Ảnh hưởng của nền đất yếu đến quá trình tính toán thiết kế và khai thác sử dụng công trình bến bệ cọc cao

Nền địa chất yếu có đặc điểm khả năng chịu lực kém, lún nhiều dưới tác dụng của tải trọng, một số chỉ tiêu cơ lý khó xác định chính xác, đặc biệt là góc nội ma sát () và lực dính (C) của đất. Các yếu tố trên ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tính toán thiết kế và khai thác công trình của bến bệ cọc cao sẽ được đề cập trong bài viết này.

CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 Kết luận Qua phân tích kết mơ quĩ đạo thành lực mô men tương tác thủy động tàu - tàu cho thấy: hiệu ứng hút (nguy hiểm) trường hợp tàu vượt nhau/cùng hướng xảy với độ dạt ngang lớn so với trường hợp tàu đối hướng/tránh Tàu có vận tốc nhỏ bị hút/đẩy nhiều Thời điểm nguy hiểm thường xảy với độ trễ định sau thời điểm tàu ngang tâm Kết nghiên cứu có giá trị tham khảo hữu ích nghiên cứu chuyển động tác nghiệp tránh va luồng hẹp Trong giai đoạn nghiên cứu tiếp theo, tác giả phát triển chương trình lập trình cho chủng loại tàu có kích thước khác nhau, thay đổi khoảng cách ngang tàu,… để xác định xác thời điểm nguy hiểm Từ đưa khuyến cáo, dự báo thay đổi quĩ đạo tàu cảnh báo khoảng cách an toàn tác nghiệp tránh va Như thơng thường, ngồi việc sử dụng cơng thức kinh nghiệm người điều khiển tàu tác nghiệp tránh va, kết nghiên cứu phát triển thành modul lập trình hỗ trợ điều động tránh va hệ thống mô buồng lái phục vụ đào tạo huấn luyện an toàn hàng hải, hướng đến việc chuyên gia Việt Nam tự lập trình, xây dựng hồn thiện hệ thống mô buồng lái thay cho việc phải mua chuyển giao cơng nghệ từ nước ngồi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vantorre M et al., Exprimental investigation of ship-bank interaction, Marsim’03, Kanazawa, Japan, pp.1-9 (2003) [2] Vantorre M et al., Model Test Based Formulations of Ship-Ship Interaction Forces, Ship Technology Research Vol.49, pp.124-141 (2002) [3] Tran K.T., Ouahsine A., Naceur H., Hissel F and Pourplanche A., A fast simulation and identification of hydrodynamic parameters for a freely maneuvering ship vessels, International Conference on Multiphysics-MULTIPHYSICS 2009,09-11 December 2009,Lille, France, pp.71 [4] Tran K.T., Ouahsine A., Naceur H., Hissel F and Pourplanche A., Coefficients Identification for Ship Manoeuvring Simulation based on Optimization Techniques, International Conference on Computational Methods in Marine Engineering IV-MARINE 2011, 28-30 September 2011, Lisbon, Portugal, pp.369-380 [5] Tran K.T., Ouahsine A., Naceur H and El Wasifi K., Assessment of ship manoeuvrability by using a coupling between a nonlinear transient manoeuvring model and mathematical programming techniques, ELSEVIER/ScienceDirect/Journal of Hydrodynamics/DOI: 10.1016/S10016058(13)60426-6, pp.788-804 (2013) Ngày nhận bài: Ngày phản biện: Ngày duyệt đăng: 30/12/2016 06/01/2017 19/01/2017 ẢNH HƯỞNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐẾN Q TRÌNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC SỬ DỤNG CƠNG TRÌNH BẾN BỆ CỌC CAO THE EFECTS OF SOFT SOIL TO THE DESIGNING AND OPERATING PROCESS OF OPEN-TYPE WHARF NGUYỄN VĂN NGỌC Khoa Công trình, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Abstract The soft soil has some properties: low carrying capacity; deep settlement under the action of loads; It is difficult to determine exactly some physico-mechanical properties especially angle of internal friction () and adhesive force (C) The above mentioned factors impact to the designing and operating process of open-type wharf directly which would be discussed in this paper Từ khóa: Nền đất yếu, bến bệ cọc cao, thiết kế, khai thác Tóm tắt Nền địa chất yếu có đặc điểm khả chịu lực kém, lún nhiều tác dụng tải trọng, số tiêu lý khó xác định xác, đặc biệt góc nội ma sát () lực dính (C) Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 51 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 đất Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến q trình tính tốn thiết kế khai thác cơng trình bến bệ cọc cao đề cập báo Keywords: The soft soil, open-type wharf, design, operate Đặt vấn đề Có nhiều tiêu chí đánh giá đất yếu, song đơn giản thấy đất yếu thường loại đất bùn, bùn sét, đất sét trạng thái dẻo đến chảy dẻo có: I s = 1,02,0;  = 1o5o ; C = 0,010,09 kG/cm2 [2] Nội dung kết nghiên cứu 2.1 Nền đất yếu ảnh hưởng đến tính tốn sức chịu tải cọc 2.1.1 Tính tốn sức chịu tải cọc Theo [4] sức chịu tải tiêu chuẩn cọc ma sát thi công phương pháp đóng có bề rộng tiết diện đến 0,8m, chịu tải trọng nén, xác định theo công thức: Qtc = m(mRqpAp + umffsili) (1) Theo (1), sức chịu tải tiêu chuẩn cọc theo đất phụ thuộc vào hai thành phần: - Sức kháng bên (lực ma sát cọc đất): umffsili; - Sức kháng mũi cọc: m RqpAp Trong đó: qp fsi - cường độ chịu tải mũi cọc mặt bên cọc, lấy theo bảng A1 A2 [4]; m - hệ số điều kiện làm việc cọc đất, lấy 1,0; mR; mf - hệ số làm việc đất mũi cọc mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc đến sức chống tính tốn đất, xác định theo bảng A [4] Sức chống đất mũi cọc (qp) ma sát bên (fs) xác định nếu: Is ≤ 0,6 Is ≤ 1,0; ngược lại coi qp = fs = Với đất yếu, mũi cọc thường đóng tới lớp đất chịu lực tốt Is ≤ 0,6 Tuy nhiên lớp đất yếu xung quanh cọc thường có chiều dày lớn (Is > 1,0), theo tính tốn sức chống mặt bên cọc nhỏ nhiều sức chống mũi cọc Nghiên cứu kết thí nghiệm cọc PDA số cơng trình địa chất yếu Hải Phòng cho kết trái ngược với tính tốn lý thuyết 2.1.2 So sánh kết tính tốn sức chịu tải cọc theo thiết kế thí nghiệm (PDA) So sánh kết tính tốn lý thuyết thực nghiệm cơng trình: sàn nâng tàu Công ty 189; cầu tàu 20.000DWT Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển cảng Đình Vũ cơng trình xây dựng đất yếu [3]: - Tính tốn lý thuyết, sức chống mặt bên cọc chiếm: 23,64% ÷ 24,14%; sức chống mũi cọc chiếm tỷ lệ lớn: 74,86% ÷ 76,36% - Kết thí nghiệm PDA cho thấy kết ngược lại, sức chống mặt bên cọc chiếm tỷ lệ lớn: 78,09% ÷ 90,8%; sức chống mũi cọc chiếm tỷ lệ nhỏ: 9,13% ÷ 21,90% Thực nghiệm chứng tỏ, quan điểm cho đất yếu sức chống mặt bên cọc khơng đáng kể, tính tốn bỏ qua; cọc phải đóng xuống tầng đất cứng không với thực tế Đây vấn đề đòi hỏi nhà khoa học phải xem xét cách nghiêm túc 2.2 Nền đất yếu ảnh hưởng đến ổn định cơng trình 2.2.1 Tính tốn ổn định theo mặt trượt cung tròn Theo [1] điều kiện ổn định trượt sâu cơng trình bến kiểm tra theo công thức: m nc n.md M tr  M g kn (2) Trong đó: nc - hệ số tổ hợp tải trọng; n - hệ số vượt tải; md - hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc; kn - hệ số đảm bảo; m - hệ số điều kiện làm việc; Mtr Mg - tương ứng tổng mômen lực gây trượt lực giữ với tâm cung trượt nguy hiểm xác định theo công thức: Mtr = R.gi.sini + wi.zi (3) Mg = R.[ gi.sini.tgi + ci.li + Qci] (4) Trong đó: R - bán kính cung trượt; Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 52 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 gi - tổng trọng lượng lớp đất, cấu kiện cơng trình hoạt tải phạm vi cột đất thứ i; i - góc đường thẳng đứng bán kính vẽ qua giao điểm cung trượt với đường tác dụng lực gi; i ci - tương ứng góc nội ma sát lực dính đất đáy cột đất thứ i; li - chiều dài đoạn cung thứ i đáy cột đất thứ i; wi - áp lực đất chủ động tăng thêm; zi - khoảng cách từ tâm trượt đến lực wi; Qci - lực kháng trượt tính cho 1m dài cơng trình sức chống gãy cọc cọc đóng xuống qua mặt trượt đoạn sâu tz Trị số Qci xác định theo cơng thức: 4.M c (5) Qci  t z L Mc - mômen uốn cọc mặt trượt xác định theo hai điều kiện; Điều kiện bền kết cấu BTCT, tính theo công thức tiêu chuẩn [5]; Điều kiện ngàm cọc mặt trượt đoạn t z  t n theo công thức: 1,25 ( b   c ).lc t z2 (6) b c - tương ứng cường độ áp lực đất bị động, chủ động điểm tương ứng mặt trượt qua; lc - chiều dài đoạn thẳng mà phạm vi áp lực chủ động bị động đất truyền qua cọc; tz - nửa chiều dài đoạn cọc bị uốn hai mặt phẳng ngàm; Mc  8.M c ( b   c ).lc tz  (7) 2.2.2 Ảnh hưởng địa chất yếu với tính tốn ổn định cơng trình bến bệ cọc cao Trường hợp cơng trình xây dựng địa chất yếu, sức chống trượt i, ci thường nhỏ, việc xác định lực kháng trượt Q ci (còn gọi lực cắt cọc) cơng thức (3) quan trọng, nhiên: - Đặc điểm cấu tạo bến bệ cọc cao cọc đóng mái dốc đất Với địa chất yếu, mái dốc đất thiết kế () thường có độ dốc lớn mái dốc lấy theo góc nội ma sát (>) Vì việc tính tốn cường độ áp lực đất bị động (b) chủ động (c) theo [1] không thực được, cụ thể là:  b  b   i hi  c. (8) Trong đó: b  zb  (1  zb ) cos  cos  sin(    ) sin(    ) cos  cos  (9) (10) c  b  - góc nội ma sát đất tường; Vì: > sin(-) <  zb khơng xác định - Các phần mềm thông dụng phục vụ cho tính tốn ổn định mái dốc đất chủ yếu khơng xét đến lực kháng cọc, tính tốn kiểm tra cơng trình bến bệ cọc cao xây dựng đất yếu tư vấn thiết kế, thẩm tra thường bỏ qua lực chống trượt Q ci, hệ số ổn định tính tốn thấp, đạt k = 0,40,6 (hệ số ổn định cho phép [k] = 1,0) Căn kết tính tốn nhà thiết kế, thẩm tra cho cơng trình khơng đảm bảo điều kiện ổn định Rõ ràng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 53 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 đánh không với thực tế, dẫn đến phải sử dụng giải pháp kết cấu tốn khơng cần thiết (ví dụ cầu tàu số Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển cảng Đình Vũ) i R 1:m  c Q ci Q ci Hình Tính ổn định CTB bệ cọc cao có xét lực cắt cọc Qi 2.3 Ảnh hưởng địa chất yếu trình khai thác sử dụng bến bệ cọc cao 2.3.1 Ảnh hưởng tiêu cực Nền địa chất yếu, khả chịu tải khả chống ổn định có yếu điểm lún nhiều tác dụng tải trọng, gây tượng ma sát âm cọc khai thác Tuy nhiên tải trọng khai thác phía sau bến gây lún thường ảnh hưởng nhiều cọc sát khu đất phía sau bến Mặt khác dải đất sát bến thường bố trí đường giao thơng cho thiết bị xếp dỡ phương tiện vận chuyển lại, tính tốn lấy tải trọng q = 46 T/m2 chưa sát với thực tế Rõ ràng tác nhân gây lún lớn khối đá đổ thi cơng san lấp sau bến Hình Nền đất yếu bị lún tác động tải trọng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 54 ... chất yếu trình khai thác sử dụng bến bệ cọc cao 2.3.1 Ảnh hưởng tiêu cực Nền địa chất yếu, khả chịu tải khả chống ổn định có yếu điểm lún nhiều tác dụng tải trọng, gây tượng ma sát âm cọc khai thác. ..CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 đất Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến q trình tính tốn thiết kế khai thác cơng trình bến bệ cọc cao đề cập báo Keywords: The soft soil, open-type... cọc mặt bên cọc, lấy theo bảng A1 A2 [4]; m - hệ số điều kiện làm việc cọc đất, lấy 1,0; mR; mf - hệ số làm việc đất mũi cọc mặt bên cọc có kể đến ảnh hưởng phương pháp hạ cọc đến sức chống tính