Tính toán sức chịu tải cọc xi măng đất tạo bởi Jet Grouting: Lý thuyết - mô hình số - thí nghiệm hiện trường

Bài viết này giới thiệu một phân tích Cách tiếp cận để tính toán khả năng chịu lực của cột xi măng đất bằng cách sử dụng các mô phỏng số của Chương trình Plaxis 2D và Plaxis 3D và cọc thử tải tĩnh.

TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT TẠO BỞI JET GROUTING: LÝ THUYẾT – MƠ HÌNH SỐ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG PHUNG VINH AN*, VŨ BÁ THAO** Caculating the Bearing Capacity of Soil Cement Column Created by Jet Grouting: Theory Method - Numerical Analyses - Field Load Tests Abstract: It has been found that the bearing capacity of soil cement column calculated based on some existing design standards exhibited substantial errors as compared with results of pile static load tests conducted in some places in Vietnam This paper introduces an analytical approach to calculate the bearing capacity of soil cement column using the numerical simulations by Plaxis 2D and Plaxis 3D Programs and the pile static load tests The test results provided total bearing capacity of soil cement column whereas Plaxis 3D Foundation Program was used to divide two components of bearing capacity: shaft friction resistance and ultimate tip resistance Results show that, the load-displacement curves obtained by 3D numerical model and load test are in good agreement The total bearing capacity reaches the ultimate state simultaneously with the shaft friction resistance and the tip resistance Values of the shaft friction resistance and the tip resistance are obviously different and the shaft friction resistance is much greater than the tip resistance Based on comparison between the results of tests and numerical analyses, a modified equation for determining the bearing capacity of soil cement colum was proposed m m * ứ ( m ê v ê m , mứ v , ứ ợ ng * ** m J-08-40ê m ĩ ê m, ó m ĩ C v ứ m  135.53% [1] [3] [4] [5] [6] ứ mà ó ê ợ v v Trung tâm Cơng tr nh Ng m Vi n Th y Công Vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam Ph ng Nghi n c u Địa kỹ Thuật Vi n Th y Công Vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam E-mail: vubathao@gmail.com ứ ( ợ m m bê ợ ó ợ ứ m C , ứ ứ Ố Ủ PHÁP TÍNH TỐN THEO DBJ-08-40-94 Ớ É Ờ 2.1 t qu t n ệm nén tĩn trụ x măn t tạ òn v u [1][5] 2.1.1 Phương pháp chuẩn bị quy trình thí nghiệm Theo , thí m ĩ ợ hành sau 28 ngày, thành thi công v m, m , m àm b b ợ àm ẳ m v h b ê m Thí m ĩ ợ TCXDVN 269:2002 "C c - Ph ơng ph p thí nghi m t i tr ng tĩnh p d c tr c", ợ Quá trình m ợ + Chu kì 1: 0%  10%  20%  30%  40%  50%  60%  70%  80%  90%  ứ m ợ b G m 100%  80%  60%  40%  20%  0% Chu kì 2:  20%  40%  60%  80%  100%  110%  120%  130%  140%  150%  160%  170%  180%  190%  200% G m 200%  180%  160%  140%  120%  100%  80%  60%  40%  20%  0% Chu kì 3:  20%  40%  60%  80%  100%  120%  140%  160%  180%  120%  210%  220%  230%  240%  250%  ( m + ui tr nh o ộ lún: ợ m , 2, 5, 10, 20, 30, 40 phút m và b tr ê m p tt  F óm ứ m C ợ m m ;( ợ ó ê õ mà ,1mm (s  0,1mm); (3) v ợ m ó ( S n  5S n1 ợ m ;( ( Sn  60mm ) + uy ịnh dừng thí nghi m: C ợ m ( ;( v ợ ; ( ;( b ỷ 2.1.2 t qu t n ệm 2.1.2.1 K t qu n n tĩnh i Ph ng C ợ m m óm m ợ v v (1) m b b ứ , ; v m ĩ b ỡ t i tr ng - chuy n vị c c ơn Đ2 Hình ợ ứ c: (1) v Ptt - ứ óm ; F,0 ó Pgh - uy ịnh n ịnh quy ứ t i tr ng - chuy n vị c c ơn Đ1 Hình pgh + óm ĩ m n t qu nén tĩn n số ọ ọ nén ọ trụ ọ D1 ọ D2 60 cm 60 cm 02/9/2004 02/9/2004 06/10/2004 06/10/2004 -1,25 m -1,25 m 8,0 m 8,0 m 24 22 12 11 óm ọ 60 cm 5+6+7 02/9/2004 04/10/2004 -1,2 m 8,0 m 85 42,5 Ngày thi công m C C ợ ( ứ n v n óm ọ 2.1.2.2 K t qu n n tĩnh C Mau C ợ m m ỡ Hình ê m t i tr ng - chuy n vị c c ơn C1 n ên ọ C -1 C2 C3 v b m C b u (m) 10 10 ứ mv b t qu t trọn p oạ ( ) 15 31 n mứ s nén tĩn ện tr ờn vớ TC DBJ-08-40-94 2.2.1 Đ i v i k t qu thí nghi m i Ph ng ứ v [8]: Pa = *fcu*Ap =39,56 (2) v ợ K ĩ mb t i tr ng - chuy n vị c c ơn C2 v nhóm c c ệm nén tĩn Hình n lún p t trọn p oạ (mm) 80,99 69,85 lún s u t n ệm (mm) 70,25 53,55 ó 2.2 Pa - ứ qu (T/m2)   = 0,35 ( u m =400 Ap m p = 0,2826 (m ) ứ [8]: Pa = Upqsi*li + α*Ap*qp = 38,90 (3) ó Up v , Up =1,884 (m) qsi m ứ , qsi = 1,4 (T/m ) li ứ , li = (m) αm mó ê ê m , α = 0,6 qp - ứ m , qp = 105 (T/m ) ê ứ Pa = 38,90 (T) v ê J-08-40-94, m ó ,6 m, m ó ứ 25, ( ó, m ĩ ê ( v ( v ,ứ v ợ (mm (mm v ứ m v D2 ứ ê J-08-40ợ 76,82 % 62,08% m 2.2.2 Đ i v i k t qu thí nghi m C Mau ứ v [8]: Pa = *fcu*Ap =38,57 (4) ó Pa - ứ ( qu , qu =390 (T/m2) m , = 0,35 Ap m , Ap = 0,2826 (m2) ứ [ ] Pa = Upqsi*li + α* p*qp = 35,33 (5) ó Up v , Up =1,884 (m) qsi m ứ , qsi = 1,2 (T/m ) li ứ , li = 10 (m) αm mó ê ê m ,α ,5 qp - ứ m , qp = 90 (T/m2) ê ứ Pa = 35,33 (T) Tính tốn theo TC DBJ-08-40ó , m m ó ứ , ( ó, m ĩ ê (T), ứ v , (mm v ứ m ứ 135,53 % m ê ĩnh v v ê J-08-40-94 ê v ứ m bê õ ó m v ó m ứ v , ó ứ ê , ứ m ợ ;( ê ứ ( ê ứ bê m ứ Ớ Ớ Ứ Ị ịu t ủ ọ àv 3.1 ứ n x măn b t ứ m m ( ;( ứ ứ m Qult  Qs +Qt Qs =fs As  πDL(βcu +Koσ'v tan ) Qt =qA t  (6) (7) πD α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ ) (8) ó Qult - ứ Qs - ứ m Qt - ứ m m m m D’ ợ cu ( /m2); ’v - ứ Sc S Sc = 1,3 S = 0,6; m (m ( ( /m2); /m3) Nc Nq N ó m b ;   v ứ m m m bê m 3.2 X ịn ệ số u ỉn   tính tốn sứ ịu t ọ X 3.2.1 M c ích mơ thí nghi m hi n tr ng mơ h nh to n Có ,  ( m ĩ m ê , ứ ứ ợ ứ ,  ó ợ m m Hình Sơ l i ph n t h u h n b i to n 3D mô h nh th c ứ , v m m ó ó m m m ứ ó m , m, ứ , ợ m m mm nh Bi n d ng t ng th b i to n 3D t i tr ng gi i h n ợ m ó ó m m ĩ m ứ ;( thí ê m m hình tốn, ợ m bê ó   3.2.2 Mơ thí nghi m n n tĩnh c c ơn xi m ng t i Ph ng - Mơ hình hóa tốn: m m ợ v m m ê mứ m “ ” m ứ Hình Sơ l i ph n t h u h n b i to n phẳng sơ i x ng tr c m ợ m v m v m ợ hình hóa b b - m C b : ,m v àm m m ợ m “ ” ợ m ợ m ê nh Bi n d ng t ng th b i to n tr c t i tr ng gi i h n i x ng + ĩ v ê m và m nh So s nh ng cong t i tr ng – chuy n vị c a c c mô h nh kh c v k t qu o c tr n hi n tr ng m m ứ m bê ẳ ứ ình Plaxis 3D foundation m ứ ê m ứ m ợ , ứ bê ứ m bê ứ ,  m + m ê m : ứ ( , ứ ợ v m nh 10 Đ ng cong t i tr ng-chuy n vị c a thí nghi m c a mơ h nh 3D v k t qu s c kh ng mặt b n v s c kh ng u c c πD2 α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ ) (9) ó D m (m , D = 0,6 (m); Nc Nq N , v  =6,23o Nc = 7,8 Nq=1,85, N=0,6722; ’ ợ ( /m3), ’ , ( /m3); cu ( /m2), cu = (kN/m2); v m ợ ê ứ , ứ m ứ m bê ứ m v Qult = 240 (kN), Qt = 48,4 (kN) Qs = 191,6 Thay Qt ứ ( ta có: Qt = πD2 α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ'DN γ )  48, 4 48,4x4 α= = 0.84 πD (1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ ) + : ứ ( , ứ bê ê ợ v + m (10) (11) m ợ v Qs =fs As  πDL(βcu +Koσ'v tan ) ó Ko , Ko = 1-sin = 0,892; ' ẳ ứ , σ'v  γ 'L σv - ứ (12) b ê (kN/m2) = 71,2 (kN/m2); C , L, C u ê ; ê ứ ứ ( 2) ta có: s πDL(βcu +Koσ'v tan )  191,6 (13)  191,6  β =  K oσ'v tan  / cu = 0,82  πDL  (14) 3.2.3 Thí nghi m n n tĩnh c c ơn xi m ng t C n Thơ - Mơ hình hóa tốn m m ợ tính tốn Trong mơ hình này, m v àm v m m ợ C m ợ m b ợ “ ” ợ b m ợ m nh 11 L + ứ m m m ợ nh 13 Đ ng cong t i tr ng-chuy n vị c a thí nghi m c a mơ h nh 3D v K t qu s c kh ng mặt b n v s c kh ng u c c m b õ v v ê v m ó ê m m m b ĩ v nh 12 Đ ng cong t i tr ng - chuy n vị từ k t qu o c tr n hi n tr ng v từ mơ hình tốn + m i ph n t mô h nh 3D C mứ à b m ứ ứ m m : ứ ( , ứ bê m ợ v Qs =fsAs  πDL(βcu +Koσ'v tan ) ứ m bê + bê ứ ó Ko σ 'v - ứ ,  m + ê m : ứ ( , ứ ợ v m m πD2 Qt = α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ ) (15) ó Dm (m , D = 0,6 (m); Nc, Nq, N  v  =2o ’ Nc = 6,57, Nq=1,34, N=0,292; ’ ợ ( /m3), ’ , ; cu ( /m2), cu = 7,1 (kN/m2); v m ợ ê ứ , ứ m ứ m bê ứ m v , Qult = 150 (kN), Qt = 25,64 (kN) Qs = 124,36 (kN) Thay Qt vào cơng ứ ( ó πD α(1,3cu N c +σ 'v N q +0,3γ ' DN γ )  25,64 (16) α= 25,64x4 =0,54 πD (1,3c u N c +σ 'v N q +0,3γ ' DN γ ) n ị tr t n to n sứ ịu t - (18) Cà , Ko = 1-sin = 0,949; ẳ ứ , σ'v  γ 'L (kN/m2) = 80 (kN/m2); C , L, Cu ê ; ứ ( s ' πDL(βcu +Koσ v tan )  124,36 ê ứ ó (19)  124,36  β =  K oσ 'v tan  / c u = 0,4 (20)  πDL  3.3 t số t n to n m p ỏn x ịn ệ số ,  ó õ v ,  m b m m m v ợ ê ợ ợ b , ng  = 0,5  0,84,  = 0,4  0,82 m b , ê ,  b ê b , ,  b (17) ệ số ,  tạ m t số ị ứ ịu t mt n ệm ệ số  ệ số  24 0,84 0,82 15 0,54 0,4 tớ ạn ( ) ị tr t n to n sứ ịu t ứ ịu t ạn ( ) ệ số  ệ số  Khe Ngang - 83,2 0,5 0,82 Giang - 9,5 0,5 0,798 - 6,2 0,65 0,81 27,5 0,694 0,814 51,5 0,6 0,62 27,8 0,6 0,6 ó -C m Hòa Xá - Nhà máy Fuzi - ợ  ê ứ m ê ứ ĩ 76,82% 62,08%, Cà 135,53% v m ứ ợ v phá ỡ  v l vv m ẳ ứ v m v óm m ó m ó , m và v m ê ê bê m  m v b m m v m  m v ứ ĩ m v Cà b tớ v v m m  m m ứ ứ Qult  Qs +Qt Qult  m ợ v m (21) πD α(1,3cu N c +σ 'v N q +0,3γ' DN γ )  πDL(βc u +K oσ 'v tan ) ó Ko DNc Nq N ’ ợ cu ( /m2); , σ 'v - ứ o = 1-sin; (m ; ; (22) ẳ ứ σ'v  γ 'L (kN/m2); ( /m3); - ,  = 0,5  0,84; - ,  = 0,4  0,82 L u ý l a ch n h s   nh sau: Khi ê m ,  b b ê b b ,  b ,  ứ ợ v , J m G ( 0868-279X ĩ Ứ m m ê v ứ m -65 ISSN phát 88 ISSN 1859–4581 19 p 86- ễ ( Nghiên c u c c gi i ph p Khoa h c Công ngh s a ch a nâng c p c c c ng d i thuộc h th ng ĩ ( Nghi n c u ng d ng c c xi m ng t cho ồng sông C u Long ợ m ; ĩ ( Nghi n c u s sông y ut ồng v sông Th i B nh” à ễ ( nh h ng n s c chịu t i c a c c xi ng dẫn m ng t thi công theo công ngh Jet – groutinh cho s v ng t y u Vi t Nam ĩ ợ thi t k thi công c c xi m ng t theo công ngh Jet Grouting b ễ ễ m v m Validation of Embeded piles – the Alzey Bridge Pile Load Test Plaxis 3D foundation Validation Manual Version ê J-08-40-94 Nam ứ m ợ ... 3.2.3 Thí nghi m n n tĩnh c c ơn xi m ng t C n Thơ - Mô hình hóa tốn m m ợ tính tốn Trong mơ hình này, m v àm v m m ợ C m ợ m b ợ “ ” ợ b m ợ m nh 11 L + ứ m m m ợ nh 13 Đ ng cong t i tr ng-chuy... ịu t ứ ịu t ạn ( ) ệ số  ệ số  Khe Ngang - 83,2 0,5 0,82 Giang - 9,5 0,5 0,798 - 6,2 0,65 0,81 27,5 0,694 0,814 51,5 0,6 0,62 27,8 0,6 0,6 ó -C m Hòa Xá - Nhà máy Fuzi - ợ  ê ứ m ê ứ ĩ 76,82%... gi i h n ợ m ó ó m m ĩ m ứ ;( thí ê m m hình tốn, ợ m bê ó   3.2.2 Mơ thí nghi m n n tĩnh c c ơn xi m ng t i Ph ng - Mơ hình hóa tốn: m m ợ v m m ê mứ m “ ” m ứ Hình Sơ l i ph n t h u h n b