Nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới công trình kho bằng cọc vật liệu rời

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA DƯƠNG CHUNG NGUYỆN NGHIÊN CỨU GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CƠNG TRÌNH KHO BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60 58 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 21 tháng 06 năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS LÊ BÁ VINH Cán chấm nhận xét : TS LÊ VĂN PHA Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN NGỌC PHÚC Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 29 tháng 08 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS TÔ VĂN LẬN TS LÊ BÁ VINH TS LÊ VĂN PHA TS NGUYỄN NGỌC PHÚC TS LÊ TRỌNG NGHĨA Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH HOA - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Tp HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323 Ngày, tháng, năm sinh: 21/04/1985 Nơi sinh: Hậu Giang Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60 58 60 Khóa (năm trúng tuyển): 2011 đợt I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu gia cố đất yếu cơng trình kho cọc vật liệu rời II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN: Nhiệm vụ: Nghiên cứu gia cố đất yếu cơng trình kho cọc vật liệu rời Nội dung Mở đầu: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan cọc vật liệu rời Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn cọc vật liệu rời Chương 3: Phân tích phương pháp tính tốn độ lún phân bố ứng suất gia cố cọc vật liệu rời Chương 4: Tính tốn, phân tích gia cố cọc vật liệu rời cơng trình nhà máy VIFON II, Long An Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21 / 01 / 2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21 / 06 / 2013 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ BÁ VINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NGHIỆM BỘ MÔN TS LÊ BÁ VINH PGS.TS VÕ PHÁN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH LỜI CÁM ƠN Luận văn “ Nghiên cứu gia cố đất yếu cơng trình kho cọc vật liệu rời” với mục đích nghiên cứu lý thuyết tính toán độ lún ổn định, hệ số phân bố ứng suất lên lên cọc, sức chịu tải cọc vật liệu rời Đề tài đưa sở lý thuyết tính tốn phân bố ứng suất theo phương pháp giải tích kết hợp mơ phần mềm Plaxis 3D Foundation cơng trình thực tế nhà máy thực phẩm Vifon II, Long An Em xin trân trọng cảm ơn thầy TS Lê Bá Vinh tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu cần thiết có liên quan đến đề tài để em hồn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy cô giáo mơn Địa Cơ Nền Móng, trường Đại Học Bách Khoa tận tình hướng dẫn, trang bị nhiều kiến thức giúp cho em hồn thành luận văn Vì thời gian thực luận văn có hạn kiến thức lĩnh vực địa kỹ thuật nên khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Em mong đóng góp q thầy để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn TP.Hồ Chí Minh, 21 tháng 06 năm 2013 Học viên DƯƠNG CHUNG NGUYỆN TÓM TẮT Xử lý gia cố đất yếu yếu tố hàng đầu xây dựng cơng trình địa tầng đất yếu Tuy nhiên, biện pháp gia cố cải tạo đất yếu trở nên phổ biến thân thiện với môi trường xây dựng như: Xử lý cọc xi măng đất, bấc thấm, jet groundting, bơm hút chân không, cọc vật liệu rời…Tùy theo đặc điểm địa chất cơng trình khu vực xây dựng mà có phương án gia cố hợp lý Trong luận văn tác giả sử dụng biện pháp gia cố cải tạo đất yếu công nghệ cọc vật liệu rời cho dự án cơng trình nhà máy thực phẩm Vifon II, Long An Cọc cấm vào đất yếu với khoảng cách 2.5x2.5m cho công trình đảm bảo làm việc ổn định suốt thời gian vận hành Cọc thi công theo phương pháp đầm rung thay xuyên qua chiều dày lớp đất yếu cần gia cố làm tăng nhanh trình cố kết lớp đất yếu kết hợp gia tải trước Để tính tốn ổn định độ lún cơng trình khả chịu tải cọc vật liệu rời cho gia cố tác giả nghiên cứu, tiếp cận sở lý thuyết tính tốn khác tác giả như: Aboshi 1979, Priebe 1995, De Beer Van Impe 1983 kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation số liệu quan trắc thực tế ngồi cơng trường Từ tác giả có đánh giá kết nghiên cứu đạt luận văn Đồng thời, luận văn tác giả mở rộng nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến phân bố ứng suất độ lún gia cố cọc vật liệu rời ABSTRACT Handling reinforced soft soil is one of the factors leading to construction on soft soil strata However, measures to strengthen soft soil improvement now becoming popular and friendly built environment, such as: Deep soil mixing, absorbent sponge, Jet Groundting, vacuum pumps, Stone columns geotechnical characteristics of the construction sector which reinforced the reasonable alternatives In this thesis, the authors use measures reinforced by weak ground improvement technologies stone columns for construction projects Vifon II plant food, Long An Piles are prohibited in soft ground with the desired distance that is guaranteed to work for stability during operation Piles shall be constructed by the method of replacing vibrating through thickness reinforced soft soil needs and accelerates the process of consolidation of soft soil in combination preload To calculate the stability of settlement construction and pile bearing capacity of stone columns and the reinforcement of the study authors, approaching the theoretical basis of various calculations of authors such as Aboshi 1979, Priebe 1995, De Beer and Van Impe 1983 combined with the finite element method by software Plaxis 3D Foundation and the actual observed data outside the field Since then, the authors evaluate the results achieved in this thesis At the same time, the thesis author also extended the study of factors affecting the stress distribution and settlement of pile foundation reinforced by stone columns LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân tác giả, thực sở nghiên cứu lý thuyết tính tốn mơ ứng xử đất phần mềm Plaxis 3D Foundation ứng dụng tính tốn cho cơng trình thực tế hướng dẫn khoa học thầy TS Lê Bá Vinh Các số liệu địa chất, kết tính tốn, mơ hình tính toán luận văn trung thực Các tài liệu tham khảo tác giả sử dụng q trình nghiên cứu luận văn tác giả trích dẫn cụ thể mục tài liệu tham khảo Một lần xin khẳng định trung thực lời cam kết PHỤ LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CỌC VẬT LIỆU RỜI 1.1 Tổng quan cọc vật liệu rời 1.2 Ứng dụng cọc vật liệu rời gia cố 1.3 Công nghệ thi công cọc vật liệu rời 10 1.3.1 Tổng quan kỹ thuật đầm rung sâu 10 1.3.2 Quá trình đầm rung đất rời 11 1.3.3 Đầm thay đất rời thành phần hạt mịn cao đất dính 12 1.3.4 Phương pháp Vibro Replacement (Wet Method) 13 1.3.5 Phương pháp Vibro Displacement (Dry Method) 14 1.3.6 Phương pháp khoan có ống bao (Borehole Method) 16 1.4 Ưu khuyết điểm 17 1.4.1 Ưu điểm 17 1.4.2 Khuyết điểm 18 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CỌC VẬT LIỆU RỜI 19 2.1 Tổng quan tính tốn chế làm việc cọc vật liệu rời 19 2.1.1 Cơ chế phá hoại cọc đơn 19 2.1.2 Cơ chế phá hoại nhóm cọc 20 2.2 Những quan hệ 22 2.2.1 Đường kính tương đương 22 2.2.2 Tỷ diện tích thay 23 2.2.3 Tỷ số ứng suất 24 2.3 Xác định sức chịu tải cọc vật liệu rời 24 2.3.1 Khả chịu tải cọc đơn 24 2.3.2 Khả chịu tải theo nhóm cọc 29 2.4 Một số cơng thức tính tốn sức chịu tải cọc vật liệu rời 31 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐỘ LÚN VÀ SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT KHI GIA CỐ BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI 32 3.1 Phương pháp cân tương đương 32 3.2 Tính toán độ lún gia cố cọc vật liệu rời theo phương pháp Priebe 36 3.3 Phương pháp tường vật liệu rời 41 3.4 Phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation 43 3.5 Sự tập trung ứng suất lên cọc vật liệu rời 44 3.6 Phương pháp xác định độ lún ổn định theo Asaoka 48 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI TẠI CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY VIFON II, LONG AN 50 4.1 PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN ĐỘ LÚN NỀN GIA CỐ 50 4.1.1 Tổng quan công trình nhà máy Vifon II 50 4.1.2 Tổng quan địa chất khu vực nhà máy Vifon II 53 4.1.3 Phương pháp thi công 54 4.1.4 Tính tốn độ lún gia cố cọc vật liệu rời phương pháp giải tích theo quy trình tính tốn khác 59 4.1.4.1 Phương pháp cân 59 4.1.4.2 Tính lún theo phương pháp Priebe, 1995 62 4.1.4.3 Tính lún phương pháp tường vật liệu rời 66 4.1.5 Tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation 67 4.1.5.1 Thông số vật liệu đầu vào 67 4.1.5.2 Mơ hình tính tốn 68 4.1.5.3 Kết tính tốn 69 4.1.6 Kết quan trắc lún trường 70 4.1.7 Tổng hợp kết tính tốn độ lún từ phương pháp 77 4.1.8 Tính tốn độ lún theo điều kiện thi công thực tế 79 4.2 TÍNH TỐN HỆ SỐ GIẢM ỨNG SUẤT (SRR) LÊN NỀN GIA CỐ BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI 82 4.2.1 Xác định hệ số giảm ứng suất SRR tác dụng lên cọc theo phương pháp cân (Aboshi 1979) 82 4.2.2 Xác định hệ số giảm ứng suất SRR theo Priebe 1995 82 4.2.3 Xác định hệ số giảm ứng suất SRR lên theo phương pháp tường vật liệu rời (Van Impe 1983) 83 4.2.4 Xác định hệ số phân bố ứng suất theo phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation 84 4.2.4.1 Mơ hình tính tốn 85 4.2.4.2 Kết tính tốn 86 4.3 MỞ RỘNG NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ SỐ GIẢM ỨNG SUẤT SRR VÀ ĐỘ LÚN KHI NỀN GIA CỐ BẰNG CỌC VẬT LIỆU RỜI 92 4.3.1 Ảnh hưởng tỷ diện tích thay as đến hệ số SRR 92 4.3.2 Ảnh hưởng góc ma sát vật liệu làm cọc đến hệ số SRR 95 4.3.3 Ảnh hưởng mô đun đất đến hệ số SRR 96 4.3.4 Ảnh hưởng mô đun vật liệu làm cọc đến hệ số SRR 98 4.3.5 Ảnh hưởng mô đun lớp san lấp đến hệ số SRR 100 4.4 TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC VẬT LIỆU RỜI 105 4.4.1 Khả chịu tải cọc đơn theo lý thuyết 105 - 106 - - c = 16.59 (kN/m2) Vậy sức chịu tải cọc bị phá hoại phình ngang tính theo Greenwood: Pult = qult xAs = 395 x0.446 = 175(kN ) = 17.5(T ) - Theo Vesic 1972 khả phá hoại phình xác định theo công thức 2.8: ⎛ + sin φ s qult = c.Fc' + q.Fq' ⎜⎜ ⎝ − sin φ s [ ] ⎞ ⎟⎟ ⎠ Fc' , Fq' : hàm phụ thuộc góc ma sát khối trụ số độ cứng Ir móng xác định theo công thức: Ir = E 2(1 + v )(c + q tan φc ) Với q = K xγ c z = (1 − sin ) x1.65 x8.97 = 12.74( kN / m ) Vậy độ cứng móng: I r = 2400 = 53.5 2(1 + 0.35 )(16.59 + q tan ) Từ biểu đồ hình 2.6 cho trường hợp ϕ = Ta tính giá trị Fc = lnIr + = 4.98, Fq = Vậy khả chịu tải cực hạn phá hoại phình tính theo Vesic: ⇒ qult = [16.59x4.98 + 12.74x1]4.59 = 437(kN / m ) ⇒ Pult = qult As = 437x0.446 = 226.2(kN ) = 19.4(T ) - Tính khả phá hoại phình theo Hughes 1974: qult = (σ r + 4c0 ) + sin ϕ s − sin ϕ s ⇒ qult = (0.86 x1.65x8.97 + x16.59) x 4.59 = 363(kN / m ) ⇒ Pult = qult As = 363x0.446 = 161(kN ) = 16.1(T ) Trong đó: σ ro = K γh lớp đất gia cố, K p = + sin ϕ s = 4.59 − sin ϕ s - 107 - - Ngồi chế phá hoại phình xuất độ sâu đến lần đường kính cọc xác định Barksdale Bachus 1983 Trong lớp đất có IP = 19.01 < 30 khả chịu tải cọc tính theo cơng thức: - qult = c.N - Chọn giá trị N = 22 tính tốn Khi đó: : 18 ≤ N ≤ 22 qult = c.N = 16.59 x22 = 364(kN / m ) ⇒ Pult = qult As = 364x0.446 = 164(kN ) = 16.2(T ) - Tính tốn khả chịu tải cọc vật liệu rời theo chế phá hoại cắt: - Theo Vitkar 1978 xác định trường hợp cọc ngắn theo công thức: qult = γ c BNγ + cN c + D f γ c N q - Trong đó: N γ , N c , N q hệ số không thứ nguyên xác định theo biểu đồ hình 2.8 2.9 Các hệ số phụ thuộc vào tỷ số γ s /γ c - D / B, B = 0.9m, D f = 0.3m, D = 0.754m Từ hình 2.8 2.9 γ s / γ c = 1, cs = D / B = 0.83 ta có N γ = 6, N c = 12, N q = x8.97 x1x6 + 12 x16.59 + 0.3x8.97 x4 = 236.7(kN / m ) ⇒ Pult = qult As = 236.7 x0.446 = 105.5(kN ) = 10.55(T ) ⇒ qult = - 108 - 4.4.2 Tính tốn khả chịu tải cọc phần mềm Plaxis 3D Foundation Do cọc vật liệu rời dạng cọc thoát nước nên tác giả sử dụng mơ hình (MC) để phân tích khả chịu tải cọc đơn Dùng bê tơng cốt thép dày 0.3m, diện tích 0.9m x 0.9m đặt lên đầu cọc có đường kính D = 0.754m, tải tác dụng lên đầu cọc 35T thơng số tính tốn bảng 4.19 sau: Bảng 4.20: Thơng số mơ hình nén tĩnh xác định sức chịu tải cọc vật liệu rời: γ c (kN / m ) 25 Sét nâu đỏ, dẻo mềm 18.54 γ c , sat (kN / m ) 10 2.65x10E7 0.15 - 18.97 3E-4 1E-4 2400 16.59 8058 0.35 20.05 6E-5 3E-5 12500 25.2 20025 0.3 20.48 12E-5 4E-5 14400 24.2 24039 0.3 20 100 100 48000 0.1 400 0.3 100 0.9x0.9x0.3 3.3 3.2 3.3 Lớp đất Bê tông k h (m / day ) k v (m / day) E (kN / m ) c (kN / m ) ϕ (0 ) ν Ψ Chiều dày (m) Sét, dẻo cứng Sét pha, dẻo cứng Cọc vật liệu rời 19.75 20.03 20 Hình 4.38: Mơ hình tính tính tốn khả chịu tải cọc đơn phần mềm Plaxis 3D Foundation - 109 - 10%D Hình 4.39: Kết phân tích tải trọng độ lún theo Plaxis 3D Foundation Nhận xét: Giá trị Sum – Mstage = tương ứng cấp tải 35T Từ biểu đồ tải trọng - chuyển vị phân tích phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation (hình 4.38) tác giả xác định sức chịu tải Pult theo TCVN với tổng chuyển vị 1/10 đường kính cọc Từ biểu đồ quan hệ ta có S = 7.54cm tương ứng Pult = 0.674 x 35 =23.6 (T) 4.4.3 Phân tích khả chịu tải cọc vật liệu rời theo kết nén tĩnh trường Sau kết thúc q trình thi cơng cọc thử trường tiến hành thí nghiệm trường để xác định khả chịu tải cọc vật liệu rời Công tác gia cố đầu cọc thực bê tơng cốt thép có kích thước 0.9m x 0.9m, có chiều dày 0.3m Theo lý thuyết phân tích chế phá hoại cọc vật liệu rời cọc đơn phá hoại theo chế bản: phá hoại phình ra, phá hoại cắt (trường hợp cọc ngắn) phá hoại chọc thủng Từ kết thí nghiệm trường tác giả tính tốn khả chịu tải cọc theo mơ hình thí nghiệm bàn nén trường Thông qua kết bàn nén tác giả tính tốn khả chịu tải cọc vật liệu rời cho trường hợp cọc đơn Trong q trình thí nghiệm chia làm cấp tải nén: 33(kN), 66(kN), 133(kN), 165(kN), 199(kN) tương ứng áp lực bàn nén 40.7(kN/m2), 81.5(kN/m2), 164.2(kN/m2), 203.7(kN/m2), 245.7(kN/m2) - 110 - Load (tons) 10 15 20 Settlement (mm) 10 15 20 Hình 4.40: Kết nén tĩnh trường Hình 4.41: Đồ thị tương quan độ lún theo thời gian cấp tải 25 - 111 - 0,3 0,25 (S60 - S10) 0,2 0,15 0,1 0,05 0 50 100 150 q (kN/m2) 200 qult 250 300 Hình 4.42: Kết xác định sức chịu tải cực hạn cọc theo kết nén trường theo quan hệ (S60 – S10) q Diện tích nén S = 0.9x0.9 = 0.81 (m2) Từ đồ thị hình 4.42 cho kết áp lực cực hạn theo kết nén trường qult = 218.5 (kN/m2), từ tác giả tính tốn khả chịu tải giới hạn cọc vật liệu rời: qult ( coc ) = qult xAs = 218.5 x0.446 = 98(kN ) = 9.8(T ) Từ kết phân tích, tính tốn sức chịu tải cực hạn cọc vật liệu rời theo chế phá hoại nén tĩnh trường tác giả tổng hợp sau: Bảng 4.21: Bảng tổng hợp kết tính toán SCT cực hạn cọc vật liệu rời Cơ chế phá hoại Phình Cắt Mơ Thí nghiệm PP xác định SCT cực hạn Sức chịu tải cực hạn Pult Greenwood 1970 Vesic 1972 Hughes 1979 Barksdale Bachus 1983 Vitkar Nadhav 1975 Plaxis 3D Foundation Nén tĩnh trường 17.5 (tấn) 19.4 (tấn) 16.1 (tấn) 16.2 (tấn) 10.55 (tấn) 23.6 (tấn) 9.8 (tấn) - 112 - 23,6 25 19,4 P_ult (T) 20 17,5 16,1 16,2 15 10,55 9,8 10 Greenwood Vesic 1972 1970 Hughes 1979 Phá hoại phình Barksdale Bachus 1983 Vitkar Nadhav 1975 Plaxis 3D Nén tĩnh Foundation trường Phá hoại cắt Hình 4.43: Biểu đồ so sánh khả chịu tải cọc vật liệu rời dạng cọc đơn Nhận xét kết tính tốn: - Từ kết tính tốn xác định sức chịu tải cực hạn cọc vật liệu rời theo phương pháp khác cho kết khác nhau: - Khi phân tích phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation cho quan hệ chuyển vị tải trọng: Nếu xác định khả chịu tải cực hạn cọc vật liệu rời theo phương pháp nén tĩnh cọc bê tơng cốt thép cho sai số lớn so với phương pháp tính giải tích khác Sai số cách xác định kết nén tĩnh trường lớn (sai số lên đến 140%) Vì cách xác định dựa chế phá hoại đất xung quanh cọc, thực tế cọc bị phá hoại cắt - Trong phương pháp giải tích phương pháp Vitkar Nadhav 1975 cho kết phù hợp với kết nén tĩnh trường (sai số 6.6%) Mặt khác phương pháp giải tích phương pháp Vesic 1972 cho sai số lớn (sai lệch với kết nén tĩnh trường 98%) - Từ thấy chế phá hoại thực tế cọc vật liệu rời trường gần với dạng phá hoại cắt - 113 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết Luận Tính tốn độ lún - Trong ba phương pháp giải tích xác định độ lún gia cố cọc vật liệu rời phương pháp cho kết tương đồng nhau, sai số phương pháp khoảng 1% - Từ kết tính tốn gia cố cọc vật liệu rời lớp đất gia cố tác giả nhận thấy hệ số giảm lún n0 xác định theo Priebe 1.266 Khi xét đến khả chịu nén cọc hệ số giảm lún n1 = 1.26 Tuy nhiên ngồi ảnh hưởng tỷ diện tích thay thế, hệ số giảm lún tính theo Priebe cịn xét đến hệ số ảnh hưởng chiều sâu gia cố cọc vật liệu rời đặc trưng hệ số (fd = 1.12) Kết cho hệ số giảm lún cuối 1.41 - Trong phương pháp giải tích phương pháp Priebe 1995 cho kết gần giống với độ lún quan trắc thực tế - Kết tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation tương đồng với phương pháp giải tích cho kết gần với kết quan trắc thực tế so với phương pháp giải tích - Tuy nhiên kết tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation có chênh lệch so với độ lún quan trắc thực tế 16.8% Ngun nhân là: ª Độ lún tính theo phương pháp lý thuyết có tính chất dự báo độ lún cơng trình trường hợp bất lợi trình khai thác sử dụng đạt 100% tải trọng thiết kế ª Các thơng số địa chất phục vụ công tác thiết kế thiên an toàn đặc trưng cho vùng định, cho vài hố khoan điển hình thực tế đất có địa tầng thay đổi khác ª Đường kính cọc thực tế sau thi cơng thường phát triển lớn đường kính thiết kế trình đầm nén vật liệu Từ khảo sát thực tế đường - 114 - kính trung bình cọc thi công trường D = 754mm > 650mm theo thiết kế với độ sai lệch 13.6% tổng hợp bảng 4.3 Do đó, tác giả tính tốn lại độ lún gia cố với đường kính thực tế cọc - Sau phân tích độ lún theo điều kiện thi cơng thực tế tác giả nhận thấy độ lún tính tốn theo lý thuyết phương pháp giải tích phần tữ hữu hạn sai số không đáng kể Độ lún theo quan trắc S = 53.4 (mm) so với tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn S = 61(mm), sai số 12% Nguyên nhân dẫn đến sai số thông số thiết kết từ mẫu đất thí nghiệm phịng mẫu đại điện cho lớp đất, thực tế làm việc vùng bán khơng gian vơ hạn Do độ lún theo thực tế nhỏ giá trị tính toán lý thuyết Sự phân bố ứng suất - Khi tính tốn hệ số phân bố ứng suất lên gia cố cọc vật liệu rời có đường kính 0.65m, bố trí lưới vng 2.5x2.5(m) kết từ phương pháp giải tích cho hệ số giảm ứng suất SRR khác - Trong phương pháp tính tốn phương phương pháp Aboshi cho kết phù hợp với kết tính phần mềm Plaxis 3D Foundation (sai số 3.5%), Priebe 1995 cho sai số lớn (sai số 9.3%) - Qua phân tích ta thấy có yếu tố ảnh hưởng đến hệ số SRR lên gia cố cọc vật liệu rời, là: tỷ diện tích thay thế, mơ đun vật liệu làm cọc, mơ đun đất gia cố, góc ma sát vật liệu làm cọc, mô đun lớp san lấp - Từ biểu đồ hình 4.24 ta thấy hệ số giảm ứng suất SRR phân bố lên gia cố từ phương pháp tính tốn cho kết khác Khi tăng đường kính cọc, tỷ diện tích thay tăng, hệ số giảm ứng suất tác dụng lên giảm Tuy nhiên, hệ số giảm ứng suất SRR tính theo phương pháp phần tử hữu hạn cho kết nằm hai đường giới hạn Aboshi 1979 Priebe 1995 - Từ hình 4.25 4.26 ta thấy độ lún gia cố phụ thuộc vào hệ số giảm ứng suất SRR tỷ diện tích thay Khi hệ số giảm ứng suất SRR giảm nghĩa ứng suất phân bố lên cọc nhiều lên đất xung quanh cọc, độ - 115 - lún giảm theo Kết phân tích phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation cho độ lún nằm đồ thị tính lún theo phương pháp giải tích - Từ biểu đồ 4.28 cho thấy góc ma sát ϕ s vật liệu làm cọc ảnh hưởng đáng kể đến hệ số giảm ứng suất SRR Khi ϕ s tăng hệ số SRR giảm, nhiên hệ số SRR tính theo Priebe giảm nhiều phân tích phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation Cụ thể ϕ s = (350 ÷ 450 ) theo giải tích hệ số SRR thay đổi > 10% - Từ hình 4.29, 4.30 4.31 phân tích ảnh hưởng mơ đun lớp đất gia cố tác giả thay đổi mô đun đất theo trường hợp khác theo tỷ số Ecol/Esoil Kết phân tích theo hai phương pháp cho thấy hệ số SRR thay đổi theo, tỷ số Ecol/Esoil giảm hệ số SRR tăng hệ số tập trung ứng suất giảm Tuy nhiên hệ số SRR hệ số tập trung ứng suất tính theo Priebe giảm khơng đáng kể Khi tính theo phương pháp phần tử hữu hạn hệ số SRR giảm rõ rệt hệ số tập trung ứng suất thay đổi từ (2.28 ÷ 3.68) dao động 38%, tính theo Priebe 1995 sai số khơng đáng kể < 1% - Từ biểu đồ 4.32 hệ số giảm ứng suất SRR giảm tăng mô đun biến dạng vật liệu làm cọc Tuy nhiên mức độ giảm dần mô đun biến dạng cọc lớn Khi tăng Ecol làm giảm hệ số SRR, nhiên mô đun biến dạng vật liệu làm cọc > 75.000 (kN/m2) hệ số SRR giảm hay không giảm nửa - Từ biểu đồ 4.34 4.36 ta thấy thay đổi mô đun lớp san lấp hệ số SRR thay đổi theo Khi tăng mơ đun lớp cát san lấp hệ số SRR giảm, độ lún củng giảm Từ hình 4.34 Efill < 20.000(kN/m2) hệ số giảm ứng suất SRR giảm đáng kể Tuy nhiên Efill > 20.000(kN/m2) lớp san lấp xem khơng bị nén hệ số SRR giảm khơng giảm Trong biểu đồ hình 4.36 ta thấy Efill < 10.000 (kN/m2) độ lún giảm đáng kể Efill > 10.000(kN/m2) độ lún không thay đổi - 116 - Sức chịu tải cọc - Từ kết tính tốn xác định sức chịu tải cực hạn cọc vật liệu rời theo phương pháp khác cho kết khác nhau: - Khi phân tích phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation cho quan hệ chuyển vị tải trọng: Nếu xác định khả chịu tải cực hạn cọc vật liệu rời theo phương pháp nén tĩnh cọc bê tông cốt thép cho sai số lớn so với phương pháp tính giải tích khác Sai số cách xác định kết nén tĩnh trường lớn ( sai số lên đến 140%) Vì cách xác định dực chế phá hoại đất xung quanh cọc, thực tế cọc bị phá hoại cắt - Trong phương pháp giải tích phương pháp Vitkar Nadhav 1975 cho kết phù hợp với kết nén tĩnh trường (sai số 6.6%) - Trong phương pháp giải tích phương pháp Vesic 1972 cho sai số lớn (sai lệch với kết nén tĩnh trường 98%) - Từ thấy chế phá hoại thực tế cọc vật liệu rời trường gần với dạng phá hoại cắt II Kiến nghị ¾ Tính tốn độ lún gia cố cọc vật liệu rời phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis 3D Foundation phương pháp đáng tin cậy thiết kế xử lý Ngồi tính lún theo phương pháp Priebe 1995 phương pháp giải tích tính tốn độ lún gia cố cọc vật liệu rời ¾ Khi tính toán hệ số giảm ứng suất SRR hệ số tập trung ứng suất (n) áp dụng phương pháp cân Aboshi 1979 tỷ diện tích thay gia cố cọc vật liệu rời (as < 0.15) phần mềm Plaxis 3D Foundation để xác định ¾ Việc chọn lựa thơng số vật liệu gia cố ảnh hưởng đến hệ số giảm ứng suất SRR hệ số tập trung ứng suất (n) Do giá trị thơng số mơ đun vật liệu làm cọc, góc ma sát vật liệu, mơ đun lớp san lấp nên chọn lớn - 117 - ¾ Khi tính tốn sức chịu tải cực hạn cọc vật liệu rời nên tính tốn theo quan niệm bàn nén trường chế phá hoại cọc phá hoại vật liệu làm cọc (phình ra, bị cắt hay chọc thủng) Do tính tốn sức chịu tải cọc bê tông cốt thép chưa ứng xử với chế phá hoại cọc sức chịu tải lúc xác định theo chế phá hoại đất xung quanh cọc - 118 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc Ần – Kỹ Thuật móng - NXB Đại Học Quốc Gia TP HCM Châu Ngọc Ẩn – Cơ Học Đất – NXB Đại Học Quốc Gia TP HCM Võ Phán – Phân tích tính tốn móng cọc - NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Dũng- Cơ học đất – NXB KH&KT D.T Bergado, J.C Chai, M.C Alfaro, A.S Balasubramaniam – Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng – NXBGD Robert F Craig (July 1996) Soil mechanics (sixth edition) Department of Civil Engineering, University of Dundee, United Kingdom S Hansbo (1981) Consolidation of fine – graind soils by prefabricated drain Professor of Geotechnical Engineering, Chalmers University of Technology, Gotthemburg, Sweden Jean Marc Debats - Final report of Chiriqui Grande Phase II, Panama Technical papers – Vibroflotation Europe, 1445 Chemin des Lauves, BP 320- 13609 Aix-en-Provence Cedex 1, France 10 Technical Guide – Communication Deparment – Soletanche Bachy (May 2011) 11 Design and Construction of Stone Column Vol I - II – School of Civil Engineering Georgia Institute of Technology Atlanta, Georgia 30332 12 Asaoka, A (1978), Observational procedure ot settlement prediction, Soil and Foundations Vol.18 13 Abhijit and De P.K (1996) The stress concentration Ratio in Soil – Stone column Interaction Twelft South East Asian Geotechnical Conference, Kuala Lumpur - 119 - 14 Aboshi, H and Suematsu, N (1985) The Sate of The Art on Sand Compaction Pile Method Geotechnical Seminar on Soil Improvement Method Nanyang Technological Institute, Singapore 15 Greenwood D A and Kirsch K (1983) Specialist Ground Treatment by Vibratory and Dynamic Method Thomas Telford London 16 Priebe H J (1995) The Design of Vibro Replacement Ground Engineering Journal 17 Vesic A S (1970) Test on Uninstrumented Pile, Ogeechee River Site American Society of Civil Engineers, United States of America 18 A web-based information system for geoconstruction technologies and performance of stone column reinforced ground - Iowa State University Digital Repository @ Iowa State University TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN Họ tên: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN Ngày sinh: 21 tháng 04 năm 1985 Nơi sinh: Hậu Giang Địa chỉ: Lương Tâm, Long Mỹ, Hậu Giang Điện Thoại: 0988233505 Email: chungnguyen1985@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2005 – 2010: Sinh viên trường Đại học Cần Thơ 2011 – 2013: Học viên cao học ngành Địa Cơ Nền Móng, K2011_đợt2, trường Đại học Bách Khoa Tp HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC Tháng 12/2009: Tốt nghiệp Kỹ sư Xây Dựng, chuyên ngành Xây Dựng Dân Dụng Công Nghiệp, trường Đại học Cần Thơ Tháng 01/2010 – 11/2011: Làm việc công ty CP Đầu Tư Xây Dựng Thành phố Cần Thơ ... Nhiệm vụ: Nghiên cứu gia cố đất yếu cơng trình kho cọc vật liệu rời Nội dung Mở đầu: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan cọc vật liệu rời Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn cọc vật liệu rời Chương... nên kết nghiên cứu đại diện cho khu vực định -4- CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CỌC VẬT LIỆU RỜI 1.1 Tổng quan cọc vật liệu rời (Stone Column) Cọc vật liệu rời giải pháp gia cố xứ lý đất yếu, xuất... dày lớp đất yếu cần gia cố làm tăng nhanh trình cố kết lớp đất yếu kết hợp gia tải trước Để tính tốn ổn định độ lún cơng trình khả chịu tải cọc vật liệu rời cho gia cố tác giả nghiên cứu, tiếp