. 53 BÖ mãng nªn ®­îc thiÕt kÕ víi ®Ønh bÖ thÊp h¬n møc xãi chung tÝnh to¸n ®Ó gi¶m thiÓu trë ng¹i cho dßng lò vµ dÉn ®Õn xãi côc bé. Ngay c¶ ®é s©u thÊp h¬n còng cÇn ®­îc xÐt cho bÖ mãng ®Æt trªn cäc mµ ë ®ã c¸c cäc cã thÓ bÞ ph¸ ho¹i do xãi vµ gØ v× ph« ra tr­íc dßng ch¶y. H×nh 1.2 - CÊu t¹o mãng n«ng Cao ®é mÆt d­íi ®­îc lùa chän phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt. Mãng ph¶i ®­îc ®Æt vµo líp ®Êt tèt, cã c­êng ®é cao, tÝnh biÕn d¹ng nhá vµ æn ®Þnh vÒ lón. Tr¸nh ®Æt mãng vµo tÇng ®Êt g©y ra lón lÖch. Mãng më réng ®Æt trªn nÒn ®Êt hoÆc ®¸ dÔ xãi th× ®¸y cña nã cÇn ®Æt d­íi ®é s©u xãi do lò kiÓm tra xãi g©y nªn. Mãng më réng ®Æt trªn nÒn ®¸ kh«ng bÞ xãi ph¶i ®­îc thiÕt kÕ vµ thi c«ng ®Ó ®¶m b¶o tÝnh toµn vÑn cña khèi ®¸ chÞu lùc. §é s©u cña mãng ph¶i ®­îc x¸c ®Þnh phï hîp víi tÝnh chÊt vËt liÖu mãng vµ kh¶ n¨ng ph¸ ho¹i. C¸c mãng ë nh÷ng n¬i v­ît dßng ch¶y ph¶i ®­îc ®Æt ë ®é s©u d­íi ®é s©u xãi dù kiÕn lín nhÊt. Ph¶i xem xÐt ®Õn viÖc sö dông v¶i ®Þa kü thuËt hay tÇng läc d¹ng cÊp phèi h¹t ®Ó gi¶m kh¶ n¨ng thÈm lËu trong ®¸ x« bå hoÆc ®¾p tr¶ sau mè. 2. C¸c kÝch th­íc cña mãng KÝch th­íc mÆt trªn: h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc mãng th­êng phô thuéc vµo h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc ®¸y c«ng tr×nh bªn trªn. Th­êng kÝch th­íc mÆt trªn cña mãng lÊy lín h¬n kÝch th­íc ®¸y c«ng tr×nh bªn trªn mét chót (th­êng tõ 0.2~1.0m). KÝch th­íc mÆt d­íi Do søc chÞu t¶i cña nÒn ®Êt th­êng nhá h¬n c­êng ®é v©t liÖu lµm mãng rÊt nhiÒu (ngo¹i trõ mãng ®Æt trªn nÒn ®¸ gèc) nªn ph¶i më réng ®¸y mãng 1 gãc (α) ®Ó gi¶m ¸p lùc cña t¶i träng c«ng tr×nh xuèng nÒn ®Êt. §èi víi mãng cøng, gãc më (α) kh«ng ®­îc v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp tuú theo lo¹i vËt liÖu lµm mãng v× cã thÓ lµm g·y mãng, víi mãng mÒm mãng BTCT th× kh«ng qui ®Þnh gãc më nµy. Cã thÓ tham kh¶o c¸c gi¸ trÞ sau:  ' ' CDMT CDMD  54 - Mãng ®¸ héc b»ng v÷a tam hîp (XM+c¸t) - Mãng ®¸ héc b»ng v÷a xi m¨ng - Mãng bª t«ng ®én ®¸ héc - Mãng bª t«ng =230 =300 =330 =400 Víi c¸c bÖ mãng ®Æt nghiªng hoÆc cã bËc, gãc nghiªng hoÆc chiÒu cao vµ vÞ trÝ cña c¸c bËc ph¶i sao cho tho¶ m·n c¸c yªu cÇu thiÕt kÕ t¹i mäi mÆt c¾t. Cã thÓ lÊy chiÒu réng tæng céng cña bÖ mãng BTCT theo tiªu chuÈn JRA – 1999 (cña NhËt B¶n) nh­ sau: dLbB C 2 (24) Trong ®ã: B = bÒ réng cña mãng. b = chiÒu réng hiÖu qu¶ khi thiÕt kÕ theo ph­¬ng ph¸p øng suÊt cho phÐp. LC = chiÒu réng th©n trô phÝa trªn. d = chiÒu dµy bÖ mãng. ChiÒu dµy cña mãng ®­îc quy ®Þnh phô thuéc vµo ®é lín cña t¶i träng, vµ ph¶i ®¶m b¶o chÞu ®­îc m«men uèn còng nh­ ®ñ chiÒu s©u ch«n mãng vµo ®Êt ®Ó mãng æn ®Þnh. ChiÒu dÇy mãng th­êng cã gi¸ trÞ 1.0~1.5m (cho mãng c«ng tr×nh cã t¶i träng nhá), 1.5~2.0m (cho t¶i träng trung b×nh) vµ 2.0~3.0m (cho t¶i träng lín). (xem tÝnh to¸n vµ bè trÝ cèt thÐp cho bÖ mãng ë phô lôc 2) Bµi 3 ThiÕt kÕ mãng n«ng I . KiÓm to¸n theo tr¹ng th¸i giíi h¹n c­êng ®é 1. KiÓm to¸n søc kh¸ng cña nÒn ®Êt d­íi ®¸y mãng C«ng thøc kiÓm to¸n:   ''.' AqAqRRVV RnnRiii   (25) Trong ®ã:  Vii : Tæng t¶i träng th¼ng ®øng t¹i ®¸y mãng ®· nh©n hÖ sè. A’ = B’xL’ : diÖn tÝch cã hiÖu cña mãng (h×nh 1-4), 55 B’ = B – 2eB L’ = D – 2eD B, L : chiÒu réng vµ chiÒu dµi cña mãng. eB, eL : ®é lÖch t©m cña t¶i träng theo hai ph­¬ng cña mãng. qR: søc kh¸ng tÝnh to¸n ®· nh©n hÖ sè (tÝnh to¸n) ultbnbR qqq ..   (26) qult : søc kh¸ng danh ®Þnh. b : hÖ sè søc kh¸ng lÊy theo b¶ng 15, hay cã thÓ tham kh¶o theo AASHTO – DiÖn tÝch chÞu t¶i cã hiÖu khi t¶i träng lÖch t©m thÓ hiÖn nh­ h×nh 1-4. a) Tr­êng hîp lÖch t©m mét trôc a) Tr­êng hîp lÖch t©m hai trôc H×nh 16 - DiÖn tÝch chÞu t¶i cã hiÖu V e x B /2 B /2 B D 56 H×nh 17 - Ph©n bè øng suÊt d¹ng tam gi¸c d­íi ®¸y mãng B¶ng 15 (trÝch l¹i) - HÖ sè søc kh¸ng theo TTGH c­êng ®é cho mãng n«ng Ph­¬ng ph¸p / §Êt / §iÒu kiÖn HÖ sè søc kh¸ng  Kh¶ n¨ng chÞu t¶i vµ ¸p lùc bÞ ®éng Kh¶ n¨ng chÞu t¶i vµ ¸p lùc bÞ ®éng C¸t - Ph­¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm dïng sè liÖu SPT - Ph­¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm dïng sè liÖu CPT - Ph­¬ng ph¸p hîp lý dïng f ­íc tÝnh tõ sè liÖu SPT, dïng f ­íc tÝnh tõ sè liÖu CPT 0,45 0,55 0,35 0,45 SÐt - Ph­¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm dïng sè liÖu CPT - Ph­¬ng ph¸p hîp lý dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®­îc trong phßng thÝ nghiÖm dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®­îc trong thÝ nghiÖm c¾t c¸nh hiÖn tr­êng dïng søc kh¸ng c¾t ­íc tÝnh tõ sè liÖu CPT 0,50 0,60 0,60 0,50 §¸ - Ph­¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm, Carter vµ Kulhawy (1988) 0,60 ThÝ nghiÖm bµn t¶i träng 0,55 Tr­ît Bª t«ng ®óc s½n ®Æt trªn c¸t dïng f ­íc tÝnh tõ sè liÖu SPT dïng f ­íc tÝnh tõ sè liÖu CPT 0,90 0,90 57 Bª t«ng ®æ t¹i chç trªn c¸t dïng f ­íc tÝnh tõ sè liÖu SPT dïng f ­íc tÝnh tõ sè liÖu CPT 0,80 0,80 Tr­ît trªn ®Êt sÐt ®­îc khèng chÕ bëi c­êng ®é cña ®Êt sÐt khi lùc c¾t cña ®Êt sÐt nhá h¬n 0.5 lÇn øng suÊt ph¸p, vµ ®­îc khèng chÕ bëi øng suÊt ph¸p khi c­êng ®é kh¸ng c¾t cña ®Êt sÐt lín h¬n 0.5 lÇn øng suÊt ph¸p (xem H×nh 1, ®­îc ph¸t triÓn cho tr­êng hîp trong ®ã cã Ýt nhÊt 150mm líp vËt liÖu h¹t ®Çm chÆt d­íi ®¸y mãng) * §Êt sÐt(Khi søc kh¸ng c¾t nhá h¬n 0.5 lÇn ¸p lùc ph¸p tuyÕn) - dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®­îc trong phßng thÝ nghiÖm - dïng søc kh¸ng c¾t ®o ®­îc trong thÝ nghiÖm hiÖn tr­êng - dïng søc kh¸ng c¾t ­íc tÝnh tõ sè liÖu CPT * §Êt sÐt (Khi søc kh¸ng c¾t lín h¬n 0.5 lÇn ¸p lùc ph¸p tuyÕn) 0,85 0,85 0,80 0,85 T §Êt trªn ®Êt 1,0 ep ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng thµnh phÇn cña søc kh¸ng tr­ît. 0,50 æn ®Þnh chung §¸nh gi¸ æn ®Þnh tæng thÓ vµ søc kh¸ng ®èi víi d¹ng ph¸ ho¹i s©u cña c¸c mãng n«ng ®Æt trªn hoÆc gÇn s­ên dèc khi c¸c tÝnh chÊt cña ®Êt hoÆc ®¸ vµ mùc n­íc ngÇm dùa trªn c¸c thÝ nghiÖm trong phßng hoÆc hiÖn tr­êng. 0,90 B¶ng 23 – HÖ sè søc kh¸ng  cho søc kh¸ng ®Þa kü thuËt cña mãng n«ng theo TTGH c­êng ®é (AASHTO – 2007). 58 Ph­¬ng ph¸p / ®Êt / ®iÒu kiÖn HÖ sè søc kh¸ng Søc chÞu t¶i b Ph­¬ng ph¸p lý thuyÕt (Munfakh et al., 2001), trong ®Êt sÐt 0.5 Ph­¬ng ph¸p lý thuyÕt (Munfakh et al., 2001), trong ®Êt c¸t, sö dông CPT 0.5 Ph­¬ng ph¸p lý thuyÕt (Munfakh et al., 2001), trong ®Êt c¸t, sö dông SPT 0.45 Ph­¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm (Meyerhof, 1957), tÊt c¶ c¸c lo¹i ®Êt 0.45 Mãng ®Æt trªn ®¸ 0.45 ThÝ nghiÖm b¶n nÐn 0.55 Tr­ît  Bª t«ng ®óc s½n ®Æt trªn c¸t 0.9 Bª t«ng ®óc t¹i chç ®Æt trªn c¸t 0.8 Bª t«ng ®óc s½n hay ®æ t¹i chç ®Æt trªn sÐt 0.85 §Êt trªn ®Êt 0.9 ep Thµnh phÇn ¸p lùc ®Êt bÞ ®éng cña søc kh¸ng tr­ît 0.5 2. X¸c ®Þnh søc kh¸ng danh ®Þnh qult cña nÒn ®Êt ®­íi ®¸y mãng (22TCN 272-05) (Ngoµi ra, cã thÓ xem tham kh¶o AASHTO - 2007) Khi t¶i träng lÖch t©m ®èi víi träng t©m cña ®Õ mãng, ph¶i dïng diÖn tÝch h÷u hiÖu chiÕt gi¶m, B x L n»m trong giíi h¹n cña mãng trong thiÕt kÕ ®Þa kü thuËt cho lón hoÆc søc kh¸ng ®ì. ¸p lùc chÞu t¶i thiÕt kÕ trªn diÖn tÝch h÷u hiÖu ph¶i ®­îc gi¶ ®Þnh lµ ®Òu. DiÖn tÝch h÷u hiÖu chiÕt gi¶m ph¶i lµ ®ång t©m víi t¶i träng. 2.1 C¸c ph­¬ng ph¸p lý thuyÕt a). Tæng qu¸t Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch dïng c¸c lý thuyÕt c¬ häc ®Êt ®· ®­îc chÊp nhËn dùa trªn c¸c th«ng sè ®o ®­îc cña ®Êt. C¸c th«ng sè cña ®Êt ®­îc dïng trong 59 ph©n tÝch ph¶i ®¹i diÖn cho c­êng ®é kh¸ng c¾t cña ®Êt d­íi c¸c ®iÒu kiÖn t¶i träng vµ d­íi mÆt ®Êt ®ang xem xÐt.  Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Õ mãng trªn ®Êt kh«ng dÝnh ph¶i ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸ch dïng c¸c ph©n tÝch øng suÊt h÷u hiÖu vµ c¸c th«ng sè c­êng ®é kh¸ng c¾t cña ®Êt tho¸t n­íc.  Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Õ mãng trªn ®Êt dÝnh ph¶i ®­îc ®¸nh gi¸ víi c¸c ph©n tÝch øng suÊt tæng vµ c¸c th«ng sè c­êng ®é cña ®Êt kh«ng tho¸t n­íc. Trong c¸c tr­êng hîp khi ®Êt dÝnh cã thÓ bÞ mÒm ho¸ vµ mÊt c­êng ®é theo thêi gian, søc kh¸ng ®ì cña c¸c ®Êt nµy còng ph¶i ®­îc ®¸nh gi¸ ®èi víi c¸c ®iÒu kiÖn chÊt t¶i th­êng xuyªn, dïng c¸c ph©n tÝch øng suÊt h÷u hiÖu vµ c¸c th«ng sè c­êng ®é cña ®Êt cã tho¸t n­íc.  §èi víi ®Õ mãng trªn ®Êt ®Çm chÆt, søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh ph¶i ®­îc ­íc tÝnh b»ng c¸c ph©n tÝch tæng øng suÊt hoÆc øng suÊt h÷u hiÖu, c¸i nµo nguy hiÓm h¬n. NÕu cã kh¶ n¨ng bÞ h­ háng do c¾t côc bé hay c¾t thñng, cã thÓ ­íc tÝnh kh¶ n¨ng chÞu t¶i danh ®Þnh b»ng c¸ch sö dông c¸c th«ng sè vÒ c­êng ®é chÞu c¾t ®­îc chiÕt gi¶m c* vµ * trong ph­¬ng tr×nh 29 vµ 30. C¸c th«ng sè chÞu c¾t chiÕt gi¶m cã thÓ lÊy nh­ sau: c* = 0.67c (29) * = tan-1 (0.67 tan ) (30) trong ®ã: c* = lùc dÝnh ®¬n vÞ cña ®Êt víi øng suÊt h÷u hiÖu ®­îc chiÕt gi¶m khi chÞu c¾t thñng (MPa) * = gãc ma s¸t trong cña ®Êt víi øng suÊt h÷u hiÖu ®­îc chiÕt gi¶m khi chÞu c¾t thñng (§é) Khi ®Þa tÇng chøa líp ®Êt thø hai cã c¸c ®Æc tr­ng kh¸c cã ¶nh h­ëng ®Õn c­êng ®é chèng c¾t trong ph¹m vi mét kho¶ng c¸ch d­íi mãng Ýt h¬n HCRIT ph¶i x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu t¶i nÒn ®Êt theo quy ®Þnh ë ®©y cho nÒn ®Êt cã 2 líp ®Êt. Cã thÓ lÊy kho¶ng c¸ch HCRIT nh­ sau:         L B12 q qlnB3 H 2 1 CRIT (31) trong ®ã: q1 = kh¶ n¨ng chÞu t¶i tíi h¹n cña mãng ®­îc chèng ®ì bëi líp trªn cña hÖ 2 líp víi gi¶ thiÕt líp trªn cã chiÒu dµy v« h¹n. (MPa) 60 q2 = kh¶ n¨ng chÞu t¶i tíi h¹n cña mãng ¶o cã cïng kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng nh­ mãng thùc nh­ng ®­îc tùa lªn bÒ mÆt cña líp thø hai (líp d­íi) trong hÖ hai líp (MPa) B = bÒ réng mãng (mm) L = chiÒu dµi mãng (mm) CÇn hÕt søc tr¸nh dïng c¸c mãng cã ®¸y mãng nghiªng. NÕu kh«ng tr¸nh khái ph¶i dïng ®¸y mãng nghiªng th× kh¶ n¨ng chÞu t¶i danh ®Þnh ®­îc x¸c ®Þnh theo c¸c quy ®Þnh ë ®©y ph¶i ®­îc chiÕt gi¶m tiÕp b»ng ph­¬ng ph¸p hiÖu chØnh ®­îc chÊp nhËn trong ®iÒu kiÖn ®¸y mãng nghiªng cña tµi liªô tham kh¶o s½n cã . b). Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh trong ®Êt sÐt b·o hoµ Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Êt sÐt b·o hoµ (MPa) ®­îc x¸c ®Þnh tõ c­êng ®é kh¸ng c¾t kh«ng tho¸t n­íc cã thÓ lÊy nh­: qult = c Ncm+ g DfNqm10-9 (32) ë ®©y: c = Su = c­êng ®é kh¸ng c¾t kh«ng tho¸t n­íc (MPa) Ncm, Nqm = c¸c hÖ sè ®iÒu chØnh kh¶ n¨ng chÞu lùc theo h×nh d¹ng ®Õ mãng, chiÒu s©u ch«n mãng, ®é nÐn cña ®Êt vµ ®é nghiªng cña t¶i träng (DIM)  = dung träng cña ®Êt sÐt (kg/m3) Df = chiÒu s©u ch«n tÝnh ®Õn ®¸y mãng (mm) * Cã thÓ tÝnh c¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i Ncmvµ Nqm nh­ sau: §èi víi Df/B  2,5; B/L  1 vµ H/V  0,4                  V H L B B D NN fccm 3.11.2,01.2,01 (33) §èi víi Df/B 2,5 vµ H/V  0,4            V H L BNN ccm 3.11.2,01. (34) Nc = 5,0 dïng cho ph­¬ng tr×nh 33 trªn nÒn ®Êt t­¬ng ®èi b»ng = 7,5 dïng cho ph­¬ng tr×nh 34 trªn nÒn ®Êt t­¬ng ®èi b»ng = Ncq theo h×nh 18 ®èi víi mãng trªn hoÆc liÒn kÒ m¸i dèc. 61 Nqm = 1,0 cho ®Êt sÐt b·o hoµ vµ nÒn ®Êt t­¬ng ®èi b»ng = 0,0 cho mãng trªn hoÆc liÒn kÒ m¸i ®Êt dèc H = thµnh phÇn n»m ngang cña c¸c t¶i träng xiªn (N) V = thµnh phÇn th¼ng ®øng cña c¸c t¶i träng xiªn (N) Trong h×nh 18 ph¶i lÊy sè æn ®Þnh Ns nh­ sau: §èi víi B < Hs Ns = 0 (35)  §èi víi B  Hs Ns = [g Hs/c] x 10-9 (36) trong ®ã: B = chiÒu réng mãng (mm) L = chiÒu dµi mãng (mm) Hs = chiÒu cao cña khèi ®Êt dèc (mm); chiÒu s©u ch«n cäc hoÆc cäc khoan ngµm trong ®¸. Khi mãng ®Æt lªn nÒn ®Êt dÝnh 2 líp theo chÕ ®é chÞu t¶i kh«ng tho¸t n­íc, cã thÓ x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu t¶i danh ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh 32 víi c¸c gi¶i thÝch nh­ sau (h×nh 19a): c1 = c­êng ®é c¾t kh«ng tho¸t n­íc cña líp ®Êt trªn ®Ønh ®­îc cho trong h×nh 2 (MPa) Ncm = Nm, lµ hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i theo quy ®Þnh d­íi ®©y (DIM) Nqm = 1,0 (DIM) Khi ®Þa tÇng n»m trªn mét líp ®Êt dÝnh r¾n h¬n, cã thÓ lÊy Nm theo quy ®Þnh cña h×nh 20. (H×nh 19b) Khi ®Þa tÇng n»m trªn mét líp dÝnh mÒm yÕu h¬n, cã thÓ lÊy Nm nh­ sau: Nm = cccc m NsNks1      (37) trong ®ã:  2sm H)LB2 BL  (38) k = c1/c2 c1 = c­êng ®é chÞu c¾t cña líp ®Êt trªn (MPa) c2 = c­êng ®é chÞu c¾t cña líp ®Êt d­íi (MPa) 62 HS2 = kho¶ng c¸ch tõ ®¸y mãng ®Õn ®Ønh cña líp thø hai (mm) sc = 1.0. §èi víi c¸c mãng liªn tôc. =     c qm N N L B1 dïng cho mãng ch÷ nhËt víi L < 5B (39) ë ®©y: Nc = hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh ë ®©y(DIM) Nqm = hÖ sè søc kh¸ng ®ì ®­îc x¸c ®Þnh ë ®©y Khi mãng ®Æt lªn hÖ ®Êt dÝnh hai líp chÞu t¶i träng kh«ng tho¸t n­íc, cã thÓ lÊy kh¶ n¨ng chÞu t¶i danh ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh sau: ' 1 ' 1 B HtanKL B12' 1 ' 12ult cotcK 1ecotcK 1qq ' 1                 (40) trong ®ã: ' 1 2 ' f 2 sin1 sin1K   (41) trong ®ã: c1 = c­êng ®é chÞu c¾t kh«ng tho¸t n­íc cña líp ®Êt trªn cïng lÊy theo h×nh 20 (MPa) q2 = kh¶ n¨ng chÞu t¶i cùc h¹n cña mãng ¸o cã cïng kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng cña mãng ùc nh­ng tùa lªn bÒ mÆt cña líp thø hai (n»m d­íi) cña nÒn cã hai líp (MPa) '1 = gãc néi ma s¸t tai øng suÊt h÷u hiÖu cña líp ®Êt trªn cïng (®é) H = t¶i träng ngang kh«ng cã hÖ sè (N) HS = chiÒu cao cña khèi ®Êt dèc (mm) V = t¶i träng th¼ng ®øng ch­a nh©n hÖ sè (N) 63 C h i Ò u c a o / c h i Ò u r é n g m ã n g C h i Ò u c a o / c h i Ò u r é n g m ã n g H Ö s è æ n ® Þ n h c ñ a m ¸ i d è c N s H Ö s è k h ¶ n ¨ n g c h Þ u t ¶ i ® é d è c ® é d è c C h i Ò u c a o / c h i Ò u r é n g m ã n g H Ö s è æ n ® Þ n h c ñ a m ¸ i d è c N s H Ö s è k h ¶ n ¨ n g c h Þ u t ¶ i C ù l y m ã n g t Ý n h t õ m Ð p d è c b / B ( ® è i v í i H s = 0 )h o Æ c b / H ( ® è i v í i N s = 0 ) H×nh 18- C¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i ®­îc c¶i tiÕn dïng cho c¸c mãng trong ®Êt dÝnh vµ trªn nÒn ®Êt dèc hoÆc kÒ gi¸p nÒn ®Êt dèc theo MEYERHOF (1957). Líp yÕu Líp cøng Líp cøng Líp yÕu H×nh 19 - §Þa tÇng hai líp. (d¶i) (vu«ng hoÆc trßn) H Ö sè k h¶ n ¨n g ch Þu t¶ i ® · ®i Òu c hØ nh , Tû lÖ c­êng ®é kh«ng tho¸t n­íc H×nh 20 – HÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i ®­îc ®iÒu chØnh cho nÒn ®Êt dÝnh hai líp víi líp ®Êt yÕu h¬n n»m ë trªn líp cøng h¬n. EPRI (1983). 64 c). Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Êt rêi Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña ®Êt rêi, nh­ ®Êt c¸t hoÆc sái cuéi (MPa) cã thÓ lÊy nh­: qult= 0.5 g BCw1 mN  x 10-9+ g Cw2 DfNqmx 10-9 (42) ë ®©y: Df = chiÒu s©u ®Õ mãng (mm)  = dung träng cña ®Êt c¸t hoÆc sái cuéi (kg/m3) B = chiÒu réng ®Õ mãng (mm) CW1, CW2 = c¸c hÖ sè lÊy theo B¶ng 24 nh­ lµ hµm cña DW (DIM) DW = chiÒu s©u ®Õn mùc n­íc tÝnh tõ mÆt ®Êt (mm) Nm = hÖ sè søc kh¸ng ®ì ®­îc ®iÒu chØnh (DIM) B¶ng 24 - C¸c hÖ sè Cw1, Cw2 cho c¸c chiÒu s©u n­íc ngÇm kh¸c nhau Dw Cw1 Cw2 0,0 0,5 0,5 Df 0,5 1,0 > 1,5B + Df 1,0 1,0 §èi víi c¸c vÞ trÝ trung gian cña mùc n­íc ngÇm, c¸c gi¸ trÞ CW1 , CW2 cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch néi suy gi÷a c¸c gi¸ trÞ ®­îc x¸c ®Þnh trong B¶ng 24. * Cã thÓ lÊy c¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i Nm, vµ Nqm nh­ sau: mN =  icsN (43) Nqm = Nqsqcqiqdq (44) trong ®ã: Nqm = theo quy ®Þnh trong H×nh 21 ®èi víi mãng trªn nÒn dèc hay kÒ gi¸p nÒn dèc (DIM) N = hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i theo quy ®Þnh trong B¶ng 25 ®èi víi mãng trªn nÒn ®Êt t­¬ng ®èi b»ng (DIM) Nq = hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i theo quy ®Þnh cña B¶ng 25 ®èi víi nÒn ®Êt t­¬ng ®èi b»ng (DIM) = 0.0 ®èi víi mãng trªn nÒn ®Êt dèc hay kÒ gi¸p nÒn ®Êt dèc (DIM) 65 sq , s = c¸c hÖ sè h×nh d¹ng ®­îc quy ®Þnh trong c¸c B¶ng 26 vµ 27 t­¬ng øng (DIM) cq , c = c¸c hÖ sè Ðp lón cña ®Êt ®­îc quy ®Þnh trong B¶ng 28 vµ 29 (DIM) iq , i = c¸c hÖ sè xÐt ®é nghiªng cña t¶i träng ®­îc quy ®Þnh trong B¶ng 30 & 31 (DIM) dq = hÖ sè ®é s©u ®­îc quy ®Þnh trong B¶ng 32 (DIM) Ph¶i ¸p dông c¸c ®iÒu gi¶i thÝch sau: Trong c¸c B¶ng 5 & 6, ph¶i lÊy q b»ng øng suÊt th¼ng ®øng ban ®Çu h÷u hiÖu t¹i ®é s©u ch«n mãng, nghÜa lµ øng suÊt th¼ng ®øng ë ®¸y mãng tr­íc khi ®µo, ®­îc hiÖu chØnh ®èi víi ¸p lùc n­íc. Trong c¸c B¶ng 7 vµ 8, ph¶i lÊy H vµ V lµ t¶i träng n»m ngang vµ th¼ng ®øng ch­a nh©n hÖ sè. Trong B¶ng 9, ph¶i lÊy gi¸ trÞ cña dq trong tr­êng hîp ®Êt n»m trªn ®¸y mãng còng tèt nh­ ®Êt d­íi ®¸y mãng. NÕu ®Êt yÕu h¬n, dïng dq = 1,0. B¶ng 25 - C¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i N vµ Nq ®èi víi mãng trªn nÒn ®Êt kh«ng dÝnh (BARKER vµ ng­êi kh¸c 1991) Gãc ma s¸t ( f) ( ®é ) N Nq 28 17 15 30 22 18 32 30 23 34 41 29 36 58 38 38 78 49 66 40 110 64 42 155 85 44 225 115 46 330 160 B¶ng 26 - C¸c hÖ sè h×nh d¹ng Sq cho mãng trªn ®Êt kh«ng dÝnh (Barker vµ ng­êi kh¸c 1991 ) Gãc ma s¸t (f) (§é) sq (DIM) L/B = 1 L/B = 2 L/B = 5 L/B = 10 28 1,53 1,27 1,11 1,05 30 1,58 1,29 1,11 1,06 32 1,62 1,31 1,12 1,06 34 1,67 1,34 1,13 1,07 36 173 1,36 1,14 1,07 38 1,78 1,39 1,16 1,08 40 1,84 1,42 1,17 1,08 42 1,90 1,45 1,18 1,09 44 1,96 1,48 1,19 1,10 46 2,03 1,52 1,21 1,10 B¶ng 27 - HÖ sè h×nh d¹ng s cho mãng trªn ®Êt kh«ng dÝnh (Barker vµ ng­êi kh¸c1991) B/L s (dim) 1 0,60 2 0,80 5 0,92 67 10 0,96 B¶ng 28 - C¸c hÖ sè Ðp lón cña ®Êt C vµ Cq cho mãng vu«ng trªn ®Êt kh«ng dÝnh (BARKER vµ ng­êi kh¸c 1991) §é chÆt t­¬ng ®èi Dr (%) Gãc ma s¸t (f) (§é) c = cq q = 0,024 MPa q = 0,048 MPa q = 0,096 MPa q = 0,192 MPa 20 28 1,00 1,00 0,92 0,89 30 32 1,00 1,00 0,85 0,77 40 35 1,00 0,97 0,82 0,75 50 37 1,00 0,96 0,81 0,73 60 40 1,00 0,86 0,72 0,65 70 42 0,96 0,80 0,66 0,60 80 45 0,79 0,66 0,54 0,48 100 50 0,52 0,42 0,35 0,31 B¶ng 29 - C¸c hÖ sè Ðp lón cña ®Êt c vµ cq cho c¸c mãng b¨ng trªn ®Êt kh«ng dÝnh (Barker vµ ng­êi kh¸c 1991) §é chÆt t­¬ng ®èi Dr (%) Gãc ma s¸t (f) (§é) c = cq ( dim) q = 0,024 MPa q = 0,048 MPa q = 0,096 MPa q = 0,192 MPa 20 28 0,85 0,75 0,65 0,60 30 32 0,80 0,68 0,58 0,53 40 35 0,76 0,64 0,54 0,49 50 37 0,73 0,61 0,52 0,47 60 40 0,62 0,52 0,43 0,39 70 42 0,56 0,47 0,39 0,35 80 45 0,44 0,36 0,30 0,27 100 50 0,25 0,21 0,17 0,15 68 B¶ng 30 - C¸c hÖ sè xÐt ®é nghiªng cña t¶i träng i vµ iq cho c¸c t¶i träng nghiªng theo chiÒu bÒ réng mãng (Barker vµ ng­êi kh¸c 1991) H/V i (dim) iq (dim) B¨ng L/B = 2 Vu«ng B¨ng L/B = 2 Vu«ng 0,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,10 0,73 0,76 0,77 0,81 0,84 0,85 0,15 0,61 0,65 0,67 0,72 0,76 0,78 0,20 0,51 0,55 0,57 0,64 0,69 0,72 0,25 0,42 0,46 0,49 0,56 0,62 0,65 0,30 0,34 0,39 0,41 0,49 0,55 0,59 0,35 0,27 0,32 0,34 0,42 0,49 0,52 0,40 0,22 0,26 0,26 0,36 0,43 0,46 0,45 0,17 0,20 0,22 0,30 0,37 0,41 0,50 0,13 0,16 0,18 0,25 0,31 0,35 0,55 0,09 0,12 0,14 0,20 0,26 0,30 0,60 0,06 0,09 0,10 0,16 0,22 0,25 0,65 0,04 0,06 0,07 0,12 0,17 0,21 0,70 0,03 0,04 0,05 0,09 0,13 0,16 69 B¶ng 31 - C¸c hÖ sè xÐt ®é nghiªng cña t¶i träng i vµ iq cho c¸c t¶i träng nghiªng theo chiÒu bÒ réng cña mãng (BARKER vµ ng­êi kh¸c 1991) H/V i (dim) iq (dim) B¨ng L/B = 2 Vu«ng B¨ng L/B = 2 Vu«ng 0,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,10 0,81 0,78 0,77 0,90 0,87 0,85 0,15 0,72 0,68 0,67 0,85 0,81 0,78 0,20 0,64 0,59 0,57 0,80 0,74 0,72 0,25 0,56 0,51 0,49 0,75 0,68 0,65 0,30 0,49 0,44 0,41 0,70 0,62 0,59 0,35 0,42 0,37 0,34 0,65 0,56 0,52 0,40 0,36 0,30 0,28 0,60 0,51 0,46 0,45 0,30 0,25 0,22 0,55 0,45 0,41 0,50 0,25 0,20 0,18 0,50 0,40 0,35 0,55 0,20 0,16 0,14 0,45 0,34 0,30 0,60 0,16 0,12 0,10 0,40 0,29 0,25 0,65 0,12 0,09 0,07 0,35 0,25 0,21 0,70 0,09 0,06 0,05 0,03 0,02 0,16 B¶ng 32 - HÖ sè ®é s©u dq cho lo¹i ®Êt kh«ng dÝnh (Barker vµ ng­êi kh¸c 1991) Gãc ma s¸t f Df/B (dim) dq (dim) 32 1 2 4 8 1,20 1,30 1,35 1,40 37 1 2 4 8 1,20 1,25 1,30 1,35 70 42 1 2 4 8 1,15 1,20 1,25 1,30 H×nh 21 - C¸c hÖ sè kh¶ n¨ng chÞu t¶i ®­îc ®iÒu chØnh cho lo¹i mãng trong ®Êt kh«ng dÝnh vµ trªn nÒn ®Êt dèc hay liÒn kÒ nÒn ®Êt dèc theo Meyerhof (1957) 2.2. C¸c ph­¬ng ph¸p b¸n thùc nghiÖm ChiÒu dµi/ chiÒu réng mãng Df/B = 0 Df/B = 1 Néi suy tuyÕn tÝnh cho c¸c chiÒu s©u trung gian Gãc ma s¸t néi cã hiÖu §é nghiªng cña dèc H Ö sè k h ¶ n ¨n g ch Þu t ¶i N rq H Ö sè k h ¶ n ¨n g ch Þu t ¶i N rq Cù ly mãng tÝnh tõ mãng dèc b/B ChiÒu dµi/ chiÒu réng mãng Df/B = 0 Df/B = 1 Néi suy tuyÕn tÝnh cho c¸c chiÒu s©u trung gian Gãc ma s¸t néi cã hiÖu a). Tæng qu¸t Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh cña c¸c ®Êt mãng cã thÓ ®­îc ­íc tÝnh tõ c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm hiÖn tr­êng hoÆc b»ng søc kh¸ng quan s¸t ®­îc cña c¸c ®Êt t­¬ng tù. C¸c thÝ nghiÖm sau ®©y cã thÓ ®­îc dïng:  ThÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn (SPT)  ThÝ nghiÖm xuyªn h×nh nãn CPT, vµ  ThÝ nghiÖm ®o ¸p lùc B). Dïng SPT Søc kh¸ng ®ì danh ®Þnh trong c¸t (MPa) dùa trªn c¸c kÕt qu¶ SPT cã thÓ lÊy nh­: 71 qult = 3,2 x 10-5 N corrB if2w1w RB DCC     (45) ë ®©y: N corr = gi¸ trÞ sè bóa trung b×nh SPT ®· hiÖu chØnh trong giíi h¹n chiÒu s©u tõ ®¸y mãng ®Õn 1.5B d­íi ®¸y mãng (Bóa/300mm) B = chiÒu réng ®Õ mãng (mm) CW1,CW2 = hÖ sè hiÖu chØnh kh«ng thø nguyªn xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña n­íc ngÇm, nh­ ®­îc x¸c ®Þnh trong B¶ng 24. Df = chiÒu s©u ch«n mãng lÊy ®Õn ®Õ mãng (mm) R i = hÖ sè chiÕt gi¶m kh«ng thø nguyªn tÝnh ®Õn ¶nh h­ëng cña ®é nghiªng cña t¶i träng ®­îc cho trong c¸c B¶ng 33 vµ 34 (DIM) H = t¶i träng ngang ch­a nh©n hÖ sè ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè H/V trong B¶ng 33 vµ 34 (N) hoÆc (N/mm) V = t¶i träng ®øng ch­a nh©n hÖ sè ®Ó x¸c ®Þnh tû lÖ H/V trong B¶ng 33 vµ 34 (N) hoÆc (N/mm) c). Dïng CPT Søc kh¸ng uèn danh ®Þnh (MPa) ®èi víi c¸c mãng ®Æt trªn c¸t hoÆc sái, c¨n cø vµo kÕt qu¶ CPT cã thÓ tÝnh nh­ sau: qult = 8,2 x 10-5qcB if2w1w RB DCC     (46) trong ®ã: qc = søc kh¸ng chïy h×nh nãn trung b×nh trªn toµn bé chiÒu s©u B d­íi ®Õ mãng (MPa) B = chiÒu réng ®Õ mãng Df = chiÒu s©u ch«n mãng tÝnh tíi ®¸y cña mãng (mm) Ri = hÖ sè ®iÒu chØnh ®é nghiªng t¶i träng theo quy ®Þnh ë B¶ng 33. CW1,CW2 = hÖ sè hiÖu chØnh ¶nh h­ëng cña n­íc ngÇm, nh­ quy ®Þnh trong B¶ng 24 (DIM) d). Dïng kÕt qu¶ ®o ¸p lùc Søc kh¸ng ®ì da...ương pháp chất trực tiếp: thường được áp dụng rộng rãi. ưu điểm của phương pháp là tương đối thuận lợi do các khối chất có thể là khối bê tông, bao tải cát Cả hai phương pháp trên đều có chung nhược điểm là chỉ cho biết tổng sức chịu tải mà không thể phân biệt phần nào do ma sát thành bên, phần nào do sức chống mũi. Hơn nữa, việc tiến hành thí nghiệm chỉ thuận lợi nếu vị trí cọc ở nơi cạn, còn nếu vị trí có nước mặt thì khó thực hiện. Khối lượng thiết bị và thời gian chuẩn bị thí nghiệm nhiều và cồng kềnh. * Phương pháp chất bằng hộp tải trọng Osterberg: ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có thể phân tích được thành phần sức chịu tải do ma sát và do sức chống mũi. Có thể thí nghiệm cho bất kỳ cọc ở vị trí nào, trên cạn hay dưới nước. Thiết bị gọn nhẹ và linh hoạt. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là phải bố trí sẵn các kích ở trong cọc nên trong khi thi công không thận trọng có khả năng làm hỏng kích và 137 thiết bị sau khi thí nghiệm không lấy lại được nên tốn kém và lãng phí. Các công trình móng nhà cao tầng bằng cọc Barret hiện nay rất hay sử dụng phương pháp này để thử tải. 5. Ưu nhược điểm chung - Phản ánh được tương đối chính xác sự làm việc của cọc trong nền và cho kết quả đáng tin cậy. - Thời gian chuẩn bị và thời gian tiến hành thí nghiệm kéo dài, thiết bị thí nghiệm cồng kềnh, tốn kém. Đồng thời SCT xác định được là tổng SCT của cọc mà không thể phân biệt được phần nào do ma sát thành bên, phần nào do sức chống mũi cọc (trừ phương pháp chất tải bằng hộp tải trọng Osterberg). - Do chi phí lớn, đặc biệt khi vị trí cọc ở dưới sông khó có thể tiến hành thí nghiệm, nên chỉ thí nghiệm được một số ít cọc, do đó cọc thí nghiệm phần nào cũng chưa phản ánh được một cách tổng quan cho các cọc trong móng và cho địa chất cả khu vực xây dựng công trình. (Sau này nhờ kết hợp nén tĩnh và PDA số lượng cọc được thí nghiệm sẽ tăng lên). BÀI 4: THIẾT KẾ MÓNG CỌC I. LỰA CHỌN SỐ CỌC VÀ CÁCH BỐ TRÍ CỌC 1. Tính sơ bộ số lượng cọc và chọn số cọc thiết kế a. Lựa chọn thông số cọc 138 - Mặt cắt ngang cọc 250x250, 300x300, 350x350, 400x400, 450x450mm. - Chọn cao độ mũi cọc (CĐMC): Các cao trình mũi cọc dự kiến phải phản ánh được cao độ tại đó có thể đạt được khả năng chịu tải cực hạn cần thiết của cọc. Các cao trình mũi cọc dự kiến tối thiểu phải phản ánh được độ xuyên vào đất cần thiết để chống đỡ các tải trọng ngang lên cọc, bao gồm xói lở nếu có và/hoặc độ xuyên qua các địa tầng không thích hợp nằm trên. Cao độ đặt mũi cọc phụ thuộc vào sự phân bố các lớp đất đá tại vị trí móng. Độ xuyên của cọc phải được xác định dựa trên khả năng chịu tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang và chuyển vị của cả cọc và đất bên dưới. Nói chung, trừ khi đạt độ chối, độ xuyên thiết kế với bất kỳ cọc nào cũng không được nhỏ hơn 3m trong đất dính, rắn chắc hoặc vật liệu hạt chặt và không được nhỏ hơn 6m trong đất dính mềm yếu hoặc vật liệu dạng hạt rời. Trừ khi đạt được độ chối, cọc cho trụ mố kiểu khung phải xuyên không nhỏ hơn 1/3 chiều dài tự do của cọc. Đóng cọc nhằm xuyên qua một lớp đất bên trên mềm hoặc rời nằm trên lớp đất chắc và cứng, phải xuyên qua lớp đất rắn một khoảng cách thích hợp để hạn chế chuyển vị của các cọc cũng như đạt được khả năng chịu tải thích hợp. Nếu cho cọc ngập lớn hơn nữa còn phải tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: tổng chiều dài cọc, chiều dày còn lại của lớp đất chịu lực dưới mũi cọc, tính chất của các lớp đất phía trên là tốt hay xấu (có phát huy ma sát thành bên hay không). Khi đóng cọc xuyên qua nền đất đắp, phải đảm bảo ngập xuyên ít nhất là 3m qua lớp đất nguyên thuỷ trừ phi đến độ chối do gặp đá gốc hay gặp địa tầng chịu lực đủ rắn ở một độ sâu ít hơn. Vật liệu đắp nền phải được chọn lọc sao cho không cản trở việc hạ cọc đến chiều sâu yêu cầu. Kích cỡ hạt tối đa của bất cứ loại đất đắp nào đều không được vượt quá 150mm. Các vị trí khoan thăm dò trước hay cọc khoan đập cần được quy định khi cần thiết, đặc biệt đối với các loại cọc chuyển vị . - Lựa chọn sơ bộ chiều dày bệ: h = 1.5~ 3m (xem bài cấu tạo Đ2). - Từ CĐMC (cao độ mũi cọc) và CĐĐaB (cao độ đáy bệ) ta tìm được chiều dài cọc Lc. - Chiều dài cọc có yêu cầu về độ mảnh: Lc/d = 30 ~ 70 (có thể = 80~100 còn tuỳ thuộc vào các lớp đất phía dưới là tốt hay yếu). Cần chú ý đến vấn đề xói có thể làm tăng chiều dài tự do của cọc, phần cọc chịu mô men uốn và lực ngang tăng lên, sức chịu tải của cọc có thể sẽ giảm đi do mất lớp đất ma sát xung quanh và do đó cọc sẽ chịu lực nguy hiểm hơn. b. Dự tính SCT (sức kháng đỡ) của cọc theo công thức qui trình 22TCN 272-05 ),min( dnvltkR RRRR  (126) c. Xác định sơ bộ số lượng cọc: tk c R V nn  (n phải là số nguyên) (127) Trong đó: V Lực thẳng đứng tính toán tại tâm đáy bệ đã nhân hệ số. Rtk Sức kháng đỡ dọc trục của cọc. Số lượng cọc thực tế quyết định giá trị n là bao nhiêu còn tuỳ thuộc vào cách bố trí cọc trong bệ. Số lượng và cách bố trí cọc cuối cùng phải đảm bảo khi tính toán móng cọc phải thoả mãn các điều kiện yêu cầu. 139 2. Bố trí cọc trong móng a) Bố trí trên mặt bằng Hình 65 - Bố trí cọc trên mặt bằng - Bố trí đối xứng: tức là các cọc được bố trí theo hàng và cột trên mặt bằng theo hình chữ nhật, hình vuông hay hình hoa mai. Sơ đồ này chủ yếu áp dụng cho trường hợp móng chịu tải trọng đúng tâm hay lệch tâm nhỏ. - Bố trí không đối xứng: đối với ngành cầu đường thường được hiểu là các cọc vẫn được bố trí theo hàng và cột, nhưng khoảng cách giữa các hàng và cột trong móng là không đều nhau để đảm bảo nội lực trong các hàng cọc không chênh lệch nhau nhiều. Theo 22TCN 272-05 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau: - Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau ít nhất là 2.5d hay 750 mm lấy giá trị nào lớn hơn. - Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ:  225mm. Sau khi bố trí cọc trên mặt bằng xác định được kích thước bệ cọc. b) Bố trí cọc trên mặt đứng Bố trí cọc thẳng (hình 66a): khi không có lực ngang hoặc giá trị lực ngang nhỏ. Bố trí theo sơ đồ này thì thuận tiện cho việc thi công dễ dàng, dễ đóng cọc xuống chiều sâu thiết kế. Bố trí cọc xiên (hình 66b): Phải dùng các cọc xiên khi sức kháng ngang của các cọc thẳng đứng không đủ để chống lại các lực ngang truyền lên móng, hoặc khi cần tăng thêm độ cứng của toàn bộ kết cấu. Thông thường chỉ bố trí một hay hai hàng cọc phía ngoài cùng là xiên, còn các cọc phía trong vẫn là cọc thẳng. Khi thiết kế cọc xiên phải chú ý tới hướng của lực ngang tác dụng. Nhưng cọc xiên có nhược điểm khó đóng cọc, không cẩn thận dễ bị sai số và lệch vị trí đồng thời có khả năng dễ xảy ra gẫy cọc trong quá trình đóng. Phải tránh dùng cọc xiên khi có thể có tải trọng kéo xuống (do ma sát âm) và trong Vùng động đất 3 và 4. P5 P6 P7PP2 P3 4 P12 P13 P14PP9 P10 11 P16 P17 P18 P19 P20 P21 P1 50 0 P8 P15 P26 P27 P28PP23 P24 25 500 P 50 0 500 6@1200=7200 8200 22 3@ 120 0= 36 00 46 00 46 00 3@ 120 0= 36 00 22 8800 2@1200=2400500 50 0 P 500 2524P23P P 28P27P26P 15P 8P 50 0 1P 21P20P19P18P17P16P 1110P9P P 14P13P12P 43P2P P 7P6P5P 2@1300=2600 2@1400=2800 a) Bè trÝ ®Òu trªn mÆt b»ng b) Bè trÝ kh«ng ®Òu trªn mÆt b»ng 140 a) Bố trí cọc thẳng đứng b) Bố trí cả cọc đứng và cọc xiên Hính 66 - Bố trí cọc trên mặt đứng II. KIỂM TOÁN MÓNG CỌC THEO TTGH CƯỜNG ĐỘ 1. Tính toán cọc làm việc đồng thời với nền (1). Tổng quan Dưới tác dụng của tải trọng đứng (kéo hoặc nén), nền đất sẽ tương tác với cọc qua những gối đàn hồi theo phương đứng (các gối zi). Quan hệ giữa phản lực (ký hiệu là t) và chuyển vị đứng của các gối đàn hồi (ký hiệu là z) là t = kzz, với kz là độ cứng của gối đàn hồi theo phương đứng. Quan hệ giữa t và z gọi là ‘’đường cong t-z’’. Dưới tác dụng của tải trọng ngang, nền đất sẽ tương tác với cọc qua những gối đàn hồi theo phương ngang (các gối yi). Quan hệ giữa phản lực (ký hiệu là p) và chuyển vị ngang của các gối đàn hồi là p=kyy, với ky là độ cứng của gối đàn hồi theo phương ngang. Quan hệ giữa p và y gọi là ‘’đường cong p-y’’. Như vậy phương pháp này sử dụng phần tử hữu hạn kết hợp với mô hình nền Winkler (mô hình nền gồm các gối đàn hồi làm việc độc lập) phi tuyến. Thông thường phải sử dụng máy tính để giải bài toán vì khối lượng tính rất lớn. Hiện nay có rất nhiều phàn mềm sử dụng phương pháp này như: COM624-P, LATPILE.UBC, FB-Pier (hay DEEPF), PILING... Kết quả cho biểu đồ chuyển vị ngang, lực cắt, mômen trong cọc, phản lực đất lên cọc. (2). Đường cong p-y Một trong số những phương pháp thường được sử dụng khi phân tích cọc chịu tải trọng ngang là phương pháp p-y, trong đó các phản lực của đất ứng với các chuyển vị ngang của cọc được coi như là các gối đàn 8200 1900200200 20 00 175 0 25 0 1900 500500 6@1200 6@1200500 500 1900 20 00 200 200 1900 8200 141 hồi phi tuyến cục bộ trên cơ sở các giả thiết của Winkler. Cọc được mô hình như một dầm đàn hồi đặt trên nền biến dạng. Phương pháp p-y là một phương pháp vô cùng linh hoạt, có thể được dùng để giải quyết các vấn đề bao gồm các loại đất khác nhau, đất nhiều lớp, sự làm việc phi tuyến của đất, cọc gồm nhiều vật liệu, mặt cắt ngang khác nhau; và các điều kiện liên kết đầu cọc khác nhau. Phương pháp p-y là một công cụ tiện ích để phân tích cọc chịu tải trọng ngang. Phương pháp này thường cho ta kết quả khá hợp lý. Thông thường, cần phải sử dụng một chương trình máy tính do độ phức tạp và các phép lặp cần dùng để giải các phương trình trên bằng phương pháp sai phân hữu hạn hoặc một số phương pháp khác. Cần lưu ý rằng các giả thiết của Winkler đã lờ đi hiệu ứng liên tục tổng thể. Thông thường, nếu nền đất làm việc như một thể liên tục, độ võng của một điểm sẽ ảnh hưởng đến độ võng của các điểm còn lại khi chịu tác dụng của tải trọng. Trong phương pháp p-y không có một biểu diễn rõ ràng nào do ta đã giả thiết các gối đàn hồi cục bộ. Tuy đường cong p-y được xây dựng dựa trên các thí nghiệm tải trọng và đã có xét đến ảnh hưởng tương tác tổng thể, thì vẫn có những trường hợp kết quả không như mong đợi. Ví dụ, sử dụng phương pháp p-y có thể dự tính trước được lực cắt quá lớn đối với cọc đường kính lớn trong đá, bỏ qua ảnh hưởng của sự liên tục và độ cứng chống cắt của đá xung quanh. Sự chính xác của phương pháp p-y phụ thuộc vào số lượng thí nghiệm, sự đa dạng của các thông số thí nghiệm, như là đặc trưng hình học và độ cứng của cọc, các lớp đất, cường độ và độ cứng của đất, và các điều kiện chất tải. Phải cân nhắc thật kỹ khi ngoại suy đường cong p-y khi không tiến hành được thí nghiệm trong điều kiện tương tự. (2.1). Mô hình phân tích và phương trình cơ bản: Mô hình phân tích cọc chịu tải trọng ngang bằng đường cong p-y được trình bày trong hình 67. Hình 67 – Phân tích mô hình cọc chịu tải trọng ngang theo đường cong p-y Phương trình cơ bản trong bài toán dầm trên nền biến dạng có thể được trình bày như sau: 02 2 4 4  qp dz ydP dz ydEI z (128) Trong đó: y = chuyển vị ngang của điểm x dọc theo cọc 142 EI = độ cứng chống uốn của cọc Pz = lực dọc trục trong cột dầm p = phản lực đất trên 1 đơn vị chiều dài, p = - Es*y, với Es là mô đun cát tuyến của phản lực đất. q = tải trọng phân bố theo phương ngang. Áp dụng các quan hệ sau khi xem xét điều kiện biên: 4 4 dz ydEIM  (129) dz dyP dz dMQ z (130) dz dy (131) Trong đó: M = mô men uốn, Q = lực cắt trong cột dầm. q = góc xoay của cọc. (2.2). Xây dựng đường cong p-y Đường cong p-y, hay sức kháng ngang của đất p được mô tả là hàm của chuyển vị ngang của đất y dựa trên công tác tính toán sau khi có các kết quả thí nghiệm của cọc chịu tải trọng ngang. Đối với mỗi loại đất khác nhau, các phương trình kinh nghiệm của đường cong p-y cũng khác nhau. Đường cong p-y cũng phụ thuộc vào đường kính cọc, cường độ và độ cứng của đất nền, áp lực chất thêm, và điều kiện gia tải. Phải xem xét ảnh hưởng của đất gồm nhiều lớp, cọc xiên, cọc trên mái dốc, và cọc được bố trí với khoảng cách gần nhau. Dưới đây trình bày các phương trình đối với đất sét mềm, cát và đá. Đất không phải là vật liệu đàn hồi tuyến tính, vì vậy độ cứng của gối đàn hồi ngang (ky=p/y) không phải là hằng số mà là giảm dần trong quan hệ phi tuyến (chuyển vị của cọc càng lớn thì gối đàn hồi càng mềm). Hình dạng và độ dốc của đường cong không những phụ thuộc vào tính chất của đất, mà còn phụ thuộc vào độ sâu đoạn cọc đang xét, kích thước cọc, mực nước ngầm và dạng tải trọng (tĩnh hay động). Tuy rằng các phương trình thể hiện đường cong p-y là khá phức tạp, nhưng khi sử dụng các phần mềm sẵn có thì việc tính toán trở lên rất đơn giản, người dùng chỉ cần nhập một vài thông số như : đường kính cọc (B), trọng lượng thể tích có hiệu của các lớp đất (’), 50 và Su (đất sét),  (đất cát). a). Đường cong p-y đối với sét mềm: Matlock đề xuất một phương pháp tính toán đường cong p-y đối với sét mềm được trình bày ở Hình 68. 143 Hình 68 – Hình dạng đặc trưng của đường cong p-y của sét mềm (theo Matlock, 1970) Sức kháng ngang được mô tả là:         u u p p y y p 3/1 50 5.0 p p yy yyy   50*8 (132) pu = sức kháng ngang tới hạn của đất, tương ứng với ứng suất cắt tới hạn của đất. y50 = chuyển vị ngang của đất tương ứng với 50% sức chịu tải ngang tới hạn (p=50%pu). y = chuyển vị ngang của đất. Sức kháng ngang tới hạn của đất, pu được tính toán như sau:        cB cB JB x c x pu 9 '3    r r xx J c BBxx      '/6  (133) Trong đó: g’ = trọng lượng thể tích có hiệu của đất x = chiều sâu tính từ mặt đất c = cường độ cắt không thoát nước của đất J = hệ số, thường lấy bằng 0.5. Chuyển vị ngang của đất tương ứng với 50% sức chịu tải ngang tới hạn, y50 tính như sau: y50=2.5e50B (134) 50 = Biến dạng đất tương ứng với ứng suất bằng 1/2 ứng suất lệch tối đa. Bảng 43 trình bày các giá trị đặc trưng của 50. Bảng 43 – Các giá trị đặc trưng của 50 144 b). Đường cong p-y cho đất cát: Reese đề xuất một phương pháp tính toán đường cong p-y đối với đất cát. Trên hình 69, đường cong p-y điển hình gồm có 4 đoạn (Bảng 44): Bảng 44 – Các đoạn trên đường cogn p-y theo Reese Đoạn Loại đường cong Các gía trị của y Các giá trị của p Đường cong p-y 1 Đường thẳng 0 ~ yk 0 ~ pk p=(kz)y 2 Parabol yk ~ ym pk ~ pm n m m y ypp     3 Đường thẳng ym ~ yu pm ~ p  m mu mu m yyyy pp pp   4 Đường thẳng ≥ yu pu p = pu Trong đó: ym, yu, pm, và pu được xác định trực tiếp từ các tham số của đất. Có thể xác định dạng đường cong của đoạn 2 và giao điểm với đoạn 1 có thể xác định được từ ym, yu, pm, và pu như sau đây. 145 Hình 69 – Hình dạng đặc trưng đường cong p-y của đất cát (theo Reese, 1974) Đoạn 1: bắt đầu bằng một đường thẳng với độ dốc là kz, trong đó z là chiều sâu tính từ mặt đất đến điểm cần tính toán để xây dựng đường cong p-y. k là hệ số được xác định dựa vào độ chặt tương đối và sẽ khác nhau khi nằm trên hoặc dưới mực nước ngầm. Các giá trị điển hình của k được nêu rõ trong Bảng 45. Bảng 45 – Góc ma sát trong và hệ số k Đoạn 2: là đường cong parabol, bắt đầu từ điểm cuối của đoạn 1 tại yk:   )1/(1 /     n n mm k kz ypy (135) Và pk=(kx)yk, bậc của parabol n:       mu mu m m yy pp p y n (136) Đoạn 3, 4 là đường thẳng. ym, yu, pm, và pu được trình bày như sau: 60 bym  (138) 80 3byu  (139) 146 ssm pBp  (140) ssu pAp  (141) Trong đó: b = đường kính của cọc As và Bs = hệ số xác định từ hình 70 và 71, phụ thuộc vào trạng thái tải trọng là tĩnh hay theo chu kỳ. ps = min (pst, psd): lấy giá trị nhỏ nhất trong hai giá pst và psd như sau:                   bKzK zbzK zpst 00 0 tantantantan tantan tan tan costan sintan/ .       (142)    408 tan.tan.1tan bzKbzKp asd  (143) Trong đó:  = góc nội ma sát của đất.  = /2. và  = 450+/2. K0 = hệ số áp lực đất tĩnh, thường giả định = 0.4. Ka =  2/45tan 02  : hệ số áp lực chủ động của đất Hình 70 – Sự biến đổi của As theo chiều sâu của đất cát (theo Reese, 1974) 147 Hình 71 – Sự biến đổi của Bs theo chiều sâu của đất cát (theo Reese, 1974) (3). Đường cong t-z Tương tự như đường cong p-y, độ cứng của gối đàn hồi đứng (kz = t/z) không phải là hằng số, và quan hệ giữa tải trọng đứng (t) và chuyển vị đứng (z) là phi tuyến, và có thể gồm nhiều đoạn. Các ký hiệu sau áp dụng cho đường cong t-z: tmax = sức kháng cực hạn của đất. Nếu gối đàn hồi đang xét nằm trên thân cọc thì tmax là sức kháng bên fi, còn nếu gối đàn hồi đó nằm ở mũi cọc thì tmax là sức kháng mũi qp. tres = sức kháng dư (sức kháng ở trạng thái biến dạng dẻo)  = tỷ số giữa tres và tmax (  1) zcr = chuyển vị đứng tương ứng với tmax. zres = chuyển vị đứng ở trạng thái biến dạng dẻo,  = tỷ số giữa zres và zcr ( > 1) a). Đường cong t-z với sức kháng bên Đường cong t-z của cọc chế tạo sẵn trong đất dính gồm 3 đoạn như trên hình 72a, trong đó đoạn cong đầu tiên được xây dựng qua những điểm thể hiện trong bảng 44. Còn giá trị  = tres/tmax thì biến thiên trong khoảng 0.7 đến 0.9 tương ứng với sét mềm và sét cứng. Đối với cọc nhồi thì dường cong t-z cũng tương tự như với cọc chế tạo sẵn, đường cong này được thể hiện trên hình 3.13, trong đó zcr  0.004B ~ 0.006B. Đường cong của cọc chế tạo sẵn trong đất rời thì gồm hai đoạn rất đơn giản như trên hình 72b, trong đó zcr thường không phụ thuộc vào đường kính cọc mà có giá trị khoảng 25mm. Còn đường cong t-z của cọc nhồi như thể hiện trên hình 73, trong đó zcr  0.004B ~ 0.008B, riêng đối với sỏi thì zcr khá lớn. 148 Hình 72 - Đường cong t-z cho ma sát bên của cọc chế tạo sẵn. Hình 73 - Đường cong t-z cho ma sát bên của cọc nhồi trong đất dính 149 Hình 74 - Đường cong t-z cho ma sát bên của cọc nhồi trong đất rời b). Đường cong t-z với sức kháng mũi Đối với cọc chế sẵn, đường cong t-z được thể hiện trên hình 74. Đoạn cong đầu tiên có phương trình như sau: 3/1 max     crz z tt (144) Đối với cọc nhồi, đường cong t-z thể hiện trên hình 75 và hình 76. Hình 75 - Đường cong t-z cho sức kháng mũi cọc chế sẵn. 150 Hình 76 - Đường cong t-z cho sức kháng mũi của cọc nhồi trong đất dính 151 Hình 77 - Đường cong t-z cho sức kháng mũi của cọc nhồi trong đất rời 2. Kiểm toán sức chịu nén và chịu nhổ dọc trục của cọc đơn 1.1. Tính nội lực đầu cọc Có thể sử dụng các lý thuyết và các chương trình tính khác nhau để tính nội lực đầu cọc (như trình bày ở mục 1). 2.2. Điều kiện kiểm toán RCi RPV max)( cho cọc chịu nén RUi RV min)( cho cọc chịu kéo (145) (146) Trong đó: V(i)max= nội lực đầu cọc chịu nén dọc trục lớn nhất (tính từ mục 1.1 bằng chương trình máy tính, sử dụng PILING hay FB-Pier) V(i)min = nội lực đầu cọc chịu nhổ lớn nhất. RRC = sức kháng chịu nén dọc trục của cọc, đã nhân hệ số sức kháng. RRU = sức kháng chịu kéo (nhổ) dọc trục của cọc, đã nhân hệ số sức kháng. P = Trọng lượng bản thân của cọc đơn (có xét đến lực đẩy nổi) 3. Kiểm toán sức kháng đỡ và chịu nhổ của nhóm cọc 152 3.1. Kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục của nhóm cọc: ggnRgC RRRV   (147) 3.2. Kiểm toán sức kháng nhổ dọc trục của nhóm cọc: ugugnRugU RRRV   (148) Trong đó: VC = tổng lực gây nén nhóm cọc đã nhân hệ số. VU = tổng lực gây nhổ nhóm cọc đã nhân hệ số. RRg = sức kháng đỡ dọc trục của nhóm cọc theo cánh tính ở bài sức chịu tải. RRug = sức kháng nhổ dọc trục của nhóm cọc theo cánh tính ở bài sức chịu tải. g, ug = các hệ số sức kháng đỡ và kháng nhổ của nhóm cọc. 4. Kiểm tra Khả năng chọc thủng của cọc vào lớp đất yếu phía dưới đáy móng Nếu nhóm cọc được đóng trong lớp trầm tích tốt nằm trên lớp trấm tích yếu phải xét đến khả năng phá hoại chọc thủng của mũi cọc vào trong tầng yếu hơn. Nếu tầng đất nằm dưới bao gồm đất nén lún yếu hơn phải xét đến khả năng lún lớn trong lớp đất yếu hơn. Thay vì sự chỉ dẫn tại chỗ việc điều tra nghiên cứu về khả năng chịu tải của loại đất yếu bên dưới có thể căn cứ vào tính toán tải trọng cộng tác dụng với giả thiết sự phân bố áp lực dưới các mũi cọc bằng cách chiếu diện tích vùng được bao bởi các mũi cọc 2 mặt dốc đứng còn 1 nằm ngang . Sức kháng ở bất kỳ chiều sâu nào dưới các mũi cọc phải được xác định trên cơ sở kích thước hình chiếu của móng quy ước. Khả năng chịu lực phải căn cứ vào tiêu chuẩn của móng mở rộng được quy định trong quy trình (hay trong phần tính lún khi thiết kế theo TTGH sử dụng). 5. Kiểm tra sức chịu tải ngang trục của cọc và nhóm cọc. 5.1 Kiểm tra sức chịu tải ngang của cọc đơn: uhR RRQ  (149) Trong đó: Q = tải trọng ngang tác dụng lên cọc đơn (đã nhân hệ số) RR = sức chịu tải ngang tính toán của cọc Ruh = RL : sức chịu tải ngang giới hạn (danh định) của cọc đơn (phần tải trọng ngang, bài sức chịu tải của cọc)  = hệ số sức kháng (tra bảng 16 hay 39) 5.2 Kiểm toán sức kháng ngang của nhóm cọc: gQ RR =  RLg = L RL (150) Trong đó: 153 Qg = tải trọng ngang tác dụng lên nhóm cọc (đã nhân hệ số) RR = sức kháng ngang của nhóm cọc RLg = sức kháng ngang danh định của nhóm cọc (phần tải trọng ngang, bài sức chịu tải của cọc) RL = sức kháng ngang danh định của cọc đơn. L = hệ số sức kháng (tra bảng 16 hay 39)  = hệ số nhóm. III. THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TTGH SỬ DỤNG Thiết kế móng cọc đóng theo TTGH sử dụng bao gồm đánh giá độ lún do tĩnh tải và tải trọng kéo xuống (ma sát âm), nếu có, ổn định tổng thể, sự ép ngang và biến dạng ngang. Ổn định tổng thể của móng cọc phải được đánh giá khi móng được đặt ở những nơi sau đây:  Móng được đặt qua nền đắp.  Móng cọc được đặt trên, gần, hay trong phạm vi mái dốc.  Khả năng mất sự chống đỡ của móng cọc do xói hay tồn tại xói.  Địa tầng có độ nghiêng đáng kể. 1. Chuyển vị ngang của móng cọc Phải đánh giá chuyển vị ngang do tải trọng ngang. Giới hạn về chuyển vị ngang của móng cọc không được vượt quá chuyển vị ngang cho phép là 38mm. Chuyển vị ngang của nhóm cọc phải được ước tính bằng cách dùng phương pháp có xét đến tương tác đất- kết cấu (ví dụ đường cong p-y). Chuyển vị ngang cho phép của cọc phải dựa vào so sánh chuyển vị của các bộ phận kết cấu, sự nối cọc tới cột, đối với điều kiện chất tải. Cần xét đến tác động của sức kháng ngang do bệ móng được chôn ngập vào đất khi đánh giá chuyển vị ngang. Sức kháng ngang của cọc đơn có thể xác định theo thí nghiệm tải trọng tĩnh. Nếu thí nghiệm nén tĩnh theo phương ngang được tiến hành, thì trình tự phải tuân thủ theo ASTM D 3966. Phải tính đến tương tác của nhóm cọc khi đánh giá chuyển vị ngang của nhóm cọc. Khi sử dụng phương pháp phân tích đường cong p- y, theo AASHTO-2007 giá trị của p phải được nhân với hệ số Pm khi tính đến tác động nhóm. Giá trị Pm được cho trong bảng 47. Bảng 47 - Hệ số Pm cho các hàng cọc Khoảng cách tim-tim của cọc (theo hướng lực tác dụng) Pm Hàng 1 (Row 1) Hàng 2 (Row 2) Hàng 3 (Row 3) và cao hơn 3d 0.7 0.5 0.35 5d 1.0 0.85 0.7 154 Hướng tải trọng và khoảng cách phải lấy như hình 78 sau đây. Nếu hướng tải trọng cho một hàng cọc đơn vuông góc với hàng cọc (xem chi tiết trong hình), phải sử dụng hệ số nhóm chiết giảm nhỏ hơn 1.0 khi khoảng cách cọc là  5d, ví dụ như khi khoảng cách là 3d thì hệ số chiết giảm là 0.7. 2. Lún của móng cọc 2.1. Tổng quát Hình 78 - Xác dịnh hướng tải trọng và khoảng cách đối với tác động nhóm Với mục đính tính toán độ lún của nhóm cọc, tải trọng được giả định tác động lên móng tương đương đặt tại hai phần ba độ sâu chôn cọc vào lớp chịu lực như trong Hình 79. (hay hình 80 theo AASHTO-2007). Độ lún của nhóm cọc được tính cho móng cọc đặt trong đất dính, các loại đất mà bao gồm nhiều lớp đất dính, và cọc trong các lớp đất dạng hạt rời rạc. Tải trọng sử dụng để tính lún là các tải trọng tác dụng thường xuyên lên móng cọc (theo AASHTO-2007). Trong khi áp dụng móng tương đương đối với móng cọc, không áp dụng diện tích có hiệu (giảm kích thước tương đương B’ và L’) như đối với móng nông. Với các cọc trong đất rời, độ lún của móng sẽ được khảo cứu bằng cách dùng tất cả các tải trọng tác dụng trong Tổ hợp Tải trọng sử dụng. Với các cọc trong đất dính, cũng sử dụng Tổ hợp Tải trọng sử dụng với tất cả các tải trọng, ngoại trừ các tải trọng tức thời có thể bỏ qua. 2.2. Lún của móng cọc trong đất dính Phải dùng các phương pháp tính lún cho móng nông để ước tính độ lún của nhóm cọc, bằng cách sử dụng vị trí móng tương đương cho trong Hình 79 và 80. 155 M ã n g t ­ ¬ n g ® ­ ¬ n g L í p y Õ m L í p t è t M ã n g t ­ ¬ n g ® ­ ¬ n g M ã n g t ­ ¬ n g ® ­ ¬ n g L í p y Õ m L í p t è t M ã n g t ­ ¬ n g ® ­ ¬ n g Hình 79 - Vị trí móng tương đương (theo Duncan và Buchignani 1976) 2.3. Lún của móng cọc trong đất rời Độ lún của nhóm cọc trong đất rời có thể được ước tính bằng cách sử dụng kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường và vị trí móng tương đương cho trong Hình 77 và 78. Độ lún của nhóm cọc trong đất rời có thể tính như sau: Sử dụng SPT:  = 601 30 N BIq (151) Sử dụng CPT: cq qBI 24  (152) trong đó: 5,0125,01 ,  B D (153) ở đây : q = áp lực móng tĩnh tác dụng tại 2Db/3 cho trong Hình 79 và 80. áp lực này bằng với tải trọng tác dụng tại đỉnh của nhóm được chia bởi diện tích móng tương đương và không bao gồm trọng lượng của các cọc hoặc của đất giữa các cọc (MPa). B = chiều rộng hay chiều nhỏ nhất của nhóm cọc (mm),  = độ lún của nhóm cọc (mm) I = hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm D = độ sâu hữu hiệu lấy bằng 2Db /3 (mm) 156 Hình 80 - Phân bố ứng suất dưới móng tương đương (AASHTO 2007) Db = độ sâu chôn cọc trong lớp chịu lực như cho trong Hình 79 hay hình 80 (AASHTO 2007) (mm) qc = sức kháng xuyên hình nón tĩnh trung bình trên độ sâu X dưới móng tương đương (MPa) N160 = giá trị trung bình đại diện đã hiệu chỉnh đối với cả ứng suất tổng và hiệu suất có hiệu của búa. 157 N160 = CN.N60 N60 = (ER/60%).N   '10 /92.1log77.0 VNC  và CN < 2.0 N = số nhát búa chưa hiệu chỉnh (Búa/300mm) N60 = Số nhát búa dã hiệu chỉnh cho hiệu suất của búa (nhát/300mm) ER = hiệu suất của búa tính theo phần trăm. v = ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (MPa) 3. Lún do ma sát âm Sức kháng danh định của cọc để chịu lại tải trọng kết cấu và ma sát âm phải được tính toán bằng cách chỉ xét riêng phần sức kháng thành bên và sức kháng mũi dương bên dưới lớp đất sâu nhất có hiện tương ma sát âm. Nói chung sức kháng đỡ tính toán của đất phải lớn hơn tải trọng tính toán tác dụng lên cọc, kể cả ma sát âm theo TTGH sử dụng. Trong trường hợp không thể xác định đúng sức kháng của đất bên dưới lớp đất sâu nhất có hiện tượng ma sát âm, ví dụ như cọc ma sát, để chống lại ma sát âm phải thiết kế để kết cấu chịu được độ lún toàn phần do ma sát âm và các tải trọng tác dụng khác. Nếu sức kháng của đất chịu được ma sát âm và tải trọng công trình theo TTGH sử dụng, phải ước tính độ lớn biến dạng cần phải huy động hoàn toàn sức kháng của đất, và kết cấu phải được thiết kế để chịu được chuyển vị đã được dự đoán trước. 4. Nén ngang Phải ước tính nén ngang khi mố cầu có móng là móng cọc đóng qua lớp đất yếu mà chịu tác dụng của tải trọng nền đắp. IV. THIẾT KẾ MÓNG CỌC THEO TTGH ĐẶC BIỆT Móng cọc phải được kiểm toán sức kháng đỡ dọc trục và ngang trục với tổ hợp tải trọng đặc biệt với các tải trọng được nhân với hệ số thích hợp. Khi thiết kế chống động đất, tất cả các cọc trong và trên vùng hóa lỏng (nếu đất bị hóa lỏng) sẽ không được tính sức kháng đỡ dọc trục. Ma sát âm do đất hóa lỏng phải được xem xét cùng với các tải trọng tác dụng lên móng. Tải trọng ma sát âm tĩnh học sẽ không được tổ hợp cùng với ma sát âm do hóa lỏng bởi động đất. Móng cọc cũng cần phải được kiểm tra chống lại lực ngang từ việc nén ngang do đất hóa lỏng. Khi xác định sức kháng ngang của móng cọc theo đường cong p-y thì các tham số phải được triết giảm để tính tới việc bị hóa lỏng. Móng cọc cũng cần phải được kiểm tra về điều kiện xói. VÍ DỤ 3: Tính lún hệ móng cọc có 20 cọc gồm 5 cột với khoảng cách tim các cọc 90cm. Đường kính và chiều dài cọc là 30cm và 9m. Đỉnh bệ nằm ở độ sâu 2m so với mặt đất. Chi tiết các lớp đất được mô tả dưới đây, với độ sâu tình từ mặt đất. Biết mực nước ngầm nằm ở độ sâu 4m so với mặt đất, móng cọc chịu tải trọng tại trọng tâm đáy móng là 2500 kN Độ sâu (m) Tính chất đất Từ Đến 158 0 2 Bùn sét , có g=16 kN/m3 2 4 Sét pha, có g=19.2 kN/m3 4 12 Sét pha, có g=19.2 kN/m3, e0=0.80, Cc=0.23 12 14 Sét, có g=18.24 kN/m3, e0=1.08, Cc=0.34 14 17 Sét, có g=20.0 kN/m3, e0=0.70, Cc=0.2 17 -- Đá không lún BÀI LÀM 1. Phân bố ứng suất trong các lớp đất bị lún Líp 1 N Líp 2 Líp 3 Líp 4 Líp 5 6 4 2 3 Mãng t­¬ng ®­¬ng p1 p2 p3 Líp ®Êt tÝnh lón thø 1 Líp ®Êt tÝnh lón thø 2 Líp ®Êt tÝnh lón thø 3 1 2 2. Công thức tính lún )lg(. 1 . ' 0 ' 0 0   p e CHS cii   Trong đó: s’0: là ứng suất có hiệu của giữa lớp đất trước thời điểm gia tải. Dp: Tải trọng tăng thêm tại giữa lớp đất do tải trọng gia tải gây ra. Ta có móng tương đương với tải trọng tại trọng tâm đáy móng là 2500 kN được đặt tại đô sâu 2L/3=6m. 159 3. Tính ứng suất có hiệu tại giữa các lớp đất tính lún: + Đến giữa lớp 1: s’01=2x16+2x19.2+(10-4)x(19.2-9.81)= 126.74 kN/m2 + Đến giữa lớp 2: s’02=126.74 + 2x (19.2-9.81) + 1x (18.24-9.81) = 153.95 kN/m2 + Đến giữa lớp 3: s’03=153.95 + 1 x (18.24-9.81)+ 1.5x (20.0-9.81) = 177.67 kN/m2 4. Tính ứng suất do tải trọng gia tải gây ra tại giữa các lớp tính lún: + Đến giữa lớp 1: Tại độ sâu 2m so với móng tương đương, ta có diện tích phân bố ứng suất =(3.9+2)x(3+2)=29.5m2 suy ra: Dp1=2500/29.5=84.75 kN/m2. + Đến giữa lớp 2: Tại độ sâu 5m so với móng tương đương, ta có diện tích phân bố ứng suất =(3.9+5)x(3+5)=71.2m2 suy ra: Dp1=2500/71.2=35.1 kN/m2. + Đến giữa lớp 3: Tại độ sâu 7.5m so với móng tương đương, ta có diện tích phân bố ứng suất =(3.9+7.5)x(3+7.5)=119.7m2 suy ra: Dp1=2500/119.7=20.9 kN/m2. 5. Tính độ lún + Lớp 1: mxS 113.0) 74.126 75.8474.126lg(. 80.01 23.04 1  + Lớp 2: mxS 029.0) 95.153 1.3595.153lg(. 08.11 34.02 2  + Lớp 2: mxS 017.0) 67.177 9.2067.177lg(. 70.01 2.03 3  Tổng độ lún: S = S1 + S2 + S3 = 0.113+0.029+0.017 = 0.159m = 16 cm