Phương pháp tính lún theo thời gian cho nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng

Bài báo này đề xuất một phương pháp tính phù hợp, có xét đến tính thấm của đất xi măng để dự tính độ lún theo thời gian của nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng.

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN THEO THỜI GIAN CHO NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG THE METHOD TO CALCULATE THE SETTLEMENT AS FUNCTION OF TIME FOR THE SOFT SOIL IMPROVED BY SOIL CEMENT COLUMNS PGS TS Lê Bá Vinh, PGS TS Võ Phán Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM ThS Nguyễn Tấn Bảo Long Trường Đại Học Tiền Giang TĨM TẮT Dự tính độ lún theo thời gian việc cần thiết dự án có sử dụng trụ đất xi măng để gia cố đất yếu Tuy nhiên, tiêu chuẩn Việt Nam chưa có hướng dẫn cụ thể phương pháp tính lún theo thời gian cho đất yếu gia cố trụ đất xi măng Bài báo đề xuất phương pháp tính phù hợp, có xét đến tính thấm đất xi măng để dự tính độ lún theo thời gian đất yếu gia cố trụ đất xi măng ABSTRACT Estimate the settlement as function of time for the soft soil improved by soil cement columns is very necessary for the projects which used the cement columns to improved the soft soil However, arccording to the current standards of Viet Nam have not yet the method to calculate the settlement as function of time for the soft soil improved by soil cement columns This paper proposes a method which takes into account the soil cement permeability to estimate the settlement as function of time for the soft soil improved by soil cement columns GIỚI THIỆU Ngày công nghệ đất trộn xi măng phổ biến đem lại hiệu cao việc xử lý đất yếu, đặc biệt ngành giao thơng Do việc dự tính độ lún theo thời gian đất yếu gia cố trụ đất xi măng cần thiết, làm cho việc kiểm soát độ lún hiệu góp phần làm sở cho việc thanh, tốn cơng trình chờ lún Tuy nhiên, quan điểm phương pháp tính chưa thống tiêu chuẩn Việt Nam chưa có hướng dẫn cụ thể việc tính lún theo thời gian cho đất yếu gia cố trụ đất xi măng Trong báo tác giả đề xuất phương pháp tính lún theo thời gian cho đất yếu gia cố trụ đất xi măng, có xét đến tính thấm đất xi măng, sau tác giả sử dụng số liệu quan trắc thực tế phương pháp phần tử hữu hạn để kiểm chứng lại cơng thức giải tích đề xuất VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 425 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT TÍNH LÚN THEO THỜI GIAN CHO NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG Xét đất yếu gia cố trụ đất xi măng hình xem hệ số thấm trụ không lớn hệ số thấm đất xung quanh Do mô đun biến dạng khối gia cố lớn mô đun biến dạng đất tự nhiên nên hệ số nén lún tương đối khối gia cố nhỏ hệ số nén lún tương đối đất tự nhiên, điều làm cho hệ số cố kết khối gia cố tăng lên, làm trình cố kết chiều xảy nhanh CV2 h1 kV1 h2 CVkgc kV2 Hình Nền gia cố trụ đất xi măng Giả thuyết không xảy thấm ngang hệ số thấm trụ với hệ số thấm đất xung quanh kv1 Khi hệ số cố kết khối gia cố tính sau: Cvkgc=kv1/(a0kgc.γn) (1) Từ hệ số nén lún tương đối khối gia cố xác định sau: a0kgc=β/Ekgc (2) Mô đun biến dạng khối gia cố xác định sau: Ekgc=a.Ecol + (1-a).Esoil ( với a tỷ diện tích thay đất xi măng) Hệ số cố kết gia cố xác định sau: Cvtd = 426 H2  hi  ∑ C vi      (3) VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Nhân tố thời gian Tv xác định sau: Cvtd Tv = t h (4) Do mơ hình nước biên nên độ cố kết Ut xác định sau: Ut ≈ − π2 π2 − e Tv (5) Độ lún theo ổn định gia cố xác định sau: S∞ =  p + ∆p  Cc H  log 1+ e  p0  (6) Với: Cc – số nén; H – bề dày lớp đất; e0 – hệ số rỗng ban đầu, ứng với ứng suất thân; p0 - ứng suất trọng lượng thân; ∆p - ứng suất gây lún Từ ta xác định độ lún theo thời gian gia cố sau: St = Ut S∞ (7) KIỂM CHỨNG PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT BẰNG CÁC MƠ HÌNH 3.1 Kiểm chứng mơ hình thí nghiệm Jinchun Chai Bảng Thơng số vật liệu thí nghiệm Jinchun Chai h1 (m) 6,5 as Es h2 (m) (%) (kN/m2) 1,5 21,7 1,05.103 Ec Cv νs C (kN/m2) (m2/s) c 70.10 0,33 0,035 0,4 a0 (m2/kN) 4,98.10-5 kv (m/ngày) 2,67.10-4 Hình Mơ hình thí nghiệm Jinchun Chai VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 427 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Trong phần tác giả sử dụng kết quan trắc từ mô hình thí nghiệm Jinchun Chai để so sánh với kết tính tốn từ cơng thức đề xuất Thí nghiệm tiến hành Shaowa-Biraki, Fukuoka, Nhật Bản Theo trụ đất xi măng tạo với hàm lượng 140 kg/m3, đường kính m, dài 6,5 m, tỷ diện tích thay 21,7%, tỷ lệ chiều sâu gia cố 76%, khối đắp đá phong hóa có trọng lượng riêng 19 kN/m3 hình Các thơng số vật liệu lấy theo thí nghiệm Jinchun Chai bảng Trình tự tính độ lún theo thời gian từ phương pháp giải tích đề xuất: Mơ đun biến dạng khối gia cố xác định sau: Ekgc = a.Ec + (1-a).Es = 16x103 (kN/m2) Hệ số nén lún tương đối khối gia cố xác định sau: a0kgc = β/Ekgc = 4,98x10-5 m2/kN (với β = 0,67) Hệ số cố kết khối gia cố xác định sau: Cvkgc = kv/(a0kgc.γn) = 0,5357 m2/ngày Hệ số cố kết gia cố: td v C = H2  hi  ∑ C vi      = 0,4179 m ngày (m2 2//ngày) Từ ta tính Tv, Uv theo thời gian Độ lún theo ổn định gia cố: S∞ =  p + ∆p  Cc H  = 0,282 m log 1+ e  p0  Bảng Kết tính tốn độ lún phương pháp giải tích đề xuất 428 Ngày S(t) (m) Ngày S(t) (m) Ngày S(t) (m) 0,0000 20 0,0236 130 0,2314 0,0053 21 0,0242 140 0,2382 0,0075 22 0,0248 150 0,2441 0,0091 23 0,0253 160 0,2492 0,0106 24 0,0259 170 0,2536 0,0118 25 0,0264 180 0,2575 0,0129 26 0,0269 190 0,2608 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 0,0140 27 0,0362 200 0,2637 0,0149 28 0,0436 210 0,2662 0,0158 29 0,0499 220 0,2683 10 0,0167 30 0,0554 230 0,2702 11 0,0175 40 0,0946 240 0,2718 12 0,0183 50 0,1217 250 0,2732 13 0,0190 60 0,1439 260 0,2745 14 0,0198 70 0,1630 270 0,2755 15 0,0204 80 0,1783 280 0,2764 16 0,0211 90 0,1922 290 0,2772 17 0,0218 100 0,2042 300 0,2779 18 0,0224 110 0,2146 400 0,2813 19 0,0230 120 0,2236 500 0,2822 Kết quan trắc độ lún theo thời gian từ mơ hình thí nghiệm Jinchun Chai thể hình Hình Kết quan trắc lún từ mơ hình thí nghiệm Jinchun Chai 3.2 Kiểm chứng phương pháp Phần tử hữu hạn Trong phần tác giả sử dụng thông số vật liệu bảng để phân tích lún theo thời gian, sau so sánh với kết thu từ phương pháp giải tích đề xuất VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 429 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Bảng Thơng số vật liệu phân tích Plaxis Vật liệu Lớp (0 - m) Sét dẻo mềm Lớp (1 - m) Sét dẻo cứng Trụ đất xi măng (210 kg/m3) γunsat γsat Eref kN/m3 kN/m3 kN/m2 ν c kN/m2 φ độ k x,y,z m/ngày Mơ hình Vật liệu 16,5 17,8 248 0,3 22 8,33 4,72.10-5 Mohr-Coulomb (undrain) 18,3 18,9 3790 0,25 41 12,5 3,45.10-5 Mohr-Coulomb (undrain) 17,2 19 63.103 0,2 250 32 Linear-Elastic (non-porous) Hình Chuyển vị tổng thể gia cố KẾT QUẢ TÍNH TỐN Đồ thị so sánh kết thu từ phương pháp giải tích quan trắc trường thể hình Đồ thị so sánh kết thu từ phương pháp giải tích phương pháp Phần tử hữu hạn thể hình 430 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 Hình So sánh kết phương pháp giải tích quan trắc trường Hình So sánh kết phương pháp giải tích phương pháp Phần tử hữu hạn Nhận xét: Qua đồ thị hình ta thấy kết tính tốn theo cơng thức đề xuất tương đối xấp xỉ với số liệu quan trắc Jinchun Chai Tuy nhiên giai đoạn từ 50 đến 75 ngày độ lún thực tế trường lớn nhanh tắt lún so với phương pháp giải tích, tải trọng truyền sang trụ cố kết xong trước 150 ngày so với phương pháp giải tích Qua đồ thị hình ta thấy kết thu từ phương pháp giải tích phương pháp Phần tử hữu hạn xấp xỉ Tuy nhiên giai đoạn đầu tồn sai số tương đối lớn cách gia tải mơ hình VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 431 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018 KẾT LUẬN Hiện nay, tiêu chuẩn trụ đất xi măng Việt Nam chưa có hướng dẫn cụ thể việc tính tốn độ lún theo thời gian gia cố trụ đất xi măng Nên tác giả đề xuất phương pháp giải tích để tính tốn độ lún theo thời gian gia cố trụ đất xi măng mục Qua việc kiểm chứng phương pháp đề xuất thí nghiệm trường Nhật Bản phương pháp phần tử hữu hạn mục cho thấy phương pháp đề xuất phù hợp với thực tế, dễ áp dụng sai số lớn so với số liệu quan trắc 16% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alen,C, “Lime/Cement Column Stabilized Soil – A New Model for Settlement Calculation”, 2010 [2] John P.Carter, “ Deformation Analysis In Soft Ground Improvement”, 2011 [3] TCVN 9403:2012, “Gia cố đất yếu – trụ đất xi măng” [4] Võ Phán, “ Các phương pháp khảo sát trường thí nghiệm đất phịng” 2012 Phản biện: GS TSKH Nguyễn Văn Thơ 432 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM ... 2017 - 2018 PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT TÍNH LÚN THEO THỜI GIAN CHO NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG Xét đất yếu gia cố trụ đất xi măng hình xem hệ số thấm trụ không lớn hệ số thấm đất xung quanh... chuẩn trụ đất xi măng Việt Nam chưa có hướng dẫn cụ thể việc tính tốn độ lún theo thời gian gia cố trụ đất xi măng Nên tác giả đề xuất phương pháp giải tích để tính tốn độ lún theo thời gian gia cố. .. Hình Nền gia cố trụ đất xi măng Giả thuyết không xảy thấm ngang hệ số thấm trụ với hệ số thấm đất xung quanh kv1 Khi hệ số cố kết khối gia cố tính sau: Cvkgc=kv1/(a0kgc.γn) (1) Từ hệ số nén lún