Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc và các biện pháp làm giảm thiểu ma sát âm
TÓM TẮT
Trong tính toán móng cọc, việc xem xét và đánh giá tương tác giữa cọc và đất nền là rất cần thiết,
đặc biệt đối với nền đất yếu, công trình có tải trọng bề mặt lớn, vì khi đó xuất hiện yếu tố có tác
động tiêu cực đến sự làm việc của cọc là hiện tượng ma sát âm. Do vậy, việc xem xét và có kể đến
thành phần ma sát âm trong tính toán sức chịu tải của cọc là hết sức cần thiết. Kết quả nghiên cứu
đã chỉ ra các phương pháp xác định ma sát âm trong tính toán sức chịu tải của cọc và các biện
pháp làm giảm thiểu ảnh hưởng của ma sát âm như tăng nhanh tốc độ cố kết của đất yếu, giảm ma
sát đất – cọc …
Từ khóa: Sức chịu tải của cọc, ma sát âm, đất yếu, tải trọng bề mặt, độ lún
ĐẶT VẤN ĐỀ*
Ứng dụng móng cọc vào thiết kế công trình
trong điều kiện nền đất yếu là việc làm rất
phổ biến. Tuy vậy, các thiết kế trước đây
cũng như hiện nay rất ít đề cập đến tương tác
giữa cọc và đất nền, đặc biệt với nền đất yếu.
Việc này đồng nghĩa với việc bỏ qua ma sát
âm, một trong những yếu tố làm giảm sức
chịu tải của cọc. Đó cũng là lý do có sự khác
biệt trong tính toán sức chịu tải của cọc theo
lý thuyết và sức chịu tải thực tế của cọc thu
được từ thí nghiệm hiện trường đặc biệt trong
một số trường hợp như nền đất yếu dày có tải
trọng bề mặt lớn hay lớp đất đắp tôn nền
dày... Trong một số trường hợp ma sát âm khá
lớn có thể làm cọc không đủ sức chịu tải nhất
là đối với cọc có chiều dài khá lớn. Chẳng
hạn, năm 1972 Fellenius đã đo quá trình phát
triển lực ma sát âm của 2 cọc bêtông cốt thép
được đóng qua lớp đất sét mềm dẻo dày 40m
và lớp cát dày 15m cho thấy: Sự cố kết lại của
lớp đất sét mềm dẻo bị xáo trộn do đóng cọc
đã tạo ra lực kéo xuống 300KN trong thời
gian 5 tháng và 16 tháng sau khi đóng cọc thì
mỗi cọc chịu sự kéo xuống là 440KN.
KHÁI NIỆM MA SÁT ÂM TRÊN CỌC VÀ
NGUYÊN NHÂN
Khái niệm
Ma sát âm trên cọc là hiện tượng đất xung
quanh cọc bị lún cố kết lớn hơn chuyển vị
* Tel: 0988 906921, Email: [email protected]
xuống dưới- biến dạng nén của cọc. Đối với
công trình có sử dụng móng cọc, khi cọc được
đưa vào các tầng đất nền có quá trình cố kết
chưa hoàn toàn, nếu tốc độ lún cố kết của nền
đất nhanh hơn tốc độ lún của cọc theo chiều
đi xuống, thì sự lún tương đối này phát sinh ra
lực kéo xuống của tầng đất đó đối với cọc làm
giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là hiện
tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi là lực ma
sát âm. Lực ma sát âm xảy ra trên một phần
thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún của đất
xung quanh cọc và tốc độ lún của cọc. Lực
ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuống
dưới, có xu hướng kéo cọc đi xuống, do đó
làm tăng lực tác dụng lên cọc.
Hình 1. Sơ đồ cọc chịu ma sát âm
Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua
khi thiết kế móng cọc trong khu vực mới san
nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnhTrần Khải Hoàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 128(14): 29 - 33
30
hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm…
Ma sát âm biến động theo thời gian, phụ thuộc
tốc độ cố kết của đất và tốc độ lún của cọc.
Nguyên nhân
Thông thường hiện tượng ma sát âm xảy ra
trong trường hợp cọc xuyên qua đất có tính cố
kết và độ dày lớn hay khi có phụ tải tác dụng
trên mặt đất quanh cọc.
a) Khi nền công trình được tôn cao, gây ra tải
trọng phụ tác dụng xuống lớp đất phía dưới
làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên
dưới; hay chính bản thân lớp nền đắp dưới
tác dụng của trọng lượng bản thân cũng xảy
ra quá trình cố kết. Ta có thể xem xét cụ thể
trong các trường hợp sau:
- Trường hợp 1: khi có một lớp đất sét đắp
phía trên một tầng đất rời mà cọc sẽ xuyên
qua nó, tầng đất đắp sẽ cố kết dần dần, quá
trình cố kết này sẽ sinh ra ma sát âm tác dụng
vào cọc trong suốt quá trình cố kết.
- Trường hợp 2: khi có một tầng đất rời đắp ở
phía trên một tầng đất sét yếu, nó sẽ gây ra
quá trình cố kết trong tầng đất sét và tạo ra
ma sát âm tác dụng vào cọc.
- Trường hợp 3: khi có một tầng đất dính đắp
ở phía trên một tầng đất sét yếu, nó sẽ gây ra
quá trình cố kết trong cả tầng đất đắp và trong
tầng đất sét yếu do đó tạo ra ma sát âm.
Trong trường hợp các cọc được tựa trên nền
đất cứng và có tồn tại tải trọng bề mặt, có thể
xảy ra các trường hợp sau:
- Trường hợp 4: với tầng cát xốp sẽ có biến
dạng lún tức thời, đặc biệt khi đất nền chịu sự
rung động hay sự dao động của mực nước
ngầm; sự tác động của tải trọng bề mặt sẽ tạo
ra sự biến dạng lún.
b) Cọc làm việc trong nền chưa kết thúc cố
kết: thực tế rất hay gặp trường hợp này đặc
biệt là các khu vực đang gia tải, nền đất chưa
cố kết hết, độ lún của đất lấp lớn kéo theo ảnh
hưởng là xuất hiện lực ma sát âm tác dụng lên
cọc, làm giảm sức chịu tải của cọc.
Ngoài ra, việc hạ thấp mực nước ngầm làm
tăng ứng suất thẳng đứng hiệu quả tại mọi
điểm của nền đất. Vì vậy, làm tăng nhanh tốc
độ lún cố kết của nền đất, lúc đó tốc độ lún
của đất xung quanh cọc vượt quá tốc độ lún
của cọc dẫn đến xảy ra hiện tượng kéo cọc đi
xuống của lớp đất xung quanh cọc.
Hình 2. Sơ đồ các vùng phát sinh ma sát âm trong
sự làm việc của cọc
Theo tiêu chuẩn TCVN 205-1998: hiện tượng
ma sát âm nên được xét đến trong các trường
hợp sau [4]:
- Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích hiện
đại và trầm tích kiến tạo;
- Sự tăng độ chặt của đất dưới tác dụng của
lực động;
- Sự lún ướt của đất khi bị ngập nước;
- Mực nước ngầm hạ thấp làm cho ứng suất
hiệu quả trong đất tăng lên, làm tăng nhanh
tốc độ cố kết của nền đất;
- Nền công trình được nâng cao với chiều dày
lớn hơn 1m trên đất yếu;
- Phụ tải trên nền với tải trọng lớn từ 2T/m2
trở lên;
- Sự giảm thể tích đất do chất hữu cơ tron
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc và các biện pháp làm giảm thiểu ma sát âm
TÓM TẮT
Trong tính toán móng cọc, việc xem xét và đánh giá tương tác giữa cọc và đất nền là rất cần thiết,
đặc biệt đối với nền đất yếu, công trình có tải trọng bề mặt lớn, vì khi đó xuất hiện yếu tố có tác
động tiêu cực đến sự làm việc của cọc là hiện tượng ma sát âm. Do vậy, việc xem xét và có kể đến
thành phần ma sát âm trong tính toán sức chịu tải của cọc là hết sức cần thiết. Kết quả nghiên cứu
đã chỉ ra các phương pháp xác định ma sát âm trong tính toán sức chịu tải của cọc và các biện
pháp làm giảm thiểu ảnh hưởng của ma sát âm như tăng nhanh tốc độ cố kết của đất yếu, giảm ma
sát đất – cọc …
Từ khóa: Sức chịu tải của cọc, ma sát âm, đất yếu, tải trọng bề mặt, độ lún
ĐẶT VẤN ĐỀ*
Ứng dụng móng cọc vào thiết kế công trình
trong điều kiện nền đất yếu là việc làm rất
phổ biến. Tuy vậy, các thiết kế trước đây
cũng như hiện nay rất ít đề cập đến tương tác
giữa cọc và đất nền, đặc biệt với nền đất yếu.
Việc này đồng nghĩa với việc bỏ qua ma sát
âm, một trong những yếu tố làm giảm sức
chịu tải của cọc. Đó cũng là lý do có sự khác
biệt trong tính toán sức chịu tải của cọc theo
lý thuyết và sức chịu tải thực tế của cọc thu
được từ thí nghiệm hiện trường đặc biệt trong
một số trường hợp như nền đất yếu dày có tải
trọng bề mặt lớn hay lớp đất đắp tôn nền
dày... Trong một số trường hợp ma sát âm khá
lớn có thể làm cọc không đủ sức chịu tải nhất
là đối với cọc có chiều dài khá lớn. Chẳng
hạn, năm 1972 Fellenius đã đo quá trình phát
triển lực ma sát âm của 2 cọc bêtông cốt thép
được đóng qua lớp đất sét mềm dẻo dày 40m
và lớp cát dày 15m cho thấy: Sự cố kết lại của
lớp đất sét mềm dẻo bị xáo trộn do đóng cọc
đã tạo ra lực kéo xuống 300KN trong thời
gian 5 tháng và 16 tháng sau khi đóng cọc thì
mỗi cọc chịu sự kéo xuống là 440KN.
KHÁI NIỆM MA SÁT ÂM TRÊN CỌC VÀ
NGUYÊN NHÂN
Khái niệm
Ma sát âm trên cọc là hiện tượng đất xung
quanh cọc bị lún cố kết lớn hơn chuyển vị
* Tel: 0988 906921, Email: [email protected]
xuống dưới- biến dạng nén của cọc. Đối với
công trình có sử dụng móng cọc, khi cọc được
đưa vào các tầng đất nền có quá trình cố kết
chưa hoàn toàn, nếu tốc độ lún cố kết của nền
đất nhanh hơn tốc độ lún của cọc theo chiều
đi xuống, thì sự lún tương đối này phát sinh ra
lực kéo xuống của tầng đất đó đối với cọc làm
giảm khả năng chịu tải của cọc gọi là hiện
tượng ma sát âm, lực kéo xuống gọi là lực ma
sát âm. Lực ma sát âm xảy ra trên một phần
thân cọc phụ thuộc vào tốc độ lún của đất
xung quanh cọc và tốc độ lún của cọc. Lực
ma sát âm có chiều hướng thẳng đứng xuống
dưới, có xu hướng kéo cọc đi xuống, do đó
làm tăng lực tác dụng lên cọc.
Hình 1. Sơ đồ cọc chịu ma sát âm
Ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua
khi thiết kế móng cọc trong khu vực mới san
nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnhTrần Khải Hoàn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 128(14): 29 - 33
30
hưởng của hiện tượng hạ mực nước ngầm…
Ma sát âm biến động theo thời gian, phụ thuộc
tốc độ cố kết của đất và tốc độ lún của cọc.
Nguyên nhân
Thông thường hiện tượng ma sát âm xảy ra
trong trường hợp cọc xuyên qua đất có tính cố
kết và độ dày lớn hay khi có phụ tải tác dụng
trên mặt đất quanh cọc.
a) Khi nền công trình được tôn cao, gây ra tải
trọng phụ tác dụng xuống lớp đất phía dưới
làm xảy ra hiện tượng cố kết cho lớp nền bên
dưới; hay chính bản thân lớp nền đắp dưới
tác dụng của trọng lượng bản thân cũng xảy
ra quá trình cố kết. Ta có thể xem xét cụ thể
trong các trường hợp sau:
- Trường hợp 1: khi có một lớp đất sét đắp
phía trên một tầng đất rời mà cọc sẽ xuyên
qua nó, tầng đất đắp sẽ cố kết dần dần, quá
trình cố kết này sẽ sinh ra ma sát âm tác dụng
vào cọc trong suốt quá trình cố kết.
- Trường hợp 2: khi có một tầng đất rời đắp ở
phía trên một tầng đất sét yếu, nó sẽ gây ra
quá trình cố kết trong tầng đất sét và tạo ra
ma sát âm tác dụng vào cọc.
- Trường hợp 3: khi có một tầng đất dính đắp
ở phía trên một tầng đất sét yếu, nó sẽ gây ra
quá trình cố kết trong cả tầng đất đắp và trong
tầng đất sét yếu do đó tạo ra ma sát âm.
Trong trường hợp các cọc được tựa trên nền
đất cứng và có tồn tại tải trọng bề mặt, có thể
xảy ra các trường hợp sau:
- Trường hợp 4: với tầng cát xốp sẽ có biến
dạng lún tức thời, đặc biệt khi đất nền chịu sự
rung động hay sự dao động của mực nước
ngầm; sự tác động của tải trọng bề mặt sẽ tạo
ra sự biến dạng lún.
b) Cọc làm việc trong nền chưa kết thúc cố
kết: thực tế rất hay gặp trường hợp này đặc
biệt là các khu vực đang gia tải, nền đất chưa
cố kết hết, độ lún của đất lấp lớn kéo theo ảnh
hưởng là xuất hiện lực ma sát âm tác dụng lên
cọc, làm giảm sức chịu tải của cọc.
Ngoài ra, việc hạ thấp mực nước ngầm làm
tăng ứng suất thẳng đứng hiệu quả tại mọi
điểm của nền đất. Vì vậy, làm tăng nhanh tốc
độ lún cố kết của nền đất, lúc đó tốc độ lún
của đất xung quanh cọc vượt quá tốc độ lún
của cọc dẫn đến xảy ra hiện tượng kéo cọc đi
xuống của lớp đất xung quanh cọc.
Hình 2. Sơ đồ các vùng phát sinh ma sát âm trong
sự làm việc của cọc
Theo tiêu chuẩn TCVN 205-1998: hiện tượng
ma sát âm nên được xét đến trong các trường
hợp sau [4]:
- Sự cố kết chưa kết thúc của trầm tích hiện
đại và trầm tích kiến tạo;
- Sự tăng độ chặt của đất dưới tác dụng của
lực động;
- Sự lún ướt của đất khi bị ngập nước;
- Mực nước ngầm hạ thấp làm cho ứng suất
hiệu quả trong đất tăng lên, làm tăng nhanh
tốc độ cố kết của nền đất;
- Nền công trình được nâng cao với chiều dày
lớn hơn 1m trên đất yếu;
- Phụ tải trên nền với tải trọng lớn từ 2T/m2
trở lên;
- Sự giảm thể tích đất do chất hữu cơ tron
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links