2.1. Mô hình lưới phần tử và điều kiện biên
Kho chứa than là một hạng mục quan trọng thuộc dự án Nhiệt điện Thái Bình 2 được xây dựng tại xã Mỹ Lộc, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình. Phân tích PTHH ba chiều bằng phần mềm Plaxis 3D đã được nhóm tác giả sử dụng để tính toán kết cấu móng cọc kích thước lớn cho dự án này. Trong số ba kho than (kho than 1, kho than 2 và kho than 3), kho than 1 và 2 có kích thước lớn nhất với giá trị chiều dài và chiều rộng lần lượt là 255m và 52.5m. Để đảm bảo mô hình trên phần mềm Plaxis 3D phản ánh đúng điều kiện làm việc thực tế của kho chứa than số 1 nhóm tác giả chọn kích thước mô hình với chiều rộng 52.5m và chiều dài bằng một nửa chiều dài thực của kho than tức là khoảng 127m.
Bảng 1. Thông số cọc PHC D400 và sàn bê tông trong Plaxis 3D
Thông số Cọc PHC D400 Sàn Đơn vị
E Môđun Young 3.7E7 3.0E7 kPa
γ Trọng lượng vật liệu cọc 23.5 23.5 kN/m3
D Đường kính ngoài của cọc 0.4 - m
t Chiều dày thành cọc/ chiều dày sàn 0.08 0.4 m
Ttop,max Sức kháng bên lớn nhất tại đầu cọc - - kN/m Tbottom,max Sức kháng bên lớn nhất tại mũi cọc 500 - kN/m
Đất nền được rời rạc hóa bằng phần tử khối 15 nút, trong đó bao gồm 6 nút dạng tam giác theo phương ngang và 8 nút dạng tứ giác theo phương thẳng đứng.
Phương án cọc được đề xuất sử dụng là cọc bê tông cốt thép ly tâm dự ứng lực đường kính ngoài 400mm (PHC D400-Class A) và chiều dài thay đổi từ 35.5m ở vị trí tâm kho và giảm xuống 29.5m ở vị trí biên kho. Lý do nhóm tác giả chọn chiều dài cọc thay đổi là do tải trọng của công trình có dạng hình thang và để đảm bảo sàn kho than lún đều trong quá trình sử dụng và không bị nứt vỡ.
Các cọc được mô hình bằng phần tử Embedded pile. Để tránh ảnh hưởng của quá trình chứa than đến nền đất, sàn bê tông với chiều dày 0.4m được bố trí trên đầu cọc và được mô hình bằng phần tử Plate. Thông số chính cho các kết cấu này được tổng hợp trong Bảng 1.
2.2. Điều kiện địa chất
Điều kiện địa chất ban đầu của kho than có phân bố lớp đất yếu rất dày, do đó nếu áp dụng giải pháp móng bè cọc thì cọc sử dụng sẽ có đường kính rất lớn (cọc BTCT ly tâm DƯL D700 – Class A và chiều sâu lên đến 45m) để đảm bảo ổn định trong quá trình khai thác. Sau khi, phân tích các ưu nhược điểm của từng phương án nhóm tác giả đã đề xuất:
+ Giai đoạn 1: Trước khi thi công kết cấu móng cọc, kho chứa than đã được xử lý nền bằng phương pháp cố kết hút chân không kết hợp bấc thấm với tải trọng thiết kế là 50kPa. Các thông số chính của đất như chỉ số SPT, qc và Su sau xử lý tăng lên 1.2÷3.4 lần so với khi chưa xử lý [8]. + Giai đoạn 2: Thi công cọc & thi công kết cấu sàn của kho than. Như vậy, do nền đất yếu đã được xử lý làm tốt lên trong giai đoạn 1 vì vậy giảm được hiệu ứng ma sát âm cho cọc nên kết cấu móng cọc sẽ đảm bảo tối ưu về kinh tế và kỹ thuật.
Hình 3 thể hiện mặt cắt địa chất cũng như một số thông số cơ lý từ thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường (SPT, CPTu, VST) sau khi xử lý. Nằm trên cùng là lớp cát san lấp (lớp 1) với chiều dày khoảng 5m, phía dưới lớp đất này là các lớp 2-Sét dẻo và lớp 3-Bụi lẫn cát với chiều dày cả hai lớp khoảng 5m. Lớp cát đầu tiên được tìm thấy ở chiều sâu khoảng 12m và chiều
Hình 1. Mặt bằng kho chứa than
Hình 2. Mô hình PTHH 3 chiều cho kho chứa than bằng Plaxis 3D
dày khoảng 2m là lớp 4-Cát, trạng thái chặt vừa. Nằm phía dưới lớp cát này là ba lớp 5,6 và 7-Sét dẻo/bụi lẫn cát với chiều dày khoảng 20m và sức kháng cắt không thoát nước Su khoảng 30kPa. Mặt cắt địa chất kho chứa than cho thấy các lớp 8, 9, 10 và 11 nằm ở chiều sâu khoảng từ 32m có sức chịu tải cao và dự kiến sẽ đặt mũi cọc vào các lớp đất này.
Trong tính toán, mô hình Mohr-Colomb được sử dụng để mô phỏng ứng xử của các lớp đất. Thông số chính của các lớp đất được tổng hợp trong bảng 2.
2.3. Điều kiện tải trọng
Tải trọng tác dụng lên nền đất là tải trọng bản thân của vật liệu than với giá trị khối lượng thể tích γ = 14 kN/m3 và góc nghỉ là Ɵ = 38o. Sơ đồ chất tải của vật liệu than là hình tam giác với cạnh đáy là 52.5m và chiều cao là 20.5m. Để tính toán thiết kế, sơ đồ tải trọng này được quy đổi về các cấp tải trọng khác nhau được thể hiện như hình 4.
2.4. Hiệu chỉnh thông số trong Plaxis 3D sát với kết quả thí nghiệm hiện trường
Để xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng nhóm cọc, từ kết quả số liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc thực tế tại kho chứa than với khối lượng 8 cọc/ 1 kho chứa, việc hiệu chỉnh thông số cọc trong phần mềm Plaxis 3D sẽ được thực hiện bằng việc thay đổi giá trị Rinter trong khai báo phần tử Interface của tất cả các lớp đất cũng như giá trị sức kháng cực hạn (Ttop,max, Tbottom,max và Fmax) của cọc cho đến khi biểu đồ nén tĩnh hiện trường sát với biểu đồ nén tĩnh được mô hình trong Plaxis
3D.
Sau khi hiệu chỉnh, các giá trị này được tổng hợp trong bảng 3 và sẽ được sử dụng để tính toán cho toàn bộ hệ móng cọc kích thước lớn.