Nghiên cứu ứng xử của hệ móng bè trên nền đất yếu gia cố bằng trụ SDCM
MỤC LỤC
Bối cảnh và tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, với tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng, các khu dân cư, cụm công nghiệp phát triển dần ra các vùng ven, mà đa phần ở phía Nam Việt Nam là những khu vực đất yếu như Nhà Bè, Quận 7, Cần Giờ hay các tỉnh thuộc vùng Đồng bằng Sông Cửu Long. Do đó, một số nhóm nghiên cứu đã phát triển nhiều loại trụ đất xi măng cải tiến nhằm khắc phục các nhược điểm trên như trụ đất xi măng chữ T (T-shaped deep cement mixing piles) hay trụ đất xi măng có cốt cứng (stiffened deep cement mixing piles – SDCM).
Tính mới của nghiên cứu
Qua đú nhận thấy khi vật liệu cọc lừi cứng hơn bờ tụng cốt thép B5 hoặc gỗ bạch đàn, hiệu quả làm việc của trụ SDCM có thể xem như không thay đổi. Từ kết quả cho thấy sự cần thiết phải xem xét hiệu ứng mở rộng trụ SDCM cho các trường hợp có tỷ lệ thể tích cọc lừi lớn hơn 0.2.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đồng thời, ảnh hưởng của hiệu ứng mở rộng trụ SDCM do sự chiếm chỗ của cọc lừi lờn sự làm việc của trụ cũng được xem xột. Ngoài ra, nghiên cứu còn xem xét tính khả thi khi ứng dụng trụ SDCM như trụ gia cố và chịu lực cho hệ móng bè của công trình.
NGHIấN CỨU ỨNG XỬ CỦA TRỤ ĐẤT XI MĂNG Cể CỐT CỨNG TRONG NỀN ĐẤT YẾU
Thí nghiệm thử tải hiện trường
Thí nghiệm thử tải đứng được tiến hành với sơ đồ như Hình 2.2 gồm hệ thống gia tải bằng kích thủy lực và đối trọng. Thí nghiệm thử tải ngang được tiến hành với sơ đồ như Hình 2.3 gồm hệ thống kích thủy lực tựa vào vách hố đào.
![Hình 2.1. Thông số địa chất tại AIT, Bangkok từ các thí nghiệm [4].](https://media.store123doc.com/figures/003/410/hinh-thong-dia-chat-ait-bangkok-thi-nghiem-3410031.webp)
Thông số mô phỏng 1. Thông số hình học
Ứng xử vật liệu được dựng là ứng xử non-porous với mục đích không xét đến áp lực nước lỗ rỗng trong hai vật liệu này, từ đó thuận lợi hơn trong phân tích ứng suất trong trụ SDCM thay vì các nghiên cứu trước dùng ứng xử undrained cho vật liệu đất xi măng. Tuy nhiên, khái niệm “treo” và “chống” trong nghiên cứu này chỉ nhằm phân biệt hai trường hợp và không có ý nghĩa trong việc phân tích sự làm việc của trụ, trong đó, trụ chống SDCM có mũi trụ tựa vào lớp đất sét nửa cứng, trụ treo SDCM có mũi trụ nằm trong lớp sét yếu.
Phân tích và kiểm chứng ứng xử mở rộng của trụ SDCM
Trong khi đú nếu hiệu ứng mở rộng của trụ SDCM với chiều dài lừi 6.0 m được xét đến, đường cong tải trọng – chuyển vị ngang mô phỏng cho kết quả tương thích cao với đường cong thí nghiệm và chênh lệch sức chịu tải ở mức 1.2%. Dù giá trị chênh lệch 5% của trường hợp không xét hiệu ứng mở rộng nằm trong phạm vi có thể bỏ qua, nhưng với kết quả mô phỏng trong Hình 2.13 có thể thấy sự khác biệt ở những giá trị biến dạng ngang lớn của trụ SDCM có xét và không xét hiệu ứng mở rộng do sự chiếm chỗ của cọc lừi. Từ kết quả kiểm chứng với đường cong nén lún và đường cong tải trọng – chuyển vị ngang của trụ SDCM cú xột hiệu ứng mở rộng do chiếm chỗ của cọc lừi, việc xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng mở rộng là cần thiết và hiệu ứng này cần được xem xột kể đến khi tỷ lệ thể tớch cọc lừi trờn 0.10.
Ảnh hưởng của hiệu ứng mở rộng lên sức chịu tải đứng của trụ SDCM Tiếp theo, ảnh hưởng của hiệu ứng mở rộng trụ SDCM lên sức chịu tải của trụ SDCM được tiến hành khảo sỏt với nhiều chiều dài và diện tớch tiết diện cọc lừi.
Phân tích ứng xử của trụ SDCM chịu tải trọng đứng
Túm lại, khi độ cứng và cường độ của cọc lừi và đất xi măng tăng, tải trọng đứng được truyền vào đất nền thụng qua cọc lừi và bao đất xi măng tốt hơn từ đú tận dụng tốt hơn sức chịu tải đất nền, giúp sức chịu tải đứng của trụ SDCM có thể tăng đến 30% với trụ chống và 20% với trụ treo. Khi độ cứng và cường độ vật liệu trụ tăng, với trường hợp cọc lừi treo, chuyển vị đứng xảy ra do biến dạng ở phần DCM tại mũi cọc lừi và đất nền dưới mũi trụ, do lỳc này phần trụ được gia cố cọc lừi cú độ cứng lớn nờn biến dạng bản thõn bộ giỳp truyền tải trọng xuống phần mũi cọc lừi. Ảnh hưởng của thông số vật liệu đến nội lực trong trụ SDCM chịu tải đứng Biểu đồ lực dọc trong toàn bộ trụ SDCM và riờng cọc lừi được khảo sỏt và phõn tớch nhằm đỏnh giỏ ảnh hưởng của độ cứng và cường độ của cọc lừi và đất xi măng lên nội lực trong trụ SDCM.
Do khi cọc lừi xuyờn suốt trụ DCM, do độ cứng lớn hơn, cọc lừi chuyển vị và xuyờn qua phần bao đất xi măng ở mũi trụ SDCM nên lúc này lực dọc chỉ phụ thuộc vào diện tích mũi tiếp xỳc, với diện tớch tiết diện bộ, cả 2 trường hợp độ cứng cọc lừi đều nhận phản lực có giá trị bé và gần như nhau. Đối với trường hợp trụ chống SDCM với cọc lừi treo 4.0 m, khi cường độ đất xi măng là 400 kPa, trường hợp cọc lừi Vật liệu 1 xảy ra phỏ hoại ở vị trớ đầu trụ cho cả cọc lừi và đất xi măng do cả 2 vật liệu này đều cú cường độ thấp, ngoài ra ứng suất của đất xi măng ở mũi cọc lừi cũng tiếp cận giới hạn nhưng chưa xảy ra phỏ hoại. Đối với trường hợp trụ treo SDCM với cọc lừi treo 4.0 m, dạng phỏ hoại cũng tương tự trường hợp trụ chống, tuy nhiờn vựng phỏ hoại đất xi măng dưới mũi cọc lừi bé hơn so với trường hợp trụ chống do chuyển vị của trụ treo lớn hơn sẽ hạn chế khả năng truyền lực trong trụ SDCM.
Phân tích ứng xử của trụ SDCM chịu tải trọng ngang
Kết quả này có nguyên nhân từ việc trụ SDCM có cường độ đất xi măng thấp bắt đầu phá hoại sớm hơn do đó khi ở chuyển vị ngang 10 mm, đã xuất hiện nhiều điểm phá hoại hơn so với các cường độ đất xi măng lớn hơn khiến chuyển vị ngang đạt đến giá trị giới hạn sớm hơn. Tóm lại, khả năng làm việc của trụ SDCM chịu tải trọng ngang phụ thuộc lớn vào khả năng chịu uốn của vật liệu trụ do đó sức chịu tải ngang cực hạn của trụ SDCM có thể tăng đến 68% và sức chịu tải ngang thiết kế có thể tăng đến 2 lần khi độ cứng và cường độ của cọc lừi và đất xi măng tăng. Ngoài ra, trong điều kiện địa chất này, trụ SDCM bắt đầu phá hoại ở vật liệu trụ trước khi bắt đầu phá hoại đất nền do lớp đất phong hóa bề mặt cú cường độ khụng quỏ yếu trong khi vật liệu trụ là đất xi măng và lừi bờ tụng có cường độ chịu kéo thấp.
Khả năng làm việc của trụ SDCM chịu tải trọng ngang phụ thuộc lớn vào khả năng chịu uốn của vật liệu trụ do đó sức chịu tải ngang cực hạn của trụ SDCM có thể tăng đến 68% và sức chịu tải ngang thiết kế có thể tăng đến 2 lần khi độ cứng và cường độ của cọc lừi và đất xi măng tăng.
NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG Cể CỐT CỨNG
Thông số mô phỏng
Như vậy, trụ DCM/SDCM không liên kết với bè và chỉ thực hiện nhiệm vụ gia cố nền đất yếu. Mụ hỡnh vật liệu cho đất nền, trụ đất xi măng và cọc lừi trong bài toỏn múng trên nền trụ SDCM được sử dụng có thông số vật liệu tương tự như bài toán trụ đơn SDCM ở Chương 2. Toàn bộ thông số cơ bản khai báo trong mô hình PLAXIS được tổng hợp và trình bày trong.
Tổng hợp thông số vật liệu trong mô hình PLAXIS cho bài toán hệ móng bè trên nền trụ SDCM.
Phân tích ứng xử của hệ móng bè trên nền đất yếu gia cố bằng trụ SDCM Trong nghiờn cứu khảo sỏt thụng số này, thụng số độ cứng cọc lừi được thay
Bên cạnh đó, độ lún của hệ móng bè cũng giảm khi tăng chiều dài cọc lừi và với trụ SDCM cọc lừi dài 4.0 m và độ cứng từ 4.5 GPa cú thể gia cố nền cho hệ móng bè trong nghiên cứu thỏa mãn yêu cầu về biến dạng lún theo thiết kế với hiệu quả giảm lún lớn nhất có thể lên đến 2.15 lần. Với việc tăng sức chịu tải khi tải trọng được truyền xuống lớp đất tốt bên dưới, độ lỳn của hệ múng bố gia cố bằng trụ SDCM giảm khi độ cứng cọc lừi tăng với mức độ giảm lỳn giảm dần khi cọc lừi tăng và khụng đổi khi độ cứng cọc lừi lớn hơn 24.0 GPa và có cường độ chịu nén lớn hơn 13.0 MPa. Bên cạnh đó, độ lún của hệ móng bố cũng giảm khi tăng chiều dài cọc lừi và với trụ SDCM cọc lừi dài 4.0 m và độ cứng từ 4.5 GPa có thể gia cố nền cho hệ móng bè trong nghiên cứu thỏa mãn yêu cầu về biến dạng lún theo thiết kế và hiệu quả giảm lún lớn nhất có thể lên đến 2.15 lần.
- Để giảm chi phí vật liệu cho trụ SDCM, hoàn toàn có thể sử dụng những vật liệu cọc lừi cú độ cứng và cường độ thấp hơn đồng thời cú giỏ thành rẻ hơn như gỗ bạch đàn hay bê tông cường độ thấp như B5 để thay thế cọc bê tông cốt thép cường độ cao, mà vẫn đảm bảo các tiêu chí làm việc về sức chịu tải và chuyển vị của trụ.
