Trinh viet cuong danh gia nguyen nhan gay hu hong 1 ct do tac dong cua tai trong lan can

Trịnh Minh Thụ Trờng Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội Tóm tắt: Báo cáo trình bày diễn biến sự cố xảy ra đối với một công trình chịu tác động của tải trọng do nền đất đắp lân cận.. Kết quả quan t

Đánh giá nguyên nhân gây h hỏng một công trình

do tác động của tải trọng lân cận

KS Trịnh Việt Cờng,

KS Phạm Quyết Thắng,

KS Dơng Hồng Phợng

Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

Ths Trịnh Minh Thụ

Trờng Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội

Tóm tắt: Báo cáo trình bày diễn biến sự cố xảy ra đối với một công trình chịu tác động của tải trọng do nền đất đắp lân cận Kết quả quan trắc và các tính toán cho thấy chuyển

vị ngang của khu vực lân cận khối đất đắp khá lớn, do đó cần áp dụng những giải pháp thiết kế và thi công thích hợp để hạn chế tác động bất lợi của chuyển vị ngang.

1 Mở đầu

Cụm công trình này bao gồm nhà nghiền thô (PCH), nhà tiếp nhận silica (SRH) và một số tờng chắn (RW) đảm nhiệm chức năng tiếp nhận và sơ chế nguyên vật liệu phục vụ cho một nhà máy xi măng ở miền Trung Để tạo đờng vận chuyển nguyên liệu lên phễu tiếp nhận nằm trên cao độ +24.3m, một đoạn đờng dẫn đợc đắp ở phía sau công trình Tải trọng của nền đắp đã gây ra chuyển vị ngang và làm h hại kết cấu các công trình lân cận

2 Đặc điểm của công trình

Cụm công trình do một nhà thầu nớc ngoài thiết kế và thi công Mặt bằng công trình đợc thể hiện ở hình 1 Kết cấu bên trên bao gồm hệ khung và tờng bằng bê tông cốt thép Móng của công trình là móng bè đặt trên các cọc tiết diện 30x30cm và 40x40cm Cọc đợc

đóng theo phơng thẳng đứng đến lớp đá gốc, chiều dài cọc khoảng 24-30m Sơ đồ bố trí cọc đợc thể hiện trên hình 2 Mặt cắt ngang qua PCH và khối đờng đắp phía sau công trình

đợc thể hiện trên hình 3

Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất về

Sự cố công trình và các nguyên nhân

A PCH A

SRH

4 56'

RW

o

T ờng chắn

17500

T ờng chắn

T ờng chắn

(nhà nghiền thô)

(nhà tiếp nhận Silica)

bằng đá đắp

Đ ờng dẫn Khu vực

17500

SRH

RW

PCH

4 56'

Ghi chú: cọc 400x400 cọc 300x300

Hình 2 Mặt bằng bố trí cọc

7000 6000 4000 4000

SL+24.30 SL+21.30

SL+6.30

Đ ờng dẫn

đắp bằng

đá vôi

Hình 3 Mặt cắt ngang qua PCH

3 Điều kiện đất nền

Khảo sát hiện trờng đợc thực hiện bao gồm 5 hố khoan có lấy mẫu và thí nghiệm SPT Trụ hố khoan điển hình đợc thể hiện trên hình 4 Lớp đất yếu duy nhất là lớp bùn sét hữu cơ có độ dày 1,5 đến 2m Độ sâu lớp đá gốc khoảng 19 đến 20m

+6.0

+1.7 -0.1 -2.3

-13.8

-19.8

Đất đắp (N=30-38)

Đất bùn sét hữu cơ (N=3-4)

Cát chặt vừa đến chặt (N=44-53)

Sét nửa cứng đến cứng (N=13-29)

Đá gốc, đá vôi Sét pha cứng đến rất cứng (N=24-40)

Hình 4 Trụ hố khoan điển hình

4 Diễn biến của sự cố

Việc thi công công trình và đờng dẫn đợc tiến hành đồng thời từ tháng 11 năm 1998 Đến tháng 1 năm 1999, chuyển dịch của công trình đợc phát hiện khi nền đắp còn cách công trình khoảng 10m Tại thời điểm đờng dẫn đợc thi công đến sát công trình thì chuyển dịch ngang của PCH bằng 7 mm và của SRH bằng 25mm ở thời điểm hoàn thành đắp đờng dẫn đến cao độ +24.00m (giữa tháng 5 năm 1999), chuyển dịch ngang của PCH và SRH là 61mm và 77mm Sơ đồ mô tả quá trình thi công và chuyển vị ngang đợc thể hiện trên hình

5 Biểu đồ trong hình 6 thể hiện sự diễn biến chuyển vị ngang của SRH từ tháng 1 đến tháng 5 năm 1999

09/T hai

23/T ba

26/T ba

14/T năm

28/T Năm

0

42

45

94

108

9

13

3

2

2

9

22

25

49

77

SL+11.5 SL+10.4

SL+6.5 SL+16.0

3.0

SL+18.0

SL+11.5 SL+15.0

5.0

SL+24.3

SL+11.5 12.0

SL+20.0

SL+11.5 SL+17.9

SL+19.2 SL+13.0

SL+19.2

5.0

SL+24.3

SL+11.5

Ngày

đo

Tổng số ngày đo (ngày)

Phác hoạ giai đoạn thi công Số đo chuyển

dịch của lần đo tr ớc (mm) (mm)

Hình 5 Diễn biến của chuyển vị ngang tại nhà tiếp nhận silica (SRH )

Từ tháng 6 năm 1999, việc quan trắc chuyển dịch của đất nền đợc thực hiện bằng thiết bị

đo nghiêng (inclinometer) Kết quả đo từ ngày 18 tháng 6 đến ngày 7 tháng 7 đợc thể hiện trên hình 7 Kết quả quan trắc cho thấy chuyển vị của lớp đất đắp từ +6.0 m tới +11.82 m khá cao Đối với các lớp đất tự nhiên, chuyển vị ngang gần nh không thay đổi theo chiều sâu cho đến gần lớp đá gốc Kết quả quan trắc tại nhiều vị trí cũng chứng tỏ không có dấu hiệu của hiện tợng trợt trong đất nền

SL+3.3

EGL=SL+11.82

SL+6.0

-25.0 -20.0 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0

15.0

Chuyển dịch (mm)

17-Jun 7-Jul

Vê phía đông

Hình 7 Kết quả đo chuyển vị ngang tại SRH

Hình 6 Chuyển vị ngang của PCH

Để khắc phục sự cố, một phần đờng dẫn phía sau công trình đợc hạ xuống cao độ +15.00

m vào tháng 6 năm 1999 Sau khi hạ tải, kết quả quan trắc cho thấy chuyển vị ngang của công trình hầu nh không phát triển tiếp

Chuyển vị ngang đã làm h hại kết cấu của công trình Một số vết nứt cũng đã đợc phát hiện ở kết cấu bên trên Cọc của công trình đợc kiểm tra trực tiếp bằng cách đào thăm dò Hầu hết các cọc đều bị nứt tại gần vị trí liên kết với đài cọc với bề rộng vết nứt phổ biến ở mức 24 mm Hình 8 thể hiện vết nứt quan sát đợc trên một cây cọc

Hình 8 Vết nứt trên thân cọc

5 Đánh giá nguyên nhân của sự cố

Để đánh giá nguyên nhân gây h hỏng công trình, các tính toán sau đây đã đợc thực hiện:

- Tải trọng ngang tác dụng lên cọc và sức chịu tải trọng ngang của cọc;

- Chuyển vị ngang của đất nền dới tác dụng của tải trọng nền đắp

5.1 Tải trọng ngang tác dụng lên cọc

Theo Tomlinson (1977), khi tỷ số chiều dài/đờng kính cọc L/d>10, sức chịu tải theo

kN.m đối với cọc 30x30cm và MR=107 kN.m đối với cọc 40x40cm

Hai thành phần tải trọng ngang tác dụng lên cọc phải đợc kể đến là:

áp lực chủ động, góc ma sát trong của vật liệu đắp đợc lấy là =35 áp lực này đợc truyền xuống cọc dới dạng tải trọng tập trung đặt ở đỉnh cọc

môi trờng đất Độ lớn của áp lực này giảm theo chiều sâu và khoảng cách đến khối đất

đắp

Hệ số phản lực nền đợc xác định theo "Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc - TCXD 207:1998", trong đó giá trị mô đun phản lực của đất tăng theo chiều sâu Kết quả tính toán cho thấy tỷ

số giữa mô men uốn cực đại M do tải của khối đất đắp gây ra cao hơn khả năng chịu uốn của

thuyết phù hợp với kiểm tra tại hiện trờng, trong đó hầu hết các cọc bị nứt ở gần đỉnh cọc

5.2 Phân tích chuyển vị ngang của kết cấu

Tính toán chuyển vị của đất và kết cấu xung quanh khối đờng đắp đã đợc thực hiện bằng phần mềm SIGMA/W (Geo-Slope Inc., Canada) Trong quá trình tính toán, các thông số biến dạng của đất nền đợc xác định từ kết quả thí nghiệm mẫu đất trong phòng Hệ số Poisson của các lớp đất sét đợc lấy theo khuyến nghị của Bowles (1996)

Trong mô hình tính toán, các cây cọc đợc mô hình hoá bằng các phần tử dầm (beam), liên kết giữa cọc và đài cọc là ngàm

Trong tính toán đã kể đến hai trờng hợp tải trọng:

Trong điều kiện này công trình cha chịu tác động trực tiếp của khối đất đắp

tác động trực tiếp của khối đất đắp

Kết quả phân tích chuyển vị ngang của đất nền đợc trình bày dới dạng đờng đồng mức (hình 9

và 10) Giá trị tính toán của chuyển vị ngang tại công trình là tơng đối lớn: Đối với trờng hợp tải trọng thứ nhất, chuyển vị ngang là 50100mm còn đối với trờng hợp tải trọng thứ hai, chuyển

vị ngang đạt tới 150200mm So sánh với kết quả quan trắc hiện trờng cho thấy kết quả tính toán cao hơn Nguyên nhân có thể do quan trắc đợc thực hiện trong thời gian rất ngắn trong khi thời gian cần thiết để chuyển vị của đất nền đạt giá trị cuối cùng là rất lâu

Kết quả phân tích cũng cho thấy ảnh hởng của cọc đối với chuyển vị ngang là không đáng

kể

SL-0.10

-20

-20 -30

-40

-25

-15

-10

0

-5

5

-0.15

SL -19.80 SL-13.80

SL-2.30 SL+1.70

20

10

15

25

30

SL+6.00 SL+20.00

0.15

90

Khoảng cách (m)

Phần tử

Đất lấp Bùn sét/cát Cát Sét màu

Sét xám/nâu

Đá vôi

Hình 9 Đờng đồng mức chuyển vị ngang tại PCH - trờng hợp tải trọng thứ nhất

SL -19.80

SL-2.30 SL+1.70 SL+6.00 SL+24.23

0

-30

-30

-40

-25

-0.2 -10

-20

-15

-5

-0.05

-0

-0.

5

10

-0.25

15

20

0 25

0.25

0.2

0.05 0.1

-0.25

SL-0.10

-0.15

-0.05

Khoảng cách (m)

Phần tử

Đất lấp Bùn sét/cát Cát

Sét màu

Sét xám/nâu

Đá vôi

Hình 10 Đờng đồng mức chuyển vị ngang tại PCH - trờng hợp tải trọng thứ hai

6 Kết luận

Trên cơ sở điều tra, tính toán và phân tích có thể kết luận:

- Thiết kế đã không đánh giá đầy đủ ảnh hởng của tải trọng ngang tác dụng lên cọc Tải trọng ngang tác dụng lên cọc vợt quá 2 lần khả năng chịu tải của cọc

- Giải pháp chỉ sử dụng cọc thẳng đứng là không phù hợp với điều kiện tải trọng ngang rất lớn Trong trờng hợp này nên sử dụng một số cọc xiên

- Chuyển vị ngang do khối đất đắp khá lớn nhng ngời thiết kế cha quan tâm đầy đủ đến yếu tố này

- Có thể giảm tác động của chuyển dịch ngang của đất nền đối với công trình bằng cách thi công công trình sau khi cơ bản hoàn thành đắp hệ thống đờng dẫn

Tài liệu tham khảo

1 Bowles, J E "Foundation Analysis and Design" The McGraw-Hill Companies, 1996

2 Trịnh Việt Cờng, Phạm Quyết Thắng, Dơng Hồng Phợng "Report on the evaluation of causes of lateral movement at PCH and SRH", Viện KHCN Xây dựng, 1999.

3 TCXD 207: 1998 "Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế".

4 Tomlinson, M J "Pile Design and Construction Practice" Viewpoint Publications,

1977