Tính toán xử lý nền đất yếu và ứng dụng phần mềm để kiểm toán nền đất yếu

BIỂU ĐỒ HỆ SỐ AN TOÀN CỦA CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG ,Khi tính toán theo tiêu chuẩn 2622000 phần lớn các công thức giải tích đều dựa trên lời giải gần đúng của Taylor (Approximate solution) về lý thuyết cố kết thấm Terzaghi.Khi tính toán theo phần mềm Plaxis V8.2 dựa trên trên lời giải phương pháp số (Numerial solution) của lý thuyết cố kết thấm Terzaghi.Kiến nghị: Khi tính toán ổn định nền đất yếu nền kết hợp giữa tiêu chuẩn hiện hành và sử dụng phần mềm tính toán để tăng độ chính xác cho việc tính toán.Nếu có thời gian nhóm tác giả kiến nghị nên tính toán để tối ưu chiều sâu cắm bấc thấm, tức là không cắm hết chiều sâu vùng đất yếu.

1.Đề bài:

Tớnh toỏn ổn định và lỳn của nền đất yếu theo cỏc trường hợp:

- Trường hợp 1: Cú xử lý bằng bấc thấm

- Trường hợp 2: Khụng dựng bấc thấm mà tớnh đắp nhiều giai đoạn thỡ độ lỳn tổng cộng Sc =?

Cho biết : + Độ lỳn cũn lại <= 30 cm

+ Thời gian đạt cố kết là <= 6 thỏng

Bài làm

1 Giới thiệu chung

Công trình đờng nối từ đờng Nguyễn Tất Thành đến khu đô thị Thuỷ Tú có điểm đầu tại đờng Quốc lộ 1A (cuối đờng Nguyễn Tất Thành) Điểm cuối dự án dự kiến tại Km7 thuộc đờng tránh Hải Vân – Tuý Loan Tuyến đờng chủ yếu băng qua các đoạn ruộng lúa nớc, một

số đoạn qua nhà dân và qua vờn hoa màu Cấu trúc địa chất trong

đoạn này chủ yếu là các thành tạo đất có nguồn gốc bồi tích của sông

Cu Đê và trầm tích biển bao gồm: Bùn sét pha, sét, sét pha, cát, cát pha, cuội sỏi sạn nằm phủ trên đất tàn tích của đá loại phiến sét Loại đường phố: Đường trục chớnh thứ yếu

Cấp kỹ thuật: 60

Độ dốc dọc lớn nhất: Idmax=6%

Bề rộng nền đường: (5+7,5+8+7,5+5)=33m

Hỡnh 1: Mắt cắt ngang đại diện

2 Số liệu địa chất

Cắt dọc địa chất của đoạn nền đường xử lý KM 0+943 đến KM 1+005m

Cấu tạo địa chất điển hỡnh của mặt cắt tại vị trớ này bao gồm lớp Sột pha màu xỏm xanh với chiều dày trung bỡnh khoảng 16m Bờn dưới lớp sột pha là cỏt hạt nhỏ chặt vừa

cú chiều dày khỏ lớn

Lớp E1: Bùn Sét pha, màu xám xanh.

Lớp H1: Cát hạt nhỏ lẫn bột sét, màu trắng, màu vàng, trạng thái bõa hòa, kết cấu rời rạc đến chặt vừa

Đất đắp: Sét pha cát có lẫn dăm sạn:

Chiều cao đất đắp 5m

Có dung trọng tự nhiên:  = 18,5kN/m3

Tải trọng xe: quy đổi về tải trọng đất đắp phân bố đều h=0,75m.

Hình 2: Mắt cắt ngang tính toán

Bảng 1: Tổng hợp chỉ tiêu của các lớp đất như sau:

Bùn Sét (E1)

Cát nhỏ (H1)

Hệ số cố kết Cv cm/s (x10-3) 0.67

3 Nội dung tính toán

3.1 Yêu cầu tính toán

Độ lún dư, tốc độ lún:

Theo quy trình khảo sát thiết kế nền đất đắp trên nền đất yếu 22TCN 262 -2000 thì độ lún còn lại (S) tại trục tim nền đường cấp 60Km/h Có tầng mặt cấp cao A1 sau khi hòan thành công trình đảm bảo yêu cầu sau:

- Đoạn nền đường đắp thông thường S40cm

- Đoạn nền đường có cống hoặc dân sinh chui dưới S30cm

- Đoạn nền đường gần mố cầu S20cm

3.2 Dự báo độ lún của nền đường trước khi xử lý.

Độ lún của nền đất:

S= Se+ Sc + Si

Tính toán độ lún tức thời:

2

(1 u)

e

u

P B I S

E







Trong đó:

P- cường độ áp lực gây lún tại đáy móng

B- bề rộng trung bình của nền đường

I- hệ số phụ thuộc vào hình dạng, độ cứng của móng và hệ số nở hông của đất nền dưới đáy móng

u- hệ số nở hông không thoát nước

Eu - mô đun đàn hồi không thoát nước của đất được xác định bằng thí nghiệm một trục (Oedometer)

Mô đun đàn hồi không

Hệ số ảnh hưởng hình

Dự báo độ lún cố kết:

Trường hợp ứng suất hữu hiệu lớn hơn áp lực tiền cố kết nên độ lún cố kết được tính theo công thức sau:

' '

1

H

e





�

Trong đó:

Sc- độ lún cố kết sơ cấp

Hi chiều dày lớp đất phân tố

e0i- hệ số rỗng ban đầu của lớp đất thí i

Cc- chỉ số nén của lớp đất thứ i

zi- ứng suất hữu hiệu của đất

vi- ứng suất do tải trọng ngoài gây ra

Tính toán độ lún cố kết ban đầu:

Lớp Chiều dày Hi 'v0 'vm 'v0+ 

(m) m) (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) Bùn Sét

16

Ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây ra:

Ứng suất so tải trọng ngoài gây ra:

3.3 Tính toán độ lún theo thời gian:

Độ cố kết của nền đất khi nước thấm 2 phía theo phương thẳng đứng:

U=1-(1-Uv).(1-Uh)

Trong đó: Độ cố kết phương ngang: Uh=0

Độ cố kết phương đứng: Uv=90% ứng với Tv= 0,848

Nhân tố thời gian: 2v

v

C

h



Hệ số cố kết phương đứng:

0

(1 )

z v

tb

K a C



 ; Cv=0,00067cm2/s Chiều sâu vùng tính lún h=H/2= 1600/2=800cm

Thời gian tắt lún: t=27 năm

Tính toán độ lún theo thời gian:

3.4 Nhận xét kiến nghị đề xuất các phương án xử lý:

Nền đất yếu có chiều dày 16,0m, để đạt độ cố kết yêu cầu 90%, phải mất hết 27 năm Do thời gian xây dựng công trình chỉ yêu cầu trong 6 tháng nên phải sử dụng các biện pháp xử lý nền đất yếu để đẩy nhanh quá trình thoát nước

Đề xuất phương án xử lý sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước

Ưu điểm:

- Làm tăng khả năng thoát nước của nền đất yếu.

- Công nghệ thi công cắm bấc thấm nhanh, đơn giản hơn giếng cát

- Giá thành rẻ hơn các phương án khác

Nhược điểm:

- Khả năng thoát nước kém khi áp lực xô ngang lớn

4 Tính toán đô lún và ổn định sau 6 tháng xử lý:

4.1 Bố trí bấc thấm.

Sơ đồ bố trí bấc thấm:

Hình 3: Sơ đồ bố trí bấc thấm Chiều dài cắm bấc thấm L=16m (Cắm hết lớp đất yếu)

Sơ đồ bố trí bấc thấm lưới tam giác khoảng cách giữa các bâc thấm L2=2m Đường kính bấc thấm; d= (a+b)/2

Chiều rộng bấc thấm a=10cm

Chiều dày bấc thấm b=0,3cm

4.2 Dự báo độ lún của nền đất yếu sau khi xử lý bằng bấc thấm:

Độ cố kết của nền đất khi nước thấm 2 phía theo phương thẳng đứng:

U=1-(1-Uv) (1-Uh)

Mức độ cố kết theo phương ngang; Uh:

8

1 exp

( )

h h

T U

F n

� �

� �; ( ) 2 2 ln( ) 3 2 21



e D n d



Nhân tố thời gian: h2

h e

C

D

 Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm De=1,05L ( Sơ đồ bố trí PVD tám giác)

Hệ số cố kết theo phương ngang: Ch= 3Cv=3.0,00067=0,002cm2/s

Chiều sâu vùng cắm bấc thấm; H= 1600=800cm

=>Th=0,68 => Uh=0,85

Độ cố kết phương đứng; Uv:

Hệ số cố kết phương đứng:

0

(1 )

z v

tb

K a C



 ; Cv=0,00067cm2/s Chiều sâu vùng cố kết theo phương đứng; h=H/2= 1600/2=800cm

Nhân tố thời gian: 2 0,00067.3.102 8.0,5 0.14

800

v v

C

h

Độ cố kết: U= 1-(1-Uv) (1-Uh)= 1- (1-0,14) (1-0,85)= 0,917

Vậy độ lún của nền đất sau 6 tháng:

St= U.S= 0,917*1,37=1,26m

Độ lún dư còn lại:

Sd= 1,37-1,26= 0,11m <0,3 m => Kết luận độ lún xử lý sau 6 tháng đạt yêu cầu

Hệ số cố kết theo phương ngang Ch=3Cv 0.00201 cm/s

De - đường kính đới ảnh hưởng của bấc

Tính toán chiều cao đất đắp:

Chia nền đất đắp thành 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Chiều cao đất đắp 2,5m, đắp bệ phản áp 2,5m, rộng mỗi bên 8m, thời gian đắp đất 5 ngày, thời gian chờ lún 60 ngày Hệ số an toàn Fs= 1,22

Giai đoạn 2: Chiều cao đất đắp 2,5m; thời gian đắp đất 5 ngày, thời gian chờ lún 110 ngày Hệ số an toàn Fs= 1,35

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 8.2 VÀO PHÂN TÍCH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU THEO THỜI GIAN.

Số liệu ban đầu:

Nền đất có tổng chiều dày 20m Trên cùng là lớp sét pha dày 1,1m, giữa là lớp Sét yếu dày 16,8m, và dưới là lớp cát chặt dày 2,1m Mô hình như hình vẽ:

Hình 4: Mặt cắt ngang tính toán

Sơ đồ bài toán được minh họa trong bài toán dưới đây:

Khai báo mô hình bài toán:

Hình 5: Mô hìnhtính toán Khai báo điều kiện biên:

Sử dụng standaard fixities để khai báo điều kiện biên

Khai báo đặc trưng vật liệu

Bảng 3: Các lớp đất của bài toán được khai báo như sau:

Các tham số Tên

sét yếu

bấc thấm

Mô hình vật liệu Mô

hình

Morh Coulomb Soft Soil

Morh Coulomb

Morh

-Loại tính chất Loại Thoátnước Thoátnước Thoátnước Thoátnước

Mô đun biến

Hệ số rỗng ban

-Chia lưới tính toán:

Hình 6: Mô hình chia lưới phần tử Khai báo điều kiện ban đầu

Khai báo mực nước ngầm (phreatic level) nằm ngang lớp đất yếu

Hình 7: Khai báo điều kiện ban đầu Tính toán áp lực nước lỗ rỗng tĩnh ban đầu (Gernerate water pressure)

Hình 8: Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu Tính toán áp lực đất hữu hiệu ban đầu ( Gernerate intial stress):

Hình 9: Ứng suất hữu hiệu ban đầu Bảng 4: Các bước tính toán:

Tên Bước đầuBắt Tính toán Vào tảitrọng Thời gian Ghi chú

<Phase

Staged construction 0 Cắm bấc thấm

<Phase

2> 3 2 Consolidation constructionStaged 5 ngày Đắp lớp 1 trong 5ngày

<Phase

3> 4 3 Consolidation constructionStaged 60 Chờ cố kết 60 ngày

<Phase

4> 5 4 Consolidation constructionStaged 5 ngày Đắp lớp 2 trong 5ngày

<Phase

5> 6 5 Consolidation constructionStaged 110 Chờ cố kết 110ngày

<Phase

Phi/c reduction

Incremental multipliers

-Kiểm tra ổn định đắp lần 1

<Phase

7> 8 7 reductionPhi/c Incrementalmultipliers - Kiểm tra ổn địnhđắp lần 2

<Phase

8> 9 8 reductionPhi/c Incrementalmultipliers - Kiểm tra ổn địnhdài hạn

Kết quả:

HÌNH 10: BIỂU ĐỒ HỆ SỐ AN TOÀN CỦA CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG

(TẠI ĐIỂM C) Giai đoạn 1: Hệ số ổn định: FS=1.33

Giai đoạn 2: Hệ số ổn định: FS=1.35

Giai đoạn khai thác lâu dài: Hệ số ổn định: FS=1.49

BIỂU ĐỒ MẶT TRƯỢT KHI ĐẮP ĐẤT GIAI ĐOẠN 1: HỆ SỐ ỔN ĐINH: FS=1,33.

BIỂU ĐỒ MẶT TRƯỢT KHI ĐẮP ĐẤT GIAI ĐOẠN 2: HỆ SỐ ỔN ĐINH: FS=1,35

BIỂU ĐỒ MẶT TRƯỢT LÂU DÀI: HỆ SỐ ỔN ĐINH: FS=1,49

HÌNH 11: BIỂU ĐỒ LÚN THEO THỜI GIAN (TẠI ĐIỂM A.)

Dựa vào biểu đồ lún theo thời gian độ lún tại thời điểm 180 ngày là 1,44m.

HÌNH 12: BIỂU ĐỒ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG THEO THỜI GIAN (TẠI ĐIỂM A)

HÌNH 13: BIỂU ĐỒ PHÂN BỐ ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG SAU KHI CỐ KẾT

SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN:

PHƯƠNG PHÁP TÍNH Độ lún trước xử lý Độ lún sau khi xử lý bằng

bấc thấm

NHẬN XÉT- KIẾN NGHỊ:

- Kết quả tính toán độ lún theo tiêu chuẩn và sử dụng phần mềm Plaxis V8.2 có sự sai khác nhỏ, sở dĩ có sự sai khác đó là vì:

- Khi tính toán theo tiêu chuẩn 262-2000 phần lớn các công thức giải tích đều dựa trên lời giải gần đúng của Taylor (Approximate solution) về lý thuyết cố kết thấm Terzaghi

- Khi tính toán theo phần mềm Plaxis V8.2 dựa trên trên lời giải phương pháp số (Numerial solution) của lý thuyết cố kết thấm Terzaghi

- Kiến nghị: Khi tính toán ổn định nền đất yếu nền kết hợp giữa tiêu chuẩn hiện hành và sử dụng phần mềm tính toán để tăng độ chính xác cho việc tính toán

- Nếu có thời gian nhóm tác giả kiến nghị nên tính toán để tối ưu chiều sâu cắm bấc thấm, tức là không cắm hết chiều sâu vùng đất yếu