Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu
2.2.3. Tính chất xây dựng của đất hỗn hợp
Đặc tính xây dựng của đất hỗn hợp đã được nghiên cứu đầy đủ về khả năng chịu tải giới hạn, lún và ổn định nói chung. Trong phần tiếp theo trước hết là trình bày những mối quan hệ cơ bản của đất hỗn hợp cũng như cơ chế phá hoại của cọc vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất. Sau đó giới thiệu khả năng chịu tải giới hạn, độ lún và ổn định của đất hỗn hợp bằng những nghiên cứu thực nghiệm và phân tích.
• Những mối quan hệ cơ bản.
Vùng đất chịu ảnh hưởng xung quanh cọc vật liệu rời được coi gần đúng bằng diện tích hình tròn tương đương. Đối với các cọc vật liệu rời bố trí theo sơ đồ tam giác đều, vòng tròn tương đương có đường kính hiệu quả là:
De=1,05.S (2.1) Còn theo sơ đồ hình vuông:
De=1,13.S (2.2) ở đây: S là khoảng cách giữa các cọc vật liệu rờị
Sơ đồ tam giác đều cho độ chặt của đất bao quanh vùng đất bao quanh cọc tốt nhất.
Trụ đất hỗn hợp có đường kính De gồm đất chịu ảnh hưởng xung quanh và một cọc vật liệu rời được coi là một đơn nguyên.
Tỷ diện tích thay thế là tỷ số giữa diện tích của cọc vật liệu rời với diện tích toàn bộ trụ đất tương đương trong phạm vi một đơn nguyên và được thể hiện như
sau: as= c A + s S A A : (2.3)
ở đây: As: Là diện tích ngang của cọc vật liệu rờị
Ac: Là diện tích ngang của đất sét xung quanh cọc.
Tỷ diện tích thay thế cũng có thể biểu thị bằng đường kính D và khoảng cách S của cọc vật liệu rời như sau:
as=C1*(D
S )2 (2.4)
ở đây: C1 là hằng số phụ thuộc dạng bố trí cọc vật liệu rờị Nếu bố trí hình vuông thì C1=π/4. Theo dạng tam giác đều thì:
Theo dạng tam giác đều thì: C1= π
2 3 (2.5)
Khi đất hỗn hợp chịu tải, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự tập trung ứng suất xuất hiện trên cọc vật liệu rời sẽ kèm theo giảm ứng suất trong đất sét ít cứng chắc hơn ở xung quanh. Điều này có thể giải thích là khi chất tải, độ lún của cọc vật liệu rời và đất xung quanh xấp xỉ nhau, cho nên ứng suất sẽ tập trung trên cọc vật liệu rời vì cọc có độ cứng lớn hơn đất dính và đất rời xốp ở xung quanh. Sự phân bố ứng suất thẳng đứng trong phạm vi một đơn nguyên cũng có thể biểu thị bằng hệ số tập trung ứng suất sau: n=σ σ 3 c : (2.6) ở đây:
σs: Là ứng suất trên cọc vật liệu rờị σc: Là ứng suất trên đất dính xung quanh.
Độ lớn tập trung ứng suất cũng phụ thuộc vào quan hệ giữa độ cứng của cọc vật liệu rời và đất xung quanh. ứng suất trung bình σ trên diện tích một đơn nguyên tương ứng với tỷ diện tích thay thế đã cho as như sau:
σ=σs*as+σc*(1-as ) ; (2.7) ứng suất trên cọc và trên đất sét biểu thị qua hệ số tập trung ứng suất là: σs=[ n as] n * ) 1 ( 1 * − + σ =às*σ ; (2.8)
σc=
[1+(n−1)*as]
σ = àc*σ ; (2.9)
ở đây: às và àc tỷ số ứng suất trên cọc và trên đất sét so với ứng suất trung bình trên diện tích một đơn nguyên.
• Cơ chế phá hoại
Trong thực tế cọc vật liệu rời thường được xây dựng xuyên qua toàn bộ lớp đất sét yếu nằm trên điạ tầng rắn chắc(cọc chống). Cũng có thể là những cọc mà mũi của chúng chỉ trong phạm vi đất sét yếu (cọc treo). Các cọc vật liệu rời có thể bị phá hoại riêng từng cọc hoặc cả nhóm. Cơ chế phá hoại đối với một cọc đơn được minh hoạ trên hình vẽ. Có các dạng phá hoại sau:
2- 3D D Ma sát mặt bên Sức kháng mũi cọc c) Cọc ngắn là cọc treo - phá hoại trượt b) Cọc ngắn là cọc chống - phá hoại cắt b) Cọc đá dài là cọc chống hoặc cọc treo- phá hoại phình 2 bên
Hình 2.1: Cơ chế phá hoại cọc đơn vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất (Theo Barksdale và Bachus, 1983)