Nghiên cứu giải pháp thi công hố đào công trình ven sông có nền đất yếu tính toán điển hình cho để xử lý nước thải thuộc khu tái định cư phú mỹ

HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --- LÊ NGUYỄN THANH DUY NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG CÓ NỀN ĐẤT YẾU – TÍNH TOÁN ĐIỂN HÌNH CHO BỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỘC KHU TÁ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ NGUYỄN THANH DUY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO CÔNG TRÌNH VEN SÔNG CÓ NỀN ĐẤT YẾU – TÍNH TOÁN ĐIỂN HÌNH CHO BỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

THUỘC KHU TÁI ĐỊNH CƯ PHÚ MỸ

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số ngành : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2015

ii

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa–ĐHQG–HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

Hướng dẫn 1: GS.TS Trần Thị Thanh

Hướng dẩn 2: TS Nguyễn Ngọc Phúc

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ………

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Thành Phố Hồ Chí Minh ngày …… tháng …… năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : LÊ NGUYỄN THANH DUY MSHV : 12090355

Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1984 Nơi sinh : Quảng Ngãi Chuyên ngành : Địa Kỹ thuật Xây dựng Mã số : 60.58.60

1- TÊN ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu giải pháp thi công hố đào công trình ven sông có nền đất yếu – tính

toán điển hình cho bể xử lý nước thải thuộc khu tái định cư Phú Mỹ”

2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

MỞ ĐẦU

Chương 1: Tổng quan về biện pháp thi công hố đào sâu ven sông và những sự

cố thường gặp

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Mô hình tính toán và phân tích điển hình cho công trình bể xử lý

nước thải thuộc dự án khu tái định cư Phú Mỹ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

iv

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành cuốn luận văn này ngoài sự nghiên cứu của tác giả còn có sự hướng dẫn tận tình của GS.TS TRẦN THỊ THANH và TS NGUYỄN NGỌC PHÚC Em xin bày tỏ lòng ghi ơn và tri ân sâu sắc đến cô TRẦN THỊ THANH và thầy NGUYỄN NGỌC PHÚC đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho em trong quá trình làm luận văn

Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trong Bộ môn Địa cơ - Nền móng - Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình dạy bảo trong suốt quá trình học tập

Xin chân thành cảm ơn các bạn tác giả cùng khóa đã giúp đỡ mình rất nhiều trong quá trình làm luận văn

Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, bạn bè và các thầy cô đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn thạc sĩ này

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2015

Học viên

LÊ NGUYỄN THANH DUY

Khu vực TPHCM có lớp đất yếu bao phủ trên bề mặt với bề dày khá lớn thay đổi trong phạm vi từ vài mét đến vài chục mét Đây là lớp đất loại sét bão hoà nước

có khả năng chịu tải bé, tính nén ép lớn

Trong thời gian qua, việc xây dựng công trình hố đào sâu có xảy ra các sự cố đáng tiếc làm thiệt hại rất lớn về kinh tế và con người, ví dụ: công trình thi công bể

xử lý nước thải khu tái định cư Phú Mỹ, công trình thi công bờ kè và cống bao trên kênh Tân Hóa – Lò Gốm, công trình thi công cọc khoan nhồi trụ cầu Phú Mỹ… Một trong những nguyên nhân xảy ra các sự cố trên là việc nhận định chưa đúng về bản chất trong cách ứng xử của đất nền, một trong những yếu tố gây mất ổn định công trình là giá trị sức kháng cắt của đất

Từ cơ sở lý thuyết cho thấy:

- Sự thay đổi về độ ẩm, thể tích riêng và áp lực nước lỗ rỗng (do sự đào đất và mực nước thủy triều lên xuống của công trình ven sông) có sự ảnh hưởng đến độ bền sức chống cắt của đất dưới đáy hố đào

- Quá trình biến đổi của trường ứng suất pháp làm thay đổi điểm bắt đầu ứng

xử biến dạng của đất với sự có mặt khác nhau của áp lực nước lỗ rỗng tạo ra sự khác nhau về xu hướng đạt trạng thái tới hạn

Kết quả quá trình nghiên cứu mô hình bài toán bằng phần mềm Plaxis cho thấy:

- Lộ trình ứng suất thực thay đổi theo quá trình thi công đào đất và chịu sự chi phối của độ cứng tường vây (chuyển vị tường vây)

vi

- Áp lực nước lổ rỗng thặng dư tiêu tán chậm trong suốt quá trình đào đất;

- Khuynh hướng đạt trạng thái tới hạn (mất ổn định hố đào) phát triển nhanh ở những giai đoạn thi công sau cùng (từ độ sâu -4,5m so với mặt đất tự nhiên);

- Lộ trình ứng suất thực trong bài toán có điều kiện biên đất đối xứng thay đổi

rõ rệt và sai khác nhiều hơn so với trường hợp bài toán đối xứng;

- Khuynh hướng chuyển vị ngang gây mất ổn định hố đào phát triển mạnh do tính bất đối xứng của điều kiện biên (hố đào ven sông)

- Chuyển vị của hệ tường vây theo dạng Free end wall làm giảm vai trò của các hệ thanh chống

- Lộ trình áp lực nước lỗ rỗng và lộ trình ứng suất hữu hiệu trên thực tế sai khác nhiều so với lộ trình ứng suất lý thuyết Đối với nền đất yếu bão hòa nước, lộ trình ứng suất tiến về mặt bao phá hoại theo xu hướng từ biến tăng dần gây bất lợi cho hố đào

SUMMARY OF THESIS

TITLE

Studying the method statement of deep excavation for projects in soft soil condition along the river – Calculation for water treatment tank of Phu My Residential Project

ABSTRACT

Recently, the urbanization and infrastructure construction of Hochiminh City develop very fast especially these projects of improving the urban, environment and prevention of changing climate The main purpose of these projects are improving and dredging the channels, building river embankment…

In hochiminh city, there are soft soil with very deep thickness on the surface from some meters to fifty meters deep This is the saturated clay soil with the low bearing capacity and high compression

During the past time until now, constructing the deep excavation creates a lot of failures which cause the serious damage of money and humans such as the waste water treatment tank of Phu My residential project, Tan Hoa – Lo Gom River Embankment, construction of bored pile of Phu My Bridge project…

One of the main reasons of these failures is incorrect evaluation of soil behavior and soil shear strength which causes the instability of projects

The theory shows that:

- The changing of moisture, density, pore water pressure due to the excavation and fluctuation of water level of projects along the river will affect the shear strength of soil underneath the deep excavation hole

- The changing procedure of stress creates the changes of point of which the soil start to deform Together with the changing of pore water pressure, it creates the difference of trends to reach the limit state

The result of studying of modeling by Plaxis software shows that:

- The actual stress path varied following the excavation process and is affected

by the stiffness of retaining wall (movement of retaining wall)

viii

- Excess pore water pressure dissipates slowly during the excavation

- The trend to reach the limited state (instability of deep excavation pit) develops very fast in the final step of construction process ( from the depth -4.5m to ground level)

- Actual The stress path in cases which has symmetric fringe condition changes definitely and is much difference from asymmetric fringe condition

- The trend causing the lateral movement which creates the instability of deep excavation pit develops seriously due to asymmetric fringe conditions ( excavation pit along the river)

- Movement of retaining wall – type “Free end wall” decreases the roles of supported brace systems

- Actual Pore water pressure path and actual effective stress path is much different from theorical path For soft saturated soil, the stress path tends to move to damaged surface envelope following the creep increasing which cause the instability of excavation pit

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực

sự của cá nhân tác giả, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và mô hình tính toán dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS TRẦN THỊ THANH và TS NGUYỄN NGỌC PHÚC

Các số liệu về địa chất, các kết quả thí nghiệm, mô hình tính toán và những kết quả trong luận văn là trung thực, được xuất phát từ kinh nghiệm và thực tiễn, các số liệu thực tế được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo

Một lần nữa tác giả xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2015

Học viên

LÊ NGUYỄN THANH DUY

x

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU VEN SÔNG VÀ NHỮNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP 4

1.1 CÁC GIẢI PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU VEN SÔNG 4

1.1.1 Phương án đê quai đất ngăn nước: 4

1.1.2 Dùng thùng chụp để làm khô nước trong hố đào 5

1.1.3 Phương án cọc ván thép 6

1.2 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH Ở TPHCM ĐÃ GẶP SỰ CỐ 9

1.2.1 Công trình bể xử lý nước thải thuộc khu tái định cư Phú Mỹ - quận 7: do công ty cổ phần Đức Khải làm chủ đầu tư 9

1.2.2 Công trình thi công bờ kè công trình kênh Tân Hóa – Lò Gốm: do ban quản lý dự án nâng cấp đô thị TPHCM làm chủ đầu tư 11

1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG THƯỜNG GẶP KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO VEN SÔNG TRONG VÙNG ĐẤT YẾU 13

1.4 NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU GÂY SỰ CỐ KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO 14

1.5 KẾT LUẬN 14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 TIÊU CHUẨN PHÁ HỦY CHO CÁC VẬT LIỆU PHỤ THUỘC ÁP LỰC THỦY TĨNH 15

2.1.1 Những đặc trưng của bề mặt phá hủy của vật liệu đẳng hướng 15

2.1.2 Tiêu chuẩn ứng suất kéo cực đại của Rankine 15

2.1.3 Tiêu chuẩn Mohr-Coulomb 16

2.2 LỘ TRÌNH ỨNG SUẤT 20

2.2.1 Hậu quả của sự thoát nước và sự thay đổi thể tích 20

2.2.2 Lộ trình ứng suất theo hệ toạ độ s,t 23

2.2.3 Lộ trình ứng suất trong hệ tọa độ q’/p’ 24

2.2.4 Lí thuyết trạng thái tới hạn: 27

2.2.5 Sự biến đổi độ bền không thoát nước: 36

2.3 KẾT LUẬN: 37

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH ĐIỂN HÌNH CHO BỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỘC KHU TÁI ĐỊNH CƯ PHÚ MỸ 38

3.1 TỔNG QUAN VỂ DỰ ÁN 38

3.2 QUY MÔ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI 39

3.3 TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT 44

3.4 MÔ TẢ SỰ CỐ 48

3.5 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 50

3.6 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 51

3.7 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 57

3.8 KẾT LUẬN 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

1) Kết luận 74

2) Kiến nghị 74

3) Hướng nghiên cứu tiếp theo 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Đê quay đất kết hợp cừ gỗ 5

Hình 1.2 Thi công hạ thùng chụp 6

Hình 1.3 Thi công đập đầu cọc phía trong thùng chụp 6

Hình 1.4 Cọc ván thép kết hợp với cọc ống 8

Hình 1.5 Cọc ván thép kết hợp với cọc thép hình I 8

Hình 1.6 Các loại cọc ván thép chữ U, Z, W 8

Hình 1.7 Thi công bê tông lót cho 1 phân đoạn hố đào 9

Hình 1.8 Đào đất chưa hoàn chỉnh giai đoạn 2 10

Hình 1.9 Hố đào bị sự cố khi chưa kịp lắp thanh chống giai đoạn 2-vách hố đào cạnh bờ sông 10

Hình 1.10 Hố đào bị sự cố -vách hố đào cạnh công trình 11

Hình 1.11 Quá trình thi công hố đào 11

Hình 1.12 Quá trình thi công cừ larsen 12

Hình 1.13 Hố đào bị sự cố 12

Hình 1.14 Hố đào bị chuyển vị 13

Hình 2.1 Tiêu chuẩn ứng suất chính cực đại của Rankine 16

Hình 2.2 Đường bao phá hủy phi tuyến theo tiêu chuẩn Mohr 17

Hình 2.3 Đường bao phá hủy tuyến tính theo Mohr-Coulomb 17

Hình 2.4 Tiêu chuẩn Mohr-Coulomb trong mặt phẳng σ3 =0 18

Hình 2.5 Đường bao phá hủy trên mặt phẳng π 19

Hình 2.6 Đường bao phá hủy trên mặt phẳng π tương ứng theo ϕ 19

Hình 2.7 Mặt dẻo theo tiêu chuẩn Mohr-Coulomb khi f’ c = f’ t 20

Hình 2.8 Quá trình thoát nước tăng bền của đất 21

Hình 2.9 Xu hướng tăng bền khi đất thoát nước–trong không gian ứng suất chính 22

Hình 2.10 Lộ trình ứng suất của phân tố đất M dưới móng băng 23

Hình 2.11 Lộ trình ứng suất của phân tố đất M bên cạnh hố đào 24

Hình 2.12 Đường bao phá hoại trong hệ tọa độ p'-q' 25

Hình 2.13 Lộ trình ứng suất TN 3 trục không thoát nước trong hệ tọa độ p'-q' 26

Hình 2.14 Lộ trình ứng suất trong hệ tọa độ q’-p’ và v-p’ 28

Hình 2.15 Lộ trình ứng suất trong không gian v-p’-q’ 29

Hình 2.16 Đường trạng thái tới hạn và các đường ứng suất khi chất tải không thoát nước trên đất sét cố kết thường 31

Hình 2.17 Đường cố kết và đường nở trong hệ tọa độ v/lnp’ 31

Hình 2.18 Đường nén và nở trong hệ tọa độ v/lnp' 32

Hình 2.19 Trạng thái tới hạn cho đất cố kết nhẹ 33

Hình 2.20 Sơ đồ trạng thái tới hạn cho đất quá cố kết (cố kết trước nặng) 34

Hình 2.21 Mặt biến trạng thái tới hạn trong không gian ứng suất q'/p'/v 35

Hình 3.1 Mặt bằng quy hoạch khu Tái định cư Phú Mỹ 39

Hình 3.2 Vị trí trạm xử lý nước thải trong khu vực xây dựng 40

Hình 3.3 Mặt bằng thi công trạm xử lý nước thải 41

Hình 3.4 Mặt bằng bố trí hệ giằng chống thi công hố đào 42

Hình 3.5 Mặt cắt dọc kỹ thuật thi công hố đào 43

Hình 3.6 Mặt cắt ngang kỹ thuật thi công hố đào 43

Hình 3.7 Mặt cắt địa chất công trình từ hố khoan 1 đến hố khoan 2 46

Hình 3.8 Mặt cắt địa chất công trình từ hố khoan 2 đến hố khoan 3 47

Hình 3.9 Chú thích cho Mặt cắt địa chất công trình ở hình 3.7 và hình 3.8 48

Hình 3.10 Mặt bằng hiện trạng khung vây khi bị sự cố 49

Hình 3.11 Hệ khung vây và thanh chống bị phá hoại trong thời điểm bị sự cố 49

Hình 3.12 Đất phía trong công trình bên cạnh hố đào bị sụt lún 50

Hình 3.13 Mô hình toán trên Plaxis – điều kiện biên lý tưởng (theo hồ sơ thiết kế) 50

Hình 3.14 Mô hình toán trên Plaxis – điều kiện biên ven sông 51

Hình 3.15 Đường bao sức kháng cắt từ kết quả thí nghiệm trên tọa độ (s’- t’) 53

Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ v-p’ 55

Hình 3.17 Cấu tạo Cừ ván thép 55

Hình 3.18 Mô hình plaxis với điều kiện biên bình thường 58

Hình 3.19 Các Phase kết quả bài toán với điều kiện biên bình thường 58

xiv

Hình 3.20 Các điểm ứng suất chọn để nghiên cứu trong mô hình với điều kiện biên bình thường 58 Hình 3.21 Lộ trình ứng suất của điểm 1145, bên phải đáy hố đào-trường hợp điều kiện biên bình thường trên hệ tọa độ (s’-t’) 60 Hình 3.22 Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng của điểm 1145, bên phải đáy hố đào- trường hợp điều kiện biên bình thường 60 Hình 3.23 Lộ trình ứng suất của điểm 1518, bên trái đáy hố đào-trường hợp điều kiện biên bình thường trên hệ tọa độ(s’-t’) 62 Hình 3.24 Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng của điểm 1518, bên phải đáy hố đào- trường hợp điều kiện biên bình thường 62 Hình 3.25 Mô hình plaxis với điều kiện biên công trình ven sông 63 Hình 3.26 Các Phase kết quả bài toán với điều kiện biên công trình ven sông 64 Hình 3.27 Các điểm ứng suất chọn để nghiên cứu trong mô hình với điều kiện biên

Hình 3.28 Lộ trình ứng suất của điểm 1218, bên phải đáy hố đào-trường hợp điều kiện biên ven sông trên hệ tọa độ (s’-t’) 66 Hình 3.29 Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng của điểm 1218, bên phải đáy hố đào- trường hợp điều kiện biên ven sông 66 Hình 3.30 Lộ trình ứng suất của điểm 1229, bên trái đáy hố đào-trường hợp điều kiện biên ven sông trên hệ tọa độ (s’-t’) 68 Hình 3.31 Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng của điểm 1229, bên trái đáy hố đào- trường hợp điều kiện biên ven sông 68 Hình 3.32 Hướng chuyển vị tổng thể trong mô hình với điều kiện biên ven sông ở giai đoạn đào đến cao độ -1m 69 Hình 3.33 Hướng chuyển vị tổng thể trong mô hình với điều kiện biên ven sông ở giai đoạn đào đến cao độ -2m 69 Hình 3.34 Chuyển vị của tường vây trong mô hình với điều kiện biên ven sông ở giai đoạn đào đến cao độ -2m 70 Hình 3.35 Hướng chuyển vị tổng thể trong mô hình với điều kiện biên ven sông ở giai đoạn đào đến cao độ -4m 70

Hình 3.36 Chuyển vị của tường vây trong mô hình với điều kiện biên ven sông ở giai đoạn đào đến cao độ -4m 71 Hình 3.37 Hướng chuyển vị tổng thể trong mô hình với điều kiện biên ven sông ở giai đoạn đào đến cao độ -5,25m 71 Hình 3.38 Chuyển vị của tường vây trong mô hình với điều kiện biên ven sông ở giai đoạn đào đến cao độ -5,25m 72

xvi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các giá trị gần đúng chỉ số nén Cc cho một số loại đất 23

Bảng 3.1 Diện tích quy hoạch khu Tái định cư Phú Mỹ 38

Bảng 3.2 Các thông số thí nghiệm cơ lý của đất nền 45

Bảng 3.3 Dữ liệu đầu vào của mô hình 51

Bảng 3.4 Bảng tính chỉ số nở Cs; chỉ số nén Cc; chỉ số nén lại Cr 54

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của Cừ ván thép 55

Bảng 3.6 Bảng dữ liệu nhập vào mô hình Plaxis của cừ ván thép 56

Bảng 3.7 Bảng thông số kỹ thuật của thanh chống và dữ liệu nhập vào mô hình Plaxis của thanh chống 56

Bảng 3.8 Bảng kết quả tính toán từ mô hình Plaxis của điểm 1145, bên phải đáy hố đào-trường hợp điều kiện biên bình thường 59

Bảng 3.9 Bảng kết quả tính toán từ mô hình Plaxis của điểm 1518, bên trái đáy hố đào-trường hợp điều kiện biên bình thường 61

Bảng 3.10 Bảng kết quả tính toán từ mô hình Plaxis của điểm 1218, bên phải đáy hố đào - trường hợp điều kiện biên ven sông 65

Bảng 3.11 Bảng kết quả tính toán từ mô hình Plaxis của điểm 1229, bên trái đáy hố đào-trường hợp điều kiện biên ven sông 67

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, quá trình đô thị hóa và xây dựng cơ sở hạ tầng của TPHCM phát triển với tốc độ nhanh chóng, trong đó tiêu biểu là một số công trình nâng cấp đô thị, vệ sinh môi trường, chống biến đổi khí hậu…các công trình này chủ yếu mục đính là cải tạo, nạo vét kênh rạch, các hạng mục bờ kè ven sông Khu vực TPHCM có lớp đất yếu bao phủ trên bề mặt với bề dày khá lớn thay đổi trong phạm vi từ vài mét đến vài chục mét Đây là lớp đất loại sét bão hoà nước

có khả năng chịu tải bé, tính nén ép lớn

Trong thời gian qua, việc xây dựng công trình hố đào sâu có xảy ra các sự cố đáng tiếc làm thiệt hại rất lớn về kinh tế và con người, ví dụ: công trình thi công bể

xử lý nước thải khu tái định cư Phú Mỹ, công trình thi công bờ kè và cống bao trên kênh Tân Hóa – Lò Gốm, công trình thi công cọc khoan nhồi trụ cầu Phú Mỹ… Một trong những nguyên nhân xảy ra các sự cố trên là việc nhận định chưa đúng về bản chất trong cách ứng xử của đất nền, một trong những yếu tố gây mất ổn định công trình là giá trị sức kháng cắt của đất trong trường hợp mực nước ngầm thay đổi

Vì vậy, Nghiên cứu giải pháp thi công hố đào công trình ven sông có nền đất

yếu mà cụ thể là nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay đổi áp lực nước lỗ rỗng đến giá trị sức kháng cắt của đất là một đề tài thật sự cần thiết và thiết thực để rút

kinh nghiệm trong tính toán thiết kế không xảy ra các sự cố tương tự

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu sự sự ổn định và chuyển vị của tường cọc ván

thép trong giải pháp thi công hố đào sâu ven sông có nền đất yếu qua sự ảnh hưởng

của việc thay đổi trường ứng suất trong quá trình thi công đến xu hướng đạt trạng thái tới hạn

3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

Sự thay đổi mực nước ngầm trong quá trình thi công hố đào sâu, thể hiện thông qua diễn biến áp lực nước lỗ rỗng tạo ra những biến đổi các chỉ tiêu vật lý và cơ học

Quá trình nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu dựa trên các cơ sở sau:

− Cơ sở pháp lý: các quy chuẩn, tiêu chuẩn về thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất

− Cơ sở khoa học: lý thuyết toán học, lý thuyết cơ học đất,

− Cơ sở thực tiễn: Các số liệu phục vụ cho quá trình tính toán được thu thập từ công trình thực tế

Để tiến hành nghiên cứu tác giả sẽ tiến hành thực hiện những nội dung sau:

− Tổng hợp tài liệu báo cáo nghiên cứu khoa học đã có ở trong và ngoài nước

về sự ảnh hưởng của mực nước ngầm đến các chỉ tiêu cơ lý của đất

− Thu thập tài liệu Khoan khảo sát địa kỹ thuật hiện trường tại khu vực công trình dự định tính toán điển hình (Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh)

− Tổng hợp các thông số để lập mô hình tính toán

− Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn dưới sự trợ giúp của mình mềm Plaxis ứng dụng tính toán cho công trình cụ thể

− So sánh với các kết quả quan trắc ngoài thực địa công trình

− Đưa ra các khuyến cáo trong quá trình tính toán thiết kế

4 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài

a) Ý nghĩa khoa học:

Tác giả nghiên cứu “Nghiên cứu giải pháp thi công hố đào công trình ven sông

có nền đất yếu” mà cụ thể là nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay đổi áp lực nước lỗ rỗng do quá trình thi công hố đào sâu ven sông đến giá trị sức kháng cắt của đất nhằm góp phần vào nhận định khuynh hướng đạt trạng thái tới hạn của nền

đất yếu bên trong hố đào

b) Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ giúp cho việc thiết lập mô hình tính toán ổn định, chuyển vị của tường cọc ván thép trong giải pháp thi công hố đào sâu ven sông có nền đất yếu khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh đúng đắn và chính xác hơn, nhằm đảm bảo cho kích thước và các yếu tố hình học hố đào sâu, luôn duy trì được đúng thiết kế trong quá trình thi công tầng hầm hoặc các công trình chính Kết quả nghiên cứu cũng có thể là tiền đề cho những nghiên cứu về ảnh hưởng của việc thay đổi trường ứng suất đến các chỉ tiêu cơ lý của đất nền ở các vùng đất có địa chất yếu khác trên cả nước

Chính vì thế, sự thay đổi của trường ứng suất ảnh hưởng đến độ bền của đất

như thế nào? Đề tài này được thực hiện nhằm giải quyết nội dung đó

5 Phạm vi và giới hạn của đề tài

Thành phồ Hồ Chí Minh là một trong những thành phố lớn của Việt Nam Sự phân bố địa chất không đồng đều Do điều kiện hạn chế nên tác giả chỉ nghiên cứu cho địa chất ở vùng có đất nền yếu ở ven sông, ở khu vực Quận 7, Tp.Hồ Chí Minh

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 1 quyển: 1 quyển thuyết minh và phụ lục tính toán

Thuyết minh gồm: phần mở đầu, 3 chương chính, kết luận và kiến nghị, kèm theo 77 trang thuyết minh, 73 hình ảnh, 12 bảng biểu

4

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU VEN SÔNG VÀ NHỮNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP

1.1 CÁC GIẢI PHÁP THI CÔNG HỐ ĐÀO SÂU VEN SÔNG

Vùng đồng bằng sông Cửu Long nói chung cũng như thành phố Hồ Chí Minh nói riêng, do đặc điểm địa lý, điều kiện địa chất, địa hình nên phần lớn diện tích đều có sông ngòi và kênh rạch chảy qua Đời sống và hoạt động xã hội của người dân gắn liền với sông nước Hơn nữa, đây là khu vực có điều kiện địa chất nền mềm yếu, do đó khi triển khai nghiên cứu xây dựng các công trình ở những vị trí này thì giải pháp công nghệ thi công là một vấn đề đặc biệt quan trọng, nó quyết định đến tính hiệu quả đầu tư của toàn bộ dự án

Đối với các công trình ven sông ở TP Hồ Chí Minh, do lòng sông chủ yếu là nền đất mềm yếu, chịu ảnh hưởng của triều cường, nên việc thi công sẽ rất khó khăn nếu không có biện pháp thi công hợp lý, rất dễ gây nên các sự cố công trình hao tổn về mặt tiền bạc và con người

Với công nghệ của Việt Nam hiện nay, biện pháp thi công hố đào sâu ven sông thường áp dụng một số phương án sau:

1.1.1 Phương án đê quai đất ngăn nước:

Đây là phương án truyền thống, sử dụng vật liệu địa phương hoặc tận dụng từ nguồn đất đào, đắp thành đê quai cao hơn mực nước thi công để ngăn nước vào trong hố đào

Đất đắp đê quai có thể bỏ trong bao tải để giữ đất, và gia cố nền đê quai bằng

cừ tràm để tăng ổn định và sức chịu tải của nền đất

Ưu điểm: có thể tận dụng vật liệu địa phương có sẳn, phổ biến nên giá thành của giải pháp này rẻ hơn các giải pháp khác

Khuyết điểm:

- Đối với các sông trong nội thành đều hẹp nên không thể vây bằng cách đắp đê quai đất theo truyền thống, sẽ gây ra tình trạng co hẹp dòng chảy

- Khối lượng thi công đê quai rất lớn do lún nền và chân đê quai mở rộng để ổn định Hơn nữa trong khi tính an toàn của đê quai đất thấp dễ sạt trượt do tác động của dòng chảy và ảnh hưởng của triều

a- Một hàng cừ; b- Hai hàng cừ; c- Hai hàng cừ

có đất chống thấm phía ngoài

1- Cọc tiêu; 2- Thanh định hướng cừ; 3- Bản

cừ gỗ; 4- Chống xiên

1.1.2 Dùng thùng chụp để làm khô nước trong hố đào

Thùng chụp làm bằng thép tấm, được đóng bao quanh công trình, để ngăn nước vào trong công trình chính

Ưu điểm: là không có khe hở để lọt nước vào trong hố móng, thi công nhanh chóng

Khuyết điểm: là giá thành rất cao, chỉ sử dụng cho công trình có diện tích chiếm dụng nhỏ, như trụ cầu giữa sông, các trụ chống va, …

6

1.1.3 Phương án cọc ván thép

Ngày nay, trong lĩnh vực xây dựng, cọc ván thép (các tên gọi khác là cừ thép,

cừ Larssen, cọc bản, thuật ngữ tiếng anh là steel sheet pile) được sử dụng ngày

càng phổ biến Từ các công trình thủy công như cảng, bờ kè, cầu tàu, đê chắn sóng, công trình cải tạo dòng chảy, công trình cầu, đường hầm đến các công trình dân dụng như bãi đậu xe ngầm, tầng hầm nhà nhiều tầng, nhà công nghiệp…

Với kết cấu lắp ghép, khung vây cọc ván thép gồm tường cọc ván thép đóng sâu vào đất nền, chân khung vây là lớp bịt đáy phản áp và đồng thời tạo thành lớp chống trong cho khung vây, áp lực tác dụng lên khung vây tự cân bằng với nhau thông qua hệ đai khung chống trong đảm bảo độ tin cậy cao, chủ động về điều kiện thi công kể cả khi mưa gió

Cọc ván thép được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1908 tại Mỹ trong dự án Black Rock Harbour, tuy nhiên trước đó người Ý đã sử dụng tường cọc bản bằng

gỗ để làm tường vây khi thi công móng mố trụ cầu trong nước Bên cạnh gỗ và thép, cọc bản cũng có thể được chế tạo từ nhôm, nhựa, từ bê tông ứng lực trước Tuy nhiên với những ưu điểm vượt trội, cọc ván thép vẫn chiếm tỉ lệ cao trong nhu cầu sử dụng

Việc thi công khung vây triển khai bằng thiết bị búa rung, ép mặc dù không quá phức tạp và đòi hỏi kỹ thuật cao nhưng phải tuân thủ chặt chẽ các bước kỹ thuật thi công

Trình tự thi công kết cấu công trình trong khung vây cọc ván thép :

- Đóng cọc ván thép trong phạm vi công trình

- Hạ khung chống trong, giằng và định vị hệ khung chống

- Nạo vét hố móng bên trong khung vây

- Đổ bê tông bịt đáy

- Bơm nước ra khỏi phạm vi khung vây

- Thi công các cấu kiện công trình trong khô

Trong điều kiện các công trình có cột nước sâu, phạm vi thi công lớn, đòi hỏi khung vây phải rộng, để đảm bảo tính ổn định và tăng khả năng chịu lực cho khung vây có thể sử dụng kết hợp giữa cọc ván thép và cọc ống thép Trong trường hợp này tùy thuộc vào việc tính toán kết cấu mà bố trí khoảng cách và số lượng các cọc ống thép cho phù hợp

Tùy theo mức độ tải trọng tác dụng mà tường chắn có thể chỉ dùng cọc ván thép hoặc kết hợp sử dụng cọc ván thép với cọc ống thép (steel pipe pile) hoặc cọc thép hình H (King pile) nhằm tăng khả năng chịu mômen uốn

Về kích thước, cọc ván thép có bề rộng bản thay đổi từ 400mm đến 750mm Sử dụng cọc có bề rộng bản lớn thường đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với cọc có bề rộng bản nhỏ vì cần ít số lượng cọc hơn nếu tính trên cùng một độ dài tường chắn Hơn nữa, việc giảm số cọc sử dụng cũng có nghĩa là tiết kiệm thời gian và chi phí

cho khâu hạ cọc, đồng thời làm giảm lượng nước ngầm chảy qua các rãnh khóa của cọc

Chiều dài cọc ván thép có thể được chế tạo lên đến 30m tại xưởng, tuy nhiên chiều dài thực tế của cọc thường được quyết định bởi điều kiện vận chuyển (thông thường từ 9 đến 15m), riêng cọc dạng hộp gia công ngay tại công trường có thể lên đến 72m

Việc ứng dụng khung vây để thi công các công trình ven sông ở TP hồ Chí Minh ngoài vấn đề kỹ thuật thì kết cấu tường vây mỏng nên tạo được mặt bằng thông thoáng, đảm bảo môi trường dòng chảy, ít ảnh hưởng tới giao thông thủy

Từ các phân tích trên, việc sử dụng cọc ván thép là một trong những phương pháp tối ưu và được sử dụng rất phổ biến Trong phạm vi đề tài này, chỉ nghiên cứu

về phương án này

1.2 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH Ở TPHCM ĐÃ GẶP SỰ CỐ

Trong thời gian gần đây, việc sử dụng tường cọc ván thép để làm biện pháp thi công hố đào sâu ven sông càng trở nên phổ biến nên việc xảy ra sự cố ứng với kiểu tường dạng này là tương đối nhiều, điển hình là một số công trình sau đây:

1.2.1 Công trình bể xử lý nước thải thuộc khu tái định cư Phú Mỹ - quận 7:

do công ty cổ phần Đức Khải làm chủ đầu tư

10

cạnh bờ sông

Hình 1.10 Hố đào bị sự cố -vách hố đào cạnh công trình

1.2.2 Công trình thi công bờ kè công trình kênh Tân Hóa – Lò Gốm: do ban quản lý dự án nâng cấp đô thị TPHCM làm chủ đầu tư

12

Hình 1.14 Hố đào bị chuyển vị

1.3 CÁC HIỆN TƯỢNG THƯỜNG GẶP KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO VEN

SÔNG TRONG VÙNG ĐẤT YẾU

a Mất ổn định thành (mái) hố đào: hiện tượng sạt lở, trượt thành (mái) hố đào

b Lún bề mặt đất xung quanh hố đào: là hiện tượng bề mặt đất quanh hố đào bị lún, nứt khi thi công hố đào

c Đẩy trồi đáy hố đào: là hiện tượng đáy hố đào bị trồi lên so với cao độ đã đào

d Hư hỏng kết cấu móng và các bộ phận ngầm đã xây dựng bên trong hố đào là hiện tượng:

+ Phần đầu cọc của móng công trình bị chuyển dịch khỏi vị trí đã thi công trước khi đào;

+ Các kết cấu hoặc bộ phận kết cấu như lớp bê tông lót, bản móng thi công trong hố đào bị nứt, vênh làm giảm hoặc mất khả năng làm việc theo yêu cầu của thiết kế

14

e. Hư hỏng và các công trình lân cận hố đào là hiện tượng dịch chuyển, nứt và biến dạng của kết cấu và công trình ở lân cận xung quanh hố đào khi bị ảnh hưởng của quá trình thi công hố đào

1.4 NGUYÊN NHÂN CHỦ YẾU GÂY SỰ CỐ KHI THI CÔNG HỐ ĐÀO

Có rất nhiều nguyên nhân khác nhau như:

a. Thi công không đúng quy trình kỹ thuật, thiếu kinh nghiệm, không có kế hoạch từng công đoạn thi công để có tính toán kiểm tra

b. Hạ mực nước ngầm, tăng áp lực nước dưới đáy hố đào làm mất ổn định hố đào

c. Thiết kế thiếu kinh nghiệm, tính toán nhập các thông số vào mô hình chưa chính xác

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TIÊU CHUẨN PHÁ HỦY CHO CÁC VẬT LIỆU PHỤ THUỘC ÁP LỰC THỦY TĨNH

2.1.1 Những đặc trưng của bề mặt phá hủy của vật liệu đẳng hướng

Sự phá hủy của vật liệu thường được xác định dưới dạng khả năng chịu tải của

nó Tuy nhiên, đối với những vật liệu dẻo lý tưởng, biến dạng dẻo hàm ý là phá hủy,

vì thế ứng suất chảy cũng là giới hạn bền

Hầu hết các kim loại là vật liệu đẳng hướng, nên qui luật chảy dẻo của chúng không phụ thuộc vào ứng suất thủy tĩnh (như đã được nói ở trên thông qua tiêu chuẩn chảy dẻo của Tresca và von Mises) Tuy nhiên, đối với nhiều loại vật liệu phi kim (béton; đất; đá ) ứng xử chảy dẻo được đặc trưng bởi sự phụ thuộc áp lực thủy tĩnh của nó Do đó, bất biến thứ nhất I1 và trường ứng suất thủy tĩnh ξ phải được xét đến trong phương trình chảy dẻo, như sau:

( 1 2 3 1 2 )

f I , J , J , k , k , =0 (1) Các bất biến I1; J2; J3 liên hệ trực tiếp với các tọa độ ξ; ρ và θ trong không gian ứng suất Haigh-Westergaard Do đó, phương trình (1) được viết lại dưới dạng:

f ξ ρ θ, , , k , k , =0 (2)

2.1.2 Tiêu chuẩn ứng suất kéo cực đại của Rankine

Tiêu chuẩn ứng suất kéo cực đại của Rankine, được đề nghị từ năm 1876 và được thừa nhận cho đến nay, để xác định có sự xảy ra phá hoại kéo đối với vật liệu giòn hay không Theo tiêu chuẩn này, phá hoại giòn xảy ra khi ứng suất chính cực đại ở một điểm bên trong vật liệu đạt đến giá trị bằng với độ bền kéo σs như được tìm thấy trong thí nghiệm kéo đơn trục, mà không cần quan tâm đến các ứng suất pháp hoặc tiếp ở trên các mặt phẳng khác đi qua điểm này Các phương trình cho bề mặt phá hủy được xác định theo tiêu chuẩn này là:

σ1 = σs; σ2 = σs; σ3 = σs (3)

16

Theo tiêu chuẩn này thì sẽ tạo ra ba mặt phẳng lần lượt vuông góc với các trục

σ1; σ2; σ3 như trên hình 2.1 Bề mặt này sẽ được xem như là bề mặt phá hủy kéo hoặc giới hạn kéo đơn trục Khi các biến ξ; ρ và θ hoặc I1; J2; θ được dùng, bề mặt phá hủy có thể được mô tả một cách đầy đủ bởi các phương trình sau đây bên trong miền 0 ≤ θ ≤ 600:

f (I , J , ) 2 3.J cosθ = θ + − σ =I 3 0 (4) Hoặc tương tự:

s

f ( , , )ξ ρ θ = 2.cosθ + ξ − 3.σ =0 (5)

2.1.3 Tiêu chuẩn Mohr-Coulomb

Tiêu chuẩn Mohr được đề nghị từ năm 1900, có thể được xem như phiên bản được tổng quát hóa của tiêu chuẩn Tresca Cả hai tiêu chuẩn đều dựa trên giả thiết rằng ứng suất tiếp cực đại là thước đo quyết định duy nhất của sự phá hủy sắp xảy đến Tuy nhiên, trong khi tiêu chuẩn Tresca giả sử rằng giá trị giới hạn của ứng suất tiếp là hằng số, tiêu chuẩn phá hủy Morh xem ứng suất tiếp giới hạn τ trong một mặt phẳng là một hàm của ứng suất pháp σ trong cùng mặt phẳng ở một điểm, nghĩa là:

f ( )

τ = σ (6)

ở đây f(σ) là một hàm được xác định bằng thí nghiệm

Về mặt biểu diễn đồ thị theo Mohr của trạng thái ứng suất, phương trình (6) có nghĩa là sự phá hủy của vật liệu sẽ xảy ra nếu bán kính của vòng tròn chính lớn nhất

tiếp xúc với đường cong bao f(σ) (hình 2.2) Trái với tiêu chuẩn Tresca, tiêu chuẩn Mohr kể đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình (ứng suất thủy tĩnh)

Dạng đơn giản nhất của đường bao Mohr f(σ) là đường thẳng (hình 2.3) Phương trình cho đường bao thẳng được Coulomb đề nghị năm 1773:

.tg c

Trong đó:

+ c: là lực dính kết

+ ϕ là góc nội ma sát (ma sát trong)

Cả hai là các hằng số vật liệu và được xác định bằng thí nghiệm Tiêu chuẩn phá hủy được liên kết với phương trình (7) sẽ được xem là tiêu chuẩn Mohr-Coulomb

theo tiêu chuẩn Mohr

theo Mohr-Coulomb

Trong trường hợp đặc biệt của vật liệu không ma sát (ϕ = 0), phương trình (7) rút gọn về tiêu chuẩn ứng suất tiếp cực đại của Tresca (τ = c) và lực dính kết sẽ bằng với ứng suất chảy trong trượt thuần túy c = k

Tiêu chuẩn Mohr-Coulomb có thể được viết như sau:

ϕ +

σ + σ

σ

− σ

= ϕ

g cot c 2

sin

3 1

3

Hoặc sắp xếp lại:

1cos.c.2

sin1cos

.c.2

sin1

3

ϕ

ϕ+σ

−ϕ

ϕ

−

+ ϕ : độ bền khi kéo đơn trục (11)

Phương trình (9) có thể được rút gọn dưới dạng:

1 ' f '

3 c

f ' 1 sin m

Để biểu thị hình dáng ba chiều của bề mặt phá hủy của tiêu chuẩn Coulomb, ta viết lại phương trình (9) dưới dạng:

D

J1

f (I , J , ) I sin J sin( ) cos( ).sin c.cos 0

Hoặc một cách tương đương theo các biến ξ, ρ, θ:

f ( , , ) 2 .sin 3 .sin( ) cos( ).sin 6.c.cos 0

Thay các giá trị ξ = 0; θ = 00 ta được thông số bán kính đỉnh lục giác ở điểm A

là ρto và ξ = 0; θ = 600ta được thông số bán kính đỉnh lục giác ở điểm B là ρco trên mặt phẳng π (hình 2.5) Nếu sử dụng các quan hệ trong biểu thức (10) và (11), ta được:

c to

20

2.2 LỘ TRÌNH ỨNG SUẤT

2.2.1 Hậu quả của sự thoát nước và sự thay đổi thể tích

Đất có thể coi là sự kết hợp mật thiết của nước và các hạt rắn, cả hai đều có đặc tính đàn hồi Đất khác với hầu hết các vật liệu rắn ở chỗ tỉ lệ thể tích tương đối giữa nước và hạt đất có thể thay đổi dưới tác dụng của ứng suất Khi nước lỗ rỗng của khối đất bảo hòa nước chịu sự gia tăng áp suất thì nước có xu hướng chảy thoát ra vùng xung quanh, nơi có áp lực nước lỗ rỗng thấp hơn hoặc không tăng Tốc độ chuyển động của dòng chảy này phụ thuộc vào tính thấm của đất Sau khi sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán hoàn hoàn, ứng suất tác dụng được xem như là để tăng ứng suất hữu hiệu cho khung kết cấu của hạt đất

Những điều kiện ở lúc ban đầu và lúc kết thúc của quá trình này tương ứng được gọi là những điều kiện không thoát nước và thoát nước

a/ Điều kiện không thoát nước: Những điều kiện không thoát xảy ra khi mọi

sự thoát nước đều bị ngăn cản (như trong thí nghiệm 3 trục không thoát nước; thí nghiệm cắt trực tiếp không thoát nước) hoặc khi tốc độ tăng tải quá nhanh, nước hầu như chưa kịp thoát ra (như ngay sau khi xây dựng công trình trên đất yếu; thí nghiệm cắt trên đất yếu…) Biến dạng của khối đất không thoát nước liên quan đến biến dạng của nước trong lỗ rỗng và của bản thân các hạt đất

Module biến dạng thể tích của nước có giá trị vào khoảng 2,3x104 kN/m2; Module biến dạng thể tích của hạt khoáng vật vào khoảng 5x107 kN/m2

Đối với những ứng suất nhỏ hơn 1000 kN/m (thường gặp trong công trình đất đắp), biến dạng thể tích tương đối rất ít Nếu bỏ qua lượng sai lệch không đáng kể này thì ta có:

εvu = 0; υu = 0,5; Ku = ∞ Nghĩa là sẽ không có sự thay đổi thể tích khi tăng ứng suất đẳng hướng

Đối với trường hợp tăng ứng suất một hướng, ta có:

- Nén không nở hông: Eou = Ku = ∞

- Nén đơn: Eu = σ1/ε1

b/ Điều kiện thoát nước: Khi tốc độ tăng tải đủ chậm để áp suất nước lỗ rỗng

(áp lực nước lỗ rỗng) không tăng, trạng thái đàn hồi của đất có thể được xác định bằng những ứng suất hữu hiệu Các hằng số là:

E ' = σε

e os A

A

C D

E

F G

C D

E

F

G

22

Nếu xét tiến trình thoát nước trên mặt phẳng lệch (s-t) trong không gian ứng suất chính, ta có trạng thái ứng suất tiền cố kết p1 và p2 tương ứng với điểm J và K Vật liệu tăng bền và tiến về hướng mũ dẻo

Thông qua quan hệ e-lgp ta có thể xác định được hệ số Cs làm cơ sở cho việc xác định chính xác module đàn hồi trong bài toán 1 trục (từ các kết quả thí nghiệm nén không nở hông Oedometer) Cụ thể, ta có biến dạng dài có thể biểu thị

bằng sự thay đổi hệ số rỗng thông qua biểu thức sau:

e1

eh

h+

deh

dhd

Vì vậy, module đàn hồi đối với bài toán nén một trục có thể xác định từ quan hệ:

Mặt khác, trên đoạn nén lại, ta có: e=eos −Cs.lgσ' Lấy đạo hàm hai vế ta được:

10ln

C

e d

Bảng 2.1. Các giá trị gần đúng chỉ số nén Cc cho một số loại đất

Quá trình trầm tích đất là quá trình cố kết tự nhiên, vì vậy trong cùng 1 lớp đất

ta thường gặp giá trị ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân σ' tăng dần theo chiều sâu Cho nên, giá trị module đàn hồi E'o cũng tăng dần theo độ sâu Đây cũng chính là cơ sở của phương pháp "Lịch sử ứng suất và tính chuẩn hoá của đất" (Stress history and normalized soil engineering properties - SHANSEP)

2.2.2 Lộ trình ứng suất theo hệ toạ độ s,t

a/ Xét 1 phân tố đất nằm trên trục đối xứng dưới móng băng chịu sự gia tải:

Trong thời gian xây dựng, ứng suất tăng nhanh so với giá trị ban đầu của chúng

σv và σh Trong điều kiện thực sự không thoát nước, áp suất nước lỗ rỗng tăng là

∆u Sau một khoảng thời gian nào đó, áp lực nước lỗ rỗng bị tiêu tán do thoát nước

cố kết (SU →SD) Điều quan trọng cần nhận xét rằng, điểm ứng suất cuối cùng cách xa đường bao phá hoại, dẫn đến kết luận là trong thời hạn ngắn sự tăng tải không có thoát nước sẽ bất lợi hơn so với sự tăng tải có thoát nước ở dưới đáy móng

b/ Xét phân tố đất trong nền bên cạnh hố đào chịu sự giảm tải:

+ ΣW

Tương ứng với sự hút, độ ẩm sẽ tăng dần đến khi phần dư áp suất lỗ rỗng âm bị triệt tiêu, đường ứng suất là SU→SD Điểm ứng suất cuối cùng sẽ gần đường bao phá hoại hơn, vì vậy cường độ lâu dài có thoát nước là bất lợi hơn đối với vấn đề liên quan đến ổn định các hố đào và sự bạt mái dốc

2.2.3 Lộ trình ứng suất trong hệ tọa độ q’/p’

Mặc dù các phương pháp đường ứng suất đã miêu tả ở trên là rất thuận tiện đối với vấn đề liên quan đến biến dạng phẳng, nhưng nói chung phần nào còn bị hạn chế vì chúng không dễ dàng biểu thị được những điều kiện bài toán ba chiều thực

sự Nếu ta sử dụng hàm quan hệ ứng suất trung bình p’ và độ lệch ứng suất q’ để thay thế cho quan hệ s’ và t’ thì bài toán trạng thái ứng suất - biến dạng phẳng; bài toán đối xứng trục và bài toán ba chiều thực tế đều có được biểu thị dễ dàng như nhau

Các giá trị p' và q' được xác định cho từng trường hợp bài toán như sau:

- Đối với ứng suất ba chiều thực sự (σ’1 ≠ σ’2 ≠ σ’3 )