1.1 Giới thiệu Nền & móng công trình cho đến nay vẫn được xem là 2 bộ phận của một công trình xây dựng khó nắm bắt nhất. Móng là một đơn vị kết cấu có chức năng truyền tải trọng của công trình xây dựng xuống nền đất và nền có chức năng tiếp nhận tải trọng công trình thông qua móng. Nền và móng là một hệ thống nhất, tương tác với nhau. Vấn đề là ở chỗ, các tương tác này phải là hợp lý để công trình xây dựng được khai thác an toàn, lâu dài, đúng như dự liệu và điều này càng đặc biệt khó khăn hoặc không thể thực hiện được nếu không có các biện pháp xử lý đúng đắn trong những trường hợp công trình được xây dựng trên nền đất yếu. Các loại đất yếu thường tồn tại với nhiều dạng khác nhau như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa,... Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước. Loại đất này có những tính chất đặc biệt đồng thời cũng có các tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếu nói chung [1], là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (khoảng 0,5 – 1,0 daN/cm 2 ), có tính nén lún lớn, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (thường thì E 0 < 50 daN/cm ), lực chống cắt nhỏ,... Trong các giai đoạn gần đây, công tác nền móng đã đối mặt với những vấn đề mang tính bước ngoặt, như: Công nghệ nền móng cho nhà cao tầng (đặc biệt trong điều kiện địa chất phức tạp và trong vùng đông dân cư); vấn đề san lấp tạo mặt bằng với quy mô lớn (về diện tích và chiều cao đắp) trên nền đất yếu; vấn đề xây dựng công trình ngầm đô thị; vấn đề xử lý ảnh hưởng của ma sát âm lên móng cọc;... Tất cả các vấn đề mới này buộc những người làm công tác nền móng, ngoài việc không ngừng tích lũy kinh nghiệm, còn phải cập nhật mới không chỉ kiến thức chuyên môn mà còn cả những công nghệ thi công mới, phương pháp tính toán mới, đặc biệt là việc ứng dụng phù hợp các phần mềm tin học chuyên ngành trong việc giải các bài toán địa kỹ thuật. Bên cạnh hiệu quả tích cực đạt được trong công tác nền móng nói chung, thực tế cũng đã xảy ra không ít các sự cố nền móng công trình, đặc biệt là công trình trên nền đất yếu, gây thiệt hại không chỉ về mặt kinh tế mà còn ảnh hưởng đến hoạt động của đơn vị sử dụng công trình và ảnh hưởng đến dư luận xã hội. Một số đặc điểm của sự cố công trình có nguyên nhân nền móng (SCNM) [2] như sau: Về phương thức biểu hiện, SCNM thường được phát hiện thông qua các hư hỏng về kết cấu bên trên. Trong một số trường hợp, SCNM cũng có các biểu hiện trực quan hơn bằng sự mất tính liên tục hoặc các chuyển vị lớn trên thân hoặc một vài bộ phận công trình xây dựng. Về thời điểm phát hiện sự cố, SCNM thường được phát hiện trong thời gian vận hành khai thác, đặc biệt ngay sau khi đưa công trình vào hoạt động; hiếm khi SCNM được phát hiện ngay trong quá trình thi công. Về đặc điểm diễn biến, SCNM thường tiến triển chậm chạp kéo dài theo thời gian cho đến khi công trình mất khả năng sử dụng. Tuy nhiên, trong trường hợp bị phá hoại về độ bền, SCNM cũng có thể xảy ra đột ngột, đổ sụp tức thì. Về hậu quả của sự cố, SCNM thường chỉ làm giảm và dẫn tới mất khả năng khai thác sử dụng công trình (so với yêu cầu thiết kế ban đầu). SCNM hiếm khi gây ra các thiệt hại về người (ngoại trừ các sự cố xảy ra quá đột ngột). Luận văn này, với đề tài “Phân tích sự cố nền móng công trình dựa vào đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp”, sẽ tập trung vào việc tổng hợp, phân tích và đánh giá SCNM của một số công trình thực tế được xây dựng trên địa bàn Đồng Tháp qua việc ghi nhận số liệu địa chất, số liệu hiện trường sự cố và những kết luận về nguyên nhân sự cố được tham khảo trong các Báo cáo kiểm định có liên quan. Qua đó, một số đề xuất phù hợp, có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa sẽ được trình bày; đồng thời, những kiến nghị về hướng phát triển của đề tài cũng sẽ được nêu lên trong Luận văn.
Trang 2XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS NGUYỄN MINH ĐỨC
Vĩnh Long, 2016
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Minh Đức
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình
Vĩnh Long, ngày 20 tháng 8 năm 2016
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sĩ nằm trong hệ thống bài luận cuối khóa, nhằm trang bị cho học viên cao học khả năng tự nghiên cứu, biết cách giải quyết những vấn đề cụ thể đặt ra trong thực tế xây dựng và rèn luyện các kỹ năng trong nghiên cứu khoa học
Đó là trách nhiệm và niềm tự hào của mỗi học viên cao học
Để hoàn thành Luận văn này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và động viên quý báu từ những tập thể và các cá nhân
Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành thầy hướng dẫn TS Nguyễn Minh Đức Thầy đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài, góp
ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã tận tình truyền đạt cho tôi những kiến thức quý giá trong khóa học Đó là những kiến thức thiết thực, không thể thiếu trong quá trình thực hiện Luận văn cũng như trong công tác chuyên môn và nghiên cứu về sau
Đồng thời, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban quản lý Dự án xây dựng Thành phố Sa Đéc (nơi tôi đang công tác) cũng như đồng nghiệp, bạn bè và gia đình tôi đã
có sự động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện Luận văn này cũng như trong quá trình học Cao học
Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định Mặc dù bản thân đã rất nỗ lực nghiên cứu và hoàn thiện, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý thầy cô chỉ dẫn thêm, giúp tôi bổ sung kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn
Xin trân trọng cảm ơn
Vĩnh Long, ngày 20 tháng 8 năm 2016
Quan Ánh Tuyết
Trang 5MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1
1.1 Giới thiệu 1
1.2 Tổng quan sự cố có nguyên nhân nền móng đã xảy ra ở nước ta 2
1.3 Tình hình sự cố trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp 7
1.4 Tính cấp thiết của đề tài 13
1.5 Ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn áp dụng 14
1.5.1 Ý nghĩa lý thuyết 14
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng 15
1.6 Mục tiêu nghiên cứu 15
1.7 Giới hạn và giả thiết 16
1.8 Cấu trúc Luận văn 16
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN 17
2.1 Tổng quan 17
2.2 Giới thiệu sơ bộ phần mềm Plaxis và cơ sở tính toán trong Plaxis liên quan đến các Bài toán của Luận văn 18
2.2.1 Giới thiệu 18
2.2.2 Mô hình đàn hồi (Linear Elastic model - LE) 18
2.2.3 Mô hình Mohr-Coulomb (MC) 19
2.2.4 Phân tích theo ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các thông số độ cứng hữu hiệu 19
2.2.5 Phân tích theo ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các thông số chống cắt hữu hiệu 20
2.2.6 Phân tích theo ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các thông số chống cắt không thoát nước 20
2.2.7 Phân tích theo ứng suất tổng không thoát nước với các thông số không thoát nước 21 2.2.8 Phân tích Phi-c reduction (Safety analysis) 21
2.2.9 Áp dụng Plaxis cho các bài toán của Luận văn 22
Trang 62.3 Cơ sở tính toán độ lún cố kết (theo giải tích) 24
2.4 Cơ sở tính toán phân tích ảnh hưởng ma sát âm (MSA) lên cọc 25
2.4.1 Khái niệm MSA 25
2.4.2 PP tính toán phân tích MSA 26
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KIỂM CHỨNG 30
3.1 Bài toán 1: Tuyến dân cư phía Đông tỉnh lộ ĐT855 30
3.2 Bài toán 2: Nhà lồng chợ Bách hóa Lai Vung 36
3.3 Bài toán 3: Trường THCS Đốc Binh Kiều – Khối 22 phòng học 40
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 51
4.1 Kết luận 51
4.2 Kiến nghị 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN PHỤ LỤC
Trang 8E Mô đun biến dạng hữu hiệu
’ Hệ số Poisson hữu hiệu
Góc ma sát không thoát nước
Msf Hệ số an toàn (quy định từ Plaxis)
Eoed Mô đun biến dạng không nở hông
Eref Mô đun đàn hồi Young
w Dung trọng tự nhiên
sat Dung trọng bảo hòa
k x Hệ số thấm theo phương ngang (x)
k y Hệ số thấm theo phương đứng (y)
Áp lực hữu hiệu ban đầu do trọng lượng bản thân các lớp đất tự
nhiên nằm trên điểm tính lún (chính giữa) của lớp i
Trang 9H’ Độ sâu đất yếu đến điểm trung hòa N
F n Lực MSA tác dụng lên thân cọc
p chu vi tiết diện cọc
'
Trang 10DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Hệ số ổn định theo kết quả tính toán kiểm định sự cố [7] 10
Bảng 2.1 Đề xuất hàm (hồi quy) dự báo chỉ số nén lún (C c) 25
Bảng 2.2 Các giá trị Ktan' 27
Bảng 2.3 Xác định chiều dày MSA cho thiết kế [17] 29
Bảng 3.1 Thông số đầu vào để tính hệ số an toàn – Bài toán 1 32
Bảng 3.2 Thông số đầu vào để tính toán độ lún ổn định – Bài toán 1 32
Bảng 3.3 Thông số đầu vào để tính hệ số an toàn – Bài toán 2 37
Bảng 3.4 Thông số đầu vào để tính toán độ lún ổn định – Bài toán 2 38
Bảng 3.5 Thông số đầu vào để tính hệ số an toàn – Bài toán 3 41
Bảng 3.6 Thông số đầu vào để tính toán độ lún ổn định – Bài toán 3 42
Bảng 3.7 Kết quả tính toán cố kết – Bài toán 3 46
Bảng 3.8 Chiều dày tính toán và mức độ ảnh hưởng của MSA – Bài toán 3 47
Trang 11DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sự cố công trình TDC tỉnh lộ ĐT855 & CDC Long Sơn Ngọc 8
Hình 1.2 Sự cố lún nền công trình Chợ bách hóa Lai Vung 9
Hình 1.3 Sự cố công trình Nâng cấp Bờ bao bảo vệ 2600ha lúa Thu Đông 9
Hình 1.4 Sự cố công trình Bờ kè & Hoa viên đường Lê Duẩn 11
Hình 1.5 Sự cố công trình Bờ kè kênh Trung Ương 12
Hình 1.6 Sự cố công trình Trường THCS Đốc Binh Kiều 13
Hình 2.1 Màu biểu thị độ lớn số gia chuyển vị tổng ở trạng thái phá hoại 22
Hình 2.2 Minh họa mặt cắt các lớp đất liên quan các công thức tính lún 24
Hình 2.3 Mặt phẳng trung hòa và biểu đồ lún của cọc – đất xung quanh 26
Hình 3.1 Mô hình Plaxis – Bài toán 1 31
Hình 3.2 Kết quả tính toán Msf – Bài toán 1 33
Hình 3.3 Kết quả độ lún ổn định (Extreme total displ.) – Bài toán 1 33
Hình 3.4 Mô hình Plaxis – Bài toán 2 37
Hình 3.5 Kết quả tính toán Msf – Bài toán 2 38
Hình 3.6 Kết quả độ lún ổn định (Extreme total displ.) – Bài toán 2 39
Hình 3.7 Mô hình Plaxis – Bài toán 3 41
Hình 3.8 Kết quả tính toán Msf – Bài toán 3 43
Hình 3.9 Kết quả độ lún ổn định (Extreme total displ.) – Bài toán 3 44
Trang 12TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trên cơ sở tổng hợp đặc điểm địa chất mang tính đặc trưng kết hợp việc thu thập các báo cáo kiểm định nguyên nhân sự cố có yếu tố nền móng của các công trình xây dựng tại địa phương và ghi nhận những nội dung liên quan từ các báo cáo kiểm định, Luận văn tập trung phân tích sự cố công trình có nguyên nhân nền móng (SCNM) dựa vào đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp Việc tổng hợp (mang tính khái quát) về đặc điểm địa chất được thực hiện trên cơ sở thu thập các báo cáo địa chất điển hình theo từng vùng (huyện, thị, thành) thuộc địa bàn tỉnh Đồng Tháp Do các tài liệu địa chất thông thường (trên cơ sở các thí nghiệm thuộc
Cơ học đất cổ điển) được sử dụng rất phổ biến trong giai đoạn thiết kế nền móng của các công trình xây dựng tại Đồng Tháp cũng như được sử dụng cho các bài toán địa kỹ thuật thuộc phần Tính toán kiểm chứng (Chương 3 của Luận văn) trên cơ sở các kết luận kiểm định về nguyên nhân sự cố, cho nên phần Cơ sở tính toán (Chương 2 của Luận văn) được thiết lập theo hướng phù hợp với các số liệu địa chất thông thường này Các bài toán tính toán kiểm chứng được hỗ trợ bởi phần mềm PLAXIS kết hợp với các bản tính lập sẵn bằng EXCEL (trên cơ sở các công thức giải tích được sử dụng) Thông qua các kết quả đạt được từ bước tính toán kiểm chứng, Luận văn đưa ra những phân tích, đánh giá để làm rõ hơn các nguyên nhân
sự cố và một số đề xuất phù hợp có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa cũng được trình bày Từ đó, Luận văn có được những kết luận quan trọng và một số kiến nghị về hướng phát triển đề tài cũng được nêu lên Những kết quả đạt được trong Luận văn có thể góp phần cải thiện một số kỹ năng cần thiết phục vụ trong công tác thiết kế nền móng các công trình mang yếu tố phức tạp trong việc xử lý nền, đặc biệt là công trình đắp cao, trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp
Trang 13có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (thường thì E0 < 50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ,
Trong các giai đoạn gần đây, công tác nền móng đã đối mặt với những vấn
đề mang tính bước ngoặt, như: Công nghệ nền móng cho nhà cao tầng (đặc biệt trong điều kiện địa chất phức tạp và trong vùng đông dân cư); vấn đề san lấp tạo mặt bằng với quy mô lớn (về diện tích và chiều cao đắp) trên nền đất yếu; vấn đề xây dựng công trình ngầm đô thị; vấn đề xử lý ảnh hưởng của ma sát âm lên móng cọc; Tất cả các vấn đề mới này buộc những người làm công tác nền móng, ngoài việc không ngừng tích lũy kinh nghiệm, còn phải cập nhật mới không chỉ kiến thức chuyên môn mà còn cả những công nghệ thi công mới, phương pháp tính toán mới, đặc biệt là việc ứng dụng phù hợp các phần mềm tin học chuyên ngành trong việc giải các bài toán địa kỹ thuật Bên cạnh hiệu quả tích cực đạt được trong công tác
Trang 14nền móng nói chung, thực tế cũng đã xảy ra không ít các sự cố nền móng công trình, đặc biệt là công trình trên nền đất yếu, gây thiệt hại không chỉ về mặt kinh tế
mà còn ảnh hưởng đến hoạt động của đơn vị sử dụng công trình và ảnh hưởng đến
dư luận xã hội Một số đặc điểm của sự cố công trình có nguyên nhân nền móng (SCNM) [2] như sau:
Về phương thức biểu hiện, SCNM thường được phát hiện thông qua các
hư hỏng về kết cấu bên trên Trong một số trường hợp, SCNM cũng có các biểu hiện trực quan hơn bằng sự mất tính liên tục hoặc các chuyển vị lớn trên thân hoặc một vài bộ phận công trình xây dựng
Về thời điểm phát hiện sự cố, SCNM thường được phát hiện trong thời gian vận hành khai thác, đặc biệt ngay sau khi đưa công trình vào hoạt động; hiếm khi SCNM được phát hiện ngay trong quá trình thi công Về đặc điểm diễn biến, SCNM thường tiến triển chậm chạp kéo dài theo thời gian cho đến khi công trình mất khả năng sử dụng Tuy nhiên, trong trường hợp bị phá hoại về độ bền, SCNM cũng có thể xảy ra đột ngột, đổ sụp tức thì
Về hậu quả của sự cố, SCNM thường chỉ làm giảm và dẫn tới mất khả năng khai thác sử dụng công trình (so với yêu cầu thiết kế ban đầu) SCNM hiếm khi gây ra các thiệt hại về người (ngoại trừ các sự cố xảy ra quá đột ngột)
Luận văn này, với đề tài “Phân tích sự cố nền móng công trình dựa vào đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp”, sẽ tập trung vào việc tổng hợp, phân tích và đánh giá SCNM của một số công trình thực tế được xây dựng trên địa bàn Đồng Tháp qua việc ghi nhận số liệu địa chất, số liệu hiện trường sự cố và những kết luận về nguyên nhân sự cố được tham khảo trong các Báo cáo kiểm định có liên quan Qua đó, một số đề xuất phù hợp, có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa sẽ được trình bày; đồng thời, những kiến nghị về hướng phát triển của đề tài cũng sẽ được nêu lên trong Luận văn
1.2 Tổng quan sự cố có nguyên nhân nền móng đã xảy ra ở nước ta
Không ít các sự cố có nguyên nhân nền móng (SCNM) đã xảy ra trong các công trình xây dựng ở nước ta Các sự cố này, tùy mức độ, có thể được nhìn thấy
Trang 15thực tế ở địa phương hoặc trên các phương tiện thông tin đại chúng Có thể liệt kê một số sự cố dưới đây (theo [2]):
a Trạm tiếp nhận thạch cao Nhà máy xi măng Ninh Bình:
Trạm tiếp nhận thạch cao nhà máy xi măng Tam Điệp (Ninh Bình) có kích thước mặt bằng 9,8 x 21,7 (m) Theo thiết kế, móng của trạm đặt sâu với đáy móng
ở CĐQG là +45,1 m và +40,3 m (cao độ MĐTN là +51,4 m) đặt trực tiếp trên bề mặt đá vôi Phương án thi công dự kiến là đào đến bề mặt đá với độ sâu đào chừng 10,0 11,0 m kể từ MĐTN, đổ bê tông lót và thi công móng Tuy nhiên, khi đào tới cao độ +45,0 m và sau đó tới +40,0 m, đá gốc vẫn chưa bắt gặp và nước chảy ngập
hố đào với lưu lượng lớn; mực nước tĩnh nằm tại cao độ +45,0 m gây chuyển vị thành, lún bề mặt đất quanh hố đào dẫn tới hư hại một số công trình lân cận
Nguyên nhân sự cố ở đây là khâu khảo sát địa chất công trình đã bị bỏ qua, nhận thức không đầy đủ về tính phức tạp của khu vực đá vôi castơ hoá có bề mặt phức tạp và phong phú nước Khảo sát địa kỹ thuật bổ sung bằng xuyên trọng lượng của Thụy Điển cho thấy, bề mặt đá gốc nằm tại cao độ +35,0 36,0m và trên nó có một lớp đất sét nửa cứng với cao độ mặt lớp 35,0 37,0 m
Sự cố được giải quyết rất đơn giản: Tập trung đào nhanh hố móng kết hợp với bơm hút nước công suất mạnh tới độ sâu của bề mặt lớp sét nửa cứng, đổ bêtông lót tới cao độ thiết kế và thi công móng
b Kè mương thoát nước, Khu liên hợp thể thao Quốc gia, Mỹ Đình, Hà Nội:
Mương thoát nước là một phần việc thuộc hạng mục cơ sở hạ tầng Khu liên hợp thể thao Quốc gia, Mỹ Đình, Hà Nội, có bề rộng 8 m tại đáy và sâu 4,5m Tổng hợp kết quả khảo sát địa chất cho thấy cấu tạo địa tầng dọc theo mương thoát nước tương đối đồng đều, gồm : Đất lấp dày 1,7 1,8 m; lớp sét dẻo mềm đến dẻo chảy dày 3 m và tiếp theo là lớp bùn sét dày trung bình 10,5 m Bờ kè là tường trọng lực bằng đá hộc dày 1,5 m tại chân tường và 0,6 m tại đỉnh tường Móng tường rộng 2,35 m đặt trong lớp sét dẻo mềm dẻo chảy được gia cố bằng cọc tre dài 2 m, mật
độ 25 cây/m2
Trang 16Kè được thi công trong khoảng tháng 1012/2002 Đến ngày 23/01/2003 tiến hành ủi đất san nền bãi đỗ xe sau bờ kè, một đoạn kè dài 48 m đã chuyển dịch ngang lên tới trên 50 cm và xuất hiện vết nứt ngang tường (gãy tường đá, gãy dầm
bê tông), đất bị tụt từng mảng lớn ở khu vực lân cận
Kết quả khảo sát bổ sung (giai đoạn 2) cho thấy: Tại nơi xảy ra sự cố địa tầng khác với tài liệu địa chất đã được cung cấp trước đó (giai đoạn 1) Hệ số ổn định của kè SF = 1,22÷1,97 theo tài liệu địa chất ở giai đoạn 1 và SF = 0,94 ở giai đoạn 2 (khảo sát bổ sung)
c Trạm nghiền thô Nhà máy xi măng Nghi Sơn:
Cụm công trình này có chức năng tiếp nhận và sơ chế nguyên vật liệu phục
vụ sản xuất xi măng Kích thước mặt bằng 11,513,5 m và 17,519,5 m, chiều cao
25 m, kết cấu hệ khung và tường chắn BTCT Móng bè trên cọc 30x30(cm) và 40x40(cm) với cao độ mặt móng là +6,3 m (CĐQG) Một đường dẫn phía sau nhà được đắp để phục vụ vận chuyển cấp nguyên vật liệu vào trạm với cao độ của khối đắp là +24,3 m (CĐQG)
Về điều kiện đất nền, dưới lớp đất đắp SLMB dày khoảng 4,3 m là lớp bùn sét dày 1,8 m; sau đó là các lớp đất loại sét trạng thái cứng và cát chặt Đá gốc là đá vôi nằm ở độ sâu chừng 1920 m Tháng 01/1999 khi đường dẫn được thi công tới công trình cách chừng 10m, công trình bắt đầu có chuyển vị ngang (7 25 mm) Khi đường dẫn đạt đến cao độ (CĐQG) +24,0 m (tháng 05/1999), các chuyển dịch là 6177 mm Quan trắc chuyển dịch của đất nền bằng thiết bị đo nghiêng (Inclinometer) cho thấy, trong thời gian 18/06 đến 07/07/1999, các lớp đất nền chuyển vị khoảng 35 mm và lớp đất đắp trong khoảng cao độ +6,0 đến+11,0 m chuyển vị lớn hơn 5-10 mm Kết cấu công trình cũng bị hư hại biểu hiện bằng xuất hiện các vết nứt và khi đào kiểm tra thấy hầu hết các cọc đều bị nứt tại vị trí liên kết với đài với bề rộng vết nứt phổ biến 24 mm Khi hạ bớt cao độ đất đắp đường dẫn còn +15 m (tháng 06/1999), chuyển vị ngang công trình không còn phát triển
Thiết kế đã bỏ qua tải trọng ngang tác dụng lên công trình được phát sinh do khối đất đắp đường dẫn phía sau công trình gây ra (mô hình hóa không đầy đủ các
Trang 17tương tác) Các tính toán kiểm tra tải trọng ngang tác dụng lên cọc và phân tích chuyển vị ngang của kết cấu dưới tác dụng của khối đắp cho thấy, tải trọng ngang tác dụng lên cọc đã vượt quá 2 lần khả năng chịu tải của cọc
d Cư xá Thanh Đa, lô IV và VI:
Cư xá Thanh Đa (Bình Thạnh, Tp.Hồ Chí Minh) có 6 lô nhà 5 tầng Mỗi lô gồm 2 dãy nhà song song cách nhau 4 m, có bề rộng 7,5 m và chiều dài 147 m, được chia thành 4 đơn nguyên cách nhau bởi các khe lún Kết cấu khung sàn BTCT với bước cột cách đều 3 m và tường gạch bao che Móng băng trên nền gia cố cừ tràm dài 2,52,7 m; mật độ 16 cây/m2 Ba dải móng băng (trong đó có 1 dải bề rộng 2,1 m phía trước; 2 dải bề rộng 1,3 m ở giữa và sau) dưới cột, cách nhau 4,5 m và 3,0 m Khu vực có cấu tạo địa chất bao gồm lớp bùn yếu phân bố trên mặt với bề dày 1216 m và dưới nó là các lớp đất loại sét trạng thái dẻo cứngcứng và cát hạt nhỏ chặt vừa Sau thời gian sử dụng, công trình được phát hiện là bị lún không đều
Nguyên nhân cơ bản dẫn tới SCNM này là phương án móng không phù hợp với điều kiện đất nền của khu vực
e Kho cảng Thị Vải:
Kho cảng Thị Vải có chức năng tồn trữ và xuất khí hóa lỏng, nằm ở ven sông Thị Vải với bề dày SLMB trung bình 3,5 m Theo kết quả khảo sát, khu vực có mặt lớp bùn sét yếu phân bố ngay từ trên MĐTN và trải sâu tới độ sâu trong khoảng 823 m và dưới nó là các lớp đất rời và dính có độ bền và tính biến dạng trung bình Các giải pháp móng và xử lý nền áp dụng ở đây là:
- Móng cọc cho các kết cấu có tải trọng lớn và các khung nhà;
- Các móng nông đặt trực tiếp trên nền cát san lấp cho các đường ống, cáp điện, sàn nhà và nền các khoang chống tràn của bồn chứa;
- Xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước cho một số khu vực, chủ yếu là đường giao thông
Hiện tượng lún của công trình đặt trên móng nông đã được phát hiện ngay trong quá trình lắp đặt thiết bị Độ lún của đất nền phát triển với tốc độ khá cao dẫn tới đường ống bị lún và lún lệch gây nguy cơ rò rỉ khí do đường ống bị nứt và có thể
Trang 18bị phá hỏng tại các chỗ nối với các bồn chứa không lún (trên móng cọc) dẫn tới cháy nổ Tại một số hạng mục như nhà điều khiển và nhà thiết bị điện, các hệ thống thiết bị bố trí dày đặc trong không gian hẹp do được đặt trực tiếp trên nền san lấp, bị lún không đều gây xô lệch vị trí tạo nguy cơ đứt các đường cáp điện, ảnh hưởng đến công tác vận hành điều khiển kho cảng Một số đơn vị kết cấu của các nhà như nhà điều khiển, nhà thiết bị điện, cũng phát hiện thấy hư hỏng (nứt dầm, nứt tường, ) chứng tỏ móng cọc cho các nhà này không phải là không bị lún lệch
Các hư hỏng tại kho cảng Thị Vải là do lún và lún không đều của lớp đất bùn yếu dưới tải trọng của lớp đất đắp san nền dày trung bình 3,5 m trên toàn khu vực
f Nhà máy sơn mạ Đình Vũ:
Nhà máy có kết cấu cột BTCT, vì kèo thép, bước cột theo chiều dọc 7,85 m
và 9,0 m và theo chiều ngang là 202016 m Toàn vùng được SLMB bằng cát với chiều cao khối san lấp là 3,5 m
Đất nền khu vực (không kể khối san lấp dày 3,5 m) gồm lớp bùn sét hữu cơ yếu dày đến 21 m, dưới nó tới độ sâu 3536 m là các lớp đất dính trạng thái từ dẻo mềm tới dẻo cứng và cuối cùng là đá phong hóa Khung nhà và hầm bể mạ sử dụng móng cọc đóng BTCT tiết diện 35x35(cm) có chiều dài 3638 m chống vào đá gốc Còn đối với móng thuộc dây chuyền sản xuất, sử dụng cọc có chiều dài chỉ 23 m tựa vào các lớp đất dính dưới bùn yếu Sức chịu tải của cọc chống được dự tính là
135 Tấn và của cọc ma sát là 50 Tấn Thí nghiệm nén tĩnh trên cọc ma sát cho sức chịu tải của cọc đạt 60 Tấn
Sau khi lắp đặt xong thiết bị theo dây chuyền sản xuất và chuẩn bị cho chạy thử, phát hiện thấy móng của các thiết bị trên dây chuyền bị lún và lún không đều khiến dây chuyền không thể hoạt động được Đo đạc cẩn thận thấy móng máy theo dây chuyền lún nhiều hơn móng trên cột khung nhà 1015 cm Móng máy là móng cọc dài 23 m tựa trên lớp đất sét dẻo mềm với sức chịu tải theo thí nghiệm nén tĩnh
là 60 Tấn và tải trọng do trọng lượng máy trong dây chuyền sản xuất là nhỏ Tuy vậy, móng máy vẫn bị lún không đều Kiểm toán cho thấy, dưới tác dụng của tải trọng đất đắp, nền đất đắp bị lún nhiều với độ lún cuối cùng khoảng 140 cm và kéo
Trang 19dài nhiều năm tạo nên ma sát âm (MSA) tác dụng lên thân cọc Tính toán sơ bộ cho giá trị MSA tác dụng lên cọc khoảng 40 Tấn Như vậy, MSA dụng lên cọc trong trường hợp này là rất lớn và cọc bị lún do bị mang tải vượt quá dự kiến Thiết kế đã
bỏ sót MSA và ảnh hưởng của chúng đến cọc
Qua một số SCNM (trong nước) vừa nêu, mặc dù số lượng được liệt kê có thể nói là rất ít (do phụ thuộc khuôn khổ Luận văn), cũng đã cho chúng ta có thể hình dung phần nào về sự phức tạp và đa dạng của các sự cố Các hồ sơ về SCNM cũng đã được các nhà chuyên môn tập hợp lại một cách khoa học, làm cơ sở cho các nghiên cứu, đánh giá và rút ra được các bài học để có thể tránh được các sự cố tương tự trong tương lai hoặc phòng ngừa được các sự cố dạng khác
1.3 Tình hình sự cố trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp
Vùng đất Đồng Tháp được hình thành từ sự bồi lắng phù sa của dòng sông Mekong với đặc điểm đất đai nhìn chung có kết cấu kém bền vững cũng như trũng thấp nên công tác xử lý nền móng khi dựng công trình thường gặp nhiều khó khăn, phức tạp, dẫn đến kinh phí xây dựng cao Tài nguyên đất ở địa bàn tỉnh Đồng Tháp
có 4 nhóm đất chính [3]: (1) nhóm đất phù sa (chiếm khoảng 59,06% diện tích đất
tự nhiên), đây là nhóm đất đã trải qua lịch sử canh tác lâu dài; (2) nhóm đất phèn (chiếm 25,99% diện tích tự nhiên); (3) nhóm đất xám (chiếm khoảng 8,67% diện tích tự nhiên); (4) nhóm đất cát (chiếm 0,04% diện tích tự nhiên)
Với điều kiện địa chất, địa hình gặp nhiều bất lợi cũng như sự ảnh hưởng bởi đặc thù kinh tế - xã hội, cho đến thời điểm hiện tại trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp vẫn
có rất hiếm những công trình nhà cao tầng được xây dựng Các công trình nhà chủ yếu là thấp tầng, đồng thời, các công trình đắp cao (đường xá, đê bao, san lấp) chiếm hầu hết trong các hoạt động xây dựng công trình Theo đó, các sự cố công trình thường xuất hiện ở các công trình có hạng mục đắp cao trên nền đất yếu Trong thời gian qua, trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp đã xảy ra nhiều sự cố công trình
có nguyên nhân nền móng Dưới đây là một số công trình điển hình:
Tuyến dân cư phía Đông tỉnh lộ ĐT855 [4] – xã Hòa Bình, huyện Tam Nông (Hình 1.1): Tổng chiều dài tuyến san lấp (với chiều cao san lấp lớn hơn 5,0m)
Trang 20của TDC dài khoảng 1,40 km (từ Km0+000 đến Km1+400) Biểu hiện sự cố là hiện tượng lún có chiều hướng tăng dần từ đầu tuyến đến cuối tuyến, trong đó khoảng 800m phía cuối tuyến bị lún sụt nghiêm trọng (từ 0,5m đến 2,0m) trong khi ở phía đầu tuyến (khoảng 600m) thì độ lún không đáng kể (trung bình khoảng 5,0cm) Về phân tích, đánh giá nguyên nhân sự cố sẽ được trình bày ở Bài toán 1 – Chương 3
Hình 1.1 Sự cố công trình TDC tỉnh lộ ĐT855 & CDC Long Sơn Ngọc
Cụm dân cư Long Sơn Ngọc (phía Tây) [5] – xã Thông Bình, huyện Tân Hồng (Hình 1.1): Mặt bằng công trình CDC có diện tích khoảng 34.545m2 (chiều cao san lấp trung bình khoảng 3,0m), được thiết kế hệ thống đường giao thông và
hệ thống thoát nước cấp nước phục vụ đi lại, sinh hoạt Mặt đường láng nhựa rộng
từ 5-7m Sự cố xảy ra chủ yếu tại một số đoạn (với tổng chiều dài hơn 100m) gần mái taluy của đê chắn cát san lấp và bản thân mái taluy cũng bị sạt lở Biểu hiện sự
cố là lún sụp mặt đường (gần mái taluy) trong khoảng bề rộng mặt đường từ 1,0m đến 3,0m với độ lún từ 10cm đến 40cm; một số đoạn mái taluy bị sạt lở ăn sâu vào trong từ 0,3m đến 3,3m Kết luận về nguyên nhân sự cố (theo [5]) là do mái taluy của đê chắn cát bị xói lở (đê chắn là đất pha cát, chưa có biện pháp bảo vệ mái taluy chống xói lở) kéo theo sụp lở nền đường bên trong
Công trình Nhà lồng chợ Bách hóa Lai Vung [6] – thị trấn Lai Vung (Hình 1.2): Sự cố xảy ra chủ yếu ở hạng mục San lấp mặt bằng (đắp cao) qua biểu hiện lún nền (độ lún vẫn chưa dừng tại thời điểm khảo sát kiểm định), ảnh hưởng đến kết cấu của hạng mục Nhà lồng chợ (nền bên trong & bên nhà đều bị lún) làm nền lát gạch bên trong nhà bị hư hỏng nghiêm trọng (do nền bị lún) Về phân tích, đánh giá nguyên nhân sự cố sẽ được trình bày ở Bài toán 2 – Chương 3
Trang 21Hình 1.2 Sự cố lún nền công trình Chợ bách hóa Lai Vung
Công trình Nâng cấp Bờ bao bảo vệ sản xuất 2600ha lúa Thu Đông xã Thường Thới Tiền và Thường Phước 2 – huyện Hồng Ngự [7] (Hình 1.3): Hạng mục nâng cấp là Đoạn 2 (từ K4+000 đến K7+300) được thi công năm 2012, với tổng chiều dài khảo sát là 3.300m, chiều dài thiết kế 3.105m Sự cố xảy ra ở đoạn
bờ bao từ K4+234 đến K4+893 trong quá trình thi công với hiện tượng bị lún sụt và hiện tượng nở hông Trong đó: Đoạn bờ bao từ K4+234 đến K4+355 bị lún sụt; từ K4+355 đến K4+440 bị lún thẳng, đẩy phần đất phía bờ sông trồi lên làm xuất hiện các khe nứt rộng; từ K4+440 đến K4+788 bị lún sụt; từ K4+788 đến K4+893 có hiện tượng nở hông Theo kết quả tính toán kiểm định [7]: Hệ số ổn định tại một số mặt cắt điển hình nhìn chung là rất thấp, từ 0,4 đến 0,7 (Bảng 1.1); độ lún cố kết tại các vị trí điển hình (không bị mất ổn định) cũng rất cao, lớn hơn 0,6m Điều này cũng tương đối phù hợp với kết quả khảo sát hiện trường sự cố
Hình 1.3 Sự cố công trình Nâng cấp Bờ bao bảo vệ 2600ha lúa Thu Đông
Trang 22Bảng 1.1 Hệ số ổn định theo kết quả tính toán kiểm định sự cố [7]
Từ Km0+020 ÷ Km0+050: Mặt kè xuất hiện nứt, lún nhưng ở mức độ nhỏ; trên mặt kè có đường nứt rộng khoảng 2cm giữa mép mặt kè với bó vỉa bồn hoa; dầm đỉnh kè chuyển vị ra phía sông khoảng 4cm
Từ Km0+050 ÷ Km0+110 (đoạn này lún sụt trên diện rộng và sâu): Mặt
kè lún sụt trải dài toàn đoạn trong bề rộng trung bình khoảng 1,5m với độ lún sâu trung bình khoảng 0,6m; trên mặt kè có đường nứt rộng khoảng 3cm giữa mép mặt
kè với bó vỉa bồn hoa; hệ thống lan can nứt, mất liên kết các cấu kiện với nhau và mất liên kết với dầm mũ đỉnh kè; dầm đỉnh kè bê tông bị phá hủy, gãy, chuyển vị ra phía sông từ 15cm đến 35cm, có hiện tượng lật và mất khả năng chịu lực; mái kè chuyển vị ra phía sông, lún không đều, hệ số mái không còn đồng bộ
Từ Km0+110 ÷ Km0+175: Xuất hiện hiện tượng lún tại một số vị trí nhưng ở mức độ nhỏ, khoảng 2cm
Từ Km0+175 ÷ Km0+255 (đoạn này là một trong những đoạn lún sụt lớn nhất): Mặt kè lún sụt trải dài toàn đoạn trong bề rộng trung bình khoảng 1,8m với độ lún sâu trung bình khoảng 0,8m; có một số vị trí lún sụt rất lớn trong bề rộng lên tới 2,9m và kéo dài khoảng 6,2m với độ lún sâu khoảng 1,2m; hệ thống lan can
và dầm đỉnh kè bị phá hủy tương tự như đoạn Km0+110 ÷ Km0+175 nhưng ở mức
độ nặng hơn nhiều; cọc dưới dầm đỉnh kè không còn liên kết với dầm đỉnh kè và chuyển vị ra phía sông; mái kè chuyển vị ra phía sông (có đoạn lên tới 0,7m), lún không đều (có đoạn lún tới 0,5m), hệ số mái không còn đồng bộ
Trang 23 Từ Km0+255 ÷ Km0+290: Chưa thấy hiện tượng bất thường xảy ra
Từ Km0+290 đến bến cập tàu Minh Thanh: Đoạn này chưa thi công xong; dầm mái kè lún và chuyển vị; hàng cừ larsen (phục vụ thi công) đóng phía ngoài sông đã bị nghiêng, không còn chịu lực
Đoạn bến Minh Thanh: Toàn bộ khung hệ dầm cọc chuyển vị ra phía sông 2,1m và lún 0,55m; cọc dưới hệ dầm bị gãy
Đoạn từ bến Minh Thanh đến Km0+385 (lún sụt nhiều, kết cấu kè không còn làm việc): Mặt kè lún sụt trải dài toàn đoạn trong bề rộng trung bình khoảng 2,0m với độ lún sâu trung bình khoảng 0,75m; có một số vị trí lún sụt rất lớn trong bề rộng lên tới 2,9m và kéo dài khoảng 6,2m với độ lún sâu khoảng 1,2m;
hệ thống lan can và dầm đỉnh kè bị phá hủy, mất liên kết, chuyển vị, mất khả năng chịu lực; cọc dưới dầm đỉnh kè không còn liên kết với dầm đỉnh kè và chuyển vị ra phía sông; mái kè chuyển vị ra phía sông, hệ số mái không còn đồng bộ
Đoạn từ Km0+385 đến cuối tuyến: Mặt kè bị nứt, lún; hệ thống lan can nứt, gãy, mất liên kết; dầm đỉnh kè chuyển vị ra phía sông, có một số vị trí chuyển
vị đến 20cm
Hình 1.4 Sự cố công trình Bờ kè & Hoa viên đường Lê Duẩn
Về kết luận nguyên nhân sự cố [8] công trình Bờ kè & Hoa viên đường Lê Duẩn:
Hồ sơ thiết kế công trình: Công trình có hệ số ổn định nhỏ hơn hệ số ổn định cho phép; giải pháp kết cấu của tuyến công trình không hợp lý (gần như toàn
bộ mái và đỉnh kè của công trình nằm trên nền đất đắp nhưng vật liệu đắp không rõ ràng, không quy định hệ số đầm nén); trình tự, biện pháp thi công, thiết bị thi công không rõ ràng
Trang 24 Chất lượng thi công: Trong quá trình thi công đất đắp mái và đỉnh kè không tuân thủ quy trình, quy phạm (không lu lèn, không đầm nén); chất lượng bê tông dầm tường đỉnh kè và bê tông mái kè đổ trực tiếp không đảm bảo mác thiết kế
Sự thay đổi địa hình lòng sông: Cao độ hiện trạng lòng sông thấp hơn
so với giai đoạn thiết kế (năm 2006) trung bình khoảng 0,6m, có đoạn lên đến 1,0m;
sự thay đổi địa hình lòng sông như trên dẫn đến hệ số ổn định tổng thể công trình giảm xuống so với hồ sơ thiết kế ban đầu
Công trình Bờ kè kênh Trung Ương – xã Tân Quy Tây, thành phố Sa Đéc (Hình 1.5): Báo cáo kiểm định nguyên nhân sự cố của công trình này vẫn chưa hoàn thành Tuy nhiên, từ một số hình ảnh hiện trường được đơn vị kiểm định (Trung tâm Kiểm định chất lượng công trình xây dựng Đồng Tháp) cung cấp có thể cho thấy được phần nào về mức độ nghiêm trọng của sự cố, ảnh hưởng đến việc khai thác sử dụng bình thường của công trình với việc một đoạn mái bờ kè bị dạt ra phía ngoài sông kéo theo việc mặt đường (lót đan) cũng bị lún theo chiều hướng tăng dần từ trong bờ ra phía ngoài sông Đồng thời, hình ảnh mái bờ kè bị xói lở nghiêm trọng cũng đã được ghi nhận bằng hình ảnh
Hình 1.5 Sự cố công trình Bờ kè kênh Trung Ương
Công trình Trường THCS Đốc Binh Kiều (Khối 22 phòng học) [9] – xã Đốc Binh Kiều, huyện Tháp Mười (Hình 1.6): Sự cố xảy ra ở hạng mục San lấp mặt bằng (với chiều cao san lấp trung bình khoảng 2,8m trên nền đất yếu) và hạng mục
Khối 22 phòng học qua các biểu hiện nền công trình bị lún với độ lún tương đối lớn gây ra sự lún nền bên trong & bên nhà của Khối 22 phòng học dẫn đến việc nền lát
gạch bên trong nhà bị hư hỏng nghiêm trọng tại các vị trí lún nền; hầu hết các đoạn
Trang 25tam cấp ngoài nhà đều bị lún sụp, hư hỏng nghiêm trọng Đồng thời, việc nền bị lún
đã hình thành ma sát âm (MSA) ảnh hưởng rất đáng kể lên sức chịu tải của cọc, gây
ra sự lún và lún lệch tại một số vị trí móng cọc của công trình Hơn nữa, ngoài nguyên nhân thuộc yếu tố nền móng còn có nguyên nhân thuộc yếu tố kết cấu khung, chủ yếu do thiếu hệ giằng đài cọc tại các vị trí cần thiết hoặc độ cứng đơn vị của một số giằng chưa đạt yêu cầu nên đã làm phát sinh thêm chuyển vị xoay đài cọc (ngoài chuyển vị lún) Về phân tích, đánh giá nguyên nhân sự cố sẽ được trình bày ở Bài toán 3 – Chương 3
Hình 1.6 Sự cố công trình Trường THCS Đốc Binh Kiều Những sự cố công trình vừa nêu ở trên có một số đặc điểm chung là đắp cao trên nền đất yếu, chiều cao đắp vượt quá giới hạn cho phép mà không có giải pháp
xử lý nền dẫn đến nền đất tự nhiên bị lún vượt giới hạn cho phép, bị lún trồi hoặc gây ra ma sát âm (MSA) ảnh hưởng lên cọc, làm giảm khả năng chịu tải của cọc (đối với móng công trình có giải pháp thiết kế là móng cọc) dẫn đến việc móng công trình bị chuyển vị (chủ yếu là lún hoặc lún lệch), gây ảnh hưởng lên kết cấu khung Từ đó việc tìm ra nguyên nhân cơ bản và rút ra những bài học kinh nghiệm
để có giải pháp nhằm khắc phục hoặc hạn chế những sự cố công trình tương tự là những nội dung mà Luận văn muốn đề cập
1.4 Tính cấp thiết của đề tài
Như trên vừa trình bày, Đồng Tháp được biết đến là một địa bàn với hầu hết các vùng đất là yếu; địa hình trũng thấp, nhiều kênh rạch ao hồ Điều này thường dẫn đến những sự tốn kém vượt xa mức bình thường về kinh phí xây dựng cũng như
Trang 26sự phức tạp về xử lý nền và móng, đặc biệt trong những trường hợp (vốn rất phổ biến) cần phải san lấp cao hoặc đắp cao trên những vùng đất yếu để tạo mặt bằng (với cao độ phù hợp) để xây dựng các hạng mục khác của công trình Vấn đề này càng trở nên nan giải đối với các công trình có quy mô đâu tư càng lớn Với các yếu
tố bất lợi như vừa nêu, đòi hỏi các ban ngành chức năng ở Đồng Tháp cần đặc biệt quan tâm đến công tác chuẩn bị đầu tư, trong đó phải kiểm soát việc bố trí thời gian hợp lý cho công tác khảo sát, thiết kế đối với các hạng mục công trình mà nhất là các hạng mục tiềm ẩn nhiều sự rủi ro liên quan yếu tố nền móng Tuy nhiên, việc xảy ra sự cố (có nguyên nhân nền móng) ở một số công trình xây dựng trên địa bàn Đồng Tháp trong những thời gian vừa qua là không thể lường trước được; đồng thời, những sự cố tương tự trong những thời gian sắp tới cũng khó có thể được loại trừ Chính vì những lý do trên, việc chọn đề tài “Phân tích sự cố nền móng công trình dựa vào đặc điểm địa chất trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp” là rất phù hợp trong điều kiện thực tế tại địa phương Thông qua Luận văn, một số nguyên nhân sự cố có yếu tố nền móng thường gặp sẽ được phân tích rõ hơn, có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa để góp phần hạn chế đến mức thấp nhất các sự
cố có yếu tố nền móng của các công trình xây dựng trong tương lai, nhất là các công trình có hạng mục đắp cao hoặc san lấp cao trên nền đất yếu, vốn rất phổ biến trên địa bàn Đồng Tháp
1.5 Ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn áp dụng
1.5.1 Ý nghĩa lý thuyết
Vận dụng phương pháp (PP) phân tích ứng suất tổng dựa trên mô hình Mohr-Coulomb (MC) với công cụ hỗ trợ tính toán là phần mềm Plaxis để tính hệ số
an toàn ban đầu (về cường độ) của nền sét yếu chịu tải từ khối đắp cao bên trên
Vận dụng mô hình Đàn hồi (Linear Elastic model - LE) trong Plaxis để thực hiện các tính toán liên quan đến độ lún nền công trình đắp cao cũng như tính toán thời điểm kết thúc quá trình cố kết, đồng thời, so sánh với kết quả tính toán dựa trên các công thức giải tích của PP tính lún được sử dụng trong Luận văn
Trang 27 Sử dụng PP tính toán phù hợp để xem xét ảnh hưởng MSA đến sức chịu tải của cọc và tính toán khảo sát thời gian (dự báo) kết thúc ảnh hưởng của MSA
Kết quả Luận văn là một trong những tài liệu tham khảo cần thiết cho một
số công tác xây dựng công trình có liên quan đến yếu tố nền móng trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp, đặc biệt là công trình đắp cao
1.6 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu Luận văn là phân tích, đánh giá để làm rõ hơn các nguyên nhân sự cố; có những đề xuất về việc chọn PP tính toán và biện pháp xử lý phù hợp, có thể làm cơ sở cho việc định hướng khắc phục, phòng ngừa Các bước tiến hành gồm:
Thu thập tài liệu địa chất của nhiều vùng trong tỉnh Đồng Tháp và tổng hợp khái quát các đặc điểm địa chất điển hình cho từng vùng
Ghi nhận các số liệu hiện trường của sự cố và các kết luận trong các báo cáo kiểm định về nguyên nhân sự cố có yếu tố nền móng
Lựa chọn PP phù hợp trong các phân tích ứng xử nền móng đối với các công trình khảo sát
Tính toán kiểm chứng trên cơ sở các kết luận về nguyên nhân sự cố trong các báo cáo kiểm định được sử dụng làm tài liệu tham khảo của Luận văn
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở cho việc tiếp tục khai thác những khu vực có địa chất yếu và địa hình phức tạp trong việc xây dựng các công trình trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp
Trang 281.7 Giới hạn và giả thiết
Các tài liệu địa chất (ở Đồng Tháp) thường không thực hiện đủ các thí nghiệm xác định các thông số hữu hiệu của đất (đặc biệt là ’ và c’ ) dẫn đến không
ít khó khăn khi sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật (như Plaxis, Geo-slope, ) trong phân tích các ứng xử của nền đất
Với một vài thông số địa chất cần thiết cho các bài toán phân tích (mà Luận văn sử dụng) còn thiếu trong các tài liệu địa chất đi kèm (ví dụ: hệ số thấm, hệ
số Poisson, ) thì sẽ được giả thiết trên cơ sở các tài liệu tham khảo phù hợp
Do không có bản Thuyết minh tính toán đầy đủ đi kèm, các báo cáo kiểm định (làm tài liệu tham khảo của Luận văn) thường không thể hiện đủ các số liệu địa hình đầu vào cho các bài toán kiểm tra Trong trường hợp này, số liệu địa hình đầu vào nào bị thiếu sẽ được giả thiết trên cơ sở phù hợp với hình dạng địa hình được thể hiện trong các báo cáo kiểm định tham khảo
1.8 Cấu trúc Luận văn
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở tính toán
Chương 3: Tính toán kiểm chứng
Chương 4: Kết luận & Kiến nghị
Tài liệu tham khảo: Liệt kê các tài liệu tham khảo sử dụng cho Luận văn
Phụ lục: Tổng hợp đặc tính chung địa chất trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp
Trang 29 Độ lún nền (đất yếu) vượt mức cho phép
Ma sát âm (MSA) ảnh hưởng lên sức chịu tải cho phép của cọc
Do đó, phần cơ sở tính toán sẽ tập trung trình bày các nội dung liên quan đến các nguyên nhân trên Trong đó, các phần tính toán được thực hiện với sự hỗ trợ của
phần mềm Plaxis (gọi tắt là Plaxis) và với sự hỗ trợ từ các bản tính được lập sẵn bằng Excel (lập theo các công thức giải tích được sử dụng) Cụ thể như sau:
Về tính toán hệ số an toàn: Hệ số an toàn được tính toán theo giai đoạn ban đầu (khi nền đắp cao vừa mới hoàn thành) – việc tính toán được hỗ trợ bởi Plaxis (với mô hình Mohr-Coulomb)
Về tính toán độ lún nền: Độ lún nền được tính toán theo giai đoạn dài hạn khi nền sét yếu kết thúc quá trình cố kết – việc tính toán được hỗ trợ bởi Plaxis (với
mô hình Linear Elastic) và so sánh với bản tính Excel (lập sẵn theo giải tích)
Về tính toán phân tích ảnh hưởng của MSA lên sức chịu tải của cọc, việc
tính toán sẽ được thực hiện theo 2 nội dung: (1) Tính toán lực MSA lớn nhất (Q n ) ảnh hưởng lên sức chịu tải cho phép của cọc (thông qua bản tính Excel lập sẵn theo giải tích), với giả thiết bỏ qua một số ảnh hưởng làm giảm MSA; (2) Tính toán thời gian kết thúc ảnh hưởng của MSA (khi kết thúc quá trình cố kết của đất gây ra MSA lên cọc) – việc tính toán được hỗ trợ bởi Plaxis (với các hệ số thấm được giả định, kết hợp với mô hình Linear Elastic)
Các tính toán được giả thiết theo trường hợp nền đắp cao chỉ đắp một đợt
Trang 302.2 Giới thiệu sơ bộ phần mềm Plaxis và cơ sở tính toán trong Plaxis liên
quan đến các Bài toán của Luận văn
2.2.1 Giới thiệu
Phần mềm Plaxis được phát triển từ năm 1987 tại Đại học công nghệ Delft (Hà Lan), phần mềm này được xây dựng theo PP phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề về địa kỹ thuật [10, 11] Phần mềm Plaxis và GeoStudio là hai bộ phần mềm hiện nay có thể được xem như bao gồm đầy đủ nhất những bài toán Địa kỹ thuật thường gặp trong thực tế, thân thiện người dùng Bài toán theo PP phần tử hữu hạn được tính toán với các bước sau [11]:
Chia lưới phần tử hữu hạn;
Chuyển vị tại các nút là các ẩn số;
Chuyển vị bên trong các phần tử được nội suy từ các chuyển vị nút;
Thiết lập mô hình vật liệu (quan hệ ứng suất và biến dạng);
Thiết lập các điều kiện biên về chuyển vị và lực;
Giải hệ phương trình tổng thể cân bằng lực, cho kết quả chuyển vị nút;
Tính toán các đại lượng khác như ứng suất, biến dạng
Trong Plaxis, các mô hình đất được chấp nhận là mô hình đàn hồi (Linear Elastic model – LE), mô hình Mohr–Coulomb (MC), mô hình Hardening Soil – HS, mô hình đất yếu (Soft Soil model – SS), mô hình từ biến cho đất yếu (Soft Soil Creep model – SSC) và mô hình do người dùng thành lập (User Defined model – UD)
Tiếp theo, mục 2.2.2 đến 2.2.9, sẽ trình bày những cơ sở về tính toán trong quá trình sử dụng Plaxis cho các bài toán của Luận văn trên cơ sở các tài liệu tham khảo: Plaxis Version 8–Material Models Manual [18]; Plaxis Version 8–Reference Manual [19]
2.2.2 Mô hình đàn hồi (Linear Elastic model - LE)
Mô hình Đàn hồi (LE) dựa trên định luật Hooke cho vật liệu đàn hồi tuyến
tính đẳng hướng, liên quan chủ yếu đến 2 thông số độ cứng là E và Mô hình này chỉ có thể được sử dụng trong các tính toán liên quan tới độ lún đàn hồi
Trang 312.2.3 Mô hình Mohr-Coulomb (MC)
Mô hình Mohr-Coulomb đàn hồi tuyến tính – thuần dẻo liên quan chủ yếu
đến 5 thông số đầu vào: E và đại diện cho tính đàn hồi của đất; và c đại diện cho
tính dẻo và góc (dilantancy angle) Riêng thông số (đơn vị: độ) là không có
trong hệ thống cơ học đất của Việt Nam – có thể tạm gọi là góc biến dạng thể tích, đặc trưng cho phá hoại dẻo của phần tử đất [12] Hầu hết các loại đất sét đều có
rất nhỏ ( 0) ngoại trừ các loại đất sét quá cố kết nặng Góc của cát phụ thuộc
vào cả độ chặt và góc ma sát () Đối với cát thạch anh: ( - 30o); tuy nhiên, đối với các giá trị nhỏ hơn 30o thì hầu hết đều bằng 0 Một giá trị âm (dù nhỏ)
của chỉ phù hợp thực tế đối với các loại cát rất rời (extremely loose)
2.2.4 Phân tích theo ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các thông số độ
cứng hữu hiệu
Trong Plaxis, việc xác định ứng xử không thoát nước trong một phân tích ứng suất hữu hiệu bằng cách sử dụng các thông số hữu hiệu là có thể thực hiện được Điều này đạt được bằng việc xem loại ứng xử vật liệu (Material type) của một lớp đất là không thoát nước (Undrained), theo đó, cho phép việc tính toán không thoát nước với những thông số hữu hiệu thông qua sự phân biệt giữa ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng (thặng dư)
Một phân tích như trên đòi hỏi những thông số hữu hiệu của đất và vì thế sẽ
có sự tiện lợi cao khi có đủ những thông số này Đối với những dự án có liên quan đến yếu tố đất yếu, số liệu chính xác của những thông số hữu hiệu không phải lúc nào cũng có đủ Thay vào đó, các thử nghiệm hiện trường và trong phòng thí nghiệm có thể được thực hiện để xác định những thông số không thoát nước của
đất Ví dụ cho trường hợp này là công thức E E u
3
)'1(2' Đối với các mô hình nâng cao thì không có công thức biến đổi trực tiếp này Khi đó sẽ khuyến khích việc ước tính thông số E (yêu cầu) từ thông số ' E đo được, sau đó có thể thực hiện một u
thí nghiệm không thoát nước đơn giản để kiểm tra E đang dùng để tính toán và u
điều chỉnh E nếu cần '
Trang 322.2.5 Phân tích theo ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các thông số
chống cắt hữu hiệu
Đối với các loại đất nói chung, trạng thái ứng suất ở giai đoạn phá hoại đều
có thể được mô tả với mức độ phù hợp rất cao bởi chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb theo các thông số hữu hiệu ’ và c’ Điều này cũng áp dụng được cho các điều kiện
không thoát nước Trong Plaxis, các thông số hữu hiệu về cường độ có thể được sử
dụng khi kết hợp với việc chọn Material type là Undrained, do Plaxis phân biệt
được giữa ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng Sự tiện lợi của việc sử dụng các thông số hữu hiệu về cường độ trong điều kiện không thoát nước là việc gia tăng sức chống cắt sẽ được tính tự động tương ứng với quá trình tăng cố kết
Tuy nhiên, đặc biệt đối với các loại đất yếu, các thông số hữu hiệu về cường
độ không phải lúc nào cũng có đủ, và chúng ta phải vận dụng sức chống cắt không thoát nước (c hoặc u s ) đo được từ các thí nghiệm không thoát nước Mặc dù vậy, u
sức chống cắt không thoát nước không thể dễ dàng được sử dụng để xác định các thông số hữu hiệu về cường độ ’ và c’ Hơn nữa, ngay cả chúng ta đã có các thông
số hữu hiệu thích hợp, sự cẩn trọng cần phải có như là để xem xét việc các thông số hữu hiệu này có cung cấp được sức chống cắt không thoát nước phù hợp trong phân tích hay không Lý do là lộ trình ứng suất hữu hiệu trong phân tích không thoát nước có thể là không giống như thực tế do các giới hạn của mô hình được áp dụng
2.2.6 Phân tích theo ứng suất hữu hiệu không thoát nước với các thông số
chống cắt không thoát nước
Sử dụng sức chống cắt không thoát nước để xác định các thông số hữu hiệu
về cường độ ( ’ và c’ ) là việc khó khăn Như là một phép biến đổi cho các phân
tích không thoát nước với các thông số hữu hiệu về cường độ, Plaxis cho phép một
cách phân tích ứng suất hữu hiệu không thoát nước (Material type = Undrained) với
việc nhập trực tiếp các thông số đầu vào của sức chống cắt không thoát nước, nghĩa
là u 0 và c c u Cách này chỉ áp dụng đối với mô hình Mohr-Coulomb, mô hình HS và HSsmall; nhưng không áp dụng cho các mô hình SS, SSC và MCC Khi
Material type được gán Undrained, các giá trị hữu hiệu vẫn phải được nhập đối với
Trang 33các thông số về độ cứng (là E’ và ’ trong mô hình Mohr-Coulomb hoặc những
thông số độ cứng tương ứng trong các mô hình nâng cao)
2.2.7 Phân tích theo ứng suất tổng không thoát nước với các thông số không
kỳ dị của ma trận độ cứng) Trong Plaxis chỉ có thể thực hiện một phân tích ứng suất tổng với các thông số không thoát nước nếu mô hình Mohr-Coulomb được sử
dụng Trong trường hợp này, Material type nên được gán là Drained (không phải Undrained)
2.2.8 Phân tích Phi-c reduction (Safety analysis)
Phân tích Phi-c reduction là một lựa chọn trong Plaxis để tính toán các hệ số
an toàn, tương tự PP tính toán các hệ số ổn định (cổ điển) trong các phân tích theo mặt trượt cung tròn (cổ điển) Bằng cách phân tích Phi-c reduction, các thông số tan và c của đất được giảm dần (reduced) theo từng cấp cho đến khi sự phá hoại
của kết cấu xảy ra Sức chống cắt của những bề mặt tiếp xúc, nếu được sử dụng, cũng sẽ được giảm dần tương ứng Cường độ của những vật thể kết cấu như các phần tử tấm và neo không bị ảnh hưởng bởi Phi-c reduction
Sự giảm dần (theo từng cấp) của tan và c được kiểm soát bởi hệ số tổng
(total multiplier) là
reduced
input reduced
