Chương 1: TỔNG QUAN NỀN ĐẤT YẾU TẠI TRÀ VINH VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN VÀ NHÀ CẤP THẤP BẰNG CỌC
1.2. Các giải pháp gia cố nền đất yếu đường giao thông nông thôn và nhà cấp thấp bằng cọc
1.2.3. Gia cố nền đất yếu bằng cọc tre
Gia cố nền đất yếu cọc tre thường được sử dụng nhiều ở miền Bắc có tính chất cơ bản giống như gia cố nền đất yếu bằng cừ tràm là phương pháp dân gian, được sử dụng từ rất lâu từ khi bê tông cốt thép vẫn chưa được phát triển. Trên thực tế phương pháp này hiệu quả về kỹ thuật, kinh tế đến nay vẫn được áp dụng phổ biến.
Đóng cọc tre là để nâng cao độ chặt của đất, giảm hệ số rỗng dẫn đến nâng cao SCT của đất nền. Chỉ được đóng cọc tre trong trạng thái ngập nước để tre không bị mục nát, nếu đóng trong đất khô hoặc khô ướt thay đổi thì tre bị mục nát và đất nền yếu đi.
Tre làm cọc phải là tre già trên 2 năm tuổi, thẳng và tươi, đường kính tối thiểu phải trên 60mm (thường là 80–100mm), không công vênh quá 1cm/1md cọc. Dùng tre đặc (dân gian gọi là tre đực). Độ dày ống tre không nhỏ quá 10mm. Khoảng cách các mắc tre không nên quá 400mm.
Đầu trên của cọc tre (luôn lấy về phía gốc) được cưa vuông gốc với trục cọc và cách mắt 50mm, đầu dưới cọc được vát nhọn trong phạm vi 200mm và cách mắt 200mm để làm mũi cọc. Chiều dài cọc từ 2–3m, cắt dài hơn chiều dài thiết kế 20–
30cm [3].
Nguyên tắc thiết kế hiện nay đa phần là giả sử sau khi đóng cọc tre đất nền đạt được độ chặt nào đó (thông qua hệ số rỗng) từ đó tính được SCT đất nền làm căn cứ thiết kế móng. Sau khi đóng cọc xong thì làm thí nghiệm kiểm tra lại SCT đất nền không khác nhiều thiết kế thě không sửa thiết kế nhưng thực tế ít có thực nghiệm kiểm tra mà chủ yếu dựa vào kinh nghiệm.
b. Phạm vi sử dụng
- Sử dụng thích hợp cho đất bùn, bùn sét.
- Vùng đất luôn ẩm ướt ngập nước.
- Gia cố đất nền những công trình có tải trọng truyền xuống không lớn.
- Làm kè chắn đất.
c. Thi công cọc
Tương tự như biện pháp thi công cừ tràm, phương pháp thi công cọc tre chủ yếu hiện nay là thi công thủ công bằng vồ gỗ, hoặc bằng máy đào để ép cọc, máy đóng cọc cải tiến.
1.3. Ứng dụng phương pháp số trong mô phỏng nền gia cố cừ tràm
Trong nội dung luận văn đề tài sử dụng phần mềm Plaxis mô phỏng nền gia cố cừ tràm.
1.3.1. Phương pháp PTHH trong phần mềm Plaxis
Theo phương pháp PTHH, một vật thể liên tục được chia ra thành một số lượng hữu hạn phần tử. Mỗi phần tử bao gồm một số nút. Mỗi nút sẽ có số bậc tự do tương ứng các giá trị riêng chưa xác định của vấn đề về nguyên tắc điều kiện biên phải được
TTHL va TT
giải quyết. Trong trường hợp này lý thuyết biến dạng các bậc tự do tương ứng các cấu kiện chuyển vị. Với một phần tử, chuyển vị u thu được từ các giá trị nút rời rạc trong đó vectơ dùng nội suy thu được bởi ma trận N :
u N (1)
Mối liên hệ động học:
L.N. B.
(2)
Trong đó:
là vectơ sáu thành phần biến dạng;
L là toán tử vi phân;
N là ma trận hệ số hình dạng;
B là ma trận nội suy biến dạng;
là vectơ khoảng cách các nút.
Trong mối liên quan (2), B là ma trận nội suy biến dạng, mà bao gồm tích phân từng phần của hàm nội suy, trong (1) và (2) có thể sử dụng biến, số gia, dạng loại như nhau.
Công thức:
i i i 1
T T T T
(B ) .dV (N) b .dV (N) t .dS (B ) .dV
(3)
Chuyển vị riêng rẽ của các nút có thể đưa ra bên ngoài tích phân:
T T T T i T T i T T i 1
B .dV N b .dV N t .dS B .dV
(4)
Để (4) mang yếu tố động học chấp nhận biến chuyển vị T, công thức được viết như sau:
T T i T i T i 1
B .dV N b .dV N t .dS B .dV
(5)
Công thức trên là điều kiện cân bằng phát sinh khi hình dạng bị rời rạc. Số hạng đầu bên phải cùng với số hạng thứ 2 xuất hiện vectơ ngoại lực và số hạng cuối cùng có sự xuất hiện của vectơ phản lực từ bước trước. Sự khác nhau giữa vectơ ngoại lực và vectơ nội lực được cân bằng bởi số gia ứng suất .
Mối liên hệ giữa số gia ứng suất và biến dạng là phi tuyến. Kết quả là số gia biến dạng thường không được tính toán trực tiếp và phương pháp lặp toàn bộ thích hợp cho giải phương trình cân bằng (5) cho tất cả các điểm vật liệu.
TTHL va TT
1.3.2. Công cụ mô phỏng cừ tràm trên Plaxis a. Phần tử neo [15]
Phần tử neo là gối tựa để liên kết 2 điểm với nhau. Kiểu neo này được lựa chọn từ menu Geomeotry hay click vào nút tương ứng trên thanh công cụ. Các ứng dụng điển hình bao gồm các kiểu tường neo. Phần tử neo phải luôn được liên kết với các đường hình học hiện hữu nhưng các điểm hình học thì không cần thiết. Việc tạo ra các phần tử neo cũng giống như việc tạo ra các đường hình học nhưng trái với các loại kết cấu khác, đường hình học không được tạo ra đồng thời với điểm neo. Do đó phần tử neo sẽ không chia nhỏ hay tạo mới.
Hình 1.3. Công cụ phần tử neo trên Plaxis 8.2
Phần tử neo là hai phần tử khối đàn hồi với một phần tử ngàm cứng. Phần tử này dùng để chịu lực kéo (neo) cũng như chịu lực nén (thanh, giằng…)
Phần tử neo được gây ứng suất trước trong quá trình tính toán đàn hồi bằng cách dùng Stage construction as Loading input.
b. Mặt tiếp xúc [15]
Mặt cắt tiếp xúc được sử dụng để mô hình hóa sự tương tác giữa kết cấu và đất.
Ví dụ những cấu trúc geotechnical kéo theo những mặt cắt được giới thiệu trong hình . Những mặt cắt có thể được lựa chọn từ thực đơn Hình học hoặc bởi việc kích nút tương ứng trong thanh công cụ.
Hình 1.4. Công cụ mặt tiếp xúc trên Plaxis 8.2
Sự tạo thành một mặt cắt tương tự như sự tạo thành một đường hình học. Mặt cắt xuất hiện khi một đường gạch ở bên cạnh bên phải của đường hình dạng (xem xét hướng vẽ) để chỉ báo ở đó theo cạnh hình học được kẻ sự tương tác với đất xảy ra.
Cạnh mà mặt cắt sẽ xuất hiện cũng được chỉ báo bởi mũi tên trên con trỏ trong hướng vẽ. Để đặt một mặt cắt ở bên kia nó cần phải được vẽ ra theo hướng đối diện. Thật ra những mặt cắt có thể được đặt ở cả hai bên của một đường hình học. Việc làm này cho phép một sự tương tác đầy đủ giữa những đối tượng đường cấu trúc (những tường, những sơ đồ có vãi địa kỹ thuật…) và đất lân cận. Để phân biệt giữa hai mặt cắt có thể dọc theo một đường hình học, những mặt cắt được cảnh báo bởi một dấu cộng – dấu hiệu (+) hoặc một số trừ - dấu hiệu (-).
TTHL va TT
Một ứng dụng tiêu biểu của mặt cắt sẽ mô hình hóa sự tương tác giữa tường cừ ván và đất, mà trung gian giữa mịn và thô hoàn toàn. Trong ứng dụng này mặt cắt được đặt tại cả hai cạnh của tường. Độ thô của sự tương tác được mô hình hóa bởi việc chọn một giá trị thích hợp như hệ số khử lực trong mặt cắt. Nhân tố này liên hệ ở mặt cắt (ma sát lực gắn vào tường) với lực đất (góc ma sát và lực dính kết).
Nhận xét: Trong nội dung luận văn, đề tài sử dụng phần tử neo mô phỏng cừ tràm và sử dụng mặt tiếp xúc để đánh giá tương tác giữa nền đất và cừ tràm.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Với đặc điểm địa chất tại tỉnh Trà Vinh là đất yếu với chiều dày khá lớn đòi hỏi công trình đặt lên chúng cần phải có các giải pháp gia cố nền. Có nhiều giải pháp gia cố nền đất yếu cho đường GTNT và nhà cấp thấp như: gia cố nền bằng cọc BTCT đúc sẵn, cừ tràm, cọc tre. Nhưng giải pháp được lựa chọn và sử dụng phổ biến từ trước cho đến nay tại vùng ĐBSCL nói chung và tỉnh Trà Vinh nói riêng là sử dụng cừ tràm để gia cố nền đất yếu. Gia cố nền đất yếu bằng cừ tràm mang lại hiệu quả về kinh tế, đảm bảo được yêu cầu về kỹ thuật, tận dụng vật liệu địa phương. Một vấn đề đặt ra, việc tiêu chuẩn hóa cho giải pháp này vẫn đang là một khó khăn. Các lý thuyết đưa ra ít được sử dụng để thiết kế vì nó chưa mang tính pháp lý và chưa được xác thực. Theo một quy ước chung, tại tỉnh Trà Vinh các kỹ sư vẫn đang giả định trước SCT của nền gia cố cừ tràm để áp dụng cho việc thiết kế là 7T/m2. Với SCT giả định liệu có đúng với SCT thực tế của nền gia cố cừ tràm. Vì vậy cần phải xác định được SCT thực tế thông qua thử nghiệm nén tĩnh nền gia cố cừ tràm nhằm mục đích so sánh, đề xuất SCT thực nghiệm của nền gia cố cừ tràm một cách đúng đắn sẽ được trình bày ở
chương 2. TTHL va TT
Chương 2
THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI NỀN GIA CỐ CỪ TRÀM TẠI TỈNH TRÀ VINH