Các Phương Pháp Xác Định Khả Năng Chịu Lực Kéo Nhổ Của Neo

F- lực cản ma sát giới hạn ở biên quanh neo

Q - khả năng chịu nén giới hạn của mặt chịu nén của neo D1 - đường kính của thân neo

D2 - đường kính lỗ mở rộng của thân neo

z - lực cản ma sát đơn vị ở độ sâu z (cường độ chịu cắt) q - cường độ chịu nén của phần mở rộng lỗ của neo

Đoạn tự do

A - diện tích chịu nén của phần mở rộng lỗ của neo giữ; L1, L2, z1, z2 - độ dài (xem hình 2.3a).

Đoạn neo

giữ

Đoạn neo

giữ

Đoạn neo

giữ

(a) (b) (c)

Hình 2.2: Các hình thức mũi neo giữ

Png

z 2 d 2



Phạm vi lớp

đất chịu lực

ống vách

(ii) Phá hoại d

khoan hạ

đến chỗ kín

mũi trong cát

Chiều dài

thân (l)

(iii) Phá hoại lực dính đất sét

Vết nứt chịu kéo có thể xảy ra

Chiều dài bÇu (L)

d: Đường kính thân

D1 D: Đường kính bầu mở rộng lý thuyết

Hình 2.3: (a) Neo đất có dạng mở rộng đáy hình trụ tròn.

(b) Đáy mở rộng với nhiều hình nón cụt

Trong công thức trên có liên quan với trị số c,, ngoài việc xem xét

theo trạng thái của đất ra, trị số qA tăng lên tức là ảnh hưởng do hình thức thanh neo. Tính toán theo công thức chỉ là giá trị ước tính để tham khảo, khi thiết kế vẫn cần phải làm thử nghiệm kéo nhổ để xác định lực chống nhổ giới hạn.

2.1.4 Các phương pháp xác định khả năng chịu lực kéo nhổ của neo

a) Xác định sức chịu tải của neo theo cường độ chịu cắt đo thử nghiệm của

đất

Để đơn giản trong tính toán, ta xét bầu neo hình trụ tròn theo mô hình làm việc như trình bày trên hình 2.3, theo các giả thiết sau [20]:

(1) Sự truyền tải trọng từ bầu neo sang đất/đá xảy ra bằng ứng suất phân bố đều tác động trên toàn bộ chu vi của bầu neo;

(2) Các đường kính của lỗ khoan và bầu neo là như nhau;

(3) Phá hoại xảy ra theo kiểu trượt tại giao diện đất/đá với vữa (lỗ khoan nhẵn) hoặc theo kiểu cắt sát bên giao diện đất/đá với vữa trong môi trường yếu hơn (lỗ khoan không nhẵn);

(4) Không có sự không liên tục nào hoặc các mặt phẳng vốn dĩ bị yếu nào có thể gây ra phá hoại;

(5) Không có sự không dính bám cục bộ nào (bị tách) tại giao diện đất/đá với vữa.

Khả năng chịu lực chống nhổ của thanh neo bơm vữa bình thường (tức là áp lực vữa 300 ÷ 500 kPa) có liên quan với đường kính lỗ khoan, độ dài và cường độ chịu cắt của đất, thể hiện bằng công thức sau đây:

T LmD

Trong đó:

T - khả năng chịu lực của thanh neo-lực dọc trục (kN); Lm - độ dài đoạn neo giữ (m);

D - đường kính lỗ neo (mm);

(2.2)

- cường độ chịu cắt của đất (kPa).

Từ công thức (2.2) có thể thấy, khả năng chịu lực kéo của thanh neo là hàm số của độ dài đoạn neo giữ, đường kính lỗ neo và cường độ chịu cắt của đất. Trong thiết kế, để tính khả năng chịu lực kéo của neo, chỉ cần thông số cường độ chịu cắt của đất có thể tính ra được độ dài cần thiết của neo, vì thế cường độ chịu cắt của đất là một thông số quan trọng khi tính sức chịu tải kéo nhổ của neo.

Thống kê trị số cường độ chống cắt của một số loại đất theo các nghiên cứu của một số đơn vị được trình bày ở bảng 2.1, bảng 2.2.

Bảng 2.1: Giá trị tham khảo cường độ chống cắt của đất [20] (Theo Viện nghiên cứu khoa học Đường sắt, Trung Quốc)

Tầng đất chỗ đoạn neo giữ

Cường độ chống cắt  (kPa)
Đá phong hóa	150 - 200
Đất á sét, á cát	60 - 130
Đất sét dẻo	20 - 30

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 157 trang tài liệu này.

Bảng 2.2: Cường độ chống cắt của đất [20]

(Theo Viện Nghiên cứu Xây dựng luyện kim, Trung Quốc)

Tầng đất

Miêu tả	Cường độ chịu cắt  (kPa)
Đất bùn		20 - 25
Đất sét	Dẻo cứng	50 - 60
Đất sét	Dẻo mềm	30 - 40
Đất á cát	Chặt vừa	100 - 150
Đất thuộc loại cát	Xốp	160 - 200
	Chặt vừa	220 - 250
	Chặt	270 - 400

Cường độ chống cắt của đất nêu ở các bảng trên chỉ để tham khảo khi thiết kế, trước khi thi công thực tế đều phải làm thử nghiệm kéo nhổ để điều chỉnh độ dài thân neo và độ nghiêng của neo so với phương ngang.

Trong tiêu chuẩn BS 8081:1989 [4] kiến nghị công thức tính neo dạng ở hình 2.2a trong đất dính có khác một chút so với công thức (2.2) và có dạng sau:

T LmDCu

Trong đó:

Cu - sức chống cắt không thoát nước lấy trung bình trên

- hệ số bám dính phụ thuộc tính chất đất;

Lm ;

(2.3)

Khi

Cu > 90 kN/m , = 0,30  0,35 (sét cứng);

Cu = 270 kN/m , = 0,28  0,36 (sét cứng quá cố kết);

Cu = 287 kN/m , = 0,48  0,60 (sét vôi cứng);

Cu = 95 kN/m , = 0,45 (sét bùn cứng).

Khi > 0,45 - cần thử nghiệm neo [20].

b) Tính toán sức chịu tải của neo theo lý thuyết cường độ chịu cắt của đất

Khi không làm thử nghiệm cường độ chống cắt của đất, áp dụng trị số cường độ chống cắt của đất theo thống kê mà không phù hợp thì có thể dùng phương pháp lý thuyết để tính toán cường độ chống cắt của đất.

Thanh neo chôn ở trong đất, ứng suất do trọng lượng bản thân của cột đất ở bên trên thanh neo được coi là ứng suất pháp, kể đến hệ số áp lực đất thì cường độ chống cắt của đất xung quanh neo có thể biểu thị bằng công thức

[20] sau đây:

K 0htgc

Trong đó:

(2.4)

K0 - hệ số áp lực đất ngang, thường với đất cát K0 = 1,

với đất sét K0 = 0,5 [20];

 - trọng lượng riêng của đất (kN/m3);

h - chiều cao cột đất trên neo, thường lấy bằng độ cao tại trung tâm của thanh neo cho đến mặt đất (m);

- góc ma sát trong của đất;

c - lực dính đơn vị của đất.

c) Xác định sức chịu tải kéo nhổ của cọc xoắn

Cọc xoắn là cọc có thiết kế cánh xoắn gần mũi cọc (hình 2.4), khi thi công cọc được xoáy vào trong đất. Cọc xoắn thường dùng cho các công trình chịu tải trọng kéo nhổ lớn. Sức chịu tải tính toán của cọc xoắn chịu kéo được xác định [30] theo công thức.

P kmPgh

Trong đó:

(2.5)

k - hệ số đồng nhất của đất, bằng 0,6 (kết quả thử cọc bằng tải trọng tĩnh k=0,7);

m - hệ số điều kiện làm việc, lấy theo bảng 2.5;

Pgh - sức chịu tải giới hạn của cọc xoắn, xác định theo công thức (2.5).

Nối tiếp thân cọc

Cánh xoắn

Mũi cọc

Hình 2.4: Cấu tạo mũi cọc xoắn

Bảng 2.5 là các trị số của hệ số điều kiện làm việc m khi tính toán sức chịu tải của mũi cọc xoắn theo công thức 2.5.

Bảng 2.3: Hệ số điều kiện làm việc m

Đất

Trị số m khi tải trọng
Loại	Trạng thái	Nén	Kéo	Thay đổi chiều
Sét	Cứng, nửa cứng và dẻo cứng	0,8	0,7	0,7
	Dẻo mềm	0,8	0,7	0,6
	Dẻo chảy	0,7	0,6	0,4
Cát	Ít ẩm	0,8	0,7	0,5
	Ẩm	0,7	0,6	0,4
	Bão hòa nước	0,6	0,5	0,3
Á cát	Cứng	0,8	0,7	0,5
	Dẻo	0,7	0,6	0,4
	Chảy	0,6	0,5	0,3

Chỉ dẫn bảng 2.5: Khi xác định sức chịu nén tính toán của cọc thì các đặc trưng của đất ứng với lớp nằm dưới mũi xoắn, còn khi chịu kéo thì ứng với các lớp nằm trên mũi xoắn.

Công thức xác định sức chịu tải kéo giới hạn của cọc xoắn:

k Ac BhF f tcU L D

(2.6)

Trong đó:

A và B - các hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào góc ma sát trong 

của đất trong vùng làm việc, lấy theo bảng 2.6;

c - lực dính đơn vị của đất;

 - trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất kể từ mặt đất tự nhiên

đến mũi xoắn;

h - độ cắm sâu của mũi xoắn, kể từ mặt đất tự nhiên;

F - diện tích mũi xoắn, khi làm việc chịu kéo lấy bằng 0,785(D 2 d 2 ) ,

còn khi làm việc chịu nén thì lấy bằng 0,785D 2 , trong đó D là đường kính mũi xoắn và d là đường kính của thân cọc;

ftc - lực ma sát tiêu chuẩn đơn vị của đất tại mặt bên của cọc;

U - chu vi tiết diện ngang thân cọc;

L - chiều dài thân cọc.

Chiều sâu của mũi xoắn từ mặt bằng thiết kế phải lớn hơn 5D đối với đất sét và phải lớn hơn 6D đối với đất cát. Khoảng cách giữa các trục cọc xoắn khi chịu kéo không được nhỏ hơn 1,5D và khoảng cách giữa hai mép mũi xoắn của hai cọc cạnh nhau khi chịu nén, không được nhỏ hơn 1m. Bước của mũi xoắn nên lấy không lớn hơn 0,4D. Cấu tạo mũi xoắn phải được tính toán với tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải 1,2 [30].

Bảng 2.4: Các hệ số A, B tính sức chịu tải kéo của cọc xoắn

(độ)

A	B
14	7,1	2,8
16	7,7	3,3
18	8,6	3,8
20	9,6	4,5
22	11,1	5,5
24	13,5	7,0
26	16,8	9,2
28	21,2	12,3
30	26,9	16,5
32	34,4	22,5
34	44,5	31,0
36	59,6	44,4

e) Phương trình sức chịu tải kéo nhổ tổng quát của neo tấm xoắn

Có nhiều phương pháp xác định sức chịu tải kéo nhổ của neo. Tất cả các phương pháp này đều dựa trên các phân tích lý thuyết dẻo áp dụng cho vật liệu đất và dựa vào dạng mặt phá hoại ở hiện trường hoặc trong phòng [38].

Phương trình sức chịu kéo nhổ của neo tương tự như phương trình sức chịu tải của cọc móng sâu [38]. Phương trình khả năng kéo nhổ tổng quát

nhất, Fu , được thể hiện bằng biểu thức:

F AcN ' ' DN '  0.84  0.16 B 

(2.7)

u c q 



Trong đó:

A: Diện tích tiếp xúc của neo với đất; c : Lực dính đơn vị của đất;

' : Trọng lượng riêng đẩy nổi của đất; D: Độ sâu kể từ mặt đất đến neo;

N ' , N ' : Hệ số neo giữ tra từ đồ thị [38] phụ thuộc vào các thông số

c 

chống cắt của đất;

B: Đường kính mũi neo; L: Bán kính mũi neo.

f) Xác định sức chống nhổ thẳng đứng giới hạn cọc mở rộng đáy bằng phương pháp phân tích giới hạn

Cọc mở rộng đáy được dùng phổ biến từ những năm 50 của thế kỷ này trong những công trình chịu tải trọng kéo lớn như: nền móng cột cao, tháp, cột đường liên lạc vô tuyến, cũng như trụ móng đường dây cao thế, làm biện pháp chống đẩy nổi của ụ tàu trong ngành giao thông... Cọc mở rộng đáy có thể làm bằng thép, bê tông cốt thép, phần mở rộng có thể được cấu tạo dưới dạng tấm xoắn hoặc gờ bê tông cốt thép để tận dụng phần đất đè lên, chống lực kéo tác động vào cọc.

Tải trọng nhổ giới hạn của cọc mở rộng đáy hiện nay (trường hợp cọc xoắn) được xác định bởi công thức bán kinh nghiệm, xây dựng từ các kết quả thí nghiệm hàng loạt cọc xoắn chịu nhổ trong các loại đất khác nhau. Trong phần dưới đây trình bày cách xác định tải trọng nhổ giới hạn [21], xây dựng từ phương pháp phân tích giới hạn, trên cơ sở giả thiết mặt phá hoại đã được