Hình 7: Miên ảnh hưởng tương ứng với các sơ đó bó trí cọc
Một cọc xi măng đất và vùng ảnh hưởng tương đương có đường kính De được xem là một phần tử đơn vị (unit cell) mà mỗi phắn tử đơn vị có diện tích bằng VỚI diện tích thực của miền đại diện. Phần tử đơn vị có thể được mô hình hóa như là khối đất tương đương hình trụ tròn được bao bọc bởi tường không ma sát như hình 8 (Barksdale & Bachus, 1983).
Hình 8: Mô hình phân tử đơn vj
Như trong hình 9, lượng đất thay thế bằng cọc xi măng đất trong một phẩn tử đơn vị có thể định lượng được bằng tỷ diện tích thay thế bằng công thức sau đây:
as = — ——
5 As+ Ac
(1)
Trong đó: A : Diện tích mặt cắt ngang cọc xi măng đất.
Hình 9: Sơ đó phân bỗ ứng suất lên nến gia có cọc CDM Aboshi (1979) đé nghị khi tải trọng tác dụng vào khói đất tương đương thì quá trình phân bố lại ứng suất sẽ xảy ra do sự khác biệt về độ cứng giữa cọc vật liệu rời và đất nén xung quanh khi mà chuyển vị đứng giữa hai thành phần này xấp xỉ bằng nhau, ứng suất tập trung vào c ọ c xi măng đất sẽ dẫn đến sự giảm ứng suất tác dụng vào đất nển xung quanh. Sự phân bố ứng suất đứng trong phán tử đơn vị co thể được diễn tả bằng hệ số tập trung ứng suẫt n.
Trong đó: ơ5: ứng suất đứnợ trên cọc. oc: ứng suất đứng trên nén đất xung quanh cọc. ứng suất đứng trung bình trên một phần tử đơn vị tại một tỷ diên tích thay thế a diên tả bằng công thức:
ơ = ơsas+ơc(1- a s) (3)
Thay phương trình (2) vào (3), ứng suất đứng tác dụng vào cọc và đát xung quanh có thể được biểu diễn bằng biểu thức:
ƠC=[ Ĩ T ( ^ ĩ = ^ (4)
nơ
CTs=[ ï ï ( ^ î = ^ ®
Với JJS và pc là hệ số tập trung ứng suất trong cọc và trong đất nền, là tỷ số giữa ứng suất trong cọc (hoặc đất nển) VỚI ứng suất trung bình của phẩn tử đơn vị.
Năm 1970, Aboshi và các cộng sự đã thực hiện nhiều thí nghiệm 3 trục trên các mẫu đất hỗn họp và quan sát rằng hệ số tập trung úing suất n gia tăng dẩn theo mức độ cố kết của đất và đạt giá trị từ 4-7 vào cuối giai đoạn cố kết. Dựa vào những số liệu quan trắc tại những công trình ỏ Nhật bản, trong đó as dao động trong khoảng từ 10% đến 60%, lchlmoto và Suematsu quan sát thấy giá trị n thay đổi từ 4 -6 sau khi tác động tải trọng. Barksdale và Bachus cũng đã tổng hợp tỷ lệ phân bố ứng suất từ những số liệu hiện trường và những giá trị này dao động trong phạm vi từ 2 đến 5.
4.ĐẶCTÍNH VẬT LIỆU CỦA cọc XIMÂNGĐẤT Mối quan hệ tương quan giữa các thông số đặc trưng cho tính chất vật liệu của cọc xi măng đất được trinh bày ở mục 4.1 đến mục 4.5 (George M. Filz and Michael p. Navin, 2006).
4 .1 . Thông số sức kháng cắt
Có nhiéu quan điểm khác nhau trong việc xác định các thông số sức kháng cắt của cọc xi măng đất. Masaaki Terashi chl ra rằng trong thực tế thiết kế ở Nhật Bản thường dùng thông số sức kháng cắt của cọc xi măng đất cp = 0 và c u = với q là cường độ kháng nén một trục. Theo Brom (2003) thì (p = (25°-30°). Theo EuroSoilStab (2002) và Calsten và Ekstrom (1997) thì <p = 30°, trong điều kiện thoát nước, giá trị lớn nhất của c = 1 50kPa. Theo tiêu chuẩn Mỹ FHWA - SA - 98-86, lực dính của cọc xi măng đất cu = (10-50JC đ của đất nén.
4 .2 . Thông so m o d u le biến dạng
Giá trị module pháp tuyến Eso có mối liên hệ với cường độ khang nén một trục của cọc xi măng đất. ĐỐI VỚI phương pháp trộn khô, E50 = (50-250)q (Baker 2000, Broms 2003, Jacobson và et al. 2005); đối với phương pháp trộn ướt, E50 = (75-1000)q (Ou et al. 1996). Theo tài liệu EụroSoilStab (2002), E50 = (50-1000)Cu với Cu lầ sưc kháng cắt của vật liệu làm cọc.
4 .3 . Hệ số poisson
Giá trị hệ số Poisson V = (0,25=0,50) (CDIT 2002, McGinn và O'Rourke 2003, Terashi 2003, Porbaha et al. 2005).
4 .4 . Dung trọ n g tự nhiên
Theo CDIT Nhật Bản (2002), dung trọng tự nhiên của đất gia cố tăng từ 3%-15% so VỚI đất chưa gia cố. CDM (1985) chỉ ra rằng, đối với đất được xử lý theo phương pháp trộn ướt, sự thay đổi dung trọng tự nhiên khong đáng kể. Theo tài liệu của dự an Boston Central Artery/Tunnel Project, McGinn và O'Rourke (2003), dung trọng tự nhiên của đẩt gia cố giảm đáng kể do dung trọng tự nhiên ban đầu của đất sét là tương đối
cao và nước được thêm vào hỗn hợp trong quá trình trộn xi măng với bùn.
4.5. Hệ số thấm của cọc xi măng đất
Hệ số thấm của cọc xi măng đất giảm so với đất chưa xử lý. Theo Kawasaki (1981) thì hệ số thấm của đất xử lý bằng (1/10-1/20) so với đất chưa xử lý.
Trong phương pháp trộn ướt, khi tăng tỷ lệ xi măng và hàm lượng bentonite thì sẽ giảm hệ số thấm, xem xét chức năng thoát nước trong trường hợp này. Hệ số thấm có giá trị từ 3,3x10"7 = 3,3x10'8 (cm/s) (Bruce 2002). Trong phương pháp trộn khô hệ số thấm tăng từ 10-7- 100 lẩn so với đất tự nhiên, theo kết quả thí nghiệm hiện trường của Baker (2000).
5. MÔ HÌNH PLAXIS KẾT CẤU TƯỜNG CHẮNTRÊN HỆ CỌC BTCT KẾT HỢP VỚI cọc XI MÃNG TRÊN HỆ CỌC BTCT KẾT HỢP VỚI cọc XI MÃNG ĐẤT GIA CỔ NÉN ĐỂ BẢO VỆ BỜ SÔNG
Công trình được tác giả mô phỏng là công trình Kè bảo vệ sông Sài Gòn, Quận 2 - TP. Hồ Chí Minh. Tường chắn dạng gạch Block cao 3,2m để làm kết cấu bao che, bên dưới tường là các cọc bê tông cốt thép dự ứng lực (cọc PC
D350 dài 20m), phía trong tường gạch Block là tường vải địa kỹ thuật cuộn cát đầm chặt, bên dưới tường vái địa kỹ thuật gla cố nển bằng cọc xi măng đất dài 10,0m, có hoạt tải do xe, máy thi công q = 10kPa (Hồ sơ thiết kế, khảo sát địa chất công trình Kè bảo vệ sông Sài Gòn, Quận 2 -TP Hồ Chí Minh, 2012).
Tác giả đưa ra bốn sơ đổ bố trí cọc CDM khác nhau (Hình 11) nhưng vẫn đảm bảo tỷ diện tích a = 0,26 và chiếu dài cọc xi măng đất gia cố L =10,Om, đường kính cọc thay đổi từ D=(0,6=1,5). Mặt cắt ngang đại diện của tường chắn thể hiện ở hình 10.
_ tiiiti j_ Soè'
Hình 10; Mặt cát ngang tưởng chắn kết hợp với hệ cọc BĨCT và gia có nén bằng cọc xi măng đát
Sử dụng phẩn mém địa kỹ thuật Plaxis 2D để phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn. Xem hàng cọc trong đất như một tường cọc bản tương đương, tường cọc bản có độ cứng trên một đơn vị bề rộng tương (Đặng Hữu Chĩnh, 2004):
C ọc Đ á ỉ Tường CỌC bản lương dương
Hình 12: Quy đổi độ cứng tương đương giữa cọc và đát nén
Độ cứng khi uốn (EI)Iđ mô phỏng như sau: (EỈ)tđ = [(EI)C9C + (EI)J / ( Khoảng cách 2 cọc)(7) Trong đó:
(El)td - Độ cứng chống uốn tương đương từ cọc và đất.
(El) - Độ cứng chống uốn của cọc. (El)dj, - Độ cứng chống uốn của đất giữa 2 hàng cọc (rất nhỏ so với cọc nên bỏ qua).
Độ cứng khi nén (EA)tđ mô phỏng như sau: (EA)td = (EA)cọc/A chung (8) Trong đó:
(EA)td - Độ cứng khi nén tương đương từ cọc và đat.
(EA) - Độ cứng khi nén của cọc. A h - Diện tích của cọc và đất.
Từ module đàn hồi, sức kháng cắt của cột xi măng đất và của đất nền xung quanh cọc, quy đổi thành một dãy cột xi măng đất có bể rộng bằng với đường kính của cột xi măng đất ban đầu và có module đàn hổi tương đương như sau (George M. Filz and Michael p. Navin, 2006):
CO
Acol . ‘<zz' .
d ;
AM
_w
Hình 13: Quy đổi module đàn hói và sức kháng cắt tương đương cột xi mãng đát As 3s AAp (9) ^td ~ as^coc + 0 — as )^nen (10) Q d = asQoc + (1_ as T-nen (11) Trong đó:
as: Tỷ diện tích gia cố cọc xi măng đất. A : Diện tích gia cố cọc xi măng đất. Ap: Diện tích nền cần thay thế.
Esol|/Eco|: Module đàn hồi đất nén, module đàn hổi của cọc.