Tương quan sức chống cắt không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh (VST) và thí nghiệm nén ngang (PMT) ở khu vực Thủ Thiêm, quận 2, thành phố Hồ Chí Minh

Mục đích của thí nghiệm cắt cánh hiện trường nhằm xác định sức chống cắt của đất trong điều kiện không thoát nước tại hiện trường và độ nhạy của đất ở các độ sâu khác nhau.

TƯƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT KHƠNG THỐT NƯỚC TỪ THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH (VST) VÀ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG (PMT) Ở KHU VỰC THỦ THIÊM, QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ BÁ VINH*, BÙI HỒNG DƢƠNG Corelationship between undrained shear strength from Vane and pressiometer test in the Thu Thiem, Ho Chi minh City Abtract: Shear strength parameters play an important role in the design of soft ground improvement and calculation of stability of foundations The undrained shear strength can be determined by various methods, so the results will vary This paper establish the correlation between the undrained shear strength (Su) of soft clay by the vane shear test (VST) and by pre-boring pressuremeter test (PMT) Keywords: Undrained shear strength (Su), Vane shear test (VST), preboring pressuremeter test (PMT) GIỚI THIỆU * Thí nghiệm nén ngang đƣợc phát minh Kogler từ năm 1933 nhƣng sau khơng đƣợc ơng tiếp tục nghiên cứu phát triển Đến năm 1955, Menard tiến hành thí nghiệm nén ngang hố khoan để đo thành phần biến dạng trƣờng dùng để tính tốn giá trị sức chống cắt đất Trên sở kết nén ngang khu vực Thủ Thiêm, Quận 2, thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM), tiến hành phân tích, xây dựng tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc từ thí nghiệm nén ngang hố khoan (PMT) với thí nghiệm cắt cánh trƣờng (VST) Các tƣơng quan tìm đƣợc cho phép nhận định đắn sức chống cắt khơng nƣớc đất nhƣ sở phục vụ tính tốn thiết kế móng hay nghiên cứu XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT TỪ THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH HIỆN TRƯỜNG (VST) * Bộ mơn 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 24 2.1 Giới thiệu thí nghiệm cắt cánh Mục đích thí nghiệm cắt cánh trƣờng nhằm xác định sức chống cắt đất điều kiện khơng nƣớc trƣờng độ nhạy đất độ sâu khác Thí nghiệm đƣợc tiến hành thiết bị cắt cánh trƣờng loại ZSZ-1 số hiệu 925 Trung Quốc Thí nghiệm đƣợc thực theo tiêu chuẩn 22 TCN355-06 Công tác thí nghiệm cắt cánh trƣờng đƣợc tiến hành hố khoan thực tầng đất yếu 2.2 Tính tốn sức chống cắt từ thí nghiệm cắt cánh Sức kháng cắt Su tính tốn theo cơng thức nhƣ sau: Su=10*K*(T-f) (kG/cm2) T - Sức kháng cắt cực đại trạng thái tự nhiên phá hủy đất (Lực xoắn P cực đại) f - Ma sát cực đại cần dẫn; K - Hệ số cánh cắt, tùy thuộc vào đƣờng kính cánh sử dụng; R: Chiều dài cánh tay địn –m; d: Đƣờng kính hình chữ thập d=5cm; h: Chiều cao cánh cắt: h=10cm ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 XÁC ĐỊNH SỨC CHỐNG CẮT TỪ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG TRONG HỐ KHOAN (PMT) 3.1 Giới thiệu thí nghiệm nén ngang Có nhiều phƣơng pháp thí nghiệm nén ngang (Hình 1) nhƣ: pre-boring pressuremeter (PBP: loại có khoan tạo lỗ trƣớc); the self-boring pressuremeter (SBP: loại ấn trực tiếp không khoan tạo lỗ) push-in pressuremeter (PIP) Hình Các phương pháp thí nghiệm nén ngang (Suched Likitlersuang, 2013) Ở Việt Nam, loại thiết bị thƣờng đƣợc sử dụng loại preboring Pressuremeter Test (Hình 2)) hãng APAGEO (Pháp) Hiện thí nghiệm thƣờng đƣợc thực theo tiêu chuẩn ASTM D4719-00 Hình Thí nghiệm nén hố khoan (nguồn:https://alchetron.com/ Pressuremeter-test) ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 3.2 Sức chống cắt khơng nƣớc từ thí nghiệm nén ngang 3.2.1 Phương pháp áp lực giới hạn Áp lực giới hạn đƣợc thể dƣới dạng biểu thức sau:   G  p L   OH  Su1  ln     Su    Trong đó: pL- Áp lực giới hạn OH- Tổng ứng suất tĩnh theo phƣơng ngang Su-Sức chống cắt không nƣớc đất dính G- Module cắt Hay sức chống cắt đƣợc xác định công thức: p   OH p *L hay Su  Su  L G Np  ln Su G Với: p *L  p L   OH Np  1 ln Su Năm 1975, Menard đề xuất lấy Np=5,5 3.2.2 Phương pháp Gibson-Anderson Phƣơng pháp Gibson-Anderson (Hình 3) dựa vào phƣơng trình đƣờng cơng áp lực nén sau đạt áp lực dẻo py  G V   rr  p y  Su ln  *   Su V  Trong đó: rr - áp lực nén py - áp lực dẻo Su - sức chống cắt khơng nƣớc G - Module cắt V - số gia thay đổi thể tích V - thể tích thực buồng Hình Phương pháp Gibson-Anderson 25 Biểu đồ quan hệ rr ln V/V cho điểm liệu PMT vƣợt qua áp lực dẻo py có dạng đƣờng thẳng độ dốc đƣờng cong Su 3.2.3 Phương pháp Palmer Phƣơng pháp dựa biểu đồ quan hệ áp lực xuyên tâm biến dạng từ đƣờng cong thí nghiệm nén ngang (Palmer, 1972) Theo biểu đồ đƣờng cong quan hệ biến dạng áp lực cắt, đỉnh đƣờng cong Su Phƣơng pháp không đƣợc đề cập đến Preboring Pressuremeter cho giá trị Su lớn Quan hệ pL Su xác quan hệ py Su Các phƣơng pháp đƣợc thảo luận trên, cho thấy phƣơng trình p * L cho giá trị phù hợp Su  Np TƢƠNG QUAN SỨC CHỐNG CẮT GIỮA THÍ NGHIỆM CẮT CÁNH (VST) VÀ THÍ NGHIỆM NÉN NGANG (PMT) CHO LỚP SÉT MỀM BÃO HÕA NƢỚC Ở KHU VỰC THỦ THIÊM, QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 4.1 Đặc điểm lớp sét mềm bão hòa nƣớc Khu vực bán đảo Thủ Thiêm vùng đồng thấp, cấu tạo trầm tích đại (Q IV3), thành phần gồm sét, bột cát thực vật phân hủy, nguồn gốc hỗn hợp đầm lầy sông Đây vùng đồng ngập triều ven sơng Sài Gịn Địa hình khu vực tƣơng đối thấp với cao độ trung bình từ +0.5m ÷ +1.5m thƣờng xuyên bị ngập nƣớc bị chia cắt hệ thống sông lạch, thực vật đầm lầy phát triển mạnh Tại có nhiều sơng rạch nhỏ nơng xen lẫn vùng đầm lầy Đất sét mềm bão hòa nƣớc khu vực có độ ẩm cao (Wtn =86.60%) hầu nhƣ trạng thái mềm nên ngồi nƣớc liên kết, lỗ rỗng cịn có hàm lƣợng nƣớc tự Do đó, tính tốn toán địa kĩ thuật điều kiện đất bão hòa nƣớc trọng lƣợng thân lớp đất đƣợc xác định thông qua giá trị ứng suất hữu hiệu (Hình 4) 26 Hình Biểu đồ phân bố độ ẩm theo độ sâu Có thể nhận thấy đất khu vực trạng thái cố kết thƣờng cố kết nhẹ, tức hệ sô cố kết OCR có giá trị từ 1,0 đến 1,36 Càng xuống sâu, ứng suất hữu hiệu trọng lƣợng thân lớn nên độ chặt đất có khuynh hƣớng gia tăng theo độ sâu (Hình 5, 6, 7) Hình Biểu đồ áp lực tiền cố kết áp lực thân theo độ sâu ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 từ áp lực giới hạn (pL) module chống cắt (G/Su) hay đƣợc xác định số nén ngang (Np) theo Menard (1970) Hình Biểu đồ hệ số cố kết OCR theo độ sâu Su  vo, Hình Biểu đồ phân bố sức kháng cắt Su(PMT) từ nhiều phương pháp theo độ sâu Từ biểu đồ hình cho thấy kết sức chống cắt khơng nƣớc tính cơng thức Hình Biểu đồ quan hệ tỷ số Su theo độ sâu  Từ độ sâu 8m trở xuống, tỷ số độ bền khơng Su nƣớc ( , ) thí nghiệm cắt cánh gần  vo nhƣ khơng đổi, phù hợp với biểu đồ OCR hình từ 0m đến 8m: đất cố kết nhẹ; 8m trở xuống: đất cố kết thƣờng 4.2 Thiết lập tương quan sức chống cắt thí nghiệm cắt cánh trường (VST) thí nghiệm nén ngang hố khoan (PMT) cho lớp sét mềm bão hòa nước khu vực Thủ Thiêm, Quận 2, thành phố Hồ Chí Minh Sức chống cắt khơng nƣớc Su nhƣ từ phƣơng pháp đồ thị cắt Palmer (1972), phân tích dẻo hồn toàn nhƣ phƣơng pháp Gibson & Anderson (Gibson and Anderson, 1961) Sức chống cắt khơng nƣớc cịn đƣợc xác định ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 , vo Su  p L  p0 cho kết phù hợp với kết thí G  ln Su nghiệm cắt cánh trƣờng so với phƣơng pháp Các phƣơng trình thực nghiệm tƣơng quan sức kháng cắt khơng nƣớc áp lực giới hạn (pL) áp lực giới hạn ròng (p*L) Một phƣơng trình thực nghiệm để dự đốn sức kháng cắt khơng nƣớc đƣợc Bergado (1986) đề xuất: Su FV  pL 5,9 Trong SuFV sức chống cắt khơng nƣớc từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng Tƣơng quan áp lực giới hạn thí nghiệm cắt cánh trƣờng đƣợc thể hình hình 10: 27 Su  pL 5,9 Bảng Tƣơng quan Su(VST) áp lực giới hạn pL Độ sâu 0-8m Phƣơng trình tƣơng quan 8-20m Su (VST )  0,1953 p L Su(VST )  0,4834 p L 0, 7052 ,8819 R2 0,858 0,834 Năm 1975, Menard đề xuất phƣơng trình p *L với Np=5,5 sử dụng để tạo Su  Np Hình Tương quan Su pL theo đề xuất Bergado (1986) cho lớp sét mềm độ sâu đến 8m Su  pL 5,9 mối tƣơng quan sức chống cắt khơng nƣớc với áp lực rịng giới hạn (p*L) Năm 1992, Briaud đề xuất tƣơng quan phi tuyến để xác định sức chống cắt khơng 0, 75 nƣớc Su  0,67 p *L Với Su p*L tính KN/m2 Ngồi ra, Amar (1972) đề xuất phƣơng pháp tính sức chống cắt khơng nƣớc từ áp lực giới hạn nhƣ sau: p  p0 p *L Su   25  L  25 10 10 Những tƣơng quan đƣợc vẽ để so sánh số liệu Su từ phƣơng pháp khác đƣợc thể hình 12 hình 13: Su  Hình 10 Tương quan Su pL theo đề xuất Bergado (1986) cho lớp sét mềm độ sâu từ đến 20m Hình 10 hình 11 cho thấy liệu sức kháng cắt khơng nƣớc từ áp lực giới hạn lớp sét mềm từ thí nghiệm nén ngang theo phƣơng trình so với sức kháng cắt từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng Từ biểu đồ cho thấy sức kháng cắt khơng nƣớc từ thí nghiệm nén ngang tính từ pL cho giá trị cao so với kết từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng Phƣơng trình đề xuất cho đất sét mềm khu vực Thủ Thiêm đƣợc thể bảng 1: 28 p *L  25 10 Su  p *L 5,5 Hình 11 Tương quan sức chống cắt Su áp lực giới hạn ròng p*L cho đất sét mềm độ sậu đến 8m ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 Su  p *L  25 10 + Đối với lớp đất sét cố kết độ sâu từ 0-8m: , 7052 Su (VST )  0,4834 p L + Đối với lớp sét cố kết thƣờng độ sâu từ 8-20m: ,8819 Su (VST )  0,1953 p L p* Su  L 5,5 Hình 12 Tương quan sức chống cắt Su áp lực giới hạn ròng p*L cho đất sét mềm độ sậu đến 20m Các phƣơng pháp Menard (1975), Briaud (1992) hay Amar (1972) cho phép ta dự đoán đƣợc giá trị sức chống cắt khơng nƣớc Phƣơng trình Briaud (1992) cho giá trị Su gần với giá trị cắt cánh hiên trƣờng so với Menard Amar Một đƣờng phù hợp hơn(màu đỏ) ta phân tích hồi quy đƣợc trình bày hình 11 hình 12 cho lớp đất sét mềm khu vực Thủ Thiêm, Quận Các tƣơng quan đƣợc thể bảng 2: Bảng Tƣơng quan Su(VST) áp lực giới hạn ròng p*L Độ sâu 0-8m 8-20m Phƣơng trình tƣơng quan Su(VST )  3,4738 p *L Su(VST )  4,9607 p *L 0, 39 0, 2985 R2 0,8991 0,9275 KẾT LUẬN Tƣơng quan sức chống cắt thí nghiệm cắt cánh (VST) thí nghiệm nén ngang hố khoan (PMT) cho lớp sét mềm bão hòa nƣớc khu vực Thủ Thiêm, Quận cụ thể nhƣ sau: - Tương quan Su pL - Tương quan Su p*L + Đối với lớp đất sét cố kết độ sâu từ 0-8m: , 39 Su(VST )  3,4738 p *L + Đối với lớp sét cố kết thƣờng độ sâu từ 8-20m: 0, 2985 Su  4,9607 p *L Theo kết nghiên cứu này, tƣơng quan áp lực giới hạn rịng (p*L) từ thí nghiệm nén ngang thí nghiệm cắt cánh trƣờng cho giá trị hợp lý Các phƣơng trình tƣơng quan nhƣ đƣợc sử dụng để dự đoán sức chống cắt cho lớp sét mềm bão hòa nƣớc khu vực Thủ Thiêm, Quận 2, thành phố Hồ Chí Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO 22TCN 355-05, Quy trình thí nghiệm cắt cánh trƣờng, Bộ Giao Thông Vận Tải, 2005 ASTM D4719-00, Quy trình thí nghiệm nén ngang đất , 2000 Suched Likitlersuang, J.L (2013), “Geotechnical parameters from pressuremeter tests for MRT Blue Line extention in Bangkok”, vol 5, No (2013) 99-118 Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam (2018) Báo cáo khảo sát địa chất cơng trình “Đầu tƣ xây dựng hạ tầng kỹ thuật khu dân cƣ phía Bắc (bao gồm khu chức số số 4) hoàn thiện đƣờng trục Bắc – Nam (đoạn từ chân cầu Thủ Thiêm đến đƣờng Mai Chí Thọ) khu thị Thủ Thiêm theo hình thức hợp đồng BT” Người phản biện: PGS.TS NGUYỄN ĐỨC MẠNH ĐỊA KỸ THUẬT SỐ - 2020 29 ... cánh trường (VST) thí nghiệm nén ngang hố khoan (PMT) cho lớp sét mềm bão hòa nước khu vực Thủ Thiêm, Quận 2, thành phố Hồ Chí Minh Sức chống cắt khơng nƣớc Su nhƣ từ phƣơng pháp đồ thị cắt Palmer... LUẬN Tƣơng quan sức chống cắt thí nghiệm cắt cánh (VST) thí nghiệm nén ngang hố khoan (PMT) cho lớp sét mềm bão hòa nƣớc khu vực Thủ Thiêm, Quận cụ thể nhƣ sau: - Tương quan Su pL - Tương quan Su... thấy liệu sức kháng cắt khơng nƣớc từ áp lực giới hạn lớp sét mềm từ thí nghiệm nén ngang theo phƣơng trình so với sức kháng cắt từ thí nghiệm cắt cánh trƣờng Từ biểu đồ cho thấy sức kháng cắt khơng