(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng xử lún của công trình cụm, tuyến dân cư sử dụng cát san lấp trên nền đất sét yếu bảo hòa trên địa bàn tỉnh An Giang

MỞĐẦU

Đặt vấn đề

Trong thời gian gần đây, tỉnh An Giang đã ghi nhận nhiều sự cố lún công trình liên quan đến việc xây dựng trên nền đất yếu, đặc biệt là các công trình trên nền cát san lấp tại các khu dân cư Những vấn đề lớn đặt ra bao gồm sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của công trình không đảm bảo, ảnh hưởng đến an toàn và hiệu quả của các dự án xây dựng.

Hình 1 Công trình Tuyến dân cư vượt lũ (https://baotintuc.vn/anh/hang-tram-nha-vuot-lu-thanh-nha-ma-

1.1.1 Địa tầng đại diện tỉnh An Giang

Dựa trên kết quả khảo sát hiện trường và dữ liệu phòng thí nghiệm, địa tầng tại An Giang với chiều sâu từ 50-60m được chia thành 8 lớp đất chính và 1 lớp đất đắp Các lớp này phân bố không đồng đều, thể hiện sự đa dạng về thành phần và đặc tính kỹ thuật của từng lớp từ trên xuống dưới Việc phân tích đặc điểm của các lớp đất này giúp xác định các yếu tố quan trọng cho các dự án xây dựng và quy hoạch khu vực.

- Lớp đất đắp: Cát mịn lẫn bụi sét màu xám vàng – xám đen, kém chặt

- Lớp 1: Sét, nâu xám – xám tro, trạng thái dẻo mềm

- Lớp 2: Bùn sét, xám đen, xám nâu đen, trạng thái chảy

- Lớp 3: Sét, xám đen, trạng thái dẻo chảy

- Lớp 4: Sét pha, nâu xám – xám tro, trạng thái dẻo mềm

- Lớp 5: Sét nâu, xám đen, trạng thái nửa cứng

- Lớp 6: Sét pha, nâu vàng, nâu, trạng thái dẻo cứng

- Lớp 7: Cát pha, nâu, trạng thái dẻo

- Lớp 8: Cát nhỏ, vàng, chặt vừa

Trong phạm vi khảo sát tại tỉnh An Giang, địa tầng chủ yếu có độ sâu trung bình 45m và chủ yếu là những lớp đất yếu có khả năng chịu lực thấp đến rất thấp Những tầng đất này không thích hợp để xây dựng các công trình có tải trọng vừa và lớn, đòi hỏi nền móng vững chắc để đảm bảo an toàn và độ bền công trình.

1.1.2 Yêu cầu về san lấp mặt bằng tại địa bàn tỉnh An Giang

Với sông Tiền và sông Hậu ở phía Đông và chuỗi đồi núi thấp ở phía Tây đã hình thành 2 dạng địa hình chính:

Có cao độ thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam Cao trình của toàn đồng bằng biến thiên từ 0,8 m đến 3 m và được chia thành 2 vùng:

+ Vùng cù lao gồm 4 huyện: An Phú, Tân Châu, Phú Tân và Chợ Mới có cao trình biến thiên từ 1,3 - 3 m và thấp dần từ ven sông vào nội đồng

Vùng hữu ngạn sông Hậu thuộc Tứ giác Long Xuyên bao gồm thành phố Long Xuyên, thị xã Châu Đốc, huyện Châu Phú, Châu Thành và Thoại Sơn, có cao trình dao động từ 0,8 đến 3 mét và dần thấp hơn về phía Tây, tạo nên đặc điểm địa hình đặc trưng của khu vực.

Hai huyện Tri Tôn và Tịnh Biên chiếm phần lớn diện tích tự nhiên của khu vực, nổi bật với nhiều núi có độ cao từ 300 đến 700 mét, trong đó núi Cấm cao nhất đạt 710 mét Khu vực này được bao quanh bởi đồng bằng chân núi, tạo thành dạng địa hình chuyển tiếp linh hoạt giữa núi và đồng bằng, với độ cao dao động từ 4 mét trở lên.

Tại tỉnh An Giang, các công trình xây dựng phục vụ phòng chống lũ phải đảm bảo cao trình san lấp vượt cao trình mực nước lũ, phù hợp với yêu cầu nâng cao an toàn phòng chống thiên tai Chính sách này nhằm tăng khả năng chịu đựng của các công trình trước mùa mưa lũ, đảm bảo an toàn cho cộng đồng và tránh thiệt hại về tài sản Việc xây dựng các công trình với cao trình phù hợp là yếu tố then chốt trong chiến lược phát triển bền vững của tỉnh An Giang trong việc thích nghi với biến đổi khí hậu và hạn chế tác động của lũ lụt.

Các trình chống lũ thường có chiều cao từ 0.3-0.5m, dẫn đến yêu cầu san lấp mặt bằng với chiều dày từ 2.5m đến 5m để đảm bảo an toàn Vật liệu chủ yếu được sử dụng là cát san lấp, nhờ ưu điểm dễ làm chặt và tận dụng nguồn vật liệu địa phương Tuy nhiên, khi lớp cát san lấp nằm trên đất sét bùn yếu, sẽ gây ra hiện tượng sụt lún đất nền và ảnh hưởng đến độ ổn định tổng thể của công trình.

1.1.3 Một số sự cố công trình xây dựng trên cát san lấp

Các công trình xây dựng trên nền cát san lấp trên đất bùn yếu đều đòi hỏi quy mô phù hợp để đảm bảo độ bền vững Việc thi công trên nền đất yếu thường gặp phải các vấn đề về lún và phá hoại do lún, gây ảnh hưởng đến kết cấu công trình Do đó, cần đánh giá kỹ địa chất và áp dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp để giảm thiểu rủi ro lún nhà và duy trì ổn định trong quá trình thi công và sử dụng.

Công trình 1: Trạm cấp nước nông thôn của tỉnh An Giang

Mô tả công trình:(hình 2)

Xây dựng hoàn thành đưa vào sử dung 11/2016

San nền: Diện tích san lấp: 1093m 2 Đắp đê bao, chiều cao san lắp 3,8m; Chiều cao san lấp trung bình từ 2.5m -> 3.0m;

Nhà Quản lý: Diện tích 60m 2 , kết cấu Móng, cột, đà giằng, đà kiềng BTCT; Móng gia cố cừ tràm L = 4,7m,

Cụm xử lý nước (lắng, lọc, chứa) công suất 40m³/h có kích thước 3,1m x 3,1m x 4,4m, được xây dựng bằng kết cấu bê tông cốt thép chắc chắn Hệ thống bao gồm bể chính bằng bê tông cốt thép cùng móng cọc BTCT, được gia cố bằng cọc đúc sẵn, mác 300, với kích thước 0,3m x 0,3m x 22m, đảm bảo độ bền và ổn định khi vận hành.

Hình 2: Sự cố lún tại trạm cấp nước nông thôn của tỉnh An Giang

Mô tả sự cố công trình: (hình 3)

Khối công trình Cụm xử lý thiết kế móng sâu: độ lún 0,2-0,5cm

Khối công trình Nhả Quản lý thiết kế móng nông: độ lún 30-32cm

Công trình 2: Trung tâm hoc tập cộng đồng tại một xã của tỉnh An Giang

Mô tả sự cố công trình:

Xây dựng hoàn thành đưa vào sử dung 2015

Khối chính: diện tích xây dựng 525m 2 , sử dụng móng cọc BTCT 250x250 L%m Nhà xe: diện tích 90 m 2 , móng nông trên nền cát san lấp đầm chặt

Cổng hàng rào: chiều dài 495m, móng đơn gia cố cừ đá 120x120x1500

San lấp mặt bằng: diện tích san lấp 1.500m 2 , chiều cao san lấp 3,2m độ chặt yêu cầu K≥0.95

Hình 3: Sự cố lún trung tâm hoc tập cộng đồng tại một xã của tỉnh An Giang(Báo cáo kiểm định chất lượng công trình, 2016)

Mô tả sự cố công trình:

Khối chính của công trình sử dụng móng cọc BTCT, đạt mức lún bình quân chỉ 4cm, đảm bảo độ ổn định và độ bền của kết cấu Tuy nhiên, nền trệt tam cấp và ram dốc đã gặp phải lún khoảng 30cm, gây ra tình trạng nứt gãy ở các bậc tam cấp và ram dốc, ảnh hưởng đến tính an toàn và thẩm mỹ của công trình.

Nhà xe: lún ≥30cm , làm tách ram dốc

Cổng hàng rào: lún nghiên hàng rào, răng nứt một số vị trí trụ cột

Công trình 3: trường tiểu học của tỉnh An Giang

Mô tả công trình: (hình 4)

Hạng mục khối 10 phòng học: diện tích sàn sử dụng 655m 2 , cao 02 tầng, sử dụng móng cọc BTCT 250x250x25m

Hạng mục khối hành chính quản trị - phục vụ học tập: diện tích sàn sử dụng 486m 2 , cao 02 tầng, sử dụng móng cọc BTCT 250x250x25m

Hạng mục cổng hàng rào, nhà bảo vệ, bể nước ngầm: sử dụng móng cọc BTCT 120x120x4000

Hạng mục sân nền, cột cờ: xây dựng trên nền cát san lấp đầm chặt Chiều cao san lắp 3.75m

Hình 4: Sự cố lún tại trường tiểu học của tỉnh An Giang(Báo cáo kiểm định chất lượng công trình, 2016)

Mô tả sự cố công trình:

Hạng mục khối 10 phòng học: Lún không đáng kể 2-3cm

Trong các hạng mục xây dựng, khối hành chính quản trị - phục vụ học tập xảy ra lún không đáng kể từ 2-3cm, đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình Đối với các hạng mục cổng hàng rào, nhà bảo vệ và bể nước ngầm, mức lún cũng chỉ từ 25-30cm, phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật và không gây ảnh hưởng đến kết cấu chung của dự án.

Hạng mục sân nền, cột cờ: lún nghiên hàng rào, răng nứt một số vị trí trụ cột

Thiếu nghiên cứu tính toán về độ lún và sức chịu tải là một trong những nguyên nhân chính gây ra các vấn đề về ổn định cho công trình xây dựng trên nền đất san lấp Các công trình trên nền đất yếu, trừ những công trình lớn sử dụng móng sâu, thường gặp phải hiện tượng lún kéo dài trong quá trình thi công và sau khi hoàn thành, ảnh hưởng tiêu cực đến công năng và kết cấu của công trình Việc thiếu chuẩn bị kỹ lưỡng về kỹ thuật đất đắp làm tăng rủi ro lún không đều, gây tác động tiêu cực đến độ bền và an toàn của công trình xây dựng.

Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước

Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về xác định độ lún của nền đất sét yếu

Bùi Trường Sơn (2006) đã nghiên cứu về biến dạng tức thời và lâu dài của nền sét bảo hòa nước, đánh giá độ lún do đất bị trượt ngang Công trình của ông ước lượng độ lún ban đầu, trong đó đặc biệt xem xét sự thay đổi của môđun trượt theo thời gian để có các dự báo chính xác hơn về hành vi của nền đất trong các điều kiện thực tế.

Trần Minh Tùng (2010) chia sẻ các kinh nghiệm xử lý nền đất yếu trong các công trình tại Hàn Quốc, giúp nâng cao khả năng đảm bảo móng và ổn định nền đất Ông cũng giới thiệu kết quả bước đầu của việc áp dụng những phương pháp này tại Việt Nam, mở ra triển vọng cải thiện nền đất yếu trong các dự án xây dựng Những nghiên cứu này cung cấp các giải pháp kỹ thuật hiệu quả, phù hợp với điều kiện địa chất của Việt Nam, góp phần nâng cao chất lượng và độ an toàn của công trình.

Nguyễn Đức Lý (2017) đề xuất các biện pháp xử lý nền móng phù hợp, bao gồm xử lý móng hoặc kết hợp nhiều giải pháp nhằm đảm bảo độ ổn định Đỗ Minh Toàn và cộng sự (2013) nghiên cứu đặc tính địa chất của đất sét yếu ở đồng bằng sông Cửu Long, cho thấy đất chủ yếu là bùn sét và bùn sét pha có độ dày từ 10 đến 20 mét, nằm gần mặt đất, chưa được nén chặt và chứa muối cùng chất hữu cơ Các đặc tính này gây khó khăn trong công tác xây dựng đường do đất có mức độ nén lún mạnh, hệ số nén lún cao và chỉ số lún lớn hơn 0,1, với áp lực cố kết nhỏ từ 0,3 đến 0,5 kg/cm² Thử nghiệm cắt cánh hiện trường và thí nghiệm 3 trục trong phòng đều cho thấy đất chưa phù hợp để xây dựng đường, nhưng các thông số này có thể hỗ trợ kiểm toán ổn định nền đường trong quá trình thi công và cải tạo bằng các giải pháp kỹ thuật khác nhau.

Ngoài ra, TCVN 9362-2012 quy định phương pháp tính toán và giới hạn độ lún của nền móng công trình

Nhiều nghiên cứu nước ngoài về độ lún công trình trên nền đất yếu

Ashraf và cộng sự (2004) đã nghiên cứu cách tính toán độ lún không thoát nước của móng nông trên đất sét yếu, nhấn mạnh rằng độ cứng của đất và phương pháp thiết kế móng đơn đóng vai trò rất quan trọng trong độ bền vững của công trình Nghiên cứu đề xuất phương pháp "Thiết kế dựa theo khả năng huy động sức chịu," giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực của móng đất sét yếu, đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình.

8 tải của đất" Phương pháp này dự đoán tương đối chính xác ứng xử nén lún không thoát nước của móng đơn trên nền thiên nhiên, đất sét yếu

McMahon và cộng sự (2014) đã nghiên cứu khả năng chịu tải và độ lún của móng tròn trên nền thiên nhiên bằng phương pháp phần tử hữu hạn, nhấn mạnh rằng đảm bảo độ lún là yêu cầu thiết yếu trong thiết kế móng nông Họ đề xuất phương pháp xác định độ lún và sức chịu tải của móng nông dựa trên quan hệ phi tuyến, và kết quả của nghiên cứu đã được kiểm chứng thông qua phân tích phần tử hữu hạn với phần mềm ABAQUS, nâng cao độ chính xác của các phương pháp thiết kế móng nông.

Nghiên cứu của Entidhar và cộng sự (2015) sử dụng phần mềm SAFE để xác định độ lún của móng nông tại một số vùng của Iraq, ứng dụng công nghệ phân tích số liệu chính xác Kết quả nghiên cứu đã đề xuất các phương án thiết kế móng phù hợp với đặc thù địa chất của khu vực, giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình Đây là một bước quan trọng trong việc tối ưu hóa kỹ thuật xây dựng móng tại các khu vực có điều kiện đất đai phức tạp của Iraq.

Phương pháp tính toán độ lún của công trình trên đất sét bùn yếu được trình bày và đề xuất bởi Brand (1981) và Das (2006)

Tính cấp thiết của đề tài

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu tập trung vào tính toán lún của các công trình xây dựng trên nền đất yếu, nhưng ảnh hưởng của chiều dày lớp đất đắp đối với độ lún của công trình vẫn chưa được khảo sát và nghiên cứu đầy đủ Các vấn đề chưa được giải quyết trong công tác san lấp mặt bằng có thể gây ra các sự cố về lún, ảnh hưởng tiêu cực đến độ ổn định của công trình trên nền đất san lấp Việc thiếu số liệu chính xác về mối quan hệ giữa chiều dày đất đắp và mức độ lún làm giảm khả năng dự báo và xử lý các vấn đề về lún đất trong thi công xây dựng Nghiên cứu này nhằm làm rõ ảnh hưởng của bề dày đất đắp đến quá trình lún của công trình, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp để hạn chế các rủi ro về lún đất trên nền đất yếu.

Chiều dày lớp cát san lấp chỉ phụ thuộc vào cao trình vượt lũ tại An Giang, nhưng chưa tính đến khả năng chịu tải và ứng xử lún của đất nền trong quá trình thi công và sử dụng công trình Việc này còn bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi mực nước ngầm trong mùa lũ, gây tác động đáng kể đến độ ổn định của nền móng Do đó, cần có các đánh giá kỹ lưỡng về khả năng chịu lực và ổn định của đất nền nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả của công trình sau khi thi công.

Hiện vẫn chưa xác định rõ tác động của chiều dày và cường độ lớp cát san lấp cùng với tải trọng công trình đến mức độ lún và thời gian đất nền đạt độ lún ổn định Việc này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thiết kế và thi công các công trình trên nền đất cát san lấp Do đó, nghiên cứu và đánh giá chính xác các yếu tố này là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong xây dựng.

Chưa xác định được chiều dày và cường độ (độ chặt) tối ưu của lớp san lấp là vấn đề quan trọng trong công tác thiết kế và thi công công trình trên nền đất san lấp Việc này ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và an toàn của công trình, do đó cần nghiên cứu kỹ lưỡng để xác định các yếu tố phù hợp nhất Chọn lớp san lấp phù hợp giúp đảm bảo tính bền vững và giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và vận hành dự án.

Mục tiêu của đề tài

Việc xác định mối quan hệ giữa chiều dày của lớp cát san lấp và cường độ của lớp đất nền là yếu tố quan trọng để dự đoán độ lún tổng cộng của công trình dân dụng tải trọng nhẹ Các nghiên cứu cho thấy, cường độ của đất nền ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống biến dạng và ứng xử lún theo thời gian, đặc biệt trên nền đất cát san lấp và sét yếu bão hòa Hiểu rõ tương quan này giúp tối ưu hóa thiết kế nền móng, giảm thiểu rủi ro lún không đều và đảm bảo sự ổn định lâu dài của công trình.

Lập mối quan hệ giữa độ lún và các yếu tố như bề dày, cường độ lớp cát san lấp, cường độ đất nền, cũng như tải trọng công trình giúp xác định các thông số tối ưu Điều này đảm bảo sự cân đối giữa yếu tố kinh tế và kỹ thuật trong thiết kế, đồng thời nâng cao độ bền và ổn định của công trình theo thời gian Việc dựa trên các mô hình tương quan này giúp đưa ra các tiêu chuẩn về chiều dày và cường độ lớp cát san lấp phù hợp, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho dự án xây dựng.

Nội dung nghiên cứu

 Thu thập các điều kiện địa chất và công trình cụm dân cư trên nền đất yếu tại An Giang

 Thu thập các phương pháp tính toán giải tích tính toán cường độ đất nền trên nền đất cát san lấp và đất sét yếu bão hòa

Mô phỏng phần tử hữu hạn được sử dụng để xác định độ lún của công trình trên nền cát san lấp, giúp kiểm nghiệm mô hình và đánh giá mối quan hệ giữa ứng xử lún và các yếu tố quan trọng như tải trọng, điều kiện địa chất, cũng như các thông số về chiều dày và cường độ của lớp cát san lấp.

Dự báo cường độ đất nền và độ lún công trình trên nền đất có lớp cát san lấp là bước quan trọng để đảm bảo an toàn và ổn định công trình Các kết luận và kiến nghị về các thông số tối ưu của lớp cát san lấp cần dựa trên điều kiện chịu tải và mức độ lún cho phép, nhằm nâng cao hiệu quả kiểm soát biến dạng đất nền Việc xác định chính xác cường độ đất nền và độ lún giúp đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp, đảm bảo công trình vững chắc, bền lâu và đáp ứng các tiêu chuẩn xây dựng.

MÔ HÌNH PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN (PLAXIS)

Cơ sở tính toán phương pháp phần tử hữu hạn trong Plaxis

Plaxis là phần mềm mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn, được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực Địa kỹ thuật để phân tích các bài toán liên quan đến địa chất và nền móng Phần mềm này giúp các kỹ sư đánh giá chính xác các hiện tượng địa kỹ thuật phức tạp như sụt lún, nứt nền, và ổn định công trình Quá trình tính toán trong Plaxis thường được thực hiện qua các bước rõ ràng, từ việc tạo mô hình, thiết lập các điều kiện biên, đến phân tích kết quả để đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu Với khả năng mô phỏng chính xác và giao diện dễ sử dụng, Plaxis ngày càng trở thành công cụ không thể thiếu trong các dự án Địa kỹ thuật hiện đại.

- Mô phỏng cấu tạo hình học của công trình cần tính toán

- Lựa chọn mô hình đất với các thông số chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất

- Mô tả điều kiện biên thấm, biên cổ kết,v v

- Mô tả điều kiện ứng suất ban đầu bao gồm vị trí mực nước ngầm, áp lực nước lồ rỗng, ứng suất do trọng lượng bản thân đẩt

- Tiến hành mô tả các bước tính toán trên mô hình mô phỏng với trình tự phù hợp như điều kiện thi công thực tế

- Xuất kết quả tính toán dưới dạng biểu đồ hoặc bảng biểu theo từng giai đoạn tính toán

Hình 5: Hệ trục tổng quát và quy ước chiều và dấu của ứng suất trong Plaxis (Plaxis manual, 2016)

Mô hình Mohr-Coulomb (MC) là mô hình vật liệu đàn hồi dẻo lý tưởng, dựa trên giả thuyết đất và vật liệu có tính chất đàn hồi - dẻo Mô hình này mô tả ứng xử dẻo của đất theo chuẩn phá hoại của Mohr-Coulomb, giúp dự đoán hành xử của các vật liệu đất dưới tác động của lực (Plaxis Manual, 2016)

Hình 6: Quan hệ ứng suất – biến dạn mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC(Plaxis manual, 2016)

Mô hình đất này khá cơ bản và đơn giàn với yêu câu thông số đầu vào gồm 5 thông số chính sau:

Mặt đề của mô hình Mohr-Coulomb được mô tả bằng hình lục diện trong không gian ứng suất chính, thể hiện mối quan hệ giữa các thành phần ứng suất và khả năng chịu lực của vật liệu Phân tích này dựa trên các lập luận toán học để xác định giới hạn chịu lực của đất hoặc đá dưới tác dụng của các ứng suất khác nhau Mô hình giúp dự đoán điều kiện gây ra sự sụt lún hoặc phá hoại trong các công trình xây dựng dựa trên đặc tính ứng suất chính của địa chất.

Để tính toán sự suy giảm thể tích do biến dạng dẻo của đất cát chặt hoặc sét cứng khi chịu ứng suất cắt, hàm thế năng dẻo của đất cần được xem xét thêm vào Việc này giúp mô phỏng chính xác hơn quá trình biến dạng và suy giảm thể tích của đất dưới tác động của các lực cắt Tính toán này là yếu tố quan trọng trong phân tích cấu trúc đất nhằm đảm bảo độ ổn định và an toàn của công trình xây dựng.

Hình 7: Mặt ngưỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính

Mô hình MC gồm có 5 thông số tính toán như sau:

E: Mô đun đàn hồi Young (kN/m 2 ) ν : Hệ số poison

 Thông số phá hoại (dẻo): c' : Lực dính hữu hiệu (kN/m 2 ) φ' : Góc ma sát trong hữu hiệu (độ) ψ : Góc giãn nở (độ) Ưu điểm của mô hình Mohr- Coulomb:

- Làmô hình đơn giản, dễ tiếp cận vì được xây dựng trên các lý thuyết cơ học cổ điển

- Số lượng thông số của mô hình ít, các thông số có thể xác định trực tiếp từ các thí nghiệm trong phòng

- Rất phù hợp cho ứng xử thoát nước của các vật liệu như cát chặt

- Có kể đến ảnh hưởng của góc giãn nở

- Xem đất là vật liệu đồng nhất đẳng hướng

Ứng xử của đất trước khi đạt tới ngưỡng đàn hồi phản ánh hành xử của vật liệu đàn hồi, tuy nhiên, điều này không phù hợp với các loại đất yếu như cát rời và sét yếu Đất yếu có đặc điểm không đàn hồi hoàn toàn, do đó cần xác định các phương pháp phân tích phù hợp để đánh giá chính xác đặc tính chịu lực của đất Hiểu rõ hành xử của đất trước và sau ngưỡng đàn hồi sẽ giúp cải thiện thiết kế móng và các công trình xây dựng trên đất yếu, đảm bảo an toàn và bền vững lâu dài.

- Không phân biệt được ứng suất của đất khi gia tài và dỡ tải

- Không kể đến ứng suất theo thời gian (từ biên) của vật liệu

2.1.2 Ứng xử Drained vàUndrained của đất trong phần mềm Plaxis a) Drained:

- Đât và nước xem như một vật liệu duy nhất (đất) đang chịu tải

- Excess pore water: u=0 (phù hợp khi tính tải lâu dài)

- Phù hợp khi tính loại đất cát (thoát nước nhanh) b) Undrained:

- Hai vật liệu đang chịu tải

- Có phase cố kết (sức chịu tải của đẩt sẽ tăng lên sau cố kết)

- Kiểm soát được bao nhiêu % lực truyền lên nước, bao nhiêu % lực truyền lên hạt (dựa vào hệ sô Skempton B)

- Plaxis tính sự thay đổi trạng thái của đất theo thời gian ờ mọi diểm Plaxis manual, 2016

2.1.3 Ứng xử thoát nước drained và undrained a) Drained:

- Không tạo ra áp lực nước lồ rỗng thặng dư

- Dùng phù hợp cho đất khô, thoát nước hoàn toàn do hệ sổ thẩm cao (đất cát) hay tốc độ gia tải chậm

- Mô phỏng ứng xử lâu dài của vật liệu mà không cần quan tâm đến việc cố kết b) Undrained:

- Có cả áp lực nước lỗ rỗng ban đầu và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư

- Nhập E’ η’ (mô phỏng đẩt) chứ không nhập Eu , νu

- Plaxis sẽ tự động phân phối độ cứng khung hạt nước và phân biệt giữa ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư

- Ứng suẩt hữu hiệu Ap' = (1 -B) p = K'ℇν

- Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư p w = Bp

- Plaxis khuyến cáo với vật liệu undrained: v’0.35, nước không đủ độ cứng đổi với khung hạt đẩt Plaxis manual, 2016

2.1.4 Một số thông số khác a) Hệ số Poisson ν Đây là thông số ảnh hưởng đến biến dạng của đất nền

Nếu trong hồ sơ khảo sát không có hệ số này thì tra bảng dưới

Bảng 1 Hệ số poisson của các loại đất (Das, 2006)

Cát có độ chặt trung bình 0.25-0.40

Sét có độ cứng trung bình 0.20-0.50 b) Module đàn hồi E 50

Module đàn hồi E50 được nhập vào phần mềm để tính biến dạng đàn hồi của đất trong quá trình xử lý ứng xử đàn hồi Trong mô hình Mohr-Coulomb, chỉ sử dụng một giá trị module đàn hồi E duy nhất để đại diện cho toàn bộ lớp đất, giúp đơn giản hóa phân tích Giá trị E này có thể được xác định dựa trên các kết quả từ thí nghiệm nén trục hoặc thí nghiệm nén cố kết, đảm bảo tính chính xác cao trong mô hình Ngoài ra, ta có thể áp dụng các công thức kinh nghiệm và các hệ số tương quan để chọn ra giá trị E phù hợp, nâng cao độ tin cậy của phân tích địa kỹ thuật.

Hình 8:Xác định E50 từ thí nghiệm nén 3 trục (Plaxis manual, 2016)

Quan hệ module đàn hồi thoát nước và không thoát nước

Ta có: c) Góc giãn nở 

Chức năng của giá trị góc giản nở  nhập vào phần mềm để xác định mặt thế năng dẻo Mặt thế năng dẻo là yếu tố quan trọng giúp phần mềm tính toán chính xác các thành phần biến dạng dẻo Biến dạng dẻo xảy ra khi hệ số f bằng 0, và phần mềm sẽ dựa trên mặt thế năng dẻo để phân tích các biến dạng này Việc xác định giá trị góc giản nở giúp nâng cao độ chính xác của các phép tính trong quá trình mô phỏng và thiết kế kết cấu.

Theo mặc định của Plaxis :

- Mô hình đơn giản, rõ ràng (đàn dẻo lý tưởng)

- Nhìn chung là bước tiếp cận đầu tiên về ứng xử đất nền

- Được ứng dụng rộng rãi

- Thông số rõ ràng, đơn giản dễ dàng xác định trong hồ sơ địa chất

- Ứng xử đồng nhất và đẳng hướng

- Ứng xử đàn hồi tuyến tính cho tới khi bị phá hoại

- Độ cứng không phụ thuộc vào ứng suất

- Không có sự phân biệt giữa tải ban đầu và khi dỡ tải hay gia tải

- Góc nở phát triển liên tục

- Ứng xử thoát nước thì không đáng tin cậy

- Không có tính đẳng hướng, không phụ thuộc vào thời gian (từ biến) d) Xác định E 50

Module để nhập vào Phần mềm Plaxis là một thông số quan trọng được xác định dựa trên thí nghiệm nén 3 trục (CD), giúp mô phỏng chính xác đặc tính của đất Trong trường hợp hồ sơ khảo sát địa chất thiếu dữ liệu thí nghiệm CD, ta có thể xác định module đất từ các thí nghiệm CU hoặc UU bằng cách sử dụng hệ số Poisson để chuyển đổi các kết quả này Việc xác định module đất chính xác là yếu tố then chốt đảm bảo độ tin cậy của các mô hình tính toán trong phân tích địa chất và nền móng.

Module cát tuyến xác định theo công thức chuyển đổi sau

17 e) Xác định Hệ số thấm

Trong phần mền hệ số thấm kx và ky dùng để tính toán lưu lượng thấm và phân tích cố kết của đất

Cần nhập hệ số thấm kx và ky trong trường hợp phân tích UNDRAIN và trường hợp chiều cao cột nước có thay đổi

Hệ số thấm kx và ky được xác định thông qua các thí nghiệm nén cố kết, trong đó cấp áp lực được chọn gần với ứng suất hữu hiệu do trọng lượng của lớp đất tạo ra Việc này giúp đảm bảo độ chính xác trong đo lường và đánh giá khả năng thấm của đất, từ đó hỗ trợ các phân tích liên quan đến ổn định công trình và thiết kế nền móng Các kết quả thí nghiệm này là nền tảng quan trọng trong việc xác định các tham số địa chất thủy lực phù hợp với từng loại đất.

Hệ số thấm theo phương ngang (kx) thường lớn hơn hệ số thấm theo phương đứng (ky) Trong các thí nghiệm nén cố kết, chỉ cho kết quả hệ số thấm theo phương đứng, và dựa trên kinh nghiệm cũng như các nghiên cứu, hệ số thấm của đất sét thường được lấy trong khoảng kx = (2-5) ky, trong khi đó đối với đất cát, hệ số thấm theo phương ngang thường bằng hệ số thấm theo phương đứng (kx = ky).

Bảng 2 Hệ số thấm K của một số loại đất (Das, 2006)

 Xác định các thông số còn lại

Hệ số poisson dỡ tải xác định biến dạng đàn hồi của đất khi dở tải của đất

Lấy theo mặc định phần mềm Plaxis :

Hệ số lấy theo mặc định của plaxis

Hình 9.Tính toán hệ số hệ số Rf (Plaxis manual, 2016)

Thiết lập mô hình

1 Tên công trình: Trung tâm VH&HTCĐ xã Vĩnh Thành

2 Địa điểm xây dựng: xã Vĩnh Thành, huyện Châu Thành, tỉnh An Giang

3 Chủ đầu tư: UBND huyện Châu Thành

4 Quy mô đầu tư: tổng diện tích khu đất 4.358,57 m 2 Bao gồm:

- Công trình phụ trợ và hạ tầng kỹ thuật:

+ Sân nền, đường vào và cây xanh: 2.054 m 2

+ Hệ thống cấp điện, hệ thống cấp – thoát nước, hệ thống PCCC và san lấp mặt bằng

5 Giải pháp thiết kế: Khối hội trường và khối phòng chức năng: kết cấu móng, khung BTCT trên nền gia cố Cọc BTCT 150x150mm, dài L=6,5m; Sức chịu tải của cọc thiết kế

Dự án có diện tích PTK=2,7 tấn, bao gồm tường xây bằng gạch không nung đã hoàn thiện sơn nước Nền lát gạch ceramic chắc chắn, kết hợp cùng cửa sắt, cửa kính và hệ thống trần chuyên dụng với khung trần và xà gồ thép Mái lợp tole giúp bảo vệ công trình khỏi thời tiết Hệ thống điện nước được lắp đặt đồng bộ, đảm bảo hoạt động ổn định, cùng các biện pháp chống sét chuyên nghiệp để bảo vệ công trình an toàn và bền vững.

Mặc dù công trình được gia cố cọc bê tông cốt thép dài 6.5m, nhưng do đất đắp có bề dày lớn (4m) khiến chiều dài cọc trong đất yếu chỉ khoảng 2.5m, làm giảm tác động của ma sát âm đến nền móng Ngoài ra, cọc không được ngàm vào đất tốt nên nền móng hoạt động như móng nông, thể hiện qua độ lún lớn (24.4cm trong quá trình thi công và sau 2 năm sử dụng) Trong mô phỏng, phần móng được giả lập như móng nông không có cọc gia cường, do đó tác động của ma sát âm được bỏ qua vì không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất làm việc của nền móng công trình.

Hình 10.Mặt bằng tổng thể công trình (Hồ sơ thiết kế do Cty TNHH Tư vấn Xây dựng Viêt Long, An Giang lập, 2014)

Điều kiện kiện địa chất

Dựa trên kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng, có thể chia địa tầng khu vực xây dựng thành ba lớp chính từ trên xuống dưới Cụ thể, theo Báo cáo khảo sát địa chất năm 2014, các lớp này bao gồm lớp đất mặt phù hợp để xây dựng, lớp đất trung gian có đặc tính ổn định trung bình, và lớp đất dưới cùng có cấu trúc vững chắc, đảm bảo an toàn cho công trình Các phân lớp này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định phương án thi công phù hợp và đảm bảo độ bền vững của công trình xây dựng.

Là lớp đất đắp Chiều dày 0.5m

Là lớp bùn sét pha lẫn hữu cơ màu xám đen Tính chịu lực kém Chiều dày 4.1m

Lớp này có các chỉ tiêu cơ lý như sau :

- Dung trọng tự nhiên W = 1.39 g/cm 3

- Dung đẩy nổi đn = 0.44 g/cm 3

- Lực kết dính C = 0.01 kg/cm 2

- Mô đun biến dạng E0.5-1 = 2.9 kg/cm 2

Là lớp Bùn sét màu xám đen Trạng thái chảy.Tính chịu lực kém.Chiều dày đến đáy hố khoan là 11.4m

Lớp này có các chỉ tiêu cơ lý như sau :

- Dung trọng tự nhiên W = 1.48 g/cm 3

- Dung đẩy nổi đn = 0.50 g/cm 3

- Lực kết dính C = 0.01 kg/cm 2

- Mô đun biến dạng E1-2 = 6.92 kg/cm 2 Trong phạm vi khảo sát tới độ sâu 30m địa tầng đồng nhất

2.3.1 Tính toán số liệu địa chất cho đầu vào mô hình

Từ số liệu khảo sát địa chất số liệu địa chất được tính toán khi đưa vào phần mềm Plaxis

Số liệu tính chất của đất được cho trong bảng dưới

Bảng 3 Số liệu địa chất đầu vào mô phỏng Plaxis

Lớp đất Độ bão hòa,

Mô hình vật liệu Vật liệu K, m/day

Lớp 2: Bùn sét pha lẫn hữu cơ, bão hòa

Lớp 3: Bùn sét xám đen, bão hòa 96.4 20 14.8 15.

Mohr- Coulomb Undrained 5.61E-04 Lớp 1: Đất đắp – cát 2.5 17 17 Mohr-

Coulomb Drained 1 Lớp đất Độ bão hòa,

Lớp 2: Bùn sét pha lẫn hữu cơ, bão hòa

Lớp 3: Bùn sét xám đen, bão hòa 96.4 8 16.9 0 0 6907 0.32

Một số chỉ tiêu của đất được tính toán như sau:

Mô hình lựa chọn phân tích ứng suất thoát nước hiệu quả dựa trên sức kháng cắt tổng cộng, theo phương pháp loại B chưa thoát nước (undrained type B) trong hướng dẫn Plaxis 2016 Mô hình này giúp xác định chính xác ứng suất tổng cộng, ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng riêng biệt, hỗ trợ các dự án địa kỹ thuật đánh giá lực tác động của đất nền trong điều kiện thoát nước.

Mô hình đất: Undrained, sức kháng cắt tổng cộng không thoát nước, Su,  = 0; không cập nhật được sức kháng cắt sau khi cố kết

Các nghiệm pháp cắt phẳng (cắt nhanh) không phù hợp để tính toán sức kháng cắt không thoát nước, do đó, sức kháng cắt không thoát nước (Su) cần được xác định dựa trên công thức tương quan do Mesri đề xuất năm 1989.

Trong đó ’v = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp đất sét

Để xác định mô-đun đàn hồi hữu hiệu E’ cho mô hình Plaxis, quá trình này dựa trên các công thức tương quan do Ladd và Foote đề xuất năm 1977 Việc tính toán chính xác E’ là bước quan trọng để đảm bảo mô hình phản ánh đúng đặc tính của đất, giúp nâng cao độ chính xác của các phân tích địa kỹ thuật Các công thức này đã được nghiên cứu và chứng minh là phù hợp trong việc xây dựng mô hình đàn hồi đất, từ đó cải thiện khả năng dự đoán và thiết kế các công trình xây dựng.

23 sô liệu tính toán được kiểm nghiệm từ kết quả thí nghiệm nén cố kết trong phòng thí nghiệm

Giá trị module đàn hồi cho mô hình là giá trị module đàn hồi hữu hiệu, ký hiệu là E’ Trong điều kiện không thoát nước, E’ được liên hệ với module đàn hồi E theo công thức E’ = 50 u Việc xác định chính xác giá trị E’ là yếu tố quan trọng giúp đánh giá độ cứng của cấu trúc trong phân tích địa kỹ thuật.

Module đàn hồi không thoát nước, E 50 u được xác định từ công thức tương quan đề xuất bởi Ladd và Foote, 1977:

Với Ip là chỉ số dẻo được tính toán từ giới hạn dẻo và giới hạn chảy và giới hạn dẻo

Kết quả tính toán cho thấy module hữu hiệu E’ của lớp đất sét lớp 2 đạt 2866 kPa, phù hợp với giá trị E0.5-1 là 2900 kPa, chứng tỏ tính chính xác của mô hình đàn hồi này Đối với lớp đất sét 3, E’ = 6907 kPa phù hợp với kết quả thí nghiệm nén cố kết E12 = 6920 kPa, đảm bảo độ tin cậy của mô phỏng đàn hồi dùng trong phân tích địa kỹ thuật bằng phần mềm Plaxis.

Modun đàn hồi của cát được xác định theo các công thức tương quan đề xuất bởi (Janbu,

1963 và Von Soos, 1990): ref y ref p p

’y = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp cát

Hệ số nở hông (hệ số Possion, ) được xác định theo công thức tương quan đề xuất bởi Trautmann và cộng sự, 1987:

Góc trương nở của đất cát được xác định dựa trên công thức tương quan do Bolton (1986) và De Josselin de Jong (1976) đề xuất, phù hợp với điều kiện biến dạng phẳng (plane strain condition – lý tưởng cho các mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D).

Với crit = góc ma sát trong lớp cát rất xốp, không tạo trương nở trong quá trình cắt trực tiếp, giả thiết crit 27 0

Hệ số thấm K của đất sét được tính toán xác định từ thí nghiệm nén cố kết đất sét trong hồ sơ khảo sát địa chất, 2014

2.3.2 Mô hình PTHH Plaxis tính toán độ lún móng

Mô hình mặt bằng san lắp rộng 180m, được đắp đê bao bằng đất nhằm đảm bảo điều kiện biên của dự án Các công trình san lấp được thực hiện bằng cát để đảm bảo tính ổn định và độ bền của mô hình Trong đó, hạng mục khối hội trường rộng 60m được xây dựng tại trung tâm mặt bằng san lắp, cách đê bao 60m về mỗi bên, tạo sự phân bố đều và hợp lý cho toàn bộ dự án.

Theo khảo sát địa chất tại khu vực nghiên cứu, từ độ sâu trên mặt đất xuống đến -24m xuất hiện hai lớp đất chính để mô tả điều kiện địa chất trong mô hình tính toán Lớp trên cùng là lớp cát san lấp, với chiều dày được mô phỏng ở mức 2.0m, 2.5m, 3.0m, 3.5m, 4.0m và 5.0m nhằm đánh giá tác động của các lớp đất có độ dày khác nhau đến kết cấu công trình.

Tải trọng tác động là tải trọng công trình được mô phỏng ở ba cấp tải khác nhau, bao gồm 8 Kpa tương đương với nhà một tầng, 16 Kpa tương đương với nhà hai tầng, và 24 Kpa tương đương với nhà ba tầng Mức nước ngầm được giả định tại mặt đất tự nhiên để đảm bảo tính chính xác của các phân tích địa kỹ thuật.

25 Hình 11 Mô hình Plaxis 8.5 trong mô phỏng tính toán độ lún công trình và lưới mesh trong phân tích PTHH

KẾT QUẢ PHÂN TÍCH

Độ lún công trình trong giai đoạn xây dựng và sau 2 năm sử dụng, tính toán & kiểm nghiệm kết quả

Kết quả tính toán độ lún theo thời gian và giai đoạn thi công của công trình được thể hiện qua mô phỏng chi tiết Tổng độ lún của công trình từ khi đắp đất đến thời điểm thi công và sau 2 năm sử dụng lần lượt là 24.48cm và 25.56cm, cho thấy mức độ lún sau khi thi công và trong quá trình khai thác Giai đoạn thi công kéo dài 7 tháng với 7 lần chất tải riêng biệt được phân chia rõ ràng, giúp đánh giá chính xác ảnh hưởng của từng giai đoạn lên độ lún công trình Phương pháp mô phỏng chất tải (PP.1), kèm theo các phase thiết lập trong phần mềm Plaxis, được mô tả chi tiết trong bảng kèm theo để đảm bảo tính chính xác và khả năng lặp lại của mô phỏng.

Bảng4 Mô phỏng phase theo phương pháp chất tải trung bình tháng (30 ngày) thi công (PP.1)

Giai đoạn Thời gian, ngày

Mô tả Loại phân tích Tải trọng, kPa Phase 1: Đất hiện trạng - Giai đoạn ban đầu - -

Phase 2: Thi công đất đắp 5 Thi công đắp 4m đất cát đắp Plastic

Phase 3.1.1: Chất tải 1/14 tải trọng Thi công 1/7 công trình Plastic 1.14 Phase 3.1.2: Chất tải 1/14 tải trọng 30 Thi công 1/7 công trình Consolidation 1.14 Phase 3.2.1: Chất tải 3/14 tải trọng Thi công 2/7 công trình Plastic 2.29 Phase 3.2.2: Chất tải 3/14 tải trọng 30 Thi công 2/7 công trình Consolidation 2.29 Phase 3.3.1: Chất tải 5/14 tải trọng Thi công 3/7 công trình Plastic 3.43 Phase 3.3.2: Chất tải 5/14 tải trọng 30 Thi công 3/7 công trình Consolidation 3.43 Phase 3.4.1: Chất tải 7/14 tải trọng Thi công 4/7 công trình Plastic 4.57 Phase 3.4.2: Chất tải 7/14 tải trọng 30 Thi công 4/7 công trình Consolidation 4.57 Phase 3.5.1: Chất tải 9/14 tải trọng Thi công 5/7 công trình Plastic 5.71

Phase 3.5.2: Chất tải 9/14 tải trọng 30 Thi công 5/7 công trình Consolidation 5.71 Phase 3.6.1: Chất tải 11/14 tải trọng Thi công 6/7 công trình Plastic 6.86 Phase 3.6.2: Chất tải 11/14 tải trọng 30 Thi công 6/7 công trình Consolidation 6.86 Phase 3.7.1: Chất tải 13/14 tải trọng Thi công 7/7 công trình Plastic 8.00 Phase 3.7.2: Chất tải 13/14 tải trọng 30 Thi công 7/7 công trình Consolidation 8.00

Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm

Phase 4: Cố kết tải trọng công trình 730

Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm

Consolidation 8.00 Để đơn giản hóa mô phỏng quá trình thi công và cố kết đất đắp, quá trình chất tải của công trình được chia làm 2 giai đoạn: trung bình 50% tải trọng trong toàn thời gian thi công và 100% tải trọng sau khi kết thúc xây dựng công trình (PP.2) Quá trình chất tải và mô phỏng phase trong Plaxis được mô tả trong bảng dưới

Bảng5 Mô phỏng phase theo phương pháp mô phỏng chất tải 50% tải trọng công trình trong thời gian thi công (PP.2)

Giai đoạn Thời gian, ngày

Mô tả Loại phân tích Tải trọng, kPa Phase 1: Đất hiện trạng - Giai đoạn ban đầu - -

Phase 2: Thi công đất đắp 5 Thi công đắp 4m đất cát đắp Plastic

Phase 3.1.1: Chất tải 1/2 tải trọng 0 Thi công 1/2 công trình Plastic 4.00 Phase 3.1.2: Chất tải 1/14 tải trọng 210 Thi công 1/2 công trình Consolidation 4.00

Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm

Phase 4: Cố kết tải trọng công trình 730

Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm

Kết quả tính toán độ lún tại điểm A (tâm công trình) của 2 phương pháp mô phỏng chất tải nêu trên được thể hiện trong hình dưới

Hình 12 Độ lún tại tâm công trình theo 2 phương pháp mô phỏng chất tải trọng PP.1 & PP2

Kết quả phân tích cho thấy độ lún tại thời điểm hoàn thành xây dựng công trình, được xác định bằng phương pháp mô phỏng chất tải trung bình tháng, đạt 25.65 cm, phù hợp với kết quả báo cáo quan trắc thực tế tại khối hội trường là 24.4 cm (Báo cáo kiểm định chất lượng công trình, 2016), cho thấy phương pháp mô phỏng này đáng tin cậy trong dự đoán biến dạng của công trình.

Dù hai phương pháp mô phỏng chất tải xác định độ lún sau 2 năm vận hành công trình giống nhau, nhưng phương pháp mô phỏng chất tải trung bình 50% cho thấy độ lún trong giai đoạn thi công nhỏ hơn khoảng 5% so với phương pháp mô phỏng còn lại.

0,1 1 10 100 1000 Độ lún tại tâm công trình, cm

Phương pháp mô phỏng chất tải 50% tải trọng công trình trong thời gian thi công (PP.2)Phương pháp mô phỏng chất tải trung bình tháng (30 ngày) thi công (PP.1)

29 chất tải trung bình tháng (bảng 3) Từ đó, kết quả độ lún trong quá trình sử dụng

Phương pháp PP.2 cho kết quả lớn hơn phương pháp PP.1 khoảng 5%, điều này phản ánh sự thiên về an toàn so với thực tế Để đảm bảo tính đơn giản và chính xác trong quá trình tính toán độ lún công trình, phương pháp mô phỏng chất tải trung bình 50% được áp dụng trong quá trình mô phỏng và tính toán.

Trong giai đoạn cố kết đất nền kéo dài 2 năm, độ lún của đất nền hầu như không thay đổi, cho thấy quá trình cố kết đã gần như hoàn tất sau thời gian này Sau 2 năm sử dụng, hầu hết các ứng suất gây lún đất đã diễn ra, đảm bảo tính ổn định của nền móng công trình.

Bảng6 So sánh kết quả độ lún công trình theo 2 phương pháp mô phỏng chất tải

Thời điểm Độ lún công trình, cm % sai lệch

Kết thúc xây dựng công trình 24.48 23.33 4.93

Tương quan ứng xử lún của công trình theo bề dày đất cát đắp

Trong nghiên cứu này, bề dày lớp cát đắp được điều chỉnh từ 2m đến 4.5m để xác định mối quan hệ giữa bề dày lớp cát và ứng xử lún của công trình Ứng xử lún của công trình được đánh giá qua ba khía cạnh chính: độ lún tổng cộng sau hai năm sử dụng kể từ khi hoàn thiện, độ lún trong quá trình thi công và độ lún trong giai đoạn sử dụng sau hai năm Kết quả nghiên cứu giúp hiểu rõ ảnh hưởng của chiều dày lớp cát đắp đến khả năng chịu tải và ổn định của công trình trên nền đất, góp phần tối ưu hóa quy trình xây dựng và giảm thiểu rủi ro lún nền đất.

Ngoài ra, tải trọng phân bố đều công trình được thay đổi từ 8 kPa (tương đương tải trọng nhà 1 tầng) đến 24 kPa

3.2.1 Tương quan độ lún tổng cộng theo bề dày đất cát đắp Độ lún tổng cộng của công trình từ khi xây dựng đất đắp đến thời điểm sau 2 năm sử dụng công trình được thể hiện trong hình dưới Kết quả phân tích cho thấy độ lún tổng cộng của công trình tăng lên khi tăng tải trọng công trình và tăng tuyến tính theo bề dày

Trong quá trình thi công đất đắp, tổng hợp các giá trị độ lún vượt quá mức cho phép 8cm theo tiêu chuẩn TCVN 10304-2014 Tuy nhiên, độ lún thực tế trong quá trình khai thác và sử dụng công trình thường nhỏ hơn giá trị này và đã được tính toán kỹ lưỡng trong phần phân tích dưới Việc kiểm soát độ lún đảm bảo an toàn và ổn định của công trình, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành.

Hình 13 Tương quan độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm sử dụng theo bề dày đất đắp và tải trọng công trình

3.2.2 Tương quan độ lún trong quá trình thi công công trình Độ lún của công trình trong thời gian xây dựng công trình được tính toán trong thời gian

Dự kiến thi công công trình kéo dài hơn 7 tháng, tương đương 215 ngày Trong quá trình thi công, độ lún của công trình là tổng hợp của độ lún do tải trọng đất đắp Sfill, bao gồm cả lún tức thời và lún ổn định sau này Việc theo dõi độ lún trong suốt quá trình thi công là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính an toàn và ổn định của công trình.

Trong quá trình xây dựng công trình, hiện tượng Si-fill và lún cố kết là những vấn đề quan trọng cần được theo dõi để đảm bảo tính ổn định của công trình Độ lún do tải trọng công trình gây ra cũng ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc, đòi hỏi các biện pháp kỹ thuật phù hợp để giảm thiểu rủi ro Việc kiểm soát lún cố kết trong thời gian xây dựng đảm bảo tính bền vững và an toàn cho toàn bộ dự án.

Độ cố kết của đất nền chịu ảnh hưởng bởi tải trọng đất đắp tại thời điểm kết thúc xây dựng công trình Độ cố kết của đất nền, Ufill, được xác định dựa trên tổng độ lún cố kết của đất dưới tải trọng đất đắp, hay còn gọi là Sfill_all Công thức tính độ cố kết Sconstruct được thể hiện bằng sự kết hợp của các thành phần Sfill và Sbuilding, trong đó Sconstruct = Sfill + Sbuilding, phù hợp với quy trình xây dựng và đảm bảo tính bền vững của nền đất.

2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún tổng cộng công trình sau 2 năm sử dụng (mm)

Bề dày lớp đất đắp (m) q = 24 kPa q = 16 kPa q = 8kPa

Độ cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp trong quá trình xây dựng chiếm khoảng 90% tổng độ lún, như thể hiện trong bảng kết quả Quá trình này diễn ra trong suốt thời gian thi công, với 90% độ lún cố kết xảy ra trong giai đoạn này Kết quả được xác nhận qua phân tích thời gian T90 dựa trên biểu đồ log thời gian, cho thấy T90 khoảng 729 ngày, tương đương khoảng 2 năm Như vậy, mô phỏng quá trình lún là chính xác và phù hợp với tính toán lý thuyết về T90.

Hình 14 Phần trăm cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp sau khi kết thúc xây dựng công trình

2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp sau khi kết thúc xây dựng công trình, %

Bề dày lớp đất đắp (m)

Hình 15 Quá trình xác định T90 theo phương pháp biểu đồ lún

Bảng 7 Kết quả độ lún tức thời, độ lún cố kết trong quá trình thi công và độ lún cố kết tổng cộng do tải trọng đất đắp

Bề dày đất đắp đóng vai trò quan trọng trong khả năng chịu lực của công trình, ảnh hưởng đến độ lún cố kết tổng cộng của đất đắp (Sfill_all) Độ lún tức thời do tải trọng đất đắp (Si-fill) thể hiện sự biến dạng ngay sau khi thi công, trong khi độ lún cố kết trong quá trình thi công (Scon-fill) phản ánh quá trình nén chậm và ổn định của đất Ngoài ra, độ cố kết (Ufill) thể hiện mức độ đất đắp đã chịu nén hoàn chỉnh theo thời gian, giúp đảm bảo độ ổn định và bền vững của công trình xây dựng.

Kết quả tổng độ lún công trình đến khi hoàn thành thi công thể hiện rõ mối tương quan với tải trọng công trình và bề dày đất đắp Độ lún tăng theo từng bước khi bề dày lớp san lấp hoặc tải trọng công trình tăng lên, đảm bảo tính ổn định của công trình Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy độ lún ít biến đổi khi tải trọng công trình tăng từ 8 kPa đến 24 kPa, cho thấy khả năng chịu lực tốt của nền đất trong phạm vi tải trọng này.

Trong quá trình thi công, độ lún cố kết do tải trọng đất đắp chiếm phần quan trọng trong tổng độ lún của công trình Tải trọng công trình thường tăng dần theo quá trình xây dựng và đạt đỉnh khi hoàn thành, tuy nhiên, trong giai đoạn thi công, tác động của tải trọng công trình không gây ảnh hưởng lớn đến độ lún của công trình.

Hình 16 Tương quan độ lún công trình trong thời gian thi công, Sconstruct theo bề dày đất đắp và tải trọng công trình

3.2.3 Tương quan độ lún trong quá trình 2 năm sử dụng công trình Độ lún trong quá trình sử dụng công trình được xác định từ hiệu của tổng độ lún công trình sau 2 năm với giá trị độ lún công trình trong giai đoạn xây dựng công trình Kết quả độ lún trong quá trình sử dụng theo bề dày và tải trọng công trình được thể hiện trong hình dưới

2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún công trình trong quá trình thi công, S construct (mm)

Bề dày lớp đất đắp (m) q = 24 kPa q = 16 kPa q = 8kPa

Hình 17 Độ lún công trình trong 2 năm sử dụng công trình

Kết quả nghiên cứu cho thấy độ lún của công trình trong quá trình sử dụng tăng rất ít khi gia tăng bề dày lớp đất đắp, với mức tăng nhỏ hơn 1 cm khi bề dày đất đắp từ 2m đến 4.5m, chủ yếu do phần lớn độ lún đã xảy ra trong quá trình thi công, chiếm khoảng 90% của độ lún cố kết Tuy nhiên, độ lún trong quá trình sử dụng lại tăng rõ rệt khi tải trọng của công trình tăng lên; khi tăng từ 8 kPa lên 16 kPa, độ lún tăng khoảng 2.5cm, và thêm khoảng 3cm khi tải trọng tăng từ 16 kPa đến 24 kPa Với tải trọng 24 kPa (tương đương nhà 3 tầng), độ lún vượt quá giới hạn 8cm theo tiêu chuẩn TCVN 10304-2014, cho thấy mức tải trọng này không phù hợp với bất kỳ bề dày lớp đất đắp nào.

2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún công trình trong 2 năm sử dụng (mm)

Bề dày lớp đất đắp (m) q = 24 kPa q = 16 kPa q = 8kPa

3.2.4 Đánh giá độ lún công trình trong giai đoạn thi công và sử dụng công trình theo bề dày lớp đất đắp

Tỷ lệ độ lún công trình trong giai đoạn thi công và sau khi đưa vào sử dụng được xác định dựa trên tổng độ lún của công trình đến thời điểm sau 2 năm vận hành Việc đánh giá này nhằm xác định hiệu quả giảm lún, đảm bảo sự ổn định và an toàn trong quá trình sử dụng công trình Điều này giúp các nhà quản lý đánh giá chính xác quá trình lún và tối ưu hóa các giải pháp phù hợp để hạn chế tác động của lún đất lên công trình.

Kết quả tính toán tỷ lệ độ lún cho thấy từ 60-80% độ lún đã xảy ra trong quá trình thi công công trình, còn khoảng 20-40% độ lún xảy ra trong thời gian sử dụng Điều này cho thấy phần lớn độ lún diễn ra trong giai đoạn thi công, trong khi độ lún trong thời gian vận hành chiếm tỷ lệ nhỏ hơn Tải trọng công trình càng lớn, thì phần độ lún còn lại trong quá trình sử dụng càng lớn; ngược lại, khi đất đắp có bề dày lớn hơn, phần trăm độ lún trong thời gian thi công càng cao, giúp giảm thiểu độ lún trong giai đoạn vận hành.

Hình 18 thể hiện tỷ lệ phần trăm độ lún công trình trong hai giai đoạn chính: thi công xây dựng và quá trình sử dụng công trình Đặc biệt, tỷ lệ này được so sánh với tổng độ lún của công trình sau hai năm vận hành, dựa trên bề dày đất đắp và tải trọng công trình Nghiên cứu này giúp đánh giá chính xác mức độ lún và ổn định của công trình qua thời gian, góp phần nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công các dự án xây dựng bền vững.

Tương quan ứng xử lún với độ chặt đất đắp

Ứng xử lún của công trình phụ thuộc vào độ chặt của đất cát đắp, với 5 cấp độ chặt khác nhau, trong đó Rc thay đổi từ 0.76 (cát xốp) đến 0.98 (cát rất chặt) Phân tích được thực hiện dựa trên bề dày cát đắp từ 2m đến 4.5m, kết hợp với tải trọng lớn nhất của công trình là 24 kPa Độ chặt Rc thể hiện tỷ lệ dung trọng khô của đất so với dung trọng khô lớn nhất của đất, giúp xác định chính xác khả năng chịu lực và nguy cơ lún của công trình.

Theo tiêu chuẩn TCVN 8721:2012, giá trị d(max) = 19 kN/m² được sử dụng để xác định khối lượng lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm Do không có thí nghiệm cụ thể về khả năng chịu cắt của đất cát theo độ chặt, cường độ chịu cắt của đất cát đắp được ước tính dựa trên mối quan hệ giữa độ đầm chặt và cường độ chịu cắt, theo đề xuất của U.S Navy năm 1983 (hình 11).

Hình 19 Tương quan góc ma sát trong,  và độ chặt tương đối, Dr (Đề xuất bởi Bolton,

1986, Schemertman, 1978 và U.S Navy, 1983) Độ chặt tương đối, Dr được xác định từ công thức liên hệ:

Dung trọng khô nhỏ nhất,d(min)= 14 kN/m 2 được xác định khối lượng lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm, TCVN 8721: 2012

Quá trình tính toán độ chặt tương đối Dr và góc ma sát trong,  của đất cát được thể hiện trong bảng dưới

Bảng 8 Tính toán góc ma sát trong của cát theo độ chặt tương đối, Dr

Trường hợp Độ chặt tương đương, Dr, % Độ chặt, Rc Trạng thái  (độ)

Modun đàn hồi của cát được xác định theo các công thức tương quan đề xuất bởi (Janbu,

1963 và Von Soos, 1990): ref y ref p p

’y= ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp cát

Hệ số nở hông (hệ số Possion, ) được xác định theo công thức tương quan đề xuất bởi Trautmann và cộng sự, 1987:

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Với crit = góc ma sát trong lớp cát rất xốp, không tạo trương nở trong quá trình cắt trực tiếp, giả thiết crit27 0

3.3.1 Tương quan độ lún tổng cộng theo độ chặt đất đắp

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

3.3.2 Tương quan độ lún trong quá trình sử dụng theo độ chặt đất đắp

Phân tích độ lún của công trình trong quá trình 2 năm sử dụng với tải trọng công trình q

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Dù có thể, tải trọng công trình q = 24 kPa gây ra độ lún sau 2 năm sử dụng vượt quá giới hạn 8cm, bất kể độ chặt và bề dày lớp cát đắp từ 2m đến 4.5m Điều này cho thấy, với điều kiện địa chất khảo sát hiện tại, không thể xây dựng công trình với tải trọng q = 24 kPa nhằm đảm bảo hạn chế về lún.

2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm sử dụng, cm

Bề dày lớp đất đắp (m)

Hình 21 Tương quan độ lún công trình trong 2 năm sử dụng theo độ chặt, Rc và bề dày đất đắp với tải trọng công trình, q = 24 kPa

3.3.3 Đánh giá độ lún trong giai đoạn thi công và sử dụng công trình theo độ chặt lớp đất đắp

Khảo sát tỷ lệ độ lún công trình trong các giai đoạn thi công và sử dụng cho thấy tỷ lệ này không thay đổi đáng kể sau 2 năm vận hành Cụ thể, khi thay đổi độ chặt của đất cát đắp từ loại xốp (Rc = 0.76) đến cát rất chặt (Rc = 0.98), tỷ lệ lún diễn ra khoảng 5%, đồng thời cho thấy độ ổn định của kết cấu không phụ thuộc nhiều vào mức độ chặt của đất cát đắp.

2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Độ lún công trình trong 2 năm sử dụng , cm

Hình 22 thể hiện tỷ lệ phần trăm độ lún của công trình trong hai giai đoạn chính: giai đoạn thi công xây dựng và giai đoạn sử dụng, so với tổng độ lún sau 2 năm vận hành Độ lún của công trình phụ thuộc vào các yếu tố như độ chặt của đất, Rc và chiều dày của đất đắp, với tải trọng q = 24 kPa Điều này giúp đánh giá mức độ ổn định và an toàn của công trình theo thời gian sử dụng Hiểu rõ tỷ lệ lún theo từng giai đoạn và các thông số kỹ thuật này là rất quan trọng trong thiết kế và thi công các dự án xây dựng nhằm đảm bảo công trình bền vững, kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu rủi ro về sụt lún.

Tỷ lệ phần trăm độ lún công trình so vơi tổng độ lún (mm)

Bề dày lớp đất đắp (m)