Báo cáo nghiên cứu khoa học phân tích giải pháp gia cường móng cọc mố cầu bằng plaxis 3d

Mố cầu ngoài lực ngang do áp lực đất, hoạt tải xe sau mố, n còn chịu tác dụng của lực ngang do sự dịch chuy n lớp đất yếu dưới tác dụng của đất đắp nền đường tác dụng vào các cọc.. Các l

MỤC LỤC

1

1 1

2 1

3 2

CHƯƠNG 1: C C C HƯ NG G C Ư NG N C NG I I N I N 3

1.1 3

1.1 3

1.1.2 4

1.1.3 6

1.1.4 6

7

7

, 8

9

9

10

N 18

18

19

23

CHƯƠNG 2: C NG C H I N NG C C

C N 24

2.1 C 24

2.1.1 24

25

C 30

30

31

2.2.3 35

35

CHƯƠNG 3: CƠ H HƯƠNG H H N H H N H NG I N N NH NG C C C 37

3.1 37

37

38

40

41

3.2 H 43

3.2.1 44

45

45

3.3 C

46

– Coulomb (MC) 46

t 50

51

CHƯƠNG 4: H N CH NH HƯ NG C H I

Ư NG N N N NH I N NG NG C C

C H I N HC 53

H I HC 54

H p 1 65

4.2.1 68

4.2.2 71

4.2.3 72

4.3 2 73

4.3.1 76

4.3.2 80

4.3.3 85

4.4 86

4.4.1 89

4.4.2 94

4.4.3 95

96

100

N I N NGH 105

105

106

I I H H 108

ng p nước, đất ruộng, đất yếu thường gặp rất nhiều kh a khăn Điều chú ý nhất ở việc xây dựng cầu trên đất yếu là mố cầu Mố cầu ngoài lực ngang do áp lực đất, hoạt tải xe sau mố, n còn chịu tác dụng của lực ngang do sự dịch chuy n lớp đất yếu dưới tác dụng của đất đắp nền đường tác dụng vào các cọc Các lực này cực kỳ nguy hi m, c th gây ra ảnh hưởng đến vấn đề ổn định mố cầu Các lực ngang tác dụng lên cọc rất lớn do kết cấu nhịp bên trên và do đất đắp sau mố tác dụng vào Do

đ tìm các phương pháp hạn chế gia cố cọc chịu tải ngang trong mố cầu là điều hết sức quan trọng ì v y, vấn đề nghiên cứu tính toán mố cầu và m ng cọc mố cầu chịu tải trọng ngang do lớp đất đắp làm cho hệ thống m ng cọc mố cầu bị chuy n dịch gây biến dạng và phá hoại công trình là điều hết sức cần thiết

2 ục tiêu nghiên cứu

Trong lu n án này tác giả t p trung vào nghiên cứu các vấn đề sau

- ghiên cứu ảnh hưởng của khối đất đắp đường d n sau mố theo t ng giai đoạn thi công đất đắp gây ra

ảnh hưởng đến chuy n vị của đài cọc, mố cầu

ảnh hưởng lực ngang đến mố cầu tác động vào bệ m ng và cọc

ảnh hưởng đến nội lực mô ment và lực cắt của cọc

- hân tích biện pháp gia cố m ng cọc, mở rộng đài cọc, khắc phục chuy n vị

mố đạt hiệu qủa ổn định và biến dạng lâu dài

o sánh và kiến nghị giải pháp thiết kế ổn định và biến dạng cọc m ng mố cầu với công trình c chiều dày lớp đất yếu lớn n m phía dưới khối đất đắp

Đối với các công trình gặp sự cố tương tự c th tham khảo biện pháp x lý trên mang lại lợi ích lớn cho chủ đầu tư, c ng như giảm thi u được những tai nạn đáng tiếc xảy ra khi đưa vào khai thác

3

CHƯƠNG 1

C C C HƯ NG G C Ư NG N

C NG I I N I N 1.1 t v i c về ất n đ nh v i n ng c u

1.1.1 c ất n đ nh chu n ch ng c c c u H I

ự cố xảy ra tại cầu ỳ Hà I , trên đường ành đai phía Đông thành phố H Chí Minh, được xây dựng trên v ng đất rất yếu thuộc lưu vực sông ài Gòn Trong qúa trình xây dựng, vào tháng năm , các mố cầu đ bị dịch chuy n

Đến tháng năm cầu ỳ Hà I đ được đổ bê tông xong hi ki m tra kích thước trước khi gác dầm lên mố người ta thấy các mố này đều dịch chuy n về phía lòng rạch với độ dịch chuy n thay đổi t , cm đến cm ố liệu quan trắc được tại t ng mố được tổng hợp trong ảng 1 dưới đây

1

s i đ mở rộng nền đường c Chiều cao đất đắp t chân taluy đến đ nh đường đắp mới là m ếu tính t mặt đường c là 2, m Đất trượt đ đạp g y lớp c tràm ngang trên chiều dài hơn m đường vào cầu

5

: S

6

1.1.3 c t nền đ ng đ u c u h ng u u c 1 nh iền Giang

Cầu Thông ưu trên uốc lộ , tại Huyện Cái , t nh Tiền Giang v a khánh thành ngày , đến ngày bị sạt taluy nền đường đầu cầu, làm trượt căn nhà xuống sông, phải tốn thêm , t đ ng s a chữa

1.1.4 c ụ đ c u inh Ng ng u n H Ch inh

gày , tường k bê tông cốt th p trên hệ cọc cm x cm đ ng sâu

m dọc đường vào Cầu ênh gang, hường , u n , bị sạt đ y ra ênh Tàu

H , m làm sụp đổ mố cầu, phải tốn thêm hơn t đ ng s a chữa

7

1.1.5 c c u n Ngh t ên đ ng Nh C n Gi

Hiện tượng Mố cầu chuy n dịch về phía trước m, gây phá hoại công trình

Nguyên nhân:

- Do chiều dài cọc không đủ sâu vào lớp đất tốt

- Do điều kiện đất qúa yếu và chiều dày lớp đất yếu là m

ì cầu Trà iền c ng được xây dựng trên lớp đất yếu dày c ng với việc dưới tác động của dòng chảy sông c th là nguyên nhân chính gây ra

hi cầu Trà iền bị sạt lở, giao thông qua lại khu vực trung tâm huyện hong Điền trì trệ

9

Nguyên nhân:

- hông x t đến đất yếu, thực tế lại là c lớp b n s t l n hữu cơ dày m nh o

lo ng, lớp dưới m s t d o mềm d o nh o, lớp tiếp theo là cát mịn bột lo ng rời

- hông x t và tính đúng ổn định và biến dạng của công trình trên đất yếu

Do đ khi x lý công trình này thì chúng ta phải xem x t và nghiên cứu th t k nguyên nhân trên

daN/cm2), sức chống cắt nh … Nếu không c biện pháp x lý thì việc xây dựng công trình lên trên sẽ rất kh hoặc không th thực hiện được

10

1.2 2 hân i đất u

Đất yếu g m các loại đất s t mềm c ngu n gốc ở nước thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá s t các loại cát hạt nh , mịn, rời rạc than b n các loại trầm tích bị m n h a, than m n h a … chúng rất đa dạng về thành phần khoáng v t nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lí và chất lượng xây dựng

Ở iệt am thường gặp các loại đất s t mềm, b n, than b n goài ra ở một số

v ng còn gặp loại đất c ít nhiều tính chất của loại đất lún s p như đất bazan ở Tây guyên và th nh thoảng còn gặp các v a cát chảy là những loại đất yếu c những đặc đi m riêng biệt

1.2 2 1 ất ét ề

Một vài đặc đi m chính

- Đất s t mềm là các loại đất s t hoặc á s t tương đối chặt, b o hòa nước và c

cường độ cao hơn so với b n

- Đất s t yếu c những đặc đi m riêng biệt, nhưng c ng c nhiều tính chất chung như các đất đá khác thuộc loại s t Được hình thành do sự biến đổi, chuy n h a liên tục của trầm tích gốc dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau trong các thời đại địa chất, là sản ph m giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại s t

) h nh h n h t ét v h ng chất ét

Trong đất s t c hai thành phần phần phân tán mịn và phần phân tán thô

- hần phân tán thô kích thước > 0, mm chủ yếu c các khoáng chất ngu n gốc lục địa như thạch anh, fenspat …

11

- hần phân tán mịn g m những hạt rất b , c kích thước t 0,1) m và keo

c kích thước t 0,10,001) m, hầu như không chứa các các sản ph m nguyên sinh do phá hoại cơ giới, tức là các v t liệu c ngu n gốc lục địa

- Đất s t mềm chủ yếu bao g m các sản ph m phân hủy h a học khoáng v t thứ sinh các sản ph m s t silicat alumin c th chứa các ion của các nguyên

tố Mg, , Ca, a và Fe … chia làm loại chính là Ilit, aolinit và Montmorillonite:

 Ilit: là một nh m khoáng v t tiêu bi u của nh m Hiđrômica [sản ph m

của hiđrát h a ng m nước của mica]

Hiđrômica được tạo thành chủ yếu ở môi trường kiềm pH tới ,5), trung tính và axit yếu, chứa khá nhiều ali trong dung dịch nước Thường thấy ở lục địa hay ở bi n

 Kaolinit: [Al(Si 4 O 10 )(OH) 8 ]: được thành tạo do phong h a đá đá phun

trào phún xuất đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axit (pH = 56)

aolinit c th phát sinh trong những điều kiện khác nhau, nhưng nhất thiết phải m, tầng s t aolinit dày nhất thường được thành tạo ở các

v ng nhiệt đới, c n nhiệt đới và m ôn đới, đất aolinit đặc trưng cho trầm tích lục địa với các dạng khác nhau như tàn tích, sườn tích, h , lầy, aluvi, tam giác châu, v ng vịnh nước ngọt

C cấu trúc mạng tinh th tương đối bền, ổn định và ít c khả năng di động, ch hút nước và trương nở không đáng k

 Montmorillonite: phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm, c cấu tạo mạng

tinh th gần giống aolinit nhưng k m bền vững, dễ thấm nước và gây trương nở mạnh goài ra nước c ng c th tách ra kh i khoáng chất Montmorillonite đ đi vào không khí nếu như không khí c độ m b

12

hoáng chất nh m Montmorillonite được tạo thành hầu như trong điều kiện nguyên sinh, chủ yếu là trong quá trình phong h a các đá phun trào kiềm trong môi trường kiềm pH = 78, c khí h u khô và n a khô, ôn hòa và ấm áp goài ra c ng c th phát sinh ở bi n với môi trường kiềm

) h nh h n n c t ng đất ét ề

- Trong trường hợp chung đất s t là một hệ thống phân tán ba pha hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi hi một phần nước bị đ ng băng thì đất c bốn pha thêm pha cứng ì đất s t yếu thường b o hòa nước nên c th coi chúng là

hệ hai pha

- Trong hệ phân tán trên thì hạt khoáng được bao bọc bởi một màng nước g m nhiều lớp trong c ng là lớp nước hấp thụ nước hút bám hay nước liên kết chặt , tiếp theo là nước của các lớp mặt nước của màng onvat, lớp khuếch tán hoặc nước liên kết rời , ngoài c ng là nước tự do Căn cứ vào sự gắn b giữa hạt khoáng và nước liên kết người ta quy ước gọi t p hợp này là cốt đất

- Các hạt s t và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất s t mang những tính chất mà những loại đất khác không c tính d o và sự t n tại của gradien ban đầu, khả năng hấp thụ, tính chất lưu biến… T đ mà đất s t c những đặc đi m riêng về cường độ, tính biến dạng

giữa hệ số rỗng và áp lực ban đầu c độ dốc lớn Hình Trị số c trong

đất s t mềm vào khoảng ,20,3) daN/cm2

Hình 1.10 X ộ b ú í e é ú

- Độ bền cấu trúc c ý nghĩa to lớn khi tính toán sự cố kết và đánh giá các tính chất bền của đất ảnh hưởng đến chiều dày tính toán, tầng chịu p và tải trọng cho ph p của đất nền

c (qkc) Độ bền cấu trúc trúc

14

iến dạng dư, ch g m biến dạng cấu trúc iến dạng của đất s t yếu là

do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến dạng các màng hấp thụ dung hợp của nước liên kết gây nên

 Sức ch ng cắt

- Theo những quan niệm hiện đại về bản chất lực dính của đất loại s t thì sức chống cắt của chúng được xác định bởi số lượng và diện tích các chỗ tiếp xúc tiếp nh n áp lực giữa các hạt với nhau uy cho c ng thì sức chống cắt phụ thuộc vào độ chặt của n

- hiều nghiên cứu cho thấy r ng, hợp lý nhất là đặc trưng sức chống cắt của đất b ng g c cắt hoặc hệ số cắt Trong đ g c cắt thay đổi theo t lệ nghịch với ứng suất pháp Theo G T H guyễn ăn Thơ thì lực dính kết chia ra thành hai loại ực dính nhớt w c ngu n gốc keo nước, mềm d o và lực dính kết cấu cc c ngu n gốc ximăng úc đ bi u thức sức chống cắt c dạng

- n là trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại s t, được tạo thành trong nước, c sự tham gia của các quá trình vi sinh v t Độ m của b n luôn cao hơn giới hạn chảy và hệ số rỗng  > đối với b n cát pha sét, sét pha cát và  > 1, đối với b n s t

 h nh h n h t

- n c th là cát pha s t, s t pha cát, s t và c ng c th là cát mịn và đều c chứa hàm lượng hữu cơ nhất định đôi khi đến  % , càng xuống sâu hàm lượng này càng giảm

- Thành phần khoáng v t của b n bi n thường chứa nhiều khoáng v t s t thuộc nhóm Ilit hoặc Montmorillonite, còn trong b n nước ngọt thì c nhiều Illit và Kaolinit Đôi khi trong b n còn thấy khá nhiều cacbonat ngay cả trong thành phần phân tán mịn

 ức ch ng cắt

- ức chống cắt của b n phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ phát tri n biến dạng

G c ma sát trong của b n s t đôi khi gần b ng không Ch khi làm mất nhiều nước do bốc hơi và n n chặt quá mức, còn trơ lại các hạt cát thì b n cát mới cho trị số g c ma sát trong tương đối lớn

16

- hi tải trọng pháp tuyến tác dụng ch m, biến dạng của b n c đặc tính là n n chặt không hạn chế, k m theo sự p thoát nước tự do hi lực n n phân bố tương đối nhanh thì trong b n phát sinh áp lực thủy động và b n bị phòi ra

- Hệ số n n lún của b n c th đạt tới 3) cm2 kG, còn mô đun tổng biến dạng vào khoảng 5) kG/cm2 đối với b n s t , 25) kG/cm2 đối với bùn sét pha cát và bùn cát pha sét)

1.2.2.3 Than bùn

- Than b n là đất yếu ngu n gốc hữu cơ, được thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ chủ yếu là thực v t tại các đầm lầy và những nơi bị h a lầy Đất loại này chứa các v t liệu s t và cát

: â bù e ô [ ]

Loại than bùn Tính chất độ sệt Đặc đi m

Cường độ chịu tải (daN/cm2)

I Độ sệt ổn định

0,5 B 0,75

Ở độ m bất kỳ, khi nhiệt độ trên 0oC, đào hố sâu 2 m, thành thẳng đứng có th giữ được ngày đêm không bị biến dạng, mực nước ngầm sâu dưới (0,51,2) m, trên mặt đất có các loại cây như

sú, vẹt

1,0

II

Độ sệt không ổn định 0,75 B 0,1

Ở độ m bất kỳ, khi nhiệt độ trên 0oC, đào hố sâu 2m, thành thẳng đứng thì không

th giữ được trong 5 ngày đêm Địa thế tương đối thấp

và b ng

0,50,8

17

III

L ng, có và không có lớp v cứng ở trên mặt

1

B

Than bùn phân hủy mạnh, khi b o hòa nước ở th l ng, nước ngầm thường lộ trên mặt, bộ ph n tr ng c nước chảy, có các loại thực v t như c i, sú vẹt mọc tốt Lớp than bùn có nhiều rễ cây, trên mặt dày (2-4, m, người

và súc v t đi lại được

Hàm lượng tro (%)

Hệ

số rỗng

e

Độ sệt B

Có cấp phối gần với cát

Chủ yếu do hạt sét tạo thành

1560 10 5/4 2o ’ 0,03

Tương đối kém

1015 15 10/

3 1

o ’ 0,01 Kém

- Than bùn c dung trọng khô rất thấp 9) kN/m3, hàm lượng hữu cơ chiếm

t  %, thường c màu đen hoặc nâu s m, cấu trúc không mịn, còn thấy tàn dư thực v t

18

- Trong điều kiện tự nhiên, than bùn c độ m cao, trung bình t 95)% và

c th đạt hàng trăm phần trăm Than b n là loại đất bị n n lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số n n lún a = 8) cm2 da ì thế, phải thí nghiệm than b n trong các thiết bị n n với m u c chiều cao ít nhất 50)cm

- hi xây dựng ở v ng c than b n, cần áp dụng các biện pháp àm đai cốt

th p, khe lún, cắt nhà thành t ng ngăn cứng riêng l , làm nền cọc, đào b một phần hoặc toàn bộ than b n

- Than b n thường được phân loại theo địa chất công trình bảng ) và theo tính chất cơ lý bảng )

1.2 2 4 t i đất u h c

) C t chả

- Cát chảy g m những hạt c kích thước ,  mm Cát yếu g m những cỡ hạt thuộc loại nh ,050, mm mịn trở xuống, trạng thái rời rạc, b o hòa nước, c th bị n n chặt hoặc pha lo ng đáng k , chứa nhiều di tích hữu cơ và

l n đất s t hững loại cát đ chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái l ng nhớt, gọi là “cát chảy”

- goài ra còn loại cát yếu thứ là cát “chảy giả” bị chảy khi c áp lực thủy động Thành phần là cát sạch, không l n v t liệu keo

- Hiện tượng cát chảy thường gặp khi đào hố m ng xây dựng Mức độ th hiện phụ thuộc vào cấu tạo địa chất, áp lực cột nước, thành phần và trạng thái của cát quyết định

) ất z n

- Đất bazan c ng là một loại đất yếu với độ rỗng rất lớn, dung trọng khô rất thấp, thành phần hạt của n gần giống với thành phần hạt của đất á s t, khả năng thấm nước khá cao

1.3 ng u n đất u ở iệt N

19

1.3.1 ất u ở ng ằng ng H ng

- Đ ng b ng sông H ng c diện tích đất ph sa rộng nhất trong miền đ ng

b ng bắc bộ, chủ yếu là loại trầm tích tam giác châu c và tam giác châu mới Theo tài liệu địa chất kiến tạo iệt am thì đ ng b ng ắc bộ được hình thành trên một miền võng rộng lớn, đầu tiên chịu chế độ bi n, r i đến chế độ v ng

20

- Khu đất s t màu sám nâu, xám vàng bao g m các loại đất s t, á s t màu xám nâu, c chỗ đất mềm yếu n m gối lên trên trầm tích n n chặt I-Ii và chiều dày không quá 5m

- hu vực này thuộc đ ng b ng tích tụ, c chỗ tr ng lầy nội địa, cao độ t (1 m ước dưới đất gặp ở độ sâu  m ước này c tính ăn mòn acid và

21

- Đây là v ng đ ng b ng thấp, tích tụ với độ cao t  , m đến 4)m Mực nước ngầm cách mặt đất ,  , m, nước c hoạt tính c khả năng ăn mòn bêtông và bêtông cốt th p

 Phân khu II b:

- hu vực này thường gặp các loại đất yếu như b n s t, b n á s t, chúng phân

bố không đều hoặc xen kẹp, chiều dày tầng đất yếu c th đạt đến m

 Phân khu II c:

- Trong thực tế xây dựng công trình gặp các loại đất yếu như b n s t, b n á

s t, chúng phân bố không đều hoặc xen kẹp gối lên trên nền đất s t chặt chặt QI-III, chiều dày không quá m

 Phân khu II d:

- Ở phân khu này thường hay gặp những dạng đất nền yếu như trường hợp các phân khu IIa, IIb, IIc đ nêu ở trên ề dày tầng đất yếu nh hơn m

 hu c III:

- Đất nền trong khu vực này g m các dạng sau Cát hạt mịn, á cát, xen kẹp ít

b n á cát, chúng được chia thành các phân khu như sau

 Phân khu IIIa:

- Đất nền ở đây thường gặp chủ yếu là các loại á cát, cát bụi, xen kẹp ít b n sét, bùn á sét, bùn cát á (m, am, abm QIV , chúng n m trực tiếp trên nền trầm tích n n chặt I-III Chiều dày tầng trầm tích yếu ở đây không quá m Địa hình ở khu vực này là đ ng b ng tích tụ và đ ng b ng tích tụ gợn s ng ven

bi n với độ cao t  m đến  m Mực nước ngầm xuất hện cách mặt đất (0,5 , m, nước c tính ăn mòn

22

 Phân khu IIIb:

- Đất nền ở khu vực này c ng c những đặc trưng giống như hân khu IIIa, nhưng chiều dày tầng Holoxen không quá m

 Phân khu IIIc:

- ền đất nền ở đây c các tính chất, đặc trưng giống như IIIa, IIIb, nhưng nhưng chiều dày của tầng Holoxen không quá m

 hu c I :

- ền đất yếu ở khu vực này thường gặp các loại đi n hình là đất than b n xen kẹp b n s t n á s t, cát bụi và á cát chúng c ng được chia thành các phân khu như sau

 Phân khu IVa:

- Các loại đất hay gặp là đất than b n, s t, b n á s t mb IV , chúng thuộc tầng đất yếu Holoxen c chiều dày không quá m, gối lên nền trầm tích chặt

 Phân khu IVb:

- Đất yếu ở đây bao g m than b n, b n s t, b n á s t abm QIV , thuộc tầng Holoxen, chiều dày của chúng không quá m phủ trên tầng II-III

- Địa hình ở đây là dạng đ ng b ng tích tụ tr ng lầy, của sông bị lu n lách chia cắt rất m nh liệt Mực nước ngầm xuất hiện trên mặt đất, nước c hoạt

tụ, mài mòn xen kẽ nhau o với đ ng b ng ắc bộ, tầng trầm tích k thứ tư

ở đây không dày lắm Các trầm tích ở đây c ng rất đa dạng c trầm tích b i

tụ tam giác châu, c loại trầm tích b i tụ ven bi n

1.3 3 2 ng ằng ven i n iền t ung: là đ ng b ng mài mòn b i tụ

đi n hình Trầm tích k thứ tư ở đây thường thấy ở v ng thung l ng các sông và thường là loại ph sa b i tích ng duyên hải thuộc loại trầm tích phát tri n trên các đầm phá cạn dần b i tích trong điều kiện lắng đọng tĩnh

25

2.1.2 C

2.2

-

F, M

-

m

Gr

m/Gr = 1,52,5 cho 

28

EpIp

cu

4



29

m u 11,94cu 5cu

5

30

2.2 C

2.2.1 C

6

31

7 cao)

2.2.2 C

Đ

Đ

Đ

32

i

34

Đ

Đ

Đ

35

2.2.3 C

11

tron

Đ

2.2.4 C

Đ

Đ

36

 N 2