LUẬN VĂN;ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH MÊTRO CẦN THƠ

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂNTÍCH CƠNG TRÌNH MÊTRO CẦN THƠ 4.1/ GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH: Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển kinh tế, tốc độ đô thị hoá ở

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂN

TÍCH CƠNG TRÌNH MÊTRO CẦN THƠ 4.1/ GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH:

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển kinh tế, tốc độ đô thị hoá ởcác tỉnh thành đồng bằng sông Cửu Long phát triển nhanh, đời sống dân trí tăngnhanh kèm theo nhu cầu mua sắm của con người cũng tăng Do đó để đáp ứngnhu cầu trên thì hệ thống phân phối sản phẩm phải được đặt ờ khắp nơi trong cảnước, vì lẽ đó hệ thống Metro có mặt ở nhiều tỉnh thành trong cả nước, trong đócó Metro Cần Thơ,

Công trình được đặt tại phường Hưng Lợi thành phố Cần Thơ với diện tích16800m2 bao gồm bãi đậu xe và đường giao thông nội bộ, Với cấp tải trọng mộtsố khu vực được thiết kế từ (42÷100)kN/m2, tải giao thông được thiết kế theoTCVN

Phương an thiết kế theo môhình gia tải đất đắp trên nền cọc có kết hợp vảiđịa kỹ thuật theo hồ sơ thiết kế của công ty Ingenieurgesellschaft GeotecgnikWalz ( IGW) Đức do Dr.-ing.Peter Waldhoff thiết kế

4.2/ ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC XÂY DỰNG:

Công trình nằm trong khu vực đất yếu bùn sét hữu cơ day 10 ÷12m, có SPT = 0 cóchiều dày tương đối đồng nhất giữa các hố khoang

4.2.1/ Mặt cắt địa chất:

Cấu tạo địa chất khu vực xây dựng công trình bao gồm các lớp sau:

Công trình được đặt trên lớp bùn sét hữu cơ dày 10 ÷12m, SPT = 0 trên bề

mặt, đây là yếu tố bất lợi cho việc bố trí kết cấu nền bình thường Lớp 2 sét phacát màu vàng nâu ít sỏi sạn dày 8.4m trạng thái nữa cứng đến cứng; lớp 3 cát hạttrung bình trạng thái chặt vừa dày 11.6m

Hình 4.1 Toàn cảnh công trình sân đường Metro Cần Thơ

Hình 4.2 Mặt cắt địa chất hố khoang MT3 của công trình

4.2.2/ Các chỉ tiêu vật lý và cơ học của các lớp đất:

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu vật lý của các lớp đất khu vực xây dựng công trình

Lớp

đất Tên đất, trạng thái

Chỉ sốSPT

Độ ẩm

Dungtrọng tựnhiên

Dungtrọngbảohòa

Hệ số rỗng

Giớihạnchảy

Giớihạndẻo

Chỉ sốdẻo Độ sệt

-Bảng 4.2 Các chỉ tiêu cơ học của các lớp đất khu vực xây dựng công trình

Thành phần Thông số

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Cát đắp

Đơn vịBùn sét

hữu cơ

Sét lẫncát dẻocứng

Cát sắp xếpchặt

Cát chặt

Hệ số thấm ngang kx 0.214*10-6 1.2*10-4 2*10-2 3*10-2 cm/sHệ số thấm đứng ky 0.12*10-6 0.6*10-4 1*10-2 1*10-2 cm/s

Bảng 3.4: Các thông số cọc BTCT và BTCT nền

Bảng 3.4: Các thông số cọc đất trộn Ximăng

Thành phần Thông số Đơn vị

4.3./ MÔ HÌNH TÍNH TRONG PLAXIS:

Phương pháp PTHH trong tính toán mô hình “ Đắp đất gia tải trên nền cọc có kếthợp với vải địa kỹ thuật” được mô phỏng bằng chương trình tính Plaxis 3D Tunnel Trong chương trình tính này cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của tải trong đất đắp, ứng xử của đất trong các điều kiện khác nhau Tuy nhiên trong chương trình tính cũng găp nhiều hạn chế như không xây dựng môhình lớn như thực tế, không thể chia lưới mịn để phân tích ứng suất điểm theo ý muốn Trái lại với chương trình này thì Plaxis 2D có thể làm được nhưng không xây dựng được mô hình không gian đúng như công trình thực Do đó để kết hợp được ưu điểm của hai chương trình nên trong luận văn tácgiả đã sử dụng cả hai chương trình để mô phỏng

Tính toán các thông số đầu vào cho chương trình theo mô hình Mohr-Coulomb cần các thông số: E (modul đàn hồi Young);  (hệ số Poisson);  (góc ma sát trong); C (lực dính);  (góc giãn nở)

Modul đàn hồi Young (E 50 ) được xác định như sau:

Hệ số Poisson (ν)

Thí nghiệm thoát nước dọc trục làm giảm thể tích đáng kể khi bắt đầu có tảitrọng dọc trục do đó giá trị hệ số Poisson ban đầu thấp Trong một số trường hợp

Biến dạng 

đặc biệt khi không tải, thực tế có thể sử dụng giá trị ban đầu thấp, nhưng trong mộtsố trường hợp mô hình Mohr-Coulomb được sử dụng giá trị lớn

Việc chọn lựa giá trị hệ số Poisson đơn giản khi mô hình đàn hồi hoặc mô hìnhMohr-Coulomb dùng cho trọng lực (Tổng khối lượng gia tăng từ 0 đến 1 (trong tínhtoánđàn hồi) Loại tải trọng trong Plaxis nên lấy giá trị K0= σh / σv Cả hai mô hìnhđược tính theo tỷ số σh / σv = ν / (1-ν) cho mô hình nén một chiều dễ dàng để chọn lựahệ số Poisson cho giá trị của K0 Tuy nhiên giá trị ν thu được từ K0 Trong nhiêutrườnghợp một giá trị của K0 thu được giá trị  nằm trong khoảng 0.3 và 0.4

Modul cắt (G) G =

xy xy

Modul nén lún: Eoed =

Cường độ lực dính cho kích thước của ứng suất Trong Plaxis lưc dính của cát (c

= 0), nhưng trong một số trường hợp sẽ không thực hiện tốt (dùng c > 0.2 kPa) Plaxis đưa ra một chọn lựa đặc biệt cho những lớp mà lực dính gia tăng theo chiều sâu

Góc giản nở (ψ)

Góc giản nở ψ tính bằng độ Một phần trên lớp cố kết, đất sét xem như không có góc giản nở (ψ = 0) Góc nở hông của cát phụ thuộc vào tỷ trọng và góc ma sát Cát thạch anh có độ lớn ψ ≈ - 30 0.Tuy nhiên trong hầu hêt các trường hợp gócgiản nở bằng 0 cho góc nhỏ hơn 300

4.3.1/ Mô hình thiết kế của công ty Ingenieurgesellschaft Geotecgnik Walz ( IGW) Đức do Dr.-ing.Peter Waldhoff thiết kế:

Hình 4.3 Bản vẽ thiết kế của IGW

4.3.1.1/ Mô hình bài toán thiết kế:

Sử dụng bài toán phằng 2D, Phần mềm phân tích Plaxis 8.2

Hình 4.4 Mô hình Plaxis 2D của IGW

Các Phase tính toán

Kết quả phân tích Phase 1: Tổng ứng suất

Hình 4.5 Chuyển vị -468,93*10-6 mKết quả phân tích Phase 2: Tổng ứng suất

Hình 4.6 Chuyển vị -22.41*10-3 m

Kết quả phân tích Phase 3: Tổng ứng suất

Hình 4.7 Chuyển vị -134.11*10-3 mKết quả phân tích Phase 4(cố kết sau 5 năm): Tổng ứng suất

Hình 4.8 Chuyển vị 384.26*10-3m

4.3.1.2/ Kết quả quan trắc độ lún thực tế của công trình sau 2 năm:

Nền bị lún 30cm tại trọng tâm của 4 cọc gia cố làm phá vỡ kết cấu bề măt

Hình 4.9 Bề mặt công trình sau thi công bị biến dạng lún

Xem xét kỹ hình dạng biến dạng có dạng hình sóng lượng, tại vị trí đầu cọc độ lún nhỏ, trong khi đó trọng tâm của 4 cọc nền biến dạng rất lớn

Hình 4.10 Khảo sát chênh lệch độ lún bệ cọc và đất nền bên dưới 30cm

4.3.2/ Mô hình bài toán phân tích:

Sử dụng mô hình mô phòng bài toán thực bằng phần mềm Plaxis 3D Tunnel cùng loại đất nền của công trình

Phương pháp xử lý nền:

+ Sử dụng cọc BTCT B.20 (M#300) có tiết diện 300x300 không mở rộng đầu cọc+ Trãi vải địa kỹ thuật M40 trên đầu cọc

+ Đắp cát trên đất nền, chiều cao cát đắp thay đổi

+ Trãi lớp BTCT nền dày 150mm

Tải trọng phân tích 100kN/m2

Khoảng cách cọc thay đổi

Xây dựng mô hình tính toán phù hợp với thực tế công trình

Hình 4.11 Mơ hình phân tích trên nền cọc BTCT

Hình 4.12 Mơ hình phân tích trên nền cọc đất trộn ximăng

4.3.2.1/ Phân tích:

a./ Xét ảnh hưởng của cọc BTCT:

Theo lý thuyết hiệu ứng vòm thì cung vòm đã được con người ứng dụng trong kết cấu BTCT từ rất lâu, tuy nhiên cung vòm trong phương pháp thiết kế này được Zaeske và Kempfert (2002) tìm ra, mãi đến ngày nay thì lý thuyết và phương pháp tính toán này cũng chưa thật hoàn chỉnh, tuy nhiên việc ứng dụng lý thuyết này vào trong tính toán còn nhiều hạn chế, và cũng gặp không ít thất bại trong ứng dụng, Công trình Mêtrô Hưng Lợi thành phố Cần Thơ là một điển hình

Theo lý thuyết để tạo cung vòm ngược trong đệm cát thì có nhiều yếu tố ảnh hưởng trong đó có độ lún cọc, cọc trong tính toán phải có độ lún giới hạn ít (cọc gần như không lún)

Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc của công trình với cấp tải gấp 2.5 lần cấp tải thiết kế của cọc trong mô hình

Hình 4.13 Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọcVới kết quả thí nghiệm này thì cọc không có khả năng bị lún khi nền chịu tải100kN/m2.

b./ Xét ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật:

Thông số kỹ thuật của vải:

10÷25 10÷25

Tính toán lực kéo căng của vải:

Hình 4.14 Sơ đồ tính toán lực căng vảiTính lực kéo căng vải theo lưới cọc hình chữ nhật:

Vải địa kỹ thuật

Cọc

Tính lực kéo căng vải theo lưới cọc tam giác:

Lực keo căng vải bằng phương pháp PTHH:

Hình 4.14 Mô phỏng sự kéo căng của vải ở đầu cọc

Dưới tác dụng của tải trọng đất đắp và tải chất chứa truyền lên nền đất yếu nhờđệm vải dịa kỹ thuật nên trọng lượng được phân bố với dạng tải trọng đều

=> Nên nền đất yếu bên dưới chuyển vị xuống đều