Phân tích ổn định trượt sâu công trình đắp trên đất yếu được xử lý bấc thấm gia tải trước từ những kết quả thí nghiệm hiện trường báo cáo tổng kết kết quả đề tài khcn cấp trường msđt t ktxd 2013 55

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MƠN ĐỊA CƠ NỀN MĨNG BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CƠNG TRÌNH ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẤC THẤM GIA TẢI TRƯỚC TỪ NHỮNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG Mã số đề tài: T-KTXD-2013-55 Thời gian thực đề tài: 10/2013 - 10/2014 Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Trần Xuân Thọ TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013 Danh sách cán tham gia thực đề tài PGS.TS Trần Xuân Thọ, BM Địa Cơ Nền Móng, Khoa KT Xây Dựng GV.TS Đỗ Thanh Hải, BM Địa Cơ Nền Móng, Khoa KT Xây Dựng PHẦN PHỤ LỤC THUYẾT MINH ĐỀ TÀI HỢP ĐỒNG TRIỂN KHAI CÁC BÀI BÁO ĐÃ THỰC HIỆN TÓM TẮT Nội dung đề tài nghiên cứu tổng hợp phương pháp để phân tích ổn định trượt sâu cơng trình đắp đất yếu xử lý bấc thấm (PVD) kết hợp gia tải trước Dưới tác dụng tải trọng gia tải, sức kháng cắt không thoát nước đất gia tăng trình cố kết Độ gia tăng sức kháng cắt khơng thoát nước dự báo từ kết quan trắc lún áp lực nước lỗ rỗng trường Dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước cần thiết để kiểm soát ổn định q trình thi cơng Phương pháp (1) theo 22 TCN 244-98 (2) công thức SHANSEP sử dụng để dự báo độ gia tăng sức kháng cắt không nước đất q trình gia tải Kết dự báo kiểm chứng với kết thí nghiệm trường thực trình gia tải Ổn định trượt sâu đắp theo giai đoạn phân tích theo phương pháp dự báo độ gia tăng sức chống cắt, phương pháp phần tử hữu hạn phân tích từ kết quan trắc trường Kiểm tra ổn định trượt sâu cần thiết để kiểm soát ổn định cơng trình suốt q trình thi cơng ABSTRACT The content of this research is to summarise the methods of analysing the slope stability of embankments on soft soils treated by prefabricated vertical drains (PVD) and preloading Under the preloading, the undrained shear strength will be increased during consolidation The increment of undrained shear strength can be estimated from the settlement monitoring and pore water pressure test Prediction of the increment of the undrained shear strength is very important in construction control The two methods: (1) following 22 TCN 244-98 and (2) SHANSEP have been used to predict the increment of the undrained shear strength under the surcharging load Measured results from the monitoring data can be used to back analyse and the empirical relationships can be obtained These empirical relationships can be very helpful in evaluating the increment of the undrained shear strength and in safety control during construction Stability of the embankment in staged construction of preloading are analysed by various methods of estimation of undrained shear strength increment, the finite element and the results of insitu monitoring data To control the slope stability of embankment is very necessary to keep the structures safety during construction Keywords: Embankment, prefabricated vertical drains, undrained shear strength, slope stability, soft soils MỤC LỤC Mở đầu Chương 1: Tổng quan ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước đất yếu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Đất yếu công trình đắp đất yếu Sức kháng cắt đất yếu Ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước Một số cố ổn định cơng trình tiêu biểu Nhận xét Chương 2: Phương pháp xác định dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước 2.1 Các phương pháp xác định sức kháng cắt khơng nước 2.1.1 Phương pháp xác định Su từ thí nghiệm trường 2.1.2 Phương pháp xác định Su từ thí nghiệm phịng 2.1.3 Phương pháp xác định gián tiếp Su từ công thức kinh nghiệm 2.2 Các phương pháp dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước 2.2.1 Độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước theo quan hệ kinh nghiệm 2.2.2 Độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước từ kết nghiệm phòng 12 2.3 Nhận xét 13 Chương 3: Các phương pháp phân tích ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước đất yếu 3.1 Phương pháp phân tích ổn định theo ứng suất tổng 14 3.1.1 Phương pháp ước lượng chiều cao đắp an toàn (Hs) 14 3.1.2 Phương pháp xác định hệ số an tồn từ tốn đồ Janbu (1968) 15 3.1.3 Xác định hệ số an tồn theo phương pháp giải tích 17 3.2 Phương pháp phân tích ổn định theo ứng suất có hiệu 18 3.2.1 Phương pháp xác định hệ số an tồn từ tốn đồ Cousins (1978) 18 3.2.2 Xác định hệ số an tồn theo phương pháp giải tích 20 3.2.3 Xác định hệ số an toàn theo phương pháp phần tử hữu hạn 20 3.2.4 Phương pháp sử dụng đồ thị Wakita & Matsuo 20 3.3 Nhận xét 21 Chương 4: Phân tích ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước đất yếu xử lý bấc thấm gia tải trước 4.1 Giới thiệu cơng trình 23 4.2 Đặc điểm địa chất cơng trình 23 4.3 Thiết bị quan trắc 26 4.4 Trình tự thi cơng đắp cát gia tải 27 4.5 Kết quan trắc trường 28 4.6 Xác định dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước 30 4.6.1 Xác định sức kháng cắt khơng nước 30 4.6.2 Dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước q trình gia tải 32 4.7 Phân tích ổn định trược sâu 36 4.7.1 Xác định hệ số an toàn từ kết dự báo Su 36 4.7.2 Xác định hệ số an tồn từ phân tích mơ hình phần tử hữu hạn 38 4.7.3 Phân tích ổn định từ kết quan trắc trường 39 4.8 Tổng hợp kết phân tích 42 4.9 Nhận xét 43 Kết luận kiến nghị 44 Tài liệu tham khảo 45 Phụ lục MỞ ĐẦU Khi xây dựng cơng trình cảng, bãi chứa hàng hay nhà xường, nhà kho thường phải xử lý để đảm bảo yêu cầu tải trọng khai thác độ lún dư cho phép Trong điều kiện thi công thực tế Việt Nam nay, có nhiều phương pháp xử lý để đảm bảo yêu cầu khai thác nói như: Xử lý bấc thấm (PVD) kết hợp với gia tải trước, xử lý cột đất trộn xi măng, xử lý cọc tiết diện nhỏ Các biện pháp xử lý cột xi măng đất hay cọc tiết diện nhỏ rõ ràng khơng cần gia tải chờ lún, đẩy nhanh tiến độ thực dự án chi phí xử lý lại cao Do vậy, phương pháp xử lý truyền thống bấc thấm kết hợp với gia tải trước thường sử dụng Khi lựa chọn phương án đắp gia tải trước, vấn đề cần quan tâm ổn định trượt sâu khối đắp q trình thi cơng đắp gia tải Đối với cơng trình đắp đất yếu, thông số cần đặc biệt quan tâm bao gồm sức kháng cắt khơng nước ban đầu (Su0) độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước (∆Su) trình cố kết đất Các giá trị định tới tốc độ chiều cao đắp để đảm bảo ổn định cho công trình đắp Ở giai đoạn đắp đầu tiên, giá trị Su0 định chiều cao lớp đắp thứ Cho giai đoạn đắp tiếp theo, giá trị ∆Su xem xét để lựa chọn thời điểm chiều cao đắp lớp Hiện nay, có nhiều phương pháp định sức kháng cắt khơng nước dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước phục vụ cho cơng tác phân tích ổn định đắp cao Nghiên cứu đề xuất số phương pháp phân tích ổn định trượt sâu từ kết quan trắc trường để áp dụng tính tốn cho cơng trình thực tế Với định hướng phân tích ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước đất yếu, mục tiêu nghiên cứu dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước ∆Su trình đắp gia tải theo phương pháp khác tải cần thiết để đánh giá ổn định đất nền, từ phân tích xác định mức độ ổn định trượt sâu Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ổn định trượt sâu đất yếu xử lý bấc thấm gia tải trước từ kết dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước từ kết quan trắc trường Đề tài ứng dụng để nghiên cứu ổn định cơng trình đắp đất yếu xử lý bấc thấm gia tải trước cơng trình đắp cảng Container Trung tâm Sài Gòn (SPCT) thuộc khu cơng nghiệp Hiệp Phước - Thành phố Hồ Chí Minh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TRƯỢT SÂU CỦA CƠNG TRÌNH ĐẮP GIA TẢI TRƯỚC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Đất yếu cơng trình đắp đất yếu Khái niệm đất yếu thường dựa sức kháng cắt khơng nước (Su) trị số xuyên tiêu chuẩn (N), định nghĩa sau: Đất yếu: Su < 12,5 kPa N ≤ 2; Đất yếu: Su < 25,0 kPa N ≤ Hiện nay, hầu hết cơng trình Cảng phải xây dựng đất yếu, lớp đất sét thường có giá trị Su khoảng ÷ 10 kPa N ≈ Đây điều kiện bất lợi xây dựng công trình khu vực Cơng trình đắp đất yếu thường có chức như: Kết cấu cơng trình đê, đập, đường dẫn; cơng trình đường giao thông, sân ga, bến bãi; đắp gia tải trước phục vụ công tác san lấp xử lý Đối với cơng trình đắp gia tải trước phục vụ công tác san lấp xử lý nền, phần lớn vật liệu gia tải có tác dụng tạo tải trọng gây lún ban đầu Sau đạt độ lún cố kết yêu cầu, vật liệu gia tải trước dỡ để tạo mặt thi cơng kết cấu cơng trình khác Khi đắp đất tốt độ ổn định đất đắp định loại vật liệu kỹ thuật đầm chặt Tuy nhiên, đất đắp nằm đất yếu độ ổn định mức độ biến dạng chúng không phụ thuộc vào chất lượng đắp mà phụ thuộc chủ yếu vào loại đất yếu Do đó, việc nghiên cứu tính chất lý đất yếu đặc biệt quan trọng việc tính tốn ổn định cơng trình xây dựng đất yếu 1.2 Sức kháng cắt đất yếu Khi xây dựng cơng trình đắp đất yếu, ứng xử nước hay khơng nước đất ảnh hưởng tới sức kháng cắt chúng Trong điều kiện thoát nước, thay đổi tải trọng nguyên nhân làm thay đổi áp lực nước lỗ rỗng, nước vào khỏi lỗ rỗng dễ dàng thể tích lỗ rỗng tăng hay giảm với thay đổi tải trọng Trong điều kiện không thoát nước, thay đổi tải trọng làm thay đổi áp lực nước lỗ rỗng, nước vào lỗ rỗng phản ứng với tải trọng Như vậy, tải trọng đắp gia tăng đủ chậm để áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán hoàn tồn đất ứng xử điều kiện nước tính tốn với sức kháng cắt thoát nước Ngược lại, đất ứng xử điều kiện khơng nước với sức kháng cắt khơng thoát nước Quan hệ sức kháng cắt τ với ứng suất có hiệu σ’ diễn tả đường bao ứng suất có hiệu Mohr – Coulomb theo công thức sau: τ = c’ + σ’tanφ’ (1.1) Trong đó: c’:lực dính có hiệu ; φ’: góc ma sát có hiệu Khi đất ứng xử điều kiện khơng nước, đường bao ứng suất tổng nằm ngang, sức kháng cắt số không phụ thuộc vào độ lớn ứng suất tổng, lực dính tổng c sức kháng cắt khơng nước Su góc ma sát tổng φu = 1.3 Ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước Các dạng ổn định trượt sâu cơng trình đắp Các cơng trình đắp nói chung xây dựng đất yếu ổn định theo mặt trượt khác mà phổ biến mặt trượt cung tròn Các dạng trượt cung trịn thể Hình 1.1, bao gồm: - Trượt cung tròn lưng dốc: thường xảy chỗ đất bất đồng nhất, đáy cung trượt thường nằm mặt lớp đất cứng - Trượt cung tròn chân dốc: thường xảy cơng trình đắp đất khơng chịu nén - Trượt cung tròn sâu: trường hợp thường gặp đối cơng trình đắp gia tải trước đất yếu chịu nén 1 Trượt lưng dốc Trượt chân dốc Trượt cung tròn sâu Hình 1.1: Các dạng cung trượt trịn Trong q trình đắp gia tải trước đất yếu, dạng cung trượt trịn lưng dốc xảy mái dốc khối đắp lớn cung trượt thường nằm lớp vật liệu đầm chặt, mục đích lớp vật liệu làm nền, móng cho kết cấu xây dựng sau dỡ tải Dạng trượt cung trịn chân dốc xảy đắp với tốc độ nhanh, đất không kịp cố kết Một số dấu hiệu nhận biết cơng trình ổn định theo dạng cung trượt sâu sau: Phía đỉnh mái dốc xuất vết nứt lực đất kéo xuống; xuất khoảng trống phía đỉnh khối trượt; xuất khối trồi phía chân khối trượt Giải pháp khắc phục Để đảm bảo ổn định cho cơng trình sức kháng cắt đất phải lớn sức kháng cắt yêu cầu để trì cân Do đó, việc tìm hiểu ngun nhân làm giảm sức kháng cắt đất đưa giải pháp khắc phục cần thiết Một số tác động dẫn tới giảm sức kháng cắt đất như: - Gia tăng áp lực nước lỗ rỗng: gia tăng cao độ mực nước ngầm trình mưa lớn kéo dài, tốc độ đắp gia tải nhanh ảnh hưởng tải trọng chu kỳ làm phá vỡ liên kết hạt đất nguyên nhân làm gia tăng áp lực nước lỗ rỗng dẫn đến giảm ứng suất có hiệu - Xuất vết nứt gần đỉnh mái dốc: vết nứt xuất kết áp lực tác dụng lên đất vượt khả chịu kéo chúng, điều dẫn đến toàn sức kháng cắt đất khu vực xuất vết nứt Để tránh tác động xảy cần sử dụng vật liệu gia tải có khả nước tốt, bổ sung giếng bơm hỗ trợ xem xét chiều cao đắp hợp lý để đảm bảo ổn định cho cơng trình Một số giải pháp hỗ trợ sau thường sử dụng để tăng ổn định cho cơng trình đắp, bao gồm: - Sử dụng vải địa, lưới địa kỹ thuật gia cường: vật liệu gia cường thường đặt khối đắp nhằm tăng ổn định cho cơng trình nhờ lực neo giữ chúng (Hình 1.2) - Sử dụng cột xi măng đất (CDM): cột xi măng đất có sức kháng cắt khơng nước lớn, thường thiết kế gấp khoảng 10 lần sức kháng cắt đất nền, bố trí khu vực chân mái dốc gia tải, nhờ làm tăng ổn định mái dốc cung trượt cắt qua khu vực (Hình 1.3) - Dùng bệ phản áp: phương án thường sử dụng có khơng gian đất xung quanh khu vực đắp gia tải Bệ phản áp đắp bên cạnh mái dốc trải hết phạm vi cung có nguy trượt Bệ phản áp thường khối đắp tạm thời dỡ bỏ sau hồn thành cơng tác gia tải sức kháng cắt đất gia tăng vượt qua nguy trượt (Hình 1.4) Các giải pháp mang lại hiệu cao cho ổn định công trình, nhiên chi phí xây dựng tăng cao Đối với cơng trình đắp gia tải để xử lý nền, khơng có u cầu tiến độ, giải pháp tốt tiến hành đắp theo giai đoạn nhằm mục đích chờ cho đất cố kết phần để tăng giá trị sức kháng cắt khơng nước, sau tiến hành cho giai đoạn đắp Vải ĐKT gia cường Hình 1.2: Tăng ổn định trượt sâu vải địa kỹ thuật gia cường Cột xi măng đất Hình 1.3: Tăng ổn định trượt sâu cột xi măng đất Bệ phản áp Hình 1.4: Tăng ổn định trượt sâu bệ phản áp Các phương pháp phân tích ổn định trượt sâu Trên sở ứng xử đất đề cập trên, phương pháp phân tích ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước đất yếu bao gồm: • Phương pháp phân tích theo ứng suất tổng: phương pháp dựa vào sức kháng cắt khơng nước để phân tích ổn định cho giai đoạn đắp Trong giai đoạn đắp tiếp theo, độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước dự báo sử dụng để phân tích ổn định Một số phương pháp phân tích theo ứng suất tổng thường sử dụng: - Phương pháp phân tích sử dụng cơng thức kinh nghiệm - Phương pháp phân tích dựa tốn đồ lập sẵn - Phương pháp giải tích dựa phương trình cân lực mơ men tâm trượt để xác định hệ số an tồn • Phương pháp phân tích theo ứng suất có hiệu: phương pháp dựa vào số liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng trường để xác định ứng suất có hiệu, làm sở phân tích ổn định Các thơng số sức kháng cắt có hiệu c’ φ’ lấy từ thí nghiệm nén trục phịng thí nghiệm Một số phương pháp phân tích theo ứng suất có hiệu: Su0 = 6+1,05z, z: độ sâu tính từ mặt đất (m) Sức kháng cắt Su0 lớp 1c xác định theo cơng thức: Su0 = 27+2,7z, z: độ sâu tính từ mặt lớp 1c (m) Hình 4.15: Sức kháng cắt khơng Hình 4.16: Các thơng số S, m sử dụng để xác định Su0 theo SHANSEP nước theo độ sâu, Su0 (kN/m2) Hình 4.17: So sánh Su từ thí nghiệm VST cơng thức SHANSEP Hình 4.18: Giá trị N*k từ thí nghiệm VST CPTu 31 Giá trị Su0 sử dụng để thiết lập tương quan với kết thí nghiệm phịng biểu diễn theo dạng cơng thức SHANSEP (Hình 4.16), hệ số công thức SHANSEP thu từ Hình 4.17 S = 0,24 m = 0,8 Sức kháng cắt khơng nước thu từ cơng thức SHANSEP thể Hình 4.17, kết Hình 4.18 cho thấy sức kháng cắt khơng nước Su0 thu từ công thức SHANSEP phù hợp với kết thí nghiệm cắt cánh trường (VST) phạm vi lớp 1a, 1b lại nhỏ lớp 1c Tương quan sức kháng cắt khơng nước Su0 hiệu chỉnh từ thí nghiệm cắt cánh trường hiệu số (qc–σv0) từ thí nghiệm xuyên tĩnh điện CPTu thể Hình 4.18 Giá trị N*k thu từ Hình 4.18 10,86 4.6.2 Dự báo độ gia tăng sức kháng cắt không nước q trình gia tải Để dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước theo 22 TCN 244-98 hay SHANSEP trước tiên phải xác định độ cố kết U thời điểm phân tích Độ cố kết xác định theo cơng thức sau: U = St/Sfc Trong đó: St: độ lún thu từ kết quan trắc; Sfc: độ lún cố kết cuối ứng với cấp tải đắp Độ lún cố kết cuối ước lượng từ kết đo lún theo phương pháp Asaoka • Trình tự xác định Sfc theo Asaoka (1978): - Biểu diễn điểm si tương ứng với thời gian ti đồ thị đường cong lún theo thời gian, thể Hình 4.14 - Chọn khoảng thời gian phân tích ∆t = ti – ti-1 (lấy ∆t = ngày) - Biểu diễn điểm (si-1, si), điểm nằm đường thẳng xác định từ phương trình sau: si = s0 + βsi-1 Trong đó: β, s0 không đổi phụ thuộc vào khoảng thời gian ∆t chọn - Xác định độ lún cuối giao đường thẳng với đường thẳng nghiêng 450 qua gốc tọa độ Kết xác định xác định Scf thể từ Hình 4.19 đến Hình 4.22 Bảng 4.3 Bảng 4.3: Tổng hợp kết ước lượng độ lún cuối Scf Giai đoạn Chiều cao đắp Ht (m) 3,2 4,8 7,0 7,8 Độ lún Scf (m) 0,778 1,615 2,434 2,661 Hình 4.19: Ước lượng độ lún cuối Scf – giai đoạn đắp 32 Hình 4.20: Ước lượng độ lún cuối Scf – giai đoạn đắp Hình 4.21: Ước lượng độ lún cuối Scf – giai đoạn đắp Hình 4.22: Ước lượng độ lún cuối Scf – giai đoạn đắp • Dự báo Su theo 22 TCN 244-98 Sức kháng cắt khơng nước tính tốn ước lượng sau: Su = Su0 + ∆Su = Su0 + α.∆σ’v Trong đó: α = tanφcu ∆σ’v = U.∆σv ; U: mức độ cố kết; ∆σ’v: độ gia tăng ứng suất có hiệu; φcu: góc ma sát từ thí nghiệm nén trục cố kết khơng nước (CU); Su0: sức kháng cắt khơng nước ban đầu Kết xác định độ cố kết độ gia tăng ứng suất có hiệu thể Bảng 4.4 Kết dự báo sức kháng cắt thời điểm nghiên cứu thể Hình 4.23 33 Bảng 4.4: Kết dự báo độ gia tăng ứng suất có hiệu Điểm Thời điểm A B C D E F G 13/02/2007 16/03/2007 04/04/2007 25/05/2007 11/06/2007 17/08/2007 29/08/2007 Tải cát đắp (kN/m2) 31,83 31,46 57,60 54,63 92,20 87,47 97,14 St (m) 0,26 0,43 0,76 1,15 1,47 2,11 2,21 Sfc (m) 0,778 0,778 1,615 1,615 2,434 2,434 2,661 U (%) 33,7 55,3 47,2 71,3 60,3 86,6 83,1 ∆σ’v (m) 10,74 17,39 27,21 38,94 55,61 75,75 80,75 Hình 4.23: Dự báo giá trị Su thời điểm nghiên cứu theo 22 TCN 244-98 - Độ sâu thể Hình 4.24 tính từ mặt lớp sét yếu có kể tới độ lún - Giá trị φcu lấy trung bình cộng giá trị φcu thu từ thí nghiệm trục theo sơ đồ CU, với φcu = 120 cho lớp 1a, 1b φcu = 15,30 cho lớp 1c • Dự báo Su theo SHANSEP Sức kháng cắt khơng nước đất q trình đắp gia tải với S = 0,24 m = 0,8 sau: 0,24(σ ' v −σ ' p ) σ ' p 0, Su = +( ) Su0 Su0 σ 'v Kết dự báo Su theo SHANSEP thể Hình 4.24 • Kiểm chứng kết dự báo Su Kết dự báo Su thời điểm ngày 11/06/2007 (điểm E) kiểm chứng với kết thí nghiệm cắt cánh trường VS02 thực ngày 13/06/2007 khu vực nghiên cứu Kết dự báo tổng hợp Bảng 4.5, kết so sánh thể Hình 4.25 34 Hình 4.24: Dự báo giá trị Su thời điểm nghiên cứu theo SHANSEP Hình 4.25: So sánh kết dự báo Su với thí nghiệm cắt cánh trường Bảng 4.5: Dự báo Su thời điểm 11/06/2007 z (m) 7,0 13,7 27,3 38,5 Su0 (kN/m2) 6,0 13,0 27,2 55,4 Su (kN/m2) 22 TCN 244-98 SHANSEP 17,8 14,1 26,3 24,1 43,5 38,6 75,1 52,7 Lớp đất 1a 1b 1c Kết so sánh Hình 4.26 cho thấy kết dự báo Su theo 22 TCN 244-98 phù hợp với kết cắt cánh trường điểm VS02 với độ sâu z tính từ mặt lớp cát gia tải Giá trị Su thu từ SHANSEP nhỏ giá trị thu từ 22 TCN 244-98 khoảng 15% cho lớp 1a 1b Tương quan sức kháng cắt khơng nước Su hiệu chỉnh từ thí nghiệm cắt cánh trường VS02 hiệu số (qc – σv0) từ thí nghiệm xuyên tĩnh điện CPTu PC01 thể Hình 4.26 Giá trị N*k thu từ Hình 4.27 10,01, nhỏ khoảng 8,5% so với giá trị N*k thu giai đoạn khảo sát địa chất (N*k = 10,86) Tương quan giá trị Su dự báo với σ’v thiết lập thể Hình 4.27 Hình 4.28 Trong đó, giá trị Su Hình 4.27 thu từ kết dự báo theo công thức SHANSEP Hình 4.29 thu từ cơng thức dự báo độ gia tăng sức kháng cắt đề cập 22 TCN 244-98 Kết thiết lập cho kết sau: - Theo công thức SHANSEP: Su = 0,24σ’v - Theo công thức 22 TCN 244-98: Su = 0,26σ’v cho lớp 1a, 1b Su = 0,31σ’v cho lớp 1c 35 Hình 4.26: Giá trị N*k từ thí nghiệm VST VS02 CPTu PC01 Hình 4.27: Tương quan Su dự báo với σ’v – SHANSEP Hình 4.28: Tương quan Su dự báo với σ’v – 22 TCN 244-98 4.7 Phân tích ổn định trượt sâu Ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải khu vực nghiên cứu phân tích để xác định hệ số an tồn, phân tích tập trung từ kết sau: - Từ kết xác định Su0 dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước ∆Su theo 22 TCN 244-98, hệ số an toàn thu từ phần mềm hỗ trợ Slope/W - Từ mơ hình mô phần mềm Plaxis - Từ kết quan trắc trường: + Sử dụng kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng phần mềm hỗ trợ Slope/W + Sử dụng đồ thị Wakita & Matsuo 4.7.1 Xác định hệ số an toàn từ kết dự báo Su Trên sở giá trị Su dự báo theo công thức 22 TCN 244-98, sử dụng phần mềm Slope/W với phương pháp Bishop đơn giản hóa để xác định hệ số an tồn Trên sở trình tự thi cơng, thời điểm nghiên cứu thơng số địa chất tính tốn đưa vào mơ hình Slope/W để phân tích để xác định hệ số an tồn Các thơng số chủ yếu đưa vào mơ hình Slope/W bao gồm: 36 - Thông số đất nền, riêng lớp sét yếu khu vực xử lý, thông số sức kháng cắt khơng nước tùy thuộc vào thời điểm nghiên cứu - Thông số lớp vải địa gia cường - Độ lún lớp đất trình xử lý - Mực nước sông mực nước bãi Các thơng số đưa vào mơ hình Slope/W tổng hợp Bảng 4.6 Dung trọng lớp cát xác định trường thí nghiệm rót cát (Sand cone) Bảng 4.6: Các thơng số sử dụng cho mơ hình Slope/W Tên lớp Đơn vị Mơ hình Dung trọng Su φ MC: f(depth): kN/m3 kN/m2 độ Cát gia tải MC 19,6 Cát thoát nước MC 20,10 Cát san lấp MC 19,60 f(depth) 14,9 28 30 30 - mơ hình Mohr – Coulomb hàm gia tăng theo độ sâu Lớp 1a Lớp 1b Lớp 1c f(depth) f(depth) 15,6 16,1 c0 + a.z (*) - Lớp MC 17,0 30 (*) Hàm Su tùy thuộc vào thời điểm nghiên cứu Bảng 4.7: Hệ số an toàn từ kết dự báo Su Điểm A B C D E F G Chiều cao đắp (m) 3,20 3,20 4,80 4,80 7,00 7,00 7,80 Cao độ phân tích (m-CDL) + 5,37 + 5,27 + 6,52 + 6,16 + 8,04 + 7,52 + 8,13 Thời gian (ngày) 31 19 51 17 67 12 Hệ số an toàn (Fs1) 1,72 1,85 1,69 1,78 1,49 1,65 1,57 Hình 4.29: Hệ số an toàn điểm E từ kết dự báo Su Kết phân tích ổn định theo phương pháp Bishop đơn giản hóa tổng hợp kết Bảng 4.7 Kết phân tích điển hình điểm E thể Hình 4.29 37 4.7.2 Xác định hệ số an tồn từ phân tích mơ hình phần mềm Plaxis Quá trình đắp giả tải mô phần mềm Plaxis, hệ số ổn định giai đoạn đắp phân tích đưa từ mơ hình chạy chức Phi/c-reduction Hệ số thấm khu vực xử lý PVD xác định sau: - Hệ số thấm ngang: lấy hệ số thấm ngang đất khu vực không xử lý - Hệ số thấm đứng: xác định theo công thức Chai & Miura (1977): 2,26 L2 k h k ve = (1 + )k v FDe2 k v kve: Hệ số thấm tương đương đất PVD (m/ngày); L: Chiều dài bấc thấm (m); kh: Hệ số thấm đất theo phương ngang (m/ngày); kv:Hệ số thấm đất theo phương đứng (m/ngày); De: Đường kính có hiệu hình trụ tương đương đất bấc thấm, với lưới PVD dạng tam giác, De = 1,05S (S: khoảng cách PVD); F: hệ số ảnh hưởng, tính theo cơng thức Hansbo (1979): F = F(n) + Fs + Fr D F(n): hệ số khoảng cách, F(n) = ln(n)-3/4, n = e , dw – đường kính quy đổi PVD, dw b+w dw = , b,w: chiều rộng chiều dày PVD (m); Fs: hệ số xét đến xáo động thi công cắm PVD ⎤ d ⎡ k Fs = ⎢( h − 1)⎥ ln( w ) ⎦ dm ⎣ ks kính tương ks: hệ số thấm ngang vùng đất bị xáo động (m/ngày); dm: đường đương ống dẫn (m); Fr: hệ số xét đến cản thấm thân PVD k Fr = πZ ( L − Z ) h qw Z: khoảng cách từ điểm cuối thoát nước (m); L: hai lần chiều dài bấc thấm cho nước phía chiều dài bấc thấm cho thoát nước hai phía (m); qw: khả nước bấc thấm (m3/ngày) Độ lún thu từ mơ hình Plaxis so sánh với kết quan trắc Hình 4.30, kết cho thấy độ lún từ mơ hình Plaxis phù hợp với kết đo lún trường Tổng hợp kết phân tích đưa Hình 4.31 Bảng 4.8 Bảng 4.8: Hệ số an tồn từ kết phân tích phần mềm Plaxis Điểm A B C D E F G Chiều cao đắp (m) 3,20 3,20 4,80 4,80 7,00 7,00 7,80 Thời gian (ngày) 31 19 51 17 67 12 38 Thời gian cộng dồn (ngày) 101 132 151 202 219 286 298 Hệ số an toàn (Fs2) 2,49 2,57 1,92 2,10 1,48 1,74 1,56 Hình 4.30: So sánh độ lún từ Plaxis quan trắc trường Hình 4.31: Hệ số an tồn từ kết phân tích Plaxis 4.7.3 Phân tích ổn định từ kết quan trắc trường Hệ số an toàn từ số liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng Các số liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng P01, P01A mực nước ngầm thời điểm nghiên cứu sử dụng để phân tích ổn định thực phần mềm Slope/W Các thông số kháng cắt đưa vào sơ đồ tính lấy từ thí nghiệm nén trục Kết phân tích ổn định cho điểm nghiên cứu thể Bảng 4.9 Một kết phân tích điển hình điểm E thể Hình 4.32 39 Bảng 4.9: Hệ số an toàn từ kết đo áp lực nước lỗ rỗng Điểm A B C D E F G Chiều cao đắp (m) 3,20 3,20 4,80 4,80 7,00 7,00 7,80 Cao độ phân tích (m-CDL) + 5,37 + 5,27 + 6,52 + 6,16 + 8,04 + 7,52 + 8,13 Thời gian (ngày) 31 19 51 17 67 12 Hệ số an toàn (Fs3) 2,66 2,87 2,31 2,52 1,79 2,00 1,84 Hình 4.32: Hệ số an tồn điểm E từ kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng Hệ số an toàn từ đồ thị Wakita & Matsuo (1994) Kết phân tích ổn định từ số liệu quan trắc chuyển vị ngang I1 đo lún mặt SP1 điểm nghiên cứu thể Hình 4.33 - 4.38 tổng hợp Bảng 4.10 Bảng 4.10: Hệ số an toàn từ đồ thị Wakita & Matsuo (1994) Điểm Thời điểm A B C D E F G 13/02/2007 16/03/2007 04/04/2007 25/05/2007 11/06/2007 17/08/2007 29/08/2007 Chuyển vị ngang từ I1 (mm) 21,43 35,19 58,20 81,44 110,12 114,42 40 Lún mặt từ SP1 (mm) 430 763 1151 1468 2088 2192 Hệ số an toàn (Fs4) 1,90 1,70 1,45 1,38 1,35 1,32 Hình 4.33: Hệ số an tồn điểm B Hình 4.34: Hệ số an tồn điểm C Hình 4.35: Hệ số an tồn điểm D Hình 4.36: Hệ số an tồn điểm E Hình 4.37: Hệ số an tồn điểm F Hình 4.38: Hệ số an toàn điểm G 41 4.8 Tổng hợp kết phân tích Kết phân tích theo phương pháp khác điểm nghiên cứu tổng hợp Bảng 4.11 thể Hình 4.39 Bảng 4.11:Tổng hợp kết phân tích Điểm A B C D E F G Chiều cao đắp (m) 3,20 3,20 4,80 4,80 7,00 7,00 7,80 Hệ số an toàn Fs2 Fs3 2,49 2,66 2,57 2,87 1,92 2,31 2,10 2,52 1,48 1,79 1,74 2,00 1,56 1,84 Fs1 1,72 1,85 1,69 1,78 1,49 1,65 1,57 Hình 4.39: Hệ số an toàn điểm nghiên cứu Fs1: Fs2: Fs3: Fs4: Hệ số an toàn từ kết dự báo Su Hệ số an toàn từ kết phân tích FEM phần mềm Plaxis Hệ số an tồn từ số liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng Hệ số an toàn từ đồ thị Wakita & Matsuo 42 Fs4 1,90 1,70 1,45 1,38 1,35 1,32 4.9 Nhận xét Hệ số an toàn theo phương pháp phân tích khác có giá trị sai khác đáng kể, nhiên hầu hết chúng tuân theo nguyên tắc chung tăng độ cố kết tăng giảm tiến hành đắp gia tải thêm Kết phân tích ổn định theo ứng suất có hiệu cho hệ số an tồn lớn phân tích theo ứng suất tổng Hệ số an toàn thu từ kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng có kết lớn từ đồ thị Wakita & Matsuo có giá trị nhỏ Trong trường hợp tỉ số chuyển vị ngang chuyển vị đứng (γs/δ) thay đổi không đáng kể (như khu vực nghiên cứu) hệ số an tồn ln ln giảm chuyển vị đứng tăng không phụ thuộc vào độ cố kết hay độ gia tăng tải trọng đắp 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tổng hợp kết phân tích ổn định trượt sâu cơng trình San lấp xử lý – Cảng Container Trung tâm Sài Gòn (SPCT) đưa kết luận sau: Sức kháng cắt khơng nước Su xác định từ kết cắt cánh trường (VST) với hệ số hiệu chỉnh Bejrrum (1972) giá trị Su tính tốn lấy sau: Su = 1.05z + (kPa) cho lớp sét 1a 1b có độ sâu z ≤ 20m Su = 2.70z + 27 (kPa) cho lớp sét 1c có độ sâu z > 20m Sức kháng cắt khơng nước xác định từ thí nghiệm xuyên tĩnh với giá trị hệ số xun N*k 10,86 Trong trường hợp khơng có thí nghiệm trường VST, giá trị Su xác định từ thơng số thí nghiệm phịng cách sử dụng công thức SHANSEP với S = 0,24 m = 0,8 Giá trị góc ma sát φcu sử dụng để xác định độ gia tăng sức kháng cắt ∆Su theo công thức 22 TCN 244-98 lấy 120 cho lớp đất sét 1a, 1b 15,30 cho lớp 1c Sức kháng cắt khơng nước dự báo theo cơng thức SHANSEP (Ladd, 1991) nhỏ sức kháng cắt khơng nước dự báo theo công thức 22 TCN 244-98 khoảng 15% Giá trị sức kháng cắt khơng nước Su dự báo xác định theo ứng suất có hiệu σ’v theo công thức: Su = (0,25 ± 0,01)σ’v cho lớp sét 1a, 1b Su = 0,31σ’v cho lớp sét 1c Phương pháp phân tích ổn định theo ứng suất có hiệu với thơng số sức kháng cắt nước cho hệ số an toàn cao phương pháp ứng suất tổng với thông số sức kháng cắt không nước Hệ số an tồn thu từ kết quan trắc áp lực nước lỗ rỗng cao hệ số an toàn xác định từ kết dự báo Su khoảng 35% Khi phân tích ổn định trượt sâu cơng trình đắp gia tải trước đất yếu khu vực Hiệp Phước – Thành phố Hồ Chí Minh, giá trị sức kháng cắt độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước lấy từ kết nêu để thiên an tồn, phương pháp giải tích với thơng số sức kháng cắt tổng sử dụng để phân tích ổn định Kiến nghị Để đảm bảo độ xác tải trọng khối đắp lên nền, cần lắp đặt bổ sung thiết bị đo áp lực đất (Earth Pressure Cell) bề mặt lớp bùn trước tiến hành gia tải Cần bổ sung thí nghiệm xác định độ ẩm thay đổi số dẻo PI trình cố kết Đồ thị Wakita & Matsuo nên sử dụng để kiểm soát ổn định trình đắp gia tải Hệ số an tồn nên lấy từ kết phân tích ổn định theo phương pháp Bishop đơn giản hóa dựa phương trình cân mơ men lực ngang mảnh chia với tâm trượt TP HCM, ngày … tháng … Năm 2013 TP HCM, ngày 01 tháng 12 Năm 2013 Chủ nhiệm đề tài PGS.TS Trần Xuân Thọ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Asaoka, A 1978, Observational procedure for settlement prediction, Soils and Foundations, Vol 18, No 4, pp 87-101 CIRIA report, The observational method in ground engineering,1985 C.C Ladd, Stability Evaluation During Stage Construction, The 22th Terzaghi Lecture, MIT, USA (1990) C.C Ladd, Don J DeGroot, Recommended Practice for Soft Ground Site Characterization, 2003 Cao L.F., Chang M.F., Teh, C.I and Choa, V , Evaluating soil improvement by cone penetration test Proc of Int Conf on Geotechnical Engineering, Melbourne, Australia, 2000 J Hartlén & W Wolski, Embankments on Organic soils, Developments in Geotechnical Engineering, 80 J Michael Duncan & Stephen G.Wright, Soil strength and Slope stability, 2005 John Krahn, Stability Modeling with Slope/W GEO-SLOPE/W International, Ltd, Canada Laifa Cao, Cee Ing Teh, Ming-Fang Chang, Victor Choa, Yung Mook Na and Bo Myint Win, Case studies of fill stability in land reclamation 10 22 TCN 244:1998 - Quy trình xử lý đất yếu bấc thấm xây dựng đường 11 Phạm Văn Long, Một số vấn đề tồn tiêu chuẩn xử lý đất yếu, trang 733-738 12 Slope stability, Engineering and Design, US Army Corps of Engineer, 2003 13 Trần Quang Hộ, Cơng trình đất yếu, NXB Đại học Quốc Gia TP HCM, 2004 14 Trần Văn Việt, Cẩm nang dùng cho kỹ sư Địa kỹ thuật, NXB Xây Dựng, Hà Nội 2004 15 Tran X Tho, Vo Phan & Bui T Son (2002): Study of mechanical behaviour in long-term and short-term bearing capacity of soft clay in Ho Chi Minh City and Mekong Delta, Slovak Journal of Civil Engineering, , Bratislava, Slovak Republic, 2002, Vol X-2002/2, pp 1-9 16 Tran X Tho (2002): Study of road embankment on soft subsoil using finite element method, Proc of the VIIth International Scientific Conference, Technical University of Kosice, Slovak Republic, 2002, pp 47-50 17 Tran X Tho, J Stefanek & M Sulovska (2002): Stability of flood embankment., Proc of the 7th International Scientific Conference – Geotechnics 2002, Ostrava University of Technology, Czech Republic, pp 73-75 18 Tran X Tho (2002): Embankment on soft soil, Proc of the 30th International Conference on Foundation - Brno 2002, Brno, Czech Republic, pp 86-92 19 Tran X Tho, J Stefanek & M Sulovska (2002): Stability of flood embankment, Proc of the 7th International Scientific Conference – Geotechnics 2002, Ostrava University of Technology, Czech Republic, pp 73-75 20 Trần Xuân Thọ, Trương Trọng Quý (2012): Dự báo độ gia tăng sức kháng cắt khơng nước đất q trình gia tải từ thí nghiệm trường, Tạp Chí Địa Kỹ Thuật, Số 4/2012 21 Báo cáo kết quan trắc Cảng Container Trung tâm Sài Gịn (SPCT) Cơng ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Cảng – Kỹ thuật Biển (Portcoast) 22 Báo cáo kết cắt cánh trường xuyên CPTu Phase 1-1 2-2 Portcoast lập tháng 06/2007 23 Hồ sơ khảo sát địa chất cơng trình Cảng Container Trung tâm Sài Gịn (SPCT) Cơng ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Cảng – Kỹ thuật Biển (Portcoast) lập tháng 6/2006 45 ... phân t? ?ch ổn định trư? ?t sâu Trên sở ứng xử đ? ?t đề cập trên, phương pháp phân t? ?ch ổn định trư? ?t sâu cơng trình đắp gia t? ??i trước đ? ?t yếu bao gồm: • Phương pháp phân t? ?ch theo ứng su? ?t t? ??ng: phương... BÀI BÁO ĐÃ THỰC HIỆN T? ?M T? ? ?T Nội dung đề t? ?i nghiên cứu t? ??ng hợp phương pháp để phân t? ?ch ổn định trư? ?t sâu cơng trình đắp đ? ?t yếu xử lý bấc thấm (PVD) k? ?t hợp gia t? ??i trước Dưới t? ?c dụng t? ??i trọng... phân t? ?ch xác định mức độ ổn định trư? ?t sâu Sử dụng phương pháp phần t? ?? hữu hạn để phân t? ?ch ổn định trư? ?t sâu đ? ?t yếu xử lý bấc thấm gia t? ??i trước t? ?? k? ?t dự báo độ gia t? ?ng sức kháng c? ?t không thoát