ĐÁNH GIÁ sức CHỊU tải của nền cát hóa LỎNG dưới MÓNG bè (tt)

KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ 68 ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA NỀN CÁT HÓA LỎNG DƯỚI MÓNG BÈ VÕ PHÁN Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh - vophan@hcmut.edu.vn NGUYỄN ĐỨC HUY Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh nguyenduchuyxd08a2@gmail.com (Ngày nhận: 9/9/2016; Ngày nhận lại: 28/10/16; Ngày duyệt đăng: 14/11/2016) TÓM TẮT Hiện tượng hóa lỏng động đất nguyên nhân gây thiệt hại lớn lên kết cấu cơng trình dân dụng, giao thơng, thủy lợi… Ảnh hưởng tượng hóa lỏng có động đất đến sức chịu tải vấn đề cần quan tâm, xem xét q trình thiết kế móng cơng trình Bài báo trình bày số phương pháp có dự đốn sức chịu tải cát hóa lỏng móng bè ứng dụng tính tốn cho địa chất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Từ khóa: động đất; hóa lỏng; sức chịu tải Assessment of load bearing capacity of liquefied sandy ground under raft foundation ABSTRACT The phenomenon of liquefaction caused by earthquakes is one of the main reasons causing major damage to civil engineering, transportation, irrigation structures The impact of the phenomenon of liquefaction during an earthquake to load bearing capacity of soil is a problem to be concerned, considered in the process of foundation design This article presents some existing methods for estimating load bearing capacity of liquefied sandy ground under raft foundation and applies to the calculation for regional geology of Ho Chi Minh City Keywords: earthquake; liquefaction; load bearing capacity Đặt vấn đề Động đất tượng thiên nhiên gây nên tai họa khủng khiếp xã hội lồi người Đối với cơng trình, động đất làm: ổn định (trượt mái), biến dạng lớn (lún, nứt), xói ngầm, hóa lỏng Theo đồ phân vùng động đất hầu hết vùng Việt Nam nằm phạm vi có động đất cấp VII, đường bờ biển có khoảng 95% chiều dài nằm vùng có động đất từ cấp VII trở lên Như nguy xảy động đất Việt Nam không nhỏ Dưới tác dụng tải trọng cơng trình, q trình động đất, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tăng lên, bị hóa lỏng dẫn đến sức chịu tải bị giảm xuống cục làm phát sinh độ lún lún lệch làm ổn định gây hư hỏng cơng trình Trong bối cảnh tình hình nghiên cứu hóa lỏng động đất Việt Nam hạn chế việc nghiên cứu đánh giá sức chịu tải cát hóa lỏng mang tính cấp thiết vấn đề có ý nghĩa thiết kế xây dựng cơng trình Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu có nước vấn đề sức chịu tải cát hóa lỏng Tính tốn lời giải giải tích mơ phần mềm Plaxis cho cơng trình thực tế Thành phố Hồ Chí Minh Cơ sở lý thuyết 3.1 Đánh giá tính nhạy cảm với hóa lỏng đất Hóa lỏng đất tượng đất rời bão hòa nước chứa hạt vừa đến mịn bị cường độ áp lực nước lỗ rỗng tăng đột ngột có TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 tải trọng động tác dụng Các loại đất phân loại cát coi nhạy cảm với hóa lỏng Đất cát có chứa thành phần hạt mịn đánh giá tính 69 nhạy cảm với hóa lỏng dựa vào tiêu như: số dẻo IP, giới hạn chảy LL, độ ẩm wc, hàm lượng hạt mịn FC theo tiêu chuẩn sau từ Hình đến Hình Hình Tính nhạy cảm với hóa lỏng đất theo Seed cộng (2003) Hình Tính nhạy cảm với hóa lỏng đất theo Boulanger Idriss (Kramer, 2008) Hình Tính nhạy cảm với hóa lỏng đất theo Bray Sancio (Kramer, 2008) KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ 70 3.2 Đánh giá nguy hóa lỏng Loại đất đánh giá nhạy cảm với hóa lỏng (Mục 3.1) khơng bị hóa lỏng mức độ rung lắc không đủ mạnh để vượt qua khả kháng hóa lỏng vốn có đất Đánh giá nguy hóa lỏng thơng qua hệ số an tồn chống hóa lỏng tỉ số khả kháng hóa lỏng khu vực cụ thể ứng suất cắt tải trọng động đất khu vực Khi hệ số an tồn chống hóa lỏng nhỏ 1, khu vực coi bị hóa lỏng (Kramer, 2008; Tiêu chuẩn Nhật 2002;…) 3.3 Sức chịu tải móng nơng cát hóa lỏng Theo TCVN 9362:2012, sức chịu tải đáy móng tính theo cơng thức: mm RII  ( Ab II  Bh 'II  DcII   II ho ) (1) ktc Ở đây: ho chiều sâu đến tầng hầm; khơng có tầng hầm lấy ho = b bề rộng móng γII dung trọng đất đáy móng γ’II dung trọng đất đáy móng cII lực dính đất đáy móng A, B, D hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát đất đáy móng m1, m2 hệ số điều kiện làm việc ktc hệ số độ tin cậy Dưới tác động ứng suất cắt động đất, gia tăng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư làm giảm ứng suất hữu hiệu nền, làm trạng thái đất trở nên rời rạc lúc thông số sức chống cắt thay đổi Do cần xác định lại thông số sức chống cắt công thức (1) cho cát hóa lỏng 3.3.1 Dự đốn tỉ số áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ru Bước 1: Xác định hệ số an tồn chống hóa lỏng FSL theo Kramer (2008) Bước 2: Xác định ru theo FSL (Hình 4) Hình Mối quan hệ ru FSL theo Marcuson Hynes (Dickenson, 2002) 3.3.2 Phương pháp xác định thông số sức chống cắt xét đến tượng hóa lỏng a Theo Dickenson (2002) Trường hợp lớp đất khó bị hóa lỏng, hay có hệ số an tồn chống hóa lỏng cao, FSL ≥ 1,4: thơng số cơng thức (1) tính tốn bình thường Trường hợp lớp đất bị hóa lỏng hồn tồn, FSL ≤ 1, lúc ứng suất hữu hiệu lớp đất giảm không lớp đất hoàn toàn sức chịu tải Trường hợp lớp đất hóa lỏng phần, 1 0,3 Cấp thiết kế Cấp thiết kế Cấp thiết kế động đất động đất động đất FL ≤ 1/3 1/3 < FL ≤ 2/3 2/3 < FL ≤ Cấp thiết kế động đất ≤ z ≤ 10 1/6 1/3 1/6 10 < z ≤ 20 2/3 1/3 2/3 1/3 ≤ z ≤ 10 2/3 1/3 2/3 10 < z ≤ 20 2/3 2/3 ≤ z ≤ 10 2/3 1 10 < z ≤ 20 1 1 Ứng dụng tính tốn cơng trình cụ thể 4.1 Giới thiệu cơng trình Cơng trình chung cư Hoa Sen nhà cao tầng gồm tầng hầm, 19 tầng lầu, tầng kỹ thuật mái, cao độ sàn hầm -3,55m so với cao độ ±0,00 Tồn cơng trình đặt hệ móng bè hộp thiên nhiên Kích thước móng bè B x L=27,5m x 84,6m Dầm móng kích thước 1500 x 2500mm, 1000 x 2500mm, 1500 x 1000mm, chiều dày đáy 600mm, chiều dày nắp 200mm Mục tiến hành đánh giá sức chịu tải cát điều kiện: tĩnh chịu tác động động đất cấp VII, VIII; theo hai phương pháp giải tích mơ phần mềm Plaxis 2D Khi tính theo phương pháp JRA2002, xét cấp thiết kế động đất cấp 4.2 Số liệu địa chất Công trình khảo sát với hố khoan có độ sâu đến -62m Bảng giới thiệu số liệu địa chất lớp đất khu vực quận Cao độ đáy móng -6,05m so với cao độ ±0,00 đặt vào lớp đất số theo số liệu địa chất lớp cát chặt vừa Mực nước ngầm thời điểm khảo sát nằm độ sâu -1m kể từ mặt đất tự nhiên Bảng Số liệu địa chất khu vực Quận Thành phố Hồ Chí Minh Lớp đất Độ sâu (m) γsat (kN/m3) W % LL % IP Φ (độ) C (kPa) FC (%) - Bùn sét N (SPT) 16,8 47,3 48,95 22,32 7,4 10,8 85,8 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 Lớp đất - Cát pha màu vàng nhạt, chặt vừa - Cát pha xám vàng, chặt vừa - Cát pha cuội sỏi, chặt - Sét cứng, màu nâu - Cát pha xám xanh, chặt đến chặt Độ sâu (m) γsat (kN/m3) W % LL % IP Φ (độ) C (kPa) 73 N (SPT) 10 10 19,8 20,44 23,2 7,4 20,19 12,8 10 12 11 14 12 16 13 18 11 20 13 22 20,13 17,8 19,91 5,1 28 10,7 13 24 14 26 19 28 24 30 15 32 34 20,15 19,6 26 9,5 19,03 15 16 20 35 20 36 19 38 34 40 39 42 44 19,95 17,52 47,39 24,37 18,71 53 56 80 46 53 48 51 50 49 52 49 54 38 56 58 20,26 24,67 - - 33 10 27 28 60 30 62 33 FC (%) 29,29 18 27,33 81,3 16,14 KỸ THUẬT – CƠNG NGHỆ 74 4.3 Kết tính tốn Bảng trình bày sức chịu tải tương ứng với điều kiện chịu tải tính phương pháp giải tích Bảng Sức chịu tải quận theo phương pháp giải tích Phương pháp tính Theo Dickenson Theo JRA2002 Điều kiện RII (kPa) Tĩnh 346,56 Động đất cấp VII 346,56 0% Động đất cấp VIII 178,42 49% Động đất cấp VII 346,56 0% Động đất cấp VIII 198,87 42,62% Giảm % Để mô phần mềm Plaxis 2D, thông số đầu vào cường độ đất nhân với hệ số DE xét đến ảnh hưởng hóa lỏng đến sức chịu tải Bảng Thông số đầu vào phần mềm Plaxis cho lớp đất điều kiện tĩnh Lớp đất Độ sâu (m) γsat (kN/m3) γunsat (kN/m3) E (kPa) ν Φ (độ) C (kPa) 0-5 16,8 16,3 5600 0,25 7,4 10,8 5-14 19,8 18,9 11500 0,3 20,19 12,8 14-28 20,13 20,1 14500 0,3 28 10,7 28-35 20,15 19,3 18000 0,35 19,03 15 35-51 19,95 18,6 40000 0,3 18,71 53 51-62 20,26 20,2 23250 0,3 33 10 Bảng Thông số đầu vào phần mềm Plaxis cho lớp đất hiệu chỉnh theo JRA2002 xảy động đất cấp VIII Lớp đất Độ sâu (m) γsat (kN/m3) γunsat (kN/m3) E (kPa) ν Φ (độ) C (kPa) 0-5 16,8 16,3 5600 0,25 7,4 10,8 5-10 19,8 18,9 7671 0,3 13,47 8,54 10-14 19,8 18,9 11500 0,3 20,19 12,8 14-20 20,13 20,1 9672 0,3 18,68 7,14 20-28 20,13 20,1 14500 0,3 28 10,7 28-35 20,15 19,3 18000 0,35 19,03 15 35-51 19,95 18,6 40000 0,3 18,71 53 51-62 20,26 20,2 23250 0,3 33 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 Hình đến Hình trình bày kết mô đất chịu tải tĩnh Khi đặt tải 350kPa, vùng dẻo phát triển đến độ sâu B/4 đáy móng, tức khoảng 7m xuống đến độ sâu 14m (Hình 5) Điều tương đồng với giá trị sức chịu tải tĩnh tính phương pháp giải tích (Bảng 3) phù 75 hợp với lý thuyết mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo công thức sức chịu tải RII theo TCVN 9362:2012 Khi đặt tải 870kPa, mặt trượt hình thành đáy móng (Hình 7) Nền bị phá hoại sức chịu tải giá trị áp lực 870kPa sức chịu tải tĩnh cực hạn Hình Các điểm dẻo mơ hình tải tĩnh tải trọng áp dụng 350kPa Hình Biến dạng cắt mơ hình tải tĩnh tải trọng áp dụng 350kPa 76 KỸ THUẬT – CƠNG NGHỆ Hình Biến dạng cắt mơ hình tải tĩnh tải trọng áp dụng 870kPa Hình Các điểm dẻo mơ hình động đất tải trọng áp dụng 180kPa TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 Hình Biến dạng cắt mơ hình động đất tải trọng áp dụng 180kPa Hình 10 Biến dạng cắt mơ hình động đất tải trọng áp dụng 410kPa 77 KỸ THUẬT – CƠNG NGHỆ 78 Hình đến Hình 10 trình bày kết mơ đất chịu tải động đất cấp VIII Khi đặt tải 180kPa, vùng dẻo phát triển đến độ sâu B/4 đáy móng, tức khoảng 7m xuống đến độ sâu 14m (Hình 8) Điều tương đồng với giá trị sức chịu tải tĩnh tính phương pháp giải tích (Bảng 3) phù hợp với lý thuyết mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo công thức sức chịu tải RII theo TCVN 9362:2012 Khi đặt tải 410kPa, mặt trượt hình thành đáy móng (Hình 10) Nền bị phá hoại sức chịu tải giá trị áp lực 410kPa sức chịu tải cực hạn xảy động đất cấp VIII Bảng Sức chịu tải quận theo phương pháp giải tích mơ Phương pháp tính Phương pháp giải tích Theo Dickenson Theo JRA 2002 Phương pháp mô Điều kiện Sức chịu tải (kPa) Tĩnh 346,56 Động đất cấp VII 346,56 0% Động đất cấp VIII 178,42 49% Động đất cấp VII 346,56 0% Động đất cấp VIII 198,87 42,62% Tĩnh 350 Động đất cấp VII 350 0% Động đất cấp VIII 180 48,57% Kết luận kiến nghị 5.1 Kết luận Sức chịu tải cát móng bè cho địa chất quận giảm tăng cấp động đất tác dụng: Khi xảy động đất cấp VII: sức chịu tải không đổi so với sức chịu tải tĩnh Khi xảy động đất cấp VIII: sức chịu tải tính theo Dickenson giảm 49% so với điều kiện tĩnh, tính theo JRA giảm 42,62% so với điều kiện tĩnh Sức chịu tải phân tích phần mềm Plaxis giảm 48,57% so với điều kiện tĩnh Cơng trình chung cư Hoa Sen thiết kế 19 tầng tầng hầm đặt móng bè Đáy móng đặt lớp cát trạng thái chặt vừa Với trường hợp tải tĩnh xảy động đất đến cấp VII, cát móng bè đủ sức chịu tải cho cơng trình Với trường hợp xảy động đất đến cấp VIII, sức chịu tải cát móng Giảm % bè giảm 49% theo phương pháp giải tích giảm 48,57% theo phương pháp mô Lúc sử dụng móng bè cơng trình thiết kế từ 8-9 tầng để đảm bảo sức chịu tải 5.2 Kiến nghị Nghiên cứu cần Mở rộng việc đánh giá sức chịu tải cát hóa lỏng cho khu vực địa chất khác Tp Hồ Chí Minh Tính tốn độ lún sau hóa lỏng Việc mơ hình lớp hóa lỏng phần mềm Plaxis sử dụng hệ số chiết giảm DE để quy đổi thơng số vật liệu từ mơ hình bình thường sang mơ hình hóa lỏng Cần có nghiên cứu cụ thể mơ hình đất hóa lỏng phần mềm Plaxis Bài báo giới hạn việc đánh giá sức chịu tải hóa lỏng động đất vừa kết thúc, cần mở rộng việc đánh giá sức chịu tải hóa lỏng động đất■ TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 79 Tài liệu tham khảo Seed, R B., Cetin, K O., Moss, R E., Kammerer, A M., Wu, J., Pestana, J M., & Faris, A (2003) Recent advances in soil liquefaction engineering: a unified and consistent framework In Proceedings of the 26th Annual ASCE Los Angeles Geotechnical Spring Seminar: Long Beach, CA, 2-5 Kramer, S L (2008) Evaluation of liquefaction hazards in Washington State (No WA-RD 668.1) Washington State Department of Transportation, Office of Research and Library Services, 44-48, 55-71 Japan Road Association (2002) Specifications for highway bridges Maruzen, Tokyo Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (2012) TCVN 9386:2012, Thiết kế cơng trình chịu động đất Việt Nam Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (2012) TCVN 9362:2012, Tiêu chuẩn thiết kế nhà cơng trình Việt Nam Dickenson, S E., McCullough, N J., Barkau, M G., & Wavra, B J (2002) Assessment and mitigation of liquefaction hazards to bridge approach embankments in Oregon Washington, DC, Federal Highway Administration, 75-76 Al-Karni, A A (2001) Shear strength reduction due to excess pore water pressure In Proceedings of the 4th International Conferences on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics: San Diego, CA, 1-2, 4-5 Châu Ngọc Ẩn (2015) Động học đất Bài giảng Cao học, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Châu Ngọc Ẩn (2010) Cơ học đất Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM  ... 70 3.2 Đánh giá nguy hóa lỏng Loại đất đánh giá nhạy cảm với hóa lỏng (Mục 3.1) khơng bị hóa lỏng mức độ rung lắc không đủ mạnh để vượt qua khả kháng hóa lỏng vốn có đất Đánh giá nguy hóa lỏng. .. luận Sức chịu tải cát móng bè cho địa chất quận giảm tăng cấp động đất tác dụng: Khi xảy động đất cấp VII: sức chịu tải không đổi so với sức chịu tải tĩnh Khi xảy động đất cấp VIII: sức chịu tải. .. cứu cụ thể mơ hình đất hóa lỏng phần mềm Plaxis Bài báo giới hạn việc đánh giá sức chịu tải hóa lỏng động đất vừa kết thúc, cần mở rộng việc đánh giá sức chịu tải hóa lỏng động đất■ TẠP CHÍ KHOA