3.2. Tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền thích hợp
3.2.4. Tính toán thiết kế xử lý nền cấu trúc 2
3.2.4.2 Đề xuất các giả thiết tính toán
Tác giả sử dụng quan điểm tính toán theo qui trình tính toán của Nhật Bản (Guideline for design and quality control of soil improvement for buildings – deep and shallow cement mixing methods, 2014), phương pháp tính toán theo qui trình Trung Quốc (DBJ08-40-94), và tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 9403:2012) – Tính toán nền gia cố theo biến dạng.
- Căn cứ cường độ kháng nén 28 ngày tuổi của vật liệu trụ đất xi măng chọn theo kết quả thí nghiệm mẫu thử trong phòng thí nghiệm, kết quả thí nghiệm hiện trường, tác giả đề xuất : chọn hàm lượng trộn xi măng/ đất nền là 220kg/m3, cường độ chịu nén của trụ qu ≥ 65 T/m2.
- Chọn chiều dài trụ đất xi măng là 20.7m, đường kính trụ 0.8m - Tải trọng phân bố xuống công trình như sau:
+ Tải trọng lớp nền cát đắp san lấp P1 = 1.5 x 1.877 = 2.82 (T/m2) + Tải trọng kết cấu áo đường P2 = 0.64 x 2.27 = 1.453 (T/m2) + Hoạt tải P3 = 1.68 (T/m2)
+ Tải trọng đá cấp phối (0-4) bù cao độ thiết kế P4 = 0.11 x 2.24=0.246 (T/m2)
+ Tải trọng lớp đệm cát gia cố xi măng P5 = 0.5 x 2.4 = 1.2 (T/m2)
Tổng tải trọng tác dụng lên nền tự nhiên:
P = P1+P2+P3+P4+P5 = 7.4 (T/m2) Tổng tải trọng phụ thêm sau xử lý nền:
Ppt = P2+P3+P4+P5 = 4.58 (T/m2)
Theo qui trình tính toán của Nhật Bản (Guideline for design and quality control of soil improvement for buildings – deep and shallow cement mixing methods, 2014) ta có công thức (3.50):
Pa
A P
P . (3.50)
Trong đó:
P: tải trọng của nền đất đắp do một trụ đỡ (kN).
ΔP: tổng tải trọng phân bố của nền đắp (kN/m2).
A: diện tích nền đất do một trụ đỡ (m2).
A = s2
x: khoảng cách giữa các trụ (tính từ tim trụ).
Pa: lực nén lớn nhất mà trụ có thể chịu được (kN).
Pa = qu.Ap
qu: cường độ chịu nén của trụ (kN/m2).
Ap: diện tích tiết diện của trụ (m2) Do đó: s qu.Ap/P ≤ 2.1 m
Do hiệu quả của phương án CDM phụ thuộc nhiều vào năng lực thi công của máy móc do đó tác giả đề xuất khoảng cách các trụ CDM là 2.0m.
a) Sức chịu tải của khối gia cố (Áp dụng qui trình Trung Quốc DBJ08-40-94)
+ Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu : Lực tính toán lên một cọc đất xi măng
Pa = qu.Ap
Fs Trong đó :
qu : cường độ chịu nén, qu = 65 (T/m2) ; Ap : diện tích mặt cắt của cột đất xi măng
Ap = 0.503 (m2) Fs : hệ số an toàn, lấy Fs = 1.2
Thay vào công thức (3.64) được :
Pa = 27.2 (T)
+ Sức chịu tải cho phép của trụ đất xi măng theo đất nền (Áp dụng công thức 3.64)
Pa = Up. ∑ qsi.li + α.Ap.qp
Trong đó :
Up : chu vi của cột đất xi măng, Up = 2.514 (m)
qsi : lực ma sát cho phép của lớp đất thứ i xung quang cột đất xi măng.
Dựa vào độ sệt Is ta tra các chỉ tiêu qsi được kết quả như bảng sau:
Bảng 3.14 Giá trị lực ma sát các lớp đất dưới trụ đất xi măng
Lớp Cát san lấp Lớp 1
Is - -
qsi (T/m2) 2.3 0.6
Li (m) 1.5 18.7
li: chiều dày lớp đất thứ i xung quang cột đất xi măng;
α: hệ số chiết giảm lực chịu tải của đất móng thiên nhiên ở mũi cọc, α = 0.4;
qp: sức kháng đất mũi cọc đất – xi măng
Lớp 1 có Is = 1.57 tra bảng ta được qp = 180 (T/m2).
Thay các giá trị vào công thức (3.64) ta được : Pa = 73.1 (T)
Kết luận : Sức chịu tải của trụ đất xi măng thiết kế là Pa = 27.2 (T).
b) Kiểm toán ổn định
Áp dụng tiêu chuẩn tính toán của Việt Nam TCVN 9403:2002 + Kiểm toán ổn định trượt:
Nền xử lý có cường độ kháng cắt tính theo công thức (3.71) :
(3.71) Trong đó :
Ap : tỷ lệ gia cố xi măng, (%) Ap = nAcBs
n: số cọc trong 1m chiều dài khối đắp Bs: chiều rộng khối đắp ;
Ac : diện tích tiết diện cọc ;
Cu0 : sức kháng cắt của đất, tính theo phương pháp trọng số cho nền nhiều lớp (T/m2)
Cp: sức khỏng cắt của cọc (Tớnh bằng ẵ cường độ khỏng nộn thiết kế cọc quck) (T/m2)
Thay vào công thức (3.71) tính ra được Cu = 4.27 (T/m2)
Kiểm toán ổn định trượt bằng phần mềm Geoslope tại các giai đoạn sau : Giai đoạn T0: Khi chưa xử lý nền
Giai đoạn T2: Khi hoàn thành quá trình thi công trụ CDM k
C a C
a
Cu p. p (1 p). u0.
Hình 3.10 Khi chưa xử lý nền T0
Hình 3.11 Khi hoàn thành quá trình thi công trụ CDM T2
+ Kiểm tra ứng suất đầu cọc :
Hệ số ổn định: Fs = quck/ ΔPp (3.72) Trong đó:
ΔPp: ứng suất nền đắp tác dụng trên cọc (T/m2) ΔPp = Vp.γe/A
A: tiết diện cọc 0.503 (m2)
γe: khối lượng thể tích của vật liệu đắp (T/m2)
Tải trọng tác dụng xuống cọc Ppt = 4.6 T/m2 được qui đổi thành vật liệu đắp có khối lượng thể tích γe = 2.3 T/m2 tương đương với chiều cao đắp là He = 2.0 (m)
Vp: thể tích vật liệu đắp tác dụng trên cọc (m2) Vp: V - Vc (m3)
V : tổng thể tích vật liệu đắp V = (λ + d)2/He (m3)
λ : khoảng cách giữa 2 mép cọc
Vc : thể tích vật liệu đắp tác dụng trên vùng không có cọc (m3) Đối với cọc đơn :
(3.73) Đối với cọc kép :
(3.74)
Chọn θ = 600
Thay vào công thức (3.72) ta có Fs = 2.66 >1.2 (Như vậy trụ không bị phá hủy đầu trụ).
+ Kiểm tra biến dạng trên mặt nền đắp, chọc thủng nền Hệ số ổn định: Fs = (He +h)Hmin
Hmin = λ/2*tanθ
Fs = 1.92 > 1.2 (Mặt nền đắp ổn định không bị chọc thủng bởi đầu trụ xi măng đất)
tan
24
) )(
1 2 )(
4 ( 24
) ( 2
)
( 2 3 3 3
d d d d
Vc
.2
.2 tan 2. 2. 24 tan
) )(
1 2 )(
4 ( 24
) ( 2
)
( d 2 d 3 d3 d 3 d
Vc
c) Dự tính lún (Áp dụng tiêu chuẩn tính toán của Việt Nam TCVN 9403:2002)
a) Trụ chống b) Trụ treo Độ lún nền đất sau khi gia cố bằng tổng độ lún của lớp được gia cố với lớp đất không được gia cố phía mũi trụ (Áp dụng công thức 3.69)
S = S1 + S2 Trong đó:
S1 - độ lún bản thân khối gia cố
S2 - độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi trụ
Độ lún của bản thân khối gia cố S1 được tính theo công thức (3.70):
s c
tb
1 aE (1 a)E
qH E
S qH
Trong đó:
q: tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kN);
H: chiều sâu của khối gia cố (m);
a - tỷ số diện tích, a = (nAc / BL), n- tổng số trụ, Ac - diện tích tiết diện trụ, B, L - kích thước khối gia cố
Ec : mô đun đàn hồi của vật liệu trụ; Có thể lấy Ec = (50100) Cc Với Cc là sức kháng cắt của vật liệu trụ.
Es: mô đun biến dạng của đất nền giữa các trụ. (Có thể lấy theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, với Cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất nền).
Thay số vào công thức (3.70) ta được: S1 = 0.07 (m) = 7 (cm) Hình 3.12 Các kiểu làm việc của trụ CDM
Bảng 3.15 Kết quả tính lún và kiểm toán ổn định nền đường cấu trúc 2
Độ lún của đất chưa gia cố S2 dưới mũi trụ: được tính theo nguyên lý cộng lún từng lớp. Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không vượt quá 10% áp lực đất tự nhiên.
Hình 3. 13 Thành phần lún của trụ CDM
S2 được tính bằng các phương pháp tính lún như đã biết hoặc như qui định trong 22TCN262-2000.
S2 = 0.08 (m) = 8 (cm)
Độ lún dư sau 15 năm Sr = 9 (cm) < 20 (cm).
Như vậy có thể thấy rằng, cấu trúc nền kiểu 2 được xử lý bằng phương pháp trụ CDM với chiều sâu thi công trụ CDM là 20.7m, bố trí theo hình vuông với khoảng cách 2.0m, đường kính cọc 0.8m. Kết quả tính toán đáp ứng được yêu cầu của Chủ đầu tư khi lún dư sau 15 năm là 9 (cm) < 20 (cm), hệ số an toàn Fs>1.4