Về độ lún ổn định S tính theo PP giải tích: Kết quả S = 0,630 m. Kết quả này được tính tốn từ bản tính Excel (lập theo PP giải tích - Mục 2.3). Cụ thể:
Độ lún của lớp nền 1 (chỉ có 1 lớp dày 15,3m):
3.2.3. Phần đánh giá, phân tích kết quả tính tốn (Bài tốn 2):
Về kết quả hệ số an toàn SF = 1,488 (theo tài liệu địa chất trong giai đoạn kiểm định): Kết quả đạt yêu cầu Nền đất yếu dưới khối san lấp đạt ổn định về cường độ tại thời điểm khảo sát kiểm định. Đồng thời, qua mô tả biểu hiện sự cố [6]
từ khi cơng trình hồn thành đến thời điểm khảo sát kiểm định có thể nhận thấy chỉ xảy ra hiện tượng lún nền (ở mức độ tương đối cao và tiếp tục diễn biến), mà khơng có biểu hiện của việc nền mất ổn định về cường độ.
Về kết quả tính tốn độ lún S (theo tài liệu địa chất trong giai đoạn kiểm định): Độ lún theo Plaxis (S = 0,561 m) có sự chênh lệch không quá lớn so với độ lún theo PP giải tích (S = 0,630 m) và cả 2 kết quả đều cho kết quả độ lún tương đối cao (xấp xỉ 0,60 m). Sự chênh lệch của 2 kết quả độ lún theo Plaxis và theo PP giải tích có thể được đánh giá là do cách tính khác nhau của 2 phương pháp cũng như ảnh hưởng khác nhau của việc chọn các thông số đầu vào (với Plaxis thì thơng số E,
trong khi với PP giải tích thì thơng số e0, Cc quyết định chủ yếu đến giá trị độ
lún). Tuy nhiên, cả 2 kết quả đều chênh lệch khá xa so với độ lún tính tốn theo báo cáo kiểm định [6] với S = 0,95 m.
3.3 Bài toán 3: Trường THCS Đốc Binh Kiều – Khối 22 phòng học
Cơng trình bao gồm 2 hạng mục chính là San lấp mặt bằng và Khối 22 phịng học. Trong đó: hạng mục San lấp có chiều cao san lấp trung bình là 2,8 m (chưa kể 0,62 m tơn nền từ MĐSL đến cao độ nền nhà 0,00 m); hạng mục Khối 22 phòng học là một khối nhà gồm 01 trệt & 01 lầu, kết cấu khung dầm sàn BTCT tồn khối, tường gạch ngăn và bao che, móng cọc BTCT đúc sẵn, đài cọc (gồm đài 1 cọc & đài 2 cọc) nằm trong lớp cát san lấp. Công tác san lấp được thực hiện cuối năm 2005; Khối 22 phòng học được xây dựng năm 2006, đến năm 2007 đưa vào sử dụng. Sau 12 tháng sử dụng thì xảy ra lún sụt. Sau khi sửa chữa nhiều lần, cơng trình vẫn tiếp tục lún nứt. Tại thời điểm khảo sát kiểm định (năm 2014) toàn bộ nền lót gạch bên trong nhà (cao độ 0,00) đều bị lún sụp, hư hỏng; các đoạn tam cấp ngoài nhà hầu hết đều bị lún sụp; cột tại các vị trí khe lún có hiện tượng bị uốn cong; một vài vị trí sàn có xuất hiện vết nứt; tại các vị trí đầu cột nối với dầm có xuất hiện vết nút; tường gạch nhiều nơi bị nứt, bể (khu vực gần khe lún thì bị nứt, bể nhiều hơn). Nguyên nhân chính gây nên sự cố cơng trình được đánh giá là do cơng trình (bao gồm hạng mục San lấp) được xây dựng trên nền đất yếu, với bề dày trung bình khoảng 30 m là sét yếu trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy, chảy (có NSPT = 2÷10). Việc
nền đất yếu và khối san lấp bị lún dẫn đến hiện tượng ma sát âm (MSA) ảnh hưởng đáng kể lên sức chịu tải của cọc, gây ra sự lún và lún lệch tại một số vị trí móng cọc của cơng trình. Hơn nữa, ngồi ngun nhân thuộc yếu tố nền móng cịn có ngun nhân thuộc yếu tố kết cấu khung, chủ yếu do thiếu hệ giằng đài cọc tại các vị trí cần thiết hoặc độ cứng đơn vị của một số giằng chưa đạt yêu cầu nên đã làm phát sinh thêm chuyển vị xoay đài cọc (ngoài chuyển vị lún). Tuy nhiên, trong khuôn khổ Luận văn, nguyên nhân thuộc yếu tố kết cấu khung sẽ không được khảo sát – mà chủ yếu khảo sát các nguyên nhân thuộc yếu tố nền móng.
3.3.1. Theo báo cáo kiểm định [9] & Cơ sở tính tốn (Chương 2), các nội dung tính
tốn được thực hiện ở Bài tốn 3 sẽ bao gồm:
Mơ hình (hình học) tính tốn theo biến dạng phẳng (Plane Strain) được nhập vào Plaxis như Hình 3.7. Trong đó: Khối san lấp (2,8m) được quy thành tải phân bố; các lớp nền bên dưới khối san lấp căn cứ theo Tài liệu khảo sát địa chất trong giai đoạn thiết kế (2005). Thông số địa chất đầu vào xem các bảng số liệu tiếp theo (Bảng 3.5 & Bảng 3.6).
Hình 3.7. Mơ hình Plaxis – Bài tốn 3
Vận dụng Plaxis tính tốn hệ số an tồn của nền đất yếu chịu tải trọng từ khối san lấp bên trên. Các thông số đầu vào được liệt kê trong Bảng 3.5:
Thông số San lấp (2,8m) Lớp 1 (2,0m) Lớp 2A (9,0m) Lớp 2B (7,5m) Lớp 2C (4,5m) Lớp 3 (7,0m) Đơn vị Mơ hình Gia tải MC MC MC MC MC -
Ứng xử Gia tải Drained Drained Drained Drained Drained -
unsat 16,5 16,5 15,4 18,4 16,5 16,3 kN/m3 sat - 16,5 15,4 18,4 16,5 16,3 kN/m3 kx (giả định) - 1.10-4 2.10-3 1.10-4 1.10-4 2.10-3 m/day ky (giả định) - 1.10-4 1.10-3 1.10-4 1.10-4 1.10-3 m/day Eu - 1229 641 1653 1128 952 kN/m2 u - 0,495 0,495 0,495 0,495 0,495 - cu - 14 7,5 6,8 10,4 7,1 kN/m2 u - 6,73 3,03 6,17 3,88 4,96 độ - 0 0 0 0 0 độ
Ghi chú: MNN ngập hoàn toàn (đến cao độ MĐTN)
Vận dụng Plaxis tính tốn độ lún ổn định của nền đất yếu chịu tải trọng từ khối san lấp bên trên. Các thông số đầu vào được liệt kê trong Bảng 3.6:
Bảng 3.6. Thơng số đầu vào để tính tốn độ lún ổn định – Bài tốn 3
Thơng số San lấp (2,8m) Lớp 1 (2,0m) Lớp 2A (9,0m) Lớp 2B (7,5m) Lớp 2C (4,5m) Lớp 3 (7,0m) Đơn vị Mơ hình Gia tải LE LE LE LE LE -
Ứng xử Gia tải Drained Drained Drained Drained Drained -
unsat 16,5 16,5 15,4 18,4 16,5 16,3 kN/m3 sat - 16,5 15,4 18,4 16,5 16,3 kN/m3 kx (giả định) - 1.10-4 2.10-3 1.10-4 1.10-4 2.10-3 m/day ky (giả định) - 1.10-4 1.10-3 1.10-4 1.10-4 1.10-3 m/day E ref - 1090 577 1466 1000 857 kN/m2 ’ (giả định) - 0,33 0,35 0,33 0,33 0,35 -
So sánh kết quả độ lún theo Plaxis với kết quả tính lún theo PP giải tích được sử dụng.
Vận dụng tính tốn q trình cố kết của nền đất yếu chịu tải trọng từ khối san lấp bên trên. Kết quả tính tốn sẽ là cơ sở để phân tích (mang tính dự báo) mức độ ảnh hưởng của ma sát âm (MSA) theo thời gian lên sức chịu tải của móng cọc, đặc biệt là thời điểm MSA kết thúc. Các thơng số đầu vào cho bước tính tốn này theo Bảng 3.6, trong đó phần Material type (loại ứng xử vật liệu) được chuyển sang Undrained; đồng thời, chọn các giai đoạn cố kết đáp ứng yêu cầu tính tốn.
Phân tích ảnh hưởng của MSA lên sức chịu tải của móng cọc.
Đánh giá, phân tích các kết quả tính tốn (Bài tốn 3).
3.3.2. Các kết quả tính tốn (Bài tốn 3) như sau:
Về hệ số an toàn SF (Safety Factor):
Kết quả SF = Msf = 1,328 (xem Hình 3.8)
Về độ lún ổn định S tính theo Plaxis (Extreme total displ.): Kết quả S = 1,11 m (xem Hình 3.9)
Hình 3.9. Kết quả độ lún ổn định (Extreme total displ.) – Bài toán 3
Về độ lún ổn định S tính theo PP giải tích: Kết quả S = 1,072 m. Kết quả này được tính tốn từ bản tính Excel (lập theo PP giải tích - Mục 2.3). Cụ thể:
Độ lún tổng (các lớp 1, 2A, 2B, 2C & 3):
S = 0,238 + 0,573 + 0,083 + 0,076 + 0,102 = 1,072 m. Trong đó:
Độ lún của lớp nền 2A (dày 9,0m):
Độ lún của lớp nền 2B (dày 7,5m):
Độ lún của lớp nền 3 (dày 7,0m):
Kết quả (từ Plaxis) tính tốn q trình cố kết: Xem Bảng 3.7. Bảng 3.7. Kết quả tính tốn cố kết – Bài tốn 3
Giai đoạn cố kết Cộng dồn Độ lún (m) Độ cố kết (%) Độ lún còn lại (m) 5 ngày 5 ngày 0,519 47,18 0,581 10 ngày tiếp theo 15 ngày 0,583 53,00 0,517 20 ngày tiếp theo 35 ngày 0,648 58,91 0,452 30 ngày tiếp theo 65 ngày 0,707 64,27 0,393
Giai đoạn cố kết Cộng dồn Độ lún (m) Độ cố kết (%) Độ lún còn lại (m) 60 ngày tiếp theo 125 ngày 0,775 70,45 0,325 90 ngày tiếp theo 215 ngày 0,836 76,00 0,264 150 ngày tiếp 365 ngày 0,895 81,36 0,205 1,0 năm tiếp theo 2,0 năm 0,966 87,82 0,134 1,0 năm tiếp theo 3,0 năm 1,010 91,82 0,09 2,0 năm tiếp theo 5,0 năm 1,050 95,45 0,05 2,5 năm tiếp theo 7,5 năm 1,070 97,27 0,04 4,5 năm tiếp theo 12 năm 1,090 99,09 0,02 Kết thúc cố kết 21 năm 1,10 100 0
Kết quả Phân tích ảnh hưởng của MSA:
Trên cơ sở những quy định được nêu trong Bảng 2.3 và kết quả tính tốn cố kết từ Bảng 3.7 dẫn đến các đánh giá chung về mức độ ảnh hưởng của MSA lên sức chịu tải của cọc theo Bảng 3.8.
Bảng 3.8. Chiều dày tính tốn và mức độ ảnh hưởng của MSA – Bài toán 3
Các mốc thời gian (cộng dồn) Độ lún còn lại (m) Chiều dày
đất yếu Chiều dày có MSA hưởng của MSA Mức độ ảnh
5 ngày 0,581 7,0 m Cực đại (100%) 3,0 năm 0,09 5,0 m Giảm gần 35%
12 năm 0,02
10 m
0 Không ảnh hưởng
Ghi chú: Để tiện lợi cho phân tích (trong khn khổ Luận văn), có một số giả thiết sau:
+ Chiều dày yếu không bao gồm phần chiều cao của khối san lấp; + Không xem xét các yếu tố khác làm giảm MSA;
Kết quả tính tốn lực MSA cực đại [theo công thức (2.5)]: Qn(max) = Qn(1) + Qn(2A) = 21,1 + 72,7 = 93,8 (kN). Trong đó: Qn(1) - ứng với lớp 1 Qn(2A) - ứng với lớp 2A
Kết quả tính tốn lực MSA của mốc thời gian 3 năm [công thức (2.5)]: Qn(reduced) = Qn(1) + Qn(2A) = 21,1 + 40,4 = 61,5 (kN). Trong đó:
Qn (1) - ứng với lớp 1 Qn (1) - ứng với lớp 1
3.3.3. Phần đánh giá, phân tích kết quả tính tốn (Bài tốn 3):
Về kết quả hệ số an toàn SF = 1,328 (theo TL địa chất trong gđ thiết kế): Kết quả đạt yêu cầu Nền đất yếu dưới khối san lấp đạt ổn định về cường độ theo thiết kế. Đồng thời, qua mô tả biểu hiện sự cố [9] từ khi cơng trình hồn thành đến
thời điểm khảo sát kiểm định có thể nhận thấy chỉ xảy ra hiện tượng lún nền, khơng có biểu hiện của việc nền mất ổn định về cường độ.
Về kết quả tính tốn độ lún S (theo TL địa chất trong gđ thiết kế): Độ lún theo Plaxis (S = 1,11 m) rất gần với độ lún theo PP giải tích (S = 1,072 m). Tuy nhiên, thơng thường 2 kết quả độ lún theo Plaxis và theo PP giải tích ln có một sự chênh lệch nhất định, do cách tính khác nhau của 2 phương pháp cũng như ảnh hưởng khác nhau của việc chọn các thông số đầu vào (với Plaxis thì thơng số E,
trong khi với PP giải tích thì thơng số e0, Cc quyết định chủ yếu đến giá trị độ lún). Hai kết quả độ lún trên cũng phù hợp với độ lún tính tốn theo báo cáo kiểm định [9] với S = 1,05 m.
Về kết quả tính tốn q trình cố kết: Với việc hệ số thấm của các lớp đất được giả định (có cơ sở) kết hợp thêm một số giả thiết khác, cho nên kết quả tính tốn cố kết chỉ mang tính tham khảo; tuy nhiên, kết quả này vẫn phù hợp ở mức độ tương đối cho việc phân tích q trình cố kết. Theo đó, thơng qua Bảng 3.7 có thể thấy tốc độ cố kết tăng rất nhanh trong năm đầu tiên (với độ cố kết đạt được lên đến 81,36%), trong đó, tốc độ cố kết diễn ra rất nhanh trong những tháng đầu và chậm dần trong những tháng tiếp theo. Sau năm đầu tiên, tốc độ cố kết trong những năm tiếp theo diễn ra chậm dần và có thể xem q trình cố kết kết thúc trong 12 năm (với độ cố kết đạt được là 99,09%) – mặc dù về lý thuyết thì phải sau 21 năm quá trình cố kết mới kết thúc (với độ cố kết đạt được là 100%).
Về kết quả Phân tích ảnh hưởng của MSA lên sức chịu tải của cọc: Việc phân tích dựa trên cơ sở của Mục 2.4 (thuộc Chương 2) và theo Bảng 3.8 (kết hợp với các giá trị của lực MSA tính được). Theo đó, lực MSA đạt cực đại trong giai đoạn đầu tiên của quá trình cố kết và giảm dần theo thời gian (ứng với độ cố kết tăng dần). Có thể thấy lực MSA giảm gần 35% sau 3 năm và tiếp tục giảm trong những năm tiếp theo và sau 12 năm thì MSA hồn tồn khơng cịn ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc. Cũng cần lưu ý là do đã có một số giả thiết được đưa ra, cho nên việc phân tích (MSA) này cũng chỉ mang tính tham khảo (để có được một sự hình dung nhất định); đồng thời, lý thuyết phân tích MSA (Mục 2.4) được sử dụng
cũng có nhược điểm là chưa xét đến sự giảm ứng suất hữu hiệu thẳng đứng ('v) do sự bám dính của cọc và đất gây ra [16].
CHƯƠNG 4.
KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ
Luận văn chủ yếu sử dụng phần mềm Plaxis kết hợp với các PP giải tích (thơng qua các bản tính được lập sẵn trong mơi trường Excel) trong phân tích các nguyên nhân sự cố mang yếu tố nền móng của các cơng trình đắp cao. Các nguyên nhân sự cố cơng trình được tham khảo từ các báo cáo kiểm định liên quan. Đồng thời, việc sử dụng Plaxis và các mơ hình phù hợp với cơ sở tính tốn tương ứng với các thông số địa chất được sử dụng có tính phổ biến trong các tài liệu địa chất được sử dụng trong giai đoạn thiết kế của các công trình xây dựng trên địa bàn Đồng Tháp cũng đã được xét đến.
Qua các kết quả phân tích được trình bày trong Chương 3, một số kết luận quan trọng và kiến nghị hướng phát triển đề tài trong tương lai được rút ra như sau:
4.1 Kết luận
1. Kết quả tổng hợp (ở phần Phụ lục) những đặc tính chung về địa chất trên địa bàn Đồng Tháp đã đưa ra được một sự hình dung khái quát về mật độ phân bố của các vùng đất yếu trên địa bàn tỉnh cũng như quy luật phân bố các lớp đất, loại đất theo địa tầng.
2. Kết quả tính tốn và phân tích từ phần mềm Plaxis – có so sánh với kết quả tương ứng theo các PP giải tích – đã cho thấy sự chênh lệch khơng đáng kể cũng như sự phù hợp với các biểu hiện của sự cố cơng trình có nguyên nhân nền móng qua kết quả khảo sát hiện trường sự cố được nêu trong các báo cáo kiểm định tham khảo.
3. Sự cố có nguyên nhân nền móng của các cơng trình đắp cao trên địa bàn Đồng Tháp thường có biểu hiện lún nền và nền bị mất ổn định về cường độ; trong đó, việc lún nền (đắp cao) – thường có độ lún rất cao – đã gây ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu (như: làm tăng độ lún móng, gây ra ma sát âm,
gạch lát nền bị hư hỏng,....) cũng như hiệu quả khai thác sử dụng của các cơng trình được xây dựng trên mặt bằng san lấp (đắp cao).
4. Mặc dù vẫn có một số hạn chế, phương pháp tính tốn phân tích ma sát âm (MSA) theo FOND-72 (được nêu ở Mục 2.4.2) có tính thực hành cao bởi tính đơn giản, dễ sử dụng và có thể được sử dụng trong việc xác định lực MSA cực đại. Tuy nhiên, cần lưu ý đến việc MSA sẽ giảm dần sự ảnh hưởng theo thời gian (khi độ cố kết của nền đất yếu tăng dần) để có một phương án thiết kế (móng cọc) phù hợp, tiết kiệm. Đồng thời, cũng lưu ý đến những biện pháp xử lý bề mặt thân cọc hoặc các biện pháp phù hợp khác để làm giảm ảnh hưởng của MSA.
4.2 Kiến nghị
Mặc dù Luận văn đã đạt được một số kết quả nhất định như đã trình bày ở trên nhưng vẫn còn một số vấn đề chưa được rõ ràng cần được nghiên cứu thêm trong tương lai. Những vấn đề đó bao gồm:
Việc tổng hợp những đặc tính chung về địa chất trên địa bàn Đồng Tháp cần bổ sung thêm các thông số quan trọng cho việc ứng dụng Plaxis, như: Hệ số thấm, hệ số Poisson,...
Cần thiết nên có một đề tài nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của ma sát âm (MSA) trong thiết kế nền móng (cọc) của những cơng trình được xây dựng trên địa bàn Đồng Tháp.
Các sự cố có ngun nhân nền móng của các cơng trình đắp cao trên địa