Ở Việt Nam hiện nay, còn khá ít công trình xử lý nền bằng phương pháp sử dụng cọc xi măng đất kết hợp với lớp phủ cứng bề mặt (Arch action Low improvement ratio Cement Column – viết tắt là ALiCC). Tuy nhiên, phương pháp ALiCC đã được sử dụng để xử lý nền cho công trình Cảng SP-PSA nằm dọc theo sông Thị Vải tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC nNgày nhận bài: 22/4/2021 nNgày sửa bài: 18/5/2021 nNgày chấp nhận đăng: 10/6/2021 Ảnh hưởng hiệu ứng vòm phương pháp xử lý ALiCC khu công nghiệp Phú Mỹ - tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Effect of arch action in soil improvement by using AliCC method at Ba Ria - Vung Tau province > TS VÕ NGUYỄN PHÚ HUÂN 1; NGUYỄN PHẠM BÌNH TIẾN DŨNG Trưởng môn Kỹ thuật Hạ tầng Email: huan.vnp@ou.edu.vn; Tel: 0903386336 Học viên cao học Email: dung.qldt.gtvt@gmail.com Trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh Nghiên cứu hỗ trợ Trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh (Đề tài nghiên cứu mã số T2021.01.1 ) TĨM TẮT: Ở Việt Nam nay, cịn cơng trình xử lý phương pháp sử dụng cọc xi măng đất kết hợp với lớp phủ cứng bề mặt (Arch action Low improvement ratio Cement Column – viết tắt ALiCC) Tuy nhiên, phương pháp ALiCC sử dụng để xử lý cho cơng trình Cảng SP-PSA nằm dọc theo sơng Thị Vải tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Công tác quan trắc trường tiến hành đầy đủ cẩn thận để rút kết luận sử dụng hướng dẫn, kinh nghiệm cho cơng trình tương tự Từ khóa: trụ xi măng đất, xử lý nền, hệ số phân bố ứng suất ABSTRACT: There are too few study case about Arch action Low improvement ratio Cement Column (ALiCC) ALiCC method has been applied for SP-PSA Terminal along Thị Vải river in Ba Ria – Vung Tau province Monitoring was carried out during and after the contruction Monitoring data were back analysicsed to draw conclusions which will be used as past experiences and guide lines for next similar projects Keyword: Cement deep mixing, Soil improvement, Arch action 84 06.2021 ISSN 2734-9888 Mơ tả cơng trình Cảng SP-PSA xây dựng dọc theo sông Thị Vải Phần đất bờ với diện tích khoảng 540,000 m2 Hình Vị trí xây dựng Địa chất khu vực Do nằm gần sơng nên khu vực có lớp bùn yếu dày từ 10.6 đến 28.2m, trình bày theo hình đây: Hình Bình đồ đáy lớp bùn Các tiêu lý đất tổng hợp hình sau: Kết cấu mặt dày 1.5m Hình Các tiêu lý đất Phương pháp ALiCC Phương pháp ALiCC phương pháp sử dụng cọc đất trộn xi măng kết hợp với lớp phủ xi măng cứng bề mặt Tùy theo cơng trình mà chiều dài cọc xi măng bề dày lớp phủ thay đổi Tải khai thác Quan trắc trường Mặt bố trí thiết bị đo trường Kết cấu mặt Lớp phủ xi măng Cọc xi măng Đất yếu Xử lý Cảng SP-PSA Chiều sâu CDM: 22m ÷ 24m Cường độ CDM thiết kế: Khu A: 970 KPa Khu B: 770 KPa Khu C: 670 KPa Chiều dày lớp phủ: 2m, cường độ 250 KPa ISSN 2734-9888 06.2021 85 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Chi tiết thiết bị đo áp lực đất: Phương pháp Low et al (1994) K p 1 1 s a sa K 1 s 1 h K p p s a (H q) s s p sa q K p a Trong đó: Kp Earth pressure cell model 4800 gồm thép mỏng hình trịn khơng gỉ hàn kín xung quanh phân cách với rãnh hẹp nhỏ chứa chất lỏng Bên lắp cảm biến áp lực nối dây để truyền thơng số ngồi Khi áp lực bên thay đổi áp lực ép thép lại với gây gia tăng tương ứng chất lỏng bên thiết bị Các đầu dây nối vào cảm biến biến đổi thay đổi áp suất lên chất lỏng thành tín hiệu điện để truyền đến máy đọc số liệu Kết quan trắc Kết quan trắc thu từ thiết bị đo áp lực đất: 1 sin với φ góc ma sát vật liệu đắp 1 sin s : khoảng cách cọc a : đường kính cọc H : chiều cao lớp đắp bên a sa hệ số phân bố áp lực đất lên đất =0.8 Phương pháp Terzaghi (1943) s v z h s H 1 exp 2K tan q 2K tan s s a ( H q) s s p a Trong đó: K số kinh nghiệm = 0.7 Theo tiêu chuẩn thiết kế Anh BS8006 (1995) : s a Hpa s s C a p 'v c H Trong đó: EP04: earth pressure cell đặt đất EP03: earth pressure cell đặt đầu CDM Giá trị lớn đo đầu CDM 114.7KPa giá trị lớn tác dụng lên đất 44KPa Sự phân bố ứng suất hiệu ứng vòm Áp lực bên truyền xuống phân chia cho cọc đất xung quanh hiệu ứng vòm 'v 86 06.2021 ISSN 2734-9888 f H f q fs q Cc : hệ số tạo vòm tra theo bảng fq fms: hệ số riêng phần tải trọng tra theo bảng Hệ số tập trung ứng suất n thông số quan trọng để đánh giá mức độ hiệu ứng vòm Han Gabr (2002) định nghĩa tỷ số ứng suất thẳng đứng tác dụng vào đầu cọc với ứng suất thẳng tác dụng lên đất xung quanh tính cơng thức sau: n Hiệu ứng vịm định nghĩa truyền áp lực từ phần khối đất bị lún lên khối đất không bị lún (Terzaghi,1943).Theo McNulty (1965) định nghĩa hiệu ứng vòm “Sự truyền tải trọng ổn định vật liệu có cường độ nhỏ đến vật liệu có cường độ lớn bên cạnh, hình thành từ hệ thống ứng suất cắt q trình truyền tải trọng” Có nhiều nghiên cứu giới để xác định ứng suất tác dụng lên đầu cọc đất xung quanh p s n : hệ số tập trung ứng suất c : ứng suất tác dụng lên cọc s : ứng suất tác dụng lên đất Khi n = khơng có hiệu ứng vịm Giá trị n lớn mức độ hiệu ứng vòm đất lớn Khi mức độ hiệu ứng vịm nhỏ tải trọng bên phân bố cọc đất Điều làm chuyển vị tương đối cọc đất (S) lớn gây tượng lún không ảnh hưởng đến trình khai thác sau Tuy nhiên thiết kế để hệ số tập trung ứng suất n lớn, hầu hết tải trọng cọc gánh chịu giá thành xử lý cao Phân tích phân bố ứng suất phần tử hữu hạn 8.1 Mơ hình Plaxis 2D V8.5 Thơng số đầu vào Sử dụng mơ hình Soft soil model cho lớp đất yếu mơ hình Mohr Coulomb cho tất phần tử cịn lại Cát đắp Mơ hình MC 18 (KN/m3) kx (m/day) 1.73 ky (m/day) 0.86 Cc Cr * * einit 0.5 c (KN/m2) 0.2 30 (độ) (độ) Eref (KN/m2) 14340 0.25 Mơ hình tính tốn Bùn sét SSM 14.7 0.0002 0.00014 0.836 0.045 0.109 0.012 2.35 22.87 - CDM xử lý MC 15.5 0.00017 0.00086 0.5 485 35 48500 0.35 Kết tính tốn Mơ hình (KN/m3) kx (m/day) ky (m/day) kz (m/day) Cc Cs C einit * * * E50ref Eoedref Eurref m c (KN/m2) (độ) (độ) Eref (KN/m2) Cát đắp MC 18 1.73 0.864 1.73 0.5 0.2 30 14340 0.25 Bùn sét SSCM 14.7 0.0002 0.00014 0.0002 0.836 0.045 0.0348 2.35 0.113 0.012 0.0045 22.87 - Bùn sét HS 14.7 0.0002 0.00014 0.0002 0.836 0.045 2.35 1105.77 884.62 16000 1.0 22.87 - Lớp phủ xi măng CDM trước bến Lớp đất tốt Kết cấu mặt bãi MC MC MC MC 22 15.5 19 21 0.00017 0.00017 1.73 0.864 0.00086 0.00086 0.864 0.864 0.5 0.5 0.5 0.5 125 175 250 35 35 30 45 5 15 12500 17500 18400 35000 0.15 0.35 0.334 0.2 Có thể thấy có chênh lệch ứng suất đầu cọc đất Giá trị ứng suất trung bình đầu cọc khoảng 290 KPa giá trị ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 90 KPa 8.2 Mơ hình Plaxis 3D Foundation V2.1 Trong mơ hình 3D ta chia nhiều trường hợp nhỏ để phân tích: Trường hợp 1: mơ hình ta thay đổi cường độ CDM theo kết tính tốn (970KPa) theo trường (1710KPa) để đánh giá mức độ thay đổi ứng suất Trường hợp 2: Mơ hình giống trường hợp ta dùng mơ hình Hardening Soil cho lớp đất yếu (thay dùng mơ hình Soft soil creep model cho lớp đất yếu trường hợp 1) Trường hợp 3: Sử dụng mơ hình tương tự trường hợp 1, khác không sử dụng lớp phủ xi măng cứng bề mặt mà thay vào lớp cát có bề dày tương đương Trường hợp 4: Sử dụng thông số giống trường hợp ta thay đổi khoảng cách bố trí cọc CDM (thay 2.5m ta bố trí thành 2m, 1.5m 3m) Thơng số đầu vào: CDM xử lý MC 15.5 0.00017 8.64E-05 1.73E-04 0.5 485 35 48500 0.35 Lớp phủ xi măng MC 22 0.00001 8.64E-06 1.73E-05 0.5 125 35 12500 0.15 Lớp đất tốt MC 19 1.73 0.864 1.73 0.5 30 18400 0.334 ISSN 2734-9888 Kết cấu mặt bãi MC 21 0.864 0.864 0.864 0.5 250 45 15 35000 0.2 06.2021 87 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Mơ hình tính tốn Kết tính tốn trường hợp Với CDM cường độ 970 KPa Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 410 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 120 KPa Trường hợp Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 175 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 130 KPa Trường hợp Khoảng cách CDM 2m Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 320 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 125 KPa Với CDM cường độ 1710 KPa Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 270 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 110 KPa Khoảng cách CDM 1.5m Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 380 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 115 KPa Kết tính tốn trường hợp Với CDM cường độ 970 KPa Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 250 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 105 KPa Khoảng cách CDM 3m Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 350 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 125 Kpa Với CDM cường độ 1710 KPa Ứng suất trung bình tác dụng lên đầu cọc 330 KPa ứng suất tác dụng lên đất xung quanh 125 KPa 88 06.2021 ISSN 2734-9888 8.3 Tổng hợp kết Ứng suất trung bình đầu cọc CDM (KN/m2) 290 320 380 350 410 175 270 250 330 Các trường hợp tính tốn Plaxis 2D V8.5 Trường hợp 1a Trường hợp 1b Trường hợp 2a Plaxis 3D Trường hợp 2b Foundation Trường hợp V2.1 Trường hợp 4a Trường hợp 4b Trường hợp 4c Ứng suất trung bình đất xung quanh (KN/m2) 90 125 115 125 120 130 110 105 125 Hệ số tập trung ứng suất 3.22 2.56 3.30 2.80 3.42 1.35 2.45 2.38 2.64 Tổng hợp kết kết luận 9.1 Tổng hợp kết Các kết tính tốn từ lý thuyết, quan trắc trường mô từ phần mềm tổng hợp thể bảng đây: Các thông số tính tốn Ký hiệu Tỉ diện tích xử lý Khoảng cách cọc Đường kính cọc Tải khai thác Bề dày lớp xi măng bề mặt Ứng suất tác dụng lên đất Ứng suất tác dụng lên cọc Hệ số tập trung ứng suất a s d q h σsoil σcol n Đơn vị % m m KPa m KPa KPa Low et al (1994) Terzaghi (1943) Tiêu chuẩn Anh (1995) (EP03 & EP04) 13.6 2.5 1.0 65.0 2.0 72.78 276.55 3.79 13.6 2.5 1.0 65.0 2.0 103.6 199.5 1.93 13.6 2.5 1.0 65.0 2.0 131 286.7 2.18 13.6 2.5 1.0 65.0 2.0 44.0 114.7 2.6 9.2 Kết luận Ứng suất tác dụng lên đầu cọc theo tính tốn từ công thức Low et al, Terzaghi, tiêu chuẩn BS8006 tương đương so với kết theo mơ hình mô Plaxis Ứng suất tác dụng lên cọc đất theo quan trắc Earth pressure cell nhỏ so với tính tốn theo cơng thức Low et al, Terzaghi, tiêu chuẩn BS8006 phần mềm Plaxis Hệ số tập trung ứng suất theo mô phần mềm (Plaxis 2D 3D Foundation) theo quan trắc tương đương Kết công thức theo Low et al, Terzaghi, tiêu chuẩn BS8006 có kết gần với giá trị quan trắc Theo mô phần mềm Plaxis 2D 3D Foundation (trường hợp 1, 2) cường độ cọc lớn phân bố ứng suất rõ ràng (hiệu ứng vòm lớn) Theo kết phần mềm plaxis 3D (trường hợp 2) mơ hình mô dành cho lớp đất yếu Soft Soil Creep model hay Hardening Soil khơng có khác biệt lớn.Vì sử dụng hai mơ hình để mơ lớp đất yếu tính toán Theo kết trường hợp thay lớp xi măng bề mặt cát độ lún cơng trình tăng lên khoảng 62.5%, hệ số tập trung ứng suất giảm gần 47% Có khác biệt lớp phủ cứng bên phân phối áp lực bên lên cọc xi măng Điều cho thấy có lớp phủ xi măng bề mặt (phương pháp ALiCC) hiệu xử lý cao nhiều so với không sử dụng Theo kết trường hợp 4, khoảng cách cọc nhỏ độ lún cơng trình nhỏ ứng suất tác dụng lên đất lên cọc nhỏ Điều giải thích mật độ cọc dày áp lực bên truyền xuống phân bố lên Theo Plaxis 2D 13.6 2.5 1.0 65.0 2.0 90 290 3.22 Theo Plaxis 3D (TH1a) 13.6 2.5 1.0 65.0 2.0 125 320 2.56 Theo Plaxis 3D (TH2a) 13.6 2.5 1.0 65.0 2.0 125 350 2.80 nhiều cọc dẫn đến ứng suất tác dụng lên đầu cọc nhỏ Vì tùy theo điều kiện thiết kế yêu cầu mà chọn khoảng cách cọc cho hợp lý; sử dụng cọc mật độ dày cường độ cọc xi măng thiết kế nhỏ lại TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Minh Tâm (2006) “ Ổn định trụ đất trộn xi măng bên đường”, Bài giảng Bộ mơn Địa – Nền móng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng Nguyễn Minh Tâm (2006) “ The behavior of DCM columns under highway embankments by finite element analysis”, Thesis for the Degree of Doctor of Philosophy Tiêu chuẩn xây dựng 385:2006 “ Gia cố đất yếu trụ đất xi măng” Coastal development institute of technology (CDIT) (2002) “The Deep Mixing Method : Principle, design and contruction” D.T.Bergado & Taweephong Suksawat (2009) “Numerical Simulations and Parametric Study of SDCM and DCM Piles under Full Scale Axial and Lateral Loads as well as under Embankment Load” P.Jamsawang, D.T.Bergado, P.Voottipruex & W.Cheang “Behavior and 3D Finite Element Simulation of Stiffened Deep Cement Mixing (SDCM) Pile Foundation under Full Scale Loading” N.H.Minh & D.T.Bergado (2006) “Numerical Modeling of A Full Scale Reinforced Embankment on Deep Mixing Cement Piles” D.T.Bergado, C.Taechakumthorn, G.A.Lorenzo & H.M.Abuel-Naga (2006) “StressDeformation Behavior under Anisotropic Drained Triaxial Consolidation of CementTreated Soft Bangkok Clay” Stability of Group Column TypeDeep Mixing Improved Groundunder embankment Loading – Masaki KITAZUME ISSN 2734-9888 06.2021 89 ...Kết cấu mặt dày 1.5m Hình Các tiêu lý đất Phương pháp ALiCC Phương pháp ALiCC phương pháp sử dụng cọc đất trộn xi măng kết hợp với lớp phủ xi măng cứng bề mặt Tùy theo cơng trình mà chiều... 44KPa Sự phân bố ứng suất hiệu ứng vòm Áp lực bên truyền xuống phân chia cho cọc đất xung quanh hiệu ứng vòm 'v 86 06.2021 ISSN 273 4-9 888 f H f q fs q Cc : hệ số tạo vòm tra theo bảng... c : ứng suất tác dụng lên cọc s : ứng suất tác dụng lên đất Khi n = khơng có hiệu ứng vịm Giá trị n lớn mức độ hiệu ứng vòm đất lớn Khi mức độ hiệu ứng vịm nhỏ tải trọng bên phân bố cọc đất