Một số vấn đề về kết quả tính toán biến dạng lún cuối cùng trong thiết kế nền móng

Biến dạng lún của nền là sự phản ánh kết quả tương tác giữa đất nền với tải trọng công trình. Trong khi đó, đất nền có vô vàn các thuộc tính và tải trọng thì đa dạng, nên từ các bài toán liên quan đến tính toán biến dạng lún đã có các cách mô phỏng khác nhau về các đặc điểm đất nền và tải trọng.

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ KẾT QUẢ TÍNH TỐN BIẾN DẠNG LÚN CUỐI CÙNG TRONG THIẾT KẾ NỀN MÓNG TRẦN THƯƠNG BÌNH* Some problems on calculation results of final settlement in the foundation design Abstract: The paper analyzes the error factors in the prediction method of final settlement, clarifies the practical meaning of the calculation results ĐẶT VẤN ĐỀ * Biến dạng lún phản ánh kết tương tác đất với tải trọng công trình Trong đó, đất có vơ vàn thuộc tính tải trọng đa dạng, nên từ tốn liên quan đến tính tốn biến dạng lún có cách mơ khác đặc điểm đất tải trọng Theo đó, biến dạng lún có nhiều phương pháp khác với kết tính khơng giống Ngồi ra, phân biệt phương pháp chất thông tin số liệu đất nền, diện tích lãnh thổ, phương pháp khác ln cho kết tính khác Sự khác khác giá trị sai số kết tính mà phương pháp có Do đó, để đánh giá khác giá trị kết tính xác suất tin cậy lý thuyết xác suất thống kê, để khẳng định phương pháp xác khơng đủ sở, khơng có giá trị lún thực tế Trong đó, giá trị lún cuối đất tải trọng không đổi kết trình diễn biến theo thời gian, có hàng chục năm Ngồi khác mức * Đại học Kiến trúc Hà Nội ĐC: Km 10, đường Nguyễn Trãi, quận Thanh Xuân, TP Hà Nội ĐT: 0913537260 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 độ sai số, phương pháp có ưu nhược điểm khác tính thực dụng Đó lý mà tiêu chuẩn tính tốn móng hướng dẫn nhiều phương pháp tính mà khơng quy định phương pháp cụ thể cho trường hợp Do đó, lựa chọn phương pháp tính hợp lý sở xem xét chất yếu tố sai số phương pháp vấn đề đáng bàn luận CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ BIẾN DẠNG LÚN CHO CƠNG TRÌNH Các phương pháp đánh giá biến dạng lún nền, phân biệt với theo chất thông tin sử dụng đánh giá chia thành nhóm: + Quan trắc lún Các thông tin quan trắc giá trị lún thực tế đo cơng trình với tải trọng xác định vị trí xác định Như thế, kết quan trắc cho biết giá trị lún xác ứng với điều kiện cụ thể tải trọng đất Mọi ứng xử đất thể khách quan trực tiếp tổng hợp vào phép đo chuyển vị lún hay nghiêng Do đó, nguyên tắc sử dụng thí nghiệm quan trắc để đánh giá cho cơng trình khác tương tự, đặt đất tương tự cho ứng xử tương tự Tuy nhiên, thực tế đất tương tự khái niệm liên quan đến mức độ khác loại thông qua việc đánh giá đặc điểm ứng xử Do đó, kết quan trắc giá trị lún thực tế, ln có tính bất định khơng gian, tức kết khơng cho cơng trình có tải trọng thế, đặt khơng gian khác + Tính tốn theo kết thí nghiệm trường Điểm chung thí nghiệm trường có khả xác định biến dạng lún tạo biến dạng cho tác dụng tải trọng trường nơi đã, xảy ứng xử với tải trọng cơng trình Giá trị kết thí nghiệm trường phản ánh khách quan đặc điểm đất phạm vi nhận biết thơng qua biến đổi trạng thái ứng suất tác động bên gây biến dạng cho Cho nên, giá trị sử dụng thông tin đất mà thí nghiệm trường mang lại, phụ thuộc vào phương thức gây dạng phản ứng cách thức thu nhận thơng tin từ phản ứng Do đó, ý nghĩa kết thí nghiệm trường phụ thuộc vào việc khai thác sử dụng Hiện nay, kết thí nghiệm trường tính tốn biến dạng lún thường sử dụng hệ số thí nghiệm nén tĩnh nền, giá trị kháng xuyên thí nghiệm CPT - Phương pháp nén tĩnh Cơ sở phương pháp đề xuất Sleikhe-Polshin trường hợp đất lớp đất với chiều dày vơ hạn, biến dạng lún đế móng xác định Pb S C S- độ lún trung bình tồn diện chịu tải b- chiều rộng hình chữ nhật hay bán kính hình tròn hệ số tra bảng phụ thuộc vào hình dạng kích thước độ cứng móng P- cường độ tải trọng phân bố 10 C- hệ số , C  E E modul 1  đàn hồi Thí nghiệm nén tĩnh gia tải cấp khác nhau, với việc sử dụng diện tích bàn nén khác cho giá trị kết với ý nghĩa phản ánh ứng xử khác Bởi vì, diện tích tải trọng lớn chiều sâu vùng ảnh hưởng lớn, theo hệ số phản ánh ứng xử nén đến chiều sâu lớn Do đó, để xác định độ cứng nên áp dụng cho trường hợp đất đồng có chiều dầy lớp đất chịu nén nằm đá gốc không lớn, trường hợp phân lớp sử dụng diện tích bàn nén tải trọng nén với diện tích đế móng tải trọng cơng trình Như thế, nén phân lớp, tải trọng thí nghiệm lớn cơng trình có tải trọng lớn, hạn chế phương pháp triển khai vào thực tế - Phương pháp dựa vào kết thí nghiệm xuyên tĩnh CPT Năm 1957, De Beer Martens bổ xung Bogdanovich, Milovich 1963, phương pháp đánh giá biến dạng lún theo giá trị xuyên CPT sau: z    zi t m z  S   hi i i ln i i t Ci zi  i Trong đó, izi - ứng suất thân độ sâu zi t- chiều sâu đáy móng m- chiều sâu giới hạn chiều sâu có ứng suất thân bt = gl, zi - ứng suất hiệu tải cơng trình gây (ứng suất gây lún) Ci - sức kháng xuyên mũi, tính trung bình cho lớp So sánh hình thành phản lực lên đáy móng q trình ứng xử,với phản lực lên mũi xuyên có khác phương ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 phản lực khơng giống chế độ chất tải Ngồi ra, biến đổi mối quan hệ ứng suất biến dạng ứng xử đất đế móng với đất xung quanh mũi xuyên có điểm khác biệt hạn chế ý nghĩa sử dụng kết thí nghiệm xun tĩnh tính tốn biến dạng Nhưng, với ưu điểm tiến hành đơn giản cho phép thu thập thông tin đất nhiều điểm độ sâu khác nhau, kết xuyên tĩnh có nhiều điều kiện để kết hợp với thông tin khác đánh giá biến dạng lún Tính tốn biến dạng lún thí nghiệm xun tĩnh tiến hành thông qua quan hệ tương quan qc với E thể dạng bảng tra hàm tương quan Tuy nhiên, hàm tương quan xây dựng số liệu khu vực cặp số liệu, nên có ý nghĩa khu vực với xác định Ưu việt lớn phương pháp tính biến dạng lún xun tĩnh kết tính khơng phụ thuộc vào việc phân chia chủ quan lớp đất - Tính tốn theo kết thí nghiệm phòng Các phương pháp tính tốn xem xét quy luật phân bố ứng suất gây lún giảm dần theo độ sâu, sở sử dụng kết thí nghiệm nén khơng nở hơng tính tốn độ lún tâm diện chịu tải Theo mức độ xem xét khác quy luật phân bố ứng suất vùng chịu nén, có phương pháp sau Phương pháp sử dụng đường cong e-p Đặc điểm phương pháp xem xét biến dạng lún thông qua biến thiên từ lúc chưa chất tải đến kết thúc lún trình chất tải độ rỗng đất độ sâu khác nhau, theo độ lún n e T  eiS S  m  i iz  i   ibt i 1 Trong đó, eiT,eis- hệ số rỗng phân tố thứ i trước sau gia tải ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 iz, ứng suất gây lún phân tố thứ i ibt ứng suất thân phân tố thứ i m- chiều dày phân tố i- hệ số nở hông phân tố thứ i Phương pháp dựa vào đường e-logp Đặc điểm phương pháp dựa vào đường cong bán loga để tìm giới hạn phân chia trạng thái đát có chất cố kết khác nhau: - Với đất cố kết (c> vo) đất trải qua trình nén chặt n C  ' voi  q S c   ci hi lg  'pi 1  e0 i - Với đất thiếu cố kết n  pi h  ' voi  q S c   i (C si lg  lg )  voi  'pi 1  e0 i đó, hi , Cci Csi, e0i- chiều cao, số nén, số nở hệ số rỗng ban đầu lớp đất thứ i voi áp lực thẳng đứng ban đầu lớp đất thứ i trọng lượng lớp nằm đến lớp tính tốn q = I.H.- tải trọng gây lún lên lớp thứ i, I hệ số ảnh hưởng xác định theo tốn đồ Oserberg Phương pháp lớp tương đương: Đặc điểm phương pháp tuyến tính hóa đường phân bố ứng suất việc quy đổi vùng chịu nén theo chiều dày lớp tương đương sau: hs chiều dày lớp tương đương hs=A b với A là hệ số tra bảng dựa vào kích thước độ cứng tâm góc móng hệ số biến dạng ngang  a0 – hệ số nén lún rút đổi bình quân; a a0  với eo hệ số rỗng đất a hệ số  e0 nén lún đất h- độ sâu vùng chịu biểu thức:   j h  2hs 1   P j  2hs   nén xác định theo    Pct  p   11 Trong đó, Pct độ bền cấu trúc đất; j- Grandien thủy lực xem độ lún diện chịu tải, xác định biểu thức S  a0 Phs + Phương pháp phân tầng lấy tổng Đặc điểm phương pháp chia đất nhiều phân tố để xác lập trạng thái ứng suất cho phân tố, độ lún tổng biến dạng phân tố theo công thức: n n S  Si   i 1 i 1 i mi i Ei đó, Si - giá trị lún lớp phân tố vùng chịu nén mi – chiều dầy phân tố thứ i Ei – modul tổng biến dạng phân tố thứ i nhận từ tính tốn kết thí nghiệm phòng  i - hệ số nở hông phân tố thứ i nhận từ bảng tra tính theo cơng thức n - số phân tố vùng chịu nén z Z chiều sâu tính từ đáy diện chịu tải đến độ sâu có ứng suất gây lún z nhỏ lần ứng suất thân bt Các phương pháp liên quan đến kết thí nghiệm phòng chứa đựng nhiều yếu tồ sai số, bao gồm: - Kết thí nghiệm phòng sản phẩm nhiều công đoạn lấy mẫu, vận chuyển, bảo quan, gia cơng kết thí nghiệm phụ thuộc vào kỹ thao tác, xác thiết bị - Các mô trạng thái mẫu đất phòng thí nghiệm khơng thể với trạng thái tồn điều kiện để ứng xử với thực tế Trong khi, sai số nhỏ thí nghiệm thơng qua phép cộng trở thành lớn kết tính - Tính lún kết thí nghiệm phòng phụ thuộc vào xác lập chiều dày lớp đất Nhưng phương pháp tính lún kết 12 thí nghiệm phòng tính tâm diện chịu tải, nơi phân bố ứng suất theo chiều sâu lớn nhất, với chỉnh lý thống kê kết thí nghiệm phép tuyến tính tốn Do đó, thay sai số kết tính dao động xung quanh giá trị thực dồn phía để đảm bảo kết tính tốn giá trị có độ tin cậy cao cho ổn định cơng trình Chính thế, với ưu điểm khác, phương pháp tính tốn dựa vào kết thi nghiệm phòng trở thành truyền thống phổ biến thiết kế tiền định Tóm lại phương pháp đêu có ưu nhược điểm khác nhau, khơng phương pháp ưu việt hồn cảnh Do đó, kết hợp phương pháp thí nghiệm trường quan tắc với tính tốn thí nghiệm trọng phòng cho giá trị sát thực nhất, vấn đề kết hợp để có kết đánh giá hợp lý Mục đích tính tốn biến dạng ý nghĩa cúa kết Ngoài sai số kết phương pháp tính, kết tính phụ thuộc vào việc xác định tải trọng, tải trọng cơng trình kết tổ hợp theo kịch Như vậy, tải trọng tác dụng xuống đất thơng qua móng khơng phải giá trị thực, nên kết tính tốn biến dạng lún cho cơng trình cụ thể khơng thực, cho dù kết từ phương pháp tính xác Hơn thế, biến dạng lún đất kèm theo biến đổi cấu trúc đất để hình thành cấu trúc khác Khi biến dạng nằm giới hạn phát triển biến dạng trượt biến đổi cấu trúc có xu hướng làm tăng bền giảm khả biến dạng Như thế, biến dạng lún cơng trình phụ thuộc vào phương thức chất tải nhanh hay chậm, phương pháp tính chưa tường minh ảnh hưởng ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 Tóm lại có nhiều vấn đề rằng, kểt tính tốn lún cuối đất tải trọng cơng trình giá trị khơng thực Vậy, chúng có ý nghĩa thiết kế móng, mà theo thời gian chịu tải trọng cơng trình, đất biến đổi theo chiều hướng tăng bền, giảm tốc độ lún tắt dần khẳng định chăc chắn thỏa mãn điều kiện chịu tải đất Để tường minh ý nghĩa thực tiễn kết tính tốn, trước hết phải tường minh chất biến dạng lún cơng trình Biến dạng lún cơng trình chuyển vị thẳng đứng lũy tiến theo thời gian cơng trình Nếu xét chuyển vị biến đổi theo thời gian khối tâm cơng trình có phân biệt biến dạng lún cơng trình có khối tâm khơng đổi cơng trình có kết cấu cứng đặt diện chịu tải cứng với cơng trình kết cấu mềm đường, đê v.v Giữa chúng ln có u cầu khác sử dụng kết tính biến dạng lún - Đối với cơng trình kết cấu cứng, chuyển vị thẳng đứng, điểm cơng trình dịch chuyển theo quỹ đạo thẳng đứng chuyển vị xoay, điểm dịch chuyển theo quỹ đạo tròn, chung trục khác bán kính, phân bố tải trọng cơng trình xuống đất không giống điểm, nên biến dạng lún điểm biến dạng lún cho cơng trình, làm thay đổi nội lực kết cấu Vì với cơng trình kết cấu cứng, mục đích tính biến dạng xác định lún lệch với quan niệm rằng, sai số xảy sai số nhau, chênh lún điểm không bị ảnh hưởng Trong thiết kế tiền định, tính tốn biến dạng nhằm khẳng định giải pháp móng lựa chọn thỏa mãn điều kiện biến dạng, với yêu cầu kết tính nhỏ trị giới hạn cho phép ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2017 biến dạng tuyệt đối độ lún lệch, nhỏ khơng cần xem xét Trong TCVN 9362 TCVN 10304 quy định: nhà khung bê tơng cốt thép khơng có tường chèn, giá trị lún tuyệt đối giới hạn Sgh=8cm độ lún lệch hai móng liền kề S/L= 0.002 thỏa mãn, khơng cần xem xét đến sai số kết tính Việc khơng xét đến sai số kết tính, dẫn đến sai lầm tiềm ẩn nguy thể bên phá hủy kết cấu Ví dụ, lún đài A S= 5cm đài B có S=4,2 cm khoảng cách đài L=5 mét, độ lún lệch hai đài 0.0016