Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích ảnh hưởng của mô đun biến dạng đến chuyển vị tường chắn hố đào

Thiết kế cọc xi măng đất sử dụng công nghệ Jet Grouting gia cường đáy hố đào theo phương pháp hỗn hợp vật liệu tương đương ...56 2.6.1 Thông số của đất được xử lý...56 2.6.1 Gia cường cọ

M ụ c tiêu

Mục đích của phương pháp phun vữa áp lực cao là để tăng sức kháng bị động cho đất trong khu vựa đáy hố đào Do đó, giúp đỡ trong việc giảm chuyển vị ngang tường vây trong quá trình đào Những tác dụng khác như: xây dựng trong bùn và ngăn việc thoát nước cũng làm giảm nguyên nhân gây lún đất xung quanh Lún mặt đất công trình lân cận do hạ mực nước ngầm cũng không đáng kể Dịch chuyển của mặt đất trong khu vực hố đào có bùn chảy là không đáng kể

Một số lượng lớn các loại cọc xi măng đất sử dụng công nghệ Jet grouting cải tạo đất sử dụng trong các hố đào áp dụng ở nhiều nước trên thế giới Có thể là do thực tế rằng loại hình này cải tạo đất là tương đối dễ dàng sản xuất và dễ dàng thực hiện Tuy nhiên, phương pháp phân tích và ý tưởng thiết kế vẫn còn đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu một phương pháp thiết kế rõ ràng vào thời điểm này Và phân tích những vấn đề này thường đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn, nên phương pháp Phần tử Hữu Hạn được sử dụng

Từ kết quả quan trắc thực tế của công trình thật sẽ được đem so sánh với kết quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH để chứng minh tính hợp lý và hiệu quả của mô hình có sử dụng cột Jet Grouting gia cố đất trong hố đào

Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí lắp đặt cột jet grouting, khoảng cách giữa các cột, tỷ lệ cải thiện mặt đất của các cột đến chuyển vị của tường vây

Xây dựng các mối quan hệ giữa các phương pháp tính.

Nội dung nghiên cứu

Luận văn này trình bày ứng dụng của phương pháp phun vữa áp lực cao để giảm chuyển vị ngang tường vây trong quá trình thi công tầng hầm Có thể giải quyết chuyển vị vượt quá giới hạn của các tòa nhà liền kề với công trình đang xây dựng trong phạm vi có thể chấp nhận được Trong phương pháp này, một phần khối lượng đất trong khu vực hố đào được thay thế bằng các cột vữa áp lực cao trong nỗ lực để tăng sức kháng thụ động của đất, như là một biện pháp hiệu quả để hạn chế chuyển vị ngang tường vây Sơ bộ về nội dung nghiên cứu đề tài, tác giả tập trung chủ yếu vào những nội dung sau:

• Chương 1: Từ những nghiên cứu của những tác giả khác, tác giả tổng hợp giới thiệu phần tổng quan các vấn đề về hố đào sâu và khoan phụt cao áp “ JET GROUTING”, đưa ra cái nhìn tổng thể, những điều còn hạn chế để tiếp tục nghiên cứu

• Chương 2: Để đáp ứng được những việc tính toán và nghiên cứu, tác giả đi sâu tìm hiểu những cơ sở lý thuyết làm nền tản, đưa ra được những thông số của mô hình hợp lý

• Chương 3: Tương quan tính toán công trình thực tế bằng các mô hình phần tử hữu hạn và kết quả quan trắc thực tế, từ đó rút ra những kết luận và đề xuất những giải pháp hiệu quả

• Kết luận và kiến nghị

Phương pháp nghiên cứu

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế nêu trên và kế thừa các kết quả nghiên cứu của các tác giả trên thế giới, tác giả đã tiếp cận đề tài: “Nghiên cứu sử dụng giải pháp Jet Grouting giảm chuyển vị ngang của hố đào sâu“ và tác giả chọn đề xuất giải pháp thiết kế dùng phương pháp phần Tử Hữu Hạn để so sánh kết quả Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:

Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính toán Nghiên cứu lý thuyết về phần tử hữu hạn (FEM)

Mô phỏng bài toán công trình thực tế bằng PTHH sử dụng phần mềm Plaxis

So sánh với quan trắc thực tế công trình

Mô phỏng công trình có sử dụng cột Jet Grouting bằng PTHH (PP RAS) sử dụng phần mềm Plaxis

Mô phỏng Công trình có sử dụng cột Jet Grouting bằng PTHH (PP EMS) sử dụng phần mềm Plaxis

Thu thập, phân tích, tính toán, tổng hợp để xây dựng các mối tương quan

Kết luận và nhận xét

Dự tính kết quả nghiên cứu

Sau khi có kết quả mô phỏng bằng phương pháp PTHH thì ta có được các biểu đồ chuyển vị của tường vây, đem so sánh với kết quả quan trắc thì thấy chuyển vị của tường vây khi có gia cố cột Jet Grouting sẽ giảm từ đó thấy được tính hiệu quả và kinh tế của phương pháp

Xây dựng được biểu đồ mối quan hệ giữa tỷ lệ đất được cải tạo với chuyển vị ngang của tường vây.

G ớ i h ạ n đề tài

Đề tài chỉ mới xét đến mô hình trong Plaxis là mô hình Hardening soil chưa xét đến những mô hình của đất khác

Chỉ xét đến phương pháp gia cố đất trong hố đào bằng các trụ xi măng, mà chưa xét đến những dạng gia cố khác như: kiểu tường là dạng kết nối các cột của đất được cải thiện thành một dạng tường, hoặc dạng khối là dạng mà các đất trong khu vực được cải thiện được thay thế bằng mội khối xi măng.

Ý nghĩa đề tài

Gới thiệu thêm một giải pháp mới giúp bảo vệ các hố đào sâu xây dựng chen trong thành phố, khi mà các biện pháp chống đỡ không có hiệu quả lớn

Trong tương lai đề tài sẽ là một tài liệu tham khảo quý giá và bổ ích cho các hố đào sâu tương tự về vấn đề mô phỏng, ứng dụng công nghệ Jet-grouting để chống chuyển vị ngang hố đào

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ KHOAN

Tổng quan các vấn đề về hố đào sâu

1.1.1 Đặc điểm hố đào sâu

Các công trình này tập trung trong những khu dân cư đông đúc, khả năng giao thông hạn chế, phần lớn là xây chen nên việc thi công hố đào rất khó khăn Yêu cầu tất yếu đặt ra là hố đào phải đảm bảo tính ổn định, cũng như chuyển vị của hố đào phải được khống chế trong giới hạn cho phép, tránh gây tác động xấu cho các công trình hiện hữu lân cận

Công trình ngầm và nền móng bị hư hỏng có thể chiếm tới hai phần ba sự cố các công trình xây dựng Việc thiết kế, thi công nền móng và sử dụng công trình ngầm gây hư hỏng có nhiều nguyên nhân Nguyên nhân có thể là do sự thiếu hiểu biết, thiếu kinh nghiệm, thiếu năng lực, thiếu tính chuyên nghiệp và đạo đức nghề nghiệp của người kỹ sư, chủ đầu tư và nhà quản lý Sự sụp đổ của hệ thống chống đỡ của đất trong hố đào sâu không nhất thiết là sự sụp đổ của hệ thống kết cấu, những kiểu phá hoại khác bao gồm sự biến dạng quá mức của đất và hệ thống kết cấu chống đỡ của đất, đánh giá mực nước ngầm không đầy đủ, và độ bền của kết cấu chống đỡ đất dẫn đến kết quả sụp đỗ trong quá trình thi công và sử dụng Sự sụp đổ trong hố đào sâu được tòm tắc trong những nguyên nhân chính sau:

Sai lầm trong khảo sát:

Thiếu các chỉ tiêu đất nền cần thiết:

• Lưu lượng nước và dòng chảy vào hố móng

• Sức kháng cắt không thoát nước và thoát nước

• Hệ số nén lún của nền theo độ sâu với các trạng thái ứng suất và biến dạng khác nhau và điều kiện thoát nước khác nhau

• Tầng chứa nước, mực nước ngầm

• Ảnh hưởng của môi trường

• Ảnh hưởng công trình lân cận

• Ảnh hưởng của tải trọng động

Sai lầm trong thiết kế

• Tính lún: Vấn đề lún và lún lệch có thể gây những thảm họa cho nền móng, như đã từng xảy ra ở Cầu chui Văn Thánh và ba nhịp dẫn cầu Cần Thơ Dĩ nhiên vấn đề chuyển dịch đất nền & lún mặt đất do xây dựng ngầm trong đô thị còn có nguy cơ gây thảm họa lớn không kém

• Do tính sức chịu tải của nền

• Do tính lưu lượng nước, lưới thấm

• Do tính áp lực ngang của đất

• Do tính khả năng phá hỏng hố đào do đẩy nổi hoặc cát chảy

• Không tính đến lực đẩy nổi (lực đẩy nổi của nước lên tầng hầm)

• Tính lưu lượng nước, lưới thấm, phần mềm…với điều kiện biên và chỉ tiêu đất nền sai

• Tính áp lực ngang của đất không chính xác Không kể đến các trường hợp tải trọng và trạng thái ứng suất khác nhau trong thi công

• Không kể đến khả năng phá hỏng hố đào do đẩy nổi hoặc cát chảy Sai lầm trong thi công

• Lựa chọn công nghệ thi công không đúng

• Lựa chọn sai thiết bị

• Chống thấm không triệt để

• Hạ mức nước ngầm làm nghiêng lún công trình xung quanh

Sai lầm trong quan trắc

• Không quan trắc nuớc ngầm và lưu lượng

• Không quan trắc sự thay đổi của mực nước

• Không quan trắc ứng suất trong các thanh chống ngang

• Không quan trắc một cách đúng đắn độ lún

• Không quan trắc sự làm việc của neo trong đất đá

• Không quan trắc tình trạng các công trình hiện hữu nằm trong vùng ảnh hưởng…

1.1.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của hố đào

Diện tích mặt bằng và độ sâu của hố đào có ảnh hưởng rất lớn tới sự mở rộng và sự dịch chuyển của đất xung quanh và bên dưới đáy hố đào Ở điện thành hố đào có chắn giữ bình thường thì sự dịch chuyển không thể tránh khỏi của đất vào trong hố đào khoảng 0-25% độ sâu của hố đào trong đất sét yếu và khoảng 0-0.5% độ sâu của hố đào trong đất sét cứng hoặc đất cát chặt

Tác động của nước ngầm đối với độ lún của đất là rất đa dạng và xảy ra theo từng giai đoạn khác nhau của quá trình thi công đào đất Thoát nước là nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ lún ngoài biên hố móng

Khi xây dựng công trình cao tầng trong điều kiện đô thị thì việc phải xây chen như công trình là điều thường gặp và luôn phải đối mặt với hàng loạt khó khăn và phức tạp do thi công tầng hầm gây ra Chúng ta phải tiên liệu được những gì sẽ xảy ra nên cần phải thiết kế một hệ thống quan trắc khá đầy đủ với kỳ vọng sẽ chủ động kiểm soát được mọi diễn biến bất lợi chẳng những đối với hố đào mà còn đối với các công trình lận cận Chủ động phân tích kết quả đo đạt sớm phát hiện công trình gần hố đào có nguy cơ bị đổ sập và cần kịp thời xử lý

1.1.2.4 Tác động của sự thay đổi ứng suất trong nền

Sự thay đổi ứng suất xảy ra ở hai dạng phần tử đất: phần tử ở cạnh hố đào và phần tử ở đáy hố đào

Sự giảm ứng suất tổng theo phương đứng và ngang xảy ra trong quá trình đào đất dẫn đến sự thay đổi áp lực đất chủ động trong nền và sự thay đổi cân bằng áp lực nước lỗ rỗng có tác động tới biến dạng của đất

1.1.2.5 Ứng suất ngang ban đầu trong đất

Trong các vùng đất cao, tồn tại những ứng suất theo phương ngang ở trong đất kiểu như trong sét quá cố kết, giá trị của hệ số áp lực đất lớn hơn K0, biến dạng của đất xung quanh hố đào tăng, thậm chí xảy ra ngay trong cả những hố đào nông Đối với đất có tính nén thấp, giá trị của hệ số áp lực ở trạngthái nghỉ là K 0 , biến dạng thường nhỏ hơn.

M ộ t s ố s ự c ố công trình do h ố đ ào sâu trong th ự c t ế đ ã x ả y ra

Tại công trình “ Cao ốc Pacific “ số 43-45-47 Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 1, TP.HCM Nước và cát từ bên ngoài chảy mạnh vào hố móng qua một lỗ thủng kích thước 0,2x0,7m trên thân tường chắn dày 100cm khi đang đào đất thi công tầng hầm sau khoảng thời gian 40 phút thì trụ sở “ Viện Khoa hoc – Xã hội” nằm cạnh công trình bị sập xuống

Tại công trình “Sài Gòn Residences” số 11 Thi Sách, Q.1 TPHCM Xuất hiện dòng nước phun mạnh từ đáy hố móng lên khi đang thi công đào đất tầng hầm Sau đó vỉa hè đường Nguyễn Siêu (gần công trường) bị sụp xuống một hố sâu gần 2m, kích thước của hố 4x4m, vỉa hè Nguyễn Siêu bị võng xuống

Tại công trình “Cao ốc, Lô A, Chung cư Bàu Cát 2” sạt lở vách hố đào khi đang đào đất tầng hầm Cao ốc 15 tầng (Vách hố đào được gia cường bằng cọc thép hình, cắm không liên tục)

Một số công trình trên thế giới và Việt Nam

Công trình MR Residential Building (MRRB), có kết cấu 35 tầng và 6 tầng hầm, tầng hầm dùng để xe, độ sâu tầng hầm 22.3m, sử dụng hệ tường vây dày 1m kết hợp cọc Jet Grouting cải thiện mặt đất Diện tích mặt bằng 2240m 2 (32mx70m), ở Thành Phố Kaohsiung phía nam Đài Loan

Công trình Kon-Her tọa lạc ở Đài Bắc, Đài Loan Kết cấu 15 tầng, với 3 tầng hầm, sử dụng tường vây dày 600mm, Độ sâu cuối cùng của hố đào sâu là 12.75m

Việc xây dựng các tường vây (cọc barret, cọc nhồi mini, cừ BTTC, ) xung quanh hố móng các cao ốc trong đô thị trong vùng đất yếu (bùn sét, cát hạt mịn, ) gặp khó khăn trong việc chống đỡ nước ngầm và biến dạng thành hố đào và có thể bị khuyết tật không lường trước được Sau sự cố tòa nhà Pacific ở Q1, TP Hồ Chí Minh, các nhà thầu có nhu cầu tìm giải pháp hỗ trợ để đảm bảo thi công hố móng được an toàn Viện Thủy công đã áp dụng thành công công nghệ Jet-grouting để hỗ trợ xây dựng tầng ngầm Đầu tiên là toàn nhà Vinafood (số 5 Ngô Quyền - Hà nội), tiếp đến là Trung tâm Thương mại Chợ Mơ (Hà nội) và hiện đang thi công ở toàn nhà ViettinBank (51 Hàm nghi, Q1, TP HCM).

Tổng quan khoan phụt cao áp Jet Grouting

Jet Grouting là một kỹ thuật gia cố nền bằng cách sử dụng tia nước/vữa/khí với áp lực cao để cắt đất, sau đó trộn vữa với đất vừa bị cắt tạo thành hỗn hợp đất – xi măng (soilcrete) có cường độ tốt hơn và hệ số thấm thấp hơn.Trong hệ thống các phương pháp xử lý nền, Jet Grouting là phương pháp được sử dụng khá linh hoạt cho nhiều mục đích khác nhau như: gia cường móng cho các công trình, làm tường chống thấm, làm giảm và kiểm soát chuyển vị cho các hố đào hay trong quá trình thi công hầm, v.v Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi khắc khe về kỹ thuật trong thiết kế và trong thi công, nếu sai sót trong thiết kế hay sự cố trong thi công cũng sẽ dẫn đến sản phẩm soilcrete không đạt chất lượng

1.4.2 Lịch sử phát triển của Jet Grouting

Kỹ thuật Jet Grouting sớm được phát minh ở Anh vào thập niên 50, nhưng được ứng dụng đầu tiên ở Nhật vào thập niên 70 Những nghiên cứu và phát triển ban đầu sử dụng nguyên lý về cắt và xói đất vào khoảng năm 1965 bởi Yamakado và cộng sự Trong giai đoạn này Jet Grouting được sử dụng đầu tiên chỉ để tạo tường ngăn nước

Vào đầu những năm thập niên 70, phụt vữa cao áp kết hợp xoay cần xuất hiện ở Nhật vì kết cấudạng bản khó tạo với các bề dày khác nhau và có cường độ yếu (Essler & Yashida 2004) [12] Cuối những năm của thập niên 70, hầu hết các kỹ thuật cơ bản về Jet Grouting đã được tìm ra và được chấp nhận trên khắp thế giới, nhưng trước tiên chủ yếu là ở Đức, Ý, Pháp, Singapore và Brazil (Xanthakos et al 1994) [36] Phạm vi này được mở rộng đáng kể trong các thập kỷ sau Ở Nam Mỹ, ý tưởng về Jet Grouting được đề cập lần đầu tiên vào năm 1979, cho đến 1984 một số ít các dự án nhỏ sử dụng các hệ thống thi công phương pháp này (Xanthakos et al 1994) [36] Cho đến năm 1987 thì Jet Grouting mới được dùng ở Mỹ (Choi 2005 từ nguồn Schaefer 1997) [9]

Vào cuối thập niên 80, một ý tưởng mới cho phương pháp Jet Grouting, đó là dùng hai tia giao nhau để hạn chế khả năng cắt của tia vữa áp lực cao – Crossjet Grouting Đầu thập niên 90, phương pháp mới hơn về Jet Grouting, Supperjet Grouting, có khả năng gia tăng đường kính cọc được phát triển Ở Việt Nam, vào tháng 5 năm 2004, nhà thầu Nhật bản lần đầu tiên sử dụng Jet Grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội), cũng năm 2004, Viện khoa học thuỷ lợi bắt đầu ứng dụng công nghệ Jet-grouting trong khuôn khổ đề tài độc lập cấp Nhà nước:"Nghiên cứu công nghệ nâng cấp, sửa chữa cống dưới đê sông Hồng và sông Thái Bình”

1.4.3 Phạm vi áp dụng Grouting

Kiểm soát mực nước ngầm

Kiểm soát chuyển vị công trình:

+ Hạn chế chuyển vị ngang trong quá trình thi công hố đào hay thi công hầm

+ Chống đỡ cho mặt, vách hầm trong quá trình thi công hay trong quá trình khai thác

+ Làm tăng hệ số ổn định của nền đường, hố đào

+ Ngăn chặn hay hạn chế chuyển vị ngang ở kết cấu cọc, tường chắn + Dùng trong gia cố mái dốc

+ Tránh hiện tượng hóa lỏng của nền

+ Dùng với mục đích chịu tải công trình Đặc biệt, với những loại đất có tính thấm cao (đất cát, cát bụi ) thì công nghệ Jet-grouting rất phù hợp, tính ưu việt Jet grouting như Hình 1.1

Hình 1.1 Phạm vi ứng dụng của công nghệ khoan phụt

1.4.4 Ưu điểm của Jet Grouting

- Có thể áp dụng cho mọi loại đất khác nhau

- Có thể thi công trong các không gian hạn chế

- Trong thi công ít tạo ra tiếng ồn, chấn động

- Có khả năng vượt qua các chướng ngại bên dưới nền, hay không làm ảnh hưởng đến cáccông trình ngầm

- Có thể thực hiện gia cường và xử lý theo phương xiên, phương đứng, phương ngang, ở trên hay bên dưới mực nước ngầm

- Tốc độ thi công nhanh so với các phương pháp xử lý khác

- Không cần phí duy tu bảo dưỡng cho công trình sau khi xử lý

- Có khả năng tạo ra các kết cấu chống thấm

- Gia cố các công trình ngầm, các công trình đang sử dụng vì gia tăng tải trọng trong quátrình khai thác

- Khả năng kiểm soát chất lượng, tự động hóa

1.4.5 Kết cấu của Jet Grouting

Một tổ hợp các phần tử KPCA liên kết một phần hoặc toàn bộ với nhau Các kết cấu thông dụng nhất là:

- Màng: Có dạng như một bức tường như Hình 1.2a

- Sàn: Có dạng một lớp nằm ngang như Hình 1.2b

- Trần: Được tạo bởi các phần tử nằm ngang như Hình 1.2c

- Khối: Kết cấu ba chiều

Hình 1.2b Bản bêtông đất Hình 1.2c Vòm bêtông đất

1.4.6 Nguyên lý làm việc của Grouting

Hiện nay, công nghệ Jet-grouting đã có 4 dạng dòng phun vữa điển hình, tùy theo điều kiện đất nền, yêu cầu chất lượng sản phẩm cột xi măng đất của đất nền để có thể chọn lựa một trong 4 dạng công nghệ phun sao cho phù hợp: a) Công nghệ đơn pha ( Công nghệ S)

Vữa phun ra với vận tốc 100m/s vừa cắt đất vừa trộn vữa vối đất một cách đồng thời, tạo ra cột đất xi măng đồng thời với độ cứng cao và hạn chế đất trào ngược lên trên Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa như Hình 1.3 Các lỗ phun có thể bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng, và có độ lệch góc đều nhau

Hệ thống phun đơn cho cọc có đường kính nhỏ nhất Phun đơn sử dụng cho đất dính ít hiệu quả hơn sử dụng cho đất rời Trong đất sỏi sạn, công nghệ Soilcrete S có thể tạo ra đường kính cọc từ 0.6m - 1.2m và trong đất cát, cát pha bụi trạng thái rời rạc thì có thể tạo ra đường kính lớn hơn

Hình 1.3 Công nghệ đơn pha ( Công nghệ S) b) Công nghệ hai pha ( Công nghệ D) Đây là hệ thống phun vữa kết hợp với không khí Hỗn hợp vữa đất xi măng được bơm ở áp suất cao, tốc độ 100m/s và được trợ giúp bởi một tia khí nén bao bọc quanh vòi phun như Hình 1.4 Vòng khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho vữa xâm nhập sâu vào trong đất Do vậy tạo ra cột đất xi măng có đường kính lớn, tuy vậy dòng khí lại làm giảm lại làm giảm độ cứng của cột đất so với phương pháp phụt đơn tia và đất bị trào ngược nhiều hơn

Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun ( bố trí ngang hoặc lệch hàng, có độ lệch góc đều nhau) để phun vữa và khí, khe phun khí nằm bao quanh lỗ phun vữa Công nghệ Soilcrete D có thể tạo ra cọc đất có đường kính hơn 1m trong đất cát chặt và chặt vừa và đường kính hơn 1.8m trong đất cát rời Soilcrete D dùng trong đất dính hiệu quả hơn công nghệ Soilcrete S

Hình 1.4 Công nghệ hai pha ( Công nghệ D) c) Công nghệ ba pha ( Công nghệ T)

Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước Không giống với phụt đơn pha và phụt hai pha nước được bơm với áp suất cao kết hợp với dòng khí nén xung quanh vòi nước như Hình 1.5 Điều đó giúp đuổi khí ra khỏi cột đất gia cố Vữa được bơm ra từ một vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí và vòi nước để lấp đầy khoảng trống của khí Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất hoàn toàn Đất bị thay thế sẽ trào ngược lên mặt đất mà sẽ được thu gom xử lý

Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ đúp để phun nước và khí đồng thời và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm thấp hơn để phun vữa Nói chung mỗi cặp lỗ phun khí – nước – vữa đều nằm đối xứng nhau qua tâm trục của đầu khoan, các cặp lỗ được bố trí lệch góc đều nhau Công nghệ Soilcrete T hiệu quả nhất cho đất dính Cọc xi măng đất tạo ra từ phương pháp này có thể cho đường kính cọc lên tới 3m

Hình 1.5 Công nghệ ba pha ( công nghệ T ) d) Hệ thống phun đặc biệt (Super Jet Grouting):

Với công nghệ phun Super Jet Grouting, tia vữa và khí nén được phun đồng thời với vận tốc cao và có thể tạo ra cọc có thể lên đến 3m - 5m như Hình 1.6 Công nghệ Super Jet Grouting đặc biệt hiệu quả cho việc xử lý đất nền với diện tích rộng và khối lượng lớn

Hình 1.6 Công nghệ phun đặc biệt ( Super Jet Grouting ) 1.4.7 Các thông số của Jet Grouting

Các thông số cần xác định trong công tác khoan phụt là đường kính của cột đất gia cố, tốc độ thi công, tính chất cơ lý của cột đất mới tạo ra, hiệu quả kinh tế Mỗi thông số ứng với mỗi loại đất ở một vị trí nhất định xác định sơ bộ tính toán như

-18- trong Bảng 1.1 Tuy nhiên để tìm được độ chính xác tuyệt đối thì cần phải tiến hành các thí nghiệm tại chỗ nhằm tìm được các thông số phù hợp

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật thông dụng ứng với từng dòng phun Jet Grouting

Kiểu khoan phụt 1 pha 2 pha 3 pha

Thông số Đơn vị Min Max Min Max Min Max Áp suất tia vữa Mpa 20 60 30 60 3 7

Lưu lượng vữa l/Phút 40 120 70 150 70 150 Áp suất tia khí Mpa - - 0.6 1.2 0.6 1.2

Lưu lượng khí l/Phút - - 2000 6000 2000 6000 Áp suất tia nước Mpa - - - - 20 50

Lưu lượng nước l/Phút - - - - 70 150 Đường kính lỗ phụt vữa mm 1.5 3 1.5 3 4 8 Đường kính lỗ phụt nước mm - - - - 1.5 3 Đường kính lỗ phụt khí mm - - 1 2 1 2

Tốc độ vòng quanh vòng/phút 10 25 5 10 5 10 tốc độ rút cần cm/phút 10 50 7 30 5 30

1.4.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng Jet Grouting

- Thể tích lưu lượng phun

- Tốc độ rút cần, tốc độ xoay cần

- Ảnh hưởng đất tại hiện trường

1.4.9 Thi công Jet Grouting a) Thiết bị thi công Jet Grouting

Chu trình thi công xử lý đất nền bằng công nghệ jet grouting biểu diễn như Hình 1.7

- Trạm trộn và bơm vữa

- Ống dẫn cao áp nối bơm với máy khoan

- Thiết bị điều khiển áp lực, lưu lượng, thể tích bơm, tốc độ xoay, tốc độ rút cần, chiều sâu khoan

Hình 1.7 Quy trình thi công xử lý đất nền bằng công nghệ Jet Grouting

- Đối với hệ đơn pha: một đường ống chịu áp lực cao dẫn vữa đến đầu phun

- Đối với hệ hai pha: hai đường ống riêng biệt dẫn hai dung dịch ( khí và vữa hoặc nước và vữa ) đến đầu phun

- Đối với hệ ba pha: ba đường ống riêng dẫn dẫn nước áp lực cao, khí nén và vữa đến đầu phun b) Trình tự thi công tươi

Trình tự mà các phần tử Jet Grouting được thi công liên tiếp nhau mà không đợi vữa ở phần giao nhau ninh kết như Hình 1.8

Hình 1.8 Trình tự thi công tươi c) Trình tự thi công khô

Ứng dụng Jet Grouting vào trong hố đào sâu

1.5.1 Chuyển vị tường vây trong hố đào sâu

Hình 1.10 Chuyển vị và biến dạng điển hình của tường trong hố đào sâu so sánh giữa thực tế và tính toán (Chang-Yu Ou, 1996[6])

Clough và O’Rourke (1990) [6] thể hiện các độ lún phi kích thước ở Hình 1.11, cho cát, sét mềm đến rất cứng, và mềm đến dẻo cứng Vùng ảnh hưởng lún sẽ bằng 3 lần chiều sâu hố đào đối với các lớp sét cứng và bằng 2 lần cho vùng cát và sét mềm, dẻo cứng

Tuy nhiên, các phương pháp tính độ lún kết hợp với các tác động khác như hạ mực nước ngầm, việc đào hoặc thi công các hố móng sâu, việc thi công các tường vây như chính là bài toàn thực hành trong việc thi công tường vây ngày nay thì không được xét đến và nó sẽ được dùng trong phương pháp dự đoán bảo toàn chuyển vị

Hình 1.11 Đường biến dạng đề nghị để đánh giá chuyển vị của đất cạnh hố đào cho các loại đất khác nhau (Clough & Rourke 1990)[6]

Hsieh và Ou (1998) quan sát và kết luận có 2 nguyên nhân chính gây lún từ việc thi công hố đào: 1) loại tường: được thể hiện trên Hình 1.12, với độ lún lớn nhất xuất hiện tại mép tường 2) vùng trũng: được thể hiện trên Hình 1.13, với độ lún lớn nhất xuất hiện tại một khoảng cách vị trí tường chống

Hình 1.12 Dạng tường của biểu đồ chuyển vị (Hsieh & Ou 1998)

Hình 1.13 Dạng lõm của biểu đồ chuyển vị (Hsieh & Ou 1998) Một số kết quả so sánh giữa các tác giả đã nêu và quan trắc thực tế từ các chuyển vị của hố đào TNEC được thể hiện ở Hình 1.14 như sau:

Hình 1.14 So sánh kết quả chuyển vị mặt nền dự đoán và thực nghiệm trong 3 trường hợp

1.5.2 Ứng dụng cọc Jet Grouting vào trong chuyển vị hố đào

Trên thế giới đã có nhiều tác giả nghiên cứu về việc ứng dụng khoan phụt cao áp Jet Grouting và trong hố đào sâu, bước đầu mang lại nhiều hiệu quả Nhiều công trình thực tế đã đước áp dụng bằng phương pháp này cho kết quả tốt Gaba (1990), Lee và Young (1991), Tanaka (1993), Liao và Tsai (1993), Ou và Wu (1996), Uchimaya và Kamon (1998), Young và các cộng sự (1998), Wong và các cộng sự (1998)…

Chang – Yu Ou (2006) [6] xác định vị trí sử dụng Jet Grouting cho việc cải thiện Để chống lại sự dịch chuyển về phía trước của tường chắn, một số cách sắp xếp thường được sử dụng bao gồm các kiểu khối, kiểu cột và kiểu tường, như thể hiện trong Hình 1.15 Sự sắp xếp của các kiểu được làm sáng tỏ như sau

Hình 1.15 Các kiểu cải thiện đất trong hố đào bằng Jet Grouting (a) Dạng khối, (b) Dạng cột, (c) Dạng tường

Dạng khối: Trong một vùng đặt biệt, cải thiện đất một cách đầy đủ Thay thế toàn bộ đất trong một vùng hoặc cho chúng kết hợp hoàn toàn với hóa chất vào đất được xử lý

Dạng cột: Các mô hình của đất được cải thiện tương tự như với cọc Các cột của đất được cải thiện không kết nối với nhau Các hình thức bố trí cọc jet grouting như ở Hình 1.16, có thế bố trí đồng đều trên khắp mặt bằng hố đào hoặc chỉ bố trí dày đặc ở những khu vựa biên sát với tường vây

Dạng tường: Kết nối các cột của đất được cải thiện thành một dạng tường, loại mà kết nối tường chắn và tạo thành dạng một bức tường có trụ chống Các bức tường có thể tăng cường độ đất ở phía trước của tường chắn Nó không phải là tăng độ cứng của tường

Hình 1.16 Gia cường bên dưới hố đào (a) gia cường toàn bộ khu vực, (b) gia cường cục bộ theo vùng

Sử dụng cọc Jet Grouting kết hợp với tường vây chống chuyển vị ngang của tường vây Có thể bố trí theo từng cụm nhóm cọc như ở Hình 1.17 và Hình 1.19 hoặc bố trí trên khắp thân tường như Hình 1.18 nhằm làm tăng ma sát thân tường và tăng sức chống uốn cho tường vây, cụ thể như sau:

Hình 1.17 Cọc Jet Grouting kết hợp với tường Barrette theo cừng nhóm cục bộ

Hình 1.18 Cọc Jet Grouting kết hợp với tường Barrette dọc thân tường

Hình 1.19 Cọc jet grouting kết hợp với tường barrette

A R Gaba (1990) [2] Giới thiệu việc sử dụng lớp vữa xi măng dày 3,5m ngay bên dưới đáy hố đào, trong lớp sét biển ở Singapore như Hình 1.20 Tác giả quan trắc thực tế và nhận thấy rằng việc gia cường thêm lớp vữa này vào dưới đáy hố đào làm giảm rất nhiều chuyển vị của tường vây

Hình 1.20 Hố đào sâu có sử dụng lớp Jet Grouting dưới đáy hố đào(Gaba

Wong và các cộng sự (1998) [19] đã tiến hành nghiên cứu việc gia cường lớp Jet grouting dưới đáy hố móng như ở Hình 1.21 Với những chiều dày lớp gia cường khác nhau

Hình 1.21 Gia cường lớp Jet Grouting dưới đáy hố móng (a): dày 1.5m; (b): dày 3m; (c): dày 6m

Kết quả thu được được thể hiện cụ thể ở Hình 1.22 như sau:

Hình 1.22 Hiệu quả của chiều dày lớp gia cường Jet Grouting đối với chuyển vị tường vây

Cơ chế làm việc của Jet Grouting đóng vai trò như phần tử chịu nén hoặc phần tử chịu kéo như Hình 1.23 Tùy theo trường hợp khác nhau có thể giúp giảm chuyển vị tường vây

Hình 1.23 (a) Jet Grouting đóng vai trò chịu nén; (b) Jet Grouting đóng vai trò chịu kéo

Wong đưa ra so sánh trong 3 trường hợp như Hình 1.24, Hình 1.25, Hình 1.26

Hình 1.24 Trường hợp 1: không sử dụng Jet Grouting, chuyển vị tường lớn nhất là 361mm

Hình 1.25 Trường hợp 2: Sử dụng Jet grouting dày 3m dưới đáy hố đào, chuyển vị tường lớn nhất là 141mm

Hình 1.26 Trường hợp 3: Sử dụng Jet Grouting dày 3m dưới đáy hố đào kết hợp thêm cọc BTCT, chuyển vị tường lớn nhất là 37mm.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tính đàn hồi của đất

Mô hình này tuân theo định luật Hook về đàn hồi tuyến tính đẳng hướng Các thông số đầu vào bao gồm mô đun đàn hồi E, hệ số Poisson υ Mô hình này sử dụng rất hạn chế trong việc mô phỏng các ứng xử của đất (do đất là vật liệu đàn hồi dẻo)

Mô hình này chỉ có ý nghĩa trong việc mô phỏng các kết cấu khối cứng trong đất

Các thông số đàn hồi: E, υ có mối quan hệ như hình 2.1

Hình 2.1 Quan hệ giữa các ứng suất và biến dạng chính trong mô hình đàn hồi Định luật hook:

2 x x y y z z xy xy yz yz zx zx

Nguyên lý bi ế n d ạ ng d ẻ o c ủ a đấ t

Phần này nghiên cứu tổng quát các lý thuyết biến dạng dẻo từ đó có thể áp dụng cho vật liệu đất một cách hợp lý và hiệu quả cũng như mô phỏng tình hình ứng xử của đất gần với sự làm việc thực tế Các tiêu chuẩn chảy dẻo của đất xác định giới hạn đàn hồi của đất như: tiêu chuẩn Von Mises, tiêu chuẩn Morh- Coulomb, tiêu chuẩn Druger-Prager…

Năm 1864, Tresca đề xuất đầu tiên tiêu chuẩn dẻo cho kim loại bây giờ được biết đến là tiêu chuẩn Tresca (hay tiêu chuẩn ứng suất cắt cực đại)

Năm 1870, Saint Venant dùng tiêu chuẩn Tresca để xác định trạng thái ứng suất mẫu lăng trụ bị biến dạng dẻo chịu trạng thái ứng suất 2 phương Trong tiến trình này, ông ta phát triển ứng xử cơ bản của vật liệu dẻo lý tưởng Nhận thấy rằng, không có quan hệ duy nhất tồn tại giữa trạng thái ứng suất và biến dạng dẻo tổng, mà biến dạng dẻo trùng với phương ứng suất cắt cực đại Từ đây, khái niệm quy luật chảy dẻo hay mặt thế năng dẻo được giới thiệu Sau đó, Levy mở rộng phương trình Saint Venant cho trường hợp 3 chiều

Năm 1924, Prandtl tiến một bước quan trọng khi xem xét thành phần đàn hồi của vecteur biến dạng khi thiết lập phương trình cơ bản

Năm 1913, von Mises giới thiệu một tiêu chuẩn dẻo mới cho kim loại nhằm tạo thuận lợi trong lời giải số hơn tiêu chuẩn Tresca Ngưỡng dẻo này được biết đến là tiêu chuẩn von Mises (hay là tiêu chuẩn cắt bát diện hoặc là năng lượng biến dạng)

Lùi trở lại năm 1773, Coulomb đã đưa ra tiêu chuẩn chắc chắn được xem là tốt nhất cho tiêu chuẩn phá hủy trong cơ học đất, cho đến ngày nay Tiêu chuẩn này, được báo cáo trong các tài liệu địa kỹ thuật sớm hơn nhiều so với tiêu chuẩn Tresca và von Mises cho kim loại, là dạng tiêu chuẩn phá hủy đầu tiên có xem xét ảnh hưởng của ứng suất trung bình lên độ bền của đất rời Tiêu chuẩn này phát biểu rằng phá hủy xảy ra khi ứng suất cắt và ứng suất pháp tác dụng lên bất kỳ phần tử nào trong vật thể thoả phương trình: τ +σ ϕtg + =c 0

Ph ươ ng pháp ph ầ n t ử h ữ u h ạ n

Ứng xử của đất có thể mô phỏng ở các mức độ chính xác khác nhau bằng cách ứng dụng các mô hình đất nền với mức độ phức tạp khác nhau, trong Plaxis các mô hình như: Linear elastic, Mohr-Coulomb, Soft-Soil, Hardening-Soil, Soft-Soil- Creep, …Trong đó mô hình Morh-Coulomb thường được sử dụng nhất vì sự thuận tiện của nó, mô hình Hardening soil cũng mang lại độ chính xác cao Đối với cọc xi măng đất Jet-grouting thì mô hình Mohr – Coloumb hoặc Hardening soil sẽ thích hợp hơn

Phần tử tiếp xúc được sử dụng cho mô hình sự tương tác kết cấu đất, cho phép sự dịch chuyển tương đối tại bề mặt kết cấu đất qui tắc thực hiện và tiêu chuẩn thường được đề nghị giảm cường độ của kết cấu đất ở bề mặt tiếp xúc Hệ số giảm phụ thuộc vào nhám của bề mặt kết cấu Trong Plaxis thì hệ số giảm đó có thể được xác định dựa vào thông số Rinter và giá trị có thể từ 0.01 đến 1 Giá trị Rinter = 1 có nghĩa là cường độ được huy động toàn bộ ở bề mặt tiếp xúc khi mô hình hóa

Các phần tử cọc Jet Grouting thường là rất gồ ghề và nhám ở bề mặt xung quanh nguyên nhân là do những điều kiện khác nhau trong thực tế của nó trong quá trình phun vữa Vì vậy không nhất thiết phải giảm cường độ của kết cấu – đất ở bề mặt tiếp xúc, và giá trị Rinter lấy giá trị bằng 1 áp dụng ở những nơi có phần tử tiếp xúc cho tất cả các tính toán sau này

2.3.2 Mô hình Morh-Coulomb cho tính toán PTHH sử dụng plaxis

Trong mô hình này, đất được xem như vật liệu đàn hồi – dẻo lý tưởng Trong đó, quá trình làm việc của đất được phân làm 2 giai đoạn: trong giai đoạn đầu, khi độ lệch ứng suất còn bé, đất làm việc như vật liệu đàn hồi, trong giai đoạn kế tiếp, khi độ lệch ứng suất đạt đến một giá trị, gọi là trạng thái giới hạn đàn hồi thì sức kháng cắt của đất không đổi nhưng biến dạng vẫn tiếp tục tăng lên

Từ kết quả thí nghiệm thực tế, đã có nhiều tác giả đề xuất ý tưởng tuyến tính hóa các đoạn cong bám sát với đường cong thí nghiệm để thuận lợi trong tính toán vi phân giải tích như ở Hình 2.2 Đây cũng là mô hình đàn dẻo lý tưởng mà ngày nay nhiều tác giả vẫn dùng để phân tích

Hình 2.2 Ý tưởng ban đầu về mô hình đàn dẻo lý tưởng

Hình 2.3 Phân tố ứng suất và đường bao sức chống cắt Điều kiệnτ α ≤ −c' σ α ' tan 'ϕ phải được đảm bảo với mọi góc α như Hình 2.3.

Tiêu chuẩn chảy dẻo Mohr – Coulomb và hàm chảy dẻo: τ*≤ c' cosϕ − s* sinϕ ' (2.3)

2 2 xx yy xx xx yy t s s c τ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ ϕ σ σ ϕ

Do đó hàm chảy dẻo Mohr-Coulomb:

(2.5) Ghi chú: Ứng suất nén mang dấu âm và σ 1 ' ≤σ 2 ' ≤σ 3 ' (2.6)

Hình 2.4 Hướng chảy dẻo trong mặt phẳng lệch Hàm chảy dẻo: có thể được diễn tả bằng đường bao trong không gian ứng suất chính

Hình 2.5 Mô phỏng hàm chảy dẻo trong hệ trục không gian các ứng suất chính

Mặt ngưỡng dẻo trong mô hình M-C có dạng hình tháp 6 mặt bên như ở Hình 2.5, cố định trong không gian ứng suất chính và được xác định dựa vào các thông số đầu vào của đất nền và không chịu sự ảnh hưởng của biến dạng dẻo

Hình 2.6 Ðồ thị thể hiện hướng chảy dẻo của phân tố đất

Thế năng biến dạng dẻo Mohr-Coulomb

Các thông số của mô hình Mohr – Coulomb thông thường khi phân tích Plaxis

E Mô đun Young [kN/m 2 ] v Hệ số Poisson [-] c’ Lực dính hữu hiệu [kN/m 2 ] ϕ ' Góc ma sát hữu hiệu [ o ] ψ Góc trương nở [ o ]

Hình 2.7 Biến dạng mẫu đất

Hình 2.8 Xác định E 0 & E 50 từ biểu đồ thí nghiệm nén 3 trục thoát nước

Các thông số đàn hồi khác:

Mô đun biến dạng thể tích

Mô đun nén một trục

Eref: mô đun đàn hồi (mô đun Young) ứng với cấp áp lực P = 100 kPa Mô đun này được xác định từ thí nghiệm nén 3 trục CD, nhưng thông thường sẽ được xác định từ thí nghiệm nén ba trục CU Nguyên nhân là do bài toán hố đào được thi công với tiến độ nhanh và thông số mô đun này khi xác định bằng thí nghiệm nén ba trục CU sẽ cho giá trị bé hơn, bài toán thiên về yếu tố an toàn Mặt khác, thí nghiệm ba trục CD cũng cần nhiều thời gian hơn thí nghiệm ba trục CU, do vậy trong thực tế, hồ sơ khảo sát địa chất ít khi thể hiện các thông số của thí nghiệm

Eoed: mô đun biến dạng ứng với cấp áp lực P = 100 kPa, được xác định từ thí nghiệm nén cố kết Oedometer.s như Hình 2.10

Hình 2.10 Xác định E oed từ thí nghiệm nén cố kết

Các thông số dẻoc’, ϕ ' có mối quan hệ như Hình 2.11.

Hình 2.11 Ðồ thị thể hiện các thông số dẻo

Hình 2.12 Hình ảnh cơ học minh họa bản chất các thông số dẻo

Từ Hình 2.12, có thể thấy ở trạng thái cân bằng giới hạn:

H T= f =Wtan( )φ' hay τ ' f = ( ) σ n ' f tan ( ) φ ' (2.15) Đất dính: τ ' f = ( ) σ n ' f tan ( ) φ ' + c '

Thông số dẻoψ biểu diễn ở Hình 2.13 như sau:

Hình 2.13 Hình ảnh cơ học minh họa bản chất góc giãn nở và đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng Ứng xử của đất khi chịu cắt, được biểu diễn như Hình 2.14

Hình 2.14 Mối quan hệ vi phân biến dạng cắt của phân tố đất

(a) Mẫu đất ban đầu (b) Biến dạng cắt trực tiếp của mẫu đất loại I (c) Biến dạng cắt trực tiếp của mẫu đất loại II

Mô hình M-C là mô hình phân tích đơn giản, quá trình tính toán được nhanh chóng, phù hợp cho nhiều loại đất nền với nhiều ứng dụng khác nhau và là mô hình phân tích ứng xử của đất phổ biến nhất, với các thông số đầu vào đơn giản, rõ ràng Tuy nhiên mô hình M-C còn nhiều hạn chế đó là sử dụng thông số độ cứng trung bình E không đổi cho mỗi lớp đất, không xét đến sự phụ thuộc của độ cứng E của đất đến lộ trình ứng suất của đất nền và ứng xử của đất nền là luôn trong miền đàn hồi cho đến khi phá hoại (chảy dẻo), không phân biệt rõ ràng về trạng thái đất nền đang chịu tải hay giảm tải, không có giới hạn cho sự giãn nở của đất nền (không có hệ số rỗng tới hạn)

2.3.3 Mô hình hardening soil cho tính toán PTHH sử dụng plaxis Đây là mô hình đàn dẻo tuân theo quy luật hyperbol Mô hình này yêu cầu: mô đun biến dạng thứ cấp E50 để mô phỏng các ứng xử của cát, sỏi và sét quá cố kết Các thông số chính của mô hình này bao gồm:

E 50 ref Mô đun biến dạng ứng với cấp áp lực bằng 50% áp lực của biến dạng phá hoại trong thí nghiệm nén 3 trục như xác định như Hình 2.15

Eoed ref Mô đun biến dạng tiếp tuyến trong thí nghiệm nén 1 trục như Hình 2.16 m Số lũy thừa trong quan hệ ứng suất và biến dạng xác định như

Eur ref Mô đun biến dạng ứng với điều kiện chất tải và dỡ tải như Hình 2.22 c Lực dính của đất (kN/m2) ϕ Góc ma sát trong của đất ψ Góc giãn nở = ϕ - 30 0 Nếu ϕ < 300 thì lấy ψ = 0

Hình 2.15 E 0 và E 50 được xác định từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục thoát nước tiêu chuẩn

Hình 2.16 Phương pháp xác định Mô đun của đất từ kết quả nén 1 trục

Hình 2.17 Mô phỏng các quan hệ khi xác định Mô đun của đất khi chịu tải

Ve, we hằng số vật liệu

(2.21) Đối với đất sét m ≈ 1.0 Đối với cát m ≈ 0.5

Theo Janbu (1963) [21] phân tích khảo sát và tổng hợp trên các mẫu đất thì đồ thị quan hệ giữa mô đun nén 1 trục và hệ số rỗng cho loại đất sét cố kết thường hoặc cát như Hình 2.18

Hình 2.18 Mô đun nén 1 trục của sét cố kết thường trong gia tải ban đầu theo

Từ đó tác giả Janbu (1963) [21] đề xuất xuất ra công thức tính toán:

Hình 2.19 Đồ thị quan hệ e – logσ ' và xác định các trị số m

Sử dụng E 50 để xác định biến dạng dẻo sau khi dẻo:

Hình 2.20 Đường cong hyperbol ứng suất-biến dạng trong gia tải ban đầu của thí nghiệm nén 3 trục thoát nước tiêu chuẩn Đường cong hyperbol xấp xỉ theo Kondner (1963) và Duncan (1970) [21] được biểu diễn như Hình 2.21 cụ thể như sau:

Hình 2.21 Đường cong hyperbol xấp xỉ theo Kondner(1963) và Duncan (1970)[21]

Phương trình đường cong hyperbol:

Hình 2.22 Phương pháp xác định E ur

Hình 2.23 Biểu đồ quan hệ giữa E 0 và E ur theo Duncan (1970)

Eur Phụ thuộc kích thước vùng dỡ tải – gia tải lại

Một số thông số của mô hình Hardening Soil được Plaxis mặc định ban đầu

Các thông số này có giá trị như sau:

= = − = (2.28) Các đặc điểm chính của hai mô hình Hardening soil và Morh-Coulomb được chi tiết ngắn gọn trong Bảng 2.1 như sau:

Bảng 2.1 Tổng hợp các nét chính của 2 mô hình MCM và HSM

Mô hình Mô hình đất cứng

Loại mô hình Đàn hồi dẻo, tăng bền dẳng hướng Độ cứng phụ thuộc vào ứng suất theo phương trình mũ

 +  Đàn hồi dẻo lý tưởng Độ cứng trung bình, tuy nhiên có thể tùy chọn độ cứng phụ thuộc ứng suất theo phương trình tuyến tính

Các đặc tính cơ bản

Biến dạng dẻo xảy ra do độ lệch ứng suất Biến dạng dẻo xảy ra do ứng suất nén sơ cấp

Có xét đến dở tải thông qua mô đun đàn hồi dở tải

Quan hệ ứng suất-biến dạng xấp xỉ hyperbol

Có xét đến giãn nở của đất cát chặt, sét quá cố kết

Có xét đến giãn nở của đất cát chặt, sét quá cố kết

Tiêu chí phá hoại Mohr - Coloumb Mohr - Coloumb

Trạng thái ứng suất Đẳng hướng Đẳng hướng

Tăng bền Tăng bền đẳng hướng do cắt, do nén Không

Thông số c', ', ,ϕ ψ E 50 ref ,E ur ref ,E oed ref , ,m K v 0 nc , ur c ', ϕ ψ ', , E v ,

Phạm vi áp dụng Cho mọi loại đất Cho mọi loại đất

Thông số đầu vào của đất nền công trình

Theo chương trình Plaxis, thông số E ref (mô hình M-C) cũng như E 50 ref

(mô hình HS) sẽ được lấy trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước CD Tuy nhiên trong thực tế có rất nhiều công trình lại không có tiến hành thí nghiệm này vì nhiều lý do khác nhau Vì vậy, đối với đất nền loại cát, chỉ số NSPT ảnh hưởng rất lớn đến khả năng biến dạng của nền đất nên mô đun biến dạng E của đất có thể được lấy tương quan theo chỉ số N SPT được tổng hợp như Bảng 2.2 Đối với loại đất sét có thể lấy từ từ thí nghiệm nén 3 trục UU, CU hoặc từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường

Bảng 2.2 Tương quan giữa mô đun biến dạng E theo N SPT

Tác giả Mô hình phân tích Loại đất Công thức tương quan E(kN/m 2 )

Loại tường chắn và biện pháp đào

Hardening Soil Đất bồi tích (sét pha xen kẹp cát pha trạng thái chặt vừa, chặt)

Tường barrette - có neo (Bottom-up)

Hardening Soil Đất cát bồi tích (cát, cát pha bụi, trạng thái rời đến chặt)

Tường barrette (Semi top- down)

Hardening Soil Đất cát, cát pha bụi, trạng thái rời đến chặt

Hardening Soil Đất bồi tích (sét pha xen kẹp cát pha)

Cọc khoan nhồi vây - có neo (Bottom-up)

Theo Bowles , J E [17] thì E còn được xác định thông qua sức chống cắt không thoát nước S u của đất

• Đối với đất sét nhạy cố kết thường Eu = (200 – 500)Su

• Đối với sét nhạy quá cố kết nhẹ Eu = (750 – 1200)Su

• Đối với sét nhạy quá cố kết nặng Eu = (1500 – 2000)Su

Ngoài ra Bowles, J E [17] cũng kiến nghị hệ số quan hệ giữa Es và Su theo chỉ số dẻo của đất sét như Bảng 2.3

Bảng 2.3 Quan hệ giữa E s và S u

Sét và bùn IP > 30 Es = (100 – 500)Su

Sét pha IP