So sánh một số đặc trưng nén lún từ các kết quả nén cố kết giữ tải 24 và 2 giờ của đất yếu bão hoà nước khu vực quận 8, tp. Hồ Chí Minh

Bài viết này dựa vào các số liệu thí nghiệm theo hai phương pháp trên để thiết lập sự tương quan giữa chỉ số áp lực tiền cố kết (pc), chỉ số nén (Cc), chỉ số nở (Cs) giữa thí nghiệm nén cố kết một trục khi giữ tải 24 giờ và thí nghiệm nén cố kết một trục khi giữ tải 2 giờ cho loại đất sét yếu bão hoà nước.

SO SÁNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG NÉN LÚN TỪ CÁC KẾT QUẢ NÉN CỐ KẾT GIỮ TẢI 24 VÀ GIỜ CỦA ĐẤT YẾU BÃO HOÀ NƯỚC KHU VỰC QUẬN 8, TP HỒ CHÍ MINH LÊ BÁ VINH*, NGUYỄN CHÍ NHÂN Some compressive characteristics of saturated soft soils from the oedometer tests for 2h and 24h in district 8, HCMC Abstract: Determining the compressive characteristics of soil in the laboratory by the one dimensional consolidation test may takes a lot of time and cost, especially for a large number of test samples The content of the paper is to establish the correlation of some compressive characteristics of the saturated soft soil such as pre-consolidation pressure (pc), compression index (Cc) and swelling index (Cs) according to the results of the one dimensional consolidation test that holds a load for 24hours and the one dimensional consolidation test holds a load for hours in the same depth Therefore, the engineer can use the results of the 2hours consolidation test to determine the pre-consolidation pressure (pc), compression index (Cc), swelling index (Cs) to properly calculate settlement of ground rationally Keywords: pre-consolidation pressure (pc), compression index (Cc), swelling index (Cs), Oedometer test ĐẶT VẤN ĐỀ * Trong tính tốn thiết kế cơng trình dân dụng, cơng nghiệp, cầu đƣờng tính lún cho móng cơng trình vơ quan trọng.Thơng thƣờng, ngƣời ta sử dụng kết thí nghiệm nén cố kết trục không nở hông giữ tải 24 để tính tốn độ lún móng cơng trình Tuy nhiên, thí nghiệm theo phƣơng pháp tốn nhiều thời gian chi phí việc thí nghiệm địi hỏi cẩn trọng xác cao, đặc biệt khó khăn số lƣợng mẫu thí nghiệm lớn (>30 mẫu) dẫn đến thời gian thí nghiệm kéo dài làm ảnh hƣởng thời gian thiết kế thi cơng nhƣ tiến độ cơng trình, dự án Ngƣợc lại, thí nghiệm nén cố kết trục giữ tải lại tốn thời gian thí nghiệm qui trình phƣơng pháp thí nghiệm tƣơng tự với thí nghiệm nén cố kết mục trục * Bộ môn Địa - Nền móng, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học uốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Email: lebavinh@hcmut.edu.vn 34 giữ tải 24 Từ giúp rút ngắn đƣợc thời gian nhƣ giảm chi phí thí nghiệm Bài viết dựa vào số liệu thí nghiệm theo hai phƣơng pháp để thiết lập tƣơng quan số áp lực tiền cố kết (pc), số nén (Cc), số nở (Cs) thí nghiệm nén cố kết trục giữ tải 24 thí nghiệm nén cố kết trục giữ tải cho loại đất sét yếu bão hồ nƣớc Từ đó, dựa vào kết thí nghiệm nén cố kết giữ tải để xác định số pc, Cs, Cs theo phƣơng pháp nén cố kết giữ tải 24 cho cơng trình tƣơng tự ĐẤT SỬ DỤNG CHO CÁC THÍ NGHIỆM Thí nghiệm nén cố kết theo phƣơng pháp giữ tải giữ tải 24 cho mẫu đất lấy đƣợc từ hố khoan khảo sát địa chất cơng trình "Nạo vét trục nƣớc rạch Xóm Củi, quận 8, TP HCM" (Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam, 2018) với độ sâu lấy mẫu khác 4m, 8m, 12m, 16m, 20m, 24m Mỗi độ sâu thí nghiệm 25 mẫu cho phƣơng pháp ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Mẫu đất thí nghiệm đất sét yếu bão hoà nƣớc với số đặc trƣng vật lý nhƣ W= 88.33 %, gw=1,470 g/cm3, Gs= 2.634, Sr= 97,62 %, eo= 2,383, WL= 59.57 %, Wp= 36,33 %, Ip= 23,24 %, B=2,261 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tiến hành thí nghiệm nén cố kết mẫu đất độ sâu khác với thời gian giữ tải 24 cho cấp tải tác dụng Cách tiến hành thí nghiệm nén cố kết cho mẫu nén giữ tải 24 tuân thủ theo quy định tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4200:2012 (TCVN, 2012) với nội dung tóm tắt nhƣ sau: Bƣớc 1: Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: lấy mẫu thí nghiệm vào dao vịng, xác định khối lƣợng thể tích độ ẩm trƣớc thí nghiệm Bƣớc 2: Lắp mẫu chuẩn bị vào thiết bị thí nghiệm trọng 0,25 kG/cm2 theo dõi biến dạng nén mẫu đồng hồ đo biến dạng Theo dõi ghi nhận số liệu thí nghiệm theo thời gian: giây, 15 giây, 30 giây, phút, phút, phút, phút, 15 phút, 30 phút, giờ, giờ, giờ, giờ, 12 24 Bƣớc 5: Tiếp tục tiến hành thí nghiệm tƣơng tự nhƣ bƣớc cho cấp tải trọng 0,50 kG/cm2 , 1,00 kG/cm2 , 2,00 kG/cm2, 4,00kG/cm2 Bƣớc 6: Dỡ tải ghi nhận số liệu dỡ tải sau nén xong cấp tải cuối theo cấp với thời gian ghi nhận số liệu cấp Bƣớc 7: Lấy mẫu khỏi hộp nén xác định khối lƣợng thể tích độ ẩm mâu sau thí nghiệm Phƣơng pháp thí nghiệm mẫu thí nghiệm nén cố kết khigiữ tải tƣơng tự nhƣ thí nghiệm nén giữ tải 24 Tuy nhiên, theo dõi ghi nhận số liệu biến dạng thời điểm sau tăng tải cho cấp tải KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ SO SÁNH Kết thu đƣợc sau thí nghiêm đƣợc xử lý thống kê để loại bỏ giá trị bất thƣờng nhằm hạn chế sai số thô theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4548:2009 (TCVN, 2009) nhƣ bảng 1-6 đồ thị hình 2-7 Bảng 1: Áp lực tiền cố kết mẫu nén giữ tải 24 (pc,24) giờ(pc,2) Độ sâu Hình 1: Hộp nén cố kết mẫu Bƣớc 3: Bão hồ mẫu thí nghiệm 24 Bƣớc 4: Tiến hành thí nghiệm với cấp tải ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 pc,24 Pc,2 Dpc,2-24 %Dpc,2-24 (kG/cm ) (kG/cm ) (kG/cm2) (%) 4m 0,666 0,712 0,045 6,77 8m 0,666 0,701 0,036 5,40 12m 0,700 0,780 0,080 11,47 16m 0,706 0,754 0,047 6,71 20m 0,722 0,770 0,048 6,65 24m 0,780 0,823 0,043 5,55 35 Bảng 3: Chỉ số nở mẫu nén giữ tải 24 (Cs,24) (Cs,2) Độ sâu Cs,24 Cs,2 DCs,242 Hình 2: Tương quan áp lực tiền cố kết mẫu nén giữ tải 24 (pc,24) giờ(pc,2) %DCs,242/ Cs,24 (%) 4m 0,105 0,090 0,015 14,26 8m 0,116 0,099 0,017 14,84 12m 0,114 0,104 0,010 8,76 16m 0,116 0,101 0,015 13,09 20m 0,100 0,089 0,011 11,12 24m 0,100 0,088 0,012 11,91 Bảng 2: Chỉ số nén mẫu nén giữ tải 24 giờ(Cc,24)và giờ(Cc,2) Độ sâu Cc,24 Cc,2 DCc,242 %DCc,242/Cc,24 (%) 4m 0,732 0,655 0,077 10,49 8m 0,752 0,669 0,083 11,02 12m 0,791 0,724 0,067 8,48 16m 0,802 0,711 0,091 11,32 20m 0,791 0,706 0,084 10,67 24m 0,714 0,640 0,075 10,44 Hình 4: Tương quan số nở mẫu nén giữ tải 24 (Cs,24) giờ(Cs,2) Bảng 4: Hệ số rỗng mẫu nén giữ tải 24 (e24), (e2) P (kG/cm2) 0,00 0,25 Hình 3: Tương quan số nén mẫu nén giữ tải 24 (Cc,24) giờ(Cc,2) 36 0,5 Dh2 (mm) 0,00 0,91 1,44 2,36 3,41 4,59 Dh24 (mm) 0,00 1,06 1,70 2,79 3,99 5,31 e2 2,389 2,234 2.144 1,989 1,811 1,611 e24 2,389 2,209 2.100 1,915 1,712 1,489 De2-24 0,000 0.025 0,044 0,074 0,099 0,123 %De2-24 /e24 0,00 1,13 2,11 3,86 5,79 8,24 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Hình 5: Hệ số rỗng mẫu nén giữ tải 24 giờ(e24),2 (e2) Bảng 5: Hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 (a24), (a2) Hình 6: Biểu đồ so sánh hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 (a24), (a2) % chênh lệch Bảng 6: Hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải 24 (mv,24), (mv,2) P (kG/cm2) P (kG/cm ) a2(cm2/kG) a24(cm /kG) Da224(cm /kG) %Da2-24 /a24 0,25 0,5 0,25 0,5 mv,2 (cm /kG) 0,182 0,111 0,099 0,060 0,036 0,61 0,36 0,31 0,17 0,10 mv,24 (cm2/kG) 0,211 0,136 0,119 0,070 0,041 0 Dmv,2-24 0,71 0,43 0,36 0,20 0,11 (cm2/kG) %Dmv,2-24 0,09 0,07 0,05 0,02 0,01 9 13,8 17,8 15,9 12,3 10,5 9 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 /mv,24 0,029 0,025 0,021 0,010 0,006 13,79 18,58 17,22 14,57 13,62 37 Hình 7: Biểu đồ so sánh hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải 24 (mv,24), (mv,2) % chênh lệch GHI CHÚ: - pc,24 pc,2: Áp lực tiền cố kết mẫu nén giữ tải 24 - Cc,24 Cc,2: Chỉ số nén mẫu nén giữ tải 24 - Cs,24 Cs,2: Chỉ số nở mẫu nén giữ tải 24 - e24 e2: Hệ số rỗng mẫu nén giữ tải 24 - a24 a2: Hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 - mv,24 mv,2: Hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải 24 Từ kết tổng hợp giá trị áp lực tiền cố kết pc bảng cho thấy, phạm vi mẫu nghiên cứu giá trị p c ln nhỏ 1.00 kG/cm2, đồng thời có xu hƣớng tăng theo độ sâu giảm theo chiều tăng thời gian giữ tải Cụ thể, giá trị pc,24 dao động khoảng [0,666÷0,780] kG/cm2, giá trị pc,2 dao động khoảng [0,712÷0,823] kG/cm2, thấp giá trị pc độ sâu 4m, sau tăng dần lớn giá trị p c độ sâu 24m Giá trị p c,2 lớn giá trị p c,24 từ 5,40% đến 11,47%, với chênh lệch tƣơng đƣơng từ [0,036÷0,080] kG/cm2, cho thấy mẫu nén giữ tải lâu giá trị pc có xu hƣớng giảm Bên cạnh đó, từ biểu đồ hình 2, nhận thấy giá trị áp lực tiền cố kết pc,2 pc,24 mẫu nghiên cứu có mối quan hệ tuyến tính với hàm tƣơng quan tìm đƣợc với hệ số tƣơng quan mức cao R2=92,28% là: Từ kết tổng hợp bảng cho thấy giá trị số nén Cc có xu hƣớng tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải mẫu có độ sâu Giá trị Cc,2 dao động từ 0,640 đến 0,724 Giá trị Cc,24 có trị số lớn Cc,2và dao động từ 38 0,714 đến 0,802 Chênh lệch giá trị C c,24và Cc,2dao động từ [0.067÷0.091] tƣơng ứng từ [8,48÷11,32] % Khi xét theo độ sâu mẫu giá trị Cc khơng thể xu hƣớng rõ ràng theo tỷ lệ tăng độ sâu mẫu thí nghiệm mà thay đổi bất thƣờng thời gian giữ tải Quan sát hình thấy giá trị Cc,2 Cc,24 có mối quan hệ tuyến tính với hàm tƣơng quan tìm đƣợc có hệ số tƣơng quan mức cao (R2=81.66%) là: Từ kết tổng hợp bảng cho thấy giá trị số nở Cs có xu hƣớng tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải mẫu có độ sâu Giá trị Cs,2 dao động từ0.088 đến 0,104 Giá trị Cs,24có trị số lớn dao động từ 0,100 đến 0,116 Chênh lệch giá trị Cs,24 Cs,2 dao động từ [0,010÷0,017] tƣơng ứng từ [8,76 ÷ 14,84] % Khi xét theo độ sâu mẫu khơng tìm thấy quy luật biến đổi giá trị C s Ngoài ra, xét đến tỷ số Cc/Cs tỷ số có giá trị dao động khoảng từ [6,465÷7,966] lần Quan sát hình thấy giá trị Cs,2 Cs,24 có mối quan hệ tuyến tính với hàm tƣơng quan tìm đƣợc có hệ số tƣơng quan mức (R2=75,83%) là: Kết từ bảng cho thấy độ lún mẫu thí nghiệm tăng theo chiều tăng áp lực tác dụng đồng thời tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải Giá trị hệ số rỗng mẫu nén giữ tải lớn giá trị hệ số rỗng mẫu nén giữ tải 24 Chênh lệch giá trị hệ số rỗng mẫu nén giữ tải (e2)so với mẫu nén giữ tải 24 (e24)trong cấp áp lực gây lún dao động từ [0,025÷0,123] tƣơng ứng từ [1,13÷8,24] % có xu hƣớng tăng theo chiều tăng cấp áp lực gây lún Điều thể hệ số rỗng có xu hƣớng giảm theo chiều tăng thời gian giữ tải Quan sát hình thấy rằng, giá trị hệ ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 số rỗng mẫu nén giữ tải giữ tải 24 có xu hƣớng tách xa tải trọng tác dụng tăng Mức độ chênh lệch hệ số rỗng (De2-24)của phƣơng pháp thí nghiệm nhỏ cấp tải 0.25 kG/cm2 De0.25= 0,025 (1,13%), De0.50= 0,044 (2,11%), De1.00= 0,074 (3,86%), De2.00= 0,099 (5,79%), De4.00=0,123 (8,24%) Điều thể chênh lệch hệ số rỗng phƣơng pháp thí nghiệm có xu hƣớng tăng áp lực gây lún tăng Kết từ bảng cho thấy giá trị hệ số nén lún mẫu nén giữ tải (a2) nhỏ giá trị hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 (a24).Chênh lệch giá trị hệ số nén lún mẫu nén giữ tải mẫu nén giữ tải 24 giờdao động từ [0,012÷0,099] tƣơng ứng từ [17,80÷10,52] %và có xu hƣớng giảm theo chiều tăng áp lực gây lún Chênh lệch lớn cấp áp lực 0.50kG/cm2 (17,80%) nhỏ cấp áp lực 4,00 kG/cm2 (10,52%) Điều thể hệ số nén lún có xu hƣớng tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải Quan sát hình thấy rằng, hệ số nén lún mẫu nén giữ tải giữ tải 24 có xu hƣớng tiệm cận áp lực gây lún tăng Độ chênh lệch hệ số nén lún phƣơng pháp thí nghiệm có xu hƣớng giảm,lớn cấp tải 0,25 kG/cm2 Da0.25 = 0,099 (13,88%), Da0.50 = 0,078 (17,80%), Da1.00 = 0,059 (15.99%), Da2.00 = 0,025 (12,39%), Da4.00 = 0,012 (10,52%) Kết từ bảng cho thấy giá trị hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải (mv,2) nhỏ giá trị hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải 24 (mv,24) Chênh lệch mặt giá trị mv,2 so với mv,24 dao động từ [0,006÷0,029] tƣơng ứng từ [18,58÷13,62] % có xu hƣớng giảm theo chiều tăng áp lực gây lún Chênh lệch lớn cấp áp lực 0,50 kG/cm2 (18,58%) nhỏ cấp áp lực 4,00 kG/cm2 (13.62%) Điều thể hệ số nén thể tích có xu hƣớng tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải Độ chênh lệch hệ số nén ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 thể tích phƣơng pháp thí nghiệm theo cấp tải trọng nhƣ sau Dmv0.25= 0,029 (13,79%), Dmv0.50= 0,025 (18,58%), Dmv1.00 = 0,021 (17,22%), Dmv2.00=0.010 (14,57%), Dmv4.00 = 0,006 (13,62%) Đồng thời quan sát hình nhận thấy, hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải mẫu nén giữ tải 24 có xu hƣớng tiệm cận tải trọng tác dụng tăng mức độ chênh lệch hệ số nén thể tíchcó xu hƣớng giảm theo chiều tăng áp lực gây lún KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Thời gian giữ tải thí nghiệm nén cố kết có ảnh hƣởng đến số đặc trƣng nén lún mẫu đất sét yếu bão hoà nƣớc Thời gian giữ tải lâu hơn, mẫu đất bị lún nhiều Với khoảng áp lực tác dụng từ [0,25 ÷ 4,00] kG/cm2 giá trị hệ số rỗng mẫu nén giữ tải lớn giá trị hệ số rỗng mẫu nén khigiữ tải 24 Chênh lệch giá trị hệ số rỗng dao động từ [0,025÷0,123] tƣơng ứng từ [1,13÷8,24] % có xu hƣớng tăng theo chiều tăng áp lực gây lún Hệ số nén lún có xu hƣớng tăng thời gian giữ tải tăng với áp lực gây lún Hệ số nén lún mẫu nén giữ tải nhỏ giá trị hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 Chênh lệch giá trị hệ số nén lún dao động từ [0,012÷0,099] tƣơng ứng từ [17,80÷10,52] %và có xu hƣớng giảm theo chiều tăng áp lực gây lún Hệ số nén thể tích có xu hƣớng tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải vớivới áp lực gây lún Giá trị hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải nhỏ giá trị hệ số nén thể tích mẫu nén giữ tải 24 Mức độ chênh lệchdao động từ [0,006 ÷ 0,029] cm2/kG tƣơng ứng từ [18,58÷13,62] % có xu hƣớng giảm theo chiều tăng áp lực gây lún Áp lực tiền cố kết có xu hƣớng giảm thời gian giữ tải thí nghiệm tăng Với cấp 39 áp lực gây lún, mẫu nén giữ tải cho kết pc,2 lớn so với kết p c,24 mẫu nén giữ tải 24 Nhƣ vậy, tính tốn độ lún kết mẫu nén giữ tải đất cịn giai đoạn biến dạng đàn hồi; đó, với điều kiện tƣơng tự nhƣng mẫu nén giữ tải 24 mẫu đất bƣớc qua giai đoạn biến dạng dẻo Vì vậy, ngồi giá trị áp lực tiền cố kết giá trị số nén số nở ảnh hƣởng trực tiếp đến việc tính tốn độ lún Độ lún ngồi chịu ảnh hƣởng giá trị áp lực tiền cố kết số nén số nở có ảnh hƣởng đáng kể Theo kết thí nghiệm tỷ số Cc,24/Cs,2 dao động từ [7,592÷8,918] lần, dẫn đến độ lún tính tốn đƣợc có mức độ chênh lệch từ [7,592÷8,918] lần Ngồi ra, giá trị áp lực tiền cố kết có mối quan hệ tuyến tính nhƣ sau: Chỉ số nén có xu hƣớng tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải mẫu có độ sâu áp lực gây lún Dẫn đến việc sử dụng giá trị C c từ kết thí nghiệm mẫu nén giữ tải 24 vào tính tốn độ lún cho độ lún lớn dùng kết Cc mẫu nén giữ tải với điều kiện áp dụng Chênh lệch giá trị Cc,24 C c,2 dao động từ [0,067÷0,091] tƣơng ứng từ [8,48÷11,32] % Ngồi ra, số nén mẫu nén giữ tải mẫu nén giữ tải 24 có mối quan hệ tuyến tính là: Nhƣ vậy, thời gian giữ tải thí nghiệm nén cố kết có ảnh hƣởng khơng nhỏ đến số đặc trƣng nén lún đất Do đó, cần phải lựa chọn phƣơng pháp thí nghiệm cho hợp lý với đặc điểm, quy mơ tính chất cơng trình nhằm đảm bảo an tồn tiết kiệm chi phí Đối với cơng trình có quy mô nhỏ, kiến nghị sử dụng tƣơng quan thu đƣợc để điều chỉnh số liệu cho hợp lý, phục vụ cho cơng tác tính tốn thiết kế số liệu khảo sát, thí nghiệm chƣa đầy đủ TÀI LIỆU THAM KHẢO Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam (2018) Báo cáo khảo sát địa chất cơng trình Nạo vét trục nƣớc rạch Xóm Củi TCVN 4200:2012 - Đất xây dựng Phƣơng pháp xác định tính nén lún phịng thí nghiệm TCVN 4548:2009 - Thống kê ứng dụng Loại bỏ giá trị bất thƣờng Chỉ số nở có xu hƣớng tăng theo chiều tăng thời gian giữ tải mẫu có độ sâu Chênh lệch giá trị Cs,24 Cs,2 dao động từ [0.010÷0.017] tƣơng ứng từ [8,76÷14,84] % Giữa giá trị Cs,2 Cs,24 có mối quan hệ tuyến tính là: Cs,24 = 0,0933 Cs,2 + 0,0236 40 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 ... giữ tải 24 - Cc ,24 Cc ,2: Chỉ số nén mẫu nén giữ tải 24 - Cs ,24 Cs ,2: Chỉ số nở mẫu nén giữ tải 24 - e24 e2: Hệ số rỗng mẫu nén giữ tải 24 - a24 a2: Hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 - mv ,24 mv ,2: ... THUẬT SỐ - 20 20 Hình 5: Hệ số rỗng mẫu nén giữ tải 24 giờ( e24) ,2 (e2) Bảng 5: Hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 (a24), (a2) Hình 6: Biểu đồ so sánh hệ số nén lún mẫu nén giữ tải 24 (a24), (a2) %... 0,015 13,09 20 m 0,100 0,089 0,011 11, 12 24m 0,100 0,088 0,0 12 11,91 Bảng 2: Chỉ số nén mẫu nén giữ tải 24 giờ( Cc ,24 ) và giờ( Cc ,2) Độ sâu Cc ,24 Cc ,2 DCc ,24 2 %DCc ,24 2 /Cc ,24 (%) 4m 0,7 32 0,655 0,077