Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp xi măng đất gia cố mặt nền đến sức chịu tải ngang của cọc đứng, ứng dụng cho đập trụ đỡ vùng đồng bằng sông cửu long tt

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM & TRẦN MINH THÁI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP XI MĂNG ĐẤT GIA CỐ MẶT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI NGANG CỦA CỌC ĐỨNG, ỨNG DỤNG CHO ĐẬP TRỤ ĐỠ VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔ

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

&

TRẦN MINH THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP XI MĂNG ĐẤT GIA CỐ MẶT NỀN ĐẾN SỨC CHỊU TẢI NGANG CỦA CỌC ĐỨNG, ỨNG DỤNG CHO ĐẬP TRỤ ĐỠ VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 9580202

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2020

Công trình được hoàn thành tại:

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

Người hướng dẫn khoa học:

Địa chỉ: 171 Tây Sơn – Đống Đa – Hà Nội

vào hồi giờ 00, ngày tháng năm 2020

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Hà Nội

- Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một nước có bờ biển dài và có nhiều sông lớn đổ ra biển trải dọc suốt từ Bắc vào Nam Trong những năm gần đây sự khắc nghiệt của thiên nhiên càng thể hiện rõ như hiện tượng biến đổi khí hậu, mực nước biển ngày càng dâng cao, bão lũ càng lớn và mùa kiệt thiếu nguồn nước ngọt, xâm nhập mặn đã ảnh hưởng rất lớn đến đời sống và phát triển kinh tế xã hội của cả nước Đồng bằng sông Cửu Long là vùng có tiềm năng to lớn, chiếm vị trí quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và là chìa khoá chính trong chiến lược an ninh lương thực quốc gia

Chủ trương lớn của Nhà nước là cần tiếp tục nghiên cứu, đầu tư xây dựng các công trình đê biển, công trình điều tiết vùng cửa sông vùng triều nhằm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai cũng như bảo vệ dân sinh kinh tế, góp phần phát triển đất nước

Trong xây dựng công trình điều tiết hiện nay, Đập trụ đỡ (ĐTĐ) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, trở thành một giải pháp khoa học thay thế dần các công trình truyền thống, đặc biệt thể hiện rõ trong các công trình lớn ngăn sông vùng ven biển Để nâng cao hơn nữa hiệu quả ứng dụng công nghệ, nhất thiết cần phải tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện thêm cả về lý thuyết và thực nghiệm những vấn đề còn chưa được sáng tỏ Đối với công trình Đập trụ

đỡ, thường xuyên chịu tải trọng ngang tác dụng rất lớn Ngoài giải pháp bố trí cọc xiên thì biện pháp gia cố lớp bề mặt nền móng sẽ có tác dụng đáng kể làm tăng sức chịu tải ngang của móng cọc Để có xác định kích thước phù hợp cho lớp gia cố và đánh giá mức độ ảnh hưởng đến sức chịu tải ngang của móng cọc Đập trụ đỡ như thế nào thì đến nay vẫn chưa được giải quyết Vì vậy đề tài nghiên cứu có tính cấp thiết và thực tế

2 Mục đích nghiên cứu

- Làm cơ sở khoa học, hoàn thiện lý thuyết trong tính toán thiết kế ĐTĐ;

- Đề xuất hình thức và kết cấu của lớp gia cố bề mặt nhằm tăng sức chịu tải trọng ngang cho móng cọc ĐTĐ xây dựng trong vùng ĐBSCL

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu, phân tích các thông tin kỹ thuật liên quan được công bố qua các tài liệu như sách, báo, tiêu chuẩn thiết kế… ở trong và ngoài nước

- Sử dụng mô hình toán để nghiên cứu, phân tích sự ảnh hưởng của lớp gia cố đến SCTN của cọc đơn, qua đó lựa chọn kích thước hợp lý của lớp gia

cố bề mặt ứng với các loại cọc

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

Thí nghiệm mô hình vật lý, đo đạc, đánh giá SCTN của cọc trong các trường hợp làm việc nền đất yếu tự nhiên và nền đất sau khi gia cố lớp bề mặt

Trên cơ sở đó so sánh với phương pháp nghiên cứu lý thuyết đã được xây dựng, từ đó có kết luận về phương pháp tính SCTN của cọc, làm cơ sở để tính

ổn định móng cọc công trình ĐTĐ trong khu vực ĐBSCL;

Phương pháp chuyên gia:

Tổ chức hội thảo khoa học và các cuộc họp có phản biện, gồm có các nhà khoa học có hiểu biết chuyên sâu về lĩnh vực nghiên cứu của NCS đến họp cho ý kiến góp ý, đánh giá, phản biện kết quả nghiên cứu

4 Đối tượng nghiên cứu

Sức chịu ngang trục của cọc đơn thẳng đứng trong trường hợp gia cố lớp

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Luận án đã thiết lập được cơ sở khoa học tính toán gia cố bề mặt móng cọc (kết cấu mới, nền đất tự nhiên kết hợp với xi măng bằng phương pháp trộn sâu) có tác dụng gia tăng sức chịu ngang của móng ĐTĐ vùng đồng bằng sông Cửu Long, nơi có đặc điểm nền đất yếu, bất lợi cho xây dựng công trình

- Kết quả nghiên cứu của luận án đã được ứng dụng trong thiết kế móng cọc và nhằm hoàn thiện lý thuyết tính toán công nghệ ĐTĐ

7 Những đóng góp mới của luận án

- Luận án đã đề xuất được giải pháp mới để tăng SCTN của móng cọc ĐTĐ vùng ĐBSCL và xác định được kích thước hợp lý của phần gia cố này

- Luận án đã xây dựng được quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ngang (p

~ y) cho loại đất yếu đại diện và cho lớp gia cố bề mặt nền móng Qua

đó xác định được hệ nền và phương pháp xác định SCTN để ứng dụng thiết kế móng cọc ĐTĐ vùng ĐBSCL

8 Bố cục của luận án

Bố cục của luận án, gồm có các phần: Mở đầu; 4 Chương chính; Kết luận

và kiến nghị; Danh mục công trình đã công bố và Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP TRỤ ĐỠ VÀ CÁC GIẢI PHÁP

GIA TĂNG SỨC CHỊU TẢI NGANG CHO MÓNG CỌC

TRONG VÙNG ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan về Đập trụ đỡ

1.1.1 Giới thiệu công nghệ Đập trụ đỡ

Nguyên lý của ĐTĐ là đưa toàn bộ lực tác dụng vào công trình về các trụ riêng biệt, sau đó truyền

xuống nền thông qua bệ

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các loại Đập trụ đỡ trên thế giới

Từ những năm đầu thế kỷ XX, dạng công trình ngăn sông kiểu ĐTĐ đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và áp dụng vào thực tế Các công trình có quy mô lớn tập trung ở những nước có nền khoa học và kinh tế phát triển mạnh như Đức, Anh,… với nhiệm vụ ngăn triều hoặc kiểm soát triều và chống ngập úng

1.1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Đập trụ đỡ trong nước

Công nghệ Đập trụ đỡ được Viện Khoa học Thủy lợi nghiên cứu bắt đầu

từ năm 1991-1995 trong Đề tài độc lập Quốc gia KC12-10 Cấu tạo và nguyên

lý chịu lực của ĐTĐ như hình 1.1

Tính đến nay công nghệ ĐTĐ đã ứng dụng để xây dựng rất nhiều công trình ngăn sông trên cả nước và đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật to lớn, tiêu biểu như: Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long (TT Huế), Cống Nhiêu Lộc-Thị Nghè (TP Hồ Chí Minh), Cống Biện Nhị, cống Bào Chấu, cống Vàm Đình (Cà Mau), cống Nhà Mát (Bạc Liêu), cống Bầu Điền (Tiền Giang), cống Kênh Cụt (Kiên Giang), cống Cầu Xe (Hải Dương),…Hiện nay các công trình thuộc Dự án Chống ngập TP Hồ Chí Minh đang áp dụng công nghệ ĐTĐ để xây dựng, bề rộng thông nước từ 40 - 160m;

1.1.4 Những vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu khi áp dụng Đập trụ đỡ ở ĐBSCL và ở Việt nam

Đập trụ đỡ mặc dù đã được nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam khá lâu tuy nhiên với điều kiện mực nước sâu và cột nước lớn gây ra lực ngang rất lớn thì việc thiết kế loại công trình này vẫn còn bị khó khăn do khả năng kháng lực ngang bị hạn chế so với công trình truyền thống Đối với vùng ĐBSCL lớp đất yếu sâu cũng là một khó khăn khi áp dụng công nghệ ĐTĐ

Các biện pháp làm tăng SCTN của móng cọc ĐTĐ vẫn thường được áp dụng là bố trí cọc xiên và xiên chéo lớn Vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu các giải pháp làm tăng SCTN cho móng

1.2 Đánh giá chung địa chất vùng Đồng bằng sông Cửu long đến khả năng làm việc của móng cọc thường xuyên chịu tải trọng ngang 1.2.1 Phân bố và đặc trưng đất yếu ở ĐBSCL

ĐBSCL được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, thành phần cấu tạo của lớp này phổ biến là đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn

Đất sét yếu này có các đặc trưng cơ lý cơ bản nhất như sau:

+ Dung trọng tự nhiên của đất: γ = 14,5÷15,5kN/m3

+ Độ ẩm tự nhiên của đất: w = 75%÷65%

+ Hệ số rỗng tự nhiên của đất: e = 1,5÷2,0

+ Các đặc trưng cơ học của đất: φ = 4o÷5o, c = 5÷6kPa

+ Các đặc trưng biến dạng của đất: Eo = 500÷600kPa

Chiều dày đất sét yếu ở ĐBSCL thường từ 0÷40m

1.2.2 Địa chất nền các công trình Đập trụ đỡ đã xây dựng tại ĐBSCL

Qua tổng kết địa chất tại các công trình ứng dụng công nghệ ĐTĐ tại ĐBSCL thấy rằng trong phạm vi từ 0 đến 5m đất nền phía đầu cọc rất yếu (φ

= 3-5o, c = 1–5kPa, γ = 1,5–1,65kN/m3)

1.2.3 Những lưu ý khi xây dựng ĐTĐ trên nền đất yếu vùng ĐBSCL

- Hầu hết các công trình ĐTĐ đều có áp lực lên móng p >300 ÷ 500kPanên đều cần xử lý nền móng khi xây dựng

- Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của các loại đất yếu là phi tuyến, nên việc áp dụng mô hình nền Winkler mở rộng (giai đoạn tuyến tính và phi tuyến tính) là phù hợp với thực tế làm việc của nền đất dưới công trình

- Đất có hệ số thấm nước bé, nên tốc độ cố kết chậm, lún kéo dài Do đó đối với biện pháp xử lý nền (xử lý gia cố lớp mặt) cần quan tâm đến những giải pháp làm tăng nhanh quá trình thoát nước để nền đất cố kết nhanh

- Giải pháp nền - móng định hướng cho việc xây dựng các công trình ĐTĐ là sử dụng móng cọc, có thể sử dụng là cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc bê tông dự ứng lực, cọc thép

1.3 Các giải pháp gia tăng sức chịu tải trọng ngang cho móng cọc ĐTĐ

Đối với ĐTĐ, móng cọc thường chịu tải trọng ngang lớn, có 2 giải pháp chính làm tăng cường SCTN cho móng đó là: bố trí cọc xiên trong móng hoặc

tăng sức chịu tải trọng ngang của cọc đơn trong nhóm cọc Mỗi giải pháp có những ưu, nhược điểm và điều kiện ứng dụng khác nhau Đối với ĐTĐ, các giải pháp đưa ra phải thuận lợi vì các trụ đỡ có sức chịu tải ngang từ vài trăm đến vài nghìn tấn cho một trụ, số cọc vì thế cũng rất nhiều

1.3.1 Giải pháp cọc xiên: Sử dụng cọc xiên hoặc xiên chéo lớn để chuyển lực ngang trở về lực dọc trục

1.3.2 Giải pháp gia cố lớp nền bề mặt

1.3.2.1 Ảnh hưởng của đất nền quanh cọc tới SCTN của cọc

Khi cọc chịu lực ngang, đất

nền phía cọc di chuyển xuất hiện

lực kháng lại lực ngang tác dụng

Biểu đồ của lực kháng của loại đất

dính được thể hiện như hình 1.2:

Hình 1.2: Phân bố áp lực kháng

của đất lên cọc

Đối với đất dính thì giá trị được coi như không đổi, chiều sâu phát sinh ở

độ sâu cách mặt đất 1,5d Tính chất cơ học của đất và lớp đất trên mặt ảnh hưởng lớn và trực tiếp tới khả năng chịu lực ngang của cọc Khi cải thiện tính chất của lớp gia cố bề mặt thì khả năng chịu lực ngang của cọc sẽ cải thiện Các phương án xử lý như sau:

1.3.2.2 Sử dụng vật liệu đá dăm, đá mạt hoặc các vật liệu thô khác

Sử dụng vật liệu này vào đất nền quanh cọc vì có góc ma sát trong lớn,

hệ số tỷ lệ nền lớn Việc gia cố có thể thực hiện trước hoặc sau khi đã thi công cọc Nhược điểm là khó kiểm tra việc thi công trong nước Sự tiếp xúc giữa cọc và lớp đá sẽ không đồng đều dẫn đến tính toán không chính xác

1.3.2.3 Sử dụng giải pháp cải tạo đất nền bằng cọc xi măng đất (XMĐ) Giải pháp cải tạo nền đất yếu cho móng cọc bằng công nghệ trộn sâu (DMM) chính là tạo các cọc XMĐ trong lớp đất yếu bề mặt móng cọc

Các hình thức như: gia cố phạm vi dưới bệ trụ, quanh các cọc chịu lực hoặc gia cố thành các khối bao quanh bệ trụ Đối với ĐTĐ, tác giả kiến nghị giải pháp gia cố dưới bệ trụ

Giải pháp này tương đối đơn giản, tuy nhiên cần tính toán cụ thể dựa trên điều kiện địa chất nền, loại móng cọc, loại cọc cũng như hàm lượng xi măng gia cố Giải pháp này áp dụng phù hợp và hiệu quả nhất cho móng cọc có lớp nền bề mặt là đất yếu

1.3.2.4 Sử dụng vữa dâng bê tông

Lớp bê tông bịt đáy hiện nay thường được sử dụng bằng bê tông mác B20 (M250) Nhược điểm là tính đàn hồi của lớp bê tông bịt đáy không có vì vậy khả năng chịu tải ngang của lớp này rất khó xác định; thường thì chiều sâu lớp bịt đáy nhỏ hơn rất nhiều chiều sâu ảnh hưởng của lực ngang nên hiệu quả giải pháp không cao Giải pháp này phù hợp và hiệu quả cho trường hợp móng cọc có lớp nền là đất cát hoặc sét cứng

1.3.3 Lựa chọn giải pháp nghiên cứu của luận án

Trong Luận án này tác giả đi sâu nghiên cứu giải pháp tăng SCTN của cọc đơn trong nhóm cọc Các loại vật liệu gia cố trên đều có tác dụng tăng khả năng chịu lực ngang cho móng cọc, tuy nhiên khả năng thi công có thể ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu Trong các loại đó tác giả chọn phương án gia cố bằng cọc xi măng đất để nghiên cứu

1.4 Các nghiên cứu về gia cố xi măng đất cho đất yếu

1.4.1 Tình hình ứng dụng XMĐ gia cố đất yếu trên thế giới và Việt Nam

Công nghệ cải tạo đất bằng xi măng, xi măng – vôi được nghiên cứu và ứng từ những năm 1960, điển hình là Mỹ, Nhật Công nghệ này sử dụng nhiều trong các công trình đường bộ và đường sắt như: làm móng, ổn định hố đào,

ổn định mái dốc, giảm rung động…

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu gia cố đất trộn sâu được bắt đầu nghiên cứu

từ những năm đầu thập kỷ 80 Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc XMĐ để gia cố nền đất yếu Trong lĩnh vực thuỷ lợi, từ năm 2005 cọc XMĐ bắt đầu được áp dụng Mục tiêu ban đầu là xử lý chống thấm nền và mang cống cho các cống Sau đó, cọc XMĐ được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện cho mục đích chống thấm và gia cố nền cho các loại công trình khác

1.4.2 Các nghiên cứu về cọc XMĐ trong gia cố nền đất yếu tại ĐBSCL

Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam đã ứng dụng công nghệ cọc XMĐ trong xử lý nền và chống thấm các công trình thuỷ lợi tại vùng ĐBSCL và đã mang lại hiệu quả nhất định về kỹ thuật và kinh tế Một số thông số kỹ thuật

về cọc XMĐ phổ biến tại ĐBSCL:

Đường kính cọc: 60cm – 80cm

Hàm lượng xi măng: thường dùng 300kg/m3

Cường độ kháng nén tuỳ theo từng loại đất, cụ thể như bảng 1.1:

Bảng 1.1: Cường độ cọc XMĐ ứng với 1 số loại đất yếu đặc trưng

1.4.3 Ứng dụng cọc xi măng đất trong gia cố móng cọc tại Nhật Bản

Từ năm 2001 Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng cọc XMĐ để tăng SCTN cho móng cọc các công trình, tiêu biểu như Cầu Yabegawa thuộc

dự án Đường cao tốc Ariake, tỉnh Fukuoka, Nhật Bản Cọc khoan nhồi được

sử dụng sâu 50m, lớp gia cố bằng cọc XMĐ có chiều dài và chiều sâu là B = 16.8m và Hgc = 10.5m Việc ứng dụng XMĐ đã mang lại hiệu quả kinh tế và

kỹ thuật rõ rệt, nhất là giảm được số cọc đứng, giảm chuyển vị ngang và khả năng chịu động đất tốt hơn Tuy nhiên phương pháp thiết kế không được thiết lập mà chỉ được thí nghiệm hiện trường tại mỗi công trình riêng biệt

1.5 Kết luận chương 1

- Mặc dù đã được nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế tuy nhiên ĐTĐ vẫn còn nhiều vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện lý thuyết để áp dụng thiết kế, nhất là đối với nền đất yếu tại ĐBSCL

- Giải pháp nhằm tăng khả năng chịu lực ngang cho cọc đơn và cho móng cọc ĐTĐ được lựa chọn để định hướng nghiên cứu trong luận án là giải pháp gia

cố lớp đất bề mặt móng cọc, phía đầu cọc bằng cọc XMĐ - công nghệ DMM

- Hiện nay chưa có công bố nào về lý thuyết tính toán xác định phạm vi của lớp gia cố, vì vậy cần nghiên cứu bằng mô hình toán và thực nghiệm hiện trường để đưa ra phương pháp xác định cũng như đánh giá hiệu quả của giải pháp gia cố nêu trên đối với SCTN của cọc

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP

GIA CỐ NỀN LỚP MẶT 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt đến nền móng cọc ĐTĐ

Khi Đập trụ đỡ có lớp gia cố bề mặt nền thì tính chất, trạng thái ứng suất nền thay đổi, điều đó sẽ ảnh hưởng tới:

- Ảnh hưởng tới SCTN của cọc đơn

- Ảnh hưởng tới sức chịu tải đứng và hiện tượng ma sát âm của cọc

- Ảnh hưởng tới SCTN của nhóm cọc

- Ảnh hưởng tới sức chịu tải của đất nền dưới lớp gia cố bề mặt

- Ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt tới độ lún của móng cọc

2.2 Phương pháp tính toán cọc đơn chịu tải trọng ngang

2.2.1 Các phương pháp tính toán cọc đơn đang áp dụng hiện nay

Đối với bài toán ổn định móng cọc nói chung và móng cọc ĐTĐ nói riêng luôn xuất phát từ kết quả nghiên cứu làm việc của một cọc đơn Vì vậy tính toán cọc đơn không những có ý nghĩa quan trọng Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính toán cọc đơn, mỗi phương pháp tính đều có 3 đặc điểm cơ bản như: Mô hình của môi trường đất bao quanh cọc; Tính chất của mối quan

hệ giữa phản lực đất p và chuyển vị ngang của cọc y; Cách giải bài toán

h ah = 2 ( d + 1 )

hah

2.2.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp tính toán cọc đơn

Do đặc điểm làm việc của móng cọc ĐTĐ trong vùng ĐBSCL nên nhóm các phương pháp dựa trên sức kháng bên cực hạn của cọc như Phương pháp Broms và Phương pháp Meyerhof có nhiều hạn chế vì không áp dụng được cho nền nhiều lớp và không xem xét tới chỉ tiêu cường độ của đất

Phương pháp “Đường cong p ~ y” đối với tính toán móng cọc ĐTĐ vùng ĐBSCL là khá phù hợp bởi cọc trong nền nhiều lớp và cọc dài

Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ máy tính, các phần mềm thương mại tính toán cọc, sử dụng lý thuyết đường cong p ~ y để giải các bài toán về cọc ngày càng nhiều và độ tin cậy cao, điển hình như: Phần mềm tính toán Ensoft Lpile; Ensoft Group; Phần mềm Midas; Phần mềm FB_Pier…

2.3 Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt theo chiều sâu 2.3.1 Cơ sở lý thuyết xác định chiều sâu ảnh hưởng h ah lớp bề mặt

Chiều dày của lớp đất bề mặt giữ vai trò quyết định tới chuyển vị, nội lực trong cọc và có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, hah được xác định theo một số công thức:

- Lựa chọn loại cọc nghiên cứu tính toán trong mô hình là các cọc BTCT

có kích thước phù hợp với thực tế thường dùng, chiều dài cọc được chọn phải thoả mãn điều kiện là loại “cọc dài”

- Lựa chọn phương pháp gia cố: gia cố đất lớp mặt móng bằng cọc XMĐ, lớp gia cố kín xung quanh cọc

- Sơ đồ tính toán: Tính toán cho trường hợp khi chưa gia cố đất yếu; Tính toán xác định chiều sâu hợp lý cho từng loại cọc, trường hợp gia cố bằng công nghệ DMM – xi măng đất

- Để nghiên cứu khả năng chịu tải trọng ngang phải dựa vào lý thuyết đường cong p~y Khi gán cho cọc một chuyển vị cưỡng bức khi đó cọc sẽ xuất hiện lực ngang có hướng chống lại hướng của chuyển vị cưỡng bức

- Thông số tính toán:

Lựa chọn kết cấu gia cố là loại cọc XMĐ đường kính D100cm ken sít, hàm lượng xi măng 300kg/m3

Tính toán thông số cọc XMĐ làm việc như nền tương đương

Chỉ tiêu đất: Mẫu đất đại diện được lấy tại Mỹ Tho, Tiền Giang:

toán cho trường hợp gia

cố với chiều sâu khác

nhau đối với từng loại

xây dựng biểu đồ quan

hệ giữa độ sâu gia cố

và kích thước cọc như

hình 2.3

Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ giữa độ sâu gia cố và kích thước cọc

y"="12,473x 2 "+"0,2719x"+"1,3726" R²"="0,99499"

Từ biểu đồ xây dựng công thức xác định độ sâu gia cố hợp lý như sau:

Hgc = 12,5D2 + 0,27D + 1,37 (2-3)

D là đường kính hoặc cạnh cọc và được tính bằng m

2.4 Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng của lớp gia cố bề mặt theo mặt bằng 2.4.1 Cơ sở lý thuyết xác định kích thước lớp gia cố trên mặt bằng

a) Cơ sở lý thuyết

Trên mặt bằng, vùng gia cố phải đủ rộng để lớp gia cố bề mặt có tác dụng vừa để có tác dụng đối với khả năng gia tăng SCTN của cọc trong móng Các kiểu gia cố có thể áp dụng: Gia cố toàn bộ diện tích vùng đáy bệ trụ đỡ; Gia

cố xung quanh vùng chu vi bệ trụ đỡ

b) Chuyển vị ngang cho phép của móng cọc Đập trụ đỡ

Xác định chuyển vị ngang cho phép của cọc để làm cơ sở nghiên cứu SCTN ứng với phạm vi gia cố trên mặt bằng

Chuyển vị ngang cho phép lấy theo các tiêu chuẩn hiện hành tuy nhiên đối với công trình ĐTĐ, để đảm bảo cọc và nền làm việc trong giới hạn tuyến tính cũng như không ảnh hưởng tới sự làm việc của kết cấu cửa van và kết cấu chống thấm, lựa chọn chuyển vị ngang cho phép của cọc [y] = 25mm

2.4.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của diện tích lớp gia cố bề mặt đến SCTN của móng cọc ĐTĐ bằng mô hình toán

Mục đích tính toán là xác định chiều dài gia cố hợp lý mà với giá trị đó cọc và nền gia cố chịu lực ngang lớn nhất ứng với các loại cọc Từ đó đề xuất phương pháp xác định chiều dài lớp gia cố và xây dựng mối quan hệ giữa SCTN với các loại cọc sau khi có kích thước gia cố hợp lý

Sử dụng phầm mềm Địa kỹ thuật Midas GTS NX phiên bản 2014 – Hàn Quốc GTS NX để nghiên cứu chiều dài gia cố Tính toán các trường hợp với các chiều dài lớp gia cố thay đổi: Bắt đầu bằng 5D, sau đó tăng dần mỗi cấp

so sánh 25cm, đến khi hết sự ảnh hưởng của chiều dài lớp gia cố

Phương pháp lựa chọn để tính toán là phương pháp triết giảm ϕ, c

Nguyên lý tính toán là giảm dần sức bền kháng cắt của vật liệu nền đến điểm giả định xảy ra mất ổn định Tỷ lệ triết giảm sức kháng cắt tối đa tại thời điểm

đó được coi là yếu tố an toàn tối thiểu

a) Sơ đồ tính toán:

- Mô hình được xây dựng trên phần mềm Midas - GTS

- Các thông số địa chất của nền, của lớp gia cố mục 2.3

+ Chiều sâu khối gia cố tính theo công thức (2-3)

+ Chiều rộng khối gia cố bằng chiều rộng mô hình

+ Cọc đơn có chiều dài theo từng kích thước cọc (bảng 2.1)

Bảng 2.1: Kích thước mô hình nghiên cứu xác định chiều dài gia cố hợp lý

Chiều dài cọc (m)

Cọc

vuông

Cọc tròn

Cọc ly tâm

giữa SCTN với chiều dài

gia cố cho từng loại và

kích thước cọc nghiên

cứu như sau (Hình 2.4

điển hình là cọc vuông):

Hình 2.4: Biểu đồ quan hệ giữa SCTN cọc vuông với chiều dài gia cố

c) Nhận xét kết quả nghiên cứu:

Khi tăng chiều dài khối gia cố thì SCTN của cọc đơn tăng đáng kể, tuy nhiên đến một phạm vi nhất định thì dù có gia tăng chiều dài nhưng SCTN vẫn không tăng thêm nữa Điều này cho thấy, chiều dài gia cố Lgc đến một giá trị tới hạn nhất định sẽ phát huy được tối đa hiệu quả gia cố

Chiều dài gia cố hợp lý chỉ phụ thuộc vào kích thước cọc D chứ không phụ thuộc nhiều vào hình dáng cọc

d) Đề xuất công thức xác định chiều dài gia cố

Từ kết quả tính

toán chiều dài gia cố

hợp lý của các loại cọc,

tác giả xây dựng biểu đồ

quan hệ giữa độ sâu gia

cố và kích thước cọc

như hình 2.5

Hình 2.5: Biểu đồ quan hệ giữa chiều dài gia cố và kích thước cọc