Bài viết trình bày kết quả Thepaper tính dự đoán của tường vây ổn định của một Buiding cao với điều trị đất yếu dưới sâu đáy khai quật bằng phương pháp phun vữa máy bay phản lực. Các phần mềm Plaxis 8.5 với 2 mô hình tính toán (Real Allocation mô phỏng và tương đương Chất liệu mô phỏng) được sử dụng và kết quả phép lựa chọn theo mô hình tính toán reasonble hơn.
ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI ĐÁY HỐ ĐÀO ĐỂ ỔN ĐỊNH TƯỜNG VÂY CHO NHÀ CAO TẦNG VÕ PHÁN, KHỔNG HỒ TỐ TRÂM * Treatment of soft soil under excavation bottom for diaphragm wall stability of high building Absract: In recent years, the construction of high-rise buildings with basement on soft soil is a matter of necessity, involve the use of different solutions to create optimal efficiency and economical The solution Jet Grouting is one of the good solutions for the purpose The paper presents results of prediction calculation of diaphragm wall stability of an high buiding with treatment of soft soil under deep excavation bottom by jet grouting method The software Plaxis 8.5 with calculating models (Real Allocation Simulation and Equivalent Material Simulation) is used and the results allowed to choice theo calculation model more reasonble GIỚI THIỆU * Cùng với phát triển nhanh chóng kinh tế, thị trƣờng xây dựng Việt Nam bùng nổ với hàng loạt cơng trình nhà cao tầng mọc lên nhanh chóng đô thị lớn, đặc biệt thành phố Hồ Chí Minh Ở nƣớc ta, vấn đề xử lý đất yếu cơng việc mẽ Cho đến chƣa có đánh giá mang tính tồn diện tình hình xây dựng khai thác cơng trình đất yếu, chƣa có đối chiếu lý thuyết thực tế thi công nhƣ độ lún, độ ổn định, chuyển vị… hay nghiên cứu thay đổi tiêu lý lớp đất yếu sau đƣợc xử lý,… Do vậy, để đánh giá mức độ ổn định đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài cơng trình, việc xử lý đất yếu dƣới cơng trình vấn đề cần thiết Một biện pháp để xử lý đất yếu dƣới cơng trình * Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-Hồ Chí Minh 268 Lý Thường Kiệt, Q10, TP Hồ Chí Minh DĐ: 0913867008 Email: vphan54@yahoo.com cao tầng giải pháp xử lý phƣơng pháp vữa xi măng áp lực cao XỬ LÝ ĐẤT YẾU BẰNG PHƢƠNG PHÁP JET GROUTING Jet Grouting kỹ thuật gia cố cách sử dụng tia nƣớc/ vữa/ khí với áp lực cao để cắt đất – xi măng (soilcrete) có cƣờng độ tốt hệ số thấm thấp Các phƣơng pháp thi công gồm có: phƣơng pháp vữa đơn (S), phƣơng pháp thi cơng kép (D), phƣơng pháp thứ ba (T), ngồi có hệ thống phun đặc biệt (Super Jet Grouting) Thông số Jet Grouting bao gồm hai phần thơng số thiết bị, vận hành thông số sản phẩm soilcrete + Các thông số thiết bị, vận hành bao gồm: áp lực vữa, lƣu lƣợng vữa, áp lực khí, lƣu lƣợng khí, tốc độ nâng cần, tốc độ xoay cần, kích thƣớc vòi phụt, thành phần vữa (tỉ lệ w:c, hàm lƣợng xi măng) [1] + Các thông số sản phẩm sau vữa áp lực cao bao gồm: cƣờng độ nén nở hơng soilcrete, đƣờng kính cọc, mô đun đàn hồi [2] ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 12 + Tùy thuộc vào lƣợng dùng xi măng, loại đất, thời gian ninh kết mà đất sau đƣợc xử lý công nghệ vữa áp lực cao Jet Grouting (JGPs) có phát triển cƣờng độ khác Hiệp hội Jet Grouting Nhật Bản đƣa thơng số lực dính tiêu chuẩn dùng thiết kế cọc Jet Grouting c = qu/2 u Hệ số Poisson: có phân tán tƣơng đối lớn liệu thí nghiệm, hệ số Poisson đất đƣợc cải tạo từ 0.25-0.45 Khi sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn, ảnh hƣởng khu vực hố đào tốt so với bên hố đào, điều kiện giống Xác định thông số vật liệu tƣơng đƣơng áp lực đất tác dụng lên bề mặt đất hỗn hợp bao gồm khu vực đất đƣợc cải tạo khu vực đất không đƣợc cải tạo dƣới đáy hố đào, cơng thức tính tốn sau đề nghị đánh giá tính chất vật liệu tổng thể hỗn hợp mặt đất theo Chang-Yu Ou, Tzong-Shiann Wu, Hsii-sheng Hsieh (1996) DỰ TÍNH CHUYỂN VỊ NGANG VÀ LÚN XUNG QUANH HỐ ĐÀO SAU KHI XỬ LÝ ĐẤT YẾU BẰNG CÔNG NGHỆ JET GROUTING 3.1 Giới thiệu cơng trình Cơng trình dùng để phân tích nghiên cứu Trung tâm thƣơng mại Tài Dầu khí Phú Mỹ Hƣng (Petroland Tower) Dự án tọa lạc khu đô thị Phú Mỹ Hƣng Trung tâm cao 30 tầng gồm tầng đế, 27 tầng tháp tầng hầm với tổng diện tích sàn xây dựng 57.000m2 Kích thƣớc trung bình hố đào: 50m x 60m Chiều sâu đào lớn (3 tầng hầm): 14.0m, mực nƣớc ngầm cao Biện pháp thi công: Semi Top – Down Địa chất cơng trình đƣợc tóm tắt bảng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 13 Hình 1: Mặt cơng trình Biện pháp chống đỡ: tƣờng vây dày 0.8m, kết hợp với chống ngang, sàn tầng hầm Tƣờng vây đƣợc cắm vào độ sâu -24.0m so với mặt đất tự nhiên Tƣờng vây nằm hoàn toàn phần lớn lớp đất bùn sét, lớp đất sét từ trạng thái dẻo cứng đến dẻo mềm, lớp cát hạt mịn đến hạt trung trạng thái chặt vừa Trình tự thi cơng hố đào gồm bƣớc sau: -Giai đoạn 1: thi công tƣờng vây -Giai đoạn 2: đào đất đến cao độ -2.5m -Giai đoạn 3: Lắp hệ giằng chống cao độ -2m -Giai đoạn 4: đào đất đến cao độ -4.5m -Giai đoạn 5: thi công sàn tầng hầm B1 -3.6m -Giai đoạn 6: đào đất đến cao độ -8.0m -Giai đoạn 7: thi công sàn tầng hầm B2 -7.2 m -Giai đoạn 8: đào đất đến cao độ -11.0m -Giai đoạn 9: Lắp hệ giằng chống cao độ -9.5m -Giai đoạn 10: đào đất đến cao độ -14.0m 3.2 Phân tích trình thi cơng hố đào phần từ hữu hạn (Plaxis V8.5) 3.2.1Các thông số đầu vào - Phụ tải mặt đất Phụ tải mặt đất lúc chủ yếu máy móc thi cơng nên tải trọng xung quanh lấy 1T/m2, bề rộng tính tốn lấy 5m, cách mép hố đào 1m Bảng Tính chất lý chủ yếu đất xây dựng công trình STT Lớp đất Dày Trạng thái (m) W w d Cắt trực tiếp k Ngoài trƣờng c Su (%) g/cm3 g/cm3 (cm/s) kN/m2 Độ daN/cm2 NSPT Lớp 1.5 San lấp - - - - - - - - Lớp 12.5 Bùn sét 112.5 1.45 0.71 6.4E-5 7.9 1056’ 0.29 - Lớp 6.5 Sét dẻo mềm 23.4 2.01 1.63 1.8E-5 16.8 16035’ - 21 Lớp 27 Cát chặt vừa 13.39 2.62 1.94 - 7.5 29048’ - 38 Lớp 5.5 Sét cứng 19.11 2.06 1.73 - 64.7 23027’ - 44 - Thơng số tƣờng vây Tƣờng vây có chiều dày 0.8m, chiều sâu tính từ mặt đất tự nhiên 24m, sử dụng bê tơng có cấp độ bền B30 để thi cơng có EA = 2.60E+07KN/m, EI = 1.39E+06KNm /m, W =12.800KN/m/m - Thông số chống Hố đào đƣợc thi công kết hợp với tầng chống H400x400x13x2 Ở độ sâu -2m có tầng chống độ sâu -9.5m có hai tầng chống Thông số tầng chống nhƣ sau: EA=4.51E+06 KN/m, L=5m - Thơng số sàn tầng hầm Cơng trình gồm hai tầng hầm, tầng hầm độ sâu -3.6m, tầng hầm độ sâu -7.2m với bề dày 0.25m.Các thơng số tầng hầm đƣợc tóm tắt nhƣ sau: EA=8.13E+06 KN/m, EI=4.23E+04 KNm /m, W= 6.25 KN/m/m - Thông số Jet Grouting Tùy thuộc vào lƣợng dùng xi măng loại đất thời gian ninh kết mà đất sau đƣợc xử lý công nghệ Jet-grouting có phát triển cƣờng độ khác Theo Trần Nguyễn Hoàng Hùng (2013) nghiên cứu cọc Jet Grouting điều kiện địa chất TP.HCM, q trình khoan khơng xảy tƣợng tắt nghẽn vòi phun tỷ lệ nƣớc xi măng hợp lý 0.7 (w/c = 0.7) 3.2.2 Kiểm chứng thơng số mơ hình Hai mơ hình đƣợc lựa chọn để đánh giá đắn thơng số đầu vào mơ hình Morh-Coulomb (MC) mơ hình Hardening Soil (HS), kết chuyển vị tƣờng vây sử dụng hai mơ hình so với kết đo đạc thực tế đào đến đáy hố đào (-14m) thể (Hình 2) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 14 Qua so sánh hai mơ hình MC, HS quan trắc, nhận thấy mơ hình HS cho kết gần với quan trắc Vì mơ hình MC xét đất nhƣ vật liệu đàn hồi – dẻo lý tƣởng, mơ hình HS có xét tới gia tải dỡ tải, điều phù hợp tốn thi cơng hố đào Tuy nhiên HS khác so với thực tế quan trắc mẫu đƣa vào phòng thí nghiệm khác so với đất làm việc thực tế Kết quan trắc đƣợc đƣa với mục đích lựa chọn mơ hình thích hợp cho tốn xử lý đất yếu dƣới đáy hố đào phƣơng pháp vữa áp lực cao Nhìn vào đồ thị chuyển vị tƣờng vây, thấy kết chuyển vị lớn tƣờng vây vị trí đáy hố đào, điều phù hợp với lý thuyết tính tốn Bài tốn đƣợc đƣa làm giảm chuyển vị ngang tƣờng vây xử lý đất khu vực hố đào, nhằm tăng sức kháng bị động hố đào cách bơm vào khu vựa hố đào cọc xi măng đất sử dụng công nghệ bơm cao áp Jet Grouting hay gọi cọc JGPs Cọc đƣợc cắm vào đáy hố đào với chiều dài dự kiến 7m đƣợc tính từ mặt đáy hố đào Hình So sánh chuyển vị ngang tường vây quan trắc thực tế, mô hình MC, mơ hình HS đào đất -14m 3.2.3 Phương pháp mô Cọc JGPs mô đƣợc giả định có cƣờng độ nén trục nở hơng tự (unconfined compression test) qu = 10 (kG/cm2) = 1000 (kN/m2) Và đó, sức kháng cắt lớp JGPs là: c = qu/2 = 500 (kN/m2), giá trị môđun biến dạng lớp JGPs đƣợc chọn E = 200qu = 200000 (kN/m2), giá trị dung trọng unsat 20kN / m3 ; sat 22kN / m3 Cách bố trí mơ hố đào có hai phƣơng pháp nhƣ sau: Hình 3b Cọc JGPs làm việc Hình 3a Cọc JGPs làm việc vật liệu tương đương (PP EMS: phương pháp vật liệu riêng biệt Equivalent material simulation) (PP RAS: the real allocation simulation) Hình Phương pháp mơ vật liệu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 15 3.2.4 Phân tích ảnh hƣởng tỷ lệ xử lý mặt đất Ir đến chuyển vị tƣờng vây Hình Chuyển vị tường vây sau gia cố đất phương pháp vữa áp lực cao theo phương pháp vật liệu riêng biệt Chuyển vị tƣờng vây đáy hố đào nguy hiểm đào độ sâu -14m, nên so sánh kết chuyển vị tƣờng vây trƣờng hợp Sau mơ mơ hình xử lý đáy hố đào vữa Jet Grouting phần mềm plaxis, kết chuyển vị ngang tƣờng vây đƣợc phân tích, so sánh theo phƣơng pháp RAS phƣơng pháp EMS trình bày (Hình 4), (Hình 5) Sau xử lý phƣơng pháp vữa áp lực cao trƣờng hợp Ir=5%, 10%, 15%, 20% chuyển vị ngang tƣờng vây (cách đỉnh tƣờng 10m) theo phƣơng pháp RAS tƣơng ứng 74.1mm, 71.8mm, 68.7mm, 67.3mm tức giảm tƣơng ứng 11.5%, 14%, 18%, 19.7% Còn phƣơng pháp EMS, chuyển vị ngang giảm tƣơng ứng 71.1mm, 67.8mm, 67mm, 66mm tức giảm tƣơng ứng 15%, 19%, 20%, 21.2% Việc mơ mơ hình RAS phần mềm Plaxis nhiều thời gian so với Hình Kết chuyển vị tường vây sau gia cố đất phương pháp vữa áp lực cao theo phương pháp vật liệu tương đương phƣơng pháp EMS Để xem xét làm việc hai phƣơng pháp RAS EMS (Hình 5), (Hình 5), ứng với tỷ lệ vữa Ir=5%, 10%, 15%, 20%, ta so sánh biểu đồ (Hình 6), (Hình 7), (Hình 8), (Hình 9) nhằm tìm phƣơng pháp mơ cho kết tƣơng đối xác nhanh Qua việc mơ cọc hai phƣơng pháp, phƣơng pháp vật liệu riêng biệt (RAS) phƣơng pháp vật liệu quy đổi tƣơng đƣơng (EMS), ta nhận thấy kết chuyển vị lớn tƣờng vây có sai lệch hai phƣơng pháp vữa áp lực cao Tuy nhiên kết sai lệch khơng đáng kể, nên quan niệm cọc đất làm việc nhƣ khối đồng để thuận tiện trình tính tốn thiết kế Các cố thƣờng gặp thi công hố đào vùng đất yếu thƣờng gặp là: ổn định thành (mái) hố đào, lún bề mặt đất xung quanh hố đào, đẩy trồi đáy hố đào, hƣ hỏng kết cấu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 16 móng phận ngầm xây dựng bên hố đào cơng trình lân cận hố đào Mà nguyên nhân chủ yếu gây cố dịch Hình Chuyển vị tường vây đào -14m (Ir=5%) Hình Chuyển vị tường vây đào -14m (Ir=10%) Bên cạnh vấn đề ảnh hƣởng chuyển vị ngang tƣờng vây đến độ ổn định cơng trình, việc xem xét độ lún đất xung quanh hố đào cần đƣợc quan tâm trình thi cơng Kết phân tích, so sánh độ lún xung quanh hố đào theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn đƣợc nêu sau Khi so sánh độ lún xung quanh hố đào theo phƣơng pháp RAS EMS với tỷ lệ vữa khác đƣợc trình bày (Hình 9), (Hình 10) Lún bề mặt hố đào đƣợc cải thiện xử lý nền, điều cần thiết cho an tồn cơng trình lân cận thi cơng hố đào Độ lún xung quanh hố đào chƣa xử lý 97.5mm cách mép tƣờng vây 4.5m Sau xử lý đất bơm tính tốn theo RAS với tỷ lệ Ir=5%, 10%, 15%, 20% độ lún xung quanh hố đào tƣơng ứng 86.6mm, 81mm, 73.9mm, 71.6mm tức giảm 11%, 17%, 24%, 26% Khi xử lý đất bơm tính tốn theo EMS với tỷ lệ Ir=5%, 10%, 15%, 20% độ lún xung quanh hố đào tƣơng ứng 80.6mm, 77.2mm, 75.7mm, 72.7mm tức giảm 17%, 20%, 23%, 25% ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 17 chuyển lớp đất yếu từ bên ngồi vào phía hố đào, hạ mực nƣớc ngầm, tăng áp lực nƣớc dƣới đáy hố đào Hình Chuyển vị tường vây đào -14m (Ir=15%) Hình Chuyển vị tường vây đào -14m (Ir=20%) Hình 10 Chuyển vị mặt đất quanh hố đào chưa xử lý xử lý đáy hố phương pháp RAS Hình 11 Chuyển vị mặt đất quanh hố đào chưa xử lý xử lý đáy hố phương pháp EMS KẾT LUẬN Đánh giá ảnh hƣởng cọc JGPs dùng xử lý đất dƣới đáy hố đào, tác giả tiến hành khảo sát với tỷ lệ xử lý mặt đất Ir = 5%, 10%, 15%, 20%, chuyển vị tƣờng vây vị trí nguy hiểm giảm tƣơng ứng 11.5%, 14%, 18%, 19.7% theo phƣơng pháp RAS, theo phƣơng pháp EMS chuyển vị ngang giảm tƣơng ứng 15%, 19%, 20%, 21.2% Theo phƣơng pháp RAS với tỷ lệ Ir=5%, 10%, 15%, 20% độ lún xung quanh hố đào giảm lần lƣợt với tỷ lệ 11%, 17%, 24%, 26% Khi xử lý đất bơm tính tốn theo EMS độ lún xung quanh hố đào giảm lần lƣợt với tỷ lệ 17%, 20%, 23%, 25% Trên kết phân tích chuyển vị tƣờng vây trƣờng hợp khác lƣợng vữa vào đất Ir=5%, Ir=10% , Ir=15%, Ir=20%, tỷ lệ Ir=10% đƣợc chọn hợp lý Qua việc mô cọc hai phƣơng pháp, phƣơng pháp vật liệu riêng biệt (RAS) phƣơng pháp vật liệu quy đổi tƣơng đƣơng (EMS), ta nhận thấy kết chuyển vị lớn tƣờng vây có sai lệch hai phƣơng pháp vữa áp lực cao Tuy nhiên kết sai lệch không đáng kể, nên quan niệm cọc đất làm việc nhƣ khối đồng để thuận tiện trình tính tốn thiết kế KIẾN NGHỊ Ngồi phân tích mơ hình 2D, cần xét thêm mơ hình phân tích 3D để kiểm tra xác mơ hình, từ góp phần tìm phƣơng pháp tính có độ xác cao, phục vụ cho q trình tính tốn, áp dụng sau Hiện nay, Việt Nam chƣa có quy trình hóa phù hợp tiêu, thông số vữa áp lực cao cho phƣơng pháp đối tƣợng địa tầng thích hợp Vì vậy, việc lựa chọn thơng số để đƣa vào thiết kế cần đƣợc xem xét cẩn thận, dựa kinh nghiệm cơng trình tƣơng tự thi cơng Bên cạnh đó, việc kết hợp với quan trắc thực tế để hiệu chỉnh kịp thời thông số thiết kế, làm tài liệu tham khảo cho cơng trình sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M.P.Moseley and K.Kirsch, “Ground Improvement”, chƣơng – Jet grouting [2] Trần Nguyễn Hồng Hùng “Ứng dụng cơng nghệ vữa cao áp xử lý & gia cố nền.” Hội thảo khoa học, TP.HCM, Việt Nam, 2013 [3] Bruce, D.A (1994), “Jet Grouting”, Ground Control and Improvement, edited by Xanthakos, PP., Abramson, L.W and Bruce, D.A., John Willey & Sons, New York, pp 580 – 683 [4] Lý Hữu Thắng, Trần Nguyễn Hoàng Hùng, “Đánh giá bước đầu ứng dụng công nghệ vữa cao áp (Jet Grouting) điều kiện Việt Nam”, tạp chí xây dựng 2012 [5] Chu, E.H (2005), “Turbulent fluid jet excavation in cohesive soil with particular application to Jet Grouting”, D.S thesis, Massachusetts Institute of Technology, 457 pp [6] Nguyễn Quốc Dũng, “Hƣớng dẫn thiết kế thi công cọc đất xi măng theo công nghệ Jet Grouting”, (2014) [7] Woo, S M (1990) “Use of ground improvement in deep excavation sites for protection of building in Taiwan.” Proc., th Asian Regional conf on Soil Mech, and found Engrg., Panellist Rep., Bangkok, Thailand, 9-14 Người phản biện: PGS.TS ĐÀO VĂN TOẠI ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 18 ... mặt đất quanh hố đào chưa xử lý xử lý đáy hố phương pháp RAS Hình 11 Chuyển vị mặt đất quanh hố đào chưa xử lý xử lý đáy hố phương pháp EMS KẾT LUẬN Đánh giá ảnh hƣởng cọc JGPs dùng xử lý đất. .. công hố đào vùng đất yếu thƣờng gặp là: ổn định thành (mái) hố đào, lún bề mặt đất xung quanh hố đào, đẩy trồi đáy hố đào, hƣ hỏng kết cấu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 16 móng phận ngầm xây dựng bên hố. .. 3-2015 17 chuyển lớp đất yếu từ bên ngồi vào phía hố đào, hạ mực nƣớc ngầm, tăng áp lực nƣớc dƣới đáy hố đào Hình Chuyển vị tường vây đào -14m (Ir=15%) Hình Chuyển vị tường vây đào -14m (Ir=20%)