Việc xác định mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường rất phức tạp đặc biệt là ở độ sâu lớn, nội dung bài viết là thiết lập tương quan giữa chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) với mô đuyn biến dạng theo phương ngang. Từ đó, giúp cho người thiết kế có thể dựa vào chỉ số SPT (N) xác định được mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường để thiết kế thi công các công trình chịu áp lực ngang như: tường vây trong tầng hầm, đường hầm, tường cọc bản của bờ kè…
Trang 1PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN TRƯỜNG DỰA VÀO KẾT QUẢ
XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT)
THE DETERMINATION OF LATERAL DEFORMATION MODULE
ON SITE WITH OF THE STANDARD PENETRATION TEST’S
DATA, SPT INDEX (N)
TS Võ Phán ThS Hoàng Thế Thao
TÓM TẮT
Việc xác định mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường rất phức tạp đặc biệt là ở độ sâu lớn, nội dung bài viết là thiết lập tương quan giữa chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) với mô đuyn biến dạng theo phương ngang Từ đó, giúp cho người thiết kế có thể dựa vào chỉ số SPT (N) xác định được mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường để thiết kế thi công các công trình chịu áp lực ngang như: tường vây trong tầng hầm, đường hầm, tường cọc bản của bờ kè…
ABSTRACT
The determination of lateral deformation module on site is so complicated, especially on the deep level The purpose of this paper is establishing the correlation of the Standard Penetration Test’s data, SPT index (N) and the lateral deformation module Hence, engineers can use the result of SPT index to estimate the insitu lateral deformation module, in order to design lateral pressure project such
as diaphragm walls, tunnels and retaining wall…
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong tính toán và thiết kế các tường vây trong tầng hầm, đường hầm và thiết kế tường cọc bản cho các bờ kè thì mô đuyn biến dạng là một thông số rất quan trọng
Trang 2tường sẽ không đạt được độ chính xác cao vì mẫu thí nghiệm là biến dạng theo phương đứng, còn biến dạng của tường là theo phương ngang
Vì vậy, để đạt được độ chính xác cao thì cần phải dùng mô đuyn biến dạng theo phương ngang để tính toán thiết kế Thí nghiệm nén ngang ngoài hiện trường sẽ xác định được mô đuyn biến dạng này
Tuy nhiên, việc thí nghiệm bằng phương pháp này sẽ tốn chi phí thí nghiệm rất lớn do việc thí nghiệm rất phức tạp và gặp nhiều khó khăn đặt biệt là những vùng có địa hình khó khăn, chiều sâu thí nghiệm lớn (>30m)
Ngược lại, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) lại đơn giản và rất thông dụng do đó chi phí cho thí nghiệm này ít
Vì vậy, nhóm tác giả bài viết này dựng vào các số liệu thí nghiệm được thiết lập sự tương quan giữa chỉ số N (trong thí nghiệm SPT) và mô đuyn biến dạng E (trong thí nghiệm nén ngang) cho một số loại đất Từ đó, có thể dựa N có thể xác định được mô đuyn biến dạng theo phương ngang cho các công trình tương tự
II MÔ TẢ THIẾT BỊ NÉN NGANG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM II.1 Mô tả thiết bị nén ngang
Thiết bị nén ngang gồm có các bộ phận chính sau:
II.1.1 Ống tạo áp
Ống tạo áp có thể gồm một hoặc ba buồng tạo áp Loại ba buồng tạo áp
có một buồng tạo áp chính (measuring cell) nằm giữa hai buồng tạo áp phụ (guard cell) Chiều dài của ống tạo áp (kể cả các buồng phụ) tối thiểu phải
gấp 6 lần đường kính ống
Hình 1: Ống tạo áp
Trang 3Hộp điều khiển gồm có hệ thống đồng hồ áp lực, hệ thống van điều chỉnh, buồng đo thể tích nước
Hệ thống đồng hồ đo áp lực có hai đồng hồ, một đồng hồ đo áp lực buồng khí và một đồng hồ đo áp lực buồng nước
Hệ thống van điều chỉnh gồm các van sau:
- Van gia tải: dùng để tăng hoặc giảm áp lực của buồng tạo áp
- Van vi chỉnh: dùng để tinh chỉnh áp lực buồng tạo áp
- Hai van đóng mở để dẫn nước và khí vào buồng tạo áp
- Một van đóng mở để xả nước và khí
- Hai van điểu chỉnh cấp áp lực gia tải
- Một van hiệu chỉnh độ sâu thí nghiệm
Buồng đo thể tích nước có thể tích tối đa là 800cm3 dùng để xác định lượng nước được đưa vào buồng tạo áp sau mỗi lần gia tải
Hình 2: Hộp điều khiển
II.1.3 Bình khí nén (Compressed gas)
Để cung cấp khí nén, thường là CO2 hoặc không khí, cho buồng tạo áp
Trang 4Hình 3: Sơ đồ thí nghiệm nén ngang trong hố khoan
II.2.PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
II.2.1 Khoan tạo lỗ
Đường kính hố khoan, thường từ 50mm đến 127mm, phải bảo đảm lớn hơn đường kính ngoài của ống tạo áp từ 10mm đến 20mm Trong quá trình khoan phải bảo đảm giữ thành hố khoan ổn định Sau khi khoan xong, nếu thành hố khoan ổn định thì không cần chống ống, thí nghiệm được thực hiện từ dưới lên
II.2.2 Kiểm tra màng
Nén thử màng để tìm cấp áp lực ban đầu ∆p0 làm cho màng giãn ra và kiểm tra độ giãn nở của màng Lập đường cong kiểm tra màng
Sau khi đã lắp đặt toàn bộ thiết bị đúng theo sơ đồ thí nghiệm, tiến hành gia tải theo từng cấp áp lực, từ 6 cấp đến 14 cấp, tùy thuộc vào loại đất Đối với đất có độ chặt yếu và vừa, tải trọng tác dụng từng cấp từ 0,1kG/cm2 đến 0,25kG/cm2 Đối với đất có kết cấu chặt, mỗi cấp áp lực có thể từ 0,5kG/cm2 đến 1,0kG/cm2 Mỗi cấp áp lực tác dụng được giữ trong vòng 60 giây
Trang 5Xác định sự thay đổi thể tích V của ống tạo áp tại các thời điểm 30 giây và 60 giây sau mỗi lần tạo áp Ghi chép kết quả thí nghiệm vào sổ nhật ký
III XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Lập hai biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và biến thiên thể tích: (1) biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và biến thiên thể tích (hình 4a); (2) biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và hiệu thể tích ở 60 giây và 30 giây (V60 –
V30) đối với mỗi cấp áp lực (hình 4b)
- Xác định các điểm p0, pf và pl Trong đó, p0 và pf tương ứng với điểm đầu và điểm cuối của đoạn tuyến tính trên đường cong nén ngang đã hiệu chỉnh; pl là áp suất giới hạn nén ngang Nếu xác định như vậy khó khăn, ta lấy
pf ở khuỷu của đường cong chảy và pl là áp suất ứng với giá trị: v V V 1
0 0
m = + Với:
V0: Thể tích của buồng tạo áp chính (ở giữa) khi rỗng, khoảng 593cm3
V0 + v0: Thể tích ống tạo áp lúc bắt đầu thực sự thí nghiệm
Vm: Thể tích trung bình ứng với cấp áp lực trung bình: p p0 2pf
m
+
=
- Tính mô đuyn nén ngang Ep: mô đuyn biến dạng ứng với trị số tải trọng của giai đoạn biến dạng đàn hồi được xác định theo công thức của Lamme: Ep (1 )* * pr
∆
∆ µ
+
Trong đó:
r: Bán kính hố khoan (bán kính buồng khi chịu áp lực ban đầu)
) p p (
p= − 0
∆ : Gia số áp lực tác dụng
r
∆ : Gia số bán kính buồng tạo áp, xác định theo biểu đồ: ∆r=f(∆V) được lập trước khi thí nghiệm
µ: Hệ số Poisson
Trang 6Hình 4: Biểu đồ quan hệ giữa áp lực và biến thiên thể tích
IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN TRƯỜNG DỰA VÀ KẾT QUẢ XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT)
Dựa vào kết quả khoan khảo sát địa chất công trình và kết quả thí nghiệm nén ngang trong lỗ khoan ngoài hiện trường của một số dự án do nhóm tác giả thực hiện như:
- Sài Gòn Centre giai đoạn 2 và 3 quận 1
- Parc View và Parc Villa quận 9
- Cầu Phú Mỹ Hưng quận 7…
Với khối lượng khoảng 200 hố khoan và nén ngang, nằm nhiều vị trí trong đại diện trong thành phố, số liệu là đáng tin cậy Vì vậy, nhóm tác giả thiết lập sự tương quan giữa mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)
Kết quả được trình bày ở mục IV.1 và IV.2
IV.1 Đất sét
Bảng 1: Chỉ số SPT N và mô đuyn biến dạng ngang ngoài hiện trường cho
đất sét pha
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT (N)
Ep (bar)
SPT (N)
SPT (N)
Ep (bar)
SPT (N)
Ep (bar)
SPT (N)
Trang 77 96,9
Dựa vào chỉ số SPT (N) và giá trị của mô đuyn nén ngang Ep tương ứng đã cho ở bảng 1, xây dựng biểu đồ tương quan giữa chỉ số SPT (N) và Ep tương ứng cho đất loại sét pha (hình 5)
Hình 5: Biểu đồ quan hệ giữa N và E p cho đất sét pha
IV.2 Đất cát pha
Bảng 2: Chỉ số SPT N và mô đuyn biến dạng ngang ngoài hiện trường cho
đất cát pha
HỐ KHOAN 1 HỐ KHOAN 5 HỐ KHOAN 6 HỐ KHOAN 8 HỐ KHOAN 10 SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT (N)
Ep (bar)
SPT (N)
Ep (bar)
SPT (N)
Ep (bar)
SPT (N)
Ep (bar)
7 127,9 7 111 10 107,5 18 103,9 8 144,9
11 140,7 10 69,2 9 140,9 7 200,2 17 105,8
12 150,7 10 148,2 10 199,6 8 226 16 98
ĐẤT SÉT PHA
Ep= 5,4726N + 10,739
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
SPT(N)
E p (bar)
Trang 812 151,2 11 157,6 13 209,6 16 180,7 15 243,2
16 187,8 11 156,5 10 266,7 10 199 19 262,5
12 197 14 240,8 15 220 13 238,1 16 264,6
12 254,4 13 289,6 16 215,7 17 310 17 276,4
11 202 16 299,2
Dựa vào chỉ số SPT (N) và giá trị của mô đuyn nén ngang Ep tương ứng đã cho ở bảng 2, xây dựng biểu đồ tương quan giữa chỉ số SPT (N) và Ep tương ứng cho đất loại cát (hình 6)
Hình 6: Biểu đồ quan hệ giữa N và E p cho đất cát pha
V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
V.1 Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu ta có các kết luận:
1 Mô đuyn biến dạng theo phương ngang Ep và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT(N) tỉ lệ thuận với nhau và có quan
ĐẤT CÁT PHA
Ep = 13.963 N + 22.001
0 50 100 150 200 250 300 350
E p (b ar)
SPT(N)
Trang 9Ep = 5,4726N + 10,739 (bar)
3 Tương quan giữa Ep và SPT trong đất loại cát pha:
Ep = 13,963 N + 22,001 (bar)
V.2 Hướng phát triển
Bài báo này nhóm tác giả mới chỉ lập tương quan giữa Ep và N cho quận 1, 7 và 9 của thành phố Hồ Chí Minh và chỉ hai loại đất là cát pha và sét
Trong thời gian tới nhóm tác giả sẽ tiếp tục lập thêm tương quan cho các loại đất của toàn thành phố và cho khu vực Đồng bằng sông Cửu Long
TÀI LIỆU THAM KHẢO
chất công trình SaiGon Centre giai đoạn 2 và 3, Trung tâm nghiên cứu công nghệ
và Thiết bị công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh
chất công trình Parc View quận 9 Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và Thiết bị
công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh
chất công trình Parc Villa quận 9 Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và Thiết bị
công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh
chất công trình Cầu Phú Mỹ Hưng Quận 7 Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và
Thiết bị công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh
5 ASTM D 4719-84, thí nghiệm nén ngang trong lỗ khoan
Người phản biện: PGS.TS Trần Thị Thanh
