CHƯƠNG 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC HỆ CỌC ĐẤT
2.1 Phương pháp phân tích số và mô hình vật liệu
2.2.3 Phân tích kết quả
Từ kết quả ứng suất trung bình tại đầu cọc, tính hiệu quả truyền tải xuống cọc theo công thức 2.10. Sử dụng các đường hồi quy phi tuyến để phân tích, tìm quy luật sự phụ thuộc của hiệu quả truyền tải cọc vào các yếu tố khảo sát.
2.2.3.1 Ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng v’
Giữ nguyên các thông số vật liệu của mô hình (bảng 2.2) và chỉ thay đổi tải trọng thẳng đứng v’ (thay đổi chiều cao đắp H). Từ kết quả phân tích ứng suất trên đỉnh cọc ĐXM (z = 0m), xác định hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới, kết quả được thể hiện trong bảng 2.4 và biểu đồ hình 2.13:
Bảng 2.4 Ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng v’ đến hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới
Tải trọng thẳng đứng
v’
(kPa) 18,5 37,0 55,5 74,0 92,5 105
Ghi chú: q =12,5 kPa - tải trọng xe quy đổi theo 22TCN262-2000.
Từ kết quả phân tích bảng 2.4 và hình 2.13 cho thấy, áp lực thẳng đứng gây ra bởi chiều cao đắp và tải trọng xe là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới ĐKT. Điều này được giải thích do áp lực thẳng đứng càng tăng - tức chiều cao đắp càng lớn, vòm đất được hình thành và phát triển theo cơ chế hiệu ứng vòm (như mô tả tại mục 1.2.1), làm tải trọng truyền vào cọc ngày càng nhiều, tức là hiệu quả truyền tải cọc Ef tăng. Ngoài ra, việc chiều cao đất đắp tăng làm tăng áp lực đất chủ động phía trên ma sát với lưới, dẫn tới làm tăng nhanh lực kéo trong lưới, phù hợp với nghiên cứu của [42], [43], [85].
55
Hình 2.13 Hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới do ảnh hưởng áp lực thẳng đứng
Hiệu quả truyền tải cọc Ef
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
Ef = 0.09(
'v)0.3517
R² = 0.9819
0 20 40 60 80 100 120
Tải trọng thẳng đứng 'v (kPa)
Hình 2.14 Hàm hồi quy hiệu quả truyền tải do ảnh hưởng tải trọng thẳng đứng Kết quả phân tích hồi quy được thể hiện tại hình 2.14, tải trọng thẳng đứng v’ có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả truyền tải xuống cọc ĐXM. Khi v’ tăng, hiệu quả truyền tải tăng, sử dụng hàm Power xây dựng được hàm quan hệ hiệu quả truyền tải và tải trọng thẳng đứng như sau:
Ef = 0,09( 'v)0,3517
2.2.3.2 Ảnh hưởng của tỷ số khoảng cách cọc/đường kính cọc (s/D)
Khi tính toán đã thay đổi tỷ số giữa khoảng cách cọc s và đường kính cọc D từ 2,0 đến 3,5 lần. Từ kết quả phân tích ứng suất trên đỉnh cọc ĐXM (z = 0m), xác định hiệu
quả truyền tải cọc và lực kéo lưới, kết quả được thể hiện trong bảng 2.5 và biểu đồ hình 2.15:
Bảng 2.5 Ảnh hưởng của tỷ số s/D đến hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới Tỷ số
s/D
2,0 2,25
2,5 2,75
3,0 3,25
3,5
Hình 2.15 Hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới do ảnh hưởng của tỷ số s/D Phân tích bảng 2.5 và hình 2.15 cho thấy tỷ số s/D ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới ĐKT. Khi s/D tăng, lực kéo lưới tăng lên rõ rệt, trong khi đó hiệu quả truyền tải cọc giảm mạnh. Điều này được giải thích như sau: khi khoảng cách cọc tăng, độ lún chênh lệch giữa cọc ĐXM và đất yếu tăng lên, làm lực kéo lưới tăng và tải trọng truyền nhiều hơn vào cọc. Tuy nhiên, mức tăng tải trọng vào cọc đó không đủ để đảo ngược việc hạ thấp hiệu quả truyền tải cọc khi tăng s. Ngoài ra, khi tỷ
57
số s/D > 3, lực kéo lưới ĐKT có xu hướng tăng không đáng kể do việc hình thành vòm đất ổn định, phù hợp với nghiên cứu [78].
Kết quả phân tích tại bảng 2.5 và hình 2.15 chỉ rõ, khi tỉ số s/D tăng, ứng suất đầu cọc pc’ tăng theo. Tuy nhiên do khoảng cách các cọc lớn nên hiệu quả truyền tải càng giảm. Sử dụng hàm Power xây dựng quan hệ hiệu quả truyền tải với tỉ lệ s/D như sau:
Hiệu quả truyền tải cọc Ef
0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
1,5
Ef = 1,4077(s/D)-1,056
Ef = 1.4077(s/D)-1.056 R² = 0.9904
2 2,5 3 3,5 4
Tỷ số khoảng cách cọc/đường kính cọc (s/D)
Hình 2.16 Hàm hồi quy hiệu quả truyền tải do ảnh hưởng tỷ số s/D
2.2.3.3 Ảnh hưởng của tỷ số mô đun đàn hồi cọc đất xi măng /mô đun biến dạng đất nền (Ec/Es)
Để khảo sát ảnh hưởng của tỷ số mô đun đàn hồi cọc đất xi măng /mô đun biến dạng đất nền (Ec/Es), trường hợp này giữ nguyên các thông số về đất đắp, đất yếu và lưới ĐKT, thay đổi tỷ số mô đun (Ec/Es). Theo các công bố của các tác giả trên thế giới [30], [54], [61], [67], [78], mô đun đàn hồi cọc ĐXM Ec 100qu (với qu từ 500 kPa đến 2500 kPa, theo kết quả thí nghiệm hiện trường cọc ĐXM theo TCVN 9906:2014). Như vậy các giá trị Ec thay đổi từ 50 MPa đến 250 MPa và tỷ số Ec/Es thay đổi từ 50 đến 250 lần. Từ kết quả phân tích ứng suất trên đỉnh cọc ĐXM (z = 0m), xác định hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới, kết quả được thể hiện trong bảng 2.6 và biểu đồ hình 2.17:
Bảng 2.6 Ảnh hưởng của tỷ số Ec/Es đến hiệu quả truyền tải và lực kéo lưới Tỷ số
Ec/Es
50 100 150 200 250
Hình 2.17 Hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới do ảnh hưởng của tỷ số Ec/Es
Từ bảng 2.6 và hình 2.17 cho thấy ảnh hưởng của tỷ số Ec/Es đến hiệu quả truyền tải cọc. Kết quả chỉ ra rằng ứng suất trên đỉnh cọc tăng theo sự gia tăng của môđun đàn hồi cọc, độ cứng cọc càng cao càng tăng sự tập trung ứng suất vào cọc. Trong khi đó, do cọc ĐXM đã đủ cứng (khi Ec/Es > 150 lần) so với đất yếu xung quanh để tạo thành vòm đất ổn định thì sự thay đổi tỷ lệ của mô đun đàn hồi Ec/Es dường như không ảnh hưởng đến lực kéo lưới ĐKT.
59
Hiệu quả truyền tải Ef
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
Ef = 0.2272Ec0.1322
R² = 0.9814
Hình 2.18 Hàm hồi quy hiệu quả truyền tải và lực kéo lưới do ảnh hưởng tỷ số Ec/Es Theo kết quả bảng 2.6 và hình 2.17 cho thấy, khi tỷ số mô đun đàn hồi cọc ĐXM/mô đun biến dạng đất nền (Ec/Es) tăng thì hiệu quả truyền tải tăng, tuy nhiên ảnh hưởng của tỷ số Ec/Es đến hiệu quả truyền tải là không nhiều (Ef tăng từ 0,38 đến 0,47). Sử dụng hàm Power, phân tích hồi quy, xây dựng quan hệ hiệu quả truyền tải và mô đun đàn hồi cọc Ec như sau:
Ef = 0,2272(Ec/Es)0,1322
2.2.3.4 Ảnh hưởng của mô đun dãn dài J của lưới Địa kỹ thuật
Theo NETIS Japan (2016) [64], lưới ĐKT cường độ cao có giá trị chịu kéo đứt từ 300 kN/m (tương đương mô đun dãn dài J = 4000 kN/m) trở lên, có khả năng ưu việt về tính chống hóa chất, chống ăn mòn, chống va đập do dùng vật liệu phủ PolyEthylene (đã trình bày cụ thể tại mục 1.1.3.2), được xếp loại lưới ĐKT cường độ chịu kéo cao.
Để so sánh hiệu quả của lưới ĐKT cường độ cao so với lưới ĐKT thông thường, xét trường hợp một lớp lưới ĐKT J = 8000 kN/m (tương đương cường độ chịu kéo 600 kN/m), hoặc hai lớp lưới ĐKT J = 4000 kN/m (tương đương cường độ chịu kéo 300 kN/m), hoặc ba lớp lưới ĐKT J = 2000 kN/m (tương đương cường độ chịu kéo 200 kN/m) để phân tích hiệu quả truyền tải (bảng 2.7).
Bảng 2.7 Ảnh hưởng số lớp lưới Địa kỹ thuật đến hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới Các
trường
hợp
1 lớp lưới J =8000
kN/m
60 2 lớp lưới J =4000
kN/m 3 lớp lưới
J=2000 kN/m
fEtải cọctruyềnHiệu quả
Hình 2.19 Hiệu quả truyền tải cọc do ảnh hưởng của môđun dãn dài lưới địa kỹ thuật Kết quả phân tích tại bảng 2.7 và hình 2.19 cho thấy, khi sử dụng lớp lưới ĐKT cường độ cao cho hiệu quả truyền tải và phát huy lực kéo trong lưới cao hơn so với trường hợp sử dụng nhiều lớp lưới ĐKT thông thường. Khi sử dụng lưới J = 8000 kN/m, hiệu quả truyền tải Ef cao hơn 22% và 27% so với khi sử dụng 2 lớp lưới J = 4000 kN/m hoặc 3 lớp lưới J = 2000 kN/m. Tương tự, lực kéo trong lưới ĐKT trong trường hợp này cũng cao hơn từ 23% đến 37%. Điều này phù hợp với các nghiên cứu của BS 8006 về hiệu quả của các lớp lưới sẽ giảm dần khi sử dụng nhiều lớp thông qua hệ số [31]. Theo BS 8006, là hệ số phụ thuộc vào thứ tự của lớp cốt, với lớp số 1 là lớp thấp nhất
= 1, lớp thứ hai < 1, các lớp tiếp theo < 0,5;
Sử dụng 1 lớp lưới ĐKT cường độ cao, thay đổi với mô đun dãn dài J tương ứng từ 2000 kN/m đến 10000 kN/m. Giữ nguyên các thông số vật liệu như trong thử nghiệm (bảng 2.2). Từ kết quả tính toán ứng suất trên đỉnh cọc ĐXM (z = 0m), xác định hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới, kết quả được thể hiện trong bảng 2.8 và biểu đồ hình
2.20:
Bảng 2.8 Ảnh hưởng của mô đun dãn dài J của lưới đến hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới
Mô đun dãn dài lưới
ĐKT J (kN/m)
2000 4000 6000 8000 10000
Hình 2.20 Hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới do ảnh hưởng môđun dãn dài lưới J Từ kết quả phân tích bảng 2.8 và hình 2.20 cho thấy ảnh hưởng của môđun dãn dài của lưới J đến hiệu quả truyền tải cọc và lực kéo lưới ĐKT. Khi môđun dãn dài của lưới J tăng, lực kéo lưới ĐKT cũng tăng do lực kéo lưới tỷ lệ thuận với môđun dãn dài (công thức 2.13). Đồng thời, do hiệu ứng màng - độ căng của lưới ĐKT làm giảm nhẹ ứng suất đầu cọc, khiến hiệu quả truyền tải cọc giảm nhẹ.
Từ kết quả bảng 2.8 và hình 2.20 cho thấy, khi tăng môđun dãn dài lưới ĐKT J thì hiệu quả truyền tải giảm. Sử dụng hàm Power xây dựng quan hệ hiệu quả truyền tải và môđun dãn dài lưới ĐKT J như sau:
Ef = 0,684(J)-0,049
62
Mô đun dãn dài của lưới địa kỹ thuật J (kN/m)
Hình 2.21 Hàm hồi quy hiệu quả truyền tải do ảnh hưởng môđun dãn dài của lưới Từ các kết quả phân tích trên cho thấy hai yếu tố chính làm hiệu quả truyền tải cọc biến động lớn là (1) tải trọng thẳng đứng tác dụng, (2) tỷ số s/D. Hiệu quả truyền tải cọc Ef tăng nhanh khi tải trọng tác dụng tăng (Ef tăng từ 0,23 đến 0,44). Ngược lại, khi tăng tỷ số s/D, làm giảm mạnh hiệu quả truyền tải cọc (Ef giảm từ 0,60 đến 0,37).
Ngoài ra, khi tỷ số Ec/Es > 150, hoặc môđun dãn dài lưới ĐKT J > 8000 kN/m, hiệu quả truyền tải cọc có xu hướng không thay đổi nhiều.
Lực kéo lưới ĐKT trong các trường hợp phân tích cũng tăng khi tăng tải trọng thẳng đứng tác dụng, tỷ số s/D và môđun dãn dài lưới ĐKT. Tuy nhiên, khi tỷ số s/D >
3, hoặc môđun dãn dài lưới ĐKT > 8000 kN/m, hoặc tỷ số Ec/Es > 150, lực kéo lưới ĐKT thay đổi không đáng kể.