LUẬN VĂN;ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH MÊTRO CẦN THƠ

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂN TÍCH CƠNG TRÌNH MÊTRO CẦN THƠ 4.1/ GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH: Trong năm gần với phát triển kinh tế, tốc độ đô thị hoá tỉnh thành đồng sông Cửu Long phát triển nhanh, đời sống dân trí tăng nhanh kèm theo nhu cầu mua sắm người tăng Do để đáp ứng nhu cầu hệ thống phân phối sản phẩm phải đặt khắp nơi nước, lẽ hệ thống Metro có mặt nhiều tỉnh thành nước, có Metro Cần Thơ, Công trình đặt phường Hưng Lợi thành phố Cần Thơ với diện tích 16800m2 bao gồm bãi đậu xe đường giao thông nội bộ, Với cấp tải trọng số khu vực thiết kế từ (42÷100)kN/m2, tải giao thông thiết kế theo TCVN Phương an thiết kế theo môhình gia tải đất đắp cọc có kết hợp vải địa kỹ thuật theo hồ sơ thiết kế công ty Ingenieurgesellschaft Geotecgnik Walz ( IGW) Đức Dr.-ing.Peter Waldhoff thiết kế 4.2/ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC XÂY DỰNG: Công trình nằm khu vực đất yếu bùn sét hữu day 10 ÷12m, có SPT = có chiều dày tương đối đồng hố khoang 4.2.1/ Mặt cắt địa chất: Cấu tạo địa chất khu vực xây dựng công trình bao gồm lớp sau: Công trình đặt lớp bùn sét hữu dày 10 ÷12m, SPT = bề mặt, yếu tố bất lợi cho việc bố trí kết cấu bình thường Lớp sét pha cát màu vàng nâu sỏi sạn dày 8.4m trạng thái cứng đến cứng; lớp cát hạt trung bình trạng thái chặt vừa dày 11.6m Hình 4.1 Toàn cảnh công trình sân đường Metro Cần Thơ Hình 4.2 Mặt cắt địa chất hố khoang MT3 công trình 4.2.2/ Các tiêu vật lý học lớp đất: Bảng 4.1 Các tiêu vật lý lớp đất khu vực xây dựng công trình Dung Chỉ Lớ p đấ số Tên đất, trạng thái ẩm tự nhiê n t SPT Độ trọng Bùn sét hữu chảy Sét lẫn cát dẻo cứng Cát xếp chặt Dung trọng bảo hòa Hệ Giới Giới Chỉ số hạn hạn số rỗng chảy dẻo dẻo Độ sệt N W unsat sat e WL WP IP LI - (%) kN/m3 kN/m3 - (%) (%) (%) - 0÷2 87.2 14.9 15.3 2.361 94.8 31.2 63.6 0.88 5÷21 37.8 18.1 19.0 1.066 52.2 19.2 33 0.57 36-47 - 19.1 19.5 0.648 - - - - Bảng 4.2 Các tiêu học lớp đất khu vực xây dựng công trình Lớp Thành phần Lớp Sét Thông Bùn lẫn số sét cát hữu dẻo Lớp Cát đắp Cát Cát Đơn vị chặt xếp chặt cứng Hệ số thấm ngang Hệ số thấm đứng Module biến kx ky -6 0.214*10 -6 0.12*10 -4 1.2*10 -4 0.6*10 -2 2*10 -2 1*10 Eoed 1252 14900 28860 Hệ số Poisson  0.35 0.33 0.3 Lực dính C’ 71 ’ 0 dạng Góc ma sát 18 16’ 26 58’ 30 3*10-2 cm/s 1*10-2 cm/s 30000 kN/m2 0.3 - kN/m2 (độ) 300 Bảng 3.4: Các thông số cọc BTCT BTCT Thành phần Loại mô hình Module đàn hồi Tiết diện cọc Hệ số Poision Chiều dày Thông số Material Elastic type E 2.9*107 A 0.3*0.3  0.15 h 0.15 42 Đơn vị kN/m2 m2 m Bảng 3.4: Các thông số cọc đất trộn Ximăng Thành phần Loại mô hình Module đàn hồi Tiết diện cọc Hệ số Poision Chiều dày Thông số Material Elastic type Eoed 240.000 A 0.5*0.5  0.25 h 0.15 Đơn vị kN/m2 m2 m 4.3./ MÔ HÌNH TÍNH TRONG PLAXIS: Phương pháp PTHH tính toán mô hình “ Đắp đất gia tải cọc có kết hợp với vải địa kỹ thuật” mô chương trình tính Plaxis 3D Tunnel Trong chương trình tính cho phép nghiên cứu ảnh hưởng tải đất đắp, ứng xử đất điều kiện khác Tuy nhiên chương trình tính găp nhiều hạn chế không xây dựng môhình lớn thực tế, chia lưới mịn để phân tích ứng suất điểm theo ý muốn Trái lại với chương trình Plaxis 2D làm không xây dựng mô hình không gian công trình thực Do để kết hợp ưu điểm hai chương trình nên luận văn tác giả sử dụng hai chương trình để mô Tính toán thông số đầu vào cho chương trình theo mô hình Mohr-Coulomb cần thông số: E (modul đàn hồi 43 Young);  (hệ số Poisson);  (góc ma sát trong); C (lực dính);  (góc giãn nở) Modul đàn hồi Young (E50) xác định sau: Biến dạng  Hệ số Poisson (ν) 44 Thí nghiệm thoát nước dọc trục làm giảm thể tích đáng kể bắt đầu có tải trọng dọc trục giá trị hệ số Poisson ban đầu thấp Trong số trường hợp đặc biệt không tải, thực tế sử dụng giá trị ban đầu thấp, số trường hợp mô hình Mohr-Coulomb sử dụng giá trị lớn Việc chọn lựa giá trị hệ số Poisson đơn giản mô hình đàn hồi mô hình Mohr-Coulomb dùng cho trọng lực (Tổng khối lượng gia tăng từ đến (trong tính toán đàn hồi) Loại tải trọng Plaxis nên lấy giá trị K0 = σh / σv Cả hai mô hình tính theo tỷ số σh / σv = ν / (1-ν) cho mô hình nén chiều dễ dàng để chọn lựa hệ số Poisson cho giá trị K0 Tuy nhiên giá trị ν thu từ K0 Trong nhiêu trường hợp giá trị K0 thu giá trị  nằm khoảng 0.3 0.4 Modul caét (G) G= d xy d  xy  E 2(1  ) 45 Modul biến dạng thể tích: Modul nén lún: Eoed = K= dp E  d  v 3(1  2 ) d E (1  )  d 1 (1   )(1  2 ) Lực dính (c) Cường độ lực dính cho kích thước ứng suất Trong Plaxis lưc dính cát (c = 0), số trường hợp không thực tốt (dùng c > 0.2 kPa) Plaxis đưa chọn lựa đặc biệt cho lớp mà lực dính gia tăng theo chiều sâu Góc ma sát (  ) 46 Góc ma sát  tính độ Góc ma sát cao thường thu lớp cát, làm tăng tính toán dẻo Số lần tính toán gia tăng nhiều hay theo hàm mũ góc ma sát Tuy nhiên nên tránh góc ma sát cao thực trình tính toán Cho công trình đặc biệt, số lần tính toán trở nên lớn góc ma sát vượt 35 độ Góc giản nở (ψ) Góc giản nở ψ tính độ Một phần lớp cố kết, đất sét xem góc giản nở (ψ = 0) Góc nở hông cát phụ thuộc vào tỷ trọng góc ma sát Cát thạch anh có độ lớn ψ ≈  - 300 Tuy nhiên hầu hêt trường hợp góc giản nở cho góc  nhỏ 300 47 4.3.1/ Mô hình thiết kế công ty Ingenieurgesellschaft Geotecgnik Walz Dr.-ing.Peter Waldhoff thiết kế: 48 ( IGW) Đức Hình 4.3 Bản vẽ thiết kế IGW 4.3.1.1/ Mô hình toán thiết kế: Sử dụng toán phằng 2D, Phần mềm phân tích Plaxis 8.2 Hình 4.4 Mô hình Plaxis 2D IGW Các Phase tính toán 49 Kết phân tích Phase 1: Tổng ứng suất Hình 4.5 Chuyển vị -468,93*10-6 m Kết phân tích Phase 2: Tổng ứng suất 50 Hình 4.6 Chuyển vị -22.41*10-3 m Kết phân tích Phase 3: Tổng ứng suất Hình 4.7 Chuyển vị -134.11*10-3 m Kết phân tích Phase 4(cố kết sau năm): Tổng ứng suất 51 Hình 4.8 Chuyển vị 384.26*10-3m 4.3.1.2/ Kết quan trắc độ lún thực tế công trình sau năm: Nền bị lún 30cm trọng tâm cọc gia cố làm phá vỡ kết cấu bề măt Hình 4.9 Bề mặt công trình sau thi công bị biến dạng lún Xem xét kỹ hình dạng biến dạng có dạng hình sóng lượng, vị trí đầu cọc độ lún nhỏ, trọng tâm cọc biến dạng lớn 52 Hình 4.10 Khảo sát chênh lệch độ lún bệ cọc đất bên 30cm 4.3.2/ Mô hình toán phân tích: Sử dụng mô hình mô phòng toán thực phần mềm Plaxis 3D Tunnel loại đất công trình Phương pháp xử lý nền: + Sử dụng cọc BTCT B.20 (M#300) có tiết diện 300x300 không mở rộng đầu cọc + Trãi vải địa kỹ thuật M40 đầu cọc + Đắp cát đất nền, chiều cao cát đắp thay đổi + Trãi lớp BTCT dày 150mm Tải trọng phân tích 100kN/m2 Khoảng cách cọc thay đổi 53 Xây dựng mô hình tính toán phù hợp với thực tế công trình Hình 4.11 Mơ hình phân tích cọc BTCT Hình 4.12 Mơ hình phân tích cọc đất trộn ximăng 54 4.3.2.1/ Phân tích: a./ Xét ảnh hưởng cọc BTCT: Theo lý thuyết hiệu ứng vòm cung vòm người ứng dụng kết cấu BTCT từ lâu, nhiên cung vòm phương pháp thiết kế Zaeske Kempfert (2002) tìm ra, đến ngày lý thuyết phương pháp tính toán chưa thật hoàn chỉnh, nhiên việc ứng dụng lý thuyết vào tính toán nhiều hạn chế, gặp không thất bại ứng dụng, Công trình Mêtrô Hưng Lợi thành phố Cần Thơ điển hình Theo lý thuyết để tạo cung vòm ngược đệm cát có nhiều yếu tố ảnh hưởng có độ lún cọc, cọc tính toán phải có độ lún giới hạn (cọc gần không lún) Kết thí nghiệm nén tónh cọc công trình với cấp tải gấp 2.5 lần cấp tải thiết kế cọc mô hình 55 Hình 4.13 Kết thí nghiệm nén tónh cọc Với kết thí nghiệm cọc khả bị lún chịu tải 100kN/m2 56 b./ Xét ảnh hưởng vải địa kỹ thuật: Thông số kỹ thuật vải: 57 10÷25 10÷25 58 Tính toán lực kéo căng vải: Vải địa kỹ thuật Cọ Hình 4.14 Sơ đồ tính toán lực căng vải Tính lực kéo căng vải theo lưới cọc hình chữ nhật: 59 Tính lực kéo căng vải theo lưới cọc tam giác: Tải đắp Lực keo căng vải phương pháp PTHH: Hình 4.14 Mô kéo căng vải đầu cọc Slice 1 Geotex Geotex Stress X Y Z N_1 N_2 Element Point [m] [m] [kN/m] [kN/m] [kN/m] [kN/m] 1 0.105662 30 1.52679 0.07251 0.105661 0.0530 vai dia 0.105663 30 1.87320 0.00000 0.000000 0.0000 0.394330 30 1.52679 0.00000 0.197136 -0.000 0.394330 30 1.87320 0.12237 0.005239 -0.025 0.605662 30 1.52679 0.52360 0.306130 0.0866 60 Q_12 vai dia 0.605662 30 1.87320 0.00000 0.000000 0.0000 0.894337 30 1.52679 0.00043 0.471659 -0.0142 0.894337 30 1.87320 0.37920 0.01887 0.08460 1.132078 30 1.52679 0.22902 0.44519 -0.1693 vai dia 1.132078 30 1.87320 0.31437 0.00109 0.01852 1.492922 30 1.52679 0.09369 0.20561 -0.12776 1.492922 30 1.87320 0.02411 0.03814 -0.03032 1.757078 30 1.52679 0.08934 0.03370 -0.05487 vai dia 1.757078 30 1.87320 0.02326 0.03406 -0.02815 2.117922 30 1.52679 0.00266 0.00078 0.000467 2.117922 30 1.87320 0.00000 0.00000 0.000000 2.382078 30 1.52679 0.00004 0.00159 -0.00027 vai dia 2.382078 30 1.87320 0.00000 0.00037 0.000036 2.742922 30 1.52679 0.01478 0.04222 0.024983 2.742922 30 1.87320 0.00067 0.00239 0.001276 3.007078 30 1.52679 0.00594 0.22000 0.036179 vai dia 3.007078 30 1.87320 0.00153 0.03621 0.007447 3.367922 30 1.52679 0.03607 0.44725 -0.12701 Chuyển vị vải: Dưới tác dụng tải trọng đất đắp tải chất chứa truyền lên đất yếu nhờ đệm vải dịa kỹ thuật nên trọng lượng phân bố với dạng tải trọng => Nên đất yếu bên chuyển vị xuống Slice 1 Geogrid Geogrid Node X Y Z Ux Uy Element [m] [m] [m] [m] [m] [m] Uz 4345 0.000 30 1.4000 0.000 -0.0243 0.000023 vai dia 1877 0.000 30 2.0000 0.000 -0.0243 0.000000 1895 0.500 30 2.0000 0.000137 -0.0243 0.000000 4363 0.500 30 1.4000 -0.00011 -0.0239 -0.00008 2446 0.000 30 1.7000 0.00000 -0.02438 1876 0.250 30 2.0000 -0.000002 -0.02434 0.00000 2451 0.500 30 1.7000 -0.000001 -0.02388 0.00006 4344 0.250 30 1.4000 0.000052 -0.2443 -0.00004 4363 0.500 30 1.4000 -0.00011 -0.0239 -0.00008 vai dia 1895 0.500 30 2.0000 0.00013 -0.0244 0.00000 61 0.000065 62 ... 1.132078 30 1.52679 0.22902 0.44519 -0.1693 vai dia 1.132078 30 1.87320 0.31437 0.00 109 0.01852 1.492922 30 1.52679 0 .093 69 0.20561 -0.12776 1.492922 30 1.87320 0.02411 0.03814 -0.03032 1.757078 30