NHẰM GIA TĂNG KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC
3.3. Đặc trƣng ứng xử của cọc khoan nhồi đƣợc xử lý phun vữa
Để phân tích sâu hơn về hiệu quả của việc sử dụng vữa phun cải tạo tính chất của đất xung quanh cọc khoan nhồi nhằm gia tăng khả năng chịu tải của cọc, chúng tôi lựa chọn mô phỏng theo điều kiện địa chất ở khu vực Quận 3, TP.HCM. Theo hồ sơ khảo sát địa chất công trình ở đây, cấu tạo địa chất đặc trưng bao gồm 3 lớp đất chính. Căn cứ số liệu trong hồ sơ khảo sát được hiệu chỉnh theo hiện trường, đặc trưng cơ lý được chọn lựa phục vụ mô phỏng được tóm tắt như sau:
Lớp 1: Sét pha cát, màu xám vàng, nâu đỏ, trạng thái dẻo mềm - dẻo cứng, có bề dày trung bình 6,0m. Đặc trưng cơ lý chủ yếu của lớp như sau:
Dung trọng trên MMN: γunsat = 18 kN/m3 Dung trọng dưới MMN: γsat = 18,5 kN/ m3
Lực dính đơn vị: c = 67 kN/m2
Góc ma sát trong: φ = 200
Module biến dạng: E0 = 6500 kN/ m2
Hệ số Poisson: ν = 0,35
Hệ số thấm: K = 1,1*10-4 m/day
Lớp 2: Cát vừa đến mịn lẫn bột, màu xám vàng, xám trắng, trạng thái rời – chặt vừa, có bề dày 9,0m. Đặc trưng cơ lý chủ yếu của lớp như sau:
Dung trọng trên MMN: γunsat = 18.9 kN/m3 Dung trọng dưới MMN: γsat = 19 kN/ m3
Lực dính đơn vị: c = 5 kN/m2
Góc ma sát trong: φ = 280
Module biến dạng: E0 = 12500 kN/ m2
Hệ số Poisson: ν = 0,33
Hệ số thấm: K = 10 m/day
Lớp 3: Cát vừa đến mịn lẫn ít sạn thạch anh màu nâu vàng, trạng thái chặt vừa đến chặt, phân bố đến độ sâu trên 50m. Đặc trưng cơ lý chủ yếu của lớp như sau:
Dung trọng trên MMN: γunsat = 20 kN/m3 Dung trọng dưới MMN: γsat = 20,1 kN/ m3
Lực dính đơn vị: c = 2 kN/m2
Góc ma sát trong: φ = 4205’
Module biến dạng: E0 = 31000 kN/ m2
Hệ số Poisson: ν = 0,33
Hệ số thấm: K = 20 m/day
Ở đây, các giá trị hệ số thấm được chọn lựa theo các chỉ dẫn của sổ tay. Trong quá trình nén tĩnh, tải trọng tác dụng lên đất nền trong khoảng thời gian không đáng kể nên đối với các lớp đất loại sét chọn mô hình ứng xử không thoát nước, mô hình ứng xử thoát nước được chọn lựa cho các lớp đất rời do tính thấm nước của chúng.
Đặc trưng cơ lý của vật liệu vữa được chọn lựa theo các kết quả thí nghiệm trên mẫu chế bị đã có. Mực nước ngầm ở khu vực này phân bố ở độ sâu 5m.
Cọc khoan nhồi đường kính 1m có chiều dài 45m nên cọc chủ yếu nằm trong phạm vi lớp 2 và 3. Do đây là 2 lớp đất rời nên nhằm tránh hiện tượng giảm đặc trưng độ bền do tẩm ướt, biện pháp phun vữa được đề nghị thực hiện trong suốt chiều dài cọc trong các lớp đất này.
Kết quả mô phỏng thể hiện ở các hình từ 3.17 đến 3.25
Hình 3.17 - Mô hình bài toán mô phỏng cọc khoan nhồi trong phần mềm plaxis 2D
Hình 3.18 - Chuyển vị đứng của cọc không xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 785 tấn
Hình 3.19 - Ứng suất tiếp tương đối của cọc không xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 785 tấn.
Hình 3.20 - Chuyển vị đứng của cọc không xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 3142 tấn
Hình 3.21 - Ứng suất tiếp tương đối của cọc không xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 3142 tấn.
Hình 3.22 - Chuyển vị đứng của cọc được xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 785 tấn
Hình 3.23 - Ứng suất tiếp tương đối của cọc được xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 785 tấn.
Hình 3.24 - Chuyển vị đứng của cọc được xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 3142 tấn
Hình 3.25 - Ứng suất tiếp tương đối của cọc được xử lý phun vữa dưới tác dụng của tải trọng 3142 tấn.
Từ kết quả mô phỏng có thể thấy rằng ứng với cấp tải trọng nhỏ (P=785 tấn) (hình 3.18 và 3.19), chuyển vị đứng chủ yếu xảy ra ở khu vực gần bề mặt. Trong phạm vi gần mũi, chuyển vị gần như không xảy ra. Khi đó, phạm vi vùng biến dạng dẻo chủ yếu xảy ra trong lớp 2, là lớp cát rời – chặt vừa.
Điều khác biệt được ghi nhận ở đây là dưới cấp áp lực nén 785 tấn, chuyển vị đứng của cọc không được xử lý lại có giá trị nhỏ hơn so với kết quả ghi nhận ở cọc được xử lý (hình 3.18 và 3.19). Mặc dù vậy, phạm vi vùng biến dạng dẻo lại ngược lại, cọc được xử lý có phạm vi vùng biến dạng dẻo ít hơn nên sẽ có khuynh hướng an toàn hơn về khả năng chịu tải (hình 3.19 và 3.23). Đối với cọc được xử lý phun vữa, phạm vi vùng nguy hiểm xung quanh cọc được xử lý giảm đáng kể dưới các cấp tải trọng nhỏ (hình 3.23). Như vậy, trong một số trường hợp tương ứng với cấp tải trọng nào đó, có thể xem như thể tích của cọc “lớn hơn”, tức là vữa sẽ đóng vai trò tương tự như vật liệu cọc. Mặc dù vậy, do phạm vi mở rộng của vùng phun vữa chiếm tỷ lệ không đáng kể so với kích thước lớn của cọc khoan nhồi nên khả năng gia tăng sức chịu tải cũng có giới hạn.
Hiệu quả của việc xử lý phun vữa xung quanh cọc thể hiện rõ ràng hơn ứng với các cấp tải trọng nén lớn (hình 3.20, 3.21, 3.24, 3.25). Ở đây, dưới các cấp tải trọng lớn, chuyển vị đứng bắt đầu xảy ra ở phần mũi cọc. Kết quả tổng hợp cho thấy dưới các cấp tải trọng lớn, chuyển vị đứng của cọc được xử lý có giá trị nhỏ hơn.
Điều đáng được ghi nhận là vùng biến dạng dẻo dưới các cấp tải trọng lớn vẫn được hạn chế đáng kể (hình 3.25).
Ngoài giá trị chuyển vị tương ứng với các cấp tải trọng tác dụng, đặc điểm đường cong quan hệ P-S cũng cần được quan tâm, phân tích. Ở hình 3.26, có thể thấy rằng điểm uốn của cọc chưa được xử lý xảy ra sớm hơn so với cọc đã được xử lý phun vữa (500 so với 1500 tấn).
Bảng 3.7 - Kết quả mô phỏng của bài toán cọc khoan nhồi phun vữa dọc thân cọc
Tải trọng P (Tấn)
Độ lún đầu cọc (mm) Trường hợp không
xử lý phun vữa
Trường hợp có xử lý phun vữa
0 0.00 0.00
393 16.98 35.75
785 50.75 66.91
1178 86.34 99.04
1571 129.52 134.75
1963 181.28 175.70
2356 239.71 223.23
2749 301.94 277.13
3142 369.16 336.43
Hình 3.26 - Biểu đồ quan hệ tải trọng nén và chuyển vị đầu cọc có và không có xử lý bằng phương pháp phun vữa