Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ứng suất và biến dạng của nền đê, đập gia cố bằng cọc xi măng đất

Nứt ngang và dọc cục bộ đê, đập Dạng này thường gặp trong quá trình khai thác; 2 Trượt mái thượng và hạ lưu dé, đập ..ww -Khi đó, các giải pháp xử lý và gia cố nên đê, đập sẽ được đưa ra

cô, các chuyên gia, bạn bè và đông nghiệp.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thuỷ công

và phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, trường Dai học Thuy lợi.

Xin chân thành cảm ơn Tổng công ty tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam, Công ty CPTVXDTLTĐ Thăng Long, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã tạo

mọi điều kiện và động viên về nhiều mặt để tác giả hoàn thành luận văn.

Đặc biệt tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn

Quốc Dũng, NCS.ThS Phùng Vinh An - những người đã tận tình hướng dẫn

tác giả trong quả trình thực hiện luận văn.

Tuy nhiên, do thời gian có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh được các thiếu sót, rất mong các thầy cô, bạn bè và đông nghiệp quan tâm góp ý để tác giả có thêm kiến thức và kinh nghiệm

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2, Mục đích của dé tai,

3, Cách tiếp cận và phương php nghiền cứu

4, Kết quả đạt được của luận van.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN CHUNG ve CONG NGHE GIA có NÊN BẰNG

1l

CỌC XI MĂNG - DAT

Tinh hình nghiên cứu và ứng dụng cọc xi mang đắt dé gia cố nền

đê, đập trên thể giới ì.cc cover 4

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng cọc xi mang đất dé gia c

đề, dap tại Việt Nam Ũ

1.3 Tổng quan về các mô hình vật liệu dùng dé phân tích ứng suất,

biến dạng và các phương pháp tính ứng suất , biển dạng 8

1.3.1 Các mô hình vật liệu dùng để phân tích ứng suất, biển dang 8 1.3.2 Các phương pháp phân tích ứng suất, biển dạng, lụ

14 — Kếthuận 2

CHƯƠNG 2 THIET KE XỬ LÝ CHO DE, DAP KHI GIA CÓ NEN BANG

CỌC XI MĂNG - DAT 2.1 Các phương pháp thí nghiệm 23 2.1 Khảo sát địa chất công trình 23 2.1.2 Các thí nghiệm trong phòng xác định cường độ cọc XMĐ 23 3.1.3 Các thí nghiệm tại hiện trưởng 4 2.2 Sựlàm việc của coe don và nhóm cọc xi măng - đt 26 2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc làm việc như cọc 27 2.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nên tương đương 29

3.3 Phương pháp tinh toán theo quan điểm hỗn hợp 302.3 Bố trí cọc xi mang - đất dé xử lý nền đê, đập, 422.3.1 Dang cách đều : : 42

23.2 Dang Khung soe AB

24 — Kếtluận 4

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ

LỰA CHỌN PHAN MEM TÍNH TOÁN

3.1 Cơ sở lý thuyết và các phương pháp tính toán 45 31.1 Phương pháp sai phân hầu han 47

3.1.2 Phương pháp phan tử hữu han 473.13 Phương pháp bién phân cục bộ 39

3.2 Lựa chọn phan mềm tính toán ¬- 603.2.1 Giới thiệu về phan PlaXiS ề.òicccccvccsccvcccee 60

3.2.2 Cơ sở lý thuyết phần mém Phawis ¬ 6

3.2.3 mô hình hod trong phần mém Plaxis - 6

33 Kếthiận 70

CHUONG 4 UNG DUNG CUA COC XI MĂNG - DAT DE XỬ LÝ

NEN DAP KHE NGANG - TINH THỪA THIEN HUE

4.1 Giớithiệu công trình, 7 4.1.1 Nhiệm vụ của dự án 7

4.1.2 Phương án thiết kế xử lý nền đập 73

4.2 Lựa chọn các thông số đầu vào 7

4.2.1 Các thông số của đập thiết kẺ - .::©5:55- TT4.2.2 Các chỉ tiêu cơ lý của đất nêu ¬ 1

42.3 Các chỉ tiêu cơ lý của cọc XMB dự Kiến ¬ 42.4 Các chỉ tiêu cơ lý của nền tương đương ¬- 4.3 Môhình bàitoán 80 43.1 Phương pháp tinh toán os a 80 4.3.2, Mô hình bài toán 80

4.4 Phân tích va đánh giá kết quả tính toán, 8

44.1 V ứng suất 81 4.4.2 Vê biển dang 81

44.3 Vễ tiêu tán dp lực nước lỗ rỗng _ : 82

2 Những vấn đề còn tồn tại

3 Hướng phát triển của luận văn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

83

85 86

DANH MỤC HÌNH VEHình 1.1: Sửa chữa chống thấm cống D10-Hà Nam 6

Hình 1.2: Thi công tường chống thắm nền đập Đá Bạc- Hà Tinh 7

Hình 1.3: Hình ảnh chống thắm cho dé quai công trình Sơn La 7

Hình 1.4: Quan hệ ứng suat-bién dạng mô hình biển dạng tuyến tính 9

Hình 1.5: Quan hệ ứng suất- biến dạng trong mô hình lý thuyết cân

bằng giới hạn lLHình 1.6: Quan hệ ứng suất- biến dang trong mô hình dan hồi- cân

bằng giới hạn l2Hình 1.7: Quan hệ ứng suất - biến dạng mô hình đàn hồi phi tuyển 13,Hình 1.8: Quan hệ ứng suất - biến dạng mô hình đàn déo lý tưởng 15

Hình 1.9: Quan hệ ứng suất - biến dạng mô hình đàn déo tăng bẻn 16.Hình 1.10: Lý thuyết phá hoại Mohr - Coulomb _ !8Hình 1.11: Áp lực đất tĩnh Lý thuyết phá hoại Mohr - Coulomb 19Hình 1.12: Các trang thái cân bằng dẻo của Rankine 20

Hình 2.1: Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cổ bằng cọc XMP 31Hình 2.2: Quan hệ ứng suất - biến dang của vật liệu XMĐ 33

Hình 2.3: Phá hoại khôi Hình 2.4: Phá hoại cất cục bộ

¬-Hình 2.5: Sơ đồ tinh toán biển dang ¬ „35Hình 2.6: Sơ đỗ tải trọng truyền cho cọc " —-.-

Hình 2.8: Các hình thức bố t cọc XMD với mục đích gia có nẻn 43.

Hình 2.9: Bố trí gia cổ kiểu khung 4

Hình 3.1: Sơ dé tinh toán theo Phương pháp PTHH 5U

Hình 4.1: Phương án bóc bỏ ting đất yêu nền đập Khe Ngang 74

Hình 4.2: Thi công cọc XM tại công trường đập chính Khe Ngang

tháng 6/2010 16 Hình 4.3: Mô hình cọc XMB va nên làm việc riêng ré 81 Hình 4.4: Mô hình nền tương đương 81

Bài toán Coc XMĐ và nền làm việc riêng ré

Hình 4.5: Sơ đồ chia lưới phần tử „87

Hình 4.6: Mô phỏng ứng suất hiện trường, 87

Hình 4.7: Vị trí các điểm theo dõi điểm A (mặt nền); điểm B (đỉnh gia

cố); điểm C (đáy gia cổ) 87Hình 4.8: Kết quả tính chuyển vị tổng thể_ „88Hình 4.9: Kết quả tính chuyển vị ngang _ 2 88Hình 4.10: Kết qua tinh chuyển vi đứng ¬

Hình 4.11: Kết quả tính sự tiêu tin áp lực nước lỗ rồng 88

Hình 4.12: Độ lún của điểm các điểm theo dai 89 Hình 4.13: Tiêu tán áp lực nude I 89

Bai toán nên đồng nhất

Hình 4.14: Sơ đỗ chia lưới phan tử — Hình 4.15: Mô phỏng ứng suất hiện trường 90

Hình 4.16: Vị trí các điểm theo doi điểm A (mặt nền): điểm B (đỉnh gia

: điểm C (đáy gia cổ) : 90

Bang 4.2:

Bang 4.3:

Bang 44

Các thông số của đập thiết Koo cece

Các chỉ tiêu cơ lý dùng trong tính toán

Các chỉ tiêu cơ lý của cọc xi măng đất dự kiếnCác chỉ tiêu cơ lý tương đương của khối hỗn hợp

MỞ ĐÀU

1 TÍNH CAP THIET CUA ĐÈ TAL

Khi xây dựng đê, đập trên nền đất yếu nếu không được quan tâm xử lý

đúng mức thì có thể dẫn đến hư hỏng công trình Trong thực tế một số dạng,

hư hỏng thường gặp là: (1) Biển dạng nền dẫn đến lún sụt đê, đập - Dạng này

thường gặp ngay trong quá trình thi công Nứt ngang và dọc cục bộ đê, đập Dạng này thường gặp trong quá trình khai thác; (2) Trượt mái thượng và hạ lưu dé, đập ww

-Khi đó, các giải pháp xử lý và gia cố nên đê, đập sẽ được đưa ra bao gmmột số nhóm sau:

phương pháp xử lý nền bằng cọc xi ming- đất (XMĐ) là phương pháp được

quan tâm nhiều trong thời gian qua vì một số ưu điểm nỗi trội sau đây:

~ Thiết bị thi công linh hoạt, cho phép thi công tại các khu vực chật hẹp

- Chất lượng vật liệu đồng đều, sức kháng nén linh hoạt tuỳ theo yêu cầucủa tai trọng (khi cần thiết có thé đạt tới 15 kg/cm”)

~ Ít phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, không gây ô nhiễm môi trường

- Vật liệu sử dụng là xi măng rit sẵn có „vv

Biện pháp xử lý là bóc bỏ lớp dat yếu dé thay thé bằng loại đất tốt hơn, Tuy

nhiên, biện pháp này lại rat khó thực hiện bởi một số lý do như : (1) Tăng.khối lượng đảo bóc ảnh hưởng đến giá thành công trình; (2) Sau khi đảo bỏ.thì vẫn dé vị tri bai thải đặt ra làm ảnh hưởng đến công tác giải phóng và đền

bù mặt bằng; (3) Phải tìm mỏ vật liệu dé thay thé tang đất yếu dẫn đến phát

sinh các công tác khảo sit, vận chuyển và tích trữ „vv.

Do đó, hiện nay trên thé giới và trong nước, việc nghiên cứu ứng dụng

sản xuất,của giải xử lý nỀn bằng cọc XMĐ là yêu cầu đặt ra của thực

Trong đó, việc nghiên cứu ứng suất và biến dạng là một nội dung quan trọng

của vấn để này

2 MỤC DICH CUA DE TÀI

'Nghiên cứu phương pháp tính toán ứng suất, biến dạng phẳng của nền

đê, đập gia cố bằng cọc XMD thi công bằng công nghệ Jet — Grouting

3 CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN COU

3.1 Phương pháp tiếp cận:

3.1.1 Tiép cận trên cơ sở đánh giá như cầu:

Nhu cầu trong vấn đề xử lý nền đắt yếu khi xây dựng đê, đập

3.1.2 Tiếp cận với thực tiễn công trình:

Khi tính toán ứng suất, biến dạng cho đập chính Hồ chứa nước KheNgang- Tinh Thừa Thiên Huế, hội đồng khoa học đã đặt vấn dé cho Tư vấn

c nội dung như sau:

~ Cơ chế hoạt động của cọc XMB.

~ Sau khi cọc XMD làm việc có nứt tách cục bộ nền hay không?

~ Coc XMĐ hoạt động như các nệm lò xo hay theo một cơ chế khá 3.2, Phương pháp nghiên cứu:

3.2.1 Phương pháp thu thập thông ti

~_ Điều tra, thống kê và tông hợp tai liệu nghiên cứu trong và ngoàinước có liên quan đến dé tải

~ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ.

3.2.2 Phương pháp lay ý kiến chuyên gia:

Song song với việc thu thập và tổng hợp thông tin, lẫy ý kiến các chuyên

gia để bổ sung cho quá trình nghiên cứu.

3.2.3 Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán:

~ Lựa chọn phan mềm tính toán

~ Chọn công trình cụ thé để thiết lập mô hình.

QUA ĐẠT ĐƯỢC CUA LUẬN VĂN

~ Đề xuất được phương pháp và mô hình tính toán ứng suất, biến dạng

của nền đê, đập gia cổ bằng cọc XMD

- Thiết lập quan hệ làm việc giữa Nén- Cọc- Công trình với tải trong

tác dụng theo thời gian có liên quan tới sự ổn định của công trình,

phục vụ tới công tác Tư van thiết kế và Quản lý vận hành

- Ví dụ điển hình xử lý nền đập chính hồ chứa nước Khe Ngang - tỉnhThừa Thiên Huế,

DAT TREN THE GIỚI VÀ TẠI

1.1 TINH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ UNG DUNG CỌC XI MĂNG DAT DEGIÁ CÓ NÊN DE, DAP TREN THẺ GIỚI

Cong nghệ trộn sâu (Deep Mixing) tạo cọc xi mang- đất (XMB) là công

nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu được phát minh đồng thời tại

‘Thuy Điển và Nhật Bản vào giữa thập niên 70 của thé ky XX Coe XMDđược sử dụng khả rộng rãi rên toàn thé giới trong xử lý nén móng công trìnhxây dựng, đặc biệt là xử lý nén đê, đập xây dựng trên nên đất yếu Mục dich

gia cổ của công nghệ là làm thay đổi, nâng cao chất lượng của dat bằng cách

cứng hóa tại chỗ

"Những quốc gia ứng dụng công nghệ DM nhiều nhất là Nhật Bản và các

nước thuộc vùng Scandinaver Trong những năm 1977-1993 có trên 300 dự

bằng DM trên 23 triệu m` Đến năm 1994, hãng SWS

án với lượng đấ

Seiko của Nhật Bản đã thi công 4000 dy án trên toàn thé giới Ngoài ra, cọc XMB được sử dụng để tránh sat lở bờ sông như trong trường hợp của bờ sông Kumatomoken- đảo Kyushu- Nhật Bản.

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu được bắt đầu từ năm 1970 Đếnnăm 1990 tổng cộng đã có trên 500.000 mỶ đất được gia cố

Tại xử lý và nâng cấp các đập đất nhằm đáp img các mục til, v

an toàn trong vận hành rit được quan tâm DM đã được ứng dụng đ

các đập đất, tạo ra các tường chống thắm nhằm làm tăng cường độ, khống chế

biến dang va kiếm soát các dòng thấm.

Tại Bungaria, nền các công trình thường được xây dựng bằng sét macma,

người ta đã sử dụng các cột XMĐ đường kính 0,25m, khoảng cách 2,5m để

gia có Kết quả sau khi xử lý không có dẫu hiện nền bị lún

Xu hướng phát triển của công nghệ DM trên Thể giới hiện nay hướng.vào khai thác mặt mạnh của DM đó là khả năng gia cổ nhanh, có thể cố định

tại chỗ các nguồn 6 nhiễm không cho chúng thoát lên khỏi mặt đất Khi mới

phát minh, yêu cầu đổi với DM chỉ là nhằm đạt được cường độ cao và chỉ phíthấp Nhưng gần đây do những nan giải trong vấn dé xây dựng đã đặt yêu cầu

cao về sự tin cậy và hoàn chỉnh của công nghệ Uw thé của DM hứa hẹn cho

ép tực

những nghiên cứu

1.2 TINH HÌNH NGHIÊN COU

GIA CO NEN bE, DAP TẠI VI

À UNG DỤNG COC XI MĂNG DAT DE

NAM

Cong nghệ DM đã được miêu ta trong "Xi fy sự cổ nén móng cổng

trình” của GS Nguyễn Ba Kế xuất bản năm 2000, Nam 2002, Viện KHCN.XXây dựng đã có dé tài nghiên cứu về cọc Xi mang - Voi Bộ Xây dựng dangchuẩn bị ban hành Tiêu chuẩn thiết kế cọc XMĐ,

‘Nam 2004, Viện Khoa học Thuy lợi VN đã tiếp nhận chuyển giao công,

nghệ DM từ Nhật Bản Dé tải đã ứng dung công nghệ và thiết bj này trong

nghiên cứu sức chịu tái của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang,

ảnh hưởng của hàm lượng xi mang nhằm ứng dụng cọc XMĐ vào xử lý đất

yếu cho các công trình thuỷ lợi Sau đây, là một số công trình đê, đập được.gia cố nền bằng cọc XMĐ theo công nghệ DM

Chống thắm cho cổng dưới dé D10 - Thi xã Phủ lp - Hà Nam: Công tiêuDI0 thuộc hệ thống thuỷ nông thị xã Phủ Lý tỉnh Hà Nam được xây dựng

(4)

im 2002,

năm 2002 Móng đặt trên lớp á sét nhẹ số (3) dày 3m; tiếp theo là lớp

bụi, hạt nhỏ day Sm; tiếp đ là lớp sét mau nâu xám Mùa lũ

chênh lệch nước Nguyên nhân gây mach sti được đánh giá như sau: Lớp đất

số (4) là lớp cát bụi, lớp này bat đầu từ cao trình - 4.48m Thiết kế đã đóng.cọc tre đến đến cao trình - 4.0m, tức là gần như xuyên hết (cũng có thể xuân.hét) lớp số 3 có khả năng chống thắm tương đối tốt Do chênh lệch mực nước.khi lã ngoài sông cao, tạo ra ding chay ngầm trong lớp số 4 Lớp cát bụi nàyrất để bị xói ngầm, các hạt nhỏ theo dòng thấm đi về hạ lưu và tạo ra mạch

din phía đồng Biện pháp sửa chữa lin đầu của địa phương đã tiến hành sửachữa như sau: Dao dat hai bên mang công rồi bọc xung quanh công (trừ dưới

đáy không làm được) bằng đất sét luyện dày 0.5m Dap trả đất xung quanh.cống bằng đất thịt đảm bảo dung trọng Lam một hang cir gỗ phía sông cuối

bể tiêu năng và một hàng cir gỗ phía đồng, chiều dai cử là 3m Luồn ống débơm- phụt dung dich sét - xi măng xuống dưới đáy cổng Tháng 7 năm 2004,

khi có lũ phía trong đồng lại bị din sti, de dog vỡ đẻ Như vậy giải pháp sửa

chữa đã làm không có hiệu quả Địa phương lại phải tiếp tục hoành triệt cống

Phương án sữa chữa sử dụng công nghệ Jet-grouting: Tạo ra được một tường

hao chống thấm cắt qua lớp dat (4) là lớp cát bụi - cắm vào lớp 5 là lớp sét

nhẹ màu nâu xám Qua dot lũ lớn năm 2005, qua theo dõi các trận lũ nhỏ cho

thấy không còn hiện tượng đủn sùi như trước, việc sửa chữa đã thành công,

Hình 1.1; Phương án sửa chữa ching thấm cing D10- Hà Nam

Dap Đá Bạc ~ tỉnh Hà Tinh: nền của đập Đá Bạc là cát thắm nước, chiều.day thay đổi từ 3-18m, lòng suối xuất hiện nước ngầm có áp, trong nền lẫncác tảng đá mồ côi Phương án DM đưa ra khắc phúc dug

a.Mặt cắt thiết kế b.Céng trình đang thi công.Hình 1.2: Thi công tường chồng thắm nền đập Đá Bạc - Hà TĩnhChống thắm cho dé quai Giai đoạn II = nhà máy thuỷ điện Sơn La: câutạo dia tầng của đê quai là lớp bồi tích lòng sông dày, lớp đá gôc nằm dướilớp bồi tích, xuất hiện các đút gay gây phong hoá và bảo mòn Ban đầu, dựkiến để chống thắm sẽ sử dụng tường XMĐ thi công kết hợp hai công nghệ

‘Tron khô và DM Kết quả thí nghiệm thấy khả năng chống thấm đạt yêu cầu

Hình 1.3: Hình ảnh chống thắm cho đê quai công trình Sơn La

Những kết quả đạt được nói trên chỉ mới là bước đầu, nhưng cho thấy công nghệ khoan phụt cao áp tạo cọc XMD là một công nghệ mới có nhiều

a

h vực triển vọng áp dụng rộng rãi trong li

bi

iy dung công trình thuỷ lợ

là gia cố nền dé, đập Qua đó, cũng đã mở ra nhiều hướng phát triển trong thời gian tối tại Việt Nam,

1.3 TONG QUAN VE CÁC MÔ HÌNH VẶT LIỆU ĐƯỢC DUNG DE PHANÍCH UNG SUAT, BIEN DẠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁNUNG SUÁT, BIEN DANG

1.3.1 Các mô hình vật liệu dùng dé phân tích ứng suất bién dang

Việc xác định trạng thái ứng suất khi thiết kế là điều bắt buộc trong thiết

kế công trình Do đặc tinh của nén đất không phải là một môi trường đàn hồihoàn toàn nên để xác định ứng suất, biến dạng nền người ta phải giả thuyếtnền làm việc theo một mô hình nao đó dé có thẻ mô tả và giải bài toán tim

ứng suất phân bé trong nền Các mô hình đất tiêu biểu thường được sử dụng.trong tính toán bao gồm:

a) Mô hình biến dạng tuyến tinh

b) Mô hình lý thuyết cân bằng giới hạn

©) Mô hình déo

.đ) Mô hình hỗn hợp môi trường biến dang tuyến tính-cân bằng giới han

©) Mô hình đàn - déo

f) Mô hình biến dang phi tuyến

Trong đó, mô hình đàn dẻo là mô hình kết hợp giữa lý thuyết đàn hồi và

lý thuyết đản déo mô tả khá đúng sự làm việc của đất nên

1.3.1.1 Mô hình biến dang tuyến tinh

Cơ sở của mô hình lý thuyết dan hồi là định luật Hooke:

Trong điều kiện nén hoặc kéo đơn một trục, sẽ có quan hệ tuyến tính:

o=Ee ay °

Trong đó:

£ - biến dang doc trục

E- môđun dan hồi =

Hình 1.4: Quan hệ ứng suất - biến

dạng trong mô hình biến dạng

tuyén tinh

Đối với đất: đặc trưng lại là sự tồn tại chủ yếu của biển dang dư vi thé

mô hình môi trường lý thuyết đàn hồi chỉ có thể áp dụng ở giai đoạn gia tảimột Lin lên môi trường đắt mã không có sự đỡ tả tiếp theo

Hệ phương trình bao gồm:

~ Các phương trình tĩnh (các phương trình cân bằng tĩnh)

- Các quan hệ hình học

- Các phương trình vật lý

Xét chủ yêu bai toán phẳng (biển dạng phẳng, ứng suất phẳng)

a) Dang các phương trình cân bằng Navier : Phân tô nhỏ vô han

(12)

+22 47=0

X, Z- các thành phan lực thé tích (chẳng hạn, trong lượng bản thân của đất)

b) Các phương trình hình hoc: Liên hệ các biến dang thẳng va các biến danggóc với chuyển vị (U,W), trong trường hợp tổng quát là phi tuyến, đối với bài

Trong đó:

[DỊ là ma trận đàn hồi;

{a}: Véctơ các ứng suất của phân tố đất;

{e}: Véeto các biển dạng của phân tổ đất;

Nhu vậy, trong trường hợp tông quát, đối với bai toán phẳng, từ các

phương trình trên sẽ xác định được các ẩn gồm ba thành phan ứng suất là(Gx, đ„ t„), ba thành phần biến dang (es, €,, y„;) và hai thành phần chuyển vị

(U, W) Đôi với trường hợp bai toán không gian thi bai toán sẽ có 15 phương trình và 15 ẩn

d) Các phương trình tương thích:

(1.6)

Ngoài các phương trình đã nêu còn có các phương trình tương thích của

biến dang, dùng thay thé các phương trình hình học, hoặc cho chúng giữ vai tròcác hệ thức kiểm tra điều kiện môi trường sau khi gia tải có còn liên tục haykhông Nói cách khác, sau khi đặt tai trọng thi biến dang của mỗi hình hộp.phân tổ tưởng tượng tách ra của vật thể tróc khi đặt tải cin phải tương thích,

nghĩa là với biến dạng đó sẽ không phá hoại tính liên tục của môi trường

(không hình thành các khe hở giữa các mặt của các phân tổ)

1.3.1.2, Mô hình lý thuyết cân bằng giới han

Mô hình này dựa trên giả thiết: ở tắt cả mọi điểm của môi trường dat tồntại các mặt mà trên chúng điều kiện cân bằng giới hạn được thực hiện

ø

an]

=

Hình 1. Quan hệ ứng suất - bién dang trong

M6 hình lý thuyết cân bằng giới han

Hệ phương trình tương ứng với trường hợp bài toán phẳng có dạng:

Hai phương trình cân bằng tĩnh:

Am , Os

aay

1-95 = (6) +05 +26.) sing Phương trình thứ ba là kiện cân bằng giới hạn xác định tat cả các

đặc tính của mô hình Phương trình là một trong các dang của phương trình

di

lomb + = 6 tg + e được qua các ứng suất chính Chú ¥ rằng

trong mô hình môi trường lý thuyết cân bằng giới hạn chỉ nghiên cứu sự đạt tới trạng thái giới hạn tại điểm bắt kỳ, không có bắt kỳ biến dạng tróc nào và

không xem xét sự cháy liên tục có thé của môi trường và các biến dạng của.

nó, nghĩa là có thể nói rằng: mô hình này không biến dạng

1.3.1.3 Mô hình đàn hồi - cân bằng giới hạn

Mô hình hỗn hợp lý thuyết môi trường biến dạng tuyến tính và môitrường lý thuyết cân bằng giới hạn

Giả thiết rằng trong môi trường đất tồn tại cả vùng môi trường lý thuyếtvật thể biển dang tuyển tính cũng như vùng trang thái cân bằng giới hạn

ơi

Sỉ

Hình 1.6: Quan hệ ứng suất - bién dạng trong mô hình

đàn hồi - cân bằng giới hạn

có dạng

Hệ phương trình mô tả trạng thái ứng suất của môi trường s

~ Hai phương trình cân bằng tinh

đất; các phương trình tương thích - chỉ trong vùng đàn hồi; còn phương trình

sau cùng - chỉ trong vùng cân bằng giới hạn Trên biên giữa hai môi trường và

trên các biên ngoài cin làm thoả man các điễu kiện biên phi hợp,

1.3.1.4 Mô hình đàn hồi phi tuyển

Đây là mô hình đàn hồi coi quan hệ ứng suất biển dạng là phi tuyến Để

mô tả tính dan hồi phi tuyến, người ta vẫn ding phương trình như đối với mô

hình tuyến tính nhưng thay ma trận [D] bằng ma trận [Dạ ] Trong đó các.thành phan của ma trận [Day ] không phải là các trị số én định mà thay đổiphụ thuộc vào biển dạng Ma tran [Dạ, ] không nhất thiết phải cho ở dạng

tường minh: chỉ cần đưa ra một loại phép toán ma qua đó có thé tính được các

ứng suất theo biển dang cho trước {e} trong môi trường phi tuyến đà cho

- Đặc trưng liên hệ ứng suất và biến dạng toàn phần được gọi là đặc trưng cát

tuyến và ma trận tương ứng với nó là ma trận cát tuyến [D,]

{o} = [Del te} 10

- Đặc trưng và ma trận liên hệ độ tăng ứng suất và biến dạng nhỏ ở mức các

ứng suất đã đạt được, gọi là đặc trưng và ma trậ tiếp tuyển.

= [DJ {de} (12)

Dựa trên các quan hệ phi tuyến giữa ứng suất và biến dạng được tiếp

ang như khi dỡ tải

(do}

nhận là duy nhất ở mọi điểm của khối dat, cả khi tăng tải

Biến dạng dẻo được tính gộp với biến dạng đàn hồi bằng cách áp dụng,

các quan hệ thực nghiệm “img suất - biển dạng toàn phần (đản hồi + dẻo)”

hình học, hoặc trong trường hợp tổng quát có đồng thời cả hai

~ Tính phi tuyến vật lý: là tính phi tuyến của phương trình vật lý

- Tỉnh phi tuyến hình học: là tinh phi tuyến của liên hệ biển dạng và

chuyển vị (hệ thức hình học).

Phan lớn các bài toán phi tuyến của cơ học dat là phi tuyển vật lý (m6 hìnhvật liệu) Các phương trình khởi điểm áp dụng trong lý thuyết đàn hồi phituyển vật lý về thành phan cũng giống như trong lý thuyết dan hồi tuyển tính

Trong đó các phương trình cân bằng và các hệ thức hình học của cả hai lý

thuyết hoàn toàn đồng nhất, còn khác nhau chỉ là các phương trình vật lý.Khi giải các bài toán phi tuyến, thông thường các phương trình vật lý tiếp

nhận dưới dạng các hệ thức của định luật Hooke tổng quát giống như trong lý

thuyết đàn hồi tuyến tính, nhưng với các giá trị Moduyl Young E và hệ số

Poisson v (hoặc là các môđun tương ứng G và K) bị thay đổi tuỳ thuộc trạng

thái ứng suất.

1.3.1.5 Mo hình din - déo

Theo mô hình nay thi biến dang dan hồi va biển dang déo được mô tariêng biệt bằng các quan hệ vật lý khác nhau Cơ sở của phần lớn các cáchgiải dan déo khác nhau đều dựa trên những khái niệm của lý thuyết chảy dẻo.Vin đề khá quan trọng trong tính toán đàn - đẻo các khối đất là sự lựachon các hệ phương trình vi phân vật lý phủ hợp đối với biến dạng déo được

xác định bởi mô hình đất đang thực hiện trong phép giải đã cho Hiện nay

trong các ứng dụng thực tế thi các mô hình của môi trường đản-dẻo lý tưởng

và môi trường đản - dẻo tăng bền được áp dụng rộng rãi nhất

a) Mô hình môi trường din-déo lý tưởng (môi trường Reuss- Prandtl):

- Mô hình này là sự tổng quát hóa của môi trường din hồi và déo cứng

có ma sit Trong bài toán biển dang, mô hình được dùng phải bảo đảm lời giải

nhận được là đồng nhất, ứng suất và biến dạng là đồng trục Với bai toán của

môi trường nảy, đã có nhiều lời giải bằng giải tích được giới thiệu, điều đó

cho phép so sánh các lời giải bằng số với các lời giái giải tích chính xác V

ban chất, mô hình phối hợp hai lý thuyết cơ sở của cơ học hiện dai: lý thuyếtđàn hồi và lý thuyết trạng thái giới hạn; mô hình được mô tả bằng các đặc

trưng cơ học thông thường trong khảo sát địa chất công trình

~ Quan hệ ứng suat-bién dạng được thể hiện trong Hình 7.8 Cơ chế làmviệc của mô hình này cũng khá đơn giản Trong mô hình này biển dạng được

mô tả bằng biểu dé song tuyến tinh:

ø

sp B

Hình 1.8: Quan hệ ứng suất - biến dang trong mô hình đàn dẻo lý tưởng

~ Đoạn 1: Thoả mãn trạng thái ứng suất trước giới hạn, đất được coi là phù hợp với mô hình biển dạng tuyển tính Có thé chấp nhận các phương trình vật

lý của định luật Hooke tổng quát - các phương trình này được dùng cho thành

phần biến dạng toàn phần đàn hồi khi biển dạng déo

~ Đoạn 2: Mô tả quá trình phát triển biển dang dẻo của dat ở trạng thái ứng

suất giới hạn, chấp nhận quan hệ ứng suat-bién dang của định luật chảy dẻo.kết hop

Hiện nay có nhiều giả thiết về tiêu chuẩn dẻo như của Tresca, Mises,Coulomb, Coulomb-Mises tổng quát Thông số chính để đánh giá mô hình

theo tiêu chuẩn dẻo là him số mô tả quỹ tích của điểm déo (cỏn gọi là hàm

déo F), trong d6 có hàm biểu thị sự nới rộng mặt chảy dẻo theo mức độ tăng,

lộ

thông số độ bén k, Hàm đẻo phụ thuộc vào trang thái ứng suất của đất da:

F =F ({o}) - Hàm thế déo, phụ thuộc các thành phan tenxo ứng suất

Dã

Tuy theo tiêu chuẩn dẻo khác nhau, có thé thu được các lời giải khác

nhau cho bài toán ứng sudt-bién dang

Mô hình đàn-dẻo lý tưởng là mô hình tương đối phù hợp với điều kiện

lim việc của đất nén, nó không đỏi hỏi các thí nghiệm địa kỹ thuật trong

phòng quá phức tạp, có thể được đáp ứng ở các phòng thí nghiệm cơ đấtthông thường Mô hình này có thé áp dụng phù hợp cho hau hết các loại đắt.b) Mô hình môi trường đàn - dẻo tăng bền:

ol

Hinh 1.9: Quan hệ ứng suất - biển dang trong mô hình đàn déo tăng bén

Các biến dang đàn hồi hoàn toàn (huận nghịch) và biến dạng déo ngay

từ bắt đầu tăng tải lên môi trường, kể cả khi trạng thái trước giới hạn, được

nghiên cứu và xác định riêng biệt và độc lập với nhau,

Phan ánh được những hiệu quả nào day của tính chat dat trước giới hạn

mà trong mô hình môi trường đàn déo lý tưởng không dé kể t được Phương

trình vật lý mô tả hai loại biến dang tách biệt là:

+ Đối với biển dang đàn thi quan hệ ứng suất - biến dang của định luật Hooke tổng quát được chấp nhận, trong đó các môđun (G, K) là các

médun đàn hồi được xác định theo các thí nghiệm khi dỡ tải

+ Đổi vị biến dang đẻo thì sử dụng các quan hệ của định luật chảy

đẻo, với hàm F = F({ø, k}) chứa các thông số tăng bền k Các thông số tăng

bên "điều khiển” sự thay đổi hình học của mặt tải trọng (mặt chảy) Các thông

số này thường là các bat biển biến dang dẻo tích luỹ nao đó

1.3.1.6, Một số mô hình khác

Ngoài các mô hình nền đã nêu ở trên, còn có một số mô hình nén đã

được nghiên cứu như: mô hình nền Cam clay, Cam clay cãi tiễn: mô hình mũ;

mô hình lưu biến; mô hình cứng hoá biến dạng dan hoi đẻo mới dựa trên co

sở Moht-Coulomb không kể tới hiệu ứng ding; mô hình cứng hoá động; mô inh Duncan-Chang v.v

Mỗi mô hình có những đặc điểm riêng va phủ hợp với những loại môi

trường đất đá khác nhau Điểm chung của các mô hình này là cần phải có

nhiều số liệu khảo sát địa chất công trình cũng như các thí nghiệm phức tap,

tốn kém Các mô hình này đang tiếp tục được hoàn thiện để có thể sử dụng

chúng một cách hợp lý trong các bài toán địa cơ học.

1.3.1 Các phương pháp dùng dé phân tích ứng suất bién dang

Để xác định trạng thái ứng suất - biến dang, thông thường có hai phương

pháp là: phương pháp giải tích và phương pháp sé.

1.3.2.1 Phương pháp giải tích:

Phương pháp này xuất phát từ ba trạng thái biển dạng sau:

~ Trạng thái tĩnh : cân bằng đàn hồi không có biến dang hông.

~ Trang thái chủ động: cân bằng déo kẻm theo dan nở hông

- Trang thái bị động: cân bằng đẻo kèm theo ép co hông

Ung suất thắng đứng và nằm ngang có thể biểu diễn qua tỉ số:

Kø, (114)

Trong đó, K là hệ số áp lực đất

Ba trạng thai kể trên liên hệ với Lý thuyết phá hoại Mohr ~ Coulomb:

trong trường hợp phá hoại trượt hoặc biển dạng dẻo liên tục, vòng Mohr biểu

thị ứng suất pháp và ứng suất tiếp trên mặt trượt là vòng tròn giới hạn Các.vòng Mohr giới hạn và các ứng suất pháp khác nhau có một đường tiếp tuyến.chung được gọi là đường bao phá hoại trong Hình 1.70 Biểu thức Mohr —Coulomb biéu thị đường bao phá hoại theo công thức:

Đường bao phá hoại

DF Vong tion Mohr

HỆ lại N.

' Ko, 120, ,

+ On

Oo ‘ ` =

A c BHình 1.10: thuyết phá hoại Mohr - Coulomba) Ap lực đất tĩnh

Nếu trang thái ứng suất trong khối dat nằm dưới đường bao phá hoại

‘Mohr- Coulomb thi khối đất ở trạng thái

ứng suất hiệu quả thẳng đứng ø, tại một điểm bất ky

Quan hệ ứng suất hiệu quả nằm

ngàng ơ, tương ứng v

như sau:

a,=Ke, (1.17)

Ko phụ thuộc vào lịch sử chất, dé tải và mật độ tương đối của đất Với

ai kết thông thường, Jaky đã đề nghị quan hệ khá phủ hop với giá trị quan

sat của Bishop như sau:

K, —sing (1.18) Trong đó, 9) là giá tri của ø' ở trang thái cực hạn.

uh 9!

Đường bao phá hoại

‘Vang tron Ko lớn nhất

Vong tron Ko cho đất “ˆ ð điều kiện giới hạn

Vong tồn Ko nhỏ nhất ott thine thing

5 J ‘Vang tron Ko cho đất

quá cổ kết

học =KoG;

Hinh 1.11: Ap lực đất tĩnh Lý thuyết phá hoại Mohr - Coulomb

5) Cân bằng déo và lý thuyết Rankine:

Với sự chảy déo hông thi ø, sẽ tăng hay giảm, với đường kính vòng tron

Mohr biển đổi tương ứng (AB hay BC trong Hình 1.11) Khi nở hông, trangthái cân bằng dẻo (phá hoại) đạt được tại giá trị ø, cực tiểu Khi ép co hông,

trạng thái giới hạn dat giá trị ø, cực đại Trong cả hai trường hop này thi sức

chống cắt của đất sẽ được huy động toàn bộ Rankine gọi tương ứng là trạng.thai chủ động và bị động của dat thé hiện trong Hinh 1.12.

Đường bao phá hoại

Tình 1.12: Các trạng thái cân bằng dẻo cia RankineQuan hệ giữa áp lực hông giới han và ứng suất thẳng đứng được biễu thị:

ou Ke, (1.19)

Oy =K,ơ, (1.20)

Trong đó, K, và lần lượt là hệ số áp lực dit chủ động va bị động được

biểu dign qua góc ma sát trong 9 và xác định theo các công thức:

=te'[45"s 1.22)Tsing 2) 29

1.3.2.2 Phương pháp số:

Để giải bai oán vé trang thái ứng suất - biển dạng và én định

liệu địa phương, thông thưởng có thé sử dụng các phương pháp

+ Phương pháp sai phân hữu hạn.

+ Phương pháp phan tử hữu hạn.

+ Phương pháp biển phân cục bộ,

Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, trong đó phương pháp phần

tử hữu hạn giải được các bài toán có biên phức tạp, phản ánh đúng với thực tế

sự làm việc của nén, vật liệu và cho kết quả có độ chính xác cao Với phương

pháp này ta có thé nghiên cứu được bai toán nén dj hướng va trong trường.hợp thi công, bai toán nhiệt, bài toán có xét đến ảnh hưởng của động đi

Các phương pháp giải tích có thé hạn chế những điề kiện tải trọng và

điều kiện biên nhất định Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệthông tin việc giải quyết các bài toán địa kỹ thuật cho phép áp dụng rộng rãiphương pháp số, bằng phương pháp số người ta có thé mô tả được nhỉ

lớp bài toán có điều kiện phức tạp với các wu điểm:

~ Có thé giải quyết các bai toán địa kỹ thuật như phân tích biển dạng.đánh giá ổn định về cường độ của khối đắt - đá, thấm - c kết và ứng suất

- Biển dạng với các mô hình thành phần tiên tiến để mô phỏng các tínhchất phi tuyến và phụ thuộc thời gian của môi trường dat, đá

- Có thể giải quyết các bài toán liên quan đến áp lực lỗ rỗng thuỷ tĩnh và

inh và môi không thuỷ tinh của đắt nhiều pha Sự tương tác giữa công

trường đất với các tải trọng tĩnh và động

- Cho phép tự xây dựng mô hình tính toán và sir dụng trong chương trình

như mô hình mẫu

14 KET LUA!

Trong Chương 1 tác giả đã trình bay tổng quan về tinh hình nghiên cứu

và ứng dụng của cọc XMD dé gia cố nén đê, đập trên Thế giới và Việt Nam.Nhìn chung, mục đích sử dụng của cọc XMĐ xử lý nền công trình thuỷ lợi

hiện nay chia làm 2 nhóm là: (1) Sử dụng cọc XM với mục đích gia cổ nên;

(2) Sử dụng cọc XMĐ với mục đích chống thắm Các kết quả nghiên cứu và

ứng dụng tuy chỉ là bước đầu nhưng cũng mở ra nhiều hướng phát triển cho

việc sử dụng cọc XMĐ trong việc xử lý nền công trình xây dựng, đặc biệt là

xử lý nền đề, đập

Cũng trong chương này, tác giả cũng đã đưa ra một số mô hình vật liệu

dùng dé mô tả và giải quyết bài toán ứng suất và biến dạng nền, Qua phân tích

cho thấy, mô hình đản déo là mô hình kết hop giữa lý thuyết đản hồi va lý

thuyết đàn dẻo mô tả khá đúng sự làm việc của đất nền Thông qua việc mô tả

này, có thể giải quyết bài toán bằng các phương pháp thông thường là:

Phương pháp số và Phương pháp giải tích Với những ưu điểm nỗi trội của Phương pháp số cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thi phương

pháp này đang được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong việc giải quyết các.bài toán về ứng suất và biến dạng phức tạp

CHƯƠNG2

THIET KE XỬ LÝ CHO DE, DAP KHI GIA CÓ NEN BANG

CỌC XI MĂNG - DAT2.1, CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIEM

Công việc tiến hành công đoạn thí nghiệm phục vụ cho việc thiết kể, thi

công xử lý cho nén đê, đập gia có bằng phương pháp cọc XMĐ bao gồm:

~_ Khảo sát, xác định các điều kiện ban đầu của đất nền (các chỉ tiêu cơ lý,địa tầng, địa chất thuỷ văn )

- - Khảo sát sự tăng cường độ đất tự nhiên với xi măng, thông qua các mẫu.lấy nước được tại hiện trường xây dựng Tìm ra hàm lượng chất gia cổ

(xi mang) tối ưu về n t kinh tế và kỹ thuật

~_ Kiểm tra trên cột thi công thir nghiệm ở hiện trường dé đánh giá sựtương thích giữa thiết kế và thi thi công

2.1.1 Khảo sát địa chất công trình

~ Mục đích: khảo sát địa chất công trình khu vực xây dựng nhằm xácđịnh các yếu tố về địa hình, địa mạo, mực nước ngằm và các yếu tố khác

ác thông số cần xác định:

+ Địa hình khu vực xây dựng.

+ Lat cắt địa chất

+ Các kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu cơ lý của từng lớp đất

+ Địa chất thuỷ văn (cao độ MN ngằm hiện tai và cao nhất có thé)

+ Tài liệu về công trình lân cận, môi trường xây dựng.

2.1.2 Các thí nghiệm trong phòng xác định cường độ cọc XMB

~ Mục đích: đễ thiết kế được nền gia cổ bằng cọc xi măng - đắt cần phải

biết được tinh chat vật liệu tạo nên cột Do đó, mục dich chính của thí nghiệm

1 thông qua thí nghiệm trong phỏng dé xác định được him lượng xi mang vàcác phụ gia khác nhằm phục vụ mục đích thiết kế

~ Các thông số cần xác định

+ Đối với việc xác định cường độ cột hay cũng như bê tông hiện nay sử

dụng là chỉ số Ros Để xác định được giá trị này ta thực hiện trộn nhiều

các trường hợp ham lượng xi măng khác nhau Với mỗi giá trị ham

lượng xi mang khác nhau, người ta chia ra nhiều tổ mẫu, mỗi tổ mẫu

không nhỏ hơn 3 mẫu Mỗi tổ mẫu được thí nghiệm theo tuổi mẫu 3

ngày, 7 ngày và 28 ngày.

+ Các thông số khác cần xác định là chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, độ

âm, ) cường độ (chịu cắt, chịu nén), moduyl biển dang của xi măng

-đất, các chỉ số này phụ thuộc tổng thé nhiều yếu tổ: hàm lượng ximing, him lượng các chất hữu cơ trong đất, ngày tuổi, loại và him

lượng phụ gia Vì vậy, dé xác định được cường độ chịu lực của cọc xi

khác nhau.

măng - dat cần phải thí nghiệm với nhiều tổ mi

2.1.3 Các thí nghiệm tại hiện trams

ki

tra chất lượng của các cọc XMĐ là một khâu rất quan trong thông

qua công tác kiểm tra khả năng chịu tải của cọc XMB tại hiện trường,

Có nhiều thí nghiệm để kiếm tra khả năng chịu lực của cọc XMP tuy vio

từng yêu cầu cụ thé mà có các thí nghiệm khác nhau Các thí nghiệm này phải

tuân theo tiêu chuẩn; ASTMD 1143-81

Trước khi thi công dai tra, cin thi công thử một số cọc trong phạm vi khu.vực xây dựng dé kiểm tra giá trị thiết kế dựa trên những kết quả thí nghiệm.trong phòng Sự thay đôi cục bộ vẻ địa chất có thé ảnh hưởng tới các thông số.thi công Do đó, các cọc thử cần được phân bé đều trong khu vực can gia cố

Dé kiểm tra tính đồng nhất và cường độ của cọc sau 2 đến 4 tuần khi thi công.cọc thí nghiệm thì tiến hành thí nghiệm kiểm tra (cọc có thể được nhé lên để

đánh giá) Các thí nghiệm thường hay được sử dụng như : Thí nghiệm xuyên tình CPT, thí nghiêm xuyên tiêu chuẩn SPT, thí nghiệm nén ngang, thí nghiệm nến tải trong tình thường được sử dung cho các mục dich này.

213.1 Thí nghiệm xuyên tinh CPT:

Thi nghiệm xuyên tinh là một thí nghiệm xuyên trong đó chuy được day

ép xuống ma không phải là đóng vào trong đắt Thí nghiệm này được tiếnhành trước và sau khi gia cổ bằng cọc XMĐ để đánh giá độ đồng đều của cọc

và hiệu quả của việc gia cố Thông qua các kết quả thí nghiệm như: Sức

kháng xuyên q., ma sát bên F,, có thể cả áp lực nước lỗ rỗng u (tuỳ thuộcthiết bị) từ đó xác định được:

+ Cấu tao địa tang của khu vực khảo sat

+ Các chỉ tiêu cơ lý của đất nén trước và sau gia cố: E, C, ọ.

+ Site chịu tải của cọc XMB.

2.13.2 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT:

Thi nghiệm xuyên tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi và được tiến hành

trong suet quá trình khoan nhằm đánh giá độ chặt tương đối và các đặc trưng

độ bền chống cắt Trong thí nghiệm nay, dùng một ống lấy mẫu bửa đôi cóđường kính tiêu chuẩn SOmm được đóng vào trong đất bởi một chiếc búa cótrọng lượng tiêu chuẩn 65kg rơi lặp lại nhiều cú ở độ cao 0,76m ống mẫu

đóng sâu vào đất toàn bộ khoảng 450mm, số cú đập N cho 300mm xuyêncuối cùng được ghi lại Kết quả số nhát đập N suy ra được cấu tạo địa tang,

các chi tiêu cơ lý

2.1.3.3 Thí nghiệm nén ngang PMT:

Trong thí nghiệm nén ngang cho kết quả là quan hệ * áp lực - chuyển vị”của đất, Từ kết quả của thí nghiệm này ta có thé tính được moduyl biển dangcủa đất, dự báo được độ lún của công trình và dự báo sức chịu tải theophường ngang Do sự phức tạp của thí nghiệm nén ngang nên đòi hỏi có thiết

bị tương đối hiện đại

2.1.34 Thí nghiệm nén tải trọng tĩnh:

Để xác định sức chịu tải nén của cọc đơn qe, quy trình gia tai, sức chịu tải của cọc phải tuân theo các tiêu chuẩn thử tải của TCVN,

2.2 SỰ LAM VIỆC CUA COC DON VÀ NHÓM CỌC XMĐ.Ề

Dưới tác động của tải trong (tĩnh và động) cọc và nhóm cọc XMB sẽ

tương tác với đất nền xung quanh cọc Sự tương tác này làm cho cọc và nhóm

coe XMĐ có một sức chịu tải nhất định Chính sự tương tác này sẽ gây raphần ứng suất tăng thêm trong bản thân cọc XMĐ và dat nền xung quanh cọc

Đối với cọc đơn hay nhóm cọc XMĐ van đề có hiệu quả hay không phụ thuộc.vào việc có tận dụng được sự làm việc của của đất nên tại chỗ hay không?Tuy nhiên, những nghiên cứu về vật liệu và ứng xử của cọc và nhóm cọc

XM chưa nhiều nên vẫn còn tồn tại nhiều tranh luận xunh quanh vấn dé này,Các tranh luận đó xoay quanh các vấn đề chính: Bản thân vật liệu XMĐ ;

“Tương tác giữa cọc XMB và đất nền xung quanh; Hiệu ứng của nhóm cọc

XMB Sở di các quan điềm vẫn chưa được hoàn toàn thống nhất với nhau

do bản thân quá phức tạp, các nghiên cứu và thí nghiệm vé những vấn

để trên chưa nhiều Do đó, các nhà khoa học theo các trường phái khác nhau

có những quan điểm khác nhau để lý giải cho vẫn đề tính toán thiết kế,

Hiện nay, có nhiều quan điểm tỉnh toán khác nhau nhưng tựu chung có 3

quan điểm chính như sau

~ Quan điểm cọc làm việc như cọc (tính toán như mồng cọc)

~_ Quan điểm nhóm cọc XMĐ và đất cùng làm việc đồng thời (tính toán

như đối với nền thiên nhiên).

~ Tinh toán theo cả 2 quan điểm trên (Sức chịu tải thi tinh toán như

“ege”, còn biến dang thì tinh toán theo nên),

2.2.1 Phương pháp tink toán theo quan điểm cọc làm việc như cọc

Pham vi: Quan điểm này đỏi hoi cọc phải có độ cứng tương đối lớn và

các đầu cọc này được đưa vào ting dat chịu tải Khi đó, lực truyền vào móng

sẽ chủ yếu đi vào các cọc XMĐ mà bỏ qua sự làm việc của đất nền dưới diymóng Trường hợp trụ không đưa xuống được ting đất chịu lực thì có thể

dùng phương pháp tính toán như tính toán với cọc ma sắt

4) Đánh giá én định của các cọc theo Trạng thải giới hạn 1

Kha năng chịu lực của công trình phụ thuộc vào số lượng và cách bé trí

các cọc trong khối móng Kết quả phân tích tính toán thé hiện thông qua gid

trị các nội lực tác dung lên trụ: M,N, Q

Điều kiện đảm bảo an toàn:

~_ Nội lực lớn nhất trong một cọc:

Qn

- Moment lớn nhất trong mot cọc

Moc [Ma] 22

~ Chuyển vị của khối móng

Aw<[A] @3)

Trong đó:

+ Quy là Sức chịu tải giới hạn của cọc XMĐ;

+ [M,,] là Moment giới hạn của cọc XMD;

+E, là hệ số an toàn;

b) Đánh giá dn định của các cọc theo Trang thái giới hạn 2:

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2 đảm bảo cho móng trụ không phát sinh biển dang và lún quá lớn

Xs,<[S„] Ø4)

Trong đó:

+ Zs, là Độ lún tổng cộng của móng cọc;

+ [Spy] là Độ lún giới hạn cho phép;

Các hạn chế của quan điểm tính toán này là:

~_ Các coe XMĐ được coi như các cọc cứng Tải trong của công trình do

cọc này chịu Tuy nhiên, các kết quả thí nghiệm trên hiện trường đã

chứng tỏ rằng khi chất tải các cọc nảy chỉ chịu một phần, phần còn lại

do nên xung quanh chịu,

~_ Dai hỏi cường độ của các cọc XMĐ phải có độ cứng gap nhiều lần so

với cường độ của đất nền xung quanh Nghĩa là phải đòi hỏi một him

lượng xi mang rat lớn, điều này không có đúng với thực tế vì người tachi sử dụng một hàm lượng xi măng thấp dé đảm bảo yếu tố kinh tế

2.2.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương

Pham vi: Quan điểm này thường được sử dụng trong các bài toán phân

tích toàn diện tính ôn định đất, cọc XMĐ nhằm làm tăng sức kháng cắt trong

diện tích gia cổ - thực chất là quan điểm xử lý nén bằng cách cải tạo nẻn

Nền cọc và đất dưới đáy móng được xem như nén đồng nhất với các sốliệu cường độ @„, Cụ, Ew được nâng cao (được tính từ ọ, C, E của đất nền

xung quanh cọc và vật liệu làm cọc) Công thức quy đổi tương đương ọ, Cụ,

Ey dựa trên độ cứng của cọc XMĐ, đất và diện tích đất được thay thé bởi cọc

XMĐ, Gọi m là tỷ lệ giữa diện tích cọc XMĐ thay thé trên diện tích đắt nền

+ A, là Diện tích dat nền được thay thé bởi cọc XMĐ;

+A, là Diện tích dat nền cần gia có:

Trong phương pháp này, bài toán gia cố đắt có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra:

= Tiêu chuỗn về cường độ: Quy Cụ của nền được gia cổ phải thoả mãn điều kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình.

~_ Tiêu chuẩn biến dạng: Moduyl biến dạng của nền được gia cổ Ey phải

thoả man điều kiệ lún của công trình.

Để giải quyết bai toán nay có thé sử dụng các công thức giải tích và các

phần mềm địa kỹ thuật hiện có Hạn chế của quan điểm tính toán này là:

Trong các công trình sử dụng cọc XMĐ dé gia cố chống trượt, chúngthường được bố trí theo dạng tắm (hang và cột cắt nhau) Trong thực tế, sự.

lâm việc của khối XMĐ và đất nền không hoàn toàn như vậy Nghĩa là lượngvật liệu (ở đây là xi măng) cũng không hoàn toàn trộn lẫn với đất nền xung

quanh dé tạo nên một loại vật liệu có tính chống cắt tương đương dùng trong

tính toán.

2.2.3 Phương pháp tính toán theo quan diém hỗn hợp

Theo quan điểm này, sức chịu tai thì tính toán như cọc, còn biến dạng

thì tinh toán theo nền Hiện nay, có rất nhiều nước sử dụng quan điểm này đểphục vụ cho việc tính toán gia cổ nền mà đại điện là 3 cách sử dụng:

~ Theo cách tính toán của Viện kỹ thuật Châu A A.I.T

- Theo quy phạm Trung Quốc DBI 08-40-94.

~ Theo cách sử dụng Châu Âu

2.2.3.1 Cách tính toán của Viện kỹ thuật Châu A ALT

4) Sức chịu tải của cọc đơn

Khả năng chịu tải của cọc XMĐ được quyết định bởi sức kháng cắt của

đất sét yếu bao quanh (đất bị phá hoại) hay sức kháng cắt của vật liệu cọc(cọc XMĐ phá hoại) Loại phá hoại đầu phụ thuộc cả vio sức căn do ma sát

mặt ngoài cọc XMĐ và sức chịu chân cọc XMB, loại sau còn phụ thuộc vào

sức kháng cit của vật liệu cọc XMD Khả năng chịu tải giới hạn ngắn của cọc.XMD đơn trong dit sét yếu khi dit phá hoại được tinh theo biểu thức:

“Trong đó:

+ d là Đường kính của cọc XMD;

+ Hoge li Chiều dai cọc XMD;

+ Cụ là Độ bền cắt không thoát nước trung bình của đất sét baoquanh, được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệmcất cánh và xuyên côn;

Giả thiết là sức cản mặt ngoài bằng độ bền cắt không thoát nước của đất

xét Cụ và sức chịu ở chân cọc XMĐ tương ứng là 9 Cụ Sức chịu ở chân cọc

XMBD treo không đóng vào tang nén chặt, thường thấp so với mặt ngoài Sức.chịu ở chân cọc XMĐ sẽ lớn khi cọc XMĐ cắt qua ting ép lún vào đất cứng

nằm dưới có sức chịu tai cao Phin lớn tải trọng tác dung sẽ truyền vào lớp

đất ở dưới qua đáy cọc XMĐ Tuy nhiên, sức chịu ở chân cọc XMĐ không

thé vượt qua độ bền nén của ban than cọc XMĐ,

Trong trường hợp cọc XMĐ đã bị phá hoại trước thi các cọc XMĐ được

xem tương tự như một lớp đất sét cứng nứt nẻ Độ bén cắt của hỗn hợp sét ở.dang cục bộ hay hợp thé đặc trưng cho giới hạn trên của độ bén Khi xác định.bằng thí nghiệm xuyên hay cắt cánh, giới hạn này vào khoảng từ 2 + 4 lần độ.bền cắt đọc theo mặt liên kết khi xác định bởi thí nghiệm nén có nở hông

“4

Do bến nến của coe được khai quật

So dé phá hoại của đất dính gia cố bằng coe XMD

Khả năng chịu tải giới han ngắn ngày do cọc XMB bị phá hoại ở độ sâu

z được tính từ quan hệ

+âm,) 2.10) Trong đó:

+ Coge là Lực dinh kết của vật liệu cọc XMĐ

+ ơ, là áp lực ngang tổng cộng tác động lên cọc XMĐ tại mặt cắt

giới hạn

Giả thiết góc ma sát trong của dat là 30° Hệ số tương ứng hệ số áp lực

bị động Ky, khi @,r.gexn = 30”

Giả thiết là: y= Gy + 5Cy 4110)

Trong đó;

+ ø, là áp lực tông của các lớp phủ bên trên

+, là Độ it không thoát nước của đất sét không én định

bao quanh

Công thức này được dùng khi thiết kế có xét áp lực tông của các lớp pha

bên trên, vì áp lực đất bị động thay đổi khi chuyển vị ngang lớn

Do hiện tượng rão, độ bền giới han lâu dải của cọc XMĐ thấp hơn độ bền ngắn hạn Độ bền rão của cọc Q,s ¿soup từ 65+ 85% của Q„,.xwø.

Giả thiết quan hệ ứng suất — biến dạng là tuyến tính cho tới khi rão như.Hình 2.2 Có thé dùng quan hệ nay để tinh sự phân bố tải trọng oyso,cgexato và

moduyl ép co của vật liệu cọc XM tương ứng độ đốc của đường quan hệ

Khi vượt quả độ bền rao, tải trọng ở cột XMB được coi là hing số