PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ XỬ Lí NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
2.3.1.1 Đỏnh giỏ ổn định cỏc trụ gia cố theo trạng thỏi giới hạn
Sơ bộ lựa chọn cường độ cọc XMĐ theo cụng thức sau: p s a u A Pa x F q = (2.1) Trong đú: qRuaR - cường độ cọc XMĐ tớnh toỏn (kN/mP 2 P ) PRaR – Lực tớnh toỏn lờn một cọc XMĐ (kN). aRpR - diện tớch mặt cắt ngang của cọc XMĐ (mP
2
P
)
FRs R-hệ số an toàn lấy theo mục 8.7 của TCCS 05:2010/VKHTLVN Cường độ tớnh toỏn của cọc XMĐ phải nhỏ hơn cường độ cho phộp của vật liệu XMĐ (mục 8. TCCS 05:2010/VKHTLVN).
qRuaR < [qRuR] (2.2) qRu R- cường độ cho phộp của vật liệu XMĐ (kN/mP
2
P
). Giỏ trị cường độ này được lựa chọn thụng qua mục 7 và mục 8 của TCCS 05:2010/VKHTLVN.
2.3.1.2 Đỏnh giỏ ổn định cỏc trụ gia cố theo trạng thỏi giới hạn 2
Tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn 2 đảm bảo cho múng trụ khụng phỏt sinh biến dạng và lỳn quỏ lớn.
Tổng độ lỳn của cụng trỡnh xõy dựng trờn nền đất gia cố bằng cọc XMĐ như trờn hỡnh 1.3. Giỏ trị này bằng tổng độ lỳn cục bộ của toàn khối nền được gia cường (∆ hR1R) và độ lỳn cục bộ của tầng đất nằm dưới đỏy khối đất được gia cường phớa trờn (∆ hR2R). Tức là:
∆h = ∆hR1 R+ ∆hR2R (2.3)
Trong đú:
∆hR1R - độ lỳn cục bộ của khối đất nền sau khi được gia cường;
s p p pE a E a qxH h ) 1 ( 1 − + = ∆
∆hR2R - độ lỳn cục bộ của tầng đất nằm dưới mũi cọc XMĐ.
'0 0 ' ' 0 ' 0 2 lg 1 σ σ q H e C h c + + = ∆
Đối với kiểu cọc chống:
s p p pE a E a qxH h ) 1 ( − + = ∆ (2.4)
Đối với kiểu cọc treo: '
0 ' ' 0 ' 0 lg 1 ) 1 ( σ σ q H e C E a E a qxH h c s p p p + + + − + = ∆ (2.5) 2 ' ' H B qB q + = (2.6) Trong cỏc cụng thức trờn:
∆h - Tổng độ lỳn tớnh toỏn của nền gia cố bằng cọc XMĐ (m). q - tải trọng đơn vị tỏc dụng (kN/m). Trong trường hợp đối với nền đắp q=γ*HRđR.
H - chiều dày lớp đất yếu được gia cố (m). ERpR: mụ đun biến dạng của cọc (kN/mP
2
P
).
ERsR: Mụ đun biến dạng của đất nền xung quanh cọc (kN/mP
2
P
qPP: tải trọng tỏc dụng lờn lớp đất yếu khụng được gia cố dưới mũi cọc (kiểu cọc treo)
HP
’
P
: chiều dày lớp đất yếu khụng được gia cố dưới mũi cọc (kiểu cọc treo)
CRcR: chỉ số nộn của lớp đất yếu dưới mũi cọc (kiểu cọc treo)
eR0R: hệ số rỗng tự nhiờn của lớp đất yếu dưới mũi cọc (kiểu cọc treo) σR0RP
’
P
: ỏp lực địa tầng (hữu hiệu)
2.3.2 Phương phỏp tớnh toỏn theo quan điểm như nền tương đương
Nền trụ và đất dưới đỏy múng được xem như nền đồng nhất với cỏc số liệu cường độ ϕRtđR, CRtđR, ERtđR được nõng cao (được tớnh từ ϕ, C, E của đất nền xung quanh trụ và vật liệu làm trụ). Cụng thức quy đổi tương đương ϕRtđR, CRtđR, ERtđR dựa trờn độ cứng của cột XMĐ, đất và diện tớch đất được thay thế bởi cột XMĐ. Gọi m là tỷ lệ giữa diện tớch cột XMĐ thay thế trờn diện tớch đất nền.
m = s p A A (2.7) ϕRtđR = mϕRcộtR+(1-m)ϕRnềnR (2.8) CRtđR = mCRcộtR+(1-m)CRnềnR (2.9) ERtđR = mERcộtR + (1-m)ERnềnR (2.10) Trong đú: ARpR - Diện tớch đất nền thay thế bằng cột XMĐ; ARsR- Diện tớch đất nền cần gia cố.
Theo phương phỏp tớnh toỏn này, bài toỏn gia cố đất cú 2 tiờu chuẩn cần kiểm tra:
- Tiờu chuẩn về cường độ: ϕRtđR , CRtđR của nền được gia cố phải thỏa món điều kiện sức chịu tải dưới tỏc dụng của tải trọng cụng trỡnh.
- Tiờu chuẩn biến dạng: Mụđun biến dạng của nền được gia cố ERtđRphải thỏa món điều kiện lỳn của cụng trỡnh.
Cú thể dựng cỏc cụng thức giải tớch và cỏc phần mềm địa kỹ thuật hiện cú để giải quyết bài toỏn này.
2.3.2.1Tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn 1
Việc phõn tớch ổn định tổng thể phải được tớnh toỏn theo cỏc phương phỏp mặt trượt trụ trũn, mặt trượt phẳng, mặt trượt phức hợp. Hệ số ổn định cho phộp theo mục 8.7 của TCCS 05:2010/VKHTLVN.
Hỡnh 2.4- Sơ đồ tớnh toỏn theo phương phỏp mặt trượt trụ trũn
Cỏc trường hợp tớnh toỏn cần phải được tuõn thủ theo cỏc tiờu chuẩn thiết kế hiện hành. Vớ dụ: Gia cố nền cho đập đất thỡ phải tuõn theo tiờu chuẩn thiết kế đập đất đầm nộn 14TCN 157 -2005; Gia cố nền cho đờ biển thỡ phải tuõn thủ theo tiờu chuẩn 14TCN 130 -2002.
Hỡnh 2.5- Sơ đồ tớnh toỏn theo phương phỏp mặt trượt phức hợp
2.3.2.2Tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn 2
Tớnh toỏn biến dạng trong trường hợp này cú thể tớnh toỏn như mục b tớnh toỏn theo phương phỏp cọc. Tuy nhiờn, cần lưu ý rằng phương phỏp tớnh này phự hợp hơn với việc sử dụng phần mềm địa kỹ thuật thụng thường để tớnh toỏn thiết kế. Do đú, cần phải chỳ ý một số điểm như sau:
- Biờn của bài toỏn: Khoảng cỏch tớnh từ mộp cụng trỡnh đến biờn phải hoạc biờn trỏi phải lớn hơn 2 lần chiều rộng múng cụng trỡnh (a ≥ 2w). Chiều sõu tớnh toỏn tớnh từ mặt nền đất cũng yờu cầu như vậy (a ≥ 2w).
Hỡnh 2.7- Trường chuyển vị thẳng đứng
- Mụ hỡnh vật liệu: Điều bắt buộc là trước hết cần phải xỏc định rừ đú là loại thoỏt nước hay khụng thoỏt nước. Đối với đất nền, trong trường hợp này nờn sử dụng cỏc mụ hỡnh phi tuyến như: Soft Soil hoặc Soft Soil Creep nếu khụng đủ tài liệu thỡ sử dụng mụ hỡnh Mohr- Coulomb cũng được chấp nhận. Đối với cọc XMĐ hoặc hỗn hợp cọc XMĐ và đất nền sử dụng mụ hỡnh Hardning Soil hoặc Mohr Coulomb.
- Lựa chọn mụduyn đàn hồi E: Theo tiờu chuẩn hiện hành hoặc từ thớ nghiệm nộn ba trục.
- Lựa chọn hệ số Poatxong (ν): Theo cỏc tài liệu cơ học đất hiện hành, trong trường hợp khụng cú thỡ lấy theo “Thiết kế đập đất” của Nguyễn Xuõn Trường trong bảng 1-16 trang 36. Riờng đối với cọc XMĐ thỡ lấy bằng 0,25.
2.3.3 Phương phỏp tớnh toỏn theo quan điểm hỗn hợp
Sức chịu tải tớnh toỏn (tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn 1) theo quan điểm cột làm việc như “cọc”, cũn biến dạng tớnh toỏn (tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn2) theo phương phỏp nền.
Phương phỏp tớnh toỏn theo quan điểm cột làm việc như “cọc”: Chỉ cần xỏc định cường độ nộn khụng hạn chế nở hụng qu của vật liệu XMĐ để tớnh toỏn ổn định theo trạng thỏi 1 và xỏc định moduyn đàn hồi E để tớnh toỏn theo trạng thỏi giới hạn 2. Tuy nhiờn, phương phỏp tớnh này cú hạn chế
là khú lựa chọn hệ số ma sỏt bờn và sức khỏng đầu mũi: Vỡ bảng giỏ trị ma
sỏt bờn của cọc chỉ mới xột được đối với đất sột cú độ sệt B = 0,7 và bảng giỏ trị sức khỏng mũi của cọc chỉ mới xột đến đối với đất sột cú độ sệt B =0,6. Trong thực tế, cỏc cụng trỡnh đất yếu thường cú độ sệt lớn hơn 0,7 và ở trạng thỏi dẻo chảy.
Phương phỏp tớnh toỏn theo quan điểm nền tương đương: Quan điểm này cho rằng khi chịu tải khối cọc XMĐ và đất nền dưới đỏy múng đuợc xem
như nền đồng nhất với cỏc số liệu cường độ ϕRtđR, CRtđR, ERtđR đựơc nõng cao. Chỉ
tiờu ϕRtđR , CRtđR của nền được gia cố phải thỏa món điều kiện sức chịu tải dưới
tỏc dụng của tải trọng cụng trỡnh. Mụđun biến dạng của nền được gia cố ERtđR
phải thỏa món điều kiện lỳn của cụng trỡnh.
Phương phỏp tớnh toỏn theo quan điểm hỗn hợp: Sức chịu tải tớnh toỏn theo quan điểm cột làm việc như “cọc”, cũn biến dạng tớnh toỏn theo phương phỏp nền.
Qua cỏch phõn tớch trờn thỡ tớnh toỏn cọc theo phương phỏp nền tương đương và phương phỏp hỗn hợp sẽ thuận lợi và chớnh xỏc hơn. Nhưng dự cú
tớnh toỏn theo phương phỏp nào đi nữa thỡ cũng cần xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ
lý của vật liệu XMĐ để phục vụ tớnh toỏn. Để xỏc định đầy đủ, chớnh xỏc cỏc chỉ tiờu cơ lý ấy cần phải làm thớ nghiệm phức tạp và tốn kộm.
2.4 KẾT LUẬN
Qua cỏc phương phỏp tớnh toỏn xử lý nền bằng phương phỏp trộn sõu trờn cho thấy rằng, việc xỏc định cỏc đại lượng chỉ tiờu cơ lý của vật liệu XMĐ và mối quan hệ của chỳng để dựng trong tớnh toỏn là rất quan trọng. Cỏc phương phỏp tớnh trong cỏc tiờu chuẩn ứng với trạng thỏi 1 đều cần cỏc
đại lượng cường độ nộn qRuR, lực dớnh đơn vị C, gúc ma sỏt trong ϕ. Tớnh với trạng thỏi tiờu chuẩn 2 cần đại lượng moduyn đàn hồi E. Nhưng việc xỏc định cỏc đại lượng ấy rất khú khăn bởi:
- XMĐ là vật liệu nửa cứng, chớnh vỡ vậy việc dựng cỏc thớ nghiệm để đối với mẫu đất và đỏ ỏp dụng đối với vật liệu XMĐ là khụng phự hợp.
- Để cú cỏc chỉ tiờu cơ lý ϕ và C cần vừa làm thớ nghiệm nộn một trục khụng hạn chế nở hụng vừa làm thớ nghiệm nộn đường sinh để vẽ được vũng Mohr ứng suất.
- Để tớnh toỏn độ lỳn cụng trỡnh cần cú moduyn đàn hồi E. Việc xỏc định E bằng mỏy nộn một trục là khụng thể, mà cần phải làm trờn mỏy nộn ba trục phức tạp và tốn kộm. Dẫn tới nõng cao giỏ thành cụng trỡnh.
- Giỏ thành cỏc thớ nghiệm cao, đối với cụng trỡnh cú mức đầu tư nhỏ thường khụng cú chi phớ cho thớ nghiệm này. Vỡ vậy để tớnh toỏn thường lấy cỏc chỉ tiờu theo kinh nghiệm dẫn tới kết quả tớnh toỏn cú độ chớnh xỏc khụng cao.
Vấn đề đặt ra là làm thế nào để biết được cỏc chỉ tiờu cơ lý của vật liệu XMĐ ϕ, C, E khi biết cường độ nộn khụng hạn chế nở hụng qu, và mối quan hệ giữa chỳng ra sao, những yếu tố nào ảnh hưởng cỏc chỉ tiờu đú. Những vấn đề này sẽ được làm sỏng tỏ trong cỏc chương tiếp theo.
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHỈ TIấU CƠ Lí CỦA VẬT LIỆU XI MĂNG ĐẤT