Nghiên cứu thiết lập công thức tính toán ứng suất đáy móng khối nêm cho đê biển Nam Bộ

Bài viết này giới thiệu nội dung, phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được trong việc thiết lập công thức nói trên để ứng dụng cho đê biển Nam Bộ.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU THI ẾT LẬP CÔNG THỨC TÍNH TỐN ỨNG SUẤT ĐÁY MĨNG KHỐI NÊM CHO ĐÊ BIỂN NAM BỘ Đỗ Thế Quynh Viện Thủy công Tóm tắt: Móng khối nêm bao gồm khối nêm làm từ đất yếu trộn với xi măng phụ gia đứng ken sít nhau, khoảng hở chúng chèn chặt cát, móng phủ lớp vải địa kỹ thuật chịu kéo Móng đề xuất, nghiên cứu từ năm 2014 cho đê biển Nam Bộ, đến chưa hồn thiện Việc thiết lập cơng thức tính ứng suất đáy móng khối nêm có ý nghĩa để kiểm tra ổn định mặt cường độ, song chưa thực Bài báo giới thiệu nội dung, phương pháp nghiên cứu kết đạt việc thiết lập cơng thức nói để ứng dụng cho đê biển Nam Bộ Từ khóa:M óng khối nêm, cơng thức tính ứng suất đáy móng Abtract: Awedge base foundation comprises the wedge blocks made from soft soil, cement and additive The blocks are arranged side by side and filled with sand in the void between them The foundation top is covered with a sheet of tensile geotextile This foundation was proposed since 2014 and onging studying its application for sea dykes in Mekong river delta The establishment of the new formula to calculate the wedge base foundation bottom stress is extremely significant for evaluating the ground stability; however, it has not been established so far This article introduces the content, research method and the result gained in the establishment of the abovementioned formula to apply it to Mekong river delta sea dykes Keywords:Wedge base foundation, wedge base foundation bottom stress calculation formula ĐẶT VẤN ĐỀ * trước mắt lâu dài Theo quy hoạch thuỷ lợi đồng Nam Bộ đến năm 2020, định hư ớng đến năm 2050 [5], giai đoạn 2016-2020 cần phải xây dựng 24 tuyến đê để kiểm soát mặn, lũ, nước biển dâng phòng tránh thiên tai Kết đề tài UNDP quản lý [6] cho thấy cần xây tuyến đê biển thứ đồng N am Bộ với tổng chiều dài đê 580 km để ngăn nước biển dâng, sóng thần, phân ranh mặn ngọt, xây dựng s hạ tầng Tuyến đê thứ làm cách tuyến đê thứ từ km đến 6,5 km, bên bố trí dân cư M ột điều kiện tự nhiên bất lợi với đê biển Nam Bộ đất mềm yếu vật liệu xây dựng khan hiếm, đê cao từ m đến m, song khơng xử lý đê khơng ổn định Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu, thiết kế giải pháp móng phù hợp để đảm bảo kinh tế - kỹ thuật thân thiện với môi trường Ngày nhận bài: 26/4/2018 Ngày thông qua phản biện: 31/5/2018 Ngày duyệt đăng: 26/6/2018 Các giải pháp móng áp dụng cho đê biển Nam Bộ kể đến [2]: đắp theo thời gian; thay cát; đắp bè Hiện đại hơn, có giải pháp xử lý khác như: cố kết bấc thấm; hút chân khơng; đắp cọc; móng Top-base; móng gia cố khối, … Trong giải pháp trên, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ việc dùng đệm cát áp dụng phổ biến Tuy nhiên, giải pháp áp dụng nhiều hạn chế, như: không tận dụng vật liệu chỗ; thời gian xây dựng kéo dài nên không phù hợp với đê cần phải hoàn thành sớm; vật liệu xây khan hiếm, đắt kh�thức tính ƯSĐM khối nêm, cần thiết lập giải toán truyền lực khối nêm độc lập với giả thiết phản lực đơn vị mặt phẳng nằm ngang A’C’ mặt vát C’D’ có trị số q3 (xem Hình 5) a) Lực tác dụng lê khối nêm b) Ứng suất đáy móng khối nêm Hình Sơ đồ lực tác dụng lên khối nêm ƯSĐM khối nêm Giả thiết ƯSĐM mặt A’C’ tải trọng tác dụng lên móng (q) truyền qua khối nêm phân bố lại giảm nhờ mặt vát khối nêm góc (1)so với phương thẳng đứng (xem Hình 5) - Các thành phần lực tác dụng vào khối nêm: + Tải trọng đơn vị (q) tác dụng lên móng thân đê truyền xuống; + ƯSĐM đáy khối nêm mặt A’C’ ứng suất mặt vát khối nêm mặt C’D’ (q3); + Ứng suất tiếp mặt đứng (f2); Các thành phần ứng suất mặt A’C’ mặt vát C’D’ khác trị số, song để giải phương trình cân lực, giả thiết thành phần ứng suất trị số - Phương trình cân lực khối nêm: ur uur uur uur q S  q3 S3  q3 S1  f V (1) Đối với ứng suất tiếp f2, khối nêm khu vực đê lún tương đối phần cát tiếp xúc với khối nêm chiếm tỷ lệ diện tích nhỏ, ảnh hưởng thành phần khơng nhiều, nên bỏ qua giải phương trình Chiếu thành phần lực tác dụng lên khối nêm theo phương đứng, phương trình (1) trở thành (2): q S  q3 S3  q3 S1.cos(90  1   ) (2) đó: q – tải trọng đơn vị tác dụng lên móng (giả thiết phân bố đều); S – diện tích mặt phẳng đỉnh khối nêm (ứng với kích thước D); q3– ƯSĐM đáy khối nêm mặt A’C’ ứng suất mặt vát khối nêm mặt C’D’; S3 – diện tích mặt phẳng đáy khối nêm (ứng với kích thước d); S1 – diện tích mặt vát khối nêm; 1 – góc vát so với phương thẳng đứng;  – góc hợp ứng suất mặt vát pháp tuyến mặt vát khối nêm [9] Đặt thừa số chung rút q3 có dạng (3): TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC q3  q.S S  S1.cos(90  1  ) (q’) xác định từ q1, q2, q3 theo (8): (3) S Đặt K3  , lúc (3) trở S3  S1 cos(90  1   ) thành (4): q3=K3.q CÔNG NGHỆ (4) Trong phạm vi mặt vát, đáy móng giá trị q1 tính theo cơng thức (5): S cos(90  1   ).q (5) q1  q3.c os(90  1   )  S3  S1.cos(90  1   ) q'  q3.S3  q1.S1'  q 2.S ' S3  S  S  (K 3.S3  K1.S1'  K S ).q ' S3  S1  S  K q (8) đó: S1' - diện tích hình chiếu S1 lên mặt đáy móng; S2 – diện tích mặt phần cát chèn khối nêm 2.2 Hiệu chỉnh cơng thức tính ƯSĐM mơ hình số phần tử hữu hạn (PTHH) Cơng thức tính ƯSĐM (8) thiết lập có dạng tổng qt nhiều yếu tố chưa xét đến Để áp dụng cho đê biển Nam Bộ cần hiệu chỉnh lại công thức tính ƯSĐM, tức thành (6): hiệu chỉnh hệ số giảm ứng suất trung bình (K) q1=K1.q (6) cho móng khối nêm với hình dạng khối Trên mặt bằng, khối nêm cát chèn, nêm Hình 1, Hình 2, Hình Hình có khơng có ảnh hưởng mặt vát khối nêm, nên xét đầy đủ yếu tố ảnh hưởng phù hợp với ƯSĐM (q2) cho không giảm so thực tế đê biển Nam Bộ Trong nghiên cứu này, với tải trọng (q) biểu thị dạng (7): tác giả dùng phần mềm Plaxis 3D [8] (theo phương pháp PTHH) có quyền để thực (7) q2=K2.q hiệu chỉnh đáp ứng yêu đặt Kết đó: K2=1 hiệu chỉnh hệ số K phần mềm Các hệ số K1, K2, K3 gọi hệ số giảm ứng lập thành bảng để tra cứu tính tốn thiết suất tương ứng với q1, q2, q3 kế đê Nam Bộ Mơ hình cụ thể cho móng Ứng suất đáy móng trung bình (ƯSĐMTB) khối nêm I-0,5-0,3-45 xem Hình S.cos(90  1   ) Đặt K1  , lúc (5) trở S3  S1.cos(90  1   ) a) Khi vừa lắp đặt khối nêm b) Khi vừa chất tải lên nén Hình Mơ hình móng khối nêm I-0,5-0,3-45 Plaxis 3D TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Theo phương pháp giải tích Kết thiết lập cơng thức tính ƯSĐM theo phương pháp giải tích (8) có dạng tổng qt Để định lượng mức giảm ứng suất, tác giả tính tốn hệ số giảm ứng suất K cho móng với khối nêm I-0,5-0,3-45 II-10,6-45 nêu Bảng Bảng Hệ số giảm ứng suất số móng khối nêm TT Tên Thể tích Diện tích Hệ số giảm ứng suất khối nêm (m ) mặt vát (m ) K1 K2 K3 K I-0,5-0,3-45 0,0472 0,2464 0,7306 0,8185 0,7884 II-1-0,6-45 0,3581 0,9330 0,7314 0,8194 0,8001 3.2 Hiệu chỉnh công thức giải tích mơ hình số PTHH Mơ hình số PTHH lập cho mơ hình móng khối nêm chịu tải trọng 56 kPa, tương ứng với thân đê có chiều cao tối đa m đỉnh đê có trọng xe H10 Móng đê đặt đất yếu có chiều dày chị nén thực tế m [9] Kết hiệu chỉnh công thức giải tích (hiệu chỉnh hệ số giảm ứng suất K) cho móng khối nêm nêu Bảng Bảng Tổng hợp hệ số giảm ứng suất với móng khối nêm Tải trọng đơn vị q (kPa) 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 I-0,5-0,3-45 0,62 0,65 0,68 0,70 0,71 0,73 0,75 0,77 0,79 0,80 0,82 0,84 0,86 0,87 Hệ số giảm ứng suất K Hình dạng khối nêm I-0,5-0,5-45 II-1-0,6-45 0,58 0,63 0,60 0,65 0,62 0,68 0,64 0,71 0,66 0,73 0,67 0,76 0,69 0,78 0,71 0,80 0,73 0,82 0,74 0,84 0,76 0,86 0,77 0,87 0,79 0,89 0,80 0,91 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Kết theo phương pháp giải tích nêu Bảng cho thấy móng khối nêm có tác dụng làm giảm ƯSĐM Tuy nhiên, hệ số giảm ứng suất nêu Bảng (là số) xuất II-1-1-45 0,59 0,61 0,63 0,65 0,68 0,70 0,72 0,75 0,77 0,79 0,81 0,83 0,84 0,86 phát từ việc giải phương trình cân lực đơn kể đến ảnh hưởng mặt vát khối nêm, thực tế nhiều yếu tố ảnh hưởng khác thực tế chưa xét đến Chính vậy, hệ số giảm ứng suất nêu Bảng chưa thể áp dụng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ việc tính tốn ƯSĐM cho đê mà cần phải tiếp tục hiệu chỉnh cho phù hợp cường độ để định chọn loại móng hợp lý Kết tính tốn mơ hình số PTHH nêu Bảng phù hợp với điều kiện thực tế xây dựng đê biển đồng Nam Bộ khắc phục hạn chế phương pháp giải tích, tức kể đến đầy đủ yếu tố ảnh hưởng khác thực tế như: làm việc đồng thời khối nêm móng; thay đổi tải trọng đơn vị lên móng q trình đắp đê lớp (mỗi lớp đắp 25 cm tương ứng gia tải kPa); chiều sâu chịu nén thực tế; chiều sâu đặt móng; tính chất đất đất bên móng; kích thước móng; độ cứng móng; Mặc dù vậy, kết hệ số giảm ứng suất nêu Bảng xây dựng dựa vào mơ hình vật liệu tiêu chuẩn lập sẵn Plaxis, mơ hình phản ánh gần thực tế, nên kết có phần hạn chế Các tác giả đạt mục tiêu nghiên cứu đặt việc thiết lập cơng thức tính tốn ƯSĐM khối nêm phục vụ tính tốn, thiết kế đê biển Nam Bộ Tuy nhiên, để hồn thiện giải pháp móng này, nhiều vấn đề tồn cần tiếp tục nghiên cứu, là: Trong thiết kế, chiều cao đê xe đỉnh đê yêu cầu, tính tải trọng đơn vị (q) đê tác dụng lên móng, tính ƯSĐM theo cơng thức (8) Bảng 5, đồng thời tính tải trọng giới hạn với móng khác sử dụng, sau kiểm tra điều kiện ổn định mặt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Nghiên cứu trình cố kết móng khối nêm; - Xác định hình dạng tối ưu khối nêm dùng làm móng đê biển Nam Bộ cơng trình khác có điều kiện xây dựng tương tự; - Hiệu chỉnh công thức tính ƯSĐM khối nêm tối ưu có xét đến đồng thời lực đứng ngang; tách biệt ảnh hưởng chiều sâu, chiều rộng móng vải địa kỹ thuật chịu kéo móng đến hệ số giảm ứng suất; - Xác định hệ số giảm ứng suất cho móng khối nêm số đất khác bùn sét, cát pha, than bùn đồng Nam Bộ; - Tác dụng dòng thấm giải pháp ngăn chặn bất lợi gây ratrong móng khối nêm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Vĩnh An, Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu tải cọc XMĐ thi công theo công nghệ Jet-Grouting cho số vùng đất yếu Việt Nam, Luận án TSKT, 2012, Viện KHTL Việt Nam, Hà Nội [2] Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Đỗ Thế Quynh, “Nghiên cứu hiệu suy giảm ứng suất đáy móng khối nêm mơ hình vật lý”, Tạp chí khoa học cơng nghệ thủy lợi, ( ISSN:1859-4255 35 ), tr 65-71, 2016, Viện KHTL Việt Nam, Hà Nội 10-2016 [3] Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Đỗ Thế Quynh nnk, Hồ sơđề tài cấp Bộ: Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý đất yếu thiết bị trộn đất chỗ với chất kết dính vơ phục vụ xây dựng cơng trình thủy lợi, 2016, Viện KHTL Việt Nam, Hà Nội [4] Trần Thị Thanh, Nguyễn Việt Tuấn, “Xác định vùng chịu nén đất yếu bão hòa nước khối đắp đê ĐBSCL”, Tuyển tập kết KHCN năm 2003 kỷ niệm 25 năm thành lập Viện KHTL Miền Nam (1978-2003), tr 421-429, Viện KHTL Việt Nam, 2003, Hà Nội TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 CHUYỂN GIAO CƠNG NGHỆ [5] Thủ tướng phủ, Quyết định Phê duyệt Quy hoạch thuỷ lợi Đồng sông Cửu Long giai đoạn 2012 - 2020 định hướng đến năm 2050 điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng, 2012, Hà Nội [6] Trường ĐHTL,Viện KHTL Miền Nam, Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam, Báo cáo tổng hợp đề tài nghiên cứu UNDP quản lý: Quản lý tổng hợp tài nguyên nước điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng phát triển nhanh kinh tế, xã hội đồng Sông Cửu Long, Việt Nam, 2016, Hà Nội [7] Nguyễn Xuân Trường, Thiết kế đập đất, 1972, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Delf University of Technology & Plaxis bv, Plaxis3D2013, 2013, The Netherlands [9] H.W.R.U, D.D.M.F.C, H.E.D.P.W.D, Geotechnical modelling – Plaxis short course – Fundamentals, theory and application of software, 2011, Ha Noi TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 45 - 2018 ...dụng cho đê biển Nam Bộ cần hiệu chỉnh lại công thức tính ƯSĐM, tức thành (6): hiệu chỉnh hệ số giảm ứng suất trung bình (K) q1=K1.q (6) cho móng khối nêm với hình dạng khối Trên mặt bằng, khối nêm .. .khối nêm (ứng với kích thước D); q3– ƯSĐM đáy khối nêm mặt A’C’ ứng suất mặt vát khối nêm mặt C’D’; S3 – diện tích mặt phẳng đáy khối nêm (ứng với kích thước d); S1 – diện tích mặt vát khối nêm; .. .nêm b) Ứng suất đáy móng khối nêm Hình Sơ đồ lực tác dụng lên khối nêm ƯSĐM khối nêm Giả thiết ƯSĐM mặt A’C’ tải trọng tác dụng lên móng (q) truyền qua khối nêm phân bố lại giảm nhờ mặt vát khối