ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

--------------------

LÂM VĂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ EUROCODE &

ÁP DỤNG PHÂN TÍCH – TÍNH TOÁN CỌC KHOAN

NHỒI NHÀ CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số : 60.58.60

Email: duc.geotechnics@gmail.com

hoặc lamvanduc2010@gmail.com

Tel: (+84) 0984.995.945

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011

i

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ix

Chƣơng I ......................................................................................................................... 1

TỔNG QUAN VỀ EUROCODE .................................................................................. 1

I.1. KẾT CẤU EUROCODE ................................................................................ 1

I.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO EUROCODE............................................ 2

I.3. NHỮNG YÊU CẦU THIẾT KẾ THEO EUROCODE ................................. 4

I.4. CÁC TÌNH HUỐNG THIẾT KẾ THEO EUROCODE ................................ 5

I.5. CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE .............. 6

I.5.1. Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) ............................................................. 6

I.5.2. Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS) .............................................................. 9

I.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ NỀN MÓNG THEO EUROCODE ..... 11

I.5.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 .............................................................................. 12

I.5.1.1. Tổ hợp 1: ............................................................................................ 12

I.5.1.2. Tổ hợp 2: ............................................................................................ 12

I.5.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 .............................................................................. 13

I.5.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 .............................................................................. 14

Chƣơng II ..................................................................................................................... 15

TÁC ĐỘNG, TỔ HỢP TÁC ĐỘNG VÀ ĐỘ BỀN THIẾT KẾ .............................. 15

II.1. TÁC ĐỘNG .................................................................................................. 15

II.1.1. Tổng quan về tác động ........................................................................... 15

II.1.2. Tác động thuộc về đất nền ..................................................................... 17

II.1.3. Phân biệt giữa tác động có lợi với tác động bất lợi ............................... 19

II.1.4. Tác động đặc trƣng ................................................................................ 19

II.1.5. Hoạt tải đại diện ..................................................................................... 22

II.1.6. Tác động thiết kế.................................................................................... 24

II.1.7. Hệ quả tác động thiết kế ........................................................................ 24

II.2. TỔ HỢP TÁC ĐỘNG .................................................................................. 29

II.2.1. Trạng thái giới hạn cực hạn ULS ........................................................... 30

II.2.1.1. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời (tổ hợp

cơ bản): 31

II.2.1.2. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế đặc biệt: ............................ 33

II.2.1.3. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế động đất: ........................... 34

II.2.2. Trạng thái giới hạn sử dụng SLS ........................................................... 35

II.2.2.1. Tổ hợp đặc trƣng: .............................................................................. 35

II.2.2.2. Tổ hợp thƣờng xuyên: ....................................................................... 36

II.2.2.3. Tổ hợp tựa tĩnh: ................................................................................. 37

II.3. ĐỘ BỀN THIẾT KẾ..................................................................................... 38

ii

Chƣơng III .................................................................................................................... 40

KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ........................................................ 40

III.1. KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT .............................................................................. 40

III.1.1. Tổng quan .............................................................................................. 40

III.1.2. Khoảng cách điểm khảo sát ................................................................... 41

III.1.3. Độ sâu điểm khảo sát ............................................................................. 42

III.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU .......................................................................................... 45

III.2.1. Qui trình đánh giá các thông số địa kỹ thuật ......................................... 45

III.2.2. Giá trị đặc trƣng ..................................................................................... 49

III.2.3. Thống kê số liệu địa chất ....................................................................... 49

III.2.3.1. Thống kê đất nền theo phƣơng ngang: ............................................. 50

III.2.3.2. Thống kê đất nền theo phƣơng đứng: .............................................. 55

III.2.4. Giá trị thiết kế của các đại lƣợng địa kỹ thuật ....................................... 56

Chƣơng IV .................................................................................................................... 57

KIỂM TRA THEO CƢỜNG ĐỘ ............................................................................... 57

IV.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ ........................................................................................ 57

IV.1.1. Hệ quả tác động ..................................................................................... 57

IV.1.2. Độ bền .................................................................................................... 58

IV.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO THIẾT KẾ ......................................................... 59

IV.2.1. Tác động và hệ quả tác động ................................................................. 61

IV.2.2. Cƣờng độ vật liệu và độ bền .................................................................. 61

IV.2.3. Kích thƣớc hình học ............................................................................... 62

IV.2.4. Kiểm tra ................................................................................................. 63

IV.2.5. Các hệ số riêng ....................................................................................... 63

IV.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ .............................................................. 63

IV.3.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) .............................................................. 68

IV.3.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) .............................................................. 71

IV.3.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) .............................................................. 72

IV.3.4. Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế theo các Quốc Gia .............................. 73

Chƣơng V ..................................................................................................................... 76

KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ................................................................................................ 76

V.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ ........................................................................................ 76

V.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO TRONG THIẾT KẾ .......................................... 77

V.3. ỔN ĐỊNH CÂN BẰNG TĨNH (EQU) ......................................................... 79

V.4. ỔN ĐỊNH ĐẨY NỔI (UPL) ........................................................................ 80

V.5. ỔN ĐỊNH ĐẨY TRỒI (HYD) ..................................................................... 82

V.5.1. Đẩy trồi thủy lực .................................................................................... 82

V.5.2. Hiện tƣợng ăn mòn (ăn mòn nội tại) ...................................................... 84

V.5.3. Hiện tƣợng xóa ngầm ............................................................................. 84

iii

Chƣơng VI .................................................................................................................... 86

KIỂM TRA THEO BIẾN DẠNG .............................................................................. 86

VI.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ ........................................................................................ 86

VI.1.1. Hệ quả tác động ..................................................................................... 86

VI.1.2. Tiêu chuẩn giới hạn sử dụng .................................................................. 88

VI.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO TRONG THIẾT KẾ (kiểm tra biến dạng) ........ 88

VI.3. KIỂM TRA BIẾN DẠNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN (Phƣơng

pháp khác).................................................................................................................. 90

VI.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN ............................................ 92

Chƣơng VII .................................................................................................................. 94

MÓNG CỌC ................................................................................................................ 94

VII.1. CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC ............................................... 94

VII.2. THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TĨNH CỌC .......................................................... 96

VII.3. THÍ NGHIỆM TẢI TRỌNG ĐỘNG CỌC .................................................. 97

VII.4. BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỌC ................................................ 97

VII.5. CỌC CHỊU TẢI DỌC TRỤC ...................................................................... 98

VII.5.1. Tổng quát ............................................................................................ 98

VII.5.2. Đƣa độ tin cậy vào thiết kế cọc .......................................................... 98

VII.5.2.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) .................................................... 100

VII.5.2.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) .................................................... 103

VII.5.2.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) .................................................... 105

VII.5.2.4. So sánh các phƣơng pháp thiết kế (DA) dùng thiết kế cọc .......... 107

VII.5.3. Độ bền chịu nén của đất nền (ULS) ................................................. 108

VII.5.3.1. Tổng quan ..................................................................................... 108

VII.5.3.2. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm thử tải tĩnh cọc ............... 109

VII.5.3.3. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm đất .................................. 111

VII.5.3.4. Độ bền chịu nén cực hạn từ kết quả thử tải động ......................... 117

VII.5.4. Độ bền chịu kéo của đất nền ............................................................ 118

VII.5.4.1. Những yêu cầu chung ................................................................... 118

VII.5.4.2. Độ bền chịu kéo của cọc đơn ....................................................... 119

VII.5.4.3. Phá hoại khối của nhóm cọc ......................................................... 119

VII.5.5. Kiểm tra chuyển vị móng cọc........................................................... 120

VII.6. CỌC CHỊU TẢI NGANG .......................................................................... 121

VII.6.1. Tổng quan ......................................................................................... 121

VII.6.2. Độ bền tải ngang từ thí nghiệm thử tải tĩnh ..................................... 122

VII.6.3. Độ bền tải ngang từ kết quả thí nghiệm đất nền và các thông số cƣờng

độ cọc 122

VII.6.4. Chuyển vị ngang ............................................................................... 123

VII.7. CỌC LÀM VIỆC TRONG NHÓM ............................................................ 123

VII.8. THIẾT KẾ KẾT CẤU CỌC ....................................................................... 125

iv

Chƣơng VIII ............................................................................................................... 127

VÍ DỤ TÍNH TOÁN .................................................................................................. 127

VIII.1. LÝ TUYẾT TÍNH TOÁN .......................................................................... 127

VIII.1.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ thí nghiệm nén tĩnh ............................. 127

VIII.1.1.1. Cách xác định sức chịu tải cực hạn cọc từ thí nghiệm nén tĩnh .. 127

VIII.1.1.2. Cách xác định sức chịu tải thiết kế cọc từ thí nghiệm nén tĩnh .. 132

VIII.1.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT ...................... 135

VIII.1.2.1. Theo eurocode 7 .......................................................................... 135

VIII.1.2.2. Theo Meyerhof (1956) ................................................................ 142

VIII.1.2.3. Theo Nhật Bản ............................................................................ 142

VIII.1.2.4. Theo TCXD 195:1997................................................................. 143

VIII.2. KẾT QUẢ ÁP DỤNG ................................................................................ 144

VIII.2.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc .......... 144

VIII.2.1.1. Sức chịu tải cực hạn cọc .............................................................. 146

VIII.2.1.2. Sức chịu tải thiết kế cọc .............................................................. 146

VIII.2.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT ...................... 147

BẢNG TRA HỆ SỐ ................................................................................................... 149

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 160

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 161

PHỤ LỤC ................................................................................................................... 163

DANH MỤC HÌNH

Hình II. 1: Xác định giá trị đặc trƣng cận dƣới (Xk,inf) và cận trên (Xk,sup) dựa trên phân

bố chuẩn ......................................................................................................................... 21

Hình II. 2: Áp dụng hệ số mô hình γSd trong trƣờng hợp phân tích phi tuyến (tác động

đơn): (a) Hệ quả tác động tăng nhanh hơn tác động. (b) Hệ quả tác động tăng chậm

hơn tác động .................................................................................................................. 26

Hình II. 3: Áp dụng hệ số mô hình γSd trong trƣờng hợp phân tích phi tuyến (hai tác

động). (a) Hệ quả tác động tăng nhanh hơn tác động. (b) Hệ quả tác động tăng chậm

hơn tác động. Ký hiệu „+‟: kết hợp với ......................................................................... 27

Hình III. 1: Kết cấu nhà cao tầng và các dự án dân dụng khác ..................................... 42

Hình III. 2: Khối đất đắp và mái dốc ............................................................................. 43

Hình III. 3: Kết cấu dạng đƣờng .................................................................................... 43

Hình III. 4: Hầm và công trình ngầm ............................................................................ 43

Hình III. 5: Hố đào ........................................................................................................ 44

v

Hình III. 6: Tƣờng chắn ................................................................................................. 44

Hình III. 7: Móng cọc .................................................................................................... 45

Hình III. 8: Biểu đồ phân bố chuẩn dạng Gause ........................................................... 50

Hình III. 9: Hệ số Student t đối với mức độ tin cậy 90%, 95% và 99% ....................... 53

Hình IV. 1: Qui trình kiểm tra cƣờng độ ....................................................................... 60

Hình IV. 2: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1 ........................ 69

Hình IV. 3: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 ........................ 70

Hình IV. 4: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 2 ........................................ 71

Hình IV. 5: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 3 ........................................ 72

Hình IV. 6: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho mái dốc ....................... 74

Hình IV. 7: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho các kết cấu địa kỹ thuật

khác (ngoại trừ mái dốc) ................................................................................................ 75

Hình V. 1: Qui trình kiểm tra ổn định (Tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew

Bond & Andrew Harris) ................................................................................................ 78

Hình V. 2: Ví dụ hiện tƣợng đẩy nổi của cống ngầm do nƣớc và lực kéo .................... 82

Hình V. 3: Ví dụ hiện tƣợng đẩy trồi của đáy hố đào (Theo EN 1997-1:2004) ............ 83

Hình V. 4: Ví dụ về hiện tƣợng ăn mòn kết cấu (Theo Decoding EN 7, Andrew Bond)

....................................................................................................................................... 84

Hình V. 5: Ví dụ hiện tƣợng xóa ngầm trong đất (Theo EN 1997-1:2004) .................. 85

Hình VI. 1: Hình minh họa độ lún (s), lún lệch (δs), góc xoay (θ) và biến dạng góc (α)

....................................................................................................................................... 87

Hình VI. 2: Hình minh họa độ võng tƣơng đối (Δ) và tỷ số độ võng (Δ/L) .................. 87

Hình VI. 3: Hình minh họa góc nghiêng (ω) và góc xoay tƣơng đối (β) ...................... 87

Hình VI. 4: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng .......................................................... 89

Hình VI. 5: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng (Phƣơng pháp khác) ........................ 91

Hình VII. 1: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc (Tham khảo Decoding Eurocode 7,

Andrew Bond & Andrew Harris) ................................................................................... 99

Hình VII. 2: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 1 - tổ

hợp 1 (DA 1-1) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

..................................................................................................................................... 101

vi

Hình VII. 3: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 1 - tổ

hợp 2 (DA 1-2) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

..................................................................................................................................... 102

Hình VII. 4: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 2 (DA

2) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris) .................... 104

Hình VII. 5: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 3 (DA

3) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris) .................... 106

Hình VII. 6: Ví dụ đẩy nổi (UPL) của cả nhóm cọc (Theo EN 1997-1:2004) ............ 120

Hình VII. 7: Vùng ứng suất dƣới mũi cọc của cọc đơn (a) và nhóm cọc (b) .............. 123

Hình VII. 8: Kích thƣớc khối móng cọc ...................................................................... 124

Hình VIII. 1: Phƣơng pháp xác định Qu theo công thức (VIII.1)................................ 128

Hình VIII. 2: Phƣơng pháp xác định Qu theo công thức (VIII.3)................................ 128

Hình VIII. 3: Ví dụ cách xác định tải cực hạn cọc Qu theo phƣơng pháp Davisson ... 130

Hình VIII. 4: Ví dụ xác định tải cực hạn cọc Qu theo phƣơng pháp De Beer ............. 131

Hình VIII. 5: Sơ đồ đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tĩnh theo Eurocode 7

..................................................................................................................................... 133

Hình VIII. 6: Biểu đồ tải trọng - chuyển vị theo DIN 4014 ........................................ 139

Hình VIII. 7: Sơ đồ đánh giá độ bền cọc từ kết quả thí nghiệm SPT theo Eurocode 7

..................................................................................................................................... 141

DANH MỤC BẢNG

Bảng II. 1: Áp dụng hệ số ψ cho hoạt tải đầu tiên và hoạt tải tiếp theo của trạng thái

giới hạn cực hạn và trạng thái giới hạn sử dụng ............................................................ 23

Bảng III. 1: Khoảng cách điểm khảo sát theo EN 1997-2 ............................................. 41

Bảng III. 2: Hệ số biến động δX (COV) của các vật liệu địa kỹ thuật và vật liệu nhân

tạo .................................................................................................................................. 52

Bảng IV. 1: Bảng tổ hợp cho từng phƣơng pháp thiết kế (DA) .................................... 67

Bảng IV. 2: Bảng tổng hợp thành phần chính đƣợc nhân hệ số trong phƣơng pháp thiết

kế theo Eurocode 7 ........................................................................................................ 68

vii

Bảng VI. 1: Giá trị chuyển vị cho phép theo phụ lục H của EN 1997-1 ....................... 88

Bảng VI. 2: Bảng tóm tắt các phƣơng pháp xác định độ lún ngoài hiện trƣờng ........... 93

Giải thích một số định nghĩa đƣợc sử dụng trong Eurocode và đƣợc đƣa vào

trong Luận Văn này nhƣ sau:

Tình huống thiết kế: là điều kiện (tình huống) giả định nhƣ là điều kiện thật xảy ra

trong một khoảng thời gian trong tuổi thọ công trình, điều kiện này phải đƣợc kiểm tra

không đƣợt vƣợt qua trạng thái giới hạn tƣơng ứng.

Tình huống thiết kế tạm thời: là tình huống xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn

hơn tuổi thọ công trình và xảy ra với xác suất lớn.

Tình huống thiết kế lâu dài: là tình huống xảy ra thƣờng xuyên trong suốt tuổi thọ của

công trình.

Tình huống thiết kế đặc biệt: là tình huống liên quan đến những điều kiện không mong

muốn xảy ra trong kết cấu, nhƣ: cháy, nổ, va chạm hoặc phá hoại cục bộ.

Tình huống thiết kế động đất: là tình huống liên quan đến những điều kiện không

mong muốn của kết cấu khi chịu tác động động đất.

Tuổi thọ công trình: là một khoản thời gian giả định cho kết cấu hoặc phần tử kết cấu

đƣợc sử dụng mà không cần thiết sửa chữa lớn.

Trạng thái giới hạn: là trạng thái mà nếu vƣợt qua thì kết cấu không còn thỏa mãn tiêu

chuẩn thiết kế liên quan.

Trạng thái giới hạn cực hạn: là những trạng thái xảy ra sụp đổ hoặc những dạng tƣơng

tự khác của phá hoại kết cấu. Là trạng thái tƣơng ứng với khả năng chịu tải lớn nhất

của kết cấu hoặc phần tử kết cấu.

Trạng thái giới hạn sử dụng: là những trạng thái tƣơng ứng với những điều kiện mà

nếu vƣợt qua thì những yêu cầu về công năng sử dụng cho kết cấu hoặc phần tử kết

cấu sẽ không còn đáp ứng nữa.

Trạng thái giới hạn sử dụng không phục hồi: là trạng thái giới hạn sử dụng khi hệ quả

tác động vƣợt qua những yêu cầu công năng nhất định mà vẫn còn tồn tại khi đã bỏ

những tác động đó.

viii

Trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi: là trạng thái giới hạn sử dụng khi hệ quả tác

động vƣợt qua những yêu cầu công năng nhất định sẽ không còn tồn tại nữa khi đã bỏ

những tác động đó.

Độ bền: là khả năng chịu tác động của một phần tử hoặc một cấu kiện, hoặc tiết diện

của một phần tử hoặc của cấu kiện của một kết cấu mà không xảy ra cơ chế phá hoại.

Chẳng hạn, khả năng chịu uốn, khả năng chịu uốn dọc hay khả năng chịu kéo.

Tác động (F): tác động có thể là:

- Lực (tải trọng) tác dụng lên kết cấu (tác động trực tiếp);

- Biến dạng cƣỡng bức hoặc gia tốc (dao động) do sự thay đổi độ ẩm, lún lệch

hoặc động đất (tác động gián tiếp).

Hệ quả tác động (E): là những hệ quả của tác động trong phần tử kết cấu (chẳng hạn,

nội lực, moment, ứng suất, biến dạng) hoặc toàn bộ kết cấu (chẳng hạn, độ võng, góc

xoay).

Tác động địa kỹ thuật: là những tác động truyền lên kết cấu thông qua đất nền, đất đắp

hoặc nƣớc ngầm.

Tác động tĩnh: là những tác động không gây ra gia tốc đáng kể lên kết cấu hoặc phần

tử kết cấu.

Tác động động: là những tác động gây ra gia tốc đáng kể lên kết cấu hoặc phần tử kết

cấu.

Tác động tựa tĩnh: là tác động động đƣợc qui đổi thành tác động tĩnh tƣơng đƣơng

trong mô hình tĩnh.

ix

MỞ ĐẦU

1. GIỚI THIỆU

Một trong những yếu tố để đánh giá sự phát triển của một khu vực hay một quốc gia là

đánh giá vào sự phát triển của cở sở hạ tầng. Sự phát triển kinh tế xã hội kéo theo sự

phát triển của ngành xây dựng cơ sở hạ tầng. Một quốc gia vững mạnh khi nền kinh tế

vững mạnh, đồng nghĩa với việc cơ sở hạ tầng cũng vững mạnh.

Trong những năm trở lại đây, sự phát triển về mật độ xây dựng rất nhanh, đƣợc ví nhƣ

“nấm mọc sau mƣa”, đặc biệt là các khu chung cƣ cao tầng, các cao ốc chọc trời, các

loại cầu dây văng nhịp lớn, các công trình thủy lợi, thủy điện qui mô đồ sồ, các công

trình ngầm phát triển ngày càng phức tạp,…Các nƣớc trên thế giới nói chung, Việt

Nam nói riêng, luôn đòi hỏi cho việc phân tích và lựa chọn giải pháp móng cho các

công trình xây dựng vừa kinh tế và vừa bền vững. Một trong những giải pháp hữu hiệu

cho các công trình lớn là phƣơng án thiết kế móng cọc.

Trong thiết kế nền móng, có thể chia làm hai loại là móng nông (shallow foundations)

và móng sâu (hay, móng cọc) (deep foundations hay pile foundations).

Móng nông đƣợc sử dụng cho lớp đất gần mặt đất, nơi xuất hiện ứng suất tƣơng đối

lớn, đủ chịu đƣợc tác động của kết cấu bên trên mà không xảy ra ứng suất phá hoại

cho kết cấu do lún. Trƣờng hợp này, thƣờng chỉ sử dụng cho những công trình có tác

động tƣơng đối nhỏ. Đối với những công trình có tác động lớn (nhƣ nhà cao tầng, trụ

cầu,…) hay những vùng đất có lớp đất bên trên tƣơng đối yếu, thì phƣơng án móng

cọc là hữu hiệu, vì cần lớp đất “tốt” hơn để chịu tác động lớn.

Tác động của kết cấu bên trên truyền xuống lớp đất “tốt” sâu bên dƣới thông qua cọc.

Cọc là loại cột dài, độ mãnh lớn (long slender columns). Cọc có nhiều loại, tuy nhiên ở

Việt Nam thƣờng phổ biến những loại sau: cọc đóng, cọc ép, cọc khoan nhồi. Vật liệu

làm cọc có thể là: bê tông, bê tông cốt thép, thép, gỗ,…Với các hình thức thi công nhƣ:

đóng, ép, khoan nhồi,…

Cọc truyền tải vào đất thông qua hai hình thức: tải phân bố dọc theo thân cọc (pile

shaft), hoặc trực tiếp truyền tải lên lớp đất bên dƣới thông qua mũi cọc (pile point). Tải

đứng phân bố dọc theo thân cọc là ma sát cọc (pile shaft resistance) và tải truyền thực

tiếp thông qua mũi cọc là sức chịu tải mũi cọc (pile base resistance).

Cọc chịu tác động đứng (ví dụ, phần lớn các công trình dân dụng nhƣ nhà cao tầng có

sử dựng cọc,…), hoặc tác động ngang (ví dụ, các công trình bến cảng, tải ngang là tác

động do nƣớc, sóng, tàu,…), hoặc kết hợp giữa tác động đứng với tác động ngang (ví

dụ, cọc dƣới chân trụ cầu, vừa chịu tải đứng do tác động giao thông bên trên, vừa chịu

x

tác động ngang do nƣớc,…). Ngoài ra, cọc còn đƣợc thiết kế để chống lật (chống nhổ)

cho nhà cao tầng, do xuất hiện lực xô ngang tác dụng lên công trình nhƣ gió, động đất.

Do nhu cầu phát triển của xã hội, trên một phạm vi diện tích nhất định mà có thể chịu

đƣợc tải trọng lớn của các kết cấu công trình bên trên, giải pháp móng cọc khoan nhồi

(bored pile) là hữu hiệu và đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Để tạo „một tiếng nói

chung‟ trong thiết kế, thẩm định và thi công các dự án sử dụng phƣơng án móng cọc

nói chung và móng cọc nhồi nói riêng giữa các Quốc Gia với nhau, bộ tiêu chuẩn

Eurocode cũng nhƣ Eurocode 7 - Thiết kế địa kỹ thuật sẽ giải quyết đƣợc vấn đề này.

Nhằm để hiểu rõ hơn về tiêu chuẩn Eurocode và việc áp dụng vào thiết kế móng, luận

văn này sẽ đƣợc trình bày “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng

Phân Tích - Tính Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam”.

Việc thiết kế cọc vừa mang tính nghệ thuât (art) vừa mang tính khoa học (science).

Tính nghệ thuật đƣợc thể hiện thông qua việc lựa chọn loại cọc, phƣơng pháp thi công

cọc sao cho phù hợp nhất tƣơng ứng với điều kiện đất nền và tác động công trình. Tính

khoa học thể hiện ở ngƣời kỹ sƣ - đánh giá ứng xử của cọc khi cọc nằm trong đất và

đang làm việc. Phƣơng pháp thi công cọc ảnh hƣởng rất lớn đến ứng xử của cọc, các

ứng xử này thì không thể đƣợc đánh giá chính xác thông qua những tính chất cơ lý của

cọc và của đất nền nguyên dạng. Cần hiểu biết rất rỏ về loại cọc và phƣơng pháp thi

công cọc để có thể đánh giá một cách khao học về ứng xử của cọc.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Hiện nay, việc dự đoán sức chịu tải cọc còn mang tính chủ quan, do đó rất khó cho kỹ

sƣ thiết kế chƣa có kinh nghiệm nhiều trong lĩnh vực thiết kế cọc và cũng gây ra nhiều

tranh luận về quan niệm tính cọc khi thẩm định và phê duyệt đồ án.

Bộ tiêu chuẩn Eurocode nói chung, Eurocode 7 nói riêng đƣợc sử dụng rộng rãi ở các

nƣớc Châu Âu, đặc biệt là các quốc gia thuộc khối CEN (Anh, Pháp, Đức). Trong

tƣơng lai, Eurocode có thể đƣợc sử dụng chung cho cả thế giới để thể hiện tính thống

nhất hóa và toàn cầu hóa. Trong xu hƣớng mở cửa phát triển với thế giới , Việt Nam

đã - đang - và sẽ có rất nhiều đối tác Châu Âu sang kinh doanh và hợp tác kinh tế, thì

việc khuyến khích và đƣa tiêu chuẩn Eurocode vào trong tiêu chuẩn Việt Nam là rất

phù hợp, rất có lợi cho ta và có thể tạo đƣợc tiếng nói chung với thế giới.

Bởi nhận ra tầm quan trọng của nó, năm 2006 Bộ Xây Dựng ban hành bộ tiêu chuẩn

Thiết Kế Công Trình Chịu Động Đất - TCXDVN 375 : 2006, do Viện Khoa Học Công

Nghệ Xây Dựng biên soạn. Thực chất đƣợc chuyển ngữ từ Eurocode 8: Design of

Structures for Earthquake - Resistance và có bổ sung hoặc thay thế các phần mang

tính đặc thù Việt Nam.

xi

Cũng kế thừa “tƣ tƣởng” đổi mới ấy, luận văn Thạc Sĩ “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn

Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao

Tầng Tại Việt Nam” đƣợc ra đời. Với mục đích, giúp kỹ sƣ thiết kế hiểu rõ thêm về

tiêu chuẩn Eurocode và ứng dụng vào trong thiết kế móng cọc ở Việt Nam.

3. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Nghiên cứu và phân tích tiêu chuẩn Eurocode và cụ thể là Eurocode 7 để sử dụng đánh

giá và dự đoán sức chịu tải (độ bền) cọc khoan nhồi theo các phƣơng pháp lý thuyết

(sử dụng các thông số đất nền nhƣ: c, υ, γ,...), phƣơng pháp bán thực nghiệm ngoài

hiện trƣờng (nhƣ: thí nghiệm SPT, CPT,...) kết hợp với thí nghiệm thử tải tĩnh cọc.

So sánh kết quả tính từ các phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam và đƣợc

đề cập trong TCXDVN với kết quả đánh giá từ Eurocode.

4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Sử dụng tiêu chuẩn Eurocode để đánh giá sức chịu tải của các kết cấu nền móng nói

chung và móng cọc nhồi nói riêng.

Kết hợp và so sánh với các lý thuyết tính toán khác.

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC & GIÁ TRỊ THỰC TIỄN

Đề tài “Nghiên Cứu Tiêu Chuẩn Thiết Kế Eurocode & Áp Dụng Phân Tích - Tính

Toán Cọc Khoan Nhồi Nhà Cao Tầng Tại Việt Nam” mang ý nghĩa khoa học cao vì:

- Mang tính thực dụng trong thiết kế.

- Phù hợp với phƣơng châm „thống nhất hóa và toàn cầu hóa‟ trong thiết kế xây

dựng.

- Có thể hạn chế bớt những sai sót trong quá trình khảo sát địa chất và thiết kế nền

móng.

1

Chƣơng I

TỔNG QUAN VỀ EUROCODE

I.1. KẾT CẤU EUROCODE

Bộ Eurocode gồm 10 tiêu chuẩn sử dụng thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác.

Bộ tiêu chuẩn này đƣợc chia thành 58 phần và các phụ lục kèm theo của các quốc gia

sử dụng Eurocode. Nội dung tổng quan về bộ Eurocode này nhƣ sau:

Eurocode – Cơ sở thiết kế kết cấu (EN 1990): bao gồm những nguyên tắc và những

yêu cầu về sự an toàn, khả năng sử dụng và tuổi thọ của kết cấu; cung cấp những yêu

cầu cơ bản để thiết kế và kiểm tra; đƣa ra những chỉ dẫn về độ tin cậy của công trình.

Eurocode 0 này là nền tảng cho toàn bộ Eurocode.

Eurocode 1 – Tác động lên kết cấu (EN 1991): tiêu chuẩn này hƣớng dẫn sử dụng tác

động trong thiết kế nhà và các công trình dân dụng khác, bao gồm những công trình

liên quan đến đất nền.

Eurocode 2 – Thiết kế kết cấu bê tông (EN 1992): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế

bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực cho công trình nhà và các công trình dân dụng

khác.

Eurocode 3 – Thiết kế kết cấu thép (EN 1993): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế các

loại kết cấu thép trong các công trình nhà và công trình dân dụng khác.

Eurocode 4 – Thiết kế kết cấu hỗn hợp bê tông và thép (EN 1994): tiêu chuẩn này

dùng để thiết kế hỗn hợp bê tông và thép của kết cấu hay bộ phận kết cấu công trình

nhà và các công trình xây dựng dân dụng khác.

Eurocode 5 – thiết kế kết cấu gỗ (EN 1995): tiêu chuẩn này sử dụng để thiết kế kết cấu

gỗ và những sản phẩm đƣợc làm từ gỗ cho công trình nhà và các công trình xây dựng

dân dụng khác.

Eurocode 6 – Thiết kế kết cấu khối xây (EN 1996): thiết kế toàn bộ khối xây cho kết

cấu và các phần tử kết cấu của nhà và các công trình dân dụng khác.

Eurocode 7 – Thiết kế địa kỹ thuật (EN 1997): bao gồm những yếu tố liên quan đến

đất nền khi thiết kế nhà và các công trình dân dụng.

Eurocode 8 – Thiết kế kết cấu chịu động đất (EN 1998): dùng để thiết kế và thi công

các công trình nhà và công trình dân dụng khác trong vùng có động đất. EN 1998 cung

2

cấp thêm những qui tắc thiết kế nhằm hỗ trợ thêm những tiêu chuẩn về độ bền cho bê

tông, thép, và các loại vật liệu khác.

Eurocode 9 – thiết kế kết cấu nhôm (EN 1999): bao gồm việc thiết kế các bộ phận kết

cấu nhôm của nhà và các công trình dân dụng.

I.2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Nguyên lý thiết kế nhà và các công trình dân dụng theo Eurocode là thiết kế theo trạng

thái giới hạn, là sự tách biệt giữa thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) và

trạng thái giới hạn sử dụng (SLS). Quan niệm nền tảng của trạng thái giới hạn là xác

định hoặc là an toàn (mức độ đủ an toàn, còn sử dụng đƣợc) hoặc là không an toàn

(phá hoại, không còn sử dụng đƣợc). Sự tách biệt giữa trạng thái an toàn và không an

toàn của kết cấu đƣợc gọi là trạng thái giới hạn. Nói cách khác, trạng thái giới hạn là

sự lý tƣởng hóa các hiện tƣợng hoặc sự việc không mong muốn xảy ra. Nói chung,

trạng thái giới hạn là trạng thái mà kết cấu không còn đủ độ an toàn theo tiêu chuẩn

thiết kế. Mỗi trạng thái sẽ đáp ứng riêng mỗi yêu cầu áp dụng cho từng kết cấu công

trình khác nhau. (Trích từ Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Trạng thái giới hạn cực hạn ULS liên quan đến sự an toàn của con ngƣời và kết cấu.

Theo Eurocode 7, trạng thái giới hạn cực hạn bao gồm sự mất cân bằng, biến dạng dƣ,

sự đứt gãy, mất ổn định và phá hoại do mỏi.

Trạng thái giới hạn sử dụng SLS liên quan đến công năng của kết cấu trong quá trình

sử dụng bình thƣờng và mức độ tiện nghi cho con ngƣời. Trạng thái giới hạn sử dụng

có thể là phục hồi đƣợc (chẳng hạn, độ võng) hoặc không phục hồi đƣợc (chẳng hạn,

khi kết cấu đạt đến giới hạn chảy của vật liệu).

Thiết kế theo trạng thái giới hạn là kiểm tra cả mức độ an toàn và khả năng sử dụng

của công trình theo hai trạng thái giới hạn trên. Có hai điểm khác biệt chính giữa thiết

kế theo trạng thái giới hạn cực hạn với trạng thái giới hạn sử dụng là: (Trích từ

Designers’ Guide to EN 1997-1, R. Frank và các đồng nghiệp)

- Nếu vi phạm trạng thái giới hạn cực hạn thì sẽ dẫn đến phá hoại kết cấu và phải dỡ

bỏ công trình hoặc sửa chữa kết cấu công trình; nếu vi phạm trạng thái giới hạn sử

dụng thì thƣờng không phải phá bỏ công trình, mà có thể tiếp tục sử dụng lại nếu

bỏ những tác động gây ra sự vi phạm này. Tuy nhiên, cũng cần phải xác định rõ

giữa trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi và không phục hồi.

- Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến những thông số của kết cấu và

những tác động có liên quan; trong khi đó tiêu chuẩn trạng thái giới hạn sử dụng lại

phụ thuộc vào những yêu cầu của khách hàng và ngƣời sử dụng (có thể mang tính

3

chất chủ quan), cũng nhƣ những yêu cầu về thiết bị thi công hoặc những phần tử

phi kết cấu (nhƣ tƣờng bao che, bồn nƣớc mái, ống khói, hệ thống đƣờng ống

nƣớc,…).

Tuy nhiên, không phải bất kỳ hiện tƣợng hay sự kiện nào cũng dễ dàng phân loại theo

trạng thái giới hạn cực hạn hay trạng thái giới hạn sử dụng. Chẳng hạn, mức độ dao

động sàn nhà của nhà cao tầng khi chịu tác động gió: hiện tƣợng này rất dễ gây bất lợi

đến sức khỏe của con ngƣời khi đang làm việc trong tòa nhà và kể cả những vật dụng

trong nhà, nhƣng vần không gây ra phá hoại kết cấu công trình.

Ngoài ra, trong cùng một hiện tƣợng hay sự kiện xảy ra, ngƣời thiết kế phải kiểm tra

trạng thái giới hạn sử dụng cho cấu kiện này và cũng phải kiểm tra trạng thái giới hạn

cực hạn cho cấu kiện khác. Chẳng hạn, khi xảy ra hiện tƣợng lún móng công trình khi

vƣợt qua giới hạn cho phép, ngƣời thiết kế phải kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng

cho kết cấu móng và cũng phải kiểm tra lại trạng thái giới hạn cực hạn cho kết cấu bên

trên cũng nhƣ kết cấu móng bên dƣới, bởi vì khi lún rất dễ gây ra nứt của phần tử kết

cấu công trình.

Sự thay đổi về tác động (là tải trọng tác dụng nhƣ: trọng lƣợng bản thân kết cấu, hoạt

tải sử dụng, hoạt tải gió, tải động đất và các loại tải đặc biệt khác nhƣ cháy nổ, va

chạm,...), sự ảnh hƣởng của môi trƣờng và tính chất của kết cấu xảy ra trong suốt quá

trình tồn tại của công trình cũng phải đƣợc xem xét vào thiết kế bằng cách lựa chọn

tình huống thiết kế phù hợp (chẳng hạn nhƣ: tình huống lâu dài, tình huống tức thời,

tình huống đặc biệt và tình huống động đất), các tình huống này đại diện cho một

khoảng thời gian nhất định mà có thể xảy ra trong suốt tuổi thọ công trình. Nếu hai hay

nhiều tác động độc lập cùng xảy ra đồng thời, thì tổ hợp của chúng cần phải xem xét

trong quá trình thiết kế. Trong mỗi trƣờng hợp tổ hợp tác động, cần giả định mức độ

và trình tự ảnh hƣởng của từng tác động thông qua việc sắp xếp thứ tự tác động của

chúng, với mục đích thiết lập đƣờng bao hệ quả tác động (là kết quả của tác dụng tải

trọng nhƣ: lực dọc, lực cắt, moment, ứng suất, biến dạng) cần xem xét trong quá trình

thiết kế.

Nếu các trạng thái giới hạn (đƣợc xem xét trong thiết kế) phụ thuộc vào thời gian

(nhƣ: sự thay đổi của tác động và độ bền), thì khi kiểm tra kết cấu phải xét đến yếu tố

tuổi thọ công trình. Điều này nói lên rằng, hệ quả tác động (theo thời gian, nhƣ: trạng

thái mỏi của kết cấu) đƣợc xem nhƣ là một giá trị đặc trƣng, giá trị này đƣợc tích lũy

theo thời gian trong tuổi thọ công trình và cần đƣợc xem xét vào trong thiết kế.

Để tránh hoặc hạn chế xảy ra trạng thái giới hạn thì ngƣời thiết kế cần kiểm tra trạng

thái giới hạn theo một hoặc nhiều phƣơng pháp sau:

- Sử dụng phƣơng pháp tính toán;

4

- Dựa vào kinh nghiệm thiết kế tƣơng ứng với loại tải trọng và điều kiện đất nền

tƣơng tự;

- Thí nghiệm bằng mô hình trong phòng thí nghiệm hoặc thí nghiệm thực ngoài công

trƣờng; phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng trong thiết kế cọc và thiết kế kết

cấu neo;

- Phƣơng pháp quan sát.

I.3. NHỮNG YÊU CẦU THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Có 4 yêu cầu cơ bản khi thiết kế công trình theo tiêu chuẩn Eurocode nhƣ sau:

1. Một công trình khi đƣợc thiết kế và thi công để sử dụng trong tuổi thọ công trình

với một mức độ tin cậy nhất định và kinh tế, thì phải đáp ứng đƣợc 2 yêu cầu sau:

- Phải chịu đƣợc tác động và những ảnh hƣởng của tác động trong suốt quá trình sử

dụng và thi công (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng thái

giới hạn cực hạn ULS);

- Phải đáp ứng đƣợc những công năng sử dụng khi chịu tác động và những ảnh

hƣởng của tác động (điều này liên quan đến những yêu cầu về thiết kế theo trạng

thái giới hạn sử dụng SLS).

2. Thiết kế một công trình phải đảm bảo phù hợp với độ bền kết cấu (khả năng chịu

lực của kết cấu), công năng sử dụng và tuổi thọ công trình.

3. Trong trƣờng hợp cháy, độ bền kết cấu (khả năng chịu lực của kết cấu) phải đảm

bảo những yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất định. Yêu cầu này nhằm đảm

bảo độ an toàn cho ngƣời sử dụng, kết cấu phải đảm bảo an toàn trong một khoảng

thời gian nhất định để con ngƣời có thể thoát ra khỏi công trình mà không ảnh

hƣởng đến sức khỏe.

4. Công trình sẽ đƣợc thiết kế và thi công nhằm đảm bảo không bị phá hoại khi chịu

tác động của nổ, va chạm và những ảnh hƣởng khác do con ngƣời, yêu cầu này liên

quan đến độ cứng của kết cấu.

Ngoài ra, khi thiết kế công trình phải tránh hoặc hạn chế những phá hoại tiềm ẩn cho

công trình thông qua một trong những điều kiện sau:

- Tránh, khử hoặc làm giảm đi những bất lợi cho kết cấu khi làm việc;

- Lựa chọn loại kết cấu ít nhạy với những tác động bất lợi;

- Lựa chọn loại kết cấu và cách thức thiết kế phù hợp để đảm bảo phần tử kết cấu sau

khi đã bỏ những tác động bất lợi thì vẫn làm việc bình thƣờng hoặc có thể bị phá

hoại cục bộ trong phạm vi chấp nhận đƣợc;

5

- Không sử dụng những hệ thống kết cấu có thể bị sụp đổ mà không có cảnh báo

trƣớc khi chịu những tác động;

- Cần kết nối các phần tử kết cấu lại với nhau, để có thể làm tăng độ cứng ổn định

tổng thể cho công trình.

Để đảm ứng đƣợc những yêu cầu trên thì cần phải:

- Lựa chọn loại vật liệu phù hợp;

- Thiết kế phù hợp;

- Phải có qui trình kiểm soát riêng biệt trong quá trình thiết kế, sản xuất, thi công và

sử dụng cho một dự án nhất định.

I.4. CÁC TÌNH HUỐNG THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Trong thiết kế, các tác động, sự ảnh hƣởng của môi trƣờng và tính chất của kết cấu sẽ

thay đổi theo thời gian trong suốt quá trình tồn tại của công trình nên đƣợc xem xét

bằng cách lựa chọn các tình huống thiết kế đại diện cho một khoảng thời gian xảy ra

các hiện tƣợng bất lợi trên.

Theo Eurocode, có 4 tình huống thiết kế đƣợc phân loại nhƣ sau:

(1) Tình huống lâu dài. Tình huống này xảy ra trong điều kiện sử dụng thông thƣờng

của kết cấu. Tình huống này có liên quan đến tuổi thọ thiết kế của công trình. Tình

huống này bao gồm các tác động nhƣ: tĩnh tải, gió, hoạt tải sử dụng,...

(2) Tình huống tạm thời. Tình huống này xảy ra trong điều kiện tạm thời của kết cấu,

chẳng hạn nhƣ trong suốt quá trình thi công và sửa chữa công trình. Trƣờng hợp

này, ngƣời thiết kế cần phải xác định giá trị tác động đại diện.

(3) Tình huống đặc biệt. Tình huống này xảy ra trong các trƣờng hợp không mong

muốn của kết cấu, chẳng hạn: cháy, nổ, va chạm đột ngột và phá hoại cục bộ. Tình

huống này xảy ra trong một khoảng thời gian tƣơng đối ngắn, nhƣng không phải là

không xác định đƣợc.

(4) Tình huống động đất. Tình huống này xảy ra khi công trình tồn tại trong khu vực

có xảy ra động đất. Những tác động do tình huống này đều gây rất bất lợi đến sự

làm việc của kết cấu công trình, có thể làm thay đổi ứng xử của các phần tử kết cấu

công trình.

Những tình huống thiết kế này nên đƣợc lựa chọn để bao gồm tất cả các trƣờng hợp,

các nguyên nhân có thể đoán trƣớc đƣợc, hoặc sẽ xảy ra trong suốt quá trình thi công

và sử dụng kết cấu. Thông thƣờng, tình huống thiết kế tạm thời sử dụng mức độ tin

6

cậy thấp hơn thông qua sử dụng giá trị hệ số riêng nhỏ hơn so với tình huống thiết kế

lâu dài.

Cần chú ý rằng, khi sửa chữa công trình ngƣời thiết kế cũng cần phải xét đến tất cả các

tình huống thiết kế có thể xảy ra.

I.5. CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THIẾT KẾ THEO EUROCODE

Nhƣ là một nguyên lý thiết kế, Eurocode yêu cầu khi thiết kế một kết cấu công trình

nào đó thì phải kiểm tra công trình thỏa mãn hai trạng thái giới hạn thiết kế, bao gồm

trạng thái giới hạn cực hạn ULS và trạng thái giới hạn sử dụng SLS.

I.5.1. Trạng thái giới hạn cực hạn (ULS)

Trạng thái giới hạn cực hạn liên quan đến sự sụp đổ và những hình thức phá hoại kết

cấu tƣơng tự khác, trạng thái này cũng liên quan đến độ an toàn của con ngƣời và của

kết cấu.

EN 1990 xác định ba loại trạng thái giới hạn cực hạn (ULS) cần kiểm tra khi thiết kế

kết cấu, bao gồm: sự mất cân bằng của toàn bộ công trình, của đất nền khi giả định là

cứng tổng thể (EQU); phá hoại do biến dạng dƣ, chuyển đổi cơ cấu làm việc của hệ kết

cấu, đứt gãy, hoặc mất ổn định (STR) và phá hoại do mỏi hoặc hiệu ứng thời gian

(hay, hiện tƣợng lão hóa của vật liệu) (FAT). Đối với đất nền, trạng thái giới hạn cực

hạn (ULS) bao gồm: sự phá hoại hoặc biến dạng dƣ của đất nền (GEO), trong đó

cƣờng độ của đất hoặc đá đóng vai trò quan trọng để tạo ra độ bền; sự mất cân bằng

của kết cấu hoặc của đất nền do đẩy nổi bởi áp lực nƣớc hoặc những tác động theo

phƣơng đứng khác (UPL); hiện tƣợng đẩy trồi, ăn mòn nội tại và sự xói ngầm trong

đất do gradient thủy lực (HYD).

Kiểm tra cân bằng tĩnh (EQU):

Trạng thái giới hạn cực hạn của cân bằng tĩnh (EQU) liên quan đến điều kiện khả năng

chịu lực của kết cấu và bao gồm các trạng thái giới hạn nhƣ: ổn định lật tổng thể; đẩy

nổi và ổn định trƣợt bề mặt do ma sát. Khi kiểm tra kết cấu theo trạng thái EQU thì

cần phải giả thiết toàn bộ kết cấu là một khối cứng. Tuy nhiên, trong một vài trƣờng

hợp, chẳng hạn nhƣ biến dạng (hiệu ứng bậc hai) hoặc dao động (hiệu ứng tác động),

thì tính chất đàn hồi của kết cấu cũng cần phải đƣợc xem xét khi kiểm tra.

Sự mất cân bằng tĩnh của kết cấu phụ thuộc vào tác động (bao gồm độ lớn và cách

thức phân bố), không phụ thuộc vào cƣờng độ của vật liệu. Trạng thái EQU sẽ không

xảy ra khi hệ quả tác động thiết kế gây mất cân bằng (mất ổn định tổng thể) Ed,dst nhỏ

hơn hoặc bằng hệ quả tác động thiết kế cân bằng (ổn định tổng thể) Ed,stb:

7

, ,d dst d stbE E (I.1)

Kiểm tra cân bằng tĩnh EQU giả định rằng cƣờng độ của đất nền và kết cấu tạo ra độ

ổn định là không đáng kể. Cân bằng tĩnh thƣờng liên quan đến thiết kế kết cấu. Trong

thiết kế địa kỹ thuật, kiểm tra cân bằng tĩnh EQU chỉ thƣờng áp dụng cho móng trên

nền đá và nghiêng về một phía.

Kiểm tra phá hoại trong đất (GEO) và trong kết cấu (STR):

Trạng thái giới hạn STR bao gồm phá hoại nội tại hay chuyển vị lớn của kết cấu hoặc

phần tử kết cấu, khi đó cƣờng độ của vật liệu kết cấu đóng vai trò quan trọng để chống

lại STR. Để trạng thái giới hạn STR không xảy ra thì hệ quả tác động thiết kế Ed phải

nhỏ hơn hoặc bằng độ bền thiết kế tƣơng ứng Rd:

d dE R (I.2)

Trái ngƣợc với thiết kế kết cấu, những tác động địa kỹ thuật và độ bền đất nền không

thể tách biệt đƣợc: thƣờng thì tác động địa kỹ thuật phụ thuộc vào độ bền đất nền,

chẳng hạn, áp lực đất chủ động, và cũng có khi độ bền đất nền lại phụ thuộc vào tác

động, chẳng hạn, khả năng chịu tải của móng nông phụ thuộc vào tác động lên móng.

Có nhiều cách khác nhau để xét đến mối tƣơng quan giữa các tác động đất nền với độ

bền. Do đó, EN 1997-1 đề nghị 3 phƣơng pháp thiết kế (DA) để kiểm tra phá hoại

trong đất (GEO) và trong kết cấu (STR).

Kiểm tra mỏi (FAT):

Đối với vật liệu, trạng thái giới hạn mỏi (FAT) là hiện tƣợng lão hóa và sự phá hoại

kết cấu cục bộ xảy ra khi vật liệu chịu tải trọng lặp. Trạng thái mỏi thƣờng xảy ra đối

với kết cấu đƣờng, cầu hay công trình có độ mảnh lớn chịu tác động của tải gió.

Kiểm tra đẩy nổi (UPL):

Trạng thái giới hạn cực hạn UPL, do lực đẩy nổi liên quan đến tác động theo phƣơng

đứng, nên cần phải kiểm tra độ ổn định của kết cấu khi xảy ra hiện tƣợng này theo bất

phƣơng trình sau:

, , , ,d dst d dst d dst d stb dV G Q G R hay , ,d dst d stb dE E R (I.3)

Theo Eurocode 7 thì tổng tác động thiết kế theo phƣơng đứng (bao gồm tĩnh tải Gd,dst

và hoạt tải Qd,dst) không đƣợc lớn hơn trọng lƣợng bản thân của kết cấu Gd,stb và độ bền

thiết kế Rd (là đại lƣợng tham gia tạo nên độ ổn định cho kết cấu nhƣ các thông số đất

8

nền,…). Eurocode 7-1 lại cho phép xem độ bền đẩy nổi Rd nhƣ là tĩnh tải đứng ổn

định, do đó có thể viết lại bất phƣơng trình nhƣ sau:

, , ,d dst d dst d stbG Q G hay

, ,d dst d stbE E (I.4)

Tuy nhiên, bất phƣơng trình này dễ gây hiểu nhầm cho ngƣời thiết kế bởi vì giá trị

thiết kế phải áp dụng hệ số riêng từ giá trị đặc trƣng, mà giá trị hệ số riêng lại khác

nhau, tùy thuộc vào loại tác động và cƣờng độ vật liệu, chẳng hạn hệ số riêng cho vật

liệu đất nền nhƣ γυ = 1.25 ; γcu = 1.4, trong khi đó thì hệ số riêng áp dụng cho tĩnh tải

gây ổn định là γG,stb = 0.9. Chính vì đều này mà khi thiết kế, chúng ta cần tách biệt

giữa độ bền với tĩnh tải đứng gây ổn định kết cấu để có thể dễ dàng áp dụng hệ số

riêng cho phù hợp.

Trong thiết kế địa kỹ thuật, những tĩnh tải có lợi nhƣ trọng lƣợng kết cấu và đất nền.

Áp lực nƣớc bên dƣới kết cấu và những lực đẩy lên bên dƣới khác hoặc những lực kéo

lên khác là tác động bất lợi. Độ bền đẩy trồi là độ bền chống cắt (nếu tính toán thông

qua các thông số cƣờng độ kháng cắt), độ bền chịu kéo cọc hoặc độ bền neo. Mặt

khác, độ bền này có thể xem nhƣ là tĩnh tải đứng ổn định Gd,stb và có thể áp dụng hệ số

riêng nhƣ tĩnh tải, chú ý rằng, trong trƣờng hợp này, cần sử dụng hệ số mô hình khi

kiểm tra.

Kiểm tra đẩy trồi do dòng thấm trong đất (HYD):

Trạng thái giới hạn cực hạn HYD bao gồm các hiện tƣợng nhƣ đẩy trồi thủy lực, ăn

mòn nội tại và xóa ngầm trong đất do gradient thủy lực. Việc kiểm tra sự ổn định thủy

lực đƣợc trình bày theo Eurocode 7 bao gồm hai bất phƣơng trình khác nhau, nhƣng

lại bổ sung cho nhau. Một là bao gồm các thành phần lực và trọng lƣợng bản thân, lực

dòng thấm gây mất ổn định cột đất Sd,dst không đƣợc lớn hơn trọng lƣợng bản thân cột

đất G‟d,stb:

'

, ,d dst d stbS G (I.5)

Hai là bao gồm các thành phần ứng suất và áp lực, áp lực nƣớc lỗ rỗng gây mất ổn

định cột đất ud,dst không đƣợc lớn hơn ứng suất tổng chống lại áp lực nƣớc này σd,stb:

ud,dst ≤ σd,stb.

, ,d dst d stbu (I.6)

Tuy nhiên, Eurocode 7 không hƣớng dẫn sử dụng hệ số riêng khi kiểm tra trạng thái

giới hạn cực hạn HYD. Áp dụng nguyên tắc ứng suất hữu hiệu của Terzaghi, bất

phƣơng trình trên có thể sắp xếp lại nhƣ sau:

9

'

, , 0d stb d dst du (I.7)

Điều này có nghĩa là ứng suất hữu hiệu thiết kế tại chân cột đất không đƣợc âm.

Hiện tƣợng ăn mòn nội tại và hiện tƣợng xóa ngầm thƣờng xảy ra ở bề mặt của kết cấu

khi tiếp xúc với đất do sự chênh lệch lớn về Gradient thủy lực tại vị trí tiếp xúc của hai

loại vật liệu này.

I.5.2. Trạng thái giới hạn sử dụng (SLS)

Trạng thái giới hạn sử dụng liên quan đến điều kiện sử dụng thông thƣờng của công

trình. Đặc biệt, chúng liên quan đến công năng của công trình hoặc phần tử kết cấu,

mức độ tiện nghi cho ngƣời sử dụng và phƣơng thức thi công. Trạng thái này có xét

đến hệ quả tác động theo thời gian, do đó cần phải phân biệt giữa hai loại trạng thái

giới hạn sử dụng sau:

(1) Trạng thái giới hạn sử dụng không phục hồi, là những trạng thái giới hạn tồn tại

lâu dài ngay cả khi đã gỡ bỏ những tác động gây ra trạng thái đó, chẳng hạn: sự phá

hoại cục bộ lâu dài hoặc chuyển vị bất lợi lâu dài.

(2) Trạng thái giới hạn sử dụng phục hồi, là những trạng thái giới hạn sẽ không còn

tồn tại nữa khi những tác động gây ra chúng đƣợc gỡ bỏ, chẳng hạn: vết nứt trong

những cấu kiện dự ứng lực, độ võng tạm thời, hoặc độ dao động.

Những yêu cầu về khả năng sử dụng của kết cấu cần xét đến yếu tố mức độ vi phạm,

tần xuất vi phạm và khoảng thời gian xảy ra vi phạm trạng thái giới hạn. Nói chung, có

ba loại trạng thái giới hạn cần áp dụng là:

(1) Không chấp nhận xảy ra vi phạm;

(2) Chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn và tần xuất nhất định;

(3) Chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài.

Những tiêu chuẩn về khả năng sử dụng (SLS) cần kết hợp với những tác động tƣơng

ứng với giá trị tác động đặc trƣng, giá trị tác động thƣờng xuyên và giá trị tác động tựa

tĩnh. Khi kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng theo các tình huống thiết kế khác nhau,

thì ngƣời thiết kế cần phải kiểm tra ba loại tổ hợp tác động theo ba loại trạng thái giới

hạn bên trên nhƣ sau:

(1) Tổ hợp đặc trƣng, nếu nhƣ không chấp nhận vi phạm xảy ra;

(2) Tổ hợp thƣờng xuyên, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra trong một giai đoạn và tần

xuất nhất định;

(3) Tổ hợp tựa tĩnh, nếu chấp nhận vi phạm xảy ra lâu dài.

10

Các trạng thái giới hạn sử dụng này ảnh hƣởng đến hình dạng hoặc hiệu quả sử dụng

công trình, do đó cần phải xem xét trong thiết kế, có thể tóm tắt nhƣ sau:

(1) Biến dạng lớn, chuyển vị, lún và nghiêng đều ảnh hƣởng đến hình dạng của công

trình, mức độ tiện nghi cho ngƣời sử dụng và công năng của công trình, và có thể

gây bất lợi cho các cấu kiện hoàn thiện và các phần tử phi kết cấu;

(2) Dao động (bao gồm: gia tốc, biên độ và tần số) đều có thể gây ra bất tiện cho con

ngƣời và ảnh hƣởng đến công năng của công trình.

(3) Phá hoại (bao gồm: phá hoại cục bộ và nứt) ảnh hƣởng đến hình dạng, tuổi thọ

hoặc công năng công trình.

Khi thiết kế theo trạng thái giới hạn thì có nghĩa là sẽ cho phép xảy ra trạng thái giới

hạn sử dụng với giá trị đủ nhỏ. Khi đó, trạng thái giới hạn sử dụng có thể đƣợc kiểm

tra theo 2 cách nhƣ sau:

(1) Bằng cách tính toán hệ số tác động thiết kế Ed (nhƣ: biến dạng, lún lệch, dao

động,…) và sau đó so sánh với các giá trị giới hạn Cd theo bất phƣơng trình sau:

d dE C (I.8)

(2) Bằng phƣơng pháp đơn giản, dựa trên kinh nghiệm tƣơng quan.

Các giá trị thiết kế của tác động và tính chất vật liệu thƣờng bằng với giá trị đặc trƣng

khi sử dụng để kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng SLS. Trong trƣờng hợp lún

lệch, phải sử dụng Module biến dạng đặc trƣng cận trên và cận dƣới để xem xét các

biến đổi cục bộ trong đất.

Về mặt lý thuyết, các giá trị biến dạng giới hạn sẽ đƣợc chỉ định nhƣ là các yêu cầu

thiết kế cho mỗi kết cấu móng và tiêu chuẩn sẽ liệt kê các thành phần liên quan khi

thiết lập các chuyển vị giới hạn. Các giá trị giới hạn cũng có thể đƣợc điều chỉnh để

phù hợp với thực tế và kinh tế hơn cho từng loại công trình.

Có thể thay thế việc kiểm tra khả năng sử dụng bằng tính toán, ta có thể sử dụng một

phƣơng pháp đơn giản hơn mà vẫn đảm bảo rằng cƣờng độ đất nền đƣợc huy động đủ

để kiểm soát đƣợc chuyển vị nằm trong giới hạn sử dụng cho phép. Phƣơng pháp đơn

giản này yêu cầu phải có kinh nghiệm so sánh với loại đất nền tƣơng tự và kết cấu

tƣơng tự. Phƣơng pháp này thƣờng áp dụng cho các loại công trình thông thƣờng và

loại móng thông thƣờng trong các điều kiện đất nền tƣơng đối ít phức tạp.

11

I.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ NỀN MÓNG THEO EUROCODE

Dựa vào các biểu thức:

Hệ quả tác động:

; / ;d F rep k M dE E F X a (I.9)

Hoặc ; / ;d E rep k M dE E F X a (I.10)

Độ bền thiết kế:

; / ;d F rep k M dR R F X a (I.11)

Hoặc ; ; /d F rep k d RR R F X a (I.12)

Hoặc ; / ; /d F rep k M d RR R F X a (I.13)

Trong đó, Ed là hệ quả tác động thiết kế; Rd là độ bền thiết kế; Fref là tác động đại diện;

Xk là thông số đất nền đặc trƣng; ad là kích thƣớc hình học thiết kế của cấu kiện đang

xét; γF, γM và γR lần lƣợt là các hệ số riêng cho tác động, vật liệu và độ bền.

Các biểu thức trên khác nhau về cách phân phối hệ số riêng giữa tác động, tính chất

đất nền và độ bền. Từ đó, sẽ có các tổ hợp khác nhau theo biểu thức này, do đó cũng

có nhiều cách khác nhau để đƣa hệ số riêng vào hàm số E và R của bất phƣơng trình

Ed ≤ Rd, điều này dẫn đến thành lập 3 phƣơng pháp thiết kế (DA) đƣợc sử dụng trong

EN 1997-1. Việc lựa chọn phƣơng pháp thiết kế (DA) còn tùy thuộc vào từng Quốc

Gia. Các vấn đề thiết kế khác nhau sẽ đƣợc giải quyết bằng các phƣơng pháp thiết kế

khác nhau. Việc lựa chọn hệ số riêng theo từng phƣơng pháp thiết kế (DA) cũng tùy

thuộc vào từng Quốc Gia.

Cách kết hợp các hệ số riêng để rút ra hệ quả tác động thiết kế và độ bền theo bất

phƣơng trình Ed ≤ Rd sẽ đƣợc trình bày dƣới dạng ký hiệu, chẳng hạn, A1 „+‟ M1 „+‟

R1. Nghĩa là, hệ số riêng cho tác động γF hoặc hệ quả tác động γE đƣợc trình bày bởi

ký hiệu A và đƣợc chỉ định trong phụ lục A của EN 1997-1, ký hiệu „+‟ chỉ rằng

chúng đƣợc sử dụng tổ hợp với; hệ số riêng γM cho các thông số cƣờng độ (vật liệu)

đất nền (ký hiệu M), cũng đƣợc trình bày trong phụ lục A của EN 1997-1; hệ số riêng

cho độ bền (ký hiệu R) γR, cũng đƣợc trình bày trong phụ lục A của EN 1997-1.

Qui trình để tổ hợp các hệ số riêng đƣợc mô tả bằng ký hiệu ám chỉ rằng một tác động

địa kỹ thuật, hay hệ quả tác động địa kỹ thuật sẽ liên quan đến hai hay nhiều hệ số

12

riêng: An „+‟ Mn. Tƣơng tự, độ bền địa kỹ thuật sẽ liên quan đến hai hay nhiều hệ số

riêng: Mn „+‟ Rn. Tuy nhiên, trong một vài trƣờng hợp, các hệ số riêng này bằng 1.0,

chẳng hạn, M1, R1, và R3. Các hệ số riêng này thay đổi tùy thuộc vào từng phƣơng

pháp thiết kế (DA).

Khi sử dụng hệ số riêng M1 thì ám chỉ rằng những tham số đất nền thiết kế bằng với

tham số đất nền đặc trƣng. Kết quả là các tác động đất nền thiết kế, hệ quả tác động

thiết kế và độ bền thiết kế đều tính toán sử dụng hệ số riêng M1 thì đƣợc xem nhƣ là

tính toán từ các giá trị đặc trƣng, vì chúng đƣợc tính toán từ các thông số đất nền thiết

kế với hệ số riêng bằng 1.0.

I.5.1. Phƣơng pháp thiết kế 1

Thiết kế sẽ kiểm tra phá hoại trong đất và trong kết cấu tách biệt bằng cách sử dụng

hai tổ hợp hệ số riêng khác nhau.

Các hệ số riêng đƣợc áp dụng cho nguồn gốc phát sinh, chẳng hạn, cho tác động đại

diện và cho các thông số cƣờng độ đất nền đặc trƣng (nhƣ c‟ và tanυ‟ hoặc cu), sử

dụng biểu thức Rd = R{γFFrep; Xk/γM; ad}.Tuy nhiên, ngoại trừ thiết kế cọc và neo, có

thể sử dụng hệ số riêng cho độ bền để đo hoặc tính toán theo biểu thức Rd = R{γFFrep;

Xk; ad}/γR.

Các hệ số riêng thƣờng đƣợc áp dụng trực tiếp cho tác động đại diện nhƣ Ed =

E{γFFrep; Xk/γM; ad}, ngoại trừ một vài trƣờng hợp đặc biệt, thì các hệ số riêng sẽ đƣợc

áp dụng cho hệ quả tác động nhƣ sau: Ed = γEE{Frep; Xk/γM; ad}.

I.5.1.1. Tổ hợp 1:

Các hệ số riêng đƣợc tổ hợp theo A1 „+‟ M1 „+‟ R1. Mục đích là để thiết kế an toàn

đối với các yếu tố bất lợi của tác động, hoặc hệ quả tác động từ tác động đặc trƣng,

trong khi đó những tính chất đất nền thiết kế bằng với giá trị đặc trƣng. Vì thế, đối với

các tác động bất lợi (hoặc hệ quả của chúng), tính toán theo tổ hợp 1 yêu cầu sử dụng

A1 của bảng A.3, phụ lục A trong EN 1997-1 (chẳng hạn, γG = 1.35 và γQ = 1.5); đối

với những tác động có lợi, giá trị đề nghị là γG = 1.0 và γQ = 0. Đối với độ bền đất nền,

tính toán yêu cầu sử dụng M1 của bảng A.4, phụ lục A trong EN 1997-1 và R1 của

bảng A.5 đến A.8 của phụ lục A trong EN 1997-1 (chẳng hạn, γM = γR = 1.0).

I.5.1.2. Tổ hợp 2:

Các hệ số riêng đƣợc tổ hợp theo A2 „+‟ M2 „+‟ R1. Mục đích là để thiết kế an toàn

theo các tính chất cƣờng độ đất nền đặc trƣng và sự không chắc chắn trong mô hình

tính toán, trong khi đó, tĩnh tải thiết kế bằng với tĩnh tải đại diện và hoạt tải bất lợi

13

thiết kế lớn hơn hoạt tải bất lợi đại diện. Vì thế, đối với tác động (hoặc hệ quả tác

động), khi tính toán theo tổ hợp 2 thì sử dụng A2 của bảng A.3, phụ lục A trong EN

1997-1 (chẳng hạn, γG = 1.0 đối với tĩnh tải bất lợi và có lợi, γQ = 1.3 đối với hoạt tải

bất lợi và γQ = 0 đối với hoạt tải có lợi). Đối với độ bền đất nền, tính toán yêu cầu sử

dụng M2 của bảng A.4 và R1 của bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14, phụ lục A

trong EN 1997-1.

Để thiết kế cọc và neo, độ bền thiết kế đƣợc tính toán sử dụng M1 của bảng A.4, phụ

lục A của EN 1997-1 (γM = 1.0) và hệ số riêng R4 từ bảng A.6 đến A.8 hoặc A.12 của

phụ lục A, EN 1997-1. Các tác động bất lợi thiết kế lên cọc và neo cũng đƣợc tính

toán bằng cách sử dụng hệ số riêng A2 và M2.

Trong thiết kế, không phải lúc nào cũng áp dụng tất cả các tổ hợp. Thông thƣờng, khi

thiết kế địa kỹ thuật thì dùng tổ hợp 2, thiết kế kết cấu dùng tổ hợp 1. Vì vậy, thông

thƣờng trong thiết kế địa kỹ thuật, dùng tổ hợp 2 để xác định kích thƣớc của các phần

tử địa kỹ thuật, sau đó dùng tổ hợp 1 để kiểm tra lại các kích thƣớc này. Cũng tƣơng

tự, sử dụng tổ hợp 2 để xác định cƣờng độ phần tử kết cấu, và sử dụng tổ hợp 1 để

kiểm tra lại chúng.

I.5.2. Phƣơng pháp thiết kế 2

Trong phƣơng pháp này, chỉ sử dụng một loại tổ hợp các hệ số riêng để tính toán kiểm

tra trạng thái giới hạn cực hạn trong đất và trong kết cấu. Sử dụng tổ hợp các hệ số

riêng A1 „+‟ M1 „+‟ R2. Các hệ số riêng áp dụng cho tác động đất nền và tác động kết

cấu đều giống nhau. Các hệ số riêng áp dụng cho độ bền đất nền và hoặc cho tác động

hoặc cho hệ quả tác động. Kết quả thu đƣợc sẽ khác nhau khi áp dụng hệ số riêng cho

tác động hoặc hệ quả tác động.

Đối với phƣơng pháp mà hệ số riêng đƣợc nhân cho tác động, sử dụng hệ số riêng A1

của bảng A.3, M1 bảng A.4 (γM = 1.0) và R2 bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14 của

phụ lục A, EN 1997-1.

Đối với phƣơng pháp mà hệ số riêng đƣợc nhân cho hệ quả tác động, các hệ số giống

nhau sẽ đƣợc sử dụng để tính toán E và R theo tác động thiết kế và các thông số cƣờng

độ đất nền thiết kế bằng với giá trị đặc trƣng của chúng. Trong phƣơng pháp này, sử

dụng các biểu thức Ed = γE.E{Frep; Xk; ad} và Rd = R{Frep; Xk; ad}/γR , vì thế có thể

thiết lập mối quan hệ trực tiếp giữa hệ số an toàn tổng thể η = Rk/Ek với Ed ≤ Rd nhƣ

sau: γE.E{Frep; Xk; ad} ≤ R{Frep; Xk; ad}/γR thì hệ số an toàn là η = γE.γR .

Chú ý rằng, γE là hệ số tổ hợp, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa tĩnh tải với hoạt tải. Thừa số

γE.γR cũng phụ thuộc vào tỷ số này, nhƣng hệ số an toàn tổng thể truyền thống η lại

độc lập với chúng.

14

I.5.3. Phƣơng pháp thiết kế 3

Trong phƣơng pháp thiết kế này, chỉ sử dụng một loại tổ hợp hệ số riêng để tính toán

kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn trong đất và trong kết cấu. Sử dụng tổ hợp các hệ

số riêng (A1 hoặc A2) „+‟ M2 „+‟ R3. Các tác động đặc trƣng xuất phát từ kết cấu (tác

động kết cấu) sẽ đƣợc nhân với hệ số A1 trong bảng A3. Các tác động thiết kế xuất

phát từ đất nền hoặc thông qua đất nền (tác động địa kỹ thuật) sử dụng hệ số riêng cho

cƣờng độ đất nền M2 trong bảng A.4. Độ bền thiết kế của đất nền đƣợc rút ra bằng

cách áp dụng hệ số riêng M2 trong bảng A.4 cho các thông số cƣờng độ đất nền và hệ

số riêng cho độ bền R3 trong bảng A.5 đến A.8 và A.12 đến A.14 của phụ lục A, EN

1997-1.

15

Chƣơng II

TÁC ĐỘNG, TỔ HỢP TÁC ĐỘNG VÀ ĐỘ BỀN THIẾT KẾ

II.1. TÁC ĐỘNG

II.1.1. Tổng quan về tác động

Eurocode định nghĩa tải trọng là tác động, tổ hợp tải trọng chính là tổ hợp tác động.

Theo Decoding Eurocode 7 của Adrew Bond & Adrew Haris, việc sử dụng từ “tác

động” để mô tả tải trọng (và những đại lƣợng khác gây ra tải trọng) xuất phát từ định

luật III Newton:

“Với mỗi tác động luôn luôn có một phản lực tương ứng”

(Trích từ Decoding Andrew Bond & Andrew Harris)

Trong Eurocode, thành phần “phản lực” này chính là hệ quả tác động. Do đó, các

thành phần liên quan đến tải trọng theo Eurocode bao gồm: tác động, tổ hợp tác động

và hệ quả tác động.

Phân loại tác động theo EN 1990 nhằm cung cấp các mô hình tác động cơ bản và có

thể kiểm soát đƣợc mức độ tin cậy của kết cấu. Mục đích của sự phân loại này là xác

định sự giống nhau và khác nhau giữa các tác động đặc trƣng để từ đó có thể sử dụng

các mô hình tác động lý thuyết và các yếu tố độ tin cậy vào trong thiết kế. Một mô

hình tác động hoàn thiện có thể mô tả một vài tính chất của tác động nhƣ: độ lớn, dấu,

phƣơng chiều và thời gian tồn tại.

Việc phân loại tác động và những ảnh hƣởng của môi trƣờng có xét đến các yếu tố

sau:

(1) Sự biến đổi theo thời gian;

(2) Hình thức tác động (trực tiếp hay gián tiếp);

(3) Sự biến đổi theo không gian (cố định hay tự do);

(4) Bản chất của kết cấu (tĩnh và động).

Phân loại tác động dựa vào sự biến đổi theo thời gian:

(1) Tĩnh tải G, là tải trọng tác dụng suốt công trình, giá trị biến đổi độ lớn của tác động

theo thời gian có thể bỏ qua, sự biến đổi phƣơng tác dụng là giống nhau (đẳng

hƣớng) cho đến khi đạt đến giá trị cực hạn của tác động. Chẳng hạn, trọng lƣợng

16

bản thân kết cấu hoặc trọng lƣợng thiết bị cố định hay mặt đƣờng; bao gồm cả

những tác động gián tiếp gây co ngót bê tông hoặc lún lệch.

(2) Hoạt tải Q, là tải trọng có thể thay đổi cả về độ lớn lẫn phƣơng chiều tác dụng.

Chẳng hạn, tải tác dụng lên sàn nhà hoặc bản mặt cầu, tải gió,..

(3) Tải đặc biệt A, là tải trọng xảy ra tƣơng đối ngắn nhƣng giá trị rất lớn, tác động

ngẫu nhiên lên kết cấu trong quá trình tồn tại của công trình. Chẳng hạn, cháy, nổ

hay va chạm đột ngột. Tác động do động đất cũng đƣợc xem là tác động đặc biệt,

ký hiệu AE.

Việc phân loại này rất hữu dụng để thiết lập tổ hợp tác động. Tuy nhiên, những cách

phân loại khác cũng đóng vai trò quan trọng để đánh giá giá trị đặc trƣng của tác động.

Trong nhiều trƣờng hợp, những quyết định của kỹ sƣ là rất cần thiết để xác định bản

chất của một vài tác động, chẳng hạn, trọng lƣợng bản thân cầu trục là tĩnh tải, nhƣng

tải trọng nâng có thể là hoạt tải. Việc này rất quan trọng khi lựa chọn hệ số riêng trong

tổ hợp tác động.

Phân loại dựa vào hình thức tác động:

Nhằm phân biệt giữa tác động trực tiếp với tác động gián tiếp, tác động trực tiếp thì tác

dụng trực tiếp lên kết cấu, và thƣờng đƣợc sử dụng để xác định những tính chất độc

lập của kết cấu hoặc ứng xử của kết cấu. Hiện tƣợng co ngót trong bê tông là một loại

tác động gián tiếp, nhƣng hiện tƣợng từ biến trong bê tông không là tác động bởi vì từ

biến là hệ quả của tác động. Lún lệch cũng đƣợc xem là tác động gián tiếp.

Phân loại theo sự biến đổi không gian:

Bao gồm tác động tự do và tác động cố định. Tác động tự do là tác động mà có thể tác

dụng lên bất kỳ vị trí nào của kết cấu trong một phạm vi nhất định, chẳng hạn nhƣ tải

trọng giao thông trên đƣờng và cầu. Trái ngƣợc với tác động tự do là tác động cố định,

chúng chỉ tác dụng tại một vị trí cố định đã đƣợc chỉ định sẵn nhƣ trọng lƣợng của các

thiết bị cố định: cầu trục cố định,…

Phân loại dựa trên bản chất tác động hoặc ứng xử của kết cấu: đƣợc chia thành 2 loại

tải trọng:

(1) Tải trọng tĩnh, là loại tác động không gây ra gia tốc đáng kể cho kết cấu hoặc phần

tử kết cấu;

(2) Tải trọng động, là loại tác động gây ra gia tốc đáng kể cho kết cấu hoặc phần tử

kết cấu.

17

Thông thƣờng, hệ quả của tải trọng động đƣợc xem nhƣ là tác động tựa tĩnh vì làm

tăng thêm hoặc tạo ra thêm tải trọng tĩnh lên kết cấu. Một vài loại hoạt tải (tĩnh hoặc

động) đã tạo nên ứng suất biến thiên làm xuất hiện hiện tƣợng mỏi trong vật liệu kết

cấu.

Hầu hết tất cả các tác động đều đơn hƣớng, chúng có thể có một vài giá trị đặc trƣng.

Chẳng hạn nhƣ trọng lƣợng bản thân của vật liệu có độ biến động lớn (với hệ số biến

động dao động từ 0.05÷0.1, phụ thuộc vào loại kết cấu), nên sẽ có 2 loại hệ quả tác

động là có lợi và bất lợi. Do đó, 2 giá trị đặc trƣng này (biên dƣới và biên trên) cũng

cần đƣợc xem xét trong tính toán thiết kế.

EN 1990 cũng xem xét đến những ảnh hƣởng của môi trƣờng xung quanh kết cấu nhƣ

hóa học, lý học và sinh học nhƣ là một nhóm tác động riêng biệt. Những ảnh hƣởng

này thông thƣờng là những tác động cơ học; đặc biệt chúng có thể đƣợc phân loại theo

mức độ thay đổi theo thời gian nhƣ tĩnh tải (chẳng hạn, tác dụng của hóa chất), hoạt tải

(chẳng hạn, ảnh hƣởng của nhiệt độ và độ ẩm) và tải trọng đặc biệt (chẳng hạn, hiện

tƣợng lan rộng xâm thực của hóa chất). Nói chung, những tác động của môi trƣờng có

thể gây ra hiện tƣợng lão hóa của vật liệu theo thời gian và có thể làm giảm mức độ tin

cậy dần dần của kết cấu.

Trong thiết kế địa kỹ thuật, một điều rất quan trọng mà ngƣời thiết kế cần xác định rõ

là phải xác định chính xác tác động thuộc về đất nền hay tác động thuộc về kết cấu. Vì

nguồn gốc của mỗi loại tác động sẽ quyết định đến hệ số riêng đƣợc áp dụng cho

chúng khi xét hệ quả tác động. Chính vì vậy, trong thiết kế nền móng, ta phải xác định

đƣợc nguồn gốc của tác động đất nền.

II.1.2. Tác động thuộc về đất nền

Trong thiết kế địa kỹ thuật, các tác động sau cần xem xét: dung trọng đất, đá và nƣớc;

ứng suất trong đất; áp lực đất; áp lực nƣớc tự do, bao gồm cả áp lực sóng nƣớc; áp lực

nƣớc ngầm; áp lực thấm; tĩnh tải và hoạt tải do kết cấu bên trên; tải phân bố mặt đất;

lực neo; dở tải đất, bao gồm cả đào đất; tải giao thông; tải trọng do khai thác khoáng

sản, công trình ngầm; trƣơng nở và co ngót do sự thay đổi của khí hậu hoặc độ ẩm;

chuyển vị do trƣợt hoặc lún của khối đất; chuyển vị do phong hóa, phân tán, nén lại và

giản nở; chuyển vị và gia tốc do động đất, nổ, dao động và tải trọng động; ảnh hƣởng

của nhiệt độ, bao gồm cả tác động gây đóng băng; ứng lực trƣớc của neo và giằng

trong đất; ma sát âm.

Trong thiết kế móng cọc, tĩnh tải và hoạt tải từ kết cấu bên trên, tải phân bố bề mặt và

tải giao thông, chuyển vị của đất nền là những tác động thƣờng xuyên cần đƣợc xem

xét trong thiết kế. Thông thƣờng, trong thiết kế móng cọc có sự tách biệt giữa thiết kế

cọc chịu tải đứng với cọc chịu tải ngang.

18

Những tác động do chuyển vị của đất nền:

Những tác động gây ra do chuyển vị của đất nền đều ảnh hƣởng đến móng cọc, và

thƣờng dẫn đến sự tƣơng tác giữa đất với kết cấu móng. Các loại chuyển vị đất nền

điển hình cần xem xét nhƣ: lún do ma sát âm (chẳng hạn, ma sát âm dọc theo thân

cọc); hiện tƣợng trồi lên của đất do đẩy trồi; chuyển vị ngang của đất do tải ngang.

Các phƣơng pháp thiết kế cọc thƣờng xem các chuyển vị này là tác động tác dụng

thêm lên cọc. Để đảm bảo an toàn, các thông số độ cứng và độ bền của đất nền phải

lấy giá trị cận trên. Thật vậy, chọn giá trị cận trên để tính toán sẽ là trƣờng hợp an toàn

nhất để đánh giá những ảnh hƣởng bất lợi của chuyển vị đất nền đến cọc.

Eurocode 7 yêu cầu phải sử dụng một trong hai phƣơng pháp sau để thiết kế móng cọc

chịu tải do chuyển vị ngang của đất nền:

(1) Hoặc xem chuyển vị đất nền nhƣ là một tác động đƣợc đƣa vào tính toán thiết kế

thông qua phân tích tƣơng tác giữa đất nền với cọc; đây là phƣơng pháp phân tích

dựa vào đƣờng cong t-z và p-y (trong đó, z và y là chuyển vị tƣơng đối của cọc so

với đất nền; t là thời gian; p là tải trọng tác dụng).

(2) Hoặc xem chuyển vị đất nền nhƣ là một tác động tác dụng thêm lên cọc. Giá trị

này phải lấy giá trị cận dƣới của tác động đặc trƣng.

Ma sát âm:

Thông thƣờng khi thiết kế cọc chịu ma sát âm là đánh giá giá trị lớn nhất của ma sát

âm. Tuy nhiên, việc xác định giá trị lớn nhất có thể của lực ma sát âm là hơi phi lý, đặc

biệt khi độ lún của đất nền nhỏ hoặc chiều dày của lớp đất gây ma sát âm tƣơng đối

mỏng. Trong những tình huống này, cần phân tích tƣơng tác giữa đất nền xung quanh

với cọc. Mục đích của sự phân tích này là xác định điểm trung hòa trong lớp đất có

xảy ra ma sát âm, là vị trí mà tại đó độ lún của đất nền bằng với độ lún của cọc, nghĩa

là lực tƣơng tác giữa đất nền với thân cọc từ lực ma sát âm làm cọc lún thêm chuyển

thành lực ma sát dƣơng chống lại độ lún của cọc. Phƣơng pháp này sử dụng đƣờng

cong t-z để phân tích lực ma sát âm.

Cần đánh giá thận trọng giá trị cận trên của các tham số cƣờng độ đất nền khi xác định

tác động tiềm ẩn tác dụng lên cọc do ma sát âm. Trong trƣờng hợp này, cƣờng độ đất

nền sẽ làm tăng thêm tải trọng tác dụng lên cọc. Do đó, khi thiết kế cần xem xét giá trị

cận trên của cƣờng độ đất nền khi xác định tác động thiết kế và giá trị cận dƣới của

cƣờng độ đất nền khi xác định độ bền.

19

Đẩy trồi:

EN 1997-1 yêu cầu hiện tƣợng chuyển vị hƣớng lên nên đƣợc xem là một tác động và

cần phân tích sự tƣơng tác giữa đất nền với kết cấu. Sở dĩ ta có thể sử dụng phƣơng

pháp phân tích tƣơng tác này là do chuyển vị đứng này thƣờng rất nhỏ.

Tải ngang:

Trƣờng hợp này cũng thƣờng xảy ra khi cọc chịu tải ngang do chuyển vị ngang của đất

nền. Các tình huống thiết kế sau cần đƣợc xem xét khi cọc chịu tải ngang nhƣ sau: sự

chênh lệch về sự phân bố tải bề mặt xung quanh cọc (chẳng hạn, móng cọc gần khối

đất đắp); đào đất gần móng cọc (chẳng hạn, móng cọc gần mặt trƣợt); móng cọc đƣợc

thi công gần mái dốc; cọc nghiêng; cọc trong vùng có động đất. Trƣờng hợp này rất

phổ biến đối với móng cọc ở mố trụ cầu. Eurocode 7 yêu cầu phân tích tƣơng tác giữa

đất với cọc khi cọc chịu tải ngang. Sử dụng lý thuyết dầm kê trên những lò xo đàn hồi

đƣợc đặc trƣng bởi module đàn hồi ngang của phản lực đất nền.

II.1.3. Phân biệt giữa tác động có lợi với tác động bất lợi

Eurocode nhấn mạnh cần phân biệt giữa tác động có lợi (ổn định) và tác động bất lợi

(mất ổn định), đƣợc phản ánh thông qua hệ số riêng γF áp dụng cho từng tác động.

Những tác động bất lợi (gây mất ổn định) sẽ đƣợc tăng lên thông qua hệ số riêng

(chẳng hạn, γF > 1) và những tác động có lợi (ổn định) đƣợc giảm xuống hoặc không

đổi (chẳng hạn, γF ≤ 1). Các giá trị hệ số riêng này đƣợc trình bày trong phần Bảng tra

hệ số.

II.1.4. Tác động đặc trƣng

Tất cả các tác động (bao gồm các ảnh hƣởng của môi trƣờng) đều đƣợc đƣa vào trong

tính toán thiết kế dƣới dạng tác động đại diện. Hầu hết các tác động đại diện Frep đều

xuất phát từ tác động đặc trƣng Fk. Các giá trị này phụ thuộc vào dữ liệu có sẵn hoặc

kinh nghiệm, các giá trị đặc trƣng đều đƣợc chỉ định trong các tiêu chuẩn Eurocode là

những giá trị trung bình, giá trị cận trên hoặc cận dƣới hoặc giá trị danh định (giá trị

danh định là giá trị không phải đƣợc xác định từ phƣơng pháp xác suất thống kê, là

những giá trị đƣợc chỉ định trong tiêu chuẩn thiết kế, hoặc trong những qui định thiết

kế, hoặc trong những chỉ định thiết kế riêng cho một dự án đặc biệt nào đó, các tác

động loại này thƣờng đƣợc sử dụng trong tình huống thiết kế đặc biệt). Ngoại trừ một

vài tác động đƣợc chỉ định riêng trong thiết kế hoặc do cấp có thẩm quyền chỉ định,

còn phần lớn các tác động đều đƣợc hƣớng dẫn trong EN 1990 và EN 1991.

20

Tĩnh tải:

Liên quan đến việc xác định tĩnh tải G, đặc biệt là xác định trọng lƣợng bản thân của

các loại vật liệu truyền thống, thì có thể sử dụng dữ liệu thống kê để xác định. Nếu

mức độ biến động của tĩnh tải là nhỏ, thì có thể sử dụng một giá trị tĩnh tải đặc trƣng

Gk. Thƣờng thì Gk là giá trị trung bình.

Khi độ biến động của tĩnh tải lớn, thì có thể sử dụng hai giá trị của tĩnh tải: giá trị cận

trên Gk,sup và giá trị cận dƣới Gk,inf.

Độ biến động của tĩnh tải đƣợc giả định là nhỏ nếu hệ số biến động trong suốt quá

trình tồn tại (tuổi thọ thiết kế) của công trình là không đƣợc lớn hơn 0.05÷0.1 và phụ

thuộc vào loại kết cấu. Giá trị biến động này áp dụng cho trọng lƣợng bản thân kết cấu

của các công trình dân dụng. Đối với công trình cầu, đặc biệt là cầu nhịp lớn, hệ số

biến động cho trọng lƣợng bản thân có thể lớn hơn, chẳng hạn 0.02÷0.05.

Tuy nhiên, nếu kết cấu rất nhạy với độ biến động của tĩnh tải (chẳng hạn, kết cấu bê

tông dự ứng lực), thì cần xem xét đến hai giá trị của tĩnh tải (cận trên và cận dƣới),

thậm chí nếu hệ số biến động là nhỏ thì cũng phải xem xét cả hai giá trị này.

Đối với trọng lƣợng bản thân, chỉ sử dụng một giá trị, Gk đƣợc giả định là giá trị trung

bình μG, tính toán dựa trên kích thƣớc danh định và khối lƣợng riêng trung bình,

những giá trị tĩnh tải đƣợc cung cấp trong EN 1991-1-1 – Dung trọng, khối lượng

riêng và hoạt tải tác dụng lên công trình nhà. Trong các trƣờng hợp khác, thì sử dụng

hai giá trị: giá trị cận dƣới Gk,inf và giá trị cận trên Gk,sup tƣơng ứng với điểm phân vị

5% và 95%. Trọng lƣợng bản thân đƣợc xác định theo biểu đồ phân bố chuẩn Gause.

21

Hình II. 1: Xác định giá trị đặc trƣng cận dƣới (Xk,inf) và cận trên (Xk,sup) dựa trên

phân bố chuẩn

Đối với tĩnh tải, các giá trị cận trên Gk,sup và cận dƣới Gk,inf đƣợc xác định nhƣ sau:

,inf

,sup

1.64 1 1.64

1.64 1 1.64

k G G G G

k G G G G

G V

G V

(II.1)

Trong đó, μG – giá trị trung bình của tĩnh tải; VG – hệ số biến động, đối với tĩnh tải

thƣờng chọn VG = 0.1, nghĩa là tĩnh tải Gk,inf và Gk,sup sẽ nhỏ hơn và lớn hơn 16.4% so

với giá trị trung bình μG.

Trong một vài trƣờng hợp đặc biệt (chẳng hạn, kiểm tra ổn định lật và kiểm tra cƣờng

độ của tƣờng chắn) thì sử dụng cả hai giá trị cận dƣới Gk,inf và cận trên Gk,sup để thiết

kế.

Tải dự ứng lực là loại tải đặc biệt và đƣợc xem nhƣ là một tĩnh tải. Tĩnh tải do ứng suất

trƣớc P có thể là kiểm soát về lực (chẳng hạn, ứng lực do kéo cáp ứng suất trƣớc) hoặc

kiểm soát về biến dạng (chẳng hạn, ứng suất trƣớc do chuyển vị cƣỡng bứt tại gối tựa).

Tuy nhiên, về mặt hình thức, thì ứng lực P là một loại tác động phụ thuộc vào thời

gian (đơn điệu) và giá trị đặc trƣng cũng phụ thuộc vào thời gian.

22

Hoạt tải:

Hầu hết các hoạt tải đặc trƣng Qk đƣợc xác định thông qua phƣơng pháp xác suất

thống kê. Trong một vài trƣờng hợp, giá trị đặc trƣng này có thể là giá trị danh định.

Theo phƣơng pháp thống kê, hoạt tải đặc trƣng Qk có thể là giá trị cận trên (phổ biến

nhất), hoặc là giá trị cận dƣới.

Tác động đặc biệt:

Các dữ liệu thống kê cho tác động đặc biệt thì rất ít so với tĩnh tải và hoạt tải. Giá trị

thiết kế Ad nên đƣợc chỉ định cho từng dự án; đối với tác động động đất đƣợc chỉ định

trong EN 1998 – Thiết kế công trình chịu động đất. Chú ý rằng:

- Tác động động đất đƣợc chỉ định trong EN 1998 – Thiết kế công trình chịu động

đất.

- Tải trọng đặc biệt do cháy đƣợc chỉ định trong EN 1991-1-2 – Tác động lên kết cấu

do cháy.

- Nổ hay va chạm đƣợc chỉ định trong EN 1991-1-7 – Tác động đặc biệt do va chạm

và nổ.

- Những tác động lên cầu cho tình huống thiết kế đặc biệt theo EN 1991-2 – Tải

trọng giao thông lên cầu.

II.1.5. Hoạt tải đại diện

Bên cạnh tác động đặc trƣng, EN 1990 cũng đƣa ra hoạt tải đại diện. Có 3 loại hoạt tải

đại diện thƣờng đƣợc sử dụng: giá trị tổ hợp ψ0Qk, giá trị thƣờng xuyên ψ1Qk và giá trị

tựa tĩnh ψ2Qk. Các hệ số ψ0, ψ1 và ψ2 là những hệ số giảm hoạt tải đặc trƣng, nhƣng có

ý nghĩa khác nhau.

ψ, gọi là hệ số tổ hợp, xét đến yếu tố làm giảm xác suất xảy ra đồng thời của hai (hay

nhiều) hoạt tải độc lập.

Đối với tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời của trạng thái giới hạn cực hạn và tổ

hợp đặc trƣng của trạng thái giới hạn sử dụng, chỉ những hoạt tải tiếp theo (trừ hoạt tải

đầu tiên) thì mới sử dụng hệ số ψ. Trong những trƣờng hợp khác (đối với tình huống

thiết kế đặc biệt của trạng thái giới hạn cực hạn và các tổ hợp của trạng thái giới hạn

sử dụng), thì các hoạt tải đầu tiên và các hoạt tải tiếp theo đều sử dụng hệ số ψ. Nếu

gặp khó khăn trong việc quyết định đâu là tác động đầu tiên thì ngƣời thiết kế cần phải

so sánh tƣơng quan giữa chúng với nhau.

Các giá trị của 3 hệ số riêng ψ0, ψ1 và ψ2 cho công trình dân dụng đƣợc đƣa ra trong

phần Bảng tra hệ số.

23

Việc áp dụng các hệ số này để kiểm tra các trạng thái giới hạn cực hạn và trạng thái

giới hạn sử dụng đƣợc tóm tắt trong bảng sau:

Bảng II. 1: Áp dụng hệ số ψ cho hoạt tải đầu tiên và hoạt tải tiếp theo của trạng thái

giới hạn cực hạn và trạng thái giới hạn sử dụng

(Theo Designers’ Guide to EN 1990, H Gulvanessian, J-A Calgaro & M Holicky)

Giá trị tổ hợp ψ0Qk kết hợp với tổ hợp tác động theo trạng thái giới hạn sử dụng không

phục hồi (nhƣ: nứt trong kết cấu bê tông, lún, chuyển vị ngang, góc xoay,...) và trạng

thái giới hạn cực hạn để làm giảm xác suất xảy ra đồng thời của một vài tác động độc

lập bất lợi. Đối với công trình dân dụng, thông thƣờng lấy ψ0 = 0.7 cho một vài tác

động.

Giá trị thƣờng xuyên ψ1Qk kết hợp với tổ hợp thƣờng xuyên trong trạng thái giới hạn

sử dụng, và cũng đƣợc sử dụng để kiểm tra tình huống thiết kế đặc biệt theo trạng thái

giới hạn cực hạn. Cả hai trƣờng hợp trên, hệ số giảm ψ1 đều nhân cho hoạt tải đầu tiên.

Mục đích chính của giá trị tựa tĩnh ψ2Qk là để đánh giá hiệu ứng dài hạn, chẳng hạn

hiệu ứng từ biến trong kết cấu cầu bê tông dự ứng lực. Tuy nhiên, chúng cũng đƣợc sử

dụng nhƣ là những hoạt tải đại diện trong tổ hợp tác động đặc biệt và động đất (trạng

thái giới hạn cực hạn) và để kiểm tra những tổ hợp thƣờng xuyên và tựa tĩnh (hiệu ứng

dài hạn) của trạng thái giới hạn sử dụng. Thông thƣờng, hệ số ψ2 tƣơng đối nhỏ, chẳng

hạn, đối với công trình văn phòng, thì giá trị ψ0 = 0.7, ψ1 = 0.5 và ψ2 = 0.3.

Giá trị đại diện ψ0Qk, ψ1Qk và ψ2Qk và các giá trị đặc trƣng khác sẽ đƣợc sử dụng để

xác định giá trị thiết kế của tác động và tổ hợp tác động. Việc áp dụng chúng để kiểm

tra các trạng thái giới hạn cực hạn và các trạng thái giới hạn sử dụng đã đƣợc trình bày

bên trên.

Lâu dài và tạm thời tiếp theo - -

Động đất - - tất cả hoạt tải

Đặc trƣng tiếp theo - -

Thƣờng xuyên - đầu tiên tiếp theo

Tựa tĩnh - - tất cả hoạt tải

Sử dụng

Tình huống thiết

kế hoặc tổ hợp

Trạng thái

giới hạnψ0 ψ1 ψ2

(đầu tiên) và

tiếp theoCực hạn Đặc biệt - (đầu tiên)

24

II.1.6. Tác động thiết kế

Giá trị thiết kế Fd của một tác động F đƣợc trình bày nhƣ sau:

.d f repF F (II.2)

Tác động đại diện Frep sẽ đƣợc sử dụng trong tổ hợp tác động. Đó có thể là tác động

đặc trƣng Fk (chẳng hạn, giá trị đại diện chính), giá trị tổ hợp ψ0Fk, giá trị thƣờng

xuyên hoặc giá trị tựa tĩnh (ψ1Fk, ψ2Fk). Do đó, EN 1990 chấp nhận ký hiệu giá trị đại

diện nhƣ sau:

.rep kF F (II.3)

Trong đó, ψ = 1 hoặc ψ0, ψ1 hoặc ψ2; γf là hệ số riêng cho tác động có xét đến yếu tố

bất lợi của tác động từ tác động đại diện.

Một hệ thống các yếu tố an toàn (bao gồm hệ số γ, hệ số ψ và tác động đặc trƣng Fk)

chỉ áp dụng cho các trạng thái giới hạn khi giá trị tải trọng là đáng tin cậy (tác động

một chiều). Khi tác động là đa chiều thì chúng phải bao gồm nhiều thông số (chẳng

hạn, các thông số về độ bền mỏi, độ lệch ứng suất Δσ, số chu kỳ N và hằng số độ dốc

của đƣờng cong cƣờng độ m), và khi hệ quả của những thông số này là phi tuyến

(chẳng hạn, ΣΔσimNi), cả hai tác động đại diện và tác động thiết kế đều phụ thuộc vào

cách mà các thông số này ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến các trạng thái giới hạn. Tùy

thuộc vào từng trƣờng hợp cụ thể mà những nguyên lý chi tiết sẽ đƣợc chỉ dẫn trong

Eurocode 1 đến Eurocode 9.

Trong một vài trƣờng hợp, tác động thiết kế còn xét đến ứng xử của kết cấu. Trong các

trƣờng hợp khác, chẳng hạn nhƣ tác động động đất hoặc trƣờng hợp tƣơng tác giữa đất

nền với kết cấu, thì tác động thiết kế nên phụ thuộc vào những tham số ứng xử của kết

cấu.

II.1.7. Hệ quả tác động thiết kế

Hệ quả tác động E là ứng xử của phần tử kết cấu (chẳng hạn, nội lực, moment, ứng

suất hoặc biến dạng) hoặc toàn bộ kết cấu (chẳng hạn, độ võng và góc xoay) khi tác

động tác dụng lên kết cấu, khi đó ứng xử của kết cấu đối với các tác động sẽ tƣơng

ứng với từng trạng thái giới hạn. Hệ quả tác động E phụ thuộc vào tác động F, những

tính chất hình học a và có thể có tính chất vật liệu X. Ví dụ, hệ quả tác động E đại diện

cho moment uốn của một tiết diện phần tử kết cấu: moment uốn này do trọng lƣợng

bản thân, hoạt tải, tải gió tác dụng lên kết cấu.

25

Khi không xét đến tính chất vật liệu, thì hệ quả tác động thiết kế Ed là một hàm số bao

gồm:

, , ;d Sd f i rep i dE E F a với i ≥ 1 (II.4)

Trong đó, γSd là hệ số riêng cho sự không chắc chắn của mô hình (mô hình hệ quả tác

động hoặc mô hình tác động); ad là kích thƣớc hình học thiết kế.

Đối với thiết kế kết cấu thông thƣờng, nghĩa là mối tƣơng quan giữa tác động với hệ

quả tác động là tuyến tính (đây là dạng phổ biến trong kết cấu), thì phƣơng trình trên

đƣợc rút gọn lại nhƣ sau:

, , ;d F i rep i dE E F a với i ≥ 1 (II.5)

Với, , ,.F i Sd f i

Việc tách biểu thức γF = γSd.γf là rất quan trọng khi hệ số thiết kế riêng đƣợc thay thế

bởi việc mô phỏng bằng số của tác động và hệ quả tác động. Chẳng hạn, mô phỏng gió

động ảnh hƣởng đến công trình nhà, khi đó khối lƣợng của tĩnh tải và hoạt tải phải kết

hợp với gió, trong trƣờng hợp này thì chỉ áp dụng γf.

Hệ số riêng γF,1 áp dụng cho toàn bộ hệ quả tổ hợp tác động khi tác động đƣợc nhân

với các hệ số tƣơng ứng, thì có thể sử dụng phƣơng trình sau:

,

,1 ,1 ,

,1

; ;f i

d F k rep i d

f

E E F F a

với i > 1 (II.6)

Phƣơng trình sử dụng hệ số thiết kế riêng trên đƣợc sử dụng trong phân tích phần tử

hữu hạn hoặc cho một vài bài toán địa kỹ thuật, chẳng hạn để tính toán mái vòm

đƣờng hầm.

Eurocode yêu cầu cần phân biệt giữa tĩnh tải có lợi với tĩnh tải bất lợi: từ “có lợi” và

“bất lợi” nên dựa trên hệ quả tác động của chúng. Nếu các tĩnh tải xuất phát từ các

nguồn gốc khác nhau thì chúng sẽ đƣợc nhân với các hệ số riêng khác nhau: γG,sup cho

tĩnh tải bất lợi và γG,inf cho tĩnh tải có lợi.

Trong trƣờng hợp phân tích phi tuyến của kết cấu (chẳng hạn nhƣ: dây cáp, kết cấu

dạng màng), khi hệ quả tác động không tỷ lệ với tác động, thì cần thận trọng khi sử

dụng hệ số riêng. Trong trƣờng hợp chỉ có một tác động F, EN 1990 đề nghị sử dụng

qui tắc sau:

26

Hình II. 2: Áp dụng hệ số mô hình γSd trong trƣờng hợp phân tích phi tuyến (tác động

đơn): (a) Hệ quả tác động tăng nhanh hơn tác động. (b) Hệ quả tác động tăng chậm

hơn tác động

(1) Khi hệ quả tác động E(F) tăng nhanh hơn tác động, hệ số riêng γF nên áp dụng cho

tác động đại diện: Ed = E(γF.Fk)

(2) Khi hệ quả tác động E(F) tăng chậm hơn tác động, hệ số riêng γF nên áp dụng cho

hệ quả tác động đại diện: Ed = γF.E(Fk)

Thực tế thì rất phức tạp, theo EN 1990 thì có nhiều phƣơng pháp „mịn hơn‟ đƣợc chỉ

dẫn trong EN 1991 đến EN 1999 (chẳng hạn, kết cấu dự ứng lực), nên sử dụng phù

hợp cho từng trƣờng hợp. Chẳng hạn, đối với trƣờng hợp có hai tác động liên quan, thì

qui tắc đầu tiên là: Ed = E(γGGk + γQQk) , với γG = γSd.γg và γQ = γSd.γq ; đối với qui tắc

thứ hai, một phƣơng pháp làm „mịn hơn‟ liên quan đến hệ số mô hình γSd kết hợp với

tổ hợp tác động thiết kế G và Q nhƣ sau: Ed = γSdE(γgGk; γqQk).

27

Hình II. 3: Áp dụng hệ số mô hình γSd trong trƣờng hợp phân tích phi tuyến (hai tác

động). (a) Hệ quả tác động tăng nhanh hơn tác động. (b) Hệ quả tác động tăng chậm

hơn tác động. Ký hiệu „+‟: kết hợp với

Đối với thiết kế địa kỹ thuật:

Hệ quả tác động là một hàm số bao gồm trọng lƣợng bản thân, tính chất đất nền và

kích thƣớc hình học. Hai công thức sau là hai công thức tính toán hệ quả tác động thiết

kế khác nhau, phụ thuộc vào phƣơng pháp áp dụng hệ số riêng. Hệ số riêng áp dụng

cho tác động:

Hoặc cho tác động đại diện Frep:

; / ;d F rep k M dE E F X a (II.7)

Hoặc cho hệ quả tác động E(F):

; / ;d E rep k M dE E F X a (II.8)

Trong đó, γF là hệ số riêng cho tác động; γM là hệ số riêng cho tính chất vật liệu; γE là

hệ số riêng cho hệ quả tác động; ad là kích thƣớc hình học thiết kế. Thành phần Xk/γM

đƣợc đƣa vào tính toán hệ quả tác động thuộc về đất nền, chẳng hạn nhƣ áp lực đất.

EN 1997-1:2004, phụ lục B giải thích việc sử dụng hai công thức trên tùy thuộc vào

từng phƣơng pháp thiết kế nhƣ sau:

28

Trong phƣơng pháp thiết kế 1, yêu cầu kiểm tra hai tổ hợp riêng biệt với hai loại hệ số

riêng khác nhau. Trong tổ hợp 1, các hệ số áp dụng cho tác động luôn luôn khác 1,

trong khi đó hệ số áp dụng cho hệ quả tác động là bằng 1. Do vậy, γF ≠ 1 và γE = 1 sẽ

áp dụng cho cả hai phƣơng trình trên. Trong trƣờng hợp đặc biệt (ví dụ, bể chứa chất

lỏng với mực nƣớc cố định) thì γF = 1 và γE ≠ 1. Trong tổ hợp 2, γE luôn luôn bằng 1,

γF ≠ 1 đối với hoạt tải (đối với tĩnh tải γF = 1) . Do đó, ngoại trừ trƣờng hợp đặc biệt,

thì phƣơng pháp thiết kế 1 chỉ sử dụng phƣơng trình:

; / ;d F rep k M dE E F X a (II.9)

Trong phƣơng pháp thiết kế 2, chỉ có một cách tính toán, các hệ số riêng có thể áp

dụng hoặc cho tác động hoặc cho hệ quả tác động, tùy thuộc vào cách tính toán và

từng Quốc Gia. Khi đó, hoặc γE ≠ 1 và γF = 1 hoặc γF ≠ 1 và γE = 1. Do γM = 1 nên có

thể sử dụng một trong hai phƣơng trình sau:

; ;d F rep k dE E F X a (II.10)

Hoặc, ; ;d E rep k dE E F X a (II.11)

Trong phƣơng pháp thiết kế 3, chỉ có một cách tính toán. Tuy nhiên, trong phƣơng

pháp thiết kế này có một sự khác nhau giữa tác động Frep từ kết cấu và tác động từ

hoặc thông qua đất nền Xk. Khi đó, γE ≠ 1 và γF = 1 hoặc γE = 1 và γF ≠ 1. Do đó, có thể

sử dụng một trong hai phƣơng trình sau:

; / ;d F rep k M dE E F X a (II.12)

Hoặc, ; / ;d E rep k M dE E F X a (II.13)

Trong đó,

Ed là hệ quả tác động thiết kế;

Fref là tác động đại diện;

Xk là thông số đất nền đặc trƣng;

ad là kích thƣớc hình học thiết kế;

γE là hệ số riêng cho hệ quả tác động;

γM là hệ số riêng cho thông số đất nền.

29

II.2. TỔ HỢP TÁC ĐỘNG

Một công trình bình thƣờng, khi làm việc sẽ chịu sự tác dụng của nhiều tác động, các

tác động này có thể tác dụng đồng thời hay cũng tác dụng xen kẽ, tác dụng phụ thuộc

hay tác dụng độc lập. Do vậy, để xét đƣợc những tác động của chúng ảnh hƣởng nhƣ

thế nào đến sự làm việc của công trình, thì ta cần xét đến sự tƣơng tác đồng thời hay

riêng lẻ giữa các tác động với nhau. Mặc khác, các tác động này cũng gây ra những

ứng xử khác nhau của kết cấu hay từng phần tử kết cấu, từ đó ảnh hƣởng đến khả năng

chịu lực hay công năng sử dụng của công trình. Chính vì lẻ đó, tùy theo từng tình

huống thiết kế và loại tổ hợp tác động, tùy theo mục đích thiết kế mà ta có thể xét

chúng thuộc loại tổ hợp theo trạng thái giới hạn cực hạn ULS hay trạng thái giới hạn

sử dụng SLS.

Ví dụ:

Để minh họa rõ hơn về từng tổ hợp theo ULS và SLS, ta xét một công trình dân dụng

(nhà cao tầng), chịu tác dụng của tĩnh tải công trình, hoạt tải sử dụng, tải gió và tải

động đất.

Để thuận tiện cho thiết kế cả phần kết cấu và móng, ta sử dụng bảng A1.2(B) – tác

động thiết kế (STR/GEO) để tổ hợp tác động.

Các ký hiệu tải đƣợc sử dụng nhƣ sau:

STT Ký hiệu Loại tác động

1 G Tĩnh tải

2 Q Hoạt tải

3 W Wx Gió theo phƣơng x

Wy Gió theo phƣơng y

4 AEd A

XEd Động đất theo phƣơng x

AY

Ed Động đất theo phƣơng y

Không xét thành phần đứng của tác động động đất vì theo TCXDVN 375:2006 (hay

Eurocode 8) thì khi gia tốc nền lớn hơn 0.25g (hay, 2.5m/s2) mới xét thành phần đứng,

mà theo phụ lục I của TCXDVN 375:2006 thì ở Việt Nam chƣa có khu vực nào mà gia

tốc nền đạt đến giá trị 0.25g (2.5m/s2), cao nhất là ở huyện Mƣờng Lay- Điện Biên (thị

trấn Mƣờng Lay) là 0.1516g (1.516m/s2) < 0.25g (2.5m/s

2).

30

II.2.1. Trạng thái giới hạn cực hạn ULS

Nguyên tắc chung trong EN 1990 là: „mỗi trường hợp tải, hệ quả tác động thiết kế Ed

sẽ được xác định bởi tổ hợp các tác động mà có thể xảy ra đồng thời‟. EN 1990 đề

nghị sử dụng qui tắc sau: „mỗi tổ hợp tác động nên bao gồm một hoạt tải đầu tiên hoặc

một tác động đặc biệt‟.

Để giúp ngƣời thiết kế, EN 1990 cung cấp thêm hai nguyên tắc sau:

Nguyên tắc đầu tiên là: „Khi kết quả kiểm tra rất nhạy với sự thay đổi của tĩnh tải từ vị

trí này đến vị trí khác trong kết cấu, thì các tác động có lợi và bất lợi sẽ được xem xét

như là các tác động riêng lẻ. Điều này áp dụng để kiểm tra cân bằng tĩnh và các trạng

thái giới hạn tương tự‟.

Mệnh đề này rất quan trọng. Cho phép ngƣời thiết kế xem một tĩnh tải (chẳng hạn,

trọng lƣợng bản thân của một dầm liên tục) nhƣ là một tác động: trong tổ hợp các tác

động, tĩnh tải này có thể đƣợc xem nhƣ hoặc là một tác động có lợi (tại vị trí giữa nhịp,

sẽ làm tăng thêm độ cứng EI, từ đó làm giảm độ võng của dầm) hoặc là một tác động

bất lợi (tại vị trí gối tựa, làm tăng thêm moment âm ở gối).

Nguyên tắc thứ hai trong tổ hợp tác động là: „Khi các hệ quả của một tác động (chẳng

hạn, moment uốn và nội lực khác do trọng lượng bản thân kết cấu) không liên kết

hoàn toàn nhau, thì có thể giảm hệ số riêng cho một vài thành phần có lợi‟. Chẳng

hạn, trƣờng hợp cột (dài l, module đàn hồi E, monet quan tính I) chịu nén lệch tâm, lực

nén này sẽ tạo moment lệch tâm M0 tác dụng thêm lên cột, làm tăng thêm độ võng

(phƣơng ngang) của cột Δ0 = (M0.l2)/(8EI), nhƣ vậy khi độ cứng theo phƣơng ngang EI

của cột tăng (chính là tĩnh tải cột khi xét đến trọng lƣợng riêng của bê tông) sẽ làm

giảm chuyển vị ngang của cột, nghĩa là làm giảm ứng suất phá hoại trong cột, nghĩa là

độ cứng tiết diện ngang cột có lợi đến sự làm việc của kết cấu cột, khi đó hệ số riêng

áp dụng cho thành phần có lợi có thể giảm xuống 20%. Nguyên tắc này cũng rất quan

trọng, gợi ý ngƣời thiết kế xem xét đến yếu tố an toàn trong thiết kế.

Biến dạng cƣỡng bức cũng nên xem xét trong trạng thái giới hạn, các biến dạng cƣỡng

bức bao gồm: lún lệch giữa các móng hoặc ngay trong một móng, co ngót trong kết

cấu bê tông, sự thay đổi nhiệt độ,…

Tùy thuộc vào từng tình huống thiết kế cụ thể, mà ta có những loại tổ hợp khac nhau.

31

II.2.1.1. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời (tổ hợp cơ

bản):

Dạng tổng quát cho hệ quả tác động theo EN 1990 trong tình huống thiết kế này là:

, , ,1 ,1 , 0, ,; ; ;d Sd g j k j p q k q i i k iE E G P Q Q với j ≥ 1, i > 1 (II.14)

Hệ số tác động thiết kế sử dụng dạng này đƣợc tính toán thông qua việc:

(1) Đánh giá tác động đặc trƣng;

(2) Đánh giá tác động thiết kế riêng lẻ;

(3) Tính toán hệ quả tổ hợp của các tác động riêng lẻ;

(4) Áp dụng hệ số mô hình không chắc chắn γSd để rút ra hệ quả tác động thiết kế.

Biểu thức trên giả định rằng có nhiều hoạt tải tác dụng đồng thời. Qk,1là hoạt tải đầu

tiên: điều đó có nghĩa là, sử dụng hoạt tải Q1 để xét đến hệ quả tác động bất lợi nhất

nên xét hoạt tải đặc trƣng Qk,1. Những hoạt tải khác nên xét xảy ra đồng thời với hoạt

tải đầu tiên, những hoạt tải này gọi là những hoạt tải tiếp theo và đƣợc đƣa vào tổ hợp

dƣới dạng ψ0,iQk,i. Ví dụ trong công trình nhà, một vài hoạt tải tác dụng đồng thời nhƣ:

hoạt tải sàn, hoạt tải gió,… Ngƣời thiết kế sẽ chọn một hoạt tải làm hoạt tải đầu tiên để

sử dụng trong tổ hợp tác động. Tuy nhiên, khi hoạt tải đầu tiên không rõ ràng, thì mỗi

hoạt tải đều có thể xem nhƣ là một hoạt tải đầu tiên.

Thông thƣờng, các hoạt tải do nhiệt độ thay đổi, co ngót và lún lệch không đƣợc xem

là hoạt tải đầu tiên. Trong trƣờng hợp, nếu muốn tĩnh tải làm tăng thêm hệ quả tác

động của hoạt tải (tạo thêm hiệu ứng bất lợi) thì chọn giá trị cận trên, ngƣợc lại nếu

muốn tĩnh tải làm giảm hệ quả tác động của hoạt tải (tao hiệu ứng có lợi) thi chọn giá

trị cận dƣới của tĩnh tải khi thống kê.

Thƣờng, tổ hợp các hệ quả tác động dựa vào các tác động thiết kế nhƣ sau:

, , ,1 ,1 , 0, ,; ; ;d G j k j P Q k Q i i k iE E G P Q Q với j ≥ 1, i > 1 (II.15)

Giá trị các hệ số γ và ψ cho tác động đƣợc chỉ dẫn trong phụ lục A của EN 1990 và các

hệ số riêng cho tính chất của vật liệu và sản phẩm đƣợc chỉ dẫn trong các Eurocode

(EN 1992 đến EN 1999).

Biểu thức (II.15) đƣợc viết lại dƣới dạng:

, , ,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

(II.16)

32

Trong đó, dấu “+” là tổ hợp với, Σ là tổ hợp hệ quả tác động, P là tác động do ứng suất

trƣớc. Trong các trƣờng hợp phổ biến, thƣờng thì không có tác động do dự ứng lực, tất

cả các hệ số γQ,i là bằng nhau và biểu thức (II.16) trở thành:

, ,sup , ,sup , ,inf , ,inf ,1 0, ,

1

" " " " " "G j k j G j k j Q k i k i

i

G G Q Q

(II.17)

Tuy nhiên, đối với trạng thái giới hạn STR và GEO, EN 1990 cho phép sử dụng hai

biểu thức sau:

, , ,1 0,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

(II.18)

, , ,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "j G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

(II.19)

Trong đó, ξ là hệ số giảm cho tĩnh tải bất lợi G, thƣờng dao động từ 0.85÷1.0. Biểu

thức (II.18), tất cả các hoạt tải đều xét với giá trị tổ hợp ψ0Qk. Biểu thức (II.19), một

hoạt tải đƣợc xác định là hoạt tải đầu tiên, còn các hoạt tải còn lại là các hoạt tải tiếp

theo, nhƣng hệ số giảm áp dụng cho tĩnh tải bất lợi. Biểu thức (II.18) và (II.19) sẽ luôn

cho ra hệ quả tác động thiết kế thấp hơn khi sử dụng biểu thức (II.16). Biểu thức

(II.18) sẽ bất lợi hơn khi hoạt tải lớn hơn tĩnh tải, trong khi đó biểu thức (II.19) sẽ bất

lợi hơn khi tĩnh tải lớn hơn hoạt tải.

EN 1990 chú thích rằng nếu mối tƣơng quan giữa tác động và hệ quả của chúng là phi

tuyến, thì biểu thức (II.14) hoặc (II.15) nên áp dụng trực tiếp, phụ thuộc vào độ tăng

tƣơng đối giữa hệ quả tác động với tác động.

Ví dụ:

Sử dụng biểu thức (II.16) để tổ hợp.

Từ bảng A1.1 (phần Bảng tra hệ số) ta có bảng sau:

Hoạt tải

Gía trị đặc trƣng Qk Qk,es Wx, Wy

(Characteristic value Qk)

Gía trị tổ hợp ψ0Qk 0.7Qk,es

0.6Wx

(Combination value ψ0Qk) 0.6Wy

33

Bảng tổ hợp tác động theo tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời nhƣ sau:

STT Tổ hợp Gk Qk,es Wx Wy

1 U1 1.35 1.5

2 U2 1.35 1.5

3 U2A 1.35 -1.5

4 U3 1.35 1.5

5 U3A 1.35 -1.5

6 U4 1.35 1.5 0.6x1.5 = 0.9

7 U4A 1.35 1.5 -0.6x1.5 = -0.9

8 U5 1.35 1.5 0.6x1.5 = 0.9

9 U5A 1.35 1.5 -0.6x1.5 = -0.9

10 U6 1.35 0.7x1.5 = 1.05 1.5

11 U6A 1.35 0.7x1.5 = 1.05 -1.5

12 U7 1.35 0.7x1.5 = 1.05 1.5

13 U7A 1.35 0.7x1.5 = 1.05 -1.5

II.2.1.2. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế đặc biệt:

Dạng tổng quát của hệ quả tác động cho tình huống thiết kế đặc biệt thì tƣơng tự với

dạng tổng quát của trạng thái giới hạn cực hạn STR/GEO. Trong đó, tác động đầu tiên

là tác động đặc biệt, biểu thức tổng quát cho hệ quả tác động thiết kế là:

, 1,1 2,1 ,1 2, ,; ; ; or ;d k j d k i k iE E G P A Q Q với j ≥ 1, i > 1 (II.20)

Cũng đƣợc viết dƣới dạng:

, 1,1 2,1 ,1 2, ,

1 1

" " " " " " or " "k j d k i k i

j i

G P A Q Q

(II.21)

Tổ hợp này có xét đến:

Tình huống đặc biệt là tình huống không biết trƣớc đƣợc, chẳng hạn nhƣ nổ, cháy

hoặc va chạm xe, diễn ra thời gian ngắn và xác suất xảy ra thấp;

Chấp nhận một số hƣ hại sau khi xảy ra trƣờng hợp đặc biệt;

Phần lớn các tình huống đặc biệt xảy ra khi kết cấu đang sử dụng.

34

Do đó, để tạo ra một tổ hợp đặc biệt gần sát với thực tế, thì các tác động đặc biệt phải

áp dụng trực tiếp; việc chọn giữa giá trị thƣờng xuyên ψ1,1Qk,1 hoặc giá trị tựa tĩnh

ψ2,1Qk,1 phụ thuộc vào từng tình huống thiết kế đặc biệt (nhƣ va chạm, cháy hay vẫn

còn tồn lại ngay sau một tình huống hay sự kiện đặc biệt). Khi không xác định rõ ràng

hoạt tải chính, thì mỗi hoạt tải đều đƣợc xem xét nhƣ là một hoạt tải chính.

Các tổ hợp trong tình huống thiết kế đặc biệt hoặc liên quan trực tiếp đến tác động

thiết kế đặc biệt Ad (chẳng hạn, va chạm) hoặc liên quan đến một tình huống sau một

sự kiện đặc biệt (Ad = 0). Đối với tình huống cháy, Ad liên quan đến tác động thiết kế

gián tiếp là nhiệt độ (là tình huống sau sự kiện đặc biệt).

II.2.1.3. Tổ hợp tác động cho tình huống thiết kế động đất:

Trong hệ thống Eurocode, tác động động đất không nằm trong những tác động đặc biệt

thông thƣờng bởi khác nhau về mức độ nguy hiểm, phụ thuộc vào những yêu cầu về

độ an toàn và công năng sử dụng. Dạng tổng quát của hệ quả tác động nhƣ sau:

, 2, ,; ; ;d k j Ed i k iE E G P A Q với j ≥ 1, i ≥ 1 (II.22)

Hoặc, , 2, ,

1 1

" " " " " "k j Ed i k i

j i

G P A Q

(II.23)

Ví dụ:

Sử dụng biểu thức (II.23) để tổ hợp.

Từ bảng A1.1 (phần Bảng tra hệ số) ta có bảng sau:

Hoạt tải

Gía trị đặc trƣng Qk Qk,es Wx, Wy

(Characteristic value Qk)

Gía trị tổ hợp ψ2Qk 0.3Qk,es 0

(Combination value ψ2Qk)

Bảng tổ hợp tác động theo tình huống thiết kế động đất nhƣ sau:

STT Tổ hợp Gk AX

Ed AY

Ed Qk,es

1 U1 1.0 1.0 0.3

2 U1A 1.0 -1.0 0.3

3 U2 1.0 1.0 0.3

4 U2A 1.0 -1.0 0.3

35

5 U3 1.0 1.0 0.3 0.3

6 U3A 1.0 -1.0 -0.3 0.3

7 U4 1.0 0.3 1.0 0.3

8 U4A 1.0 -0.3 -1.0 0.3

II.2.2. Trạng thái giới hạn sử dụng SLS

Có 3 loại tổ hợp tác động đƣợc đề nghị trong EN 1990: đặc trƣng, thƣờng xuyên và tựa

tĩnh. Lựa chọn tổ hợp tác động cần phụ thuộc vào những yêu cầu về công năng sử

dụng và tiêu chuẩn riêng cho từng dự án, yêu cầu khách hàng hoặc từng Quốc Gia.

II.2.2.1. Tổ hợp đặc trƣng:

Dạng biểu thức tổng quát nhƣ sau:

, ,1 0, ,; ; ;d k j k i k iE E G P Q Q với j ≥ 1, i > 1 (II.24)

Hoặc, , ,1 0, ,

1 1

" " " " " "k j k i k i

j i

G P Q Q

(II.25)

Tổ hợp tác động đặc trƣng này đƣợc xây dựng trên cùng nguyên tắc nhƣ tổ hợp tác

động cơ bản của trạng thái giới hạn cực hạn STR/GEO: các hệ số γ bằng 1, đây cũng là

một dạng bán xác suất khi kiểm tra kết cấu vì phần lớn các hệ số tổ hợp bằng 1.

Tổ hợp đặc trƣng thƣờng đƣợc sử dụng cho các trạng thái giới hạn không phục hồi,

nhƣ kiểm tra giới hạn nứt trong kết cấu bê tông.

Ví dụ: Sử dụng biểu thức (II.25) để tổ hợp.

Từ bảng A1.1 (phần Bảng tra hệ số) ta có bảng sau:

Hoạt tải

Gía trị đặc trƣng Qk Qk,es Wx, Wy

(Characteristic value Qk)

Gía trị tổ hợp ψ0Qk 0.7Qk,es

0.6Wx

(Combination value ψ0Qk) 0.6Wy

36

Bảng tổ hợp tác động theo tổ hợp đặc trƣng nhƣ sau:

STT Tổ hợp Gk Qk,es Wx Wy

1 S1 1.0 1.0 0.6

2 S1A 1.0 1.0 -0.6

3 S2 1.0 1.0 0.6

4 S2A 1.0 1.0 -0.6

5 S3 1.0 0.7 1.0

6 S3A 1.0 0.7 -1.0

7 S4 1.0 0.7 1.0

8 S4A 1.0 0.7 -1.0

II.2.2.2. Tổ hợp thƣờng xuyên:

Dạng tổng quát nhƣ sau:

, 1,1 ,1 2, ,; ; ;d k j k i k iE E G P Q Q với j ≥ 1, i > 1 (II.26)

Hoặc, , 1,1 ,1 2, ,

1 1

" " " " " "k j k i k i

j i

G P Q Q

(II.27)

Tổ hợp thƣờng xuyên thƣờng đƣợc sử dụng cho các trạng thái giới hạn phục hồi, và

cũng tƣơng tự nhƣ tổ hợp tựa tĩnh.

Ví dụ:

Sử dụng biểu thức (II.27) để tổ hợp.

Từ bảng A1.1 (phần Bảng tra hệ số) ta có bảng sau:

Hoạt tải

Gía trị đặc trƣng Qk Qk,es Wx, Wy

(Characteristic value Qk)

Gía trị tổ hợp ψ1Qk 0.5Qk,es

0.2Wx

(Combination value ψ1Qk) 0.2Wy

Gía trị tổ hợp ψ2Qk 0.3Qk,es 0

(Combination value ψ2Qk)

37

Bảng tổ hợp tác động theo tổ hợp thƣờng xuyên nhƣ sau:

STT Tổ hợp Gk Qk,es Wx Wy

1 S1 1.0 0.5

2 S2 1.0 0.3 0.2

3 S2A 1.0 0.3 -0.2

4 S3 1.0 0.3 0.2

5 S3A 1.0 0.3 -0.2

II.2.2.3. Tổ hợp tựa tĩnh:

Dạng tổng quát nhƣ sau:

, 2, ,; ;d k j i k iE E G P Q với j ≥ 1, i ≥ 1 (II.28)

Hoặc, , 2, ,

1 1

" " " "k j i k i

j i

G P Q

(II.29)

Tổ hợp tựa tĩnh thƣờng cũng đƣợc sử dụng cho trạng thái giới hạn phục hồi, cũng

đƣợc sử dụng để đánh giá hiệu ứng dài hạn (chẳng hạn, hiệu ứng do từ biến và co ngót

trong kết cấu bê tông).

Ví dụ: Sử dụng biểu thức (II.29) để tổ hợp.

Từ bảng A1.1 (phần Bảng tra hệ số) ta có bảng sau:

Hoạt tải

Gía trị đặc trƣng Qk Qk,es Wx, Wy

(Characteristic value Qk)

Gía trị tổ hợp ψ2Qk 0.3Qk,es 0

(Combination value ψ2Qk)

Tổ hợp tác động theo tổ hợp tựa tĩnh nhƣ sau:

S1 = 1.0 Gk + 0.3 Qk,es

38

II.3. ĐỘ BỀN THIẾT KẾ

Độ bền là khả năng chịu tải của phần tử kết cấu hay đất nền. Độ bền là một hàm số

phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm các các yếu tố bản thân kết cấu hay

đất nền và có khi có cả các yếu tố bên ngoài. Tùy theo mỗi loại trƣờng hợp đang xét cụ

thể (phần tử kết cấu hay đất nền) mà độ bền sẽ bị chi phối bởi những yếu tố khác nhau.

Phƣơng trình tổng quát độ bền thiết kế của một phần tử kết cấu là:

,

,

,

1 1; ;

k i

d d i d i d

Rd Rd m i

XR R X a R a

với i ≥ 1 (II.30)

Trong đó, γRd là hệ số riêng về sự không chắn chắn của mô hình độ bền, cộng thêm sai

lệch về kích thƣớc hình học nếu mô hình không hoàn toàn chính xác; Xd,i là tính chất

vật liệu thiết kế thứ i.

Các biến số ở biểu thức trên sẽ đƣợc chỉ dẫn trong Eurocode 1 đến Eurocode 9 do độ

bền đặc trƣng Rk phụ thuộc vào loại vật liệu và cách thức thi công, chẳng hạn:

(1) Là độ bền của một phần tử kết cấu (chẳng hạn, độ bền của dầm, cột), trong đó Rk

có thể là một hàm tuyến tính hoặc phi tuyến của các thông số hình học, các thông

số vật liệu và các thông số kết cấu.

(2) Là độ bền của một tiết diện mặt cắt, bao gồm mối tƣơng tác tuyến tính hoặc phi

tuyến giữa kích thƣớc hình học và thông số vật liệu với hệ quả tác động.

(3) Là độ bền cục bộ bao gồm ứng suất, biến dạng, …

Một cách tổng quát, độ bền đặc trƣng Rk của một phần tử kết cấu là một hàm phụ

thuộc vào một hay nhiều thông số đặc trƣng riêng lẻ Xk,i hoặc danh định riêng lẻ Xnom,j,

vì thế:

, ,; ;k k i nom j nomR R X X a (II.31)

Tùy vào từng trƣờng hợp, mà Xk, Xnom, anom hay Rk có thể là tính chất vật liệu của một

sản phẩm hay tiêu chuẩn sản phẩm. Tính chất đặc biệt có thể đƣợc kiểm tra bằng thí

nghiệm để xác định độ bền đặc trƣng Rk.

Trong một vài trƣờng hợp, thông số Xk đại diện cho tính chất mẫu cần kiểm tra bằng

thí nghiệm, tuy nhiên những giá trị thông số kết cấu ngoài hiện trƣờng có thể khác so

với giá trị đo đƣợc trên mẫu và phải sử dụng hệ số chuyển đổi cho Rk.

Rút gọn phƣơng trình (II.30) trên, chẳng hạn đối với kết cấu bê tông thì:

39

,

,

;k i

d i d

M i

XR R a

với i ≥ 1 (II.32)

Trong đó, γM,i = γRd.γm,i

Trong trƣờng hợp kết cấu thép, độ bền thiết kế Rd đƣợc rút ra trực tiếp từ độ bền đặc

trƣng của vật liệu hoặc của sản phẩm:

kd

M

RR

(II.33)

Trong đó, cả hai Rk và γM đều đƣợc xác định từ thí nghiệm.

Trong thiết kế địa kỹ thuật:

Độ bền trong đất là một hàm bao gồm cƣờng độ đất nền Xk, thỉnh thoảng thêm tác

động Frep (khi độ bền chịu ảnh hƣởng bởi tác động, chẳng hạn, móng đơn chịu tải lệch

tâm) và dữ liệu hình học. Để rút ra độ bền thiết kế Rd, hệ số riêng có thể áp dụng hoặc

cho tính chất của đất nền X hoặc cho độ bền R, hoặc cho cả hai nhƣ sau:

; / ;d F rep k M dR R F X a (II.34)

; ; /d F rep k d RR R F X a (II.35)

; / ; /d F rep k M d RR R F X a (II.36)

Trong đó, γR, γF và γM lần lƣợt là hệ số riêng cho độ bền đất nền, tác động và thông số

vật liệu đất nền.

Trong biểu thức (II.34), độ bền thiết kế đƣợc rút ra từ việc áp dụng hệ số riêng γM >

1.0 cho các thông số cƣờng độ đất nền đặc trƣng c‟k và tanυ‟k hoặc cu.k,… Nếu tác

động tham gia vào độ bền thì tác động thiết kế (γF.Frep) sẽ đƣợc đƣa vào trong tính toán

độ bền thiết kế Rd.

Trong biểu thức (II.35), độ bền thiết kế đƣợc rút ra từ việc áp dụng hệ số riêng γR > 1.0

cho độ bền, mà độ bền này đƣợc rút ra từ các thông số cƣờng độ đất nền đặc trƣng

thay cho cƣờng độ đất nền thiết kế. Nếu tác động tham gia vào độ bền, thì tác động

thiết kế (γFFrep) sẽ đƣợc đƣa vào trong tính toán Rd. Nếu γF = 1.0 thì phƣơng trình

(II.35) trở thành:

; ; /d rep k d RR R F X a (II.37)

40

Chƣơng III

KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

III.1. KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT

III.1.1. Tổng quan

EN 1997-2 yêu cầu quá trình khảo sát bao gồm:

Khảo sát địa kỹ thuật, bao gồm khảo sát đất nền và các thông tin khác về hiện

trƣờng;

Khảo sát đất nền, bao gồm khảo sát hiện trƣờng, thí nghiệm trong phòng và các

nghiên cứu về địa kỹ thuật khác;

Khảo sát hiện trƣờng, bao gồm khảo sát trực tiếp (khoan, lấy mẫu và giếng thăm

dò) và khảo sát gián tiếp (thí nghiệm hiện trƣờng, nhƣ thí nghiệm xuyên cone

CPT).

Khảo sát địa kỹ thuật phải cung cấp đủ dữ liệu liên quan đến đất nền và điều kiện nƣớc

ngầm tại hiện trƣờng, để mô tả những tính chất thiết yếu của đất nền và sử dụng để

đánh giá giá trị đặc trƣng của các tham số địa kỹ thuật đƣợc sử dụng trong tính toán

thiết kế. Có ba giai đoạn khảo sát địa kỹ thuật theo EN 1997-1:

Khảo sát sơ bộ;

Khảo sát thiết kế;

Khảo sát kiểm tra.

Khảo sát sơ bộ:

Khảo sát sơ bộ là khảo sát trong suốt quá trình lập dự án hoặc giai đoạn đầu của dự án

để đánh giá tổng thể hiện trƣờng. Khảo sát sơ bộ thông thƣờng bao gồm:

Những nghiên cứu và những thông tin về điều kiện đất nền, bao gồm những báo

cáo khảo sát trƣớc đó của những công trình lân cận;

Khảo sát hiện trƣờng;

Kinh nghiệm đất nền hiện tại.

Khảo sát thiết kế:

Khảo sát thiết kế là khảo sát địa kỹ thuật chính để rút ra dữ liệu địa kỹ thuật, sử dụng

để thiết kế công trình tạm thời và lâu dài. Khảo sát thiết kế cũng cung cấp những thông

41

tin yêu cầu thi công và có thể xác định đƣợc những khó khăn có thể gặp trong quá

trình thi công.

Một khảo sát thiết kế thông thƣờng bao gồm thí nghiệm hiện trƣờng và thí nghiệm

mẫu trong phòng.

Khảo sát kiểm tra:

Khảo sát kiểm tra là để kiểm tra lại phƣơng pháp thi công của một dự án so với điều

kiện đất nền thực có phù hợp với yêu cầu thiết kế hay không. Trong khảo sát kiểm tra,

bao gồm các thí nghiệm bổ sung về điều kiện đất nền khi gặp khó khăn, chất lƣợng vật

liệu thi công và phƣơng pháp thi công có phù hợp với yêu cầu thiết kế hay không.

Trong một vài tình huống thì chỉ có một khảo sát đƣợc thực hiện do ngân quỷ dành

cho khảo sát nhỏ hoặc dự án không đảm bảo đủ 3 bƣớc khảo sát nhƣ trên. Trong

những trƣờng hợp này, thƣờng thì khảo sát sơ bộ và khảo sát thiết kế đƣợc gộp lại

thành một khảo sát chung.

III.1.2. Khoảng cách điểm khảo sát

Phụ lục B.3 của EN 1997-2 cung cấp những chỉ dẫn về khoảng cách điểm khảo sát,

tóm tắt nhƣ sau:

Bảng III. 1: Khoảng cách điểm khảo sát theo EN 1997-2

Những chỉ dẫn trên có thể đƣợc hiệu chỉnh để đáp ứng với những yêu cầu cụ thể của

từng công trình. Khoảng cách điểm khảo sát cần phản ánh mức độ thay đổi của đất nền

ngoài hiện trƣờng, cũng nhƣ phụ thuộc vào kích thƣớc và loại kết cấu công trình.

Khoảng cách Cách bố trí

15 - 40m dạng lƣới ô vuông

≤ 60m dạng lƣới ô vuông

25 - 75m dọc theo mặt cắt đứng

Loại công trình

Nhà cao tầng và công nghiệp

Diện tích lớn

Dạng tuyến

đƣờng, đƣờng ray, kênh,

đƣờng ống, mƣơng, hầm,

tƣờng chắn

Đặc biệt

móng trụ cầu, móng công

trình dạng tháp (đài

nƣớc,…), móng máy

2 - 6 vị trí trên 1 móng

-

Đập nƣớc

20 - 200m

42

III.1.3. Độ sâu điểm khảo sát

Phụ lục B.3 của EN 1997-2 đề nghị độ sâu điểm khảo sát tối thiểu bên dƣới kết cấu

nhà cao tầng và các dự án dân dụng khác nhƣ: móng bè; đập, đê; kết cấu dạng đƣờng

nhƣ đƣờng bộ, sân bay, rãnh, đƣờng ống; hầm và công trình ngầm; hố đào; tƣờng chắn

và cọc.

Độ sâu điểm khảo sát sẽ lớn hơn nếu điều kiện đất nền bất lợi, nhƣ lớp đất yếu hoặc

lớp đất bị nén nằm bên dƣới móng công trình chịu tải trọng lớn.

Đối với kết cấu nhà cao tầng và các dự án dân dụng khác, chiều sâu điểm khảo sát tối

thiểu có thể áp dụng nhƣ sau: za ≥ 6m và za ≥ 3bf , trong đó, bf là cạnh bé của kết cấu

móng.

Đối với móng bè và những kết cấu móng tương tự, độ sâu điểm khảo sát là: za ≥ 1.5bB ,

trong đó, bB là cạnh nhỏ của kết cấu móng.

Hình III. 1: Kết cấu nhà cao tầng và các dự án dân dụng khác

43

Đối với đất đắp và mái dốc, chiều sâu khảo sát nhƣ sau:

Hình III. 2: Khối đất đắp và mái dốc

Đối với đập, đất đắp: 0.8h < za < 1.2h và za ≥ 6m , trong đó, h là chiều cao đập hay

khối đất đắp.

Mái dốc: za ≥ 2m và za ≥ 0.4h , trong đó, h là chiều sâu rãnh hay chiều cao mái dốc.

Đối với kết cấu dạng đường, chiều sâu khảo sát nhƣ sau:

Hình III. 3: Kết cấu dạng đƣờng

Đƣờng hoặc sân bay: za ≥ 2m.

Rãnh hoặc đƣờng ống: za ≥ 2m và za ≥ 1.5bAh , trong đó, bAh là bề rộng hố đào.

Đối với hầm và công trình ngầm: bAb < za< 2bAb , trong đó, bAb là bề rộng hố đào.

Hình III. 4: Hầm và công trình ngầm

44

Đối với công trình hố đào:

Hình III. 5: Hố đào

Khi mực nƣớc ngầm nằm bên dƣới chân hố đào, thì độ sâu khảo sát là: za ≥ 0.4h và

za ≥ (t + 2)m , trong đó, t là chiều sâu của kết cấu nằm bên dƣới đáy hố đào; h là

chiều sâu hố đào.

Khi mực nƣớc ngầm nằm trên đáy hố đào, thì chiều sâu khảo sát là: za ≥ (1.H + 2)m

và za ≥ (t + 2)m , trong đó, H là chiều cao mực nƣớc ngầm nằm bên trên đáy hố

đào; t là chiều sâu của kết cấu nằm bên dƣới đáy hố đào. Nếu lớp đất có tính thấm

nƣớc lớn thì chiều sâu khảo sát phải là: za ≥ t + 5m.

Đối với kết cấu tướng chắn, chiều sâu khảo sát tối thiểu: za ≥ 2m bên dƣới lớp đất

không thấm nƣớc.

Hình III. 6: Tƣờng chắn

45

Đối với móng cọc, chiều sâu khảo sát phải thỏa 3 điều kiện sau: za ≥ 1.bg , za ≥ 5m và za

≥ 3Df , trong đó, Df là đƣờng kính mũi cọc; bg là cạnh nhỏ của nhóm cọc tại mũi cọc.

Hình III. 7: Móng cọc

Việc lựa chọn độ sâu khảo sát cần xem xét đến yếu tố liên quan (nhƣ khoảng cách

điểm khảo sát) hơn là tiêu chuẩn địa kỹ thuật. Thông thƣờng, độ sâu giới hạn khảo sát

tại vị trí mà ứng suất do tải móng nhỏ hơn 10% ứng suất bản thân đất nền.

III.2. XỬ LÝ SỐ LIỆU

III.2.1. Qui trình đánh giá các thông số địa kỹ thuật

Qui trình để đánh giá các thông số đất nền thiết kế từ kết quả thí nghiệm hiện trƣờng

và trong phòng là một qui trình gồm 2 giai đoạn chính, các giá trị đo đƣợc từ thí

nghiệm hiện trƣờng và trong phòng để rút ra giá trị thiết kế sử dụng trong tính toán.

Các giai đoạn đó là:

Giai đoạn 1: Thiết lập các giá trị của các thông số đất nền, giai đoạn này chƣa xét

đến biến động của tính chất đất nền hoặc tình huống thiết kế.

Giai đoạn 2: Giai đoạn đánh giá từ thông số đất nền rút ra từ thí nghiệm sang thông

số đất nền đặc trƣng, từ thông số đất nền đặc trƣng sang thông số đất nền thiết kế,

quá trình này có xét đến các hệ số riêng và tình huống thiết kế liên quan. Từ các giá

46

trị này, lựa chọn giá trị đặc trƣng thông qua đánh giá những ảnh hƣởng của việc

xảy ra trạng thái giới hạn, bao gồm cả những thông tin bổ sung.

Giá trị đo được và kết quả thí nghiệm:

Kết quả thí nghiệm là kết quả đã đƣợc hiệu chỉnh các thông số đo đƣợc trực tiếp từ thí

nghiệm, các giá trị này sẽ đƣợc xác định theo các yêu cầu về thiết kế địa kỹ thuật. Việc

hiệu chỉnh này thƣờng liên quan đến từng loại thí nghiệm, không liên quan đến tình

huống thiết kế. Chẳng hạn, hiệu chỉnh ứng suất đo đƣợc trong thí nghiệm ba trục do

ảnh hƣởng của màng mỏng cao su. Ví dụ khác, là sử dụng hệ số hiệu chỉnh để hiệu

chỉnh số búa SPT đo đƣợc N, trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT trong cát có xét

đến tiêu tán năng lƣợng khi rút cần xuyên và những ảnh hƣởng của áp lực bản thân đất

nền.

Sau đây là những kết quả thí nghiệm:

Số búa N, đƣợc xác định từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn.

Độ bền xuyên cone qc, đo đƣợc trong thí nghiệm CPT.

Các ứng suất σ1‟ và σ3‟, s‟ (s‟= σ = (σv‟(σ1‟)+ σh‟(σ3‟))/2) và t (t = τ = (σv‟(σ1‟) -

σh‟(σ3‟))/2) hay p‟ (p‟ = (σ1‟ + 2σ3‟)/2) và q (q = q‟ = σ1 – σ3), biến dạng đo đƣợc

trong thí nghiệm ba trục.

Độ bền cọc R, xác định từ thí nghiệm thử tải tĩnh.

Các giới hạn Atterberg từ thí nghiệm Atterberg.

Trƣớc khi đánh giá thông số địa kỹ thuật từ các giá trị kết quả thí nghiệm và để phù

hợp với trạng thái thực của chúng, thì cần lựa chọn kết quả thí nghiệm cho phù hợp với

thiết kế. Tùy thuộc vào trạng thái giới hạn, các giá trị này có thể là giá trị đỉnh hoặc

hằng số của các thông số cƣờng độ.

Các giá trị trực tiếp và các giá trị gián tiếp rút ra từ thí nghiệm:

Các giá trị thông số địa kỹ thuật đƣợc rút ra từ kết quả thí nghiệm, hoặc là trực tiếp

hoặc gián tiếp thông qua lý thuyết hoặc kinh nghiệm và các dữ liệu liên quan khác.

Một ví dụ về giá trị thông số địa kỹ thuật trực tiếp rút ra từ kết quả thí nghiệm mà

không sử dụng tƣơng quan, lý thuyết hay kinh nghiệm là khả năng chịu tải của cọc từ

kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh. Trƣờng hợp này, giá trị thông số địa kỹ thuật là độ bền

cọc đo đƣợc. Một ví dụ khác về thông số địa kỹ thuật đƣợc sử dụng trong tính toán

thiết kế, giá trị này đƣợc rút ra trực tiếp từ kết quả thí nghiệm mà không sử dụng tƣơng

quan, lý thuyết hay kinh nghiệm, đó là dung trọng đất.

Tuy nhiên, trong hầu hết các trƣờng hợp, các thông số địa kỹ thuật đƣợc rút ra từ kết

quả thí nghiệm đều sử dụng các mối tƣơng quan khác nhau, lý thuyết khác nhau hay

47

kinh nghiệm khác nhau. Trong EN 1997, các giá trị này đƣợc gọi là giá trị dẫn xuất và

thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến để lựa chọn các thông số đất nền đặc trƣng. Chú ý, có

thể xảy ra trƣờng hợp, với cùng vị trí thí nghiệm và cùng một loại thông số đất nền,

nếu sử dụng các loại thí nghiệm khác nhau thì có thể rút ra đƣợc giá trị dẫn xuất khác

nhau. Chẳng hạn, giá trị cu đƣợc rút ra từ kết quả thí nghiệm CPT thông quan qc và kết

quả thí nghiệm ba trục trong phòng theo lý thuyết Mohr-Coulomb, có thể là khác nhau.

Giá trị dẫn xuất là giá trị của thông số địa kỹ thuật, chẳng hạn nhƣ: cƣờng độ đất nền,

độ bền hoặc độ cứng, đƣợc xác định từ kết quả thí nghiệm hiện trƣờng hoặc trong

phòng của đất hoặc đá từ một điểm trong nền đất hoặc từ một vị trí ngoài hiện trƣờng.

Các giá trị này chƣa xét đến độ biến động của đất nền, độ phân tán của kết quả thí

nghiệm, số lƣợng kết quả thí nghiệm hoặc tình huống thiết kế, bao gồm cả thể tích đất

liên quan.

Ví dụ về các thông số dẫn xuất nhƣ sau:

Giá trị c‟ và υ‟ rút ra từ kết quả thí nghiệm ba trục sử dụng lý thuyết Mohr-

Coulomb.

Giá trị Em rút ra từ đƣờng cong ứng suất - biến dạng trong thí nghiệm ba trục.

Giá trị cu rút ra từ thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng (cfv), sử dụng hệ số hiệu chỉnh

thực nghiệm.

Giá trị cu rút ra từ các chỉ số đất nền, sử dụng các mối tƣơng quan theo kinh

nghiệm.

Giá trị υ‟ và Em rút ra từ mối tƣơng quan theo số búa SPT trong thí nghiệm xuyên

tiêu chuẩn.

Giá trị υ‟ rút ra từ mối tƣơng quan qc trong thí nghiệm CPT.

Khi báo cáo giá trị dẫn xuất của địa kỹ thuật, thì cần phải làm rõ phƣơng thức để rút ra

các giá trị dẫn xuất này và những giả thiết kèm theo. Cũng tƣơng tự nhƣ vậy, khi sử

dụng tƣơng quan để xác định các thông số địa kỹ thuật từ kết quả thí nghiệm, thì cũng

phải làm rõ các mối tƣơng quan này.

Đánh giá các giá trị thông số địa kỹ thuật:

Eurocode cũng xem xét đến sự khác nhau giữa tính chất của đất nền với các thông số

đất nền từ kết quả thí nghiệm và những ứng xử khác của kết cấu địa kỹ thuật. Những

khác nhau này có thể là do ảnh hƣởng của mức độ ứng suất, hiệu ứng thời gian và

phƣơng pháp thi công. Ngoài ra, các yếu tố này cũng phải đƣợc xem xét khi sử dụng

để đánh giá các thông tin địa kỹ thuật khác, nhƣ phân loại và mô tả đất và đá, chất

lƣợng của đất và khối đá.

48

Ví dụ các yếu tố cần đƣợc xem xét khi đánh giá cƣờng độ kháng cắt của đất bao gồm:

Mức độ ứng suất tác dụng lên đất;

Tính dị hƣớng của cƣờng độ;

Ảnh hƣởng của hệ số biến dạng kéo;

Mẫu phá hoại;

Mức độ tin cậy trong lý thuyết đƣợc sử dụng để rút ra giá trị.

Hệ số hiệu chỉnh:

Các hệ số hiệu chỉnh phải đƣợc áp dụng khi cần thiết để chuyển những thông số rút ra

từ kết quả thí nghiệm sang giá trị đại diện cho ứng xử của đất hoặc đá trong đất nền,

đúng với trạng thái làm việc thực của đất và có sử dụng các tƣơng quan để rút ra giá trị

dẫn xuất từ kết quả thí nghiệm.

Chẳng hạn, hệ số hiệu chỉnh áp dụng cho giá trị đo đƣợc cfv từ thí nghiệm cắt cánh

ngoài hiện trƣờng để rút ra cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc cu. Các hệ số này

phụ thuộc vào giới hạn lỏng, chỉ số dẻo và ứng suất hữu hiệu theo phƣơng đứng, giá trị

của chúng đƣợc đề nghị trong phụ lục I của EN 1997-2 và thay đổi tùy theo yếu tố ảnh

hƣởng cần xem xét đối với đất sét cố kết thƣờng và đất sét quá cố kết.

Một ví dụ khác về hệ số hiệu chỉnh là 1.1 áp dụng cho góc ma sát hữu hiệu υ‟ đƣợc rút

ra từ thí nghiệm ba trục để chuyển từ điều kiện đối xứng trục sang biến dạng phẳng.

Dữ liệu liên quan khác:

Nhƣ đã nói ở trên, giá trị thông số địa kỹ thuật phải đƣợc rút ra từ kết quả thí nghiệm,

hoặc trực tiếp hoặc thông qua tƣơng quan bằng lý thuyết và kinh nghiệm và từ các dữ

liệu liên quan khác. Những dữ liệu liên quan này có thể bao gồm:

Những thông tin liên quan đến mỗi loại thí nghiệm trong những điều kiện đất nền

tƣơng ứng;

Giá trị của thông số địa kỹ thuật so với các dữ liệu đã đƣợc công bố và theo kinh

nghiệm;

Độ biến động của các thông số địa kỹ thuật liên quan đến thiết kế;

Những thí nghiệm với tỷ lệ lớn và đo đƣợc từ những công trình lân cận;

Những tƣơng quan giữa các kết quả của nhiều loại thí nghiệm;

Hiện tƣợng giảm giá trị (biến chất, lão hóa) của các tính chất vật liệu đất nền mà có

thể xảy ra trong suốt thời gian tồn tại của công trình.

49

III.2.2. Giá trị đặc trƣng

Từ các thông số rút ra từ các kết quả thí nghiệm, áp dụng hệ số hiệu chỉnh và các dữ

liệu liên quan khác (theo kinh nghiệm), sau đó sẽ đƣợc sử dụng để đánh giá giá trị đặc

trƣng cho các thông số địa kỹ thuật. Các giá trị đặc trƣng đƣợc xác định từ phƣơng

pháp thống kê xác suất của các kết quả thu thập đƣợc. Trong quá trình đánh giá giá trị

đặc trƣng của các thông số địa kỹ thuật, thì cần xét đến các yếu tố sau:

Độ biến động của đất nền;

Số lƣợng kết quả thí nghiệm;

Độ phân tán của kết quả thí nghiệm;

Loại trạng thái giới hạn;

Thể tích của khối đất liên quan;

Bản chất kết cấu.

III.2.3. Thống kê số liệu địa chất

Các tính chất vật liệu đƣợc đƣa vào trong thiết kế là những giá trị đặc trƣng Xk, giá trị

này đƣợc xác định theo phƣơng pháp xác suất thống kê.

Dựa vào các số liệu địa chất sơ bộ đƣợc xác định trong phòng thí nghiệm và ngoài

hiện trƣờng, ngƣời thiết kế có thể đánh giá sơ bộ mức độ đồng nhất của từng lớp đất ở

mỗi vị trí thí nghiệm. Từ đó có thể khoanh vùng tƣơng ứng với mức độ biến động về

các thông số đất nền tƣơng đối nhỏ, sau đó thống kê các thông số đất nền theo từng

vùng này. Khi thiết kế, cũng sẽ thiết kế riêng cho từng vùng này ứng với các giá trị

thông số đất nền phù hợp.

Thƣờng các thông số đất nền sẽ đƣợc thống kê theo phân bố chuẩn Gause. Biểu đồ

phân bố chuẩn tăng lên phụ thuộc vào số lƣợng mẫu thử riêng lẻ, hiệu ứng ngẫu nhiên.

Đây là thành phần quan trọng trong thống kê. Trục hoành (trục ngang) thể hiện độ lệch

đo đƣợc của biến số X so với giá trị trung bình, trục tung (trục đứng) thể hiện mật độ

phân bố của X.

Điểm khác biệt giữa giá trị đặc trƣng của tính chất vật liệu kết cấu và tính chất đất nền,

là đối với vật liệu kết cấu thì xác định tại điểm phân vị 5%, trong khi tính chất đất nền

đƣợc đánh giá theo giá trị trung bình với xác suất xảy ra 95%. Các phƣơng pháp thống

kê để đánh giá các thông số đất nền đặc trƣng cần xem xét đến các yếu tố sau:

Loại mẫu (cục bộ và tổng thể), qui mô mẫu (số lƣợng mẫu) và sự không chắc chắn

trong thống kê;

Độ biến động của kết quả mẫu thí nghiệm, độ biến thiên tƣơng quan giữa thể tích

mẫu đất và khả năng phân bố lại tải trọng;

50

Xu hƣớng kết quả thí nghiệm mẫu;

Mức độ tin cậy yêu cầu trong giá trị đặc trƣng.

Công thức thống kê có giá trị cho đất nền đồng nhất, với giả thiết thông số đất nền

phân bố chuẩn. Mặt khác, các thông số đất nền cũng có thể đƣợc giả định là phân bố

dạng log, bằng cách thay giá trị X bằng giá trị logarithm Y = lnX. Trƣờng hợp này

thƣờng đƣợc sử dụng khi hệ số biến động lớn.

Trong thống kê các số liệu đất nền, có hai cách thống kê hoặc là thống kê ngang

(thống kê riêng cho từng lớp đất) hoặc thống kê dọc (nghĩa là, thống kê theo độ sâu tại

mỗi vị trí thí nghiệm).

III.2.3.1. Thống kê đất nền theo phƣơng ngang:

Trƣờng hợp này thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến để thống kê các thông số đất nền trong

cùng một lớp đất với giả thiết là lớp đất đồng nhất. Dạng biểu đồ thống kê nhƣ sau:

Hình III. 8: Biểu đồ phân bố chuẩn dạng Gause

Giá trị cận dƣới Xk,inf : là giá trị biên dƣới của X với mật độ xảy ra mong muốn 5%.

Nghĩa là, có trên 95% xác suất xảy ra lớn hơn Xk,inf. Giá trị này đƣợc sử dụng trong

tình huống đánh giá cao giá trị độ lớn của vật liệu có thể là không an toàn. Chẳng hạn,

51

sử dụng giá trị đặc trƣng cận dƣới để kiểm tra rằng vật liệu có đủ cƣờng độ để chịu tải

không. Việc kiểm tra cƣờng độ của vật liệu là rất thƣờng dùng trong thiết kế.

Tƣơng tự nhƣ trên, giá trị đặc trƣng cận trên Xk,sup: là giá trị biên trên của X với mật độ

xảy ra mong muốn là 5%. Nghĩa là, có dƣới 95% xác suất xảy ra nhỏ hơn Xk,sup. Giá trị

đặc trƣng cận trên quan trọng trong tình huống khi mà đánh giá thấp giá trị độ lớn của

vật liệu là không an toàn. Ví dụ, khi lực tác dụng lên tƣờng chắn, lực này phụ thuộc

vào dung trọng của đất sau lƣng tƣờng chắn, tƣờng sẽ đƣợc thiết kế để chịu đƣợc giá

trị cận trên của dung trọng đất sau lƣng.

Có hai tình huống cần đƣợc xem xét khi sử dụng phƣơng pháp thống kê, đó là liên

quan đến hệ số biến động hoặc là biết trƣớc hoặc là chƣa biết trƣớc. Giá trị biết trƣớc

này có thể là từ thí nghiệm trƣớc đó, từ những dữ liệu có sẵn hay hoặc từ bảng công bố

các hệ số biến động của các tính chất đất nền trong tình huống tƣơng tự. Trong trƣờng

hợp này, thì hệ số biến động không phụ thuộc vào số lƣợng mẫu.

Trong công thức thống kê mẫu để xác định các thông số đất nền, có sử dụng hệ số

thống kê, hệ số này có xét đến các yếu tố sau:

Số lƣợng mẫu thử;

Thể tích đất liên quan đến trạng thái giới hạn;

Loại mẫu: chỉ là những mẫu lấy từ hiện trƣờng hay mẫu kết hợp với kinh nghiệm;

Mức độ tin cậy thống kê yêu cầu cho giá trị đặc trƣng.

Với độ lệch chuẩn biết trước (nghĩa là, biết trước hệ số biến động δX):

Trong những tình huống mà độ lệch chuẩn σX (hoặc phƣơng sai σX2) của X đƣợc biết

trƣớc (và do đó không cần xác định từ mẫu), thì Xk,inf và Xk,sup đƣợc xác định nhƣ sau:

,inf

,sup

(1 )k

X N X X N X

k

X

X

(III.1)

Trong đó, μX là giá trị trung bình của X; δX là hệ số biến động (COV), sau đây là

những giá trị về hệ số biến động (COV) của các vật liệu đất nền và vật liệu nhân tạo

khác, đƣợc tóm tắt trong bảng sau:

52

Bảng III. 2: Hệ số biến động δX (COV) của các vật liệu địa kỹ thuật và vật liệu nhân

tạo

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

κN là hệ số thống kê phụ thuộc vào số lƣợng mẫu N.

Hệ số thống kê κN nhƣ sau:

- Đối với giá trị đặc trƣng thấp tƣơng ứng với điểm phân vị 5% (thƣờng sử dụng cho

kết cấu: bê tông, thép,…):

95% 1 11 1.645 1N t

N N

- Đối với giá trị đặc trƣng trung bình tƣơng ứng với điểm phân vị 50% (thƣờng sử

dụng cho địa kỹ thuật):

95% 1 11.645N t

N N

Trong đó, t∞95%

là hệ số Student với bậc tự do là vô cùng (∞) tại mức độ tin cậy 95%.

Vật liệu COV

hệ số cƣờng độ kháng cắt tanυ 5-15%

lực dính hữu hiệu c' 30-50%

cƣờng độ không thoát nƣớc cu 20-40%

hệ số nén mv 20-70%

dung trọng γ 1-10%

Bê tông 8-21%

Thép 11-15%

Nhôm 8-14%

Thông số

Đất

khả năng chịu tải (độ bền) của dầm và cột

53

Hình III. 9: Hệ số Student t đối với mức độ tin cậy 90%, 95% và 99%

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Với độ lệch chuẩn không biết trước (nghĩa là, chưa biết trước hệ số biến động VX):

Trong những tình huống mà phƣơng sai không biết trƣớc (do đó phải xác định từ

mẫu), thì Xk,inf và Xk,sup đƣợc xác định nhƣ sau:

,inf

,sup

(1 )k

X n X X n X

k

Xm k s m k V

X

(III.2)

Trong đó, mX là giá trị trung bình của X, sX là độ lệch chuẩn của mẫu, VX là hệ số biến

động, kn là hệ số thống kê phụ thuộc vào số lƣợng mẫu n.

Các thông số:

1

N

i

iX

X

mn

;

2

1

( )

1

N

i X

iX

X m

sn

; X

X

X

sV

m

Chú ý: Số chia trong biểu thức độ lệch chuẩn sX là (n-1), không phải là n.

54

Hệ số thống kê kn là:

- Đối với giá trị đặc trƣng thấp tƣơng ứng với điểm phân vị 5% (thƣờng sử dụng cho

kết cấu: bê tông, thép,…):

95%

1

11n nk t

n

- Đối với giá trị đặc trƣng trung bình tƣơng ứng với điểm phân vị 50% (thƣờng sử

dụng cho địa kỹ thuật):

95%

1

1n nk t

n

Trong đó, tn-195%

là hệ số Student ứng với (n-1) bậc tự do tại mức độ tin cậy 95%.

Nhƣ vậy, khi ngƣời thiết kế có kinh nghiệm về các thông số địa chất thì có thể sử dụng

phƣơng pháp thống kê theo độ lệch chuẩn đã biết trƣớc; ngƣợc lại, khi không có kinh

nghiệm về đất nền thì có thể xác định giá trị đặc trƣng của thông số đất bằng phƣơng

pháp thống kê chƣa biết độ lệch chuẩn, phƣơng pháp thống kê này thƣờng đƣợc sử

dụng nhiều nhất.

Các giá trị hệ số đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp thống kê, đƣợc tóm tắt trong phần

Bảng tra hệ số.

Lựa chọn giá trị đặc trƣng của các thông số đất nền sẽ dựa trên kết quả hoặc rút ra từ

các thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trƣờng, kết hợp với kinh nghiệm.

Các thông số đất nền đặc trƣng cần xác định cẩn thận vì chúng ảnh hƣởng rất lớn đến

việc xảy ra trạng thái giới hạn khi làm việc.

Các yếu tố sau cần phải xem xét khi xác định các thông số đặc trƣng của đất nền:

Thông tin về địa chất và các thông tin khác từ các dự án trƣớc;

Độ biến động của các giá trị đo đƣợc và các số liệu liên quan khác, chẳng hạn từ

kinh nghiệm;

Qui mô khảo sát hiện trƣờng và thí nghiệm trong phòng;

Loại mẫu và số lƣợng mẫu;

Phạm vi vùng đất có ứng xử với kết cấu địa kỹ thuật có xảy ra trạng thái giới hạn

đang đƣợc xem xét;

Khả năng kết cấu địa kỹ thuật để truyền tải từ vùng yếu hơn sang vùng cứng hơn

trong đất.

55

Giá trị đặc trƣng của các thông số đất nền có thể là giá trị cận dƣới (giá trị nhỏ), có thể

là giá trị cận trên (giá trị lớn). Khi tính toán, phải sử dụng tổ hợp bất lợi nhất của giá trị

cận trên và cận dƣới theo các thông số đất nền.

III.2.3.2. Thống kê đất nền theo phƣơng đứng:

Thống kê theo cách này thƣờng đƣợc sử dụng để thiết kế cho một thông số đất nền

thay đổi theo độ sâu tại một vị trí nhất định ngoài công trƣờng. Loại thống kê này ít

đƣợc sử dụng phổ biến so với thống kê theo phƣơng ngang (với giả định lớp đất đồng

nhất).

Giá trị đặc trƣng Xk với mức độ tin cậy 95% đƣợc rút ra từ thông số đất nền x tại độ

sâu z theo phân bố Student t với (n-2) bậc tự do, đƣợc xác định nhƣ sau:

95%

2 1.k nX x b z z t s

(III.3)

Với s1 là độ lệch chuẩn, đƣợc xác định nhƣ sau:

- Đối với giá trị đặc trƣng trung bình tƣơng ứng với điểm phân vị 50% (thƣờng sử

dụng cho thông số địa kỹ thuật):

2

2

12

1

1

1 1

2

n

i ini

i

i

z zs x x b z z

n nz z

- Đối với giá trị đặc trƣng thấp:

2

2

12

1

1

1 11

2

n

i ini

i

i

z zs x x b z z

n nz z

Đại lƣợng: *x x b z z : gọi là hồi qui tuyến tính;

1

n

i

i

x

xn

là giá trị trung bình của thông số đất nền x;

1

2

1

n

i i

i

n

i

i

x x z z

b

z z

1

n

i

i

z

zn

là giá trị trung bình của thông số độ sâu z;

56

III.2.4. Giá trị thiết kế của các đại lƣợng địa kỹ thuật

Tùy thuộc vào từng phƣơng pháp thiết kế (DA) mà giá trị thiết kế của các thông số địa

kỹ thuật Xd hoặc đƣợc xác định trực tiếp từ thông số đặc trƣng Xk (khi đó γM = 1.0)

hoặc đƣợc sử dụng từ phƣơng trình sau:

kd

M

XX

(III.4)

Trong đó, Xd là thông số thiết kế địa kỹ thuật; Xk là thông số đặc trƣng địa kỹ thuật,

đƣợc xác định từ phƣơng pháp xác suất thống kê; γM là hệ số riêng cho vật liệu (giá trị

này đƣợc trình bày trong phần Bảng tra hệ số).

Giá trị các hệ số riêng γM còn tùy thuộc vào từng phƣơng pháp thiết kế DA. Chẳng

hạn, khi thiết kế sức chịu tải cọc chịu nén, đối với phƣơng pháp thiết kế 1 và 2 (DA 1-

1, DA 1-2 và DA 2) thì không sử dụng giá trị hệ số riêng cho vật liệu, nghĩa là giá trị

tổ hợp M1 = γM = 1.0; khi sử dụng phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) thì sử dụng hệ số

riêng cho vật liệu M2 = γM ≥ 1.0.

57

Chƣơng IV

KIỂM TRA THEO CƢỜNG ĐỘ

IV.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ

Việc kiểm tra cƣờng độ theo Eurocode 7 liên quan đến kiểm tra hệ quả tác động thiết

kế không đƣợc vƣợt quá độ bền thiết kế tƣơng ứng.

Trong Eurocode 7, kiểm tra cƣờng độ theo bất đẳng thức sau:

d dE R (IV.1)

Trong đó, Ed là hệ quả tác động thiết kế; Rd là độ bền thiết kế tƣơng ứng.

Đối với trạng thái giới hạn cực hạn GEO nhƣ sau:

„Cường độ của đất hoặc đá có vai trò quan trọng để chịu được phá hoại hoặc biến

dạng dư của đất nền‟.

(Theo EN 1997-1:2004, mục 2.4.7.1(1)P)

Đối với trạng thái giới hạn cực hạn STR thì:

„Cường độ của vật liệu kết cấu có vai trò quan trọng để chịu được phá hoại nội tại

hoặc biến dạng dư của kết cấu hoặc những phần tử của kết cấu‟.

(Theo EN 1997-1:2004, mục 2.4.7.1(1)P)

IV.1.1. Hệ quả tác động

Hệ quả tác động bao gồm: nội lực, môment, ứng suất và biến dạng trong các phần tử

kết cấu, kể cả chuyển vị và góc xoay của toàn công trình.

Khi thiết kế kết cấu, việc kiểm tra trạng thái giới hạn STR liên quan đến hệ quả tác

động thì không phụ thuộc vào cƣờng độ của vật liệu. Tuy nhiên, đối với thiết kế địa kỹ

thuật, trạng thái giới hạn STR và GEO liên quan đến hệ quả tác động thì phụ thuộc vào

cƣờng độ của đất nền.

Theo Eurocode, hệ quả tác động thiết kế của kết cấu là:

;d d dE E F a (IV.2)

58

Đối với địa kỹ thuật thì:

; ;d d d dE E F X a (IV.3)

Trong đó, Fd là những tác động thiết kế tác dụng lên công trình; Xd là những tính chất

vật liệu thiết kế ; ad là kích thƣớc kết cấu thiết kế.

Nhƣ vậy, trong thiết kế kết cấu, hệ quả tác động chỉ là một hàm của tác động và kích

thƣớc cấu kiện; ngƣợc lại, trong thiết kế nền móng, hệ quả tác động là một hàm của tác

động, kích thƣớc cấu kiện và cƣờng độ đất nền.

Giá trị Xd trong phƣơng trình Ed làm tăng thêm độ phức tạp trong thiết kế liên quan

đến những tác động địa kỹ thuật và là một trong những lý do làm tăng thêm sự đa dạng

các phƣơng pháp thiết kế đƣợc sử dụng trong thiết kế địa kỹ thuật.

IV.1.2. Độ bền

Độ bền đƣợc định nghĩa:

„là khả năng của một cấu kiện (hoặc một phần tử), hoặc tiết diện của một cấu kiện

(hoặc một phần tử) của kết cấu, để chịu được tác động mà không xảy ra cơ chế phá

hoại’.

(Theo EN 1990:2002, mục 1.5.2.15 và EN 1997-1:2004, mục 1.5.2.7)

Trong hầu hết thiết kế kết cấu, việc kiểm tra trạng thái giới hạn STR liên quan đến độ

bền thì không phụ thuộc vào tác động. Tuy nhiên, khi thiết kế nền móng, việc kiểm tra

trạng thái giới hạn STR và GEO liên quan đến độ bền thì đều phụ thuộc vào tác động.

Trong thiết kế kết cấu, độ bền đƣợc xác định nhƣ sau:

;d d

d

Rd

R X aR

(IV.4)

Trong thiết kế nền móng, độ bền đƣợc xác định nhƣ sau:

; ;d d d

d

R

R F X aR

(IV.5)

Trong đó, γRd và γR là các hệ số riêng cho độ bền; Fd là những tác động thiết kế tác

dụng lên công trình; Xd là những tính chất vật liệu thiết kế; ad là kích thƣớc kết cấu

thiết kế.

59

Trong thiết kế kết cấu, độ bền là một hàm phụ thuộc vào cƣờng độ của vật liệu và kích

thƣớc của cấu kiện; ngƣợc lại trong thiết kế nền móng, độ bền là một hàm phụ thuộc

vào cƣờng độ vật liệu, kích thƣớc của cấu kiện và tác động, bao gồm cả trọng lƣợng

bản thân đất nền.

Chẳng hạn, xét kết cấu tƣờng chắn đất nhƣ sau:

Độ bền chống trƣợt HR của tƣờng chắn đƣợc xác định nhƣ sau:

tan , , ,RH S h b f h b

(Tham khảo từ Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Nhƣ vậy, độ bền chống trƣợt là một hàm số phụ thuộc vào kích thƣớc tƣờng chắn (h và

b), dung trọng đất γ (chính là tác động F) và góc ma sát giữa kết cấu tƣờng chắn với

đất δ (là một hàm số phụ thuộc vào góc nội ma sát của đất υ).

Thêm vào đó, giá trị Fd trong phƣơng trình Rd làm tăng thêm độ phức tạp trong thiết kế

liên quan đến vật liệu địa kỹ thuật và là một trong những lý do làm tăng thêm sự đa

dạng các phƣơng pháp thiết kế đƣợc sử dụng trong thiết kế địa kỹ thuật.

IV.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO THIẾT KẾ

Theo Eurocode, độ an toàn chính là độ tin cậy. Do vậy, đƣa độ tin cậy vào trong thiết

kế cũng chính là đƣa độ an toàn vào trong thiết kế. Độ an toàn này hay độ tin cậy,

đƣợc thể hiện thông qua các hệ số áp dụng cho từng đối tƣợng nhƣ tác động, tính chất

vật liệu, kích thƣớc hình học và độ bền của đất nền hay của kết cấu.

60

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

Tác động thiết kế

Fd

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọng

Mô hình tính toán

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặc

áp d

ụng c

ho h

ệ quả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ

Δa

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

γF γM

Hoặc

áp d

ụng c

ho đ

ộ b

ền

ψi

γE γR

Hình IV. 1: Qui trình kiểm tra cƣờng độ

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Các hệ số riêng có thể đƣợc áp dụng cho một hay nhiều:

Tác động (F), hoặc hệ quả tác động (E);

Tính chất vật liệu (X), hoặc độ bền (R) ;

Những số liệu kích thƣớc hình học (a).

61

IV.2.1. Tác động và hệ quả tác động

Sơ đồ tổng thể về mối tƣơng quan giữa tác động và hệ quả tác động nhƣ sau:

Tác động đặc trưng Fk → tác động đại diện Fref

→ tác động thiết kế Fd

→ hệ quả tác

động thiết kế Ed

Tác động đặc trƣng Fk đƣợc tính toán theo những qui tắc của Eurocode 1. Trọng lƣợng

bản thân đặc trƣng đƣợc tính từ dung trọng đặc trƣng γk và kích thƣớc danh định anom:

,1 ,2 ,3k k nom nom nomF a a a (IV.6)

Tác động đại diện Fref đƣợc rút ra từ những tác động đặc trƣng Fk bằng cách nhân với

hệ số tƣơng quan ψ ≤ 1 ( đối với tĩnh tải) nhƣ sau:

ef .r kF F (IV.7)

Tổng tác động thiết kế Fd đƣợc rút ra từ tổng tất cả các tác động đại diện nhân với hệ

số riêng tƣơng ứng γF ≥ 1 nhƣ sau:

, ,d F i i k i

i

F F (IV.8)

Sau đó, hệ quả tác động thiết kế là:

; ; ; ;d d d d F k d dE E F X a E F X a (IV.9)

Eurocode 7 cho phép áp dụng hệ số riêng cho tác động hoặc hệ quả tác động, nhƣng

không đƣợc áp dụng cả hai, do đó, phƣơng trình (IV.9) cũng có thể viết lại nhƣ sau:

; ;d E k d dE E F X a (IV.10)

Trong đó, hệ số riêng γE thay cho γF.

IV.2.2. Cƣờng độ vật liệu và độ bền

Sơ đồ tổng thể về mối tƣơng quan giữa cƣờng độ vật liệu và độ bền nhƣ sau:

Cường độ vật liệu đặc trưng Xk → cường độ thiết kế Xd

→ độ bền thiết kế Rd.

Cƣờng độ vật liệu thiết kế Xd đƣợc rút ra từ cƣờng độ vật liệu đặc trƣng Xk chia cho hệ

số riêng γM ≥ 1.0 nhƣ sau:

62

kd

M

XX

(IV.11)

Độ bền thiết kế đƣợc xác định nhƣ sau:

; ;; ;

kd d

d d d M

d

R R

XR F a

R F X aR

(IV.12)

Trong đó, hệ số riêng γR ≥ 1.0.

Thƣờng một trong hai hệ số riêng γM hoặc γR bằng 1.0, nên phƣơng trình (IV.12) trên

đƣợc rút gọn lại nhƣ sau:

; ;kd d d

M

XR R F a

(IV.13)

Hoặc, ; ;d k d

d

R

R F X aR

(IV.14)

IV.2.3. Kích thƣớc hình học

Sơ đồ tổng thể về mối tƣơng quan giữa kích thƣớc hình học với kích thƣớc thiết kế

nhƣ sau:

Kích thước danh định anom → kích thước thiết kế ad

Kích thƣớc thiết kế ad đƣợc rút ra từ kích thƣớc danh định anom bằng cách cộng hoặc

trừ với độ lệch cho phép (sai số, gia số) Δa nhƣ sau:

d noma a a (IV.15)

Bởi vì rất khó để áp dụng số gia cho tất cả các kích thƣớc, do đó EN 1990 cho phép sử

dụng kích thƣớc danh định nhƣ kích thƣớc thiết kế, nghĩa là Δa = 0. Do đó, Δa > 0 chỉ

áp dụng cho những tình huống thiết kế mà ta biết chắc rằng khi có sự thay đổi nhỏ về

kích thƣớc hình học sẽ gây ra ảnh hƣởng lớn đến hệ quả tác động hoặc độ bền.

63

IV.2.4. Kiểm tra

Thế các biểu thức của hệ quả tác động (IV.2), (IV.3) và các biểu thức độ bền (IV.4),

(IV.5) vào bất phƣơng trình để kiểm tra cƣờng độ (IV.1), ta đƣợc:

; ;

; ;d d d

d d d d d

R

R F X aE E F X a R

(IV.16)

Hay,

; ;

; ;

kF k nom

MkF k nom

M R

XR F a a

XE F a a

(IV.17)

IV.2.5. Các hệ số riêng

Các hệ số riêng sử dụng để kiểm tra cƣờng độ trong tình huống thiết kế lâu dài và tạm

thời đƣợc chỉ định trong EN 1997-1, bảng A.3 (cho tác động và hệ quả tác động), bảng

A.4 (cho thông số đất nền), bảng A.5 ÷ A.8 và A.12 ÷ A.14 (cho độ bền). Các hệ số

riêng này có thể thay đổi theo mỗi quốc gia khác nhau ở Châu Âu và đƣợc cho trong

phụ lục quốc gia riêng. Vì thế, thiết kế theo tiêu chuẩn quốc gia nào thì phải dùng các

hệ số đƣợc cho trong phụ lục quốc gia đó.

Giá trị các hệ số này sẽ đƣợc trình bày trong phần Bảng tra hệ số.

Hệ số riêng cho tác động (và hệ quả tác động) trong tình huống thiết kế đặc biệt nên

chọn là 1 ; hệ số riêng cho độ bền (và hệ số riêng cho vật liệu) nên đƣợc lựa chọn theo

trƣờng hợp cụ thể của tình huống thiết kế đặc biệt.

IV.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ

Trong quá trình phát triển Eurocode 7, để làm sáng tỏ hơn về vấn đề mà một vài quốc

gia muốn chọn phƣơng pháp thiết kế có sử dụng hệ số tải trọng và hệ số vật liệu

(cƣờng độ vật liệu đất nền) áp dụng để kiểm tra cƣờng độ, trong khi một số quốc gia

khác thích chọn phƣơng pháp thiết kế có sử dụng hệ số tải trọng và hệ số độ bền

(tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp LRFD).

Phương pháp thiết kế sử dụng hệ số tải trọng và hệ số cường độ vật liệu:

Vào giữa thế kỷ thứ 20, đầu tiên là Taylor và sau đó là Brinch Hansen đã đƣa khái

niệm hệ số riêng vào trong thiết kế địa kỹ thuật, với những hệ số tách biệt đƣợc áp

dụng cho những loại tải trọng khác nhau, cho các thông số cƣờng độ kháng cắt của đất

nền, cho sức chịu mũi cọc và thân cọc. Những hệ số riêng đƣợc đề nghị bởi Brinch

64

Hansen, đƣợc tóm tắt trong bảng dƣới đây, những hệ số này gần giống với những hệ số

riêng trong Eurocode 7.

Triết lý trong thiết kế hệ số vật liệu là áp dụng hệ số riêng cho sự không chắc chắn về

nguồn gốc của thông số đất nền.

Các hệ số đƣợc áp dụng cho phƣơng pháp này là:

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng ở Đan Mạch vào đầu những năm 1960 và đƣợc soạn

thành luật đầu tiên vào năm 1965 của Đan Mạch – Tiêu chuẩn áp dụng thiết kế nền

móng. Sau đó, đƣợc ứng dụng rộng rãi ở các nƣớc châu Âu, chẳng hạn tiêu chuẩn BS

8002 – Kết cấu chắn đất.

Phƣơng pháp này tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) của Eurocode.

Phương pháp thiết kế sử dụng hệ số tải trọng và hệ số độ bền (LRFD):

Ở các nƣớc Bắc Mỹ, một phƣơng pháp khác trong thiết kế địa kỹ thuật là dựa trên

những nguyên tắc trạng thái giới hạn đã trở nên phổ biến, gần đây, phƣơng pháp này

đƣợc đƣa vào tiêu chuẩn thiết kế cầu của AASHTO, đƣợc viện dầu khí Mỹ đề nghị áp

dụng cho những kết cấu ngoài khơi và đƣợc đƣa vào trong cẩm nang thiết kế nền

móng của Canada.

Phƣơng pháp này cũng dùng trong thiết kế cọc theo TCVN - khi tính sức chịu tải cọc.

Triết lý trong phƣơng pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (LRFD) là áp

dụng hệ số riêng cho kết quả tính toán, chẳng hạn cho hệ quả tác động và độ bền.

Hệ số riêng

Tĩnh tải, dung trọng đất 1.0

Hoạt tải và tải môi trƣờng 1.5

Áp lực nƣớc, tải đặc biệt 1.0

Ma sát (tanυ) 1.2

Lực dính (c'), mái dốc, áp lực đất 1.5

Lực dính (c'), móng nông 1.7

Lực dính (c'), cọc 2.0

Thử tải cọc 1.6

Công thức động 2.0

1.0

Thông số

Tải trọng

Cƣờng độ

kháng cắt

Khả năng chịu

tải cọc cực hạn

Biến dạng

65

Phƣơng trình cơ bản trong phƣơng pháp LRFD (sử dụng công thức của AASHTO) là:

i i i n r

i

Q R R (IV.18)

Trong đó, ηi là hệ số hiệu chỉnh tải trọng (dao động từ 0.95 đến 1.0), có xét đến độ

dẻo, hệ siêu tĩnh và điều kiện làm việc; γi là hệ số tải trọng, thƣờng lớn hơn 1.0; Qi là

tải trọng tác dụng; υ là hệ số độ bền, υ ≤ 1.0; Rn là độ bền danh định; Rr là độ bền đã

nhân hệ số.

Theo LRFD, vì hệ số độ bền υ ≤ 1.0 nên nghịch đảo giá trị này thì giống nhƣ hệ số độ

bền γR trong Eurocode. Do vậy, phƣơng trình trên có thể đƣợc viết lại theo hệ thống ký

hiệu của Eurocode nhƣ sau:

,

kd F i i d

i R

RE E R

(IV.19)

Mặc dù phƣơng pháp LRFD có nhiều đặc điểm giống với phƣơng pháp thiết kế 2 của

Eurocode 7, nhƣng lại sử dụng hệ số độ bền khác nhau, có thể thấy khi so sánh bảng

dƣới với các giá trị trong phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) của Eurocode.

Kết cấu Các hệ số riêng áp dụng cho Giá trị Nghịch đảo

Ổn định

tổng thể Độ bền mái dốc đất (υ) 0.65-0.75 1.33-1.54

Móng

nông

Khả năng chịu tải (υb) 0.45-0.55 1.82-2.22

Độ bền chống trƣợt (υτ) 0.80-0.90 1.11-1.25

Áp lực đất bị động (υep) 0.50 2.00

Cọc

khoan

Độ bền thân cọc (υstat) 0.45-0.60 1.67-2.22

Độ bền mũi cọc (υstat) 0.40-0.50 2.0-2.5

Độ bền kéo (υup) 0.35-0.45 2.22-2.86

Cọc

đóng

Ma sát / mũi cọc (υstat) 0.25-0.45 2.22-4.0

Độ bền kéo (υup) 0.20-0.40 2.5-5.0

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

66

Đối với phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) của Eurocode 7 sẽ sử dụng hệ số riêng cho độ

bền R2, đƣợc tóm tắt nhƣ sau:

Kết cấu Các hệ số riêng áp dụng cho Giá trị

Neo dự ứng lực Độ bền tạm thời (γa,t)

1.1 Độ bền lâu dài (γa,p)

Kết cấu tƣờng chắn

Khả năng chịu tải (γR,v) 1.4

Độ bền chống trƣợt (γR,h) 1.1

Độ bền áp lực đất (γR,e) 1.4

Mái dốc Độ bền áp lực đất (γR,e) 1.1

Móng nông Khả năng chịu tải (γR,v) 1.4

Chống trƣợt (γR,h) 1.1

Cọc đóng Độ bền nén (γb, γs, γt) 1.1

Cọc nhồi Độ bền kéo (γs,t) 1.15

Do đó, để thống nhất trong quá trình tính toán của các Quốc Gia Châu Âu, Eurocode 7

đã đƣa ra 3 phƣơng pháp thiết kế kèm theo phụ lục Quốc Gia. Tùy theo mỗi Quốc Gia

mà có thể chọn một hay nhiều phƣơng pháp thiết kế này cùng với phụ lục Quốc Gia

của mình để sử dụng thiết kế các loại kết cấu địa kỹ thuật.

Bảng sau đƣa ra hệ số riêng cho mỗi phƣơng pháp thiết kế, phụ thuộc vào loại kết cấu

thiết kế. Trong phƣơng pháp 1 thì cả 2 loại tổ hợp đều phải đƣợc kiểm tra.

67

Bảng IV. 1: Bảng tổ hợp cho từng phƣơng pháp thiết kế (DA)

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Phụ lục A của EN 1997-1 đƣa ra 63 hệ số riêng cho các trạng thái giới hạn GEO và

STR, khoảng một nữa trong số đó là lớn hơn 1 (còn lại là bằng 1 hoặc bằng 0). Những

bộ tổ hợp đƣợc gạch chân đôi thì nhân với hệ số riêng chính đều lớn hơn 1; những bộ

tổ hợp chỉ có một nét gạch chân thì nhân với hệ số riêng phụ - chỉ có 1 hệ số riêng lớn

hơn 1; còn lại những bộ tổ hợp không đƣợc gạch chân thì hệ số tổ hợp bằng 1 hoặc

bằng 0.

Về mặt bản chất, phƣơng pháp thiết kế 1 thể hiện độ tin cậy thông qua việc nhân

những hệ số riêng khác nhau cho hai hoạt tải trong 2 cách tính khác nhau (tổ hợp 1 và

tổ hợp 2); trong khi đó, phƣơng pháp thiết kế 2 và 3 lại nhân hệ số đồng thời cho cả 2

hoạt tải.

Tổ hợp 1 Tổ hợp 2

A1 M2 A1 & R2 A1* & M2

& M1 & R1 & A2 & M1 & A2†

& R1 & R3

E1 & R2 M2

& M1 & E2 & R3

A1 R4 A1 A1* & M2

& R1 & A2 & R2 & A2† & R3

& M1 & M1 & M1

Chú ý:

Tổng

quát

Các hệ số riêng đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp thiết kế…

Kết cấu 12 3

Ký hiệu "†": là tác động thuộc về địa kỹ thuật.

Ký hiệu: A1, A2 là các hệ số riêng cho tác động; M1, M2 là các hệ số

riêng cho tính chất vật liệu; R1, R2, R3, R4 là các hệ số riêng cho độ bền;

E1, E2 là các hệ số riêng cho hệ quả tác động (sử dụng giá trị A1, A2).

Mái dốc

Cọc và

neo

Các hệ số có ký hiệu 'gạch chân kép': là các hệ số riêng chính (giá trị lớn).

Các hệ số có ký hiệu 'gạch chân đơn': là các hệ số riêng phụ (giá trị nhỏ).

Ký hiệu "*": là tác động thuộc về kết cấu.

68

Bảng IV. 2: Bảng tổng hợp thành phần chính đƣợc nhân hệ số trong phƣơng pháp thiết

kế theo Eurocode 7

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Bên cạnh những thành phần chính đƣợc nhân hệ số nhƣ đã tóm tắt ở bảng trên, trong

mỗi phƣơng pháp thiết kế đều có những thành phần còn lại cũng đƣợc nhân hệ số

nhƣng với giá trị nhỏ hơn hoặc bỏ qua hệ số.

Phƣơng pháp phân tích này chỉ sử dụng những hệ số riêng trong EN 1997-1. Đối với

những quốc gia khác có thể thay đổi những hệ số riêng theo phụ lục quốc gia của

mình.

IV.3.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1)

Triết lý thiết kế của phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) trong Eurocode 7 là kiểm tra độ tin

cậy của móng trong 2 giai đoạn.

Ở giai đoạn thứ nhất, chỉ áp dụng hệ số riêng cho tác động, còn cƣờng độ và độ bền

của đất nền thì không nhân hệ số. Tức là sử dụng các hệ số riêng A1, M1 và R1 cho tổ

hợp 1 (DA 1-1).

Tổ hợp 1 Tổ hợp 2

Tác động thuộc

kết cấu (hoặc hệ

quả tác động) và

tính chất vật liệu

Cọc và

neo

Tác động

Tính chất vật liệu

Độ bền

Tác động (hoặc

hệ quả tác động)

và độ bền

Hệ quả tác động

và độ bền

Tác động (hoặc

hệ quả tác động)

và độ bền

Kết cấu

Tác động thuộc

kết cấu (hoặc hệ

quả tác động) và

tính chất vật liệu

Tổng

quát

Hệ quả tác động

thuộc kết cấu và

tính chất vật liệu

Mái dốc

Thành phần chính đƣợc nhân hệ số trong phƣơng pháp thiết kế …

12 3

69

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

Tác động thiết kế

Fd

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọng

Mô hình tính toán

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặc

áp d

ụng c

ho h

ệ quả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ THEO PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1 - TỔ HỢP 1

Δa = 0

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

γF →A1γM →M1 = 1.0

ψi

γF →A1 γR →R1 = 1.0

Hình IV. 2: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Ở giai đoạn thứ hai, hệ số riêng áp dụng cho cƣờng độ của đất nền và hoạt tải, trong

khi đó thì những tĩnh tải và độ bền không nhân hệ số. Nghĩa là sử dụng các hệ số A2,

M2 và R1 trong tổ hợp 2 (DA 1-2).

70

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

Tác động thiết kế

Fd

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọng

Mô hình tính toán

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Ho

ặc á

p d

ụn

g c

ho

hệ

qu

ả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ THEO PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1 - TỔ HỢP 2

Δa = 0

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

γF →A2 = 1.0γM →M2

ψi

γR →R1 = 1.0

Ngoại trừ

hoạt tải:

1.3

γF →A2 = 1.0

Ngoại trừ

hoạt tải:

1.3

Hình IV. 3: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Các hệ số riêng đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp thiết kế 1 đều đƣợc trình bày trong

phần Bảng tra hệ số.

Trong phƣơng pháp thiết kế 1 thì:

Tổ hợp 1: Dùng thiết kế cho tất cả các loại kết cấu nhƣ: móng cọc, móng nông,

tƣờng chắn, kết cấu neo,...

Tổ hợp 2: Dùng thiết kế cho nhiều loại kết cấu (ngoại trừ thiết kế cọc và neo). Nếu

muốn sử dụng phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 này để thiết kế cọc (trừ cọc chịu

ảnh hƣởng của ma sát âm, tải ngang) và thiết kế neo thì phải thay giá trị hệ số riêng

của vật liệu M2 thành M1 và hệ số riêng cho độ bền R1 thành R4; nghĩa là sử

dụng: A2 „+‟ M1 „+‟ R4. Nếu sử dụng để thiết kế cọc chịu ma sát âm hoặc tải

ngang thì thay giá trị M1 thành M2; nghĩa là: A2 „+‟ M2 „+‟ R4.

71

Trong phƣơng pháp thiết kế 1, các hệ số riêng đƣợc áp dụng sớm trong quá trình tính

toán (áp dụng cho tác động và tính chất vật liệu), gần với nguồn gốc của sự không

chắc chắn. Phƣơng pháp này là một dạng của phƣơng pháp thiết kế theo hệ số riêng

cho cƣờng độ vật liệu.

IV.3.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2)

Triết lý thiết kế trong phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) của Eurocode 7 là kiểm tra độ tin

cậy của móng bằng cách áp dụng đồng thời hệ số riêng cho tác động hoặc hệ quả tác

động và cho độ bền; trong khi cƣờng độ đất nền thì áp dụng hệ số riêng bằng 1 (nghĩa

là, không nhân hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền). Nghĩa là, sử dụng các hệ số A1, M1

và R2.

Nếu sử dụng phƣơng pháp thiết kế 2 để phân tích ổn định mái dốc, thì hệ số A1 phải

áp dụng cho hệ quả tác động, không đƣợc áp dụng cho tác động.

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

Tác động thiết kế

Fd

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọng

Mô hình tính toán

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặ

c áp

dụn

g ch

o tá

c độ

ng

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ THEO PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2

Δa = 0

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

γF →A1γM →M1 = 1.0

ψi

γF →A1 γR →R2

Hình IV. 4: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 2

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

72

Các hệ số riêng đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp thiết kế 2 đều đƣợc trình bày trong

phần Bảng tra hệ số.

Phƣơng pháp thiết kế 2 sử dụng đƣợc cho thiết kế cọc.

Trong phƣơng pháp thiết kế 2, các hệ số riêng đƣợc áp dụng sau trong quá trình tính

toán, nghĩa là áp dụng cho hệ quả tác động và độ bền. Phƣơng pháp này là một dạng

của phƣơng pháp thiết kế theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền (LRFD).

IV.3.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3)

Triết lý của phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) trong Eurocode 7 là kiểm tra độ tin cậy của

móng bằng cách áp dụng hệ số riêng cho tác động thuộc kết cấu và tính chất vật liệu

đất nền (nhƣ: c, υ, γ, qu), trong khi những tác động thuộc về đất nền và độ bền thì

không nhân hệ số. Nghĩa là, sử dụng các hệ số A1 (tác động thuộc về kết cấu) hoặc A2

(tác động thuộc về đất nền), M2 và R3.

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

Tác động thiết kế

Fd

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọng

Mô hình tính toán

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Ho

ặc á

p d

ụn

g c

ho

hệ

qu

ả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ THEO PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 3

Δa = 0

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

γM →M2

ψi

γR →R3 = 1.0

γF →A1

γF →A2

Thuộc về

kết cấu

Thuộc về

đất nền

γF →A1

γF →A2

Thuộc về

kết cấu

Thuộc về

đất nền Ngoại trừ

cọc chịu

kéo: 1.1

Hình IV. 5: Kiểm tra cƣờng độ theo phƣơng pháp thiết kế 3

73

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Nếu sử dụng phƣơng pháp thiết kế 3 để phân tích ổn định mái dốc, thì hệ số riêng A2

đƣợc áp dụng cho tất cả các tác động, kể cả tác động của đất nền.

Các hệ số riêng đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp thiết kế 3 đều đƣợc trình bày trong

phần Bảng tra hệ số.

Trong phƣơng pháp này, hệ số riêng đƣợc áp dụng sớm trong quá trình tính toán

(nghĩa là cho tác động và tính chất vật liệu), nhƣng khác với phƣơng pháp thiết kế 1 là

chỉ có 1 trạng thái tính toán. Phƣơng pháp thiết kế 3 này là một dạng phƣơng pháp

thiết kế sử dụng hệ số vật liệu.

Phần quan trọng trong phƣơng pháp thiết kế 3 là có sự tách biệt giữa những tác động

do kết cấu với tác động do đất nền gây ra, các hệ số lớn hơn sẽ đƣợc áp dụng cho tác

động đất nền thể hiện sự không chắc chắn lớn hơn. Tác động đất nền là „tác động

truyền lên kết cấu thông qua nền đất, đất đắp, nước hoặc nước ngầm‟.

IV.3.4. Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế theo các Quốc Gia

Eurocode 7-1 cho phép mỗi quốc gia sử dụng phụ lục riêng tƣơng ứng với phƣơng

pháp thiết kế đƣợc sử dụng. Những điều này đƣợc thực hiện bởi những quốc gia trong

khối CEN (European Committee for Standardization, bao gồm: Anh, Pháp và Đức),

đƣợc tóm tắt trong hai hình bên dƣới đây.

Ở hình bên dƣới chỉ ra rằng: hầu hết các phƣơng pháp thiết kế phổ biến đƣợc sử dụng

để phân tích ổn định mái dốc là phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) (khoảng 65% đƣợc sử

dụng ở Anh, Pháp, Đức), sau đó là phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) (25%). Chỉ có Tây

Ban Nha sử dụng phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2), trong khi đó ở Phần Lan thì cho

phép sử dụng nhiều phƣơng pháp thiết kế. Tóm lại, ở các quốc gia Châu Âu thì

phƣơng pháp thiết kế 1 và 2 đƣợc sử dụng nhiều nhất để phân tích ổn định mái dốc.

74

Hình IV. 6: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho mái dốc

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Nhận thấy rằng,

Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) để thiết kế mái dốc bao

gồm: Anh, Bồ Đào Nha, Bỉ, Ý, Lithuania, Cộng Hòa AiLen,…

Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) để thiết kế mái dốc bao

gồm: Tây Ban Nha, Cộng Hòa AiLen,…

Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) để thiết kế mái dốc bao

gồm: Pháp, Thụy Điển, Đức, Úc, Hungary, Rumani, Ba Lan, Phần Lan, Cộng Hòa

AiLen, Đan Mạch,…

Hình bên dƣới mô tả việc lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho kết cấu khác (ngoại trừ

mái dốc) nhƣ: móng nông, móng cọc, kết cấu tƣờng chắn, ... Có khoảng 55% quốc gia

trong khối CEN chọn phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2), tiếp theo là phƣơng pháp thiết kế

1 (DA 1) chiềm 30% và cuối cùng là phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) chiếm 10%. Ở

Phần Lan thì cho phép sử dụng nhiều phƣơng pháp thiết kế.

75

Sự phân chia giữa các quốc gia Châu Âu phản ánh đƣợc tính truyền thống và tính thực

dụng trong thiết kế nền móng, hơn là quan niệm triết lý trong mỗi phƣơng pháp thiết

kế.

Hình IV. 7: Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế cho các kết cấu địa kỹ thuật

khác (ngoại trừ mái dốc)

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Nhận thấy rằng,

Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) để thiết kế các kết cấu khác

bao gồm: Anh, Bồ Đào Nha, Bỉ, Ý, Lithuania, Rumani, Cộng Hòa Ailen, Phần

Lan,...

Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) để thiết kế các kết cấu khác

bao gồm: Tây Ban Nha, Pháp, Thụy Điển, Đức, Úc, Hungary, Ba Lan, Phần Lan,

Cộng Hòa AiLen, Đan Mạch (sử dụng cho móng cọc), Ý,…

Các Quốc Gia lựa chọn phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) để thiết kế các kết cấu khác

bao gồm: Cộng Hòa AiLen, Hà Lan, Đan Mạch, Phần Lan (sử dụng cho móng

nông),…

76

Chƣơng V

KIỂM TRA ỔN ĐỊNH

V.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ

Kiểm tra ổn định liên quan đến kiểm tra hệ quả tác động gây mất ổn định không đƣợc

vƣợt qua hệ quả gây ổn định tƣơng ứng, có xét thêm độ bền tham gia vào gây ổn định

cho móng.

Kiểm tra ổn định đƣợc thể hiện trong Eurocode 7 bằng bất phƣơng trình sau:

, ,d dst d stb dE E R (V.1)

Trong đó, Ed,dst – hệ quả thiết kế của tác động gây mất ổn định; Ed,stb – hệ quả thiết kế

của tác động gây ổn định; Rd – độ bền thiết kế giúp ổn định kết cấu móng.

Có ba nhóm ổn định cần xem xét theo Eurocode bao gồm: ổn định cân bằng EQU, ổn

định đẩy nổi UPL và ổn định đẩy trồi HYD. Mỗi loại ổn định sẽ có những yêu cầu

riêng về tác động gây mất ổn định tác động gây ổn định khác nhau.

Đối với trạng thái giới hạn cực hạn EQU, đƣợc định nghĩa là:

‘Sự mất ổn định của kết cấu hoặc của đất nền có liên quan đến độ cứng tổng thể của

công trình, khi có sự thay đổi đáng kể về giá trị hoặc phương của tác động từ một

nguồn nào đó, mà cường độ vật liệu kết cấu và đất nền không cung cấp độ bền đủ

lớn’.

(EN 1990 §6.4.1(1)P) và (EN 1997-1 §2.4.7.1(1)P)

Đối với trạng thái giới hạn cực hạn UPL, đƣợc định nghĩa là:

‘Sự mất ổn định của kết cấu hoặc của đất nền do đẩy nổi bởi áp lực nước hoặc những

tác động theo phương đứng khác’.

(EN 1997-1 §2.4.7.1(1)P)

Đối với trạng thái giới hạn cực hạn HYD, đƣợc định nghĩa là:

‘Sự đẩy trồi, sự ăn mòn và sự xóa ngầm trong đất do gradient thủy lực’.

(EN 1997-1 §2.4.7.1(1)P)

77

Một số ví dụ về ổn định trong xây dựng nhƣ: ổn định lật của Turbin gió (EQU); hiện

tƣợng đẩy nổi của công trình ngầm (UPL); hiện tƣợng đẩy trồi đáy hố móng trong hố

đào do mực nƣớc ngầm (HYD),...

V.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO TRONG THIẾT KẾ

Độ tin cậy đƣợc đƣa vào trong thiết kế khi kiểm tra độ ổn định của kết cấu móng thông

qua việc áp dụng các hệ số riêng cho những tác động gây mất ổn định (Fdst), những tác

động gây ổn định (Fstb), tính chất vật liệu (X) hoặc độ bền (R) và cho các thông số kích

thƣớc hình học (a).

Qui trình kiểm tra ổn định có thể phát họa thành sơ đồ sau:

78

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep,dst

ψi

Tác động thiết kế

Fd,dst

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Δa

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Tính chất vật liệu

Cƣờng độ

Dung trọng

Mô hình tính toán

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed,stb

γR

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed,dst

Kiểm tra

Ed,dst ≤

Ed,stb + Rd

Kiểm tra

Ho

ặc á

p d

ụn

g c

ho

độ

bền

KIỂM TRA ỔN ĐỊNH

Tác động gây mất ổn định

γF,dst

Tác động đại diện

Frep,stb

Tác động thiết kế

Fd,stb

Tác động tạo ổn định

γF,stb

Có lợi

γM

Độ bền thiết kế

Rd

Ít quan trọng đối với trạng

thái giới hạn cực hạn EQU

Hình V. 1: Qui trình kiểm tra ổn định (Tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

79

Những tác động thiết kế gây mất ổn định Fd,dst đƣợc rút ra từ những tác động đặc trƣng

gây mất ổn định Fk,dst nhân với hệ số tổ hợp ψ và các hệ số riêng γF,dst nhƣ sau:

, , , , ,d dst F dst i i k dst i

i

F F (V.2)

Những tác động thiết kế gây ổn định Fd,stb đƣợc rút ra từ những tác động đặc trƣng gây

ổn định FF,stb nhân với hệ số tổ hợp ψ và các hệ số riêng γF,stb nhƣ sau:

, , , , ,d stb F stb i i k stb i

i

F F (V.3)

Những tính chất vật liệu thiết kế Xd đƣợc rút ra từ những tính chất vật liệu đặc trƣng

Xk chia cho hệ số riêng γM nhƣ sau:

kd

M

XX

(V.4)

Độ bền thiết kế Rd đƣợc rút ra từ độ bền đặc trƣng Rk chia cho hệ số riêng γR nhƣ sau:

kd

R

RR

(V.5)

Kích thƣớc thiết kế ad đƣợc rút ra từ kích thƣớc danh định anom cộng hoặc trừ với dung

sai a nhƣ sau:

d noma a a (V.6)

Các hệ số riêng đƣợc sử dụng khi kiểm tra độ ổn định của kết cấu móng theo Eurocode

7 đều đƣợc trình bày trong phần Bảng tra hệ số. Tùy theo mỗi trƣờng hợp ổn định mà

các hệ số riêng sẽ có giá trị khác nhau, chẳng hạn, để kiểm tra ổn định cân bằng tĩnh

EQU thì dùng các hệ số riêng trong bảng A.1 và A.2, kiểm tra đẩy nổi UPL thì dùng

bảng A.15 và A.16, kiểm tra đẩy trồi HYD thì dùng bảng A.17.

V.3. ỔN ĐỊNH CÂN BẰNG TĨNH (EQU)

Trạng thái giới hạn cực hạn EQU đƣợc định nghĩa nhƣ sau:

‘Sự mất ổn định của kết cấu hoặc của đất nền có liên quan đến độ cứng tổng thể của

công trình, khi có sự thay đổi đáng kể về giá trị hoặc phương của tác động từ một

nguồn nào đó, cường độ vật liệu kết cấu và đất nền không cung cấp độ bền đủ lớn’.

(EN 1990 §6.4.1(1)P) và (EN 1997-1 §2.4.7.1(1)P)

80

Kiểm tra cân bằng tĩnh theo Eurocode đƣợc thể hiện trong bất phƣơng trình sau:

, ,d dst d stb dE E T (V.7)

(EN 1997-1:2004)

Trong đó, Ed,dst – hệ quả tác động thiết kế gây mất ổn định; Ed,stb – hệ quả tác động

thiết kế gây ổn định; Td – độ bền thiết kế (độ bền chống cắt) giúp ổn định kết cấu.

Thành phần này không đƣợc đề cập trong EN 1990, nhƣng trong EN 1997-1 thì có đề

cập đến. EN 1997-1 chú thích rằng thành phần độ bền kháng cắt Td đóng vai trò ít

quan trọng trong EQ, nghĩa là „cường độ của vật liệu kết cấu và của đất nền ảnh

hưởng không đáng kể đến việc cung cấp độ bền‟. (Theo EN 1997-1:2004)

EN 1997-1 cũng chú thích rằng, EQU:

‘Cân bằng tĩnh EQU là một thành phần chính trong thiết kế kết cấu. Trong thiết kế nền

móng, việc kiểm tra EQU sẽ được giới hạn trong một vài trường hợp, chẳng hạn móng

cứng nằm trên đá’. (EN 1997-1 §2.4.7.2(2)P, chú thích 1)

Nhƣ vậy, trong thiết kế nền móng, trạng thái giới hạn EQU ít đƣợc xem xét, ngƣợc lại

thì đƣợc xem xét nhiều khi thiết kế trong kết cấu công trình. Chỉ có một vài trƣờng

hợp đặc biệt cần xét đến cân bằng tĩnh EQU trong thiết kế nền móng nhƣ: đập chắn

nƣớc và chắn đất nằm trên nền đá gốc.

V.4. ỔN ĐỊNH ĐẨY NỔI (UPL)

Trạng thái giới hạn cực hạn UPL đƣợc định nghĩa nhƣ sau:

‘Sự mất ổn định của kết cấu hoặc của đất nền do đẩy nổi bởi áp lực nước hoặc những

tác động theo phương đứng khác’.

(EN 1997-1 §2.4.7.1(1)P)

Kiểm tra đẩy nổi UPL theo Eurocode 7 đƣợc tóm tắt theo bất phƣơng trình sau:

, ,d dst d stb dV G R (V.8)

Trong đó, Vdst,d là những tác động thiết kế theo phƣơng đứng gây đẩy nổi; Gstb,d là tĩnh

tải thiết kế tạo ra ổn định; Rd là độ bền thiết kế giúp ổn định kết cấu.

Thƣờng, hiện tƣợng đẩy nổi liên quan đến các tác động theo phƣơng đứng, cho nên

các tác động đứng gây mất ổn định bao gồm:

81

, , ,d dst d dst d dstV G Q (V.9)

Trong đó, Gd,dst và Qd,dst lần lƣợt là tĩnh tải và hoạt tải thiết kế gây mất ổn định cho kết

cấu.

Khi đó, hai phƣơng trình trên đƣợc gộp lại nhƣ sau:

, , , ,d dst d dst d dst d stb dV G Q G R (V.10)

Cần chú ý, không đƣợc gộp chung độ bền ổn định Rd và tĩnh tải ổn định Gstb,d vì mỗi

loại (độ bền và tĩnh tải) đều sử dụng các hệ số riêng khác nhau.

Tất cả các hệ số riêng đƣợc sử dụng để kiểm tra ổn định đẩy nổi UPL đều đƣợc trình

bày trong bảng A.15 và A.16 ở phần Bảng tra hệ số.

Tĩnh tải thiết kế gây mất ổn định Vd.dst đƣợc rút ra từ tĩnh tải đặc trƣng gây mất ổn định

Gk,dst và hoạt tải đặc trƣng gây mất ổn định Qk,dst nhân với hệ số tổ hợp ψ và các hệ số

riêng γG (cho tĩnh tải), γQ (cho hoạt tải). Nhƣ vậy, phƣơng trình (V.9) đƣợc viết lại nhƣ

sau:

, , , , , , , , ,d dst G dst j k dst j Q dst i i k dst i

j i

V G Q (V.11)

Tĩnh tải thiết kế tạo ổn định Vd,stb đƣợc rút ra từ tĩnh tải đặc trƣng gây ổn định Gk,stb

nhân với hệ số riêng (nhỏ hơn hoặc bằng 1.0) nhƣ sau:

, , , , , ,d stb d stb G stb j k stb j

j

V G G (V.12)

Độ bền thiết kế Rd (nếu có) giúp ổn định kết cấu có thể đƣợc rút ra từ một trong hai

cách sau: hoặc trực tiếp từ các tính chất vật liệu thiết kế Xd với hệ số riêng cho độ bền

γR = 1.0, hoặc từ các tính chất vật liệu đặc trƣng với γR > 1.0. Nghĩa là, độ bền sẽ đƣợc

xác định nhƣ trong các phƣơng trình (IV.12) và (IV.13) của chƣơng Kiểm Tra Theo

Cƣờng Độ.

Kích thƣớc thiết kế ad đƣợc rút ra từ kích thƣớc danh định anom cộng hoặc trừ với số

gia Δa. Tuy nhiên, Eurocode 7 không đƣa ra những chỉ dẫn để xác định số gia Δa khi

sử dụng để kiểm tra ổn định đẩy nổi. Thông thƣờng, trong thiết kế thì có thể bỏ qua

thành phần sai số về kích thƣớc hình học Δa này. Do đó, kích thƣớc danh định trở

thành kích thƣớc thiết kế: ad = anom.

82

Hiện tƣợng này thƣờng xảy ra đối với các công trình ngầm nhƣ: bể chứa (nƣớc, xăng,

dầu,...) trong đất có mực nƣớc ngầm cao; cống ngầm hay đƣờng hầm ngầm băng qua

sông,...

Hình V. 2: Ví dụ hiện tƣợng đẩy nổi của cống ngầm do nƣớc và lực kéo

V.5. ỔN ĐỊNH ĐẨY TRỒI (HYD)

Trạng thái giới hạn cực hạn đẩy trồi HYD đƣợc định nghĩa theo Eurocode 7 nhƣ sau:

‘Sự đẩy trồi, sự ăn mòn và sự xóa ngầm trong đất do gradient thủy lực’.

(EN 1997-1 §2.4.7.1(1)P)

Nhƣ vậy, hiện tƣợng đẩy trồi bao gồm ba loại: đẩy trồi thủy lực, ăn mòn và xóa ngầm.

Mỗi loại sẽ có những đặc tính ứng xử riêng và quan niệm thiết kế riêng. Tuy nhiên,

nguyên nhân chủ yếu để xảy ra ba loại hiện tƣợng này là do sự chênh lệch về Gradient

thủy lực trong đất và kết cấu trong đất.

V.5.1. Đẩy trồi thủy lực

Kiểm tra đẩy trồi thủy lực theo Eurocode 7 đƣợc trình bày bởi hai bất phƣơng trình

khác nhau.

Bất phƣơng trình thứ nhất liên quan đến lực và khối lƣợng, nhƣ sau:

'

, ,d dst d stbS G (V.13)

Trong đó, Sd,dst là lực thấm thiết kế gây mất ổn định của cột đất đẩy trồi; G‟d,stb là trọng

lƣợng thiết kế của cột đất có xảy ra đẩy trồi.

Cột đất đẩy trồi là một vùng thể tích đất đƣợc giả định có xảy ra hiện tƣợng đẩy trồi do

áp lực nƣớc bên dƣới chân cột đất này gây ra.

83

Một bất phƣơng trình khác bao gồm ứng suất và áp lực, nhƣ sau:

, ,d dst d stbu (V.14)

Trong đó, ud,dst là áp lực nƣớc thiết kế gây mất ổn định cột đất; σd,stb là ứng suất tổng

thiết kế chống lại áp lực nƣớc này.

Tuy nhiên, Eurocode 7 không hƣớng dẫn sử dụng các hệ số riêng tách biệt để kiểm tra

ổn định đẩy trồi theo hai bất phƣơng trình trên.

Bất phƣơng trình (V.14) có thể viết lại theo nguyên lý ứng suất hữu hiệu của Terzaghi

nhƣ sau:

'

, , 0d stb d dst du (V.15)

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Nhƣ vậy, để không xảy ra hiện tƣợng đẩy trồi thuỷ lực thì ứng suất thiết kế hữu hiệu

tại chân cột đất phải không âm (nghĩa là σ‟d ≥ 0).

Hiện tƣợng đẩy trồi thủy lực thƣờng xảy ra đối với kết cấu tƣờng chắn của công trình

hố đào, khi có sự chênh lệch về Grdient thủy lực giữa bên trong và bên ngoài thành hố

đào. Thƣờng thì mực nƣớc ở bên ngoài thành hố đào cao hơn bên trong hố đào, do đó

dòng thấm có xu hƣớng đẩy trồi đáy hố đào lên. Do vậy, trong thiết kế cần kiểm tra ổn

định đẩy trồi đáy hố đào kết hợp với thiết kế tƣờng chắn cho phù hợp.

Hình V. 3: Ví dụ hiện tƣợng đẩy trồi của đáy hố đào (Theo EN 1997-1:2004)

1 - cao độ đáy hố đào (bên trái) và cao độ mực nƣớc (bên phải); 2 - nƣớc; 3 - nền cát.

84

V.5.2. Hiện tƣợng ăn mòn (ăn mòn nội tại)

Ăn mòn nội tại thƣờng xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu với đất nền hoặc giữa

các lớp đất, khi có sự chênh lệch lớn về Gradient thủy lực. Hiện tƣợng này có thể gây

sụp đổ kết cấu nếu không phát hiện và xử lý kịp thời.

Nếu không có biện pháp chống xảy ra hiện tƣợng ăn mòn, thì Eurocode 7 yêu cầu cần

phải kiểm tra Gradient thủy lực thiết kế id phải nhỏ hơn Gradient thủy lực cực hạn icrit

có xét đến phƣơng dòng thấm, phân bố kích thƣớc và hình dạng hạt đất, phân chia lớp

đất theo bất phƣơng trình sau:

w

w

d criti i

(V.16)

Trong đó, γ và γw lần lƣợt là dung trọng đất và nƣớc.

Tuy nhiên, Eurocode 7 không hƣớng dẫn cụ thể cách sử dụng các hệ số riêng để xác

định id. Theo Andrew Bond & Andrew Harris (trong cuốn Decoding Eurocode 7) thì

có thể chọn hệ số riêng khi xác định id tối thiểu là bằng 4.0.

Hiện tƣợng ăn mòn nội tại thƣờng xảy ra đối với công trình ngầm: cống,...

Hình V. 4: Ví dụ về hiện tƣợng ăn mòn kết cấu (Theo Decoding EN 7, Andrew Bond)

V.5.3. Hiện tƣợng xóa ngầm

Xóa ngầm là một dạng của ăn mòn nội tại, thƣờng xảy ra tại vị trí giữa đất với móng,

hoặc tại bề mặt tiếp xúc giữa lớp đất dính với đất rời. Phá hoại xóa ngầm xảy ra khi

điểm cuối của dòng thấm nằm tại vị trí bên dƣới hố chứa nƣớc.

85

Hình V. 5: Ví dụ hiện tƣợng xóa ngầm trong đất (Theo EN 1997-1:2004)

Trong đó, 1 – mực nƣớc tự do; 2 – cột áp dòng thấm; 3 – đất ít thấm; 4 – lớp đất thấm;

5 – điểm bắt đầu xảy ra xóa ngầm; 6 – dòng xóa ngầm.

Để tránh xảy ra hiện tƣợng phá hoại do xóa ngầm thì phải cung cấp độ bền đủ lớn để

chống lại lực xóa ngầm này trong vùng có xảy ra dòng thấm. Do đó, cần xem xét đến

bề mặt tiếp xúc giữa kết cấu với đất nền trong vùng có xảy ra dòng thấm, để hạn chế

hoặc tránh xảy ra hiện tƣợng xóa ngầm làm hƣ hỏng công trình.

86

Chƣơng VI

KIỂM TRA THEO BIẾN DẠNG

VI.1. CƠ SỞ THIẾT KẾ

Trạng thái giới hạn sử dụng SLS là:

„trạng thái tương ứng với điều kiện mà không còn vượt quá các yêu cầu sử dụng cụ thể

của kết cấu hoặc phần tử kết cấu‟.

(Theo EN 1990, mục 1.5.2.14)

Nhƣ vậy, kiểm tra biến dạng chính là kiểm tra khả năng sử dụng của kết cấu hoặc phần

tử kết cấu khi làm việc.

Kiểm tra khả năng sử dụng liên quan đến kiểm tra hệ quả tác động thiết kế (chẳng hạn,

lún) không đƣợc vƣợt quá giá trị giới hạn thiết kế cho phép tƣơng ứng (chẳng hạn, độ

lún cho phép).

Theo Eurocode 7, kiểm tra khả năng sử dụng theo bất phƣơng trình sau:

d dE C (VI.1)

Trong đó, Ed là hệ quả tác động thiết kế; Cd là giá trị thiết kế giới hạn liên quan đến

tiêu chuẩn sử dụng.

VI.1.1. Hệ quả tác động

Hệ quả tác động bao gồm: nội lực, moment, ứng suất và biến dạng trong các phần tử

kết cấu, kể cả độ võng và góc xoay của cả công trình.

Đối với trạng thái giới hạn sử dụng, hệ quả tác động là các dạng khác nhau của chuyển

vị móng, bao gồm: độ lún (s), góc xoay (θ), biến dạng góc (biến dạng phẳng) (α) và

góc nghiêng (ω), cũng nhƣ: lún lệch (δs), độ võng tƣơng đối (Δ) và góc xoay tƣơng đối

hay biến dạng góc (β). Tỷ số Δ/L là tỷ số độ võng. Đây là những dạng thƣờng gặp

trong kết cấu địa kỹ thuật.

87

Hình VI. 1: Hình minh họa độ lún (s), lún lệch (δs), góc xoay (θ) và biến dạng góc (α)

Hình VI. 2: Hình minh họa độ võng tƣơng đối (Δ) và tỷ số độ võng (Δ/L)

Hình VI. 3: Hình minh họa góc nghiêng (ω) và góc xoay tƣơng đối (β)

88

VI.1.2. Tiêu chuẩn giới hạn sử dụng

Phụ lục H của EN 1997-1 cung cấp những chỉ dẫn về biến dạng cho phép trong kết cấu

khung hở, khung kín khi chịu tải kết hợp với tƣờng gạch liên tục. Những chỉ dẫn này

áp dụng cho kết cấu thông thƣờng, không áp dụng cho các loại kết cấu đặc biệt hoặc

kết cấu chịu tải không phải dạng phân bố đều.

Bảng sau tóm tắt một vài giá trị giới hạn chuyển vị của kết cấu địa kỹ thuật theo

Eurocode:

Bảng VI. 1: Giá trị chuyển vị cho phép theo phụ lục H của EN 1997-1

VI.2. ĐƢA ĐỘ TIN CẬY VÀO TRONG THIẾT KẾ (kiểm tra biến dạng)

Kiểm tra biến dạng thông qua độ tin cậy đƣợc đƣa vào trong thiết kế theo trạng thái

giới hạn sử dụng SLS với giá trị chuyển vị giới hạn tƣơng ứng. Kiểm tra theo trạng

thái giới hạn sử dụng đƣợc phát họa theo sơ đồ sau:

Sử dụng Cực hạn

Độ lún s 50 mm* -

nhịp 1/2000-1/300† 1/150

gối 1/4000-1/600‡ 1/300

Chú ý:

† : 1/500 cũng có thể chấp nhận cho nhiều loại kết cấu khác.

‡ : 1/1000 cũng có thể chấp nhận cho nhiều loại kết cấu khác.

Chuyển vị lớn nhất để tránh trạng thái giới hạn Chuyển vị

Góc xoay

tƣơng đốiβ

* : giá trị lớn hơn cũng có thể đƣợc chấp nhận nếu thỏa góc xoay tƣơng đối và độ dốc.

89

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

Tác động thiết kế

Fd

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọng

Mô hình tính toán

Hệ quả tác động

thiết kế giới hạn

Cd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Cd

Kiểm tra

KIỂM TRA KHẢ NĂNG SỬ DỤNG

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

ψi

Hình VI. 4: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Các hệ số riêng γ sử dụng cho trạng thái giới hạn sử dụng SLS đều bằng 1.0, hay

không sử dụng hệ số riêng cho các tình huống thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng

SLS.

Do đó, bất phƣơng trình kiểm tra khả năng sử dụng (VI.1) bên trên trở thành:

; ;d rep k nom dE E F X a C (VI.2)

Các hệ số tổ hợp ψ chỉ áp dụng cho những hoạt tải tiếp theo và đƣợc sử dụng trong các

tổ hợp thƣờng xuyên và tựa tĩnh dƣới dạng ψ = ψ2.

90

Khi kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn ULS, các tổ hợp tác động theo tình huống

thiết kế lâu dài và tạm thời đều sử dụng hệ số tổ hợp ψ = ψ0. Vì hoạt tải ψ0 lớn hơn ψ2

cho hầu hết các tác động, do đó tác động đại diện trong trạng thái giới hạn cực hạn

ULS thƣờng lớn hơn tác động đại diện trong trạng thái giới hạn sử dụng SLS.

Cần chú ý, tác động và tính chất vật liệu có thể thay đổi trong quá trình tồn tại của

công trình và do đó trạng thái giới hạn sử dụng SLS cũng cần phải kiểm tra theo các

khoảng thời gian khác nhau. Một điều quan trọng khi kiểm tra khả năng sử dụng là

phải lựa chọn hệ quả tác động giới hạn phù hợp. Các giá trị này phải phản ảnh sự làm

việc lâu dài của từng kết cấu, không nên cứng nhắc trong việc lựa chọn các giá trị giới

hạn này.

VI.3. KIỂM TRA BIẾN DẠNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN

(Phƣơng pháp khác)

Thông thƣờng, khi thiết kế thì các trạng thái giới hạn sử dụng thƣờng đƣợc bỏ qua

dƣới các dạng khác nhau, chẳng hạn, đối với móng nông, ứng suất dƣới đáy móng phải

nhỏ hơn ứng suất cho phép; đối với móng cọc, áp dụng hệ số an toàn cho mũi cọc và

thân cọc;…

Tất cả các phƣơng pháp này đều có cùng một quan điểm là làm giảm phá hoại thông

qua giảm chuyển vị đất nền. Eurocode 7 cho rằng, biến dạng cũng có thể đƣợc khống

chế thông qua các giới hạn sử dụng yêu cầu, biến dạng cũng không cần thiết phải kiểm

tra khi đã có kinh nghiệm về điều kiện đất nền, loại kết cấu và phƣơng pháp thi công

tƣơng tự.

Eurocode 7 nhấn mạnh các hiện tƣợng đẩy trồi và rung động cũng phải đƣợc xem xét

trong trạng thái giới hạn sử dụng khi cần thiết.

Đối với cọc chịu nén trong lớp đất từ chặt vừa đến chặt và cọc chịu kéo, trạng thái giới

hạn sử dụng không cần phải kiểm tra khi đã kiểm tra trạng thái giới hạn cực hạn.

Đối với kết cấu móng trên nền đất sét, Eurocode 7 yêu cầu độ lún cần phải tính toán

khi tỷ số giữa độ bền đặc trƣng Rk với tải sử dụng Ek nhỏ hơn 3. Thêm vào đó, nếu tỷ

số này nhỏ hơn 2, trong quá trình tính toán nên xét đến độ cứng phi tuyến của đất nền.

Ngƣợc lại, nếu tỷ số Rk/Ek lớn hơn hoặc bằng 3, thì trạng thái giới hạn sử dụng có thể

đƣợc bỏ qua thông qua kiểm tra theo trạng thái giới hạn cực hạn.

Do đó, khả năng sử dụng cũng có thể đƣợc kiểm tra theo bất phƣơng trình sau:

,

kk

R SLS

RE

(VI.3)

91

Trong đó, Ek là hệ quả tác động đặc trƣng; Rk là độ bền đặc trƣng; γR,SLS là hệ số riêng

cho độ bền, γR,SLS ≥ 3.

Đây cũng là một phƣơng pháp khác để kiểm tra khả năng sử dụng của kết cấu hay

phần tử kết cấu.

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

Tác động thiết kế

Fd

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọng

Mô hình tính toán

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

KIỂM TRA KHẢ NĂNG SỬ DỤNG (Phƣơng pháp khác)

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

ψi

γR ≥ 3

Hình VI. 5: Qui trình kiểm tra khả năng sử dụng (Phƣơng pháp khác)

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Ở biểu đồ này, các hệ số riêng cho tác động, tính chất vật liệu, hệ quả tác động và độ

bền đƣợc thay thế bằng một hệ số riêng lớn hơn hoặc bằng 3 cho độ bền . Sử dụng

cách kiểm tra này cũng có thể thay thế cho cách kiểm tra giới hạn chuyển vị Cd.

92

VI.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN

Phụ lục F của EN 1997-1 đƣa ra hai phƣơng pháp để đánh giá độ lún của móng nông.

Phương pháp ứng suất – biến dạng:

Tổng độ lún của móng trong đất rời hoặc đất dính có thể đƣợc đánh giá bằng phƣơng

pháp ứng suất – biến dạng theo ba bƣớc nhƣ sau:

Bƣớc 1: Tính toán phân bố ứng suất trong đất do tải trọng ngoài gây ra; sử dụng lý

thuyết đàn hồi với giả thiết đất đồng nhất và đẳng hƣớng, áp lực phân bố tuyến

tính.

Bƣớc 2: Tính toán biến dạng trong đất theo ứng suất, sử dụng Module độ cứng

hoặc các mối tƣơng quan ứng suất – biến dạng từ các thí nghiệm trong phòng hoặc

các thí nghiệm ngoài hiện trƣờng.

Bƣớc 3: Tích phân biến dạng đứng để tìm ra độ lún; trong giai đoạn này sẽ chọn

một số điểm trong đất bên dƣới đáy móng để tìm ứng suất và độ bền, từ đó có thể

tính lún cho những điểm này.

Phương pháp hiệu chỉnh đàn hồi:

Tổng độ lún của móng trong đất rời hoặc đất dính có thể đƣợc đánh giá sử dụng lý

thuyết đàn hồi và phƣơng trình bên dƣới:

m

p b fs

E

(VI.4)

Trong đó, Em là Module đàn hồi thiết kế; f là hệ số lún; p là áp lực gây lún, giả thiết là

phân bố tuyến tính bên dƣới chân đáy móng.

Hệ số lún f phụ thuộc vào hình dạng và kích thƣớc của tiết diện móng, độ thay đổi độ

cứng theo chiều sâu, chiều dày của lớp đất bị nén, hệ số Poisson, sự phân bố áp lực

dƣới đáy móng và một điểm tại vị trí đang xét.

Module thoát nƣớc Em của lớp đất đang xét trong điều kiện thoát nƣớc có thể đƣợc

đánh giá từ kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc ngoài hiện trƣờng.

Phƣơng pháp đàn hồi hiệu chỉnh chỉ đƣợc sử dụng nếu ứng suất trong đất không xảy ra

phá hoại dẻo và ứng xử ứng suất - biến dạng trong nền đất là tuyến tính. Cần thận

trọng khi sử dụng phƣơng pháp đàn hồi hiệu chỉnh trong đất nền không đồng nhất.

93

Eurocode 7 phần 2 (EN 1997-2:2007) cung cấp thêm các phƣơng pháp để xác định độ

lún của móng từ các thí nghiệm hiện trƣờng nhƣ sau:

Bảng VI. 2: Bảng tóm tắt các phƣơng pháp xác định độ lún ngoài hiện trƣờng

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

D.4 Mối tƣơng quan giữa Module nén và qc Pháp

K.2 Xác định module đàn hồi Anh

K.3 Xác định hệ số nền Thụy Điển

K.4 Độ lún móng nông trong đất cát Thụy Điển

Thụy Điển

J

H.1

Ý

Thí nghiệm bàn nén

(PLT)

Pháp

Thí nghiệm xuyên

tiêu chuẩn (SPT)F.3 Anh

G.3 Đức

Thí nghiệm xuyên

tĩnh (CPT và CPTU)

D.1 Thụy Điển

D.3 Hà Lan

D.5 Đức

Thí nghiệm áp lực

nén (PMT)E.2

Thí nghiệm khoan lõi

(DP)

Thiết lập mối tƣơng quan giữa ứng suất

và module nén từ kết quả DP

Thí nghiệm xuyên

(WST)

Mối tƣơng quan giữa góc ma sát hữu

hiệu với module đàn hồi thoát nƣớc

Thí nghiệm trƣơng nở

(DMT)Xác định Module biến dạng

Sử dụng phƣơng pháp bán thực nghiệm

để tính lún móng nông trong đất hạt thô

Thiết lập mối tƣơng quan giữa ứng suất

và module nén từ kết quả CPT

Sử dụng phƣơng pháp bán thực nghiệm

để tính lún móng nông từ thí nghiệm

nén Menard

Sử dụng trực tiếp phƣơng pháp thực

nghiệm để tính lún cho móng nông

trong đất rời

Thí nghiệm ngoài

hiện trƣờngPhụ lục Phƣơng pháp

Xuất phát

từ Quốc gia

Mối tƣơng quan giữa Module đàn hồi

thoát nƣớc với qc

94

Chƣơng VII

MÓNG CỌC

Eurocode 7 đƣa ra 3 phƣơng pháp thiết kế móng cọc, đƣợc tóm tắt trong bảng sau:

VII.1. CÁC PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM CỌC

Thí nghiệm cọc sẽ đƣợc yêu cầu riêng khi không biết rõ ứng xử của cọc, hoặc do

phƣơng pháp thi công, điều kiện đất nền và tải trọng, hoặc những ứng xử không mong

muốn xảy ra trong quá trình thi công cọc.

Trong trƣờng hợp tải trọng phức tạp, thì rất khó để áp dụng vào thí nghiệm thử tải cọc,

Eurocode 7 cho phép sử dụng tính toán thông qua các thông số đất nền thay cho thí

nghiệm cọc. Trƣờng hợp này thƣờng gặp khi công trình chịu tải trọng lặp.

Số lƣợng và vị trí cọc thăm dò sẽ đƣợc chọn theo điều kiện đất nền. Thƣờng thì chọn

thí nghiệm ở những vị trí bất lợi của công trình nhƣ tại vị trí chịu tải trọng lớn hay tại

vị trí mà địa chất thay đổi mạnh.

Eurocode 7 chƣa qui định cụ thể về số lƣợng cọc thử. Theo nhƣ chỉ dẫn của Viện Kỹ

Thuật Xây Dựng và Liên Hiệp Móng Cọc của Anh đƣợc tóm tắt nhƣ sau:

Bảng VII. 1: Số lƣợng cọc thử tải tĩnh theo Viện Kỹ Thuật Xây Dựng và Liên Hiệp

Móng Cọc Anh

Mức độ rủi ro Cần thử loại cọc… Số lƣợng cọc thí nghiệm

Cọc thử thăm dò Cọc kiểm tra

Cao thăm dò và kiểm tra 1/250 (0.4%) 1/100 (1%)

Trung bình thăm dò hoặc kiểm tra 1/500 (0.2%)

Phƣơng pháp Sử dụng Các điều kiện cần

Kết quả thử tải động

Quan trắcQuan trắc đặc điểm móng

cọc tƣơng ứng

Phải khảo sát hiện trƣờng và thí

nghiệm đất

Thử tải cọc

Kết quả thử tải tĩnh, kinh

nghiệm

Phải kiểm chứng bằng tính toán

hoặc các phƣơng pháp khác

Phải kiểm chứng bằng thử tải

tĩnhTính toánPhƣơng pháp tính toán thực

nghiệm hoặc giải tích

95

Thấp (không chỉ định rõ)

Ghi chú:

* Thí nghiệm cọc kiểm tra là kiểm tra lại sức chịu tải cọc ngoài công trƣờng

bằng phƣơng pháp thử tải tĩnh, trên 1% tổng số cọc với tải thử lên đến 1.5 lần tải

thiết kế.

* Thí nghiệm cọc thử thăm dò bằng phƣơng pháp thử tải tĩnh trong giai đoạn

thiết kế sơ bộ, thí nghiệm này dùng để xác định loại cọc, chiều dài cọc và kích

thƣớc cọc.

(Theo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

Việc lựa chọn cọc thử làm đại diện là rất quan trọng, vì kết quả của chúng sẽ ảnh

hƣởng trực tiếp đến thiết kế cọc cho cả công trình.

Theo EN 1997-1:2004, thí nghiệm thử tải cọc sẽ đƣợc sử dụng trong những tình huống

sau:

Khi chƣa có kinh nghiệm trong việc chọn loại cọc và phƣơng pháp thi công cọc;

Khi cọc chƣa đƣợc kiểm tra với cùng điều kiện đất nền và tải trọng tƣơng tự;

Khi cọc chịu tải trọng mà theo lý thuyết và kinh nghiệm cũng không đủ tự tin để

thiết kế. Qui trình thử cọc sẽ sử dụng hình thức tải trọng tƣơng tự.

Khi quan sát trong quá trình thi công cọc nhận thấy ứng xử của cọc rất khác và rất

bất lợi so với ứng xử dựa trên khảo sát sơ bộ hoặc kinh nghiệm mà quá trình khảo

sát đất nền thêm cũng không làm rõ sự sai lệch này.

Sử dụng thử tải cọc để:

Đánh giá tính phù hợp của phƣơng pháp thi công;

Xác định ứng xử của cọc đại diện và đất nền xung quanh với tải trọng, bao gồm cả

độ lún và tải giới hạn;

Cho phép xác định phƣơng án móng cho toàn công trình.

Nếu chỉ thí nghiệm một cọc, thì nên chọn vị trí mà điều kiện đất nền có thể là bất lợi

nhất. Nếu có hai hay nhiều thí nghiệm cọc, thì các vị trí thí nghiệm sẽ đại diện cho

toàn móng cọc công trƣờng và một trong các cọc thử sẽ nằm ở vị trí mà điều kiện đất

nền cho là bất lợi nhất.

Khoảng thời gian từ lúc hạ cọc đến lúc bắt đầu chất tải thí nghiệm, thì phải đủ để đảm

bảo cƣờng độ vật liệu cọc đạt đến giá trị thiết kế và áp lực nƣớc lỗ rỗng trong đất cũng

trở lại trạng thái ban đầu.

96

VII.2. THÍ NGHIỆM THỬ TẢI TĨNH CỌC

Thí nghiệm thử tải tĩnh cọc sẽ thực hiện lên cọc thử thăm dò hoặc cọc thử kiểm tra của

một phần móng cọc công trình.

Liên quan đến qui trình thử tải tĩnh cọc, EN 1997-1 chấp nhận sử dụng phƣơng pháp

của bài bào thí nghiệm địa kỹ thuật „ASTM Geotechnical Testing Journal‟ (Smoltczyk,

1985). Gần đây, Ủy Ban Kỹ Thuật Châu Âu về cọc (ETC3) của Hiệp Hội Cơ Đất và

Địa Kỹ Thuật Quốc Tế (ISSMGE) đã đề nghị một phƣơng pháp về cách thức thi công

và qui trình thí nghiệm thử tải tĩnh dọc trục cọc bao gồm việc xác định sức chịu tải cọc

và triết lý thiết kế theo Eurocode 7 (De Cock et al., 2003). Tài liệu này là tài liệu cơ

bản của tiêu chuẩn Eurocode đƣợc soạn thảo bởi CEN/TC 341.

Kết luận đƣợc rút ra thông qua việc đo biến dạng, từ biến và độ chối của cọc trong suốt

quá trình thí nghiệm thử tải cọc. Những yếu tố này rất hữu ích, đặc biệt để kiểm tra

những yêu cầu theo trạng thái giới hạn sử dụng SLS. Tính toán theo trạng thái giới hạn

cực hạn ULS dựa trên tải phá hoại cực hạn dọc trục đo đƣợc. Eurocode 7 cho rằng

ngƣời thiết kế chỉ có thể rút ra kết luận tải phá hoại cực hạn dựa trên thí nghiệm cọc

thử thăm dò. Tuy nhiên, không nhất thiết phải thử cọc thăm dò đến phá hoại: thông

thƣờng dựa vào biểu đồ tải trọng - chuyển vị để ngoại suy tải phá hoại cực hạn.

Eurocode 7 kiến nghị cọc kiểm tra phải đƣợc chất tải ít nhất là bằng với tải thiết kế.

Tải thiết kế sẽ tƣơng ứng với tình huống thiết kế lâu dài.

Khi thiết kế móng cọc chịu kéo, thí nghiệm thử tải tĩnh nên thí nghiệm đến tải phá

hoại. Bởi vì rất dễ đạt đến tải phá hoại cực hạn trong thí nghiệm kéo cọc do ứng xử

“giòn, dễ gãy” của cọc khi chịu kéo, rất nguy hiểm để xác định độ bền chịu kéo tối ƣu

của đất nền thông quan nội suy biểu đồ tải trọng - chuyển vị.

Đối với cọc thử thăm dò, Eurocode 7 yêu cầu phải khảo sát đất nền cẩn thận để nắm

bắt rõ bản chất của đất nền xung quanh cọc và bên dƣới mũi cọc, phải khảo sát tất cả

các lớp đất có ảnh hƣởng đáng kể đến ứng xử của cọc; phƣơng pháp thi công cọc thử

cũng phải tƣơng tự với phƣơng pháp thi công cọc thực sau này.

Số lƣợng cọc thử thăm dò phụ thuộc vào:

Điều kiện đất nền;

Loại kết cấu công trình;

Những tài liệu có sẵn về loại cọc trong các điều kiện đất nền tƣơng tự;

Tổng số cọc và loại cọc khi thiết kế móng cọc.

97

VII.3. THÍ NGHIỆM TẢI TRỌNG ĐỘNG CỌC

Sử dụng kết quả thí nghiệm tải trọng động để đánh giá độ bền chịu nén cọc, bao gồm

thí nghiệm va chạm động, công thức đóng cọc và phân tích phƣơng trình sóng.

Eurocode 7 cho phép sử dụng thí nghiệm tải trọng động để đánh giá độ bền chịu nén

cọc khi:

Có khảo sát đất nền đầy đủ;

Phƣơng pháp này cần đƣợc kiểm tra lại bằng thí nghiệm thử tải tĩnh với cùng một

loại cọc, cùng chiều dài cọc, tiết diện cọc và cùng điều kiện đất nền.

Thí nghiệm tải trọng động cũng có thể đƣợc sử dụng để kiểm tra chất lƣợng cọc và có

thể phát hiện ra cọc yếu.

Nếu sử dụng nhiều loại thí nghiệm tải trọng động, thì cần phải xem xét mối tƣơng

quan giữa các kết quả thu đƣợc từ các thí nghiệm này.

Eurocode 7 cho phép sử dụng phƣơng pháp thí nghiệm động biến dạng lớn (PDA) của

Hiệp Hội Thí Nghiệm và Vật Liệu Mỹ (ASTM). Trong tƣơng lai, Eurocode sẽ soạn

thảo tiêu chuẩn CEN TC341 về thí nghiệm thử tải động và tải trọng lặp lên cọc.

VII.4. BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỌC

Báo cáo kết quả thí nghiệm thử tải cọc là yếu tố rất quan trọng, không chỉ đảm bảo

rằng không có sự hiểu nhầm về kết quả thí nghiệm cọc trƣớc khi phân tích thiết kế, mà

còn đảm bảo về độ chính xác của các thông tin về thí nghiệm cọc. Do đó, EN 1997-1

yêu cầu báo cáo thí nghiệm cọc bao gồm:

Mô tả hiện trƣờng;

Điều kiện đất nền;

Loại cọc;

Mô tả phƣơng pháp thi công cọc và các vấn đề gặp phải trong quá trình thi công;

Mô tả tải trọng, thiết bị đo và hệ thống phản lực;

Kiểm tra thiết bị đo áp lực, kích và bộ phận đo cảm biến;

Ghi nhận quá trình thí nghiệm cọc;

Chụp hình cọc và thí nghiệm cọc;

Ghi lại kết quả thí nghiệm;

Vẽ biểu đồ thời gian - chuyển vị cho mỗi cấp tải trọng;

Đo ứng xử tải trọng - chuyển vị;

Những lý do sai lệch so với yêu cầu thí nghiệm cọc.

98

VII.5. CỌC CHỊU TẢI DỌC TRỤC

VII.5.1. Tổng quát

Cụm từ „độ bền đất nền‟ là khả năng chịu tải nén và kéo của cọc. Từ „độ bền‟ là phản

lực lớn nhất của đất nền (độ bền thân cọc lớn nhất đối với cọc chịu nén và độ bền mũi

cọc lớn nhất), trái ngƣợc với lực tác dụng lên đất nền là „tác động‟ (thông qua cọc).

Các trạng thái giới hạn đƣợc sử dụng trong thiết kế móng cọc, bao gồm các trạng thái

giới hạn cực hạn ULS: độ bền cọc đơn, độ bền của cả móng cọc, phá hoại hoặc sụp đổ

của kết cấu móng do chuyển vị lớn của móng cọc; trạng thái giới hạn sử dụng SLS bao

gồm: chuyển vị của móng vƣợt quá giới hạn cho phép.

Khả năng chịu tải của cọc đơn và của cả móng cọc theo trạng thái giới hạn cực hạn

ULS giống với khả năng chịu tải cọc theo phƣơng pháp truyền thống, nhƣng Eurocode

7 sử dụng một vài đặc điểm cải tiến để tính toán độ bền đặc trƣng của đất nền, những

đặc điểm cải tiến này bao gồm việc áp dụng hệ số riêng cho tác động và độ bền đất

nền.

Đối với móng cọc, tính toán chuyển vị ít đƣợc sử dụng phổ biến, đặc biệt đối với ULS.

Đối với độ lún cọc, Eurocode 7 yêu cầu cần thận trọng khi đánh giá độ lún của móng

cọc. Tuy nhiên, Eurocode 7 vẫn không hƣớng dẫn cụ thể về phƣơng pháp kiểm tra

chuyển vị tƣơng ứng với ULS trong kết cấu móng.

Độ bền phá hoại chịu nén hoặc chịu kéo đƣợc định nghĩa là trạng thái mà chuyển vị

xuống hoặc lên đáng kể của móng cọc với độ tăng hoặc giảm không đáng kể của độ

bền cọc. Trong quá trình thí nghiệm cọc chịu nén thì rất khó để đạt đến trạng thái này,

hoặc rất khó xác định từ biểu đồ nén - lún; trong các trƣờng hợp này, Eurocode 7 đề

nghị sử dụng độ lún đầu cọc bằng 10% đƣờng kính cọc làm tiêu chuẩn phá hoại. Lời

đề nghị này rất quan trọng, vì mô hình tính toán độ bền đất nền dựa trên tải phá hoại

đo đƣợc từ thí nghiệm thử tải tĩnh, mà tải phá hoại đƣợc xác định dựa vào tiêu chuẩn

phá hoại.

Tƣơng tự nhƣ thiết kế móng nông, móng cọc cũng phải xem xét ổn định tổng thể.

Trong trƣờng hợp móng cọc, cần xét đến mặt phá hoại bên dƣới mũi cọc và sự giao

nhau của các mặt phá hoại giữa các cọc.

VII.5.2. Đƣa độ tin cậy vào thiết kế cọc

Hình sau phát họa việc kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo Eurocode 7.

Các hệ số áp dụng trong qui trình này đều đƣợc trình bày trong phần Bảng tra hệ số.

99

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

ψi

Tác động thiết kế

Fd

γF

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Δa

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

γM

Tính chất vật liệu

Cƣờng độ

Dung trọngKết quả thí nghiệm

Độ bền đo đƣợc

Rm

Độ bền thấp hơn

ξtrung bình

Kết quả thí nghiệm

minTrung bình

ξmin

Mô hình tính toán γRd

Độ bền đặc trƣng

Rk

Độ bền thiết kế

Rd

γR

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

γE

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặ

c áp

dụn

g ch

o hệ

quả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC

Kết quả

thí nghiệm

đất nền

Hình VII. 1: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc (Tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andrew Harris)

100

Hình bên trên là qui trình tổng quát để thiết kế móng cọc theo Eurocode 7. Tùy theo

mỗi Quốc Gia, dựa vào qui trình trên để đƣa ra các phƣơng pháp thiết kế cho móng

cọc khác nhau có kèm theo các hệ số riêng tƣơng ứng.

Tất cả các hệ số đƣợc sử dụng trong 3 phƣơng pháp thiết kế này đều đƣợc trình này

trong phần Bảng tra hệ số.

VII.5.2.1. Phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1)

Triết lý của phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) là kiểm tra độ tin cậy với hai tổ hợp hệ số

riêng khác nhau: tổ hợp 1 và tổ hợp 2.

Trong tổ hợp 1, các hệ số riêng sẽ áp dụng cho tác động và một ít cho độ bền, trong

khi đó cƣờng độ đất nền (nếu xem xét) thì không nhân hệ số riêng. Các hệ số riêng sử

dụng là A1, M1 và R1 hay A1 „+‟ M1 „+‟ R1, với ký hiệu „+‟ là tổ hợp với.Trong đó,

tất cả các hệ số riêng M1 đều bằng 1 và bỏ qua dung sai kích thƣớc hình học (Δa = 0).

Trong tổ hợp 2, các hệ số riêng đƣợc áp dụng cho độ bền và cho hoạt tải, trong khi đó

tĩnh tải và cƣờng độ đất nền (nếu sử dụng) thì không nhân hệ số. Các hệ số riêng sử

dụng là A2, M1 và R4 hay A2 „+‟ M1 „+‟ R4, với ký hiệu „+‟ là tổ hợp với. Trong đó,

tất cả các hệ số riêng M1 đều bằng 1 và bỏ qua dung sai kích thƣớc hình học Δa (Δa =

0). Trong trƣờng hợp cọc chịu ma sát âm hoặc tải ngang thì thay hệ số riêng M1 bằng

M2, tức là A2 „+‟ M2 „+‟ R4.

101

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

ψi

Tác động thiết kế

Fd

γF →A1

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Cƣờng độ

Dung trọngKết quả thí nghiệm

Độ bền đo đƣợc

Rm

Độ bền thấp hơn

ξtrung bình

Kết quả thí nghiệm

Kết quả

thí nghiệm

đất nền

minTrung bình

ξmin

Mô hình tính toán γRd

Độ bền đặc trƣng

Rk

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặ

c áp

dụn

g ch

o hệ

quả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC THEO

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1 - TỔ HỢP 1 (DA 1-1)

γF →A1

Δa = 0

γM →M1 = 1.0

γR →R1

Hình VII. 2: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 1 - tổ hợp 1 (DA 1-1) (tham khảo Decoding Eurocode

7, Andrew Bond & Andrew Harris)

102

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

ψi

Tác động thiết kế

Fd

γF →A2

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Cƣờng độ

Dung trọngKết quả thí nghiệm

Độ bền đo đƣợc

Rm

Độ bền thấp hơn

ξtrung bình

Kết quả thí nghiệm

Kết quả

thí nghiệm

đất nền

minTrung bình

ξmin

Mô hình tính toán γRd

Độ bền đặc trƣng

Rk

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặ

c áp

dụn

g ch

o hệ

quả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC THEO

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1 - TỔ HỢP 2 (DA 1-2)

γF →A2

Δa = 0

γM →M1 = 1.0

γR →R4

Ma sát âm ,

tải ngang:

M2

Hình VII. 3: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 1 - tổ hợp 2 (DA 1-2) (tham khảo Decoding Eurocode

7, Andrew Bond & Andrew Harris)

103

VII.5.2.2. Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2)

Triết lý của phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) là kiểm tra độ tin cậy thông qua áp dụng hệ

số riêng cho tác động hoặc hệ quả tác động và độ bền, trong khi cƣờng độ đất nền (nếu

sử dụng) thì không nhân hệ số. Triết lý này yêu cầu không đƣợc thay đổi khi sử dụng

để thiết kế móng cọc.

Phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) sử dụng các hệ số A1, M1 và R2 hay tổ hợp A1 „+‟ M1

„+‟ R2, với ký hiệu „+‟ là tổ hợp với. Các hệ số riêng cho thông số đất nền là bằng 1.0

(hay, bỏ qua hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền) và bỏ qua dung sai kích thƣớc hình học

Δa (Δa = 0).

104

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

ψi

Tác động thiết kế

Fd

γF →A1

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Cƣờng độ

Dung trọngKết quả thí nghiệm

Độ bền đo đƣợc

Rm

Độ bền thấp hơn

ξtrung bình

Kết quả thí nghiệm

Kết quả

thí nghiệm

đất nền

minTrung bình

ξmin

Mô hình tính toán γRd

Độ bền đặc trƣng

Rk

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặ

c áp

dụn

g ch

o hệ

quả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC THEO

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2 (DA 2)

γF →A1

Δa = 0

γM →M1 = 1.0

γR →R2

Hình VII. 4: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew

Bond & Andrew Harris)

105

VII.5.2.3. Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3)

Triết lý của phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) là kiểm tra độ tin cậy bằng cách áp dụng hệ

số riêng cho tác động và cho vật liệu (nếu sử dụng), trong khi đó độ bền thì không

nhân hệ số. Triết lý này yêu cầu không đƣợc thay đổi khi sử dụng để thiết kế móng

cọc.

Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) sử dụng các hệ số A1 (tác động kết cấu) hoặc A2 (tác

động đất nền), M2 và R3 hay tổ hợp (A1 hoặc A2) „+‟ M2 „+‟ R3, với ký hiệu „+‟ là tổ

hợp với. Các hệ số cho độ bền R3 đều bằng 1.0, ngoại trừ độ bền chịu kéo cọc là 1.1.

Bỏ qua dung sai kích thƣớc hình học Δa (Δa = 0). Phƣơng pháp thiết kế này thƣờng bỏ

qua hệ số mô hình γRd (ngoại trừ cọc chịu kéo).

106

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Frep

ψi

Tác động thiết kế

Fd

γF →A1

Tác động

Kích thƣớc

danh định

anom

Kích thƣớc

thiết kế

ad

Các thông số hình học

Tính chất vật liệu

đặc trƣng

Xk

Tính chất vật liệu

Dung trọngKết quả thí nghiệm

Độ bền đo đƣợc

Rm

Độ bền thấp hơn

ξtrung bình

Kết quả thí nghiệm

Kết quả

thí nghiệm

đất nền

minTrung bình

ξmin

Mô hình tính toán γRd = 1.0

Độ bền đặc trƣng

Rk

Độ bền thiết kế

Rd

Hệ quả tác động

thiết kế

Ed

Kiểm tra

Ed ≤ Rd

Kiểm tra

Hoặ

c áp

dụn

g ch

o hệ

quả

KIỂM TRA CƢỜNG ĐỘ CHO MÓNG CỌC THEO

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 3 (DA 3)

Δa = 0

γR →R3 = 1.0

γF →A2

Thuộc

về kết

cấu

Thuộc

về đất

nền

γF →A1

γF →A2

Tính chất vật liệu

thiết kế

Xd

Cƣờng độ

γM →M2

Cọc chịu

kéo: 1.1

Hình VII. 5: Qui trình kiểm tra cƣờng độ móng cọc theo phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) (tham khảo Decoding Eurocode 7, Andrew

Bond & Andrew Harris)

107

VII.5.2.4. So sánh các phƣơng pháp thiết kế (DA) dùng thiết kế cọc

a. Giống nhau

Triết lý thiết kế: kiểm tra độ tin cậy của móng cọc thông qua việc sử dụng hệ số

riêng cho tác động, vật liệu hoặc độ bền.

Không nhân hệ số riêng cho tĩnh tải có lợi cho nền móng (γG,fav = 1.0); không xét

hoạt tải có lợi cho nền móng (γQ,fav = 0).

Trong tình huống thiết kế đặc biệt thì tất cả các tác động đều không sử dụng hệ số

riêng: γF = 1.0.

b. Khác nhau

Đặc điểm khác biệt giữa các phƣơng pháp thiết kế (DA) đƣợc sử dụng để thiết kế

móng cọc, đƣợc tóm tắt trong bảng sau:

Số thứ

tự

Đặc

điểm

DA 1 DA 2 DA 3

DA 1-1 DA 1-2

1

Tác động

hoặc hệ

quả tác

động

A1: A2: A1: Kết cấu: A1:

γF = [1.0;1.5] γF = [1.0;1.3] γF = [1.0;1.5] γF = [1.0;1.5]

Đất nền: A2:

γF = [1.0;1.3]

2 Cƣờng độ

vật liệu

Không áp dụng: Không áp dụng: Không áp dụng: M2:

γM = 1.0 γM = 1.0 γM = 1.0 γM = [1.0; 1.4]

Ma sát âm, tải

ngang: M2:

γM = [1.0; 1.4]

3 Độ bền

R1: R4: R2 = 1.1 R3 = 1.0

γR = [1.0;1.25] γR = [1.3;1.6] Cọc chịu kéo: Cọc chịu kéo:

1.15 1.1

4 Hệ số mô

hình γRd ≥ 1.0 γRd ≥ 1.0 γRd ≥ 1.0

Thƣờng:

γRd = 1.0

5 Phạm vi

áp dụng

Áp dụng cho

mọi phƣơng

pháp tính toán

sức chịu tải

cọc.

Áp dụng cho

mọi phƣơng

pháp tính toán

sức chịu tải

cọc.

Áp dụng cho

mọi phƣơng

pháp tính toán

sức chịu tải

cọc.

Thƣờng sử dụng

để tính sức chịu

tải cọc theo các

thông số đất nền

(c, υ, γ,…).

Ghi chú:

DA 1: là phƣơng pháp thiết kế 1;

DA 1-1: là phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1.

DA 1-2: là phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2.

108

DA 2: phƣơng pháp thiết kế 2.

DA 3: phƣơng pháp thiết kế 3.

VII.5.3. Độ bền chịu nén của đất nền (ULS)Tổng quan

Độ bền chịu nén của đất nền theo các trạng thái giới hạn cực hạn ULS sẽ đƣợc kiểm

tra theo bất phƣơng trình cơ bản sau:

, ,c d c dF R (VII.1)

Trong đó, Fc,d là tải nén thiết kế tác dụng lên cọc đơn hoặc nhóm cọc theo ULS; Rc,d là

độ bền chịu nén thiết kế của đất nền đối với cọc đơn hoặc nhóm cọc theo ULS.

Tải trọng Fc,d đƣợc xác định từ tổ hợp tác động theo trạng thái giới hạn cực hạn ULS,

bao gồm các tổ hợp theo tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời, các tổ hợp theo tình

huống đặc biệt và tổ hợp theo tình huống động đất.

Độ bền chịu nén cực hạn Rc,d có thể xác định từ thí nghiệm thử tải tĩnh, kết quả thí

nghiệm đất hoặc dựa trên kết quả thử tải động.

Đối với thiết kế móng cọc, phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1) và phƣơng pháp thiết kế 2

(DA 2) liên quan đến hệ số độ bền, khi tính toán độ bền đất nền thì các hệ số riêng cho

các thông số đất nền lấy bằng 1.0 (hệ số riêng M1), trong khi hệ số riêng cho độ bền

thì lớn hơn 1 (hệ số riêng R4 hoặc R1 - ngoại trừ cọc đóng đối với DA 1-1 (R1 = 1.0),

R2 đối với DA 2). Ngƣợc lại, phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) liên quan đến hệ số vật

liệu, các hệ số riêng lớn hơn 1 đƣợc áp dụng cho các thông số đất nền khi tính toán độ

bền đất nền (hệ số M2), trong khi đó hệ số cho độ bền bằng 1 (hệ số R3 = 1.0 cho tất

cả cọc chịu nén).

Trong tình huống thiết kế đặc biệt và động đất, thì các hệ số riêng cho tổ hợp tác động

thƣờng là bằng 1.0. Eurocode 7 không đề nghị giá trị hệ số riêng cho độ bền trong tình

huống đặc biệt. Do đó, khi thiết kế có thể chọn hệ số riêng này là bằng 1.0, nhƣng có

thể phụ thuộc vào tình huống thiết kế cụ thể. Giá trị hệ số riêng cho độ bền cọc trong

tình huống thiết kế động đất sẽ đƣợc chỉ định trong Eurocode 8 (hay TCXDVN

375:2006 - Thiết kế công trình chịu động đất).

Bất phƣơng trình (VII.1) trên có thể sử dụng cho cả móng cọc, không nhất thiết phải

sử dụng kiểm tra cho cọc riêng lẻ.

Eurocode 7 cho rằng trạng thái giới hạn cực hạn ULS chỉ đạt đƣợc khi có một số lƣợng

cọc nhất định đồng thời bị phá hoại. Số lƣợng cọc phá hoại này thì Eurocode 7 chƣa

qui định cụ thể.

109

Phân tích phá hoại ULS thƣờng không áp dụng cho cả móng cọc. Việc này yêu cầu

phân tích phi tuyến do phân bố lại tải trọng giữa các cọc. Tuy nhiên, có thể giả định

rằng hệ quả của sự phân bố lại tải trọng có thể đƣợc xem xét bằng một cách đơn giản

hơn, bằng cách lựa chọn độ bền đặc trƣng khác của cọc phụ thuộc vào độ cứng của kết

cấu. Độ cứng của kết cấu đƣợc xem xét thông qua hệ số 1.1. Hệ số này chỉ đƣợc sử

dụng khi có sự phân bố lại tải trọng (phi đàn hồi) giữa các cọc.

Eurocode 7 đề nghị xem xét hai yếu tố của nhóm cọc nhƣ sau:

Cần quan tâm đến các cọc biên, vì chúng thƣờng chịu tải lớn hơn so với các cọc

khác khi móng (cứng) chịu tải lệch tâm hoặc chịu tải xiên, các cọc biên thƣờng có

ứng xử „cứng‟ hơn các cọc ở tâm nên chịu tải nhiều hơn;

Nhóm cọc chịu tải nén khi bị phá hoại cũng giống nhƣ một khối cọc, bao gồm các

cọc và đất giữa các cọc. Tiêu chuẩn cho phép xem khối cọc nhƣ là cọc đơn có

đƣờng kính lớn. Khối cọc đơn này thƣờng đƣợc phân tích độ bền chịu tải đứng nhƣ

một móng bè. Nhƣ vậy, việc kiểm tra chọc thủng trong móng bè cũng đƣợc xem

xét trong khối móng đơn này.

Ngoài ra, Eurocode 7 cũng xem xét đến các yếu tố khác khi đánh giá độ bền chịu nén

của cọc đơn nhƣ:

Lớp đất yếu ở bên dƣới mũi cọc;

Kích thƣớc mũi cọc so với thân cọc;

Hiệu ứng „nút‟ đối với cọc đóng hở mũi.

VII.5.3.2. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm thử tải tĩnh cọc

Qui trình xác định độ bền chịu nén của cọc từ thí nghiệm thử tải tĩnh dựa trên phân

tích độ bền chịu nén Rc,m đo đƣợc từ thí nghiệm thử tải tĩnh của một hoặc một vài cọc

thử thăm dò. Các cọc thử thăm dò này phải giống với cọc thực và trong điều kiện địa

chất của công trình thực.

Điều quan trọng rằng Eurocode 7 đã giải thích đƣợc kết quả thí nghiệm thử tải cọc có

xét đến độ biến động của đất nền ngoài hiện trƣờng và độ biến động do sai lệch của

quá trình thi công thông qua hệ số tƣơng quan ξ. Dựa vào độ bền chịu nén đặc trƣng

của cọc ta có thể đánh giá sơ bộ độ đồng nhất của đất nền ngoài hiện trƣờng.

Các bƣớc của qui trình để xác định độ bền chịu nén của móng cọc từ kết quả thí

nghiệm thử tải tĩnh nhƣ sau:

110

(1) Từ độ bền chịu nén đo đƣợc Rc,m xác định độ bền đặc trƣng Rc,k theo phƣơng trình:

, ,ình min

,

1 2

min ;c m c mtrung b

c k

R RR

(VII.2)

Trong đó, ξ1 và ξ2 là các hệ số tƣơng quan phụ thuộc vào n cọc thử, áp dụng tƣơng ứng

cho độ bền chịu nén trung bình đo đƣợc (Rc,m)trung bình và độ bền chịu nén nhỏ nhất đo

đƣợc (Rc,m)min của Rc,m.

(2) Nếu kết cấu liên kết các cọc đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng

hơn, thì các giá trị ξ1 và ξ2 có thể chia cho 1.1, trong đó giá trị ξ1 ứng với độ bền

trung bình đo đƣợc của cọc không đƣợc nhỏ hơn 1.0.

(3) Dựa vào một vài thí nghiệm, đầu tiên đánh giá độ bền đặc trƣng tổng thể Rc,k, dựa

trên tất cả các kết quả thí nghiệm, ta có thể xác định đƣợc độ đồng nhất của đất nền

ngoài hiện trƣờng. Trong tình huống này, lặp lại qui trình từ bƣớc (1) cho mỗi vùng

tƣơng ứng với các lớp đất tƣơng đối đồng nhất. Giá trị Rc,m này có thể khác so với

Rc,m đầu tiên - khi mà giả định toàn bộ đất nền là giống nhau, sử dụng giá trị Rc,m

của từng vùng để thiết kế riêng cho vùng đó.

(4) Nếu cần thiết, Rc,k có thể đƣợc tách thành độ bền thân cọc đặc trƣng Rs,kvà độ bền

mũi cọc đặc trƣng Rb,k. Việc này có thể thực hiện đƣợc khi gắn thiết bị đo biến

dạng (Strain Gage) dọc theo thân cọc.

(5) Độ bền chịu nén thiết kế của cọc Rc,d đƣợc rút ra từ việc áp dụng hệ số riêng γt cho

độ bền đặc trƣng tổng Rc,k hoặc áp dụng hệ số riêng γs và γb cho độ bền thân cọc

đặc trƣng và độ bền mũi cọc đặc trƣng, theo phƣơng trình sau:

,

,

c k

c d

t

RR

(VII.3)

Hoặc, , ,

,

b k s k

c d

b s

R RR

(VII.4)

Rc,d cho tình huống lâu dài và tạm thời có thể rút ra từ kết quả thí nghiệm cọc khi sử

dụng DA 1 và DA 2, cùng với các hệ số riêng γt hoặc γs và γb. DA 3 không áp dụng

cho thí nghiệm thử tải tĩnh vì qui trình này sử dụng kết quả thử tải liên quan đến áp

dụng trực tiếp hệ số riêng cho độ bền đặc trƣng Rc,k hoặc Rs,k và Rb,k rút ra từ thí

nghiệm, trong khi đó DA 3 liên quan đến áp dụng hệ số riêng cho các thông số cƣờng

độ đất nền đặc trƣng.

Đối với tình huống đặc biệt, bỏ qua tất cả các hệ số riêng, nghĩa là γt = γb = γs = 1.0.

111

Trong trƣờng hợp nhóm cọc, độ bền chịu nén của cả móng cọc đƣợc xác định hoặc là

tổng độ bền chịu nén của từng cọc riêng lẻ hoặc là của cả một khối cọc. Chọn giá trị

nhỏ nhất trong hai giá trị này.

VII.5.3.3. Độ bền chịu nén cực hạn từ thí nghiệm đất

a. Tổng quan

Phƣơng pháp này dùng để dự đoán độ bền chịu nén của cọc từ kết quả thí nghiệm đất

nền, chúng phải đƣợc kiểm chứng bằng thí nghiệm thử tải cọc và kinh nghiệm.

Để xét đến yếu tố không chắc chắn của phƣơng pháp tính toán, Eurocode 7 cho phép

sử dụng hệ số mô hình γRd để đảm bảo việc dự đoán là đủ an toàn. Hệ số mô hình này

là hệ số hiệu chỉnh cho phƣơng pháp. Tuy nhiên, Eurocode không đƣa nhiều thông tin

về hệ số này, nhƣng chúng đóng vai trò rất quan trọng khi đƣa các phƣơng pháp dự

đoán hiện nay vào qui trình thiết kế mới, sử dụng hệ số này kết hợp với hệ số riêng và

các hệ số khác để tính toán thiết kế. Giá trị hệ số mô hình đƣợc xác định từ việc so

sánh kết quả thử tải tĩnh với kết quả dự đoán. Mục đích của hệ số mô hình là đƣa độ

tin cậy vào dự đoán, chẳng hạn, nếu có thí nghiệm thử tải tĩnh, mong muốn có 95%

(hoặc mức độ tin cậy khác) độ bền chịu nén đo đƣợc sẽ lớn hơn giá trị tính toán. Giá

trị hệ số mô hình có thể đƣợc xác định từ phƣơng pháp phân tích thống kê của rất

nhiều kết quả thử tải cọc.

b. Hệ số mô hình

Các qui tắc tính toán và các hệ số thi công sẽ đƣợc kiểm chứng bằng thí nghiệm thử tải

tĩnh. Dĩ nhiên là, không có qui tắc nào là hoàn hảo: không có qui tắc tính toán nào mà

luôn đƣa ra một kết quả dự đoán cho mọi điều kiện đất nền với độ chính xác của khả

năng chịu tải cọc là 100%. Để kiểm soát những yếu tố không chắc chắn trong dự đoán,

thì Eurocode cho phép sử dụng hệ số mô hình hay hệ số hiệu chỉnh γRd. Nhu cầu sử

dụng hệ số mô hình tăng theo sự sai số và độ biến động của khả năng chịu tải theo dự

đoán. Khi kiểm tra độ tin cậy của một qui tắc tính toán so với thí nghiệm thử tải cọc thì

cần xem xét đến hai yếu tố sau:

Giá trị trung bình của dự đoán so với giá trị trung bình của thử tải;

Độ biến động của dự đoán.

Giá trị hệ số hiệu chỉnh (hệ số mô hình) γRd liên quan đến qui tắc tính toán và đƣợc rút

ra từ việc so sánh kết quả thử tải cọc với kết quả dự đoán tƣơng ứng trƣớc đó. Mục

đích của hệ số hiệu chỉnh là cung cấp độ tin cậy yêu cầu cho dự đoán: chẳng hạn, nếu

có thí nghiệm thử tải cọc thì mong muốn 95% khả năng chịu tải đo đƣợc sẽ lớn hơn

theo dự đoán. Eurocode 7 không đƣa ra qui trình để đánh giá giá trị của hệ số mô hình.

112

Qui trình xác định hệ số mô hình này, dựa trên bài báo „Design Of Axially Loaded

Compression Piles According To Eurocode 7‟ của Bauduin C. Bexis, Brussels; V.U.B.

University of Brussels, Belgium.

Hệ số hiệu chỉnh hay hệ số mô hình đƣợc xác định từ biểu đồ về tỷ số Rc,dự đoán / Rc,đo.

Dựa trên biểu đồ này, cần giả định về sự phân bố, dạng chuẩn hay dạng log. Giả định

rằng, các kết quả thí nghiệm đủ để đại diện, vì thế các thí nghiệm bổ sung sẽ không

ảnh hƣởng đến sự phân bố này. Thiết lập điểm phân vị tƣơng ứng với độ tin cậy yêu

cầu trong dự đoán: giả sử nếu muốn chỉ có 5% kết quả đo đƣợc sẽ nhỏ hơn kết quả dự

đoán, thiết lập điểm phân vị 5% của sự phân bố (Rc,đo / Rc,dự đoán)5% theo công thức

thống kê sau:

(

)

(

)

* √

+ (VII.5)

Trong đó,

V: hệ số biến động của tỉ số Rc,đo / Rc,dự đoán ;

n: số lƣợng thí nghiệm liên quan đến việc hiệu chỉnh qui tắc tính toán;

: hệ số Student với điểm phân vị 5% tƣơng ứng với (n-1) bậc tự do.

Giá trị hệ số hiệu chỉnh (hệ số mô hình) là:

(

)

(VII.6)

Độ bền chịu nén hiệu chỉnh cọc là kết quả của độ bền chịu nén dự đoán khi tính toán

sử dụng qui tắc bán thực nghiệm thông qua hệ số hiệu chỉnh (hệ số mô hình) γRd.

Hệ số hiệu chỉnh (hệ số mô hình) γRd đƣợc đƣa vào trong tính toán cùng với các hệ số

riêng γ (γF, γM và γR).

Nhìn từ quan điểm lý thuyết, cần tách biệt hiệu chỉnh giữa độ bền mũi cọc và thân cọc.

Tuy nhiên, phải rất thận trọng và chi phí thử tải tĩnh cọc để tách biệt kết quả đo độ bền

mũi cọc và thân cọc.

Các hệ số riêng cho độ bền (γR) kết hợp với các hệ số tƣơng quan ξ = 1.0 ÷ 1.6, các hệ

số này nhằm để đảm bảo độ tin cậy khi thiết kế móng cọc. Để tăng thêm độ tin cậy

trong thiết kế móng theo kết quả thí nghiệm đất nền, Eurocode 7 cho phép sử dụng hệ

số mô hình γRd > 1 trong thiết kế cọc bằng phƣơng pháp tính toán để hiệu chỉnh độ bền

cọc, nghĩa là các gía trị hệ số riêng γb và γs đƣợc đề nghị trong phụ lục A của EN

113

1997-1:2004 (xem phần Bảng tra hệ số) cần đƣợc hiệu chỉnh bởi hệ số mô hình γRd >

1. Giá trị hệ số mô hình sẽ đƣợc chỉ định trong phụ lục của từng Quốc Gia. Sau đây là

giá trị của một vài hệ số mô hình theo từng tiêu chuẩn và Quốc Gia.

Bảng VII. 2: Giá trị hệ số mô hình của một vài Quốc Gia sử dụng để thiết kế cọc:

Khi thiết kế, nên lồng ghép hệ số mô hình γRd vào trong các công thức tính độ bền đặc

trƣng mũi cọc Rb,k và độ bền đặc trƣng thân cọc Rs,k nhƣ sau:

,

,

.b b k

b k

Rd

A qR

(VII.7)

Và, , , ,

,

.s i s k i

is k

Rd

A q

R

(VII.8)

Trong đó, Ab là diện tích tiết diện mũi cọc; As là diện tích xung quanh thân cọc; qb,k là

độ bền đặc trƣng đơn vị mũi cọc; qs,k là độ bền đặc trƣng đơn vị thân cọc; γRd là hệ số

mô hình (hay, hệ số hiệu chỉnh) độ bền.

Độ bền chịu nén thiết kế đƣợc xác định nhƣ sau:

, , ,

, , ,

,

..s i s k i

s k b k b b kic d

s b Rd s Rd b

A qR R A q

R

(VII.9)

Trong đó, γs , γb lần lƣợt là hệ số riêng cho độ bền thân cọc và mũi cọc.

c. Các qui trình đánh giá độ bền thiết kế theo phƣơng pháp thiết kế 1 và 2

Tƣơng tự trong phƣơng pháp thiết kế dựa trên kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh, độ biến

động của đất nền và độ bền cọc toàn công trƣờng cũng đƣợc xem xét khi đánh giá độ

Quốc gia / Tiêu chuẩn ENV 1997-1 Cộng Hòa Ailen

1.4 1.2

Ghi chú:

* Thí nghiệm cọc kiểm tra là kiểm tra lại sức chịu tải cọc ngoài công trƣờng bằng phƣơng

pháp thử tải tĩnh, trên 1% tổng số cọc với tải thử lên đến 1.5 lần tải thiết kế.

* Thí nghiệm cọc thử thăm dò bằng phƣơng pháp thử tải tĩnh trong giai đoạn thiết kế sơ bộ,

thí nghiệm này dùng để xác định loại cọc, chiều dài cọc và kích thƣớc cọc.

Anh

Giá trị hệ số mô hình

γRd

1.5

có thí nghiệm

cọc kiểm tra

có thí nghiệm

cọc thử thăm dò 1.5

114

bền chịu nén đặc trƣng của cọc. Hai qui trình sau có xét đến độ biến động của đất nền

đƣợc sử dụng trong Eurocode 7 là:

Qui trình đầu tiên, gọi là qui trình „cọc mô hình‟, kết quả thí nghiệm đất tại mỗi vị

trí thí nghiệm riêng lẻ sẽ đƣợc sử dụng để tính độ bền chịu nén của từng cọc. Qui

trình này giống với qui trình đƣợc sử dụng trong thí nghiệm thử tải tĩnh, chẳng hạn

nhƣ liên quan đến việc sử dụng hệ số tƣơng quan ξ để tính toán độ bền có xét đến

độ biến động của độ bền cọc và rút ra độ bền chịu nén đặc trƣng của cọc.

Qui trình thứ hai, gọi là qui trình „thay thế‟, kết quả thí nghiệm đất nền (cƣờng độ

kháng cắt, độ bền xuyên cone,…) của tất cả các vị trí thí nghiệm sẽ đƣợc tổng hợp

với nhau trƣớc khi sử dụng để đánh giá độ bền đặc trƣng của mũi cọc và thân cọc

trong các lớp đất khác nhau dựa trên đánh giá kết quả thí nghiệm mà không sử

dụng hệ số tƣơng quan ξ.

d. Qui trình ‘cọc mô hình’

Qui trình „cọc mô hình‟ để xác định độ bền chịu nén thiết kế Rc,d từ kết quả thí nghiệm

đất nền (kết quả thí nghiệm này có thể xác định từ trong phòng thí nghiệm hoặc ngoài

hiện trƣờng) dựa trên kết quả của một hay nhiều vị trí thí nghiệm. Nhƣ trong trƣờng

hợp thí nghiệm thử tải cọc, Eurocode 7 yêu cầu khi sử dụng phƣơng pháp bán thực

nghiệm để xác định Rc,d thì phải giải thích đƣợc kết quả thí nghiệm đất nền và độ bền

tính toán có xét đến độ biến động của đất nền ngoài hiện trƣờng. Mỗi vùng khác nhau

ngoài công trƣờng sẽ có thể có độ bền tính toán khác nhau.

Các bƣớc trong qui trình „cọc mô hình‟ để xác định độ bền chịu nén thiết kế của móng

cọc từ kết quả thí nghiệm đất nền nhƣ sau:

(1) Xác định độ bền chịu nén tính toán Rc,cal bằng cách sử dụng phƣơng pháp dự đoán

kết quả của mỗi vị trí thí nghiệm theo phƣơng trình sau:

, , ,c cal b cal s calR R R (VII.10)

Trong đó, Rb,cal và Rs,cal lần lƣợt là độ bền mũi cọc tính toán và độ bền thân cọc tính

toán, tƣơng ứng với mỗi kết quả thí nghiệm đất, có xét đến hệ số mô hình (hệ số hiệu

chỉnh). Kết quả là độ bền dự đoán của cọc nếu cọc nằm chính xác tại vị trí thí nghiệm

đất nền. Do đó, cọc này có thể gọi là cọc mô hình.

(2) Các độ bền đặc trƣng Rc,k, Rb,k và Rs,k đƣợc xác định từ biểu thức sau:

, ,ình, , , min

, , ,

3 4

min ;c cal c caltrung bb cal s cal c cal

c k b k s k

R RR R RR R R

(VII.11)

115

Trong đó, ξ3 và ξ4 là các hệ số tƣơng quan phụ thuộc vào số lƣợng vị trí thí nghiệm n

(xem Bảng tra hệ số), áp dụng cho:

Giá trị trung bình: , , , , ,ình ình ình ìnhc cal b cal s cal b cal s caltrungb trungb trungb trungbR R R R R

Giá trị thấp nhất: , , ,min minc cal b cal s calR R R

(3) Nếu kết cấu liên kết các cọc đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng

hơn, thì các giá trị ξ3 và ξ4 có thể chia cho 1.1, trong đó giá trị ξ3 áp dụng cho giá

trị trung bình, không đƣợc nhỏ hơn 1.0.

(4) Đầu tiên đánh giá độ bền tổng thể Rc,k dựa trên tất cả các vị trí thí nghiệm đất nền,

dựa vào giá trị này để xác định độ đồng nhất của đất nền ngoài hiện trƣờng. Đối

với các vùng có đất nền đồng nhất khác nhau thì sẽ quay lại bƣớc 2 trên để xác

định độ bền riêng cho từng vùng. Việc này có thể dẫn đến giá trị Rc,k này sẽ khác

với giá trị Rc,k mà đã xác định ở ban đầu, với giả định là toàn bộ đất nền là đồng

nhất.

(5) Độ bền chịu nén thiết kế đƣợc rút ra bằng cách áp dụng hệ số riêng γs và γb cho độ

bền thân cọc đặc trƣng và độ bền mũi cọc đặc trƣng, theo biểu thức sau:

, ,

, , ,

b k s k

c d b d s d

b s

R RR R R

(VII.12)

Qui trình thiết kế „cọc mô hình‟ này có thể sử dụng DA 1 và DA 2 và kết hợp với các

hệ số riêng γs và γb cho tình huống lâu dài và tạm thời. Qui trình „cọc mô hình‟ không

áp dụng cho DA 3 vì qui trình này liên quan đến áp dụng hệ số riêng cho độ bền, trong

khi đó DA 3 liên quan đến áp dụng hệ số riêng cho các thông số cƣờng độ đất nền đặc

trƣng. Đối với tình huống đặc biệt, các hệ số độ bền đều bằng 1.0, nghĩa là γs = γb =

1.0.

(6) Đối với nhóm cọc, khả năng chịu tải của cả móng cọc đƣợc xác định hoặc là tổng

độ bền chịu nén của từng cọc riêng lẻ hoặc là độ bền của cả một khối cọc, chọn giá

trị nhỏ nhất trong hai giá trị này.

e. Qui trình ‘thay thế’

Khác với qui trình „cọc mô hình‟, Eurocode 7 cho phép xác định trực tiếp các độ bền

đặc trƣng Rb,k và Rs,k từ các thông số đất nền nhƣ sau:

, ,.b k b b kR A q và , , , ,.s k s i s k i

i

R A q (VII.13)

116

Trong đó, qb,k và qs,k,i lần lƣợt là độ bền mũi cọc đặc trƣng đơn vị và độ bền thân cọc

đặc trƣng đơn vị trong mỗi lớp đất khác nhau, đƣợc rút ra từ phƣơng pháp tính toán

thích hợp và các thông số đất nền.

Sau đó, qui trình „thay thế‟ sử dụng bƣớc 5 và bƣớc 6 của qui trình „cọc mô hình‟. Qui

trình „thay thế‟ này cho phép sử dụng các phƣơng pháp truyền thống để tính toán độ

bền chịu nén từ kết quả thí nghiệm đất nền. Eurocode 7 yêu cầu phải sử dụng hệ số mô

hình γRd > 1.0 trong qui trình „thay thế‟ này, giá trị hệ số mô hình sẽ đƣợc chỉ định

theo phụ lục Quốc Gia. Khi đó, độ bền thiết kế sẽ đƣợc xác định nhƣ sau:

, , , ,

, , ,

1

. .

b k s k b k s k

c d b d s d

Rd b Rd s Rd b s

R R R RR R R

(VII.14)

Các giá trị qb,k và qs,k,i (đƣợc xác định thông qua bảng, biểu đồ hay công thức) nên xem

xét đến độ biến động của các thông số đất nền, thể tích đất liên quan đến cơ chế phá

hoại tại mũi cọc, độ biến động của độ bền cọc, ảnh hƣởng của phƣơng pháp thi công

và độ cứng của kết cấu đài cọc. Sở dĩ nhƣ vậy, là do không sử dụng hệ số tƣơng quan ξ

trong phƣơng pháp „thay thể‟ này.

Qui trình „thay thế‟ quan niệm độ biến động của đất nền khác so với phƣơng pháp dựa

trên kết quả thử tải tĩnh hoặc qui trình „cọc mô hình‟ dựa trên kết quả thí nghiệm đất

nền. Vì các hệ số riêng γb, γs và γt sử dụng kết hợp với hệ số tƣơng quan ξ, mà hệ số ξ

lại không sử dụng đƣợc trong qui trình „thay thế‟ này. Hệ số mô hình cũng đƣợc sử

dụng để xác định qb,k và qs,k,i.

f. Phƣơng pháp thiết kế 3

Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) sử dụng các hệ số riêng áp dụng cho các thông số đất

nền, DA 3 không sử dụng qui trình „cọc mô hình‟ cũng không sử dụng qui trình „thay

thế‟, bởi vì cả hai qui trình đó đều liên quan đến áp dụng hệ số riêng cho độ bền. DA

3 thƣờng sử dụng các mô hình tính toán liên quan đến các thông số đất nền thiết kế

đƣợc xác định từ kết quả thí nghiệm trong phòng. Khi sử dụng DA 3, trƣớc tiên cần

phải xác định các thông số đất nền đặc trƣng Xk, sau đó xác định giá trị thiết kế Xd

thông qua hệ số riêng cho vật liệu γM theo phƣơng trình sau:

kd

M

XX

(VII.15)

Khi thiết kế móng cọc theo DA 3, độ bền chịu nén thiết kế Rc,d đƣợc xác định trực tiếp

từ các thông số cƣờng độ đất nền thiết kế Xd nhƣ sau:

, , , , ,c d b d s d b cal d s cal dR R R R X R X (VII.16)

117

Chú ý, cần đánh giá thận trọng giá trị trung bình của các giá trị thông số đất nền đƣợc

sử dụng để xác định độ bền thân cọc, bởi vì chiều dài cọc trong một lớp đất thƣờng là

lớn. Đối với độ bền mũi cọc, vì thể tích đất liên quan đến cơ chế phá hoại quanh mũi

cọc thƣờng nhỏ, nên cần phải xác định giá trị cục bộ của các thông số đất nền quanh

mũi cọc.

VII.5.3.4. Độ bền chịu nén cực hạn từ kết quả thử tải động

Kết quả thí nghiệm tải động bao gồm:

Thí nghiệm va chạm động (dùng búa). Với giả thiết rằng biến dạng đủ lớn để đạt độ

bền chịu nén cực hạn (độ bền động). Độ bền động này có thể đo đƣợc. Thí nghiệm

này bao gồm qui trình đo tín hiệu sóng để đánh giá độ bền thân cọc và mũi cọc

cùng với đƣờng cong tải trọng - lún. Đo biến động và gia tốc theo thời gian trong

suốt quá trình va chạm sẽ đƣợc sử dụng để đánh giá độ bền của từng cọc riêng lẻ,

kết quả này sẽ đƣợc kiểm chứng bằng thí nghiệm thử tải tĩnh với cùng loại cọc,

cùng chiều dài cọc, cùng tiết diện cọc và điều kiện đất nền giống nhau.

Công thức cọc đóng. Sử dụng công thức cọc đóng là phƣơng pháp truyền thống ghi

nhận độ lún trong suốt quá trình đóng cọc để xác định độ bền cọc. Phƣơng pháp

này chỉ đƣợc sử dụng khi đất nền đã đƣợc phân lớp cụ thể. Tƣơng tự nhƣ trên, nếu

sử dụng công thức cọc đóng để đánh giá độ bền chịu nén cực hạn của từng cọc

riêng lẻ trong móng cọc, thì kết quả của chúng phải đƣợc kiểm chứng lại bằng kết

quả thử tải tĩnh với cùng loại cọc, cùng chiều dài cọc, cùng tiết diện cọc và điều

kiện đất nền giống nhau. Khi công thức cọc đóng sử dụng để kiểm tra độ bền chịu

nén của một cọc, thì cần thí nghiệm ít nhất 5 cọc với khoảng cách phù hợp trên

toàn công trƣờng.

Phân tích phương trình sóng. Phân tích phƣơng trình sóng có thể sử dụng để đánh

giá độ bền chịu nén thiết kế của cọc. Tuy nhiên, mô hình toán học này (hay mô

hình lò xo khối) đƣợc sử dụng để nghiên cứu các điều kiện đóng cọc (hiệu suất búa

đóng, ứng suất trong cọc. Phân tích phƣơng trình sóng chỉ đƣợc sử dụng khi đất

nền đã đƣợc phân lớp rõ ràng thông qua việc khoan lấy mẫu và thí nghiệm hiện

trƣờng. Nếu sử dụng phân tích phƣơng trình sóng để đánh giá độ bền của từng cọc

riêng lẻ, thì phải kiểm tra phƣơng pháp này bằng thí nghiệm thử tải tĩnh với cùng

loại cọc, cùng chiều dài cọc, cùng tiết diện cọc và điều kiện đất nền giống nhau.

Khi xác định độ bền chịu nén từ thí nghiệm động, Eurocode đề nghị ghi nhận kết quả

đóng lại (nếu sử dụng). Trong thiết kế, số lƣợng cọc đóng lại sẽ đƣợc chỉ định. Nếu kết

quả đóng lại thấp hơn, kết quả này sẽ đƣợc sử dụng để đánh giá độ bền chịu nén cực

hạn. Nếu kết quả đóng lại cao hơn, kết quả này sẽ đƣợc xem xét trong thiết kế.

118

Qui trình xác định độ bền chịu nén cọc từ kết quả thí nghiệm động thì giống nhau giữa

ba loại thí nghiệm trên, mặc dù có những yêu cầu riêng cho từng loại thí nghiệm. Độ

bền đặc trƣng đƣợc xác định theo phƣơng trình sau:

, ,ình min

,

5 6

min ;c m c mtrung b

c k

R RR

(VII.17)

Trong đó, Rc,m là độ bền chịu nén tĩnh của cọc đƣợc xác định từ đo độ bền động; ξ5 và

ξ6 là các hệ số tƣơng quan phụ thuộc vào số lƣợng cọc thử n tƣơng ứng với độ bền

trung bình (Rc,m)trung bình và độ bền thấp nhất (Rc,m)min. Chú ý rằng, giá trị hệ số tƣơng

quan ξ là khác nhau ở ba loại thí nghiệm động trên.

Độ bền chịu nén thiết kế đƣợc xác định nhƣ sau:

,

,

c k

c d

t

RR

(VII.18)

Trong đó, hệ số riêng cho tổng độ bền γt thì giống với các phƣơng pháp khác khi sử

dụng để đánh giá độ bền chịu nén của móng cọc. Đối với tình huống thiết kế đặc biệt,

thì γt = 1.0.

Công thức đóng cọc chỉ sử dụng theo qui trình trên để đánh giá độ bền chịu nén thiết

kế cọc chịu mũi trong lớp đất rời. Đối với loại cọc khác và loại đất khác thì kết quả sẽ

không chính xác, trong trƣờng hợp này thì có thể sử dụng những phƣơng pháp khác

hoặc các hệ số riêng khác lớn hơn để thiết kế.

VII.5.4. Độ bền chịu kéo của đất nềnNhững yêu cầu chung

Một vài yêu cầu của Eurocode 7 cho cọc chịu nén cũng áp dụng đƣợc cho cọc chịu

kéo. Đối với cọc chịu kéo, cần kiểm tra hai trạng thái giới hạn cực hạn ULS sau:

Phá hoại kéo (độ bền kéo) của cọc đơn;

Phá hoại đẩy nổi của cả khối móng cọc, bao gồm cả đất giữa các cọc.

Cũng giống nhƣ độ bền chịu nén của cọc, độ bền chịu kéo của từng cọc cũng đƣợc

kiểm tra theo trạng thái giới hạn GEO với các hệ số riêng và biểu thức tƣơng tự. Tuy

nhiên, đối với nhóm cọc chịu kéo, phá hoại kéo của cả khối cọc (kể cả đất giữa các

cọc) nên kiểm tra trạng thái giới hạn UPL với các hệ số riêng và biểu thức liên quan.

Eurocode 7 chú ý đến sự tƣơng tác giữa cọc chịu kéo với cả nhóm cọc. Nếu một cọc bị

kéo sẽ làm giảm ứng suất thẳng đứng ảnh hƣởng đến các cọc xung quanh, do đó làm

119

giảm độ bền thân cọc. Điều này áp dụng cho độ bền của từng cọc riêng lẻ trong nhóm

cọc và áp dụng hệ quả cho độ bền của cả móng cọc.

VII.5.4.2. Độ bền chịu kéo của cọc đơn

Các phƣơng pháp để xác định độ bền chịu kéo cọc của đất nền là hoặc từ thí nghiệm

thử tải tĩnh hoặc từ kết quả thí nghiệm đất nền, thì giống với cọc chịu nén. Tuy nhiên,

có những điểm khác biệt cơ bản sau:

Bỏ qua độ bền mũi cọc;

Hệ số tƣơng quan ξ không chia cho 1.1, thậm chí kết cấu đài cọc là cứng. Do phá

hoại đất nền của cọc chịu kéo là phá hoại giòn (mất cƣờng độ ngay sau khi độ bền

đạt đến độ bền đỉnh). Do đó, sẽ không an toàn với giả định rằng nếu kết cấu đủ

cứng thì sẽ truyền tải từ cọc đã phá hoại sang cọc chƣa phá hoại;

Giá trị hệ số riêng cho độ bền tổng (thân cọc) trong trƣờng hợp cọc chịu kéo γs,t sẽ

lớn hơn cọc chịu nén γs. Khi thiết kế cần thận trọng khi cho rằng thiết kế cọc chịu

kéo sẽ an toàn hơn cọc chịu nén.

Những yêu cầu thiết kế chung đối với cọc chịu kéo giống với cọc chịu nén. Các hệ số

tƣơng quan ξ1, ξ2 áp dụng đối với độ bền chịu kéo đo đƣợc và ξ3, ξ4 áp dụng độ bền

chịu kéo tính toán. Khi thiết kế cọc chịu kéo sử dụng kết quả thí nghiệm đất nền, qui

trình „cọc mô hình‟ và qui trình „thay thế‟ đều đƣợc sử dụng để thiết kế. Khi sử dụng

phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3), thì các hệ số riêng cũng đƣợc áp dụng cho các thông

số đất nền đặc trƣng để tính toán độ bền chịu kéo thiết kế.

Eurocode 7 chú ý đến sự tƣơng tác giữa cọc chịu kéo với cả nhóm cọc. Nếu một cọc bị

kéo sẽ làm giảm ứng suất thẳng đứng ảnh hƣởng đến các cọc xung quanh, do đó làm

giảm độ bền thân cọc. Điều này áp dụng cho độ bền của từng cọc riêng lẻ trong nhóm

cọc và áp dụng hệ quả cho độ bền của cả móng cọc.

VII.5.4.3. Phá hoại khối của nhóm cọc

Phá hoại khối của nhóm cọc xảy ra khi tất cả các cọc và đất giữa các cọc bị kéo lên bởi

một lực kéo. Lực kéo này có thể xuất phát từ kết cấu bên trên mực nƣớc và trên nhóm

cọc, hoặc từ áp lực nƣớc đẩy lên của cả nhóm cọc và một phần kết cấu bên dƣới mực

nƣớc.

120

Hình VII. 6: Ví dụ đẩy nổi (UPL) của cả nhóm cọc (Theo EN 1997-1:2004)

1. Mặt đất; 2. Mực nƣớc ngầm; 3. Khối móng trong vùng độ bền kéo phát triển.

Đối với các cọc độc lập và kể cả nhóm cọc, EN 1997-1 đề nghị rằng cần phải kiểm tra

khối đất xung quanh cọc có liên quan đến cơ chế kéo lên, đặc biệt khi cọc mở rộng

mũi hoặc mũi cọc nằm trong đá.

Eurocode 7 yêu cầu rằng thiết kế phá hoại đẩy nổi của khối móng đƣợc xem nhƣ là

tính toán theo trạng thái giới hạn cực hạn đẩy nổi UPL với các hệ số riêng tƣơng ứng.

Khi lực kéo xuất phát từ kết cấu bên trên, thì cần phải kiểm tra trạng thái giới hạn cực

hạn phá hoại đất nền GEO của cả nhóm cọc chịu lực kéo.

VII.5.5. Kiểm tra chuyển vị móng cọc Thiết kế móng còn bao gồm cả việc khống

chế chuyển vị và không để dẫn đến xảy ra trạng thái giới hạn (sử dụng hoặc cực hạn)

trong kết cấu chống đở. Giá trị chuyển vị cho phép sẽ đƣợc chọn trong thiết kế. Một

vài giá trị giới hạn của chuyển vị kết cấu đƣợc đƣa ra trong phụ lục H của EN 1997-1,

chẳng hạn độ lún giới hạn của móng đơn là 50mm.

Theo EN 1997-1, thì cần thiết phải xác định độ lún của móng cọc chịu tải dọc trục,

cũng giống nhƣ móng nông, để đảm bảo rằng không chắc chắn xảy ra trạng thái giới

121

hạn sử dụng SLS trong kết cấu. Tuy nhiên, tất cả các đánh giá này chỉ mang tính ƣớc

lƣợng độ lún bởi vì mô hình tính lún cọc này là không chắc chắn đúng so với thực tế.

EN 1997-1 cho phép tính lún đƣợc thay thế bởi một phƣơng pháp thiết kế đơn giản

hơn liên quan đến tính toán độ bền với các hệ số riêng đủ lớn, bao gồm một phần nhỏ

cƣờng độ đất nền đƣợc huy động và không cho phép biến dạng xảy ra trong kết cấu

móng, phƣơng pháp này đƣợc sử dụng cho những móng cọc thông thƣờng khi đã biết

trƣớc điều kiện đất nền và đã có kinh nghiệm.

Các phƣơng pháp tính toán chuyển vị của móng cọc bao gồm phƣơng pháp đàn hồi

tuyến tính của Poulos và Davis (1980), cũng nhƣ tính toán bằng phần tử hữu hạn đàn-

dẻo và biểu đồ truyền tải t – z (đƣờng cong huy động độ bền thân cọc của Baguelin và

các đồng nghiệp, 1982).

VII.6. CỌC CHỊU TẢI NGANG

VII.6.1. Tổng quan

Thiết kế cọc chịu tải ngang phải bao gồm các yêu cầu chung về thiết kế và thử tải cọc

nhƣ cọc chịu tải dọc trục thông thƣờng. Bên cạnh đó, có thêm những yêu cầu sau:

Cần kiểm tra độ bền ngang cho các tình huống liên quan đến phá hoại xoay và phá

hoại ngang trong đất cho trƣờng hợp cọc ngắn, phá hoại uốn của cọc kết hợp với

lún cục bộ của đất gần bề mặt trong trƣờng hợp cọc mảnh dài;

Xem xét ảnh hƣởng của nhóm cọc;

Độ bền ngang phải đƣợc xác định từ thí nghiệm thử tải tĩnh hoặc kết quả thí

nghiệm đất nền và các thông số cƣờng độ cọc;

Kiểm tra cƣờng độ cọc để chống lại phá hoại kết cấu cọc;

Đánh giá chuyển vị ngang.

Những yêu cầu đặc biệt khác cho cọc chịu tải ngang cũng đƣợc xem xét, bao gồm độ

biến động của đất gần bề mặt và điều kiện ngàm của đầu cọc tại vị trí kết nối giữa cọc

với kết cấu.

Lý thuyết dầm trên nền lò xo đàn hồi, đƣợc đặc trƣng bởi Module ngang của phản lực

nền, đƣợc đề cập trong EN 1997-1 nhƣ là một phƣơng pháp tính toán để thiết kế cọc

mảnh dài chịu tải ngang tại đỉnh cọc.

Để đảm bảo an toàn cho cọc chịu đƣợc tải trọng ngang thiết kế thì bất phƣơng trình

sau phải thỏa tất cả các trƣờng hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn cực hạn nhƣ sau:

, ,tr d tr dF R (VII.19)

122

Trong đó, Ftr,d là tổ hợp tác động thiết kế theo phƣơng ngang tác dụng lên cọc; Rtr,d là

độ bền ngang của đất nền khi cọc chịu tải ngang.

Chú ý rằng, tải ngang tác dụng lên nhóm cọc có thể là kết quả của tổ hợp các lực nén,

kéo và ngang lên từng cọc riêng lẻ.

VII.6.2. Độ bền tải ngang từ thí nghiệm thử tải tĩnh

Phƣơng pháp thử tải ngang cho cọc cũng tƣơng tự phƣơng pháp thử tải đứng cho cọc.

Tuy nhiên, có điểm khác biệt của phƣơng pháp thử tải ngang cọc là không cần thử đến

phá hoại cọc. Dựa vào độ biến động của đất nền, đặc biệt là một vài mét cọc đầu tiên ở

đỉnh cọc, để chọn số lƣợng cọc thử và rút ra độ bền ngang thiết kế từ kết quả thí

nghiệm thử tải tĩnh.

Cần ghi nhận lại quá trình thử tải cọc vì bất lỳ sai lệch nào so với điều kiện thi công

qui định đều ảnh hƣởng đến kết quả thí nghiệm thử tải cọc. Đối với nhóm cọc, ảnh

hƣởng tƣơng tác giữa các cọc và độ ngàm đầu cọc đều phải đƣợc xem xét khi rút ra độ

bền ngang từ kết quả thí nghiệm thử tải cọc lên từng cọc riêng lẻ.

VII.6.3. Độ bền tải ngang từ kết quả thí nghiệm đất nền và các thông số cƣờng

độ cọc

Độ bền ngang của cọc đơn hoặc nhóm cọc sẽ đƣợc tính toán dựa trên tác động, phản

lực đất nền và chuyển vị. Quá trình phân tích tải ngang lên cọc đơn bao gồm luôn phân

tích phá hoại kết cấu cọc trong đất.

Tính toán độ bền ngang của cọc mảnh có thể sử dụng lý thuyết dầm chịu tải tại đỉnh và

kê trên lò xo đƣợc đặc trƣng bởi Module ngang của phản lực đất nền.

Góc xoay của đầu cọc tại vị trí kết nối với kết cấu cũng phải đƣợc xem xét khi đánh

giá độ bền ngang của móng.

Độ bền theo phƣơng ngang bị ảnh hƣởng bởi độ bền dọc theo thân cọc của đất nền

hoặc tổ hợp của đất nền với cƣờng độ cọc, cƣờng độ cọc lại phụ thuộc vào độ cứng

của kết cấu cọc, chiều dài cọc và tỷ số cƣờng độ và độ cứng của đất nền.

Đối với cọc ngắn, độ bền ngang chỉ phụ thuộc vào cƣờng độ đất nền:

{ } (VII.20)

Đối với cọc dài, độ bền ngang lại phụ thuộc vào cƣờng độ cọc và cƣờng độ đất nền:

{ } (VII.21)

123

Trong đó, HR,k là độ bền ngang đặc trƣng của cọc; MR,k,cọc là vật liệu cọc; VR,k,cọc là thể

tích cọc (bao gồm tiết diện ngang và chiều dài cọc).

VII.6.4. Chuyển vị ngang

Đánh giá chuyển vị ngang của móng cọc cần xem xét đến các yếu tố sau:

Độ cứng của đất nền và mức độ biến thiên so với cấp biến dạng;

Độ cứng chống uốn của cọc đơn;

Moment ngàm của cọc tại vị trí kết nối cọc với kết cấu;

Hiệu ứng nhóm;

Ảnh hƣởng của tải trọng đổi chiều hoặc tải trọng lặp.

VII.7. CỌC LÀM VIỆC TRONG NHÓM

EN 1997-1:2004 yêu cầu, khi thiết kế cọc trong nhóm, cần xem xét đến hai cơ chế phá

hoại sau:

- Phá hoại nén của từng cọc riêng lẻ;

- Phá hoại nén của cả khối cọc và đất giữa các cọc.

Độ bền thiết kế sẽ đƣợc lựa chọn là giá trị nhỏ nhất của hai độ bền thuộc hai cơ chế

phá hoại trên.

Hình VII. 7: Vùng ứng suất dƣới mũi cọc của cọc đơn (a) và nhóm cọc (b)

(Nguồn từ: Pile Design and Construction Practice, 5th

, M. J. Tomlinson)

Khi tính toán phá hoại nén của cả khối cọc và đất giữa các cọc, thì cần quan niệm khối

cọc nhƣ là một cọc có đƣờng kính lớn hơn. Tuy nhiên, Eurocode không hƣớng dẫn

cách xác định kích thƣớc cọc đƣờng kính lớn này, nghĩa là không chỉ dẫn cách xác

124

định đƣờng kính cọc, chiều dài cọc và diện tích tiết diện mũi cọc này. Theo Tomlinson

thì có thể xem tiết diện mũi cọc này bằng với tiết diện ngang của cả khối cọc, thông

thƣờng tiết diện ngang của khối cọc và đất giữa các cọc có dạng hình chữ nhật, cho

nên tiết diện mũi cọc đơn này cũng có dạng hình chữ nhật. Do đó, khi tính toán sức

chịu tải cọc (thân cọc và mũi cọc) thì ta có thể sử dụng các thông số cƣờng độ của đất

đƣợc xác định trong phòng hoặc ngoài hiện trƣờng để tính toán các độ bền của móng

cọc này.

Hình VII. 8: Kích thƣớc khối móng cọc

(Nguồn từ: Pile Design and Construction Practice, 5th

, M. J. Tomlinson)

Có hai quan niệm để tính toán độ bền của nhóm cọc:

- Hoặc là, xem nhóm cọc và đất giữa các cọc nhƣ là một móng nông (móng bè) có

kích thƣớc đúng bằng kích thƣớc của nhóm cọc.

- Hoặc là, xem nhóm cọc nhƣ là cọc đơn có kích thƣớc lớn, kích thƣớc này cũng

bằng với kích thƣớc của nhóm cọc.

Tuy nhiên, khác với qui trình thiết kế cho cọc đơn thông thƣờng, hai quan niệm thiết

kế trên cần đƣợc tính toán các 3 phƣơng pháp thiết kế (DA) với các hệ số tổ hợp nhƣ

sau:

125

Bảng VII. 3: Tổng hợp phƣơng pháp thiết kế cho nhóm cọc

Chú ý, điểm khác biệt giữa tổ hợp các hệ số riêng để thiết kế nhóm cọc với thiết kế cọc

đơn là ở phƣơng pháp thiết kế 1 – tổ hợp 2 (DA 1-2). Đối với thiết kế móng cọc đơn,

thì DA 1-2: A2 „+‟ M1 „+‟ R4, trong khi đó thiết kế nhóm cọc thì DA 1-2: A2 „+‟ M2

„+‟ R1. Nghĩa là thiết kế nhóm cọc không sử dụng hệ số riêng cho vật liệu M1, mà sử

dụng M2; không sử dụng hệ số riêng cho độ bền R4, mà sử dụng R1. Nhƣ vậy, tƣ

tƣởng thiết kế nhóm cọc xuất phát từ tƣ tƣơng thiết kế móng nông, nghĩa là sử dụng hệ

số riêng độ bền R1 cho DA 1, R2 cho DA 2 và R3 cho DA3. Giá trị các hệ số riêng

này đều giống nhau cho cả hai quan niệm thiết kế (móng nông hay cọc đơn kích thƣớc

lớn) và đều đƣợc trình bày trong phần Bảng tra hệ số.

Eurocode yêu cầu khi đánh giá độ lún của nhóm cọc thì cần đánh giá độ lún của các

cọc riêng lẻ và của cả nhóm cọc, tuy nhiên lại không hƣớng dẫn đánh giá độ lún của

cọc đơn kích thƣớc lớn hay móng nông qui ƣớc này. Độ sâu vùng ứng suất lún trong

đất bên dƣới đáy móng có thể lấy tại vị trí mà ứng suất gây lún nhỏ hơn 20% ứng suất

bản thân đất nền, trƣờng hợp này có thể sử dụng khi quan niệm nhóm cọc nhƣ là cọc

đơn kích thƣớc lớn; hoặc trong vùng có bề dày từ 1 đến 2 lần bề rộng của khối móng

nông qui ƣớc (tƣơng tự nhƣ móng bè).

VII.8. THIẾT KẾ KẾT CẤU CỌC

Thiết kế kết cấu cọc là quan trọng, là một phần trong thiết kế móng cọc. Tuy nhiên,

hầu hết thiết kế kết cấu đều liên quan đến những tiêu chuẩn về ứng xử bê tông, thép

hoặc gỗ. EN 1997-1 yêu cầu rằng, cọc phải đƣợc kiểm tra phá hoại kết cấu theo tất cả

các tình huống thiết kế liên quan, tƣơng ứng với những yêu cầu về tiêu chuẩn vật liệu,

Tác động Vật liệu Độ bền

DA 1-1 A1 M1 R1

DA 1-2 A2 M2 R1

DA 2 A1 M1 R2

DA 3 A1 (A2) M2 R3

Ghi chú:

DA 3: là phƣơng pháp thiết kế 3.

Phƣơng pháp

thiết kế

Các hệ số riêng áp dụng cho

DA 1-1: là phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1;

DA 1-2: là phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2;

DA 2: là phƣơng pháp thiết kế 2;

126

nhƣ trong EN 1992 (Thiết kế kết cấu bê tông), EN 1993 (Thiết kế kết cấu thép) và EN

1995 (Thiết kế kết cấu gỗ).

Khi cọc mảnh xuyên qua nƣớc hoặc lớp đất rất yếu mỏng thì phải kiểm tra ổn định uốn

dọc. Kiểm tra chống uốn dọc này có thể bỏ qua nếu cƣờng độ kháng cắt không thoát

nƣớc cu lớn hơn 10kPa.

Đối với tình huống lâu dài và tạm thời, có thể sử dụng các tác động thiết kế để thiết kế

kết cấu cọc theo trạng thái giới hạn cực hạn ULS theo các phƣơng pháp thiết kế 1 (DA

1), phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) hoặc phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3). Nếu sử dụng

phƣơng pháp thiết kế 1 (DA 1), thì tổ hợp 1 thƣờng đƣợc sử dụng để thiết kế kết cấu

cọc.

127

Chƣơng VIII

VÍ DỤ TÍNH TOÁN

VIII.1. LÝ TUYẾT TÍNH TOÁN

VIII.1.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ thí nghiệm nén tĩnh

VIII.1.1.1. Cách xác định sức chịu tải cực hạn cọc từ thí nghiệm nén tĩnh

Sức chịu tải cực hạn của cọc là sức chịu tải tối đa mà cọc có thể chịu đƣợc, nghĩa là sẽ

xảy ra hiện tƣợng phá hoại cọc, phá hoại này có thể là phá hoại đất nền (tụt cọc) hay

phá hoại kết cấu cọc (vỡ cọc hay gãy cọc). Trƣờng hợp này, thƣờng đƣợc thí nghiệm ở

những cọc thử thăm dò. Trong trƣờng hợp, thử cọc chƣa đến phá hoại, nghĩa là sau khi

thử cọc vẫn đƣợc sử dụng trở lại cho công trình (thƣờng sử dụng thí nghiệm lên cọc

thử kiểm tra), để xác định tải cực hạn của cọc thì ngƣời thiết kế có thể sử dụng một

trong các phƣơng pháp sau.

a. Phƣơng pháp của SNIP 2.02.03.85 (tham khảo từ TCXD 205:1998)

Sức chống giới hạn Qu của cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

- Là giá trị tải trọng gây ra độ lún tăng liên tục;

- Là giá trị ứng với độ lún ξSgh trong các trƣờng hợp còn lại:

ghS (VIII.1)

Trong đó,

Sgh là trị số lún giới hạn trung bình cho trong tiêu chuẩn thiết kế nền móng, đƣợc qui

định trong nhiệm vụ thiết kế hoặc lấy theo tiêu chuẩn đối với nhà và công trình

tƣơng ứng khi thiết kế nền nhà và công trình; thông thƣờng lấy Sgh = 8cm.

ξ là hệ số chuyển từ độ lún lúc thử đến độ lún lâu dài của cọc, thông thƣờng lấy ξ =

0.1. Khi có cơ sở thí nghiệm và quan trắc lún đầy đủ, có thể lấy ξ = 0.2.

Nhƣ vậy, độ lún để xác định sức chịu tải cực hạn của cọc là:

0.2 8 1.6 16cm cm mm (VIII.2)

128

Hình VIII. 1: Phƣơng pháp xác định Qu theo công thức (VIII.1)

Nếu độ lún xác định theo công thức (VIII.1) lớn hơn 40mm thì sức chịu tải cực hạn

của cọc Qu nên lấy ở tải trọng ứng với Δ = 40mm.

b. Phƣơng pháp của Canadian Foundation Engineering Manual (1985) (tham

khảo từ TCXD 205:1998)

Sức chịu tải giới hạn của cọc là tải trọng xác định từ giao điểm của biểu đồ quan hệ tải

trọng - độ lún với đƣờng thẳng, đƣợc xác định nhƣ hình sau:

Hình VIII. 2: Phƣơng pháp xác định Qu theo công thức (VIII.3)

129

Độ lún giới hạn đƣợc xác định theo công thức sau:

30

f

dS (VIII.3)

Trong đó,

Sf là độ lún tại cấp tải trọng phá hoại, m;

δ là biến dạng đàn hồi của cọc, m; đƣợc xác định nhƣ sau:

p

p

QL

AE (VIII.4)

Q là tải trọng tác dụng lên cọc, T;

Lp là chiều dài cọc, m;

A là diện tích tiết diện cọc, m2;

Ep là module đàn hồi của vật liệu cọc, T/m2;

d là đƣờng kính cọc, m.

Các bƣớc để xác định sức chịu tải cọc cực hạn Qu theo Canadian Foundation

Engineering Manual (1985) nhƣ sau:

1. Vẽ biểu đồ tải trọng - chuyển vị (vẽ trên biểu đồ thông thƣờng).

2. Vẽ đƣờng đàn hồi theo phƣơng trình sau: p

p

QL

AE

Chú ý: Đƣờng đàn hồi này xuất phát từ vị trí cách gốc tọa độ một khoảng d/30 (m).

3. Giao điểm của đƣờng đàn hồi này với đƣờng cong tải trọng - độ lún chính là sức

chịu tải cọc cực hạn Qu.

c. Phƣơng pháp của Davisson

Sức chịu tải giới hạn của cọc là tải trọng ứng với độ lún trên đƣờng cong tải trọng - độ

lún có đƣợc lúc thử tĩnh cọc. Độ lún giới hạn đƣợc xác định nhƣ sau;

Nếu đƣờng kính cọc D ≤ 600mm thì:

3.8120

p

f

p

QL DS

E A (VIII.5)

(Tham khảo theo TXCD 205:1998)

130

Nếu đƣờng kính cọc D > 600mm thì:

30

p

f

p

QL DS

E A (VIII.6)

(Tham khảo từ Basics of Foundation Design – B. Fellenius)

Trong đó,

Sf là độ lún tại cấp tải trọng phá hoại, mm;

Q là tải trọng tác dụng lên cọc, T;

Lp là chiều dài cọc, mm;

A là diện tích tiết diện cọc, mm2;

Ep là module đàn hồi của vật liệu cọc, T/mm2;

D là đƣờng kính cọc, mm.

Hình VIII. 3: Ví dụ cách xác định tải cực hạn cọc Qu theo phƣơng pháp Davisson

(Tham khảo từ sách Móng Cọc – GS. TS. Vũ Công Ngữ)

Các bƣớc để xác định sức chịu tải cọc cực hạn theo phƣơng pháp Davisson nhƣ sau:

1. Vẽ biểu đồ tải trọng - chuyển vị (vẽ trên biểu đồ thông thƣờng).

2. Vẽ đƣờng đàn hồi theo phƣơng trình sau: p

p

E AP

L ; Δ là chuyển vị đầu cọc, mm.

131

3. Vẽ đƣờng Davisson song song với đƣờng đàn hồi với khoảng cách hai đƣờng là 3.8

+ D/120 (mm) nếu đƣờng kính cọc D ≤ 600mm; D/30 (mm) nếu đƣờng kính cọc D

> 600mm (theo Kyfor và cộng sự kiến nghị bổ sung).

4. Giao điểm của đƣờng Davisson với đƣờng kết quả nén tĩnh là sức chịu tải cực hạn

(huy động) Qu.

Ví dụ: Nhƣ hình trên, thì tải cực hạn của cọc Qu ≈ 201T, ứng với độ lún Sf ≈ 23mm.

Nhận xét: Phƣơng pháp Davisson có những ƣu điểm và nhƣợc điểm sau:

- Ƣu điểm: dễ áp dụng.

- Nhƣợc điểm: không phù hợp với cọc chống (cọc có ma sát bên nhỏ).

d. Phƣơng pháp của De Beer

Các bƣớc để rút ra tải cực hạn cọc nhƣ sau:

1. Vẽ biểu độ đƣờng cong tải trọng – độ lún (trên đồ thị thông thƣờng);

2. Vẽ hai tiếp tiếp ứng với đƣờng cong;

3. Giao điểm của hai tiếp tuyến này là sức chịu tải cọc cực hạn Qu.

Ví dụ:

Hình VIII. 4: Ví dụ xác định tải cực hạn cọc Qu theo phƣơng pháp De Beer

(Tham khảo từ sách Móng Cọc – GS. TS. Vũ Công Ngữ)

132

Từ biểu đồ trên, ta rút ra tải cực hạn tác động lên cọc là Qu ≈ 190T, ứng với độ lún Sf ≈

8.5mm.

Nhận xét:

Phƣơng pháp De Beer không phải lúc nào cũng xác định đƣợc dễ dàng hai đƣờng

thẳng tiếp tuyến này.

Đối với cọc khoan nhồi, theo phƣơng pháp De Beer thì sức chịu tải cực hạn của cọc

ứng với chuyển vị giới hạn là 2.5% đƣờng kính cọc. (Phụ lục E, TCXDVN 269:2002)

e. Một số phƣơng pháp khác

Một số Quốc Gia nhƣ Pháp (DTU 13-2), Anh (BS 8004:1986), Nhật (JSF 1811-1993),

Đức (DIN 4014): sức chịu tải cực hạn của cọc sẽ ứng với chuyển vị giới hạn của cọc là

10% đƣờng kính cọc.

f. Theo Eurocode

Theo phụ lục H của EN 1997-1:2004, độ lún giới hạn cho phép đối với móng đơn là

50mm. Sức chịu tải cực hạn của cọc ứng với chuyển vị đầu cọc 10% đƣờng kính cọc.

VIII.1.1.2. Cách xác định sức chịu tải thiết kế cọc từ thí nghiệm nén tĩnh

a. Theo Eurocode 7

Qui trình đánh giá sức chịu tải cho phép của cọc nhồi từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh

cọc theo Eurocode 7 đƣợc tóm tắt bằng sơ đồ sau:

Giá trị các hệ số ψ, γ đều đƣợc trình bày trong phần Bảng tra hệ số.

133

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Fref

Tác động thiết kế

Fd

Hệ số tổ hợp ψ:

ψ0 , ψ1 , ψ2

Hệ số riêng γF :

γG , γQ

Tác động

Số lƣợng cọc thử

N

N độ bền: Rb,mi , Rs,mi

Hoặc Rc,mi

Thử

tải

Độ bền đặc trƣng Rk:

Rb,k , Rs,k hoặc Rc,k

Độ cứng đài cọc;

Số lƣợng cọc thử;

Độ biến động:

Hệ số tƣơng quan ξ1 , ξ2

Độ bền thiết kế Rd:

Rb,d , Rs,d hoặc Rc,d

Yếu tố không chắc chắn:

Hệ số riêng γb , γs hoặc γt

Độ bền cọc đơn

Số lƣợng cọc cho một móng:

n = Fd / Rd

Hình VIII. 5: Sơ đồ đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tĩnh theo Eurocode 7

134

b. Theo phƣơng pháp SNIP 2.02.03.85 (tham khảo TCXD 205:1998)

Sức chịu tải cho phép (thiết kế) Qa của cọc đƣợc đánh giá từ sức chịu tải cực hạn Qu

xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc thông qua hệ số an toàn nhƣ sau:

1.2

u ua

tc

Q QQ

k (VIII.7)

Ngoài ra, nếu móng chỉ có 1 cọc nhồi mang tải trên 250 tấn (2500 kN) thì:

1.4

u ua

tc

Q QQ

k (VIII.8)

c. Theo các phƣơng pháp khác

Sức chịu tải nén cho phép đƣợc xác định nhƣ sau:

ua

QQ

FS (VIII.9)

Theo Canadian Foundation Engineering Manual (1985), Davisson, De Beer thì chọn

hệ số an toàn FS = 2.0.

Theo phụ lục E của TCXDVN 269:2002 – Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải

trọng tĩnh ép dọc trục, sức chịu tải cho phép thƣờng đƣợc xác định bằng sức chịu tải

giới hạn hoặc tải trọng phá hoại chia cho hệ số an toàn. Thông thƣờng hệ số an toàn FS

= 2, tuy nhiên việc áp dụng hệ số an toàn cao hơn hoặc thấp hơn do thiết kế quyết định

tùy thuộc vào mức độ quan trọng của công trình, điều kiện đất nền, đặc điểm cọc và

phƣơng pháp thí nghiệm.

Hệ số an toàn FS > 2 thƣờng đƣợc áp dụng cho các trƣờng hợp sau:

- Khi xác định Pgh từ đƣờng cong quan hệ tải trọng - chuyển vị phát triển chậm, khó

xác định điểm uốn;

- Đối với cọc ma sát trong đất dính từ dẻo mềm đến dẻo chảy;

- Đối với cọc thí nghiệm thăm dò khác về chủng loại, kích thƣớc hoặc chiều dài của

cọc đƣợc dùng sau này;

- Đối với cọc xiên mà sức chịu tải xác định theo kết quả thí nghiệm cọc thẳng đứng;

- Số lƣợng cọc thí nghiệm hạn chế trong điều kiện đất nền phức tạp, địa tầng thay

đổi mạnh;

- Đối với công trình quan trọng đòi hỏi yêu cầu cao về độ lún.

135

Hệ số an toàn FS ≤ 2 có thể đƣợc áp dụng đối với trƣờng hợp sau:

- Khi Pgh xác định từ điểm uốn rõ ràng trên đƣờng cong quan hệ tải trọng – chuyển

vị;

- Đối với cọc thí nghiệm kiểm tra trong điều kiện thuận lợi phù hợp với điều kiện

thiết kế;

- Đối với cọc thí nghiệm có kết quả gần phù hợp với các phƣơng pháp khác;

- Trong cùng một hiện trƣờng có điều kiện đất nền đồng nhất, kết quả thí nghiệm của

các cọc sai lệch không đáng kể;

- Khi có kết quả đo chính xác chuyển vị mũi cọc và dọc thân cọc.

VIII.1.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT

VIII.1.2.1. Theo eurocode 7

a. Xác định sức chịu tải cực hạn

Eurocode là một tiêu chuẩn „mở‟, nghĩa là ngƣời thiết kế có thể sử dụng tất cả các giả

thiết để tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo các tiêu chuẩn hay các tác giả khác

nhau, mà các giả thiết này phù hợp với điều kiện đất nền tại vị trí xây dựng công trình.

Để dể sử dụng trong thiết kế, ngƣời thiết kế có thể sử dụng tiêu chuẩn của Đức DIN

4014 - Bored cast-in-place piles.

Theo tiêu chuẩn này, sức chịu tải đơn vị (mũi cọc và thân cọc) đƣợc đánh giá thông

qua sức kháng mũi xuyên qs đƣợc xác định từ thí nghiệm xuyên tĩnh CPT khi cọc đi

qua lớp đất rời, ngƣợc lại, khi cọc đi qua lớp đất dính sức chịu tải đơn vị (mũi cọc và

thân cọc) sẽ đƣợc đánh giá thông qua cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc cu.

Các giá trị sức chịu tải (độ bền) đơn vị của mũi cọc và thân cọc theo DIN 4014 đƣợc

tóm tắt trong các bảng sau:

Đối với đất rời:

Bảng VIII. 1: Độ bền mũi cọc trong đất rời theo độ bền mũi xuyên CPT

s/D hoặc

s/DF

Độ bền mũi cọc, σs (MN/m2)

Độ bền mũi xuyên trung bình (CPT), qs (MN/m2)

10 15 20 25

0.02 0.70 1.05 1.40 1.75

0.03 0.90 1.35 1.80 2.25

0.1 = sg 2.00 3.00 3.50 4.00

136

Ghi chú:

* Giá trị trung gian có thể đƣợc xác định bằng cách nội suy tuyến tính.

Đối với cọc mở rộng mũi, giá trị trên sẽ đƣợc giảm 25%.

* s và sg - là độ lún và độ lún cực hạn của cọc; D và DF lần lƣợt là

đƣờng kính thân cọc và mũi cọc.

Bảng VIII. 2: Độ bền thân cọc trong đất rời theo độ bền mũi xuyên CPT

Độ bền mũi xuyên trung

bình (CPT), qs (MN/m2)

Độ bền thân cọc cực hạn,

τm (MN/m2)

0 0

5 0.04

10 0.08

≥ 15 0.12

Chú ý:

* Giá trị trung gian có thể đƣợc xác định bằng cách nội

suy tuyến tính.

Đối với đất dính

Bảng VIII. 3: Độ bền mũi cọc trong đất dính theo cƣờng độ kháng cắt không thoát

nƣớc cu

s/D hoặc s/DF

Độ bền mũi cọc, σs (MN/m2)

Cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc, cu (MN/m2)

0.1 0.2

0.02 0.35 0.90

0.03 0.45 1.10

0.1 = sg 0.80 1.50

Ghi chú:

* Giá trị trung gian có thể đƣợc xác định bằng cách nội suy tuyến tính.

Đối với cọc mở rộng mũi, giá trị trên sẽ đƣợc giảm 25%.

* s và sg - là độ lún và độ lún cực hạn của cọc; D và DF lần lƣợt là

đƣờng kính thân cọc và mũi cọc.

137

Bảng VIII. 4: Độ bền thân cọc trong đất dính theo cƣờng độ kháng cắt không thoát

nƣớc cu

Cƣờng độ kháng cắt không

thoát nƣớc, cu (MN/m2)

Độ bền thân cọc cực hạn,

τm (MN/m2)

0.025 0.025

0.1 0.04

≥ 0.2 0.06

Chú ý:

* Giá trị trung gian có thể đƣợc xác định bằng cách nội suy

tuyến tính.

Thông thƣờng, trong điều kiện xây dựng ở Việt Nam, khi khảo sát ta thƣờng sử dụng

thí nghiệm khảo sát hiện trƣờng SPT phổ biến hơn thí nghiệm CPT. Do vậy, để thuận

lợi hơn cho công tác thiết kế, ta có thể sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên động SPT

thay cho thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, mối tƣơng quan giữa thí nghiệm SPT với thí

nghiệm CPT đƣợc trình bày trong bảng sau:

Bảng VIII. 5: Hệ số qui đổi giữa chỉ số SPT với độ bền xuyên mũi CPT

Loại đất qs/N30 (MN/m2)

Cát mịn đến trung 0.3 ÷ 0.4

Cát trung 0.5 ÷ 0.6

Cát lớn 0.5 ÷ 1.0

Sỏi 0.8 ÷ 1.0

Chú ý:

* N30 - là số búa xuyên trong đoạn 30cm xuyên.

* qs - là độ bền mũi xuyên trung bình (CPT)

Giá trị qui đổi trên phù hợp với cọc trong đất rời.

Đối với cọc trong đất dính, sức chịu tải cọc phụ thuộc vào cƣờng độ kháng cắt cu, giá

trị này đƣợc xác định từ một trong các cách sau:

- Xác định từ thí nghiệm cắt trực tiếp theo công thức sau:

tanu uc s c (VIII.10)

138

Trong đó,

σ là ứng suất bản thân đất tại vị trí đang xét, σ = Σγi.hi, với γi và hi lần lƣợt là dung

trọng và chiều dày của lớp đất thứ i;

υ, c lần lƣợt là góc ma sát và lực dính của lớp đất tại vị trí đang xét.

- Xác định từ thí nghiệm nén ba trục UU (không cố kết, không thoát nƣớc) hoặc CU

(cố kết, không thoát nƣớc).

- Thí nghiệm nén nở hông qu, ta có thể sử dụng mối tƣơng quan sau:

2

uu u

qc s (VIII.11)

(Theo Foundation Analysis and Design, 5th

, Joseph E. Bowles)

- Từ thí nghiệm xuyên tĩnh CPT, đƣợc xác định nhƣ sau:

c vou

kt

qs

N

(VIII.12)

(Theo Foundation Analysis and Design, 5th

, Joseph E. Bowles)

Trong đó,

qc là sức kháng mũi xuyên CPT;

σVO là ứng suất bản thân đất tại vị trí đang xét;

Nkt là hệ số của đất, hệ số này dao động từ 10 đến 20, thông thƣờng chọn Nkt = 15.

Bảng VIII. 6: Quan hệ giữa chỉ số SPT với cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc cu

Giá trị N

của SPT Độ sệt

Cƣờng độ kháng cắt không

thoát nƣớc cu (kN/m2)

< 2 Rất yếu < 20

2 ÷ 4 Yếu 20 ÷ 40

4 ÷ 8 Cứng 40 ÷ 75

8 ÷ 15 Chặt sít 75 ÷ 150

> 15 Rất chặt sít hoặc rắn > 150

(Trích từ Basic Soil Mechanics, 3th, R. Whitlow)

Theo DIN 4014, độ bền cọc ứng với độ lún nhất định khi cọc làm việc. Với quan niệm,

khi cọc chịu tải, sức chịu tải thân cọc sẽ đƣợc huy động đầu tiên, sau đó sức chịu tải

mũi cọc mới bắt đầu huy động theo. Tuy nhiên, sức chịu tải thân cọc sẽ đƣợc huy động

139

đến một độ lún nhất định nào đó thì xem nhƣ sức chịu tải thân cọc đạt giá trị cực hạn,

nghĩa là giá trị này sẽ không đổi. Độ lún giới hạn này sẽ đƣợc xác định nhƣ sau:

0.5 0.5 3cm cm

rg rgs Q (VIII.13)

Trong đó,

srg là độ lún giới hạn thân cọc, cm;

Qrg là tổng độ bền thân cọc cực hạn, đơn vị MN.

Tƣơng tự nhƣ độ bền thân cọc, độ bền mũi cọc cũng sẽ đƣợc huy động cho đến khi

mũi cọc đạt đến độ lún nhất định nào đó thì độ bền này cũng không phát triển thêm

nữa. Độ lún giới hạn mũi cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

0.1gs D hay 0.1g Fs D (VIII.14)

Trong đó,

sg là độ lún giới hạn mũi cọc, cm;

D, DF lần lƣợt là đƣờng kính thân cọc và mũi cọc, cm.

Hình VIII. 6: Biểu đồ tải trọng - chuyển vị theo DIN 4014

140

Độ bền (sức chịu tải) cọc theo độ lún đƣợc xác định theo DIN 4014 nhƣ sau:

, ,

1

( ) ( ) ( ) ( ) ( )i

s r F s m i m iQ s Q s Q s A s A s (VIII.15)

Trong đó,

Qs(s) là độ bền mũi cọc ứng với độ lún s, MN;

Qr(s) là độ bền thân cọc ứng với độ lún s, MN;

AF là diện tích tiết diện mũi cọc, m2;

σs(s) là độ bền mũi cọc đơn vị ứng với độ lún s, MN/m2;

Am,i là diện tích xung quanh thân cọc trong lớp đất thứ i, m2;

τm,i(s) là độ bền thân cọc đơn vị trong lớp đất thứ i, MN/m2.

Trọng lƣợng bản thân cọc sẽ đƣợc bỏ qua khi tính toán độ bền cọc theo DIN 4014.

b. Xác định sức chịu tải thiết kế

Độ bền (sức chịu tải) thiết kế (cho phép) đƣợc xác định theo Eurocode, đƣợc tóm tắt

theo sơ đồ sau:

141

Tác động đặc trƣng

Fk

Tác động đại diện

Fref

Tác động thiết kế

Fd

Hệ số tổ hợp ψ:

ψ0 , ψ1 , ψ2

Hệ số riêng γF :

γG , γQ

Tác động

Số lƣợng hố khoan

SPT: N

N độ bền: Rb,mi , Rs,mi

Hoặc Rc,mi

SPT Độ bền đặc trƣng Rk:

Rb,k , Rs,k hoặc Rc,k

Độ cứng đài cọc;

Số lƣợng cọc thử;

Độ biến động:

Hệ số tƣơng quan ξ3 , ξ4

Độ bền thiết kế Rd:

Rb,d , Rs,d hoặc Rc,d

Yếu tố không chắc chắn:

Hệ số riêng γb , γs hoặc γt

Độ bền cọc đơn

Số lƣợng cọc cho một móng:

n = Fd / Rd

Hình VIII. 7: Sơ đồ đánh giá độ bền cọc từ kết quả thí nghiệm SPT theo Eurocode 7

142

VIII.1.2.2. Theo Meyerhof (1956)

(Theo TCXD 205:1998 và Basics of Foundation Design, Bengt H. Fellenius)

a. Xác định sức chịu tải cực hạn

Sức chịu tải cực hạn cọc đƣợc xác định theo phƣơng trình sau:

1 2u p tb sQ K NA K N A (VIII.16)

Trong đó,

N là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dƣới mũi cọc và 4d trên mũi cọc;

Ap là diện tích tiết diện mũi cọc, m2;

Ntb là chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp đất rời;

As là diện tích mặt bên cọc trong phạm vi lớp đất rời, m2;

K1 là hệ số, lấy bằng 400 cho cọc đóng và bằng 120 cho cọc khoan nhồi;

K2 là hệ số, lấy bằng 2.0 cho cọc đóng và bằng 1.0 cho cọc khoan nhồi.

Nhận xét: Công thức này đƣợc sử dụng tốt cho đất rời, không sử dụng cho lớp đất sét.

b. Xác định sức chịu tải thiết kế

Sức chịu tải thiết kế đƣợc xác định theo công thức sau:

ua

QQ

FS (VIII.17)

Trong đó,

Qa là sức chịu tải thiết kế cọc, kN;

Qu là sức chịu tải cực hạn cọc, kN;

FS là hệ số an toàn, hệ số này dao động từ 2.5 đến 3.0.

VIII.1.2.3. Theo Nhật Bản

(Theo TCXD 205:1998 và TCXD 226:1999)

Sức chịu tải thiết kế của cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

1

0.23

a a p s s cQ N A N L CL d (VIII.18)

Trong đó,

Qa là sức chịu tải thiết kế cọc, Tấn;

143

Na là chỉ số SPT của đất dƣới mũi cọc;

Ns là chỉ số SPT của lớp cát bên thân cọc;

Ls là chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát, m;

Lc là chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét, m;

α là hệ số, phụ thuộc vào phƣơng pháp thi công cọc: cọc bê tông cốt thép thi công

bằng phƣơng pháp đóng: α = 30; cọc khoan nhồi: α = 15;

C là lực dính giữa đất với cọc, đối với cọc bê tông cốt thép lấy C chính là lực dính

giữa đất với đất xác định từ phòng thí nghiệm T/m2;

d là đƣờng kính cọc, m.

Nhận xét:

- Công thức này sử dụng đƣợc cho cả đất sét và đất cát.

- Hệ số an toàn theo công thức Nhật Bản này là: FS = 3.0.

- Bỏ qua trọng lƣợng bản thân cọc.

VIII.1.2.4. Theo TCXD 195:1997

Sức chịu tải thiết kế cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

1.5 0.15 0.43 Wa p c c s s pQ NA N L N L (VIII.19)

Trong đó,

Qa là sức chịu tải thiết kế cọc, Tấn;

N là chỉ số xuyên tiêu chuẩn trung bình của đất trong khoảng 1d dƣới mũi cọc và

4d trên mũi cọc. Nếu N > 60, khi tính toán N lấy N = 60; nếu N > 50 thì khi tính

toán lấy N = 50;

Nc là giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất rời;

Ns là giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp đất dính;

Ap là diện tích tiết diện mũi cọc, m2;

Lc là chiều dài thân cọc nằm trong lớp đất rời, m;

Ls là chiều dài thân cọc nằm trong lớp đất dính, m;

Ω là chu vi tiết diện cọc, Ω = πd, m; với d là đƣờng kính cọc, m;

Wp là hiệu số giữa trọng lƣợng cọc và trọng lƣợng của trụ đất nền do cọc thay thế,

Tấn; đơn giản lấy Wp ≈ (2.5 – 1.8)Ap.lc ≈ 0.7Ac.lc, Tấn; với Ac là diện tích tiết diện

của cọc, Ac = π(d2/4), m

2; lc là tổng chiều dài một cọc, m.

144

VIII.2. KẾT QUẢ ÁP DỤNG

Công trình: CHUNG CƢ LÔ SỐ 1 (KHU DÂN CƢ HẠNH PHÚC)

Địa điểm: Lô 11B – xã Bình Hƣng, huyện Bình Chánh, Thành Phố Hồ Chí Minh

Đặc trƣng địa chất công trình Chung Cƣ Hạnh Phúc:

VIII.2.1. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc

Kết quả thử tải tĩnh 2 cọc CT1 và CT2 đƣợc trình bày dƣới dạng biểu đồ tải trọng - lún

nhƣ sau:

D/trọng đẩy nổi Góc ma sát Lực dính

(m) γ' (kN/m3) υ (độ) c (kN/m

2) qu (kN/m

2) N

- Cát san lấp 2.3 - - - - -

1 Bùn sét, chảy 20.7 5 3.5 6.6 27.3 0

2 Sét, dẻo chảy 4.2 6.1 6.4 10.2 - 4

3 Sét, dẻo mềm 17.2 10.8 10.1 14.8 66.9 7

4 Cát pha 6.6 10.1 24.3 6.4 - 28

7 Cát pha, dẻo 18.4 10 25.3 10.1 20.1 39

8 Sét, cứng - 17.1 22.7 37.5 395.2 61

Thông số đất Cƣờng độ nén

nở hông tự do

Chỉ số SPT

trung bìnhTên đất

Chiều dày

trung bìnhLớp

Sét, nửa cứng

đến cứng5 6.2

Sét pha, dẻo cứng

đến nửa cứng8.16

28

19

Chú ý : Mực nƣớc ngầm nằm cách mặt đất trung bình 0.5m

10.1 20.2 29.5 336.3

77.516.319.110

145

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 120 240 360 480 600 720 840 960 108012001320

Độ l

ún s

(m

m)

Tải trọng

P (T)

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG - ĐỘ LÚN (cọc CT1)

CT1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200

Độ

lú

n s

(m

m)

Tải trọng

P (T)

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG - ĐỘ LÚN (cọc CT2)

CT2

146

VIII.2.1.1. Sức chịu tải cực hạn cọc

Nhƣ vậy, qua hai biểu đồ tải trọng - lún bên trên, tải cực hạn của cọc có thể chọn là Qu

= 1080T ứng với độ lún 24.79mm đối với cọc CT1, độ lún 26.93mm đối với cọc CT2.

VIII.2.1.2. Sức chịu tải thiết kế cọc

Qui trình xác định độ bền (sức chịu tải) thiết kế của cọc đều đƣợc trình bày trong phần

Phụ lục, sau đây là bảng tóm tắt các kết quả tính theo các phƣơng pháp khác nhau.

Nhận xét:

Phần lớn các Quốc Gia Châu Âu (chiếm trên 55%) chọn phƣơng pháp thiết kế 2 (DA

2) để thiết kế cọc, nghĩa là sẽ chọn độ bền cọc thiết kế là 7552 kN nếu giả định kết cấu

đài cọc không đủ cứng và 8307 kN nếu giả định kết cấu đài cọc đủ cứng để phân phối

lại tải trọng cho các cọc trên cùng một đài cọc.

Có khoảng 30% các Quốc Gia Châu Âu sẽ chọn kết quả theo phƣơng pháp thiết kế 1,

thƣờng thì chọn phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2) làm bài toán thiết kế, sau

đó kiểm tra lại bằng phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1 (DA 1-1). Nghĩa là, độ bền thiết

kế cọc là 5538 kN nếu giả định đài cọc không đủ cứng và 6092 kN nếu giả định đài

cọc đủ cứng, sẽ là giá trị thiết kế của độ bền cọc; sau đó kiểm tra lại bằng DA 1-1 đều

thỏa (7223 kN > 5538 kN hay 7946 kN > 6092 kN).

Khi thiết kế theo Eurocode, nếu kết cấu đài cọc không đủ cứng thì độ bền thiết kế dao

động trong khoảng Qa = 5538 kN ÷ 7552 kN, nếu kết cấu đài cọc đủ cứng thì Qa =

6092 kN ÷ 8307 kN. Từ đó ta có những nhận xét nhƣ sau:

- Tính với giả thiết kết cấu đài cọc không đủ cứng thì an toàn hơn so với giả thiết kết

cấu đài cọc đủ cứng.

DA 1-1 DA 1-2 DA 2 DA 1-1 DA 1-2 DA 2

7223 5538 7552 7946 6092 8307 9000 7714 5400

Chú ý:

Phƣơng

pháp khác

*

* Các phƣơng pháp khác bao gồm: Canadian Foundation Engineering Manual (1985), Davisson,

De Beer, TCXDXN 269:2002.

Độ bền (sức chịu tải) thiết kế theo kết quả thử tĩnh cọc Qa (kN)

Kết cấu đài cọc không đủ cứng Kết cấu đài cọc đủ cứng

Eurocode 7 SNIP 2.02.03.85

Đài nhiều

cọc

Đài 1

cọc

147

- Trong 2 phƣơng pháp thiết kế với 3 kết quả (DA 1-1, DA 1-2 và DA 2), thì độ bền

tính từ phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2) luôn là kết quả nhỏ nhất so với

các kết quả còn lại. Nghĩa là, phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2) sẽ cho kết

quả an toàn nhất.

Ở Việt Nam, tùy vào quyết định của ngƣời thiết kế mà có thể chọn độ bền thiết kế cọc

cho phù hợp. Để thiên về an toàn, ta có thể chọn kết quả từ DA 1-2; để thiên về kinh

tế, ta chọn kết quả từ DA 2 (nếu dựa vào Eurocode 7).

Theo kết quả tính từ phƣơng pháp SNIP 2.02.03.85 thì cho giá trị lớn nhất (9000 kN)

nếu có nhiều cọc (lớn hơn 2 cọc) trên một móng.

Kết quả tính từ những phƣơng pháp khác (Canadian Foundation Engineering Manual

(1985), Davisson, De Beer, TCXDVN 269:2002) thì tƣơng đối nhỏ, giá trị này gần

giống với kết quả tình từ DA 1-2 của Eurocode 7.

Nhƣ vậy, xét về mặt tổng thể thì kết quả đánh giá độ bền cọc theo SNIP là lớn nhất,

tiếp theo là Eurocode và cuối cùng là các phƣơng pháp khác (Canada, Davisson, De

Beer, TCXD 269:2002). Việc quyết định chọn giá trị độ bền thiết kế sẽ do ngƣời thiết

kế quyết định tùy theo độ biến động của đất nền, qui mô công trình và kết hợp với kinh

nghiệm.

VIII.2.2. Đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT

Qui trình xác định độ bền (sức chịu tải) cọc từ kết quả thí nghiệm SPT đều đƣợc trình

bày trong phần Phụ lục, sau đây là bảng tóm tắt các kết quả tính theo các phƣơng pháp

khác nhau.

Sức chịu tải thiết kế cọc theo Eurocode 7 và sức chịu tải thiết kế nhỏ nhất của cọc tính

trong 5 hố khoan (HK1, HK2, HK4, HK6, HK8) theo Nhật Bản và TCXD 195:1997

đƣợc tóm tắt trong bảng sau:

(sức chịu tải thiết kế cọc theo từng hố khoan tính theo công thức Nhật Bản và TCXD

195:1997 đều đƣợc trình bày trong phần Phụ lục).

DA 1-1 DA 1-2 DA 2 DA 3 DA 1-1 DA 1-2 DA 2 DA 3

5859 4492 6125 6302 6417 4920 6709 6902 2213 5474

Độ bền (sức chịu tải) thiết kế cọc theo kết quả thí nghiệm SPT Qa (kN)

Kết cấu đài cọc không đủ cứng Kết cấu đài cọc đủ cứng

Eurocode 7

Nhật BảnTCXD

195:1997

148

Nhận xét:

Phần lớn các Quốc Gia Châu Âu (chiếm trên 55%) chọn phƣơng pháp thiết kế 2 (DA

2) để thiết kế cọc, nghĩa là sẽ chọn độ bền cọc thiết kế là 6125 kN nếu giả định kết cấu

đài cọc không đủ cứng và 6709 kN nếu giả định kết cấu đài cọc đủ cứng để phân phối

lại tải trọng cho các cọc trên cùng một đài cọc.

Có khoảng 30% các Quốc Gia Châu Âu sẽ chọn kết quả theo phƣơng pháp thiết kế 1,

thƣờng thì chọn phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2) làm bài toán thiết kế, sau

đó kiểm tra lại bằng phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1 (DA 1-1). Nghĩa là, độ bền thiết

kế cọc là 4492 kN nếu giả định đài cọc không đủ cứng và 4920 kN nếu giả định đài

cọc đủ cứng, sẽ là giá trị thiết kế của độ bền cọc; sau đó kiểm tra lại bằng DA 1-1 đều

thỏa (5859 kN > 4492 kN hay 6417 kN > 4920 kN).

Có khoảng 10% các Quốc Gia Châu Âu sẽ chọn kết quả theo phƣơng pháp thiết kế 3,

nghĩa là sẽ chọn độ bền thiết kế cọc là 6302 kN nếu kết cấu đài cọc không đủ cứng và

6902 kN nếu kết cấu đài cọc đủ cứng để phân bố lại tải trọng tác dụng lên cọc từ cọc

yếu hơn sang cọc cứng hơn..

Khi thiết kế theo Eurocode, nếu kết cấu đài cọc không đủ cứng thì độ bền thiết kế dao

động trong khoảng Qa = 4492 kN ÷ 6302 kN, nếu kết cấu đài cọc đủ cứng thì Qa =

4920 kN ÷ 6902 kN. Từ đó ta có những nhận xét nhƣ sau:

- Tính với giả thiết kết cấu đài cọc không đủ cứng thì an toàn hơn so với giả thiết kết

cấu đài cọc đủ cứng.

- Trong 3 phƣơng pháp thiết kế với 4 kết quả (DA 1-1, DA 1-2, DA 2 và DA 3), thì

độ bền tính từ phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2) luôn là kết quả nhỏ nhất

so với các kết quả còn lại. Nghĩa là, phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2) sẽ

cho kết quả an toàn nhất.

Theo kết quả tính từ phƣơng pháp Nhật Bản thì cho giá trị nhỏ nhất (2213 kN).

Kết quả tính từ TCXD 195:1997 là 5474 kN, giá trị này lớn hơn kết quả tình từ DA 1-

2 của Eurocode 7 (4492 kN và 4920 kN), những vẫn nhỏ hơn so với các giá trị khác

tính theo các phƣơng pháp thiết kế khác nhau của Eurocode 7.

Nhƣ vậy, xét về mặt tổng thể thì kết quả đánh giá độ bền cọc theo Nhật Bản là nhỏ

nhất, tiếp theo là DA 1-2 của Eurocode 7, tiếp theo là TCXD 195:1997 và cuối cùng là

các phƣơng pháp thiết kế khác của Eurocode 7. Việc quyết định chọn giá trị độ bền

thiết kế sẽ do ngƣời thiết kế quyết định tùy theo độ biến động của đất nền, qui mô

công trình và kết hợp với kinh nghiệm.

149

BẢNG TRA HỆ SỐ

1. Giá trị hệ số ψ cho công trình nhà dân dụng và công nghiệp: (Bảng A1.1)

Tác động ψ0 ψ1 ψ2

Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình 0.7 0.5 0.3

Loại B: Khu vực văn phòng 0.7 0.5 0.3

Loại C: Khu vực hội họp 0.7 0.7 0.6

Loại D: Khu vực mua bán 0.7 0.7 0.6

Loại E: Khu vực kho lƣu trữ 1.0 0.9 0.8

Loại F: Khu vực giao thông

trọng lƣợng xe ≤ 30kN 0.7 0.7 0.6

Loại G: Khu vực giao thông

30kN < trọng lƣợng xe ≤ 160kN 0.7 0.5 0.3

Loại H: Mái 0 0 0

Gió tác động lên công trình (xem EN 1991-1-4) 0.6 0.2 0

Ghi chú: Giá trị ψ theo phụ lục Quốc Gia.

Hoạt tải tác động lên công trình, loại công trình

(xem EN 1991-1-1):

Nhiệt độ (không phải là cháy) tác dụng lên công

trình (xem EN 1991-1-5)0.6 0.5 0

150

2. Giá trị tác động thiết kế để kiểm tra cân bằng kết cấu (EQU): (Bảng A1.2(A))

3. Giá trị tác động thiết kế để kiểm tra kết cấu và đất nền (STR/EQU):(Bảng A1.2(B))

Chính

(nếu có)

(6.10) γGj,supGkj,sup γGj,infGkj,inf γQ,1Qk,1 γQ,iψ0,iQk,i

(6.10) là:

γGj,sup = 1.10

γGj,inf = 0.90

γGj,sup = 1.35

γGj,inf = 1.15

(*): Các hoạt tải đƣợc trình bày trong bảng hệ số ψ.

nếu sử dụng γGj,inf = 1.00 cho tĩnh tải có lợi và bất lợi, thì sẽ không đƣa ra

nhiều hệ quả bất lợi.

Tình huống

thiết kế lâu

dài và tạm thời

Tĩnh tải Hoạt tải

đầu tiên

(*)

Hoạt tải tiếp theo

Bất lợi Có lợi Khác

γQ,i = 1.50 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

Ghi chú 1: Giá trị γ theo phụ lục Quốc Gia. Eurocode đề nghị:

γQ,1 = 1.50 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

γQ,i = 1.50 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

Ghi chú 2: Trong trƣờng hợp khi kiểm tra cân bằng tĩnh cũng liên quan đến

độ bền của phần tử kết cấu, phƣơng pháp cần kiểm tra tách biệt dựa trên

bảng A1.2(A) và A1.2(B), thì có thể sử dụng kết hợp dựa trên bảng A1.2(A),

nếu phụ lục Quốc Gia cho phép, thì có thể sử dụng các hệ số nhƣ sau:

γQ,1 = 1.50 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

, , ,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

151

Chính Chính

(nếu có) (nếu có)

(6.10a) γGj,supGkj,sup γGj,infGkj,inf γQ,1ψ0,1Qk,1 γQ,iψ0,iQk,i

(6.10b) ξγGj,supGkj,sup γGj,infGkj,inf γQ,1Qk,1 γQ,iψ0,iQk,i

(6.10) là:

(6.10a) là:

(6.10b) là:

γGj,sup = 1.35

γGj,inf = 1.00

(*): Các hoạt tải đƣợc trình bày trong bảng hệ số ψ.

Tình huống

thiết kế lâu dài

và tạm thời

Tĩnh tảiHoạt tải

đầu tiên

Hoạt tải tiếp theo (*)

Bất lợi Có lợi Khác

γQ,iψ0,iQk,i(6.10) γGj,supGkj,sup γGj,infGkj,inf γQ,1Qk,1

Tình huống

thiết kế lâu

dài và tạm thời

Tĩnh tải Hoạt tải

đầu tiên

(*)

Hoạt tải tiếp theo (*)

Bất lợi Có lợi Khác

Xem thêm EN 1991 đến EN 1999 cho các giá trị γ đƣợc sử dụng cho biến dạng cƣỡng bức.

Ghi chú 3: Giá trị đặc trƣng cho tất cả các tĩnh tải từ một nguồn gốc sẽ đƣợc nhân cho hệ số γG,sup nếu tổng hệ số tác động là bất lợi và γG,inf nếu tổng hệ

quả tác động là có lợi. Ví dụ, tất cả các tác động do trọng lƣợng bản thân kết cấu đƣợc xem nhƣ là cùng một nguồn gốc; kể cả các vật liệu khác nhau.

Ghi chú 4: Trong một vài trƣờng hợp đặc biệt, các giá trị γG và γQ có thể chia cho γg và γq và hệ số mô hình không chắc chắn γSd. Giá trị γSd dao động từ

1.05 đến 1.15 có thể sử dụng trong tất cả các trƣờng hợp phổ biến và có thể hiệu chỉnh theo phụ lục Quốc Gia.

Ghi chú 1: Việc chọn giữa (1), hoặc (1a) và (1b) sẽ tùy thuộc vào phụ lục Quốc Gia, phụ lục Quốc Gia có thể hiệu chỉnh thêm (1a) chỉ có tĩnh tải.

Ghi chú 2: Giá trị γ và ξ đƣợc thiết lập theo phụ lục Quốc Gia. Khi sử dụng các biểu thức (1), hoặc (1a) và (1b), các hệ số γ và ξ đƣợc chọn nhƣ sau:

γQ,1 = 1.50 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

γQ,i = 1.50 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

ξ = 0.85 (vì thế, ξγGj,sup = 0.85 x 1.35 ≈ 1.15)

, , ,1 0,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

, , ,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "j G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

, , ,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

152

4. Giá trị tác động thiết kế để kiểm tra kết cấu và đất nền (STR/EQU):(Bảng A1.2(C))

5. Giá trị tác động thiết kế sử dụng trong tổ hợp tác động đặc biệt và động đất: (Bảng

A1.3)

Chính

(nếu có)

(6.10) γGj,supGkj,sup γGj,infGkj,inf γQ,1Qk,1 γQ,iψ0,iQk,i

(6.10) là:

γGj,sup = 1.00

γGj,inf = 1.00

Ghi chú: Giá trị γ theo phụ lục Quốc Gia. Eurocode đề nghị:

γQ,1 = 1.30 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

γQ,i = 1.30 cho hoạt tải bất lợi (bằng 0 cho hoạt tải có lợi)

(*): Các hoạt tải đƣợc trình bày trong bảng hệ số ψ.

Tình huống

thiết kế lâu dài

và tạm thời

Tĩnh tải Hoạt tải

đầu tiên

(*)

Hoạt tải tiếp theo (*)

Bất lợi Có lợi Khác

, , ,1 ,1 , 0, ,

1 1

" " " " " "G j k j P Q k Q i i k i

j i

G P Q Q

Chính

(nếu có)

Đặc biệt (*) ψ1,1 hoặc

(6.11a/b) ψ2,1Qk,1

Động đất

(6.12a/b)

Tình huống

thiết kế

Tĩnh tải Tải động đất

hoặc tải đặc

biệt đầu tiên

Hoạt tải tiếp theo (**)

Bất lợi Có lợi Khác

ψ2,iQk,i

Gkj,sup Gkj,inf Ad ψ2,iQk,i

Gkj,sup Gkj,inf γIAEk hoặc AEd

(6.11a) là:

(6.11b) là:

(6.12a) là:

(6.12b) là:

, 1,1 2,1 ,1 2, ,; ; ; or ; 1; 1d k j d k i k iE E G P A Q Q j i

, 1,1 2,1 ,1 2, ,

1 1

" " " " " " or " "k j d k i k i

j i

G P A Q Q

, 2, ,; ; ; 1; 1d k j Ed i k iE E G P A Q j i

, 2, ,

1 1

" " " " " "k j Ed i k i

j i

G P A Q

153

6. Giá trị tác động thiết kế sử dụng trong tổ hợp tác động theo trạng thái giới hạn sử

dụng SLS: (Bảng A1.4)

7. Các hệ số sử dụng để kiểm tra cần bằng tĩnh (EQU):

Các hệ số riêng cho tác động (γF): (Bảng A.1)

Tác động Ký hiệu Giá trị

Tĩnh tải

Bất lợi a γG,dst 1.1

Có lợi b γG,stb 0.9

Hoạt tải

Bất lợi a γQ,dst 1.5

Có lợi b γQ,stb 0

a Mất ổn định

b Ổn định

Các hệ số riêng cho thông số đất (γM): (Bảng A.2)

Thông số đất Ký hiệu Giá trị

Góc kháng cắt a γυ' 1.25

Lực dính hữu hiệu γc' 1.25

Cƣờng độ kháng cắt không thoát

nƣớc γcu 1.4

(*): Trong tình huống thiết kế đặc biệt, hoạt tải chính có thể là giá trị

thƣờng xuyên hoặc, khi trong tổ hợp tác động động đất, có thể là giá trị tựa

tĩnh. Việc chọn lựa sẽ nằm trong phụ lục Quốc Gia, phụ thuộc vào tác động

đặc biệt cần xem xét.

(**): Các hoạt tải đƣợc trình bày trong bảng hệ số ψ.

Bất lợi Có lợi Đầu tiên Khác

Đặc trƣng Gkj,sup Gkj,inf Qk,1 ψ0,iQk,i

Thƣờng xuyên Gkj,sup Gkj,inf ψ1,1Qk,1 ψ2,iQk,i

Tựa tĩnh Gkj,sup Gkj,inf ψ2,1Qk,1 ψ2,iQk,i

Tổ hợp Tĩnh tải Gd Hoạt tải Qd

154

Cƣờng độ nở hông tự do γqu 1.4

Dung trọng γγ 1.0

a Hệ số này áp dụng cho tanυ'

8. Các hệ số riêng sử dụng để kiểm tra các trạng thái giới hạn của kết cấu (STR) và

đất nền (GEO):

Hệ số riêng cho tác động (γF) hoặc hệ quả tác động (γE): (Bảng A.3)

Tác động Ký hiệu Loại

A1 A2

Tĩnh tải Bất lợi

γG 1.35 1.0

Có lợi 1.0 1.0

Hoạt tải Bất lợi

γQ 1.5 1.3

Có lợi 0.0 0.0

Hệ số riêng cho thông số đất nền (γM): (Bảng A.4)

Thông số đất Ký hiệu Loại

M1 M2

Góc kháng cắt a γυ' 1.0 1.25

Lực dính hữu hiệu γc' 1.0 1.25

Cƣờng độ kháng cắt không thoát

nƣớc

γcu 1.0 1.4

Cƣờng độ nở hông tự do γqu 1.0 1.4

Dung trọng γγ 1.0 1.0

a Hệ số này áp dụng cho tanυ'

Hệ số độ bền riêng (γR) cho móng nông: (Bảng A.5)

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3

Khả năng chịu tải γR;v 1.0 1.4 1.0

Chống trƣợt γR;h 1.0 1.1 1.0

155

Hệ số độ bền riêng (γR) cho cọc đóng: (Bảng A.6)

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3 R4

Mũi cọc γb 1.0 1.1 1.0 1.3

Thân cọc (chịu nén) γs 1.0 1.1 1.0 1.3

Tổng (thân + mũi cọc) (chịu nén) γt 1.0 1.1 1.0 1.3

Thân cọc chịu kéo γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6

Hệ số độ bền riêng (γR) cho cọc nhồi: (Bảng A.7)

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3 R4

Mũi cọc γb 1.25 1.1 1.0 1.6

Thân cọc (chịu nén) γs 1.0 1.1 1.0 1.3

Tổng (thân + mũi cọc) (chịu nén) γt 1.15 1.1 1.0 1.5

Thân cọc chịu kéo γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6

Hệ số độ bền riêng (γR) cho cọc khoan nhồi (CFA): (Bảng A.8)

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3 R4

Mũi cọc γb 1.1 1.1 1.0 1.45

Thân cọc (chịu nén) γs 1.0 1.1 1.0 1.3

Tổng (thân + mũi cọc) (chịu nén) γt 1.1 1.1 1.0 1.4

Thân cọc chịu kéo γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6

Hệ số tƣơng quan ξ để rút ra giá trị đặc trƣng từ thí nghiệm thử tải tĩnh: (Bảng A.9)

Số cọc thử n = 1 2 3 4 ≥ 5

ξ1 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00

ξ2 1.40 1.20 1.05 1.00 1.00

156

Hệ số tƣơng quan ξ để rút ra giá trị đặc trƣng từ kết quả thí nghiệm đất nền: (Bảng

A.10)

Số cọc thử n = 1 2 3 4 5 7 10

ξ3 1.40 1.35 1.33 1.31 1.29 1.27 1.25

ξ4 1.40 1.27 1.23 1.20 1.15 1.12 1.08

Hệ số tƣơng quan ξ để rút ra giá trị đặc trƣng từ thí nghiệm tải trọng động: (Bảng

A.11)

Hệ số độ bền riêng (γR) cho neo dự ứng lực: (Bảng A.12)

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3 R4

Tạm thời γa;t 1.1 1.1 1.0 1.1

Lâu dài γa;p 1.1 1.1 1.0 1.1

Số cọc thử n = ≥ 2 ≥ 5 ≥ 10 ≥ 15 ≥ 20

ξ5 1.60 1.50 1.45 1.42 1.40

ξ6 1.50 1.35 1.30 1.25 1.25

* Gía trị ξ nhân với hệ số mô hình 0.85 khi sử dụng thí nghiệm thử tải động

có đo biểu đồ tín hiệu sóng.

* Nếu nhƣ các cọc khác tồn tại trong móng, thì những nhóm cọc tƣơng tự sẽ

đƣợc xem xét tách biệt khi lựa chọn n cọc thử.

* Gía trị ξ này chỉ áp dụng cho thí nghiệm thử tải động.

* Gía trị ξ nhân với hệ số mô hình 1.10 khi sử dụng công thức cọc đóng khi

đo chuyển vị đầu cọc tựa đàn hồi trong suốt quá trình đóng.

* Gía trị ξ nhân với hệ số mô hình 1.20 khi sử dụng công thức cọc đóng mà

không đo chuyển vị đầu cọc tựa đàn hồi trong suốt quá trình đóng.

157

Hệ số độ bền riêng (γR) cho kết cấu tƣờng chắn: (Bảng A.13)

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3

Khả năng chịu tải γR;v 1.0 1.4 1.0

Chống trƣợt γR;h 1.0 1.1 1.0

Độ bền đất nền γR;e 1.0 1.4 1.0

Hệ số độ bền riêng (γR) cho mái dốc và ổn định tổng thể: (Bảng A.14)

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3

Độ bền đất nền γR;e 1.0 1.1 1.0

9. Các hệ số riêng sử dụng để kiểm tra trạng thái giới hạn đẩy nổi (UPL):

Hệ số riêng cho tác động (γF): (Bảng A.15)

Tác động Ký hiệu Giá trị

Tĩnh tải

Bất lợi a γG,dst 1.0

Có lợi b γG,stb 0.9

Hoạt tải

Bất lợi a γQ,dst 1.5

a Mất ổn định

b Ổn định

Hệ số riêng cho thông số đất nền và độ bền: (Bảng A.16)

Thông số đất Ký hiệu Giá trị

Góc kháng cắt a γυ' 1.25

Lực dính hữu hiệu γc' 1.25

Cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc γcu 1.4

Khả năng chịu kéo của cọc γs;t 1.4

Độ bền neo γa 1.4

158

a Hệ số này áp dụng cho tanυ'

10. Các hệ số riêng cho tác động (γF) sử dụng để kiểm tra trạng thái giới hạn đẩy trồi

(HYD): (Bảng A.17)

Tác động Ký hiệu Giá trị

Tĩnh tải

Bất lợi a γG,dst 1.35

Có lợi b γG,stb 0.9

Hoạt tải

Bất lợi a γQ,dst 1.5

a Mất ổn định

b Ổn định

11. Các hệ số sử dụng trong phƣơng pháp thống kê: (Theo Designers‟ Guide to EN

1997-1, R Frank, C Bauduin và các đồng nghiệp)

Giá trị hệ số thống kê kn,trung bình (điểm phân vị 50%) để đánh giá giá trị đặc trƣng

đối với giá trị trung bình với độ tin cậy 95% :

n Vx chƣa biết Vx đã biết

3 1.69 0.95

4 1.18 0.82

5 0.95 0.74

6 0.82 0.67

8 0.67 0.58

10 0.58 0.52

20 0.39 0.37

30 0.31 0.3

∞ 0 0

kn

0.95

, ình 1 1/n trung b nk t n , ình 1.64 1/n trung bk n

159

Giá trị hệ số thống kê kn,low để đánh giá giá trị đặc trƣng đối với giá trị thấp với

điểm phân vị 5% :

Giá trị hệ số phân bố Student t:

r tn-1 và tn-2

(n-1 hoặc n-2) 95% 90%

2 2.920 1.886

3 2.353 1.638

4 2.132 1.533

5 2.015 1.476

6 1.943 1.440

7 1.895 1.415

8 1.860 1.397

9 1.833 1.383

10 1.812 1.372

12 1.782 1.356

15 1.753 1.341

20 1.725 1.325

25 1.708 1.316

30 1.686 1.310

∞ 1.645 1.282

n Vx chƣa biết Vx đã biết

3 3.37 1.89

4 2.63 1.83

5 2.33 1.80

6 2.18 1.77

8 2.00 1.74

10 1.92 1.72

20 1.76 1.68

30 1.73 1.67

∞ 1.64 1.64

kn

0.95

, ow 1 1/ 1n l nk t n , ow 1.64 1/ 1n lk n

160

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Nếu sử dụng Eurocode để đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tĩnh cọc thì sử

dụng các phƣơng pháp thiết kế 1-tổ hợp 1, tổ hợp 2 (DA 1-1, DA 1-2) và phƣơng pháp

thiết kế 2 (DA 2).

Nếu sử dụng Eurocode để đánh giá sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT, CPT,..

và các phƣơng pháp sử dụng thông số đất nền (nhƣ: c, υ, γ, cu, qu) thì sử dụng đƣợc cả

3 phƣơng pháp thiết kế, bao gồm: phƣơng pháp thiết kế 1-tổ hợp 1, tổ hợp 2 (DA 1-1,

DA 1-2), phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2) và phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3).

Cần chú ý, khi sử dụng các thông số cƣờng độ đất nền (nhƣ: c, υ, γ, cu, qu) thì có thể sử

dụng các hệ số riêng γM (nếu sử dụng phƣơng pháp thiết kế 3: DA 3) hoặc không sử

dụng γM (nếu sử dụng các phƣơng pháp thiết kế khác theo Eurocode: DA 1-1, DA 1-2

hay DA 2).

Cần chú ý đến việc sử dụng hệ số mô hình γRd cho độ bền trong thiết kế cọc.

Kết quả đánh giá sức chịu tải cọc theo Eurocode cho ra kết quả cũng khác nhau giữa

các phƣơng pháp thiết kế, trong đó phƣơng pháp thiết kế 1-tổ hợp 2 (DA 1-2) thƣờng

cho kết quả nhỏ nhất. Tất cả các kết quả tính theo Eurocode đều cho ra kết quả đáng

tin cậy nhất so với các phƣơng pháp thiết kế hiện nay ở Việt Nam.

2. KIẾN NGHỊ

Để đảm bảo an toàn trong thiết kế, ngƣời thiết kế nên đánh giá sức chịu tải cọc theo cả

3 phƣơng pháp thiết kế, sau đó chọn kết quả phù hợp nhất tùy thuộc vào độ an toàn và

kinh phí xây dựng công trình. Ngƣời thiết kế nên so sánh kết quả đánh giá sức chịu tải

cọc theo Eurocode với các phƣơng pháp khác để có cái nhìn tổng quát hơn và dễ dàng

quyết định sức chịu tải cọc hơn.

Ngoài sử dụng để thiết kế móng cọc nhồi, Eurocode 7 còn hƣớng dẫn đánh giá sức

chịu tải của tất cả các loại kết cấu nền móng khác. Có thể sử dụng hƣớng nghiên cứu

cọc khoan nhồi trong Luận Văn này cho các loại móng cọc khác, cũng nhƣ các loại kết

cấu móng khác.

Trong tƣơng lai, Eurocode sẽ đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới, trong đó có

Việt Nam.

161

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] CEN (2002), Eurocode – Basic of structural design. European standard, EN 1990 :

2002 (E). European Committee for Standardization: Brussels.

[2] CEN (2004), Eurocode 7: Geotechnical design – Part 1: General rules. European

standard, EN 1997-1 : 2004 (E). European Committee for Standardization: Brussels.

[3] CEN (2007), Eurocode 7: Geotechnical design – Part 2: Ground investigation and

testing. European standard, EN 1997-2 : 2007 (E). European Committee for

Standardization: Brussels.

[4] Andrew Bond, Andrew Harris. Decoding Eurocode 7. Taylor & Francis, 2008.

[5] R. Frank, C. Bauduin, R. Driscoll, M. Kavvadas, N. Krebs Ovesen, T. Orr, B.

Schuppener. Designers’ Guide to EN 1997-1. Thomas Telford, London, 2004.

[6] H. Gulvanessian, J-A. Calgaro và M. Holicky. Designers’ Guide to EN 1990.

Thomas Telford, London, 2002.

[7] Bauduin C. Besix. Design of axially loaded compression piles according to

Eurocode 7.

[8] R. Frank. Workshop “Eurocodes: background and applications. 18-20 February

2008: Brussels.

[9] TCXDVN 375:2006. Thiết kế công trình chịu động đất. Nhà xuất bản Xây Dựng,

Hà Nội, 2006.

[10] TS. Nguyễn Trung Hòa. Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Nhà xuất

bản Xây Dựng, Hà Nội, 2009.

[11] Michael Tomlinson, John Woodward. Pile design and construction practice, 5th

edition. Taylor & Francis, 2008.

[12] TCXD 205:1998. Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế. Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà

Nội, 2002.

[13] TCXDVN 269:2002. Cọc - Phƣơng pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc

trục. Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 2002.

[14] TCXD 195:1997. Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi.

162

[15] PGS. TS. Võ Phán, Th.s Hoàng Thế Thao. Phân tích và tính toán móng cọc. Nhà

xuất bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 2010.

[16] GS. TS. Vũ Công Ngữ, Th.s Nguyễn Thái. Móng cọc - Phân tích và thiết kế. Nhà

xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội, 2004.

[17] R. Whitlow. Basic soil mechanics, 3th. Longman Group Limited, 1995.

[18] PGS. TS. Châu Ngọc Ẩn. Nền Móng. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ

Chí Minh, 2011.

[19] Dr. Tech., P. Eng. Bengt H. Fellenius. Basics of Foundation Design. Electronic

Edition, January 2006.

[20] DIN 4014. Bored cast-in-place piles, March 1990.

163

PHỤ LỤC

i

MỤC LỤC

I. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC 164

I.1. Sức chịu tải cực hạn cọc ............................................................................. 164

I.2. Sức chịu tải thiết kế cọc .............................................................................. 169

I.2.1. Theo Eurocode 7 ..................................................................................... 169

I.2.2. Theo phƣơng pháp SNIP 2.02.03.85 (tham khảo TCXD 205:1998) ....... 175

I.2.3. Theo các phƣơng pháp khác .................................................................... 175

II. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ THÍ NGHIỆM SPT ...................... 175

II.1. Theo Eurocode 7 ......................................................................................... 175

II.1.1. Sức chịu tải cực hạn cọc .......................................................................... 175

II.1.2. Sức chịu tải thiết kế cọc .......................................................................... 202

II.2. Theo Nhật Bản (Theo TCXD 205:1998 và TCXD 226:1999) .................... 208

II.2.1. Sức chịu tải cực hạn cọc .......................................................................... 208

II.2.2. Sức chịu tải thiết kế cọc .......................................................................... 211

II.3. Theo TCXD 195:1997 ................................................................................ 211

164

Công trình

CHUNG CƢ LÔ SỐ 1 (KHU DÂN CƢ HẠNH PHÚC)

Địa điểm: Lô 11B – xã Bình Hƣng, huyện Bình Chánh, Thành Phố Hồ Chí Minh

Đặc trƣng địa chất công trình Chung Cƣ Hạnh Phúc:

I. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH CỌC

I.1. Sức chịu tải cực hạn cọc

Kết quả thử tải tĩnh 2 cọc CT 1 và CT 2 đƣợc trình bày nhƣ sau:

Cọc CT 1

Bảng I. 1: Tổng hợp số liệu thí nghiệm cọc thử số CT 1

Chu kỳ

Tải trọng

(% tải trọng

thiết kế)

Tải trọng Thời gian

giữ thực tế Độ lún

(Tấn) (phút) (mm)

Chu kỳ 1

0 0 0 0

20 120 60 1.99

40 240 60 3.11

D/trọng đẩy nổi Góc ma sát Lực dính

(m) γ' (kN/m3) υ (độ) c (kN/m

2) qu (kN/m

2) N

- Cát san lấp 2.3 - - - - -

1 Bùn sét, chảy 20.7 5 3.5 6.6 27.3 0

2 Sét, dẻo chảy 4.2 6.1 6.4 10.2 - 4

3 Sét, dẻo mềm 17.2 10.8 10.1 14.8 66.9 7

4 Cát pha 6.6 10.1 24.3 6.4 - 28

7 Cát pha, dẻo 18.4 10 25.3 10.1 20.1 39

8 Sét, cứng - 17.1 22.7 37.5 395.2 61

Thông số đất Cƣờng độ nén

nở hông tự do

Chỉ số SPT

trung bìnhTên đất

Chiều dày

trung bìnhLớp

Sét, nửa cứng

đến cứng5 6.2

Sét pha, dẻo cứng

đến nửa cứng8.16

28

19

Chú ý : Mực nƣớc ngầm nằm cách mặt đất trung bình 0.5m

10.1 20.2 29.5 336.3

77.516.319.110

165

60 360 60 4.20

80 480 60 5.99

100 600 30 8.11

60 360 30 5.26

20 120 30 2.19

0 0 60 0.99

Chu kỳ 2

20 120 60 3.21

40 240 60 4.25

60 360 60 5.87

80 480 60 8.23

100 600 60 9.99

120 720 60 12.73

140 840 60 15.57

160 960 360 20.47

180 1080 120 24.79

197 1182 0 46.19

160 960 30 45.17

120 720 30 40.44

80 480 30 35.24

40 240 30 28.99

0 0 0 19.98

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 120 240 360 480 600 720 840 960 108012001320

Độ l

ún s

(m

m)

Tải trọng

P (T)

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG - ĐỘ LÚN (cọc CT1)

CT1

166

167

Cọc CT 2

Bảng I. 2: Tổng hợp số liệu thí nghiệm cọc thử số CT 2

Chu kỳ

Tải trọng

(% tải trọng

thiết kế)

Tải trọng Thời gian

giữ thực tế Độ lún

(Tấn) (phút) (mm)

Chu kỳ 1

0 0 0 0

20 120 60 3.29

40 240 60 6.10

60 360 60 8.50

80 480 60 10.87

100 600 360 13.46

60 360 30 10.46

20 120 30 4.67

0 0 60 0.82

Chu kỳ 2

20 120 60 3.33

40 240 60 6.06

60 360 60 8.62

80 480 60 10.94

100 600 60 13.42

120 720 60 15.86

140 840 60 18.84

160 960 60 21.28

180 1080 120 26.93

188.5 1131 150 79.86

168

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200

Độ l

ún s

(m

m)

Tải trọng

P (T)

BIỂU ĐỒ QUAN HỆ TẢI TRỌNG - ĐỘ LÚN (cọc CT2)

CT2

169

Nhƣ vậy, qua hai biểu đồ tải trọng - lún bên trên, tải cực hạn của cọc có thể chọn là Qu

= 1080T ứng với độ lún 24.79mm đối với cọc CT1, độ lún 26.93mm đối với cọc CT2.

I.2. Sức chịu tải thiết kế cọc

I.2.1. Theo Eurocode 7

Cách chọn độ bền (sức chịu tải) cọc từ kết quả thí nghiệm thử tải tĩnh từ những cọc có

chiều dài khác nhau và độ bền (sức chịu tải) cực hạn khác nhau nhƣ sau: (Tham khảo

từ ví dụ 13.3 của Decoding Eurocode 7, Andrew Bond & Andew Harris, 2008)

1. Ghi nhận các kết quả đo đƣợc từ thí nghiệm thử tải tĩnh cọc, bao gồm: chiều dài

cọc, tải nén lên mỗi cọc và độ lún tƣơng ứng với từng cọc tại những vị trí khác

nhau trên công trƣờng. Trƣờng hợp này thƣờng sử dụng trong giai đoạn thử cọc

thăm dò, nghĩa là chƣa biết kích thƣớc cọc thiết kế (chiều dài và đƣờng kính cọc)

và tải thiết kế cọc; phần lớn chỉ dựa vào độ lún giới hạn cho phép để xác định tải

cực hạn cọc.

Bƣớc này vẫn sử dụng cho giai đoạn thử cọc kiểm tra, nghĩa là đã chọn đƣợc loại cọc,

kích thƣớc cọc (chiều dài và đƣờng kính cọc) và sức chịu tải cọc thiết kế (xác định từ

kinh nghiệm hay tính toán từ những phƣơng pháp khác nhƣ thông số đất nền (c, υ, γ).

170

2. Dựa vào các kết quả sơ bộ bên trên, chọn kích thƣớc cọc (chiều dài cọc và đƣờng

kính cọc).

3. Dựa vào điều kiện địa chất cụ thể, ngƣời thiết kế có thể giả định chiều dày lớp đất

có thể xảy ra ma sát âm hoặc bỏ qua ma sát âm.

4. Đánh giá sức chịu tải cọc từ các kết quả sức chịu tải bên trên, để rút ra sức chịu tải

của những cọc cần sử dụng để tính toán theo Eurocode. Sử dụng công thức sau để

đánh giá độ bền của từng cọc:

0

0

m m

m m

D L LR P

D L L

(1)

Trong đó,

Rm là độ bền danh định của từng cọc;

Pm là tải nén lên từng cọc, xác định ở bƣớc 1;

Dm, Lm lần lƣợt là đƣờng kính và chiều dài của từng cọc ở bƣớc 1;

D, L lần lƣợt là đƣờng kính và chiều dài cọc chọn ở bƣớc 2;

L0 là chiều dày lớp đất có thể xảy ra ma sát âm đƣợc xác định ở bƣớc 3.

Cần loại trừ những giá trị Rm xác định ở bƣớc 4 khi chiều dài cọc chọn L lớn hơn

chiều dài cọc thực Lm.

5. Xác định số lƣợng cọc còn lại (n) sau khi đã loại trừ một số loại cọc ở bƣớc 4 (nếu

có).

6. Độ bền danh định trung bình của cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

,

1,

n

m i

im mean

R

Rn

(2)

Trong đó,

Rm,i là độ bền danh định của cọc thứ i, xác định ở bƣớc 4;

n là tổng số cọc, xác định ở bƣớc 5.

7. Độ bền danh định nhỏ nhất của cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

,min ,1 ,2 ,3 ,min( , , ,..., )m m m m m nR R R R R (3)

171

8. Xác định các hệ số tƣơng quan ξ1, ξ2 phụ thuộc vào số lƣợng cọc thử theo bảng

sau:

Số cọc thử n = 1 2 3 4 ≥ 5

ξ1 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00

ξ2 1.40 1.20 1.05 1.00 1.00

9. Nếu kết cấu đài cọc đủ cứng để có thể truyền tải trọng từ cọc yếu hơn sang cọc

cứng hơn, thì cần hiệu chỉnh các giá trị ξ nhƣ sau:

' 11 ax ;1.0

1.1m

(4)

' 22

1.1

(5)

Ngƣợc lại, nếu kết cấu đài cọc không đủ cứng để đảm bảo truyền tải từ cọc yếu hơn

sang cọc cứng hơn, hay để đảm bảo độ an toàn hơn trong thiết kế, ngƣời thiết kế có thể

bỏ qua bƣớc này, nghĩa là không giảm hệ số tƣơng quan ξ xuống 1.1 lần.

10. Độ bền danh định sau khi hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan ξ nhƣ sau:

- Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: '

, 1/m meanR ;

- Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: '

,min 2/mR .

11. Độ bền đặc trƣng đƣợc xác định nhƣ sau:

, ,min

, ' '

1 2

min ;m mean m

c k

R RR

(6)

12. Xác định hệ số riêng cho độ bền:

Các hệ số độ bền riêng cho cọc khoan nhồi đƣợc tóm tắt nhƣ sau:

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3 R4

Mũi cọc γb 1.25 1.1 1.0 1.6

Thân cọc (chịu nén) γs 1.0 1.1 1.0 1.3

Tổng (thân + mũi cọc) (chịu nén) γt 1.15 1.1 1.0 1.5

Thân cọc chịu kéo γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6

172

Do kết quả thử tải nẽn tĩnh chỉ thu đƣợc độ bền tổng (mũi cọc và thân cọc), nên ta chỉ

sử dụng hệ số độ bền riêng γt.

Tùy theo từng phƣơng pháp thiết kế (DA), mà có thể sử dụng các hệ số riêng cho độ

bền khác nhau. Chẳng hạn:

- Đối với phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1 (DA 1-1): sử dụng hệ số độ bền riêng R1,

nghĩa là γt = 1.15;

- Đối với phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2): sử dụng hệ số độ bền riêng R4,

nghĩa là γt = 1.5;

- Đối với phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2): sử dụng hệ số độ bền riêng R2, nghĩa là γt

= 1.1.

Chú ý: Phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3) không thể sử dụng để đánh giá độ bền (sức chịu

tải) cọc từ kết quả thử tải tĩnh cọc, vì trong DA 3 bắt buộc phải sử dụng hệ số riêng

cho các thông số đất nền (nhƣ: c, υ, cu, qu) (γM = M2 > 1.0, ngoại trừ dung trọng đất: γγ

= 1.0), trong khi kết quả thử tải tĩnh cọc lại không sử dụng đến các thông số đất nền

này.

13. Xác định độ bền thiết kế (sức chịu tải cọc thiết kế) nhƣ sau:

,

,

c k

c d

t

RR

(7)

Đây là sức chịu tải cọc theo thiết kế, đƣợc sử dụng để xác định số lƣợng cọc trên một

móng và số lƣợng móng cho toàn bộ công trình.

Sau đây là kết quả tính toán sức chịu tải cọc từ kết quả thử tải tĩnh cọc theo Eurocode

7 nhƣ sau:

Lm (m) Dm (m) Pm (kN) Rm (kN)

1 65 1 10800 10800

2 65 1 10800 10800

STT

Độ bền

danh định

Kết quả thử tải tĩnh cọc

Chiều dài

cọc

Tải thử

cọc

Đƣờng

kính cọc

173

Giả thiết đài cọc không đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng hơn:

Loại cọc: cọc nhồi

65 m

1 m

Gỉa định độ sâu lớp đất gây ma sát âm: L0 = 0 m

Số cọc thử còn lại: n = 2 cọc

Độ bền danh định trung bình: Rm,mean = 10800 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất: Rm,min = 10800 kN

Chiều dài L =Chọn cọc:

Đƣờng kính D =

1. Độ bền đặc trưng:

Các hệ số tƣơng quan: ξ1 = 1.3

ξ2 = 1.2

Giả định đài cọc đủ cứng không

Hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan: ξ1' = 1.30

ξ2' = 1.2

Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: Rm,mean/ξ1'= 8307 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: Rm,min/ξ2'= 9000 kN

Độ bền đặc trƣng: Rck = 8307 kN

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R1): γt = 1.15

Độ bền thiết kế: Rcd = 7223 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 1 (DA 1-1)

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R4): γt = 1.5

Độ bền thiết kế: Rcd = 5538 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 2 (DA 1-2)

174

Giả thiết đài cọc đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng hơn:

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R2): γt = 1.1

Độ bền thiết kế: Rcd = 7552 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2 (DA 2)

1. Độ bền đặc trưng:

Các hệ số tƣơng quan: ξ1 = 1.3

ξ2 = 1.2

Giả định đài cọc đủ cứng có

Hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan: ξ1' = 1.18

ξ2' = 1.09

Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: Rm,mean/ξ1'= 9138 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: Rm,min/ξ2'= 9908 kN

Độ bền đặc trƣng: Rck = 9138 kN

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R1): γt = 1.15

Độ bền thiết kế: Rcd = 7946 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 1 (DA 1-1)

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R4): γt = 1.5

Độ bền thiết kế: Rcd = 6092 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 2 (DA 1-2)

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R2): γt = 1.1

Độ bền thiết kế: Rcd = 8307 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2 (DA 2)

175

I.2.2. Theo phƣơng pháp SNIP 2.02.03.85 (tham khảo TCXD 205:1998)

Sức chịu tải cho phép (thiết kế) Qa của cọc đƣợc đánh giá từ sức chịu tải cực hạn Qu

xác định từ thí nghiệm nén tĩnh cọc thông qua hệ số an toàn nhƣ sau:

1080

9001.2 1.2

u ua

tc

Q QQ T

k

Ngoài ra, nếu móng chỉ có 1 cọc nhồi thì:

1080

771.41.4 1.4

u ua

tc

Q QQ T

k

I.2.3. Theo các phƣơng pháp khác

Theo phƣơng pháp của Canadian Foundation Engineering Manual (1985), Davisson,

De Beer hay TCXDVN 269:2002 - Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh

ép dọc trục thì chọn hệ số an toàn FS = 2.0.

Sức chịu tải thiết kế là:

1080

5402.0

ua

QQ T

FS

II. ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỌC TỪ THÍ NGHIỆM SPT

II.1. Theo Eurocode 7

II.1.1. Sức chịu tải cực hạn cọc

Eurocode là một tiêu chuẩn ‘mở’, nghĩa là ngƣời thiết kế có thể sử dụng tất cả các giả

thiết để tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo các tiêu chuẩn hay các tác giả khác

nhau, mà các giả thiết này phù hợp với điều kiện đất nền tại vị trí xây dựng công trình.

Để dể sử dụng trong thiết kế, ngƣời thiết kế có thể sử dụng tiêu chuẩn của Đức DIN

4014 – Bored cast-in-place piles.

Độ bền (sức chịu tải) cọc theo độ lún đƣợc xác định theo DIN 4014 nhƣ sau:

, ,

1

( ) ( ) ( ) ( ) ( )i

s r F s m i m iQ s Q s Q s A s A s (8)

Trong đó,

Qs(s) là độ bền mũi cọc ứng với độ lún s, MN;

176

Qr(s) là độ bền thân cọc ứng với độ lún s, MN;

AF là diện tích tiết diện mũi cọc, m2;

σs(s) là độ bền mũi cọc đơn vị ứng với độ lún s, MN/m2;

Am,i là diện tích xung quanh thân cọc trong lớp đất thứ i, m2;

τm,i(s) là độ bền thân cọc đơn vị trong lớp đất thứ i, MN/m2.

Trọng lƣợng bản thân cọc sẽ đƣợc bỏ qua khi tính toán độ bền cọc theo DIN 4014.

Khi cọc đi qua lớp đất dính, sức chịu tải của thân cọc và mũi cọc sẽ phụ thuộc vào

cƣờng độ kháng cắt không thoát nƣớc cu, giá trị này sẽ đƣợc rút ra từ mối tƣơng quan

với chỉ số SPT (Bảng VIII.6).

Trong phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3), sử dụng hệ số riêng M2 cho cƣờng độ đất nền

γM, đối với cu thì γcu = 1.4.

Tính sức chịu tải cọc cho từng vị trí hố khoan SPT, do có 5 hố khoan SPT (HK1, HK2,

HK4, HK6, HK8) thì sẽ có 05 kết quả SPT khác nhau.

Trƣờng hợp: Không sử dụng hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền, nghĩa là γcu = 1.0

Hố khoan 1: HK1

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

177

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

178

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 6561.383 10 0.5 3.8 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 4374.255 1209.513 5583.76833

0.03 3 6561.383 1555.088 8116.471

0.1 10 6561.383 2905.973 9467.356

s/D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Độ

lú

n s

g(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1)

Tổng

mũi

thân

179

Hố khoan 2: HK2

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 2) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 2) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

180

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 6453.211 10 0.5 3.7 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 2) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 4302.141 453.567 4755.70767

0.03 3 6453.211 583.158 7036.369

0.1 10 6453.211 1295.907 7749.118

s/D

181

Hố khoan 4: HK4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ l

ún

sg(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 2)

Tổng

mũi

thân

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 4) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

182

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 4) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 4) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

183

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 5455.061 10 0.5 3.2 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 3636.707 1149.038 4785.74533

0.03 3 5455.061 1477.334 6932.395

0.1 10 5455.061 2819.579 8274.64

s/D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ

lú

n s

g(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 4)

Tổng

mũi

thân

184

Hố khoan 6: HK6

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 6) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 6) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

185

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 6016.169 10 0.5 3.5 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 6) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 4010.779 876.897 4887.67633

0.03 3 6016.169 1127.439 7143.608

0.1 10 6016.169 2430.807 8446.976

s/D

186

Hố khoan 8: HK8

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ l

ún

sg(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 6)

Tổng

mũi

thân

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 8) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

187

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 8) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000011000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 8) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

188

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 7370.321 10 0.5 4.2 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

Trƣờng hợp: Sử dụng hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền γcu = 1.4, nghĩa là cƣờng độ

đất nền đƣợc sử dụng trong thiết kế đƣợc hiệu chỉnh lại thông qua hệ số riêng γcu =

1.4 nhƣ sau: ccu / 1.4 (kN/m2).

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 4913.547 1269.989 6183.53633

0.03 3 7370.321 1632.843 9003.164

0.1 10 7370.321 2992.367 10362.688

s/D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Độ

lú

n s

g(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 8)

Tổng

mũi

thân

189

Hố khoan 1: HK1

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

190

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 5984.885 10 0.5 3.5 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 3989.923 1209.513 5199.43633

0.03 3 5984.885 1555.088 7539.973

0.1 10 5984.885 2905.973 8890.858

s/D

191

Hố khoan 2: HK2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Độ l

ún

sg(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 1)

Tổng

mũi

thân

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 2) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

192

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 2) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 2) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

193

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 5952.08 10 0.5 3.5 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 3968.053 453.567 4421.62033

0.03 3 5952.08 583.158 6535.238

0.1 10 5952.08 1295.907 7247.987

s/D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ

lú

n s

g(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK2)

Tổng

mũi

thân

194

Hố khoan 4: HK4

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 4) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK4) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

195

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 4856.923 10 0.5 3cm

rg rgs Q cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan BH 4) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 3237.949 1149.038 4386.98667

0.03 3 4856.923 1477.334 6334.257

0.1 10 4856.923 2819.579 7676.502

s/D

196

Hố khoan 6: HK6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ l

ún

sg(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK4)

Tổng

mũi

thân

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 6) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

197

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK6) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK6) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

198

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 5328.737 10 0.5 3.2 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 3552.491 876.897 4429.38833

0.03 3 5328.737 1127.439 6456.176

0.1 10 5328.737 2430.807 7759.544

s/D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ

lú

n s

g(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK6)

Tổng

mũi

thân

199

Hố khoan 8: HK8

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK 8) Độ lún 2%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK8) Độ lún 3%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

200

Độ lún thân cọc cực hạn:

30.5 0.5 0.5 6669.228 10 0.5 3.8 3cm

rg rgs Q cm cm

Độ lún giới hạn thân cọc là: 3cm.

Bảng tổng hợp độ bền theo độ lún:

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000011000

Độ

sâu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK8) Độ lún 10%D

Tổng

mũi cọc

thân cọc

Độ lún Độ bền thân cọc Độ bền mũi cọc Độ bền tổng

srg (cm) Qm (kN) Qs (kN) Qu (kN)

0 0 0 0 0

0.02 2 4446.152 1269.989 5716.141

0.03 3 6669.228 1632.843 8302.071

0.1 10 6669.228 2992.367 9661.595

s/D

201

Bảng tóm tắt độ bền (sức chịu tải) cực hạn theo từng hố khoan ứng với độ lún cực hạn

10% đƣờng kính cọc nhƣ sau:

Trƣờng hợp: Không xét hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền (γcu = 1.0)

Độ bền (kN) Hố khoan

HK1 HK2 HK4 HK6 HK8

cực hạn 9467 7749 8275 8447 10363

Trƣờng hợp: Xét hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền (γcu = 1.4)

Độ bền (kN) Hố khoan

HK1 HK2 HK4 HK6 HK8

cực hạn 8891 7248 7677 7760 9662

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Độ l

ún

sg(c

m)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo DIN 4014 (cọc khoan

nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK8)

Tổng

mũi

thân

202

II.1.2. Sức chịu tải thiết kế cọc

Qui trình đánh giá sức chịu tải cọc thiết kế theo Eurocode 7 đƣợc trình bày theo trình

tự các bƣớc sau:

1. Xác định (n) giá trị độ bền (R) cực hạn của cọc theo các giả thiết khác nhau, chẳng

hạn đƣợc xác định theo mục II.1.1 bên trên.

2. Để xét đến yếu tố không chắc chắn của mô hình tính và độ sai lệch giữa mô hình

tính toán với kết quả làm việc thực của cọc, Eurocode 7 cho phép sử dụng hệ số mô

hình γRd ≥ 1.0. Giá trị này đƣợc qui định tùy theo mỗi Quốc Gia, sau đây là giá trị

của hệ số mô hình theo một vài Quốc Gia:

3. Độ bền tính toán sau khi đã xét hệ số mô hình nhƣ sau:

1.0

cal

Rd

RR

(9)

4. Độ bền tính toán trung bình của cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

,

1,

n

cal i

ical mean

R

Rn

(10)

Trong đó,

Rcal,i là độ bền cọc thứ i, xác định ở bƣớc 1;

n là tổng số hố khoan đang xét SPT.

Quốc gia / Tiêu chuẩn ENV 1997-1 Cộng Hòa Ailen

1.4 1.2

Ghi chú:

* Thí nghiệm cọc kiểm tra là kiểm tra lại sức chịu tải cọc ngoài công trƣờng bằng phƣơng

pháp thử tải tĩnh, trên 1% tổng số cọc với tải thử lên đến 1.5 lần tải thiết kế.

* Thí nghiệm cọc thử thăm dò bằng phƣơng pháp thử tải tĩnh trong giai đoạn thiết kế sơ bộ,

thí nghiệm này dùng để xác định loại cọc, chiều dài cọc và kích thƣớc cọc.

Anh

Giá trị hệ số mô hình

γRd

1.5

có thí nghiệm

cọc kiểm tra

có thí nghiệm

cọc thử thăm dò 1.5

203

5. Độ bền tính toán nhỏ nhất của cọc đƣợc xác định nhƣ sau:

,min ,1 ,2 ,3 ,min( , , ,..., )cal cal cal cal cal nR R R R R (11)

6. Xác định các hệ số tƣơng quan ξ3, ξ4 phụ thuộc vào số lƣợng R, đƣợc tóm tắt trong

bảng sau:

Số cọc thử n = 1 2 3 4 5 7 10

ξ3 1.40 1.35 1.33 1.31 1.29 1.27 1.25

ξ4 1.40 1.27 1.23 1.20 1.15 1.12 1.08

7. Nếu kết cấu đài cọc đủ cứng để có thể truyền tải trọng từ cọc yếu hơn sang cọc

cứng hơn, thì cần hiệu chỉnh các giá trị ξ nhƣ sau:

' 33 ax ;1.0

1.1m

(12)

' 44

1.1

(13)

Ngƣợc lại, nếu kết cấu đài cọc không đủ cứng để đảm bảo truyền tải từ cọc yếu hơn

sang cọc cứng hơn, hay để đảm bảo độ an toàn hơn trong thiết kế, ngƣời thiết kế có thể

bỏ qua bƣớc này, nghĩa là không giảm hệ số tƣơng quan ξ xuống 1.1 lần.

8. Độ bền danh định sau khi hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan ξ đƣợc xác định nhƣ sau:

- Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: '

, 3/cal meanR ;

- Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: '

,min 4/calR .

9. Độ bền đặc trƣng đƣợc xác định nhƣ sau:

, ,min

, ' '

3 4

min ;cal mean cal

c k

R RR

(14)

10. Xác định hệ số riêng cho độ bền:

Các hệ số độ bền riêng cho cọc khoan nhồi đƣợc tóm tắt nhƣ sau:

204

Độ bền Ký hiệu Loại

R1 R2 R3 R4

Mũi cọc γb 1.25 1.1 1.0 1.6

Thân cọc (chịu nén) γs 1.0 1.1 1.0 1.3

Tổng (thân + mũi cọc) (chịu nén) γt 1.15 1.1 1.0 1.5

Thân cọc chịu kéo γs;t 1.25 1.15 1.1 1.6

Xác định sức chịu tải cọc từ kết quả thí nghiệm SPT có thể rút ra sức chịu tải thân cọc,

mũi cọc và sức chịu tải tổng thân cọc và mũi cọc, tƣơng ứng với các hệ số riêng cho độ

bền γs, γb và γt.

Trong ví dụ này chọn hệ số riêng cho độ bền tổng γt. Giá trị hệ số này còn tùy thuộc

vào từng phƣơng pháp thiết kế (DA). Chẳng hạn:

- Đối với phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 1 (DA 1-1): sử dụng hệ số độ bền riêng R1,

nghĩa là γt = 1.15;

- Đối với phƣơng pháp thiết kế 1, tổ hợp 2 (DA 1-2): sử dụng hệ số độ bền riêng R4,

nghĩa là γt = 1.5;

- Đối với phƣơng pháp thiết kế 2 (DA 2): sử dụng hệ số độ bền riêng R2, nghĩa là γt

= 1.1.

- Đối với phƣơng pháp thiết kế 3 (DA 3): sử dụng hệ số độ bền riêng R3, nghĩa là γt

= 1.0 (nghĩa là phƣơng pháp thiết kế này không xét đến hệ số riêng cho độ bền).

11. Xác định độ bền (sức chịu tải) thiết kế nhƣ sau:

, , ,

,

b k s k c k

c d

b s t

R R RR

(15)

Đây là sức chịu tải cọc theo thiết kế, đƣợc sử dụng để xác định số lƣợng cọc trên một

móng và số lƣợng móng cho toàn bộ công trình.

205

Trƣờng hợp: Không xét hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền

Giả định kết cấu đài cọc không đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng

hơn:

R (kN) Rcal (kN)

1 9467.4 9467.356

2 7749.1 7749.1

3 8274.6 8274.6

4 8447.0 8447.0

5 10362.7 10362.7

Kết quả tính SCT cọc theo SPT

Độ bền Độ bền

tính toánSTT / Hố

khoan

Loại cọc cọc nhồi

65 m

1 m

Hệ số mô hình γRd = 1

Số hố khoan (HK): n = 5 HK

Độ bền danh định trung bình: Rcal,mean = 8860 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất: Rcal,min = 7749.118 kN

Không xét

Chọn cọc:

Đƣờng kính D =

Chiều dài L =

1. Độ bền đặc trưng:

Các hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.29

ξ4 = 1.15

Giả định đài cọc đủ cứng không

Hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.29

ξ4 = 1.15

Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: Rcal,mean/ξ3= 6868 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: Rcal,min/ξ4= 6738 kN

Độ bền đặc trƣng: Rck = 6738 kN

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R1): γt = 1.15

Độ bền thiết kế: Rcd = 5859 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 1 (DA1-1)

206

Giả định kết cấu đài cọc đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng hơn:

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R4): γt = 1.5

Độ bền thiết kế: Rcd = 4492 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 2 (DA1-2)

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R2): γt = 1.1

Độ bền thiết kế: Rcd = 6125 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2 (DA2)

1. Độ bền đặc trưng:

Các hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.29

ξ4 = 1.15

Giả định đài cọc đủ cứng có

Hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.1727

ξ4 = 1.05

Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: Rcal,mean/ξ3= 7555 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: Rcal,min/ξ4= 7380 kN

Độ bền đặc trƣng: Rck = 7380 kN

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R1): γt = 1.15

Độ bền thiết kế: Rcd = 6417 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 1 (DA1-1)

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R4): γt = 1.5

Độ bền thiết kế: Rcd = 4920 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1, TỔ HỢP 2 (DA1-2)

207

Trƣờng hợp: Có xét hệ số riêng cho cƣờng độ đất nền (γcu = 1.4)

Giả định kết cấu đài cọc không đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng

hơn:

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R2): γt = 1.1

Độ bền thiết kế: Rcd = 6709 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2 (DA2)

1. Độ bền đặc trưng:

Các hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.29

ξ4 = 1.15

Giả định đài cọc đủ cứng không

Hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.29

ξ4 = 1.15

Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: Rcal,mean/ξ3= 6393 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: Rcal,min/ξ4= 6302 kN

Độ bền đặc trƣng: Rck = 6302 kN

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R3): γt = 1

Độ bền thiết kế: Rcd = 6302 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 3 (DA3)

208

Giả định kết cấu đài cọc đủ cứng để truyền tải từ cọc yếu hơn sang cọc cứng hơn:

II.2. Theo Nhật Bản (Theo TCXD 205:1998 và TCXD 226:1999)

II.2.1. Sức chịu tải cực hạn cọc

1. Độ bền đặc trưng:

Các hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.29

ξ4 = 1.15

Giả định đài cọc đủ cứng có

Hiệu chỉnh hệ số tƣơng quan: ξ3 = 1.1727

ξ4 = 1.05

Độ bền danh định trung bình hiệu chỉnh: Rcal,mean/ξ3= 7032 kN

Độ bền danh định nhỏ nhất hiệu chỉnh: Rcal,min/ξ4= 6902 kN

Độ bền đặc trƣng: Rck = 6902 kN

2. Độ bền thiết kế:

Hệ số giảm độ bền (R3): γt = 1

Độ bền thiết kế: Rcd = 6902 kN

PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 3 (DA3)

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo SPT - TCVN- Nhật Bản

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK1)

Tổng

mũi cọc

thân

209

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo SPT - TCVN- Nhật Bản

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK2)

Tổng

mũi cọc

thân

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo SPT - TCVN- Nhật Bản

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK4)

Tổng

mũi cọc

thân

210

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo SPT - TCVN- Nhật Bản

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK6)

Tổng

mũi cọc

thân

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Độ s

âu

z(m

)

Qu (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải cực hạn theo SPT - TCVN- Nhật Bản

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK8)

Tổng

mũi cọc

thân

211

II.2.2. Sức chịu tải thiết kế cọc

Sức chịu tải thiết kế cọc Qa đƣợc xác định từ sức chịu tải cực hạn cọc Qu với hệ số an

toàn FS = 3.0 nhƣ sau:

3.0

ua

QQ (16)

Bảng tóm tắt sức chịu tải cọc theo công thức Nhật Bản nhƣ sau:

Sức chịu tải

cọc (kN)

Hố khoan

HK1 HK2 HK4 HK6 HK8

cực hạn 9528 7013 6639 10322 10970

thiết kế 3176 2338 2213 3441 3657

II.3. Theo TCXD 195:1997

Sức chịu tải thiết kế cọc tính theo TCXD 195:1997 theo từng hố khoan nhƣ sau:

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Độ s

âu

z(m

)

Qa (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải thiết kế theo SPT - TCVN 195:1997

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK1)

Tổng

mũi cọc

thân cọc

212

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Độ s

âu

z(m

)

Qa (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải thiết kế theo SPT - TCVN 195:1997

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK2)

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Độ s

âu

z(m

)

Qa (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải thiết kế theo SPT - TCVN 195:1997

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK4)

Tổng

mũi cọc

thân cọc

213

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Độ s

âu

z(m

)

Qa (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải thiết kế theo SPT - TCVN 195:1997

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK6)

Tổng

mũi cọc

thân cọc

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Độ s

âu

z(m

)

Qa (kN)

Biểu đồ khả năng chịu tải thiết kế theo SPT - TCVN 195:1997

(cọc khoan nhồi đƣờng kính d1000, hố khoan HK8)

Tổng

mũi cọc

thân cọc

214

Bảng tóm tắt sức chịu tải cọc theo TCXD 195:1997 nhƣ sau:

Sức chịu tải

cọc (kN)

Hố khoan

HK1 HK2 HK4 HK6 HK8

thiết kế 6968 6036 5474 7831 8710