Ổn định mái dốc hố móng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014 XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT" NĂM 2014 ỔN ĐỊNH MÁI DỐC HỐ MĨNG Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học ứng dụng TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014 XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT" NĂM 2014 ỔN ĐỊNH MÁI DỐC HỐ MĨNG Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học ứng dụng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thư Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh Lớp: DLT12XD01 Khoa: xây dựng Năm thứ: Số năm đào tạo:2 Ngành học: Kỹ thuật xây dựng Người hướng dẫn: Họ tên: Trần Minh Phụng Đơn vị công tác: Khoa xây dựng Học vị: Thạc sĩ -i- UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Ổn định mái dốc hố móng - Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thư - Lớp: DLT12XD01 Khoa: Xây Dựng Năm thứ: Số năm đào tạo: - Người hướng dẫn: TS.Trần Minh Phụng Mục tiêu đề tài: Chọn mái dốc hợp lý cho loại địa chất, chiều rộng, chiều sâu hố móng, đào thủ cơng hay đào giới vào mùa năm, cho hiệu quả, an toàn tiết kiệm loại móng cơng trình xây dựng Tính sáng tạo: Tính đề tài: Đề xuất giải pháp chọn mái dốc nhiều loại địa hình với nhiều loại đất khác nhau, chọn cách sử lý đơn giản tiết kiệm chi phí Tính sáng tạo: Kiến nghị giải pháp, cách tính tốn chọn mái dốc hợp lý Kết nghiên cứu: Cách tính tốn chọn mái dốc hợp lý Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đóng góp mặt: Kinh tế - xã hội: Kết nghiên cứu giúp nhà tư vấn xây dựng, nhà thầu có biện pháp an tồn, giải pháp chọn mái dốc hiệu quả, đem lại hiệu kinh tế xã hội cho người Giáo dục đào tạo: Kết nghiên cứu phục vụ cho việc dạy học môn học thiết kế thi công xây dựng kiến thức để lựa chọn giải pháp móng hợp lý An ninh, quốc phòng : Kết nghiên cứu hướng dẫn người thiết kế thi công mái dốc hố móng tránh cố cho cơng trình lân cận Khả áp dụng đề tài: Kết nghiên cứu đề tài hướng dẫn phương pháp tính tốn nhanh, ngắn gọn tương đối xác, giúp hỗ trợ sinh viên trình thực tập -ii- UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài: Đăng báo tạp chí đại học Thủ Dầu Một tin khoa học kỹ thuật trường đại học Thủ Dầu Một giới thiệu kết nghiên cứu Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài: Sinh viên siêng năng, tích cực có kiến thức việc thực đề tài Sinh viên hiểu tương đối cơng việc nghiên cứu khoa học Những đóng góp đề tài nghiên cứu có ích lợi cho bạn sinh viên khác tham khảo quy trình tính tốn móng cơng trình xây dựng Ngày tháng năm Xác nhận lãnh đạo khoa (ký, họ tên) Người hướng dẫn (ký, họ tên) -iii- UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ tên: Nguyễn Hồng Thư Sinh ngày: 01 tháng 02 năm 1989 Nơi sinh: Sơng Bé Lớp: DLT12XD01 Khóa: Xây Dựng Khoa: 2012 - 2014 Địa liên hệ: 22/41 tổ 63, khu 8, phường Phú Lợi, TPTDM, tỉnh Bình Dương Điện thoại: 0989026900 Email: happylively@yahoo.com II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích sinh viên từ năm thứ đến năm học): * Năm thứ 1: Ngành học: Kỹ Thuật Xây Dựng Khoa: Xây Dựng Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lược thành tích: * Năm thứ 2: Ngành học: Kỹ Thuật Xây Dựng Khoa: Xây Dựng Kết xếp loại học tập: Sơ lược thành tích : Ngày tháng năm Xác nhận lãnh đạo khoa (ký, họ tên) Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) -iv- Mục Lục Trang Bìa phụ -i- Thông tin kết nghiên cứu đề tài -ii- Thông tin sinh viên chịu trách nhiệm -iv- Mục lục -v- Danh mục hình -vii- Lời mở đầu Chương I: Tồng quan ổn định mái dốc hố móng I Thực trạng chọn mái dốc hống móng nay: II.Những vấn đề tồn giải pháp: II a Vấn đề tồn tại: II b Giả pháp: III Nhiệm vụ nghiên cứu Chương II: Cơ sở tính ổn định mái dốc đào hố móng I Giới thiệu chung: II Bài toán trượt cung tròn theo phương pháp cổ điển: III Các yếu tố ngẫu nhiên tính tốn ổn định trượt đắp III.1 Tính ngẫu nhiên đặc tính lư đất: III.2 Tính ngẫu nhiên mơ hình tính: -v- III.3 Lựa chọn thơng số để tính tốn: IV Bài toán mẫu tính tốn ổn định trượt cung trịn theo phương pháp xác suất V Kết quả: V.1 Trường hợp C-() không liên quan: V.2 Trường hợp C có quan hệ giá trị: 10 VI Vài nhận xét: 10 VII Một vài ví dụ cho phương pháp tính tốn trượt cung trịn: 11 VII.1 Trường hợp mái dốc không ngập nước: 11 VII.2 Trường hợp mái dốc bị ngập nước:…………………………………… 12 Chương III: Đi khảo sát thực tế thi cơng móng cơng trình 14 I Đối với hố móng nơi kh6ong có nước ngầm: 15 II Đối với hố móng nơi có nướcngầm: 18 CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT MÁI DỐC HỢP LÝ KHI ĐÀO HỐ MÓNG:… 20 -vi- DANH MỤC HÌNH Tên hình Hình 1: Sạt lở đất Trang Hình 2:Chống sạt lở đất xung quanh khu vực hố móng Hình 3: Mặt trượt cung trịn Hình 4: Hình vẽ sơ mái dốc khơng ngập nước 11 Hình 5: Hình vẽ sơ mái dốc bị ngập nước 13 Hình 6: Đào hố móng máy cuốc 15 Hình 7: Đào hố móng thủ cơng 16 Hình 8: Đào hố móng thủ cơng 17 Hình 9: Đào hố móng nơi ngập nước 18 Hình 10: Đào hố móng nơi ngập nước 19 -vii- với kết mơ hình tính phức tạp có lẽ cách trực tiếp tin để xác định yếu tố ngẫu nhiên tồn mơ hình tính Sự ngẫu nhiên mơ hình tính bao gồm: Mơ tả lớp địa chất: - Chiều dày lớp địa chất khác - Sự diện ểm địa chất yếu Áp lực nước: - Mực nước ngầm - Áp lực nước, áp lực nước lỗ rỗng III.3 Lựa chọn thơng số để tính tốn Bước đầu tiên, quan trọng xác định thông số tính tốn theo quan điểm ngẫu nhiên (biến ngẫu nhiên) Việc xác định dựa biến thiên giá trị thông số mức độ ảnh hưởng đến kết tính tốn (Hệ số an tồn) Thơng thường ta quan tâm đến lực dính (c), góc nội ma sát () áp lực nước lỗ rỗng Các thông số khác dung trọng riêng, thơng số hình học, đường mặt nước… coi biến riêng biệt ngẫu nhiên xét thấy cần thiết Bảng tổng kết giá trị biến thiên thông số nói Bảng 1: Biến thiên thơng số lý (US Army Corp) Mức độ biến thiên đất biểu di ễn qua hệ số biến thiên (COV – Coefficient ofvariation), COV hệ số thể mức độ ngẫu nhiên (sai số) đặc tính lý đất.COV định nghĩa sau: Trong đó: σ : Độ lệch chuẩn thơng số µ : Giá trị trung bình thông số Bảng tổng kết giá trị COV đă nghiên cứu xuất tác giả khác nhau: Bảng 2: Các giá trị COV IV Bài tốn mẫu tính tốn ổn định trượt cung tròn theo phương pháp xác suất Tiến hành xem xét ổn định đất đắp đơn giản, mái dốc 1:1 (1V: 1H), chiều cao đất đắp 6m Bài tốn xem xét trường hợp: có tồn mực nước ngầm không tồn mực nước ngầm Sử dụng phần mềm GEOSTUDIO phương pháp Monte Carlo để tiến hành giải tốn Trình tự giải toán sau: phần mềm GEOSTUDIO tiến hành xác định mặt trượt nguy hiểm phương pháp tiền định (Bi shop) với thông số đầu vào giá trị trung bình thơng số lý sau tiến hành sử lý theo lư thuyết xác suất mặt trượt nguy hiểm có xét đến biến thiên thông số đầu vào (COV) Sự biến thiên thông số đầu vào giả sử tuân theo hàm phân phối chuẩn (normal di stribution) với độ lệch chuẩn giá trị trung bình Ở đây, giá trị độ lệch chuẩn lực dính (c), góc nội ma sát () là 5, 10 15 dung trọng riêng từ đến Chi tiết trường hợp tính tốn nêu bảng Ví dụ xét tới trường hợp giá trị lực dính (c) góc nội ma sát () có quan hệ khơng có quan hệ với nhau, trường hợp có quan hệ mối quan hệ -0.5 Mực nước ngầm dao động khoảng 2m trường hợp có mực nước ngầm Qua tính tốn, xác định số lần tính tốn theo Monte Carlo 20,000 bước với trường hợp có mực nước ngầm 15,000 bước với trường hợp khơng có mực nước ngầm Bảng 3: Thơng số lý cho trường hợp tính tốn V Kết V.1 Trường hợp C-() khơng liên quan Về bản, tính tốn phương pháp xác suất cho hệ số an toàn cao phương pháp tiền định Cho trường hợp riêng lẻ, giá trị hệ số an toàn trường hợp tồn mực nước ngầm thấp trường hợp khơng có mực nước ngầm Xác suất trượt tằng thông số đặc tính lý đất tăng giá trị biến thiên Bảng liệt kê chi tiết kết tính tốn: Bảng 4: Kết tính tốn cho TH1 đến TH3 với C-() không liên quan V.2 Trường hợp C có quan hệ giá trị Bảng liệt kê kết tính tốn trường hợp giá trị Ccó quan hệ giá trị Hệ số tương quan giả sử -0.5 Bảng 5: Kết tính tốn cho TH1 đến TH3 với C có liên quan VI Vài nhận xét So sánh, đánh giá kết tính tốn kết luận rằng: (i) Xác suất trượt giảm xét đến mối quan hệ tương quan giá trị lực dính (c) góc nội ma sát; (ii) Giá trị độ lệch chuẩn đặc tính lý đất cao xác suất trượt đắp lớn; (iii) có mặt mực nước ngầm làm tăng khả trượt đắp Bên cạnh đó, nhận thấy với thơng số đầu vào: Lực dính, góc nội ma sát dung trọng riêng, số lần thử Monte Carlo tối ưu 15,000 lần với thông số đầu vào: Lực dính, góc nội ma sát, dung trọng riêng, mực nước ngầm, số lần thử tối ưu 20,000 lần Điều có nghĩa để đảm bảo độ xác, nhiều thơng số đầu vào số lần thử Monte Carlo nhiều Nền đất đắp có giá trị hệ số an tồn trung bình cao khơng có nghĩa an tồn tồn giá trị xác suất trượt lớn Do vậy, khơng có mối quan hệ trực tiếp xác suất trượt hệ số an tồn Điều có nghĩa giải tốn trượt cung trịn ̣ đất đắp phương pháp xác suất cho nhín tổng thể toàn diện độ ổn định đất đắp 10 Các tính tốn độ nhạy thơng số đặc tính lí đất tham gia q tŕnh tính tốn cho thấy giá trị lực dính (c) ảnh hưởng trực tiếp nhiều tới xác suất trượt đất đắp nhiên không gây ảnh hưởng lớn tới giá trị trung bình hệ số an tồn Ví dụ cho thấy tác dụng to lớn phương pháp xác suất tốn ổn định trượt đất so với lí thuyết tính ổn định trượt theo phương pháp tiền định truyền thống ( Đề tài có nhắc đến phần mềm GEOSTUDIO phương pháp Monte Carlo số liệu liên quan lấy từ nguồn TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI SỐ 17/4/2009 ) VII Một vài ví dụ cho phương pháp tính tốn trượt cung trịn: VII.1 Trường hợp mái dốc khơng ngập nước: Một hố móng đất sét, bảo hịa nước có độ sâu 10m, mái hố móng có độ dốc 1:1,5 Trọng lượng đơn vị đất 18,5kn / m , lực dính khơng nước cu 40kn / m ( ( u 0) Xác định hệ số an toàn chống phát hoại trượt tức thời theo cung trượt hình: Hình 4: Hình vẽ sơ mái dốc khơng ngập nước Xác định hệ số an tồn chống phá hoại tức thời theo phương pháp phân tích ứng xuất tổng Bỏ qua khe nứt căng: Khối trượt giới hạn mặt đất cung tròn AB Các đặc trưng khối trượt Bán kính R OA  (52  16, 2) 17, 43M  84, 06o Góc hình quạt Diện tích khối trượt A=77,35 m Khoảng cách trọng tâm từ d=6,50m Hệ số an tồn tính theo phương trình 11 F CU R 2 Wd 40 17, 432 84, 06   1,92 77,35 18,5 6, 05 180 a) Khe nứt căng không chứa nước Khe nứt căng làm giảm chiều dài cung trượt AB xuống AC 40 zo 2  4,32m 18,5  o 67, 44o Độ sâu khe nứt căng Góc hình quạt Diện tích khối trượt Khoảng cách trọng tâm từ tâm Trường hợp Từ phương trình ta có: F b) A=71,64 m d=5,86m pn 0 CU R 2C 40 17, 432 67, 44  14304   1,84 Wd 71, 64 18,5 5,86 180 7766 Khe nứt căng chứa đầy nước, lực ngang Pn tác dụng lên khối trượt : 1 Pn  n zo2  9,814,322 91,54kN / m 2 Cánh tay đòn Pn với 0: yc 6,  4,32 / 9,58m Hệ số an tồn tính theo (5.18): cu R 2 c 14304 F  1, 65 Wd  Pn yc 7766  91,54  9,58 VII.2 Trường hợp mái dốc bị ngập nước Mái dốc khối đắp chắn nước cao 10m, độ dốc 1:2 Đất bão hịa hồn tồn có lực dính khơng nước cu 30kN / m ,  18kN / m3 Xác định hệ số an toàn chống phá hoại cắt theo cung trượt hình trường hợp sau: 12 Hình 5: Hình vẽ sơ mái dốc bị ngập nước a) Khi mực nước chân mái dốc b) Khi mực nước chân mái dốc 6m Bài giải : Khối trượt gồm vùng riêng biệt có bán kính R = 22,83m Vùng A (FBDE): Diện tích AA 41,92m Khoảng cách trọng tâm từ 0: d A 13, 00m Vùng B (AED) : Diện tích AB 144,11m Khoảng cách trọng tâm từ 0: d B 4, 44m Độ sâu khe nứt căng zo 2 30 /18 3,33m Góc hình quạt  76, 06o Cường độ áp lực thủy tinh khe nứt căng: 13 1 Pn  n zo2  9,813,332 54, 4kN / m 2 Cánh tay đòn cường độ áp lực thủy tĩnh: yc 10  3,33 / 12, 22m Trong trường hợp có cường độ áp lực thủy tĩnh khe nứt căng a) Mực nước chân mái dốc  30 22,832 76, 06  20757 180 F  0,944 có 41,92 18 13, 00 144,1118 4, 44  54, 12, 22 9809 11517  665 nghĩa phá hoại cắt xảy b) Mực nước chân mái dốc 6m F 20757 1,32 9809  144,11(18,  9,81) 4, 44  665 CHƯƠNG III: ĐI KHẢO SÁT THỰC TẾ THI CƠNG MĨNG CƠNG TRÌNH Sau nghiên cứu cách tính tốn ổn định mái dốc phương pháp khả thi khác nhau, đồng thời nghiên cứu ví dụ chương II Chúng ta có nhìn tương đối cách tính chọn mái dốc hợp lý cho hố móng Để hiểu rõ vấn đề ta cần phải nghiên cứu thực tiễn ngồi cơng trường Trong gần tháng xem tìm hiểu loại hố móng thiên nhiên điều kiện địa chất , địa hình khác Tơi thu thập vài hình ảnh đưa nhận xét sau I Đối với hố móng nơi khơng có nước ngầm: 14 Hình 6: Đào hố móng máy cuốc Cơng trình: đào hố móng cột điện (đường Bùi Văn Bình, phường Phú Lợi, TP Thủ Dầu Một, Tỉnh Bình Dương) 15 Hình 7: Đào hố móng thủ cơng Cơng trình: đào hố móng nhà dân dụng (khu dân cư Chánh Nghĩa, phường Chánh Nghĩa, TP Thủ Dầu Một, Tỉnh Bình Dương) 16 Hình 8: Đào hố móng thủ cơng Cơng trình: đào hố móng nhà dân dụng (khu dân cư Chánh Nghĩa, phường Chánh Nghĩa, TP Thủ Dầu Một, Tỉnh Bình Dương) 17 Như thấy nơi mà cơng trình đặt địa chất tốt, phần thi cơng hố móng cơng tác tạo mái dốc tự nhiên dựa vào cách tính nêu chương II tương đối đơn giản Phần công việc đào mái dốc tự nhiên cơng trình nhà đào tay dùng máy đào công xuất nhỏ, tạo độ dốc tính tốn, đảm bảo an tồn cho q trình xây dựng móng II Đối với hố móng nơi có nước ngầm: Hình 9: Đào hố móng nơi ngập nước Cơng trình nhà dân dụng (thị trấn Lái Thiêu, Tỉnh Bình dương) 18 Hình 10: Đào hố móng nơi ngập nước Cơng trình nhà dân dụng (Thuận Giao, thi xã Thuận an, tỉnh Bình Dương) Đối với loại hố móng đặt vị trí có nước ngầm, địa bàn tỉnh Bình Dương tương đối vùng đất nằm khu vực địa chất cao vùng Đơng Nam Bộ, nên ngồi hình ảnh thu thập tơi có sử dụng hình vùng khác Đối với trường hợp gặp hố móng vùng bị ngập nước, việc đào mái dốc ta luy khó khăn Trước tiên khảo sát địa chất thật kỹ vùng đặt cơng trình, để lường trước trường hợp này, sau dó tiến hành đào hố móng, hút nước hố móng Đối với trường hợp hố móng bị ngập nước nên đào mái ta luy theo hướng thẳng đứng không xoải để tránh trường hợp đất bị trượt tiến hành xây dựng Thường loại hố móng ngập nước ta nên dùng máy đào đất cho độ xác cao 19 CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT MÁI DỐC HỢP LÝ KHI ĐÀO HỐ MĨNG Dựa vào nghiên cứu với tốn ví dụ Tơi xin đề xuất góc nghiêng mái dốc bảng sau theo cao trình diện tích hố móng khác nhau, xem diện tích hố đào bán kính cung trượt nhau: GÓC NGHIÊNG MỘT SỐ LOẠI MÓNG Ở NƠI KHƠNG CĨ NƯỚC NGẦM Bán kính hố móng R(m) Loại hố móng Hố móng nhỏ cạn Hố móng nhỏ sâu Hố móng lớn cạn Hố móng lớn sâu Góc hình quạt θ 5 15 15 Hệ số an Khoảng cách trọng toàn F tâm từ d(m) Diện tích khối đất trượt A(m2) 50 60 70 88 65 55 79 80 5,5 0,24 0,51 1,50 1,70 GÓC NGHIÊNG MỘT SỐ LOẠI MĨNG Ở NƠI KHƠNG CĨ NƯỚC NGẦM Loại hố móng Hố móng nhỏ cạn Hố móng nhỏ sâu Hố móng lớn cạn Hố móng lớn sâu Bán kính hố móng R(m) Góc hình quạt θ Diện tích khối đất trượt khơng ngập nước Aa(m 2) Diện tích khối đất trượt ngập nước Ab( m2) Khoảng cách trọng tâm từ nơi không ngập nước da(m) Khoảng cách trọng tâm từ nơi ngập nước db(m) Cường độ áp lực nước Pn(kn/ m) Cánh tay đòn cường độ áp lực nước Yc(m) Hệ số an toàn F 55 50 140 54,4 12,2 0,07 65 55 145 54,4 12,2 0,06 17 70 79 165 9,5 54,4 12,2 0,35 17 89 80 170 7,5 8,5 54,4 12,2 0,41 20 21