Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết đề cập các ảnh hưởng của hiện tượng hóa lỏng đến sự làm việc của móng cọc. Cụ thể là hậu quả hóa lỏng khi động đất, một số phương pháp đánh giá khả năng hóa lỏng và cơ chế phá hủy của cọc đơn và nhóm cọc khi hóa lỏng. Từ đó đề xuất về lựa chọn mô hình đất nền khi tính toán móng cọc chịu ảnh hưởng của hiện tượng hóa lỏng.
KHOA HC & CôNG NGHê La chn mụ hỡnh t tính tốn móng cọc chịu ảnh ưởng tượng hóa lỏng The choice of foundation model when calculating the pile foundation which is influenced by the liquefaction phenomena Vương Văn Thành, Hồng Ngọc Phong Tóm tắt Bài báo đề cập ảnh hưởng tượng hóa lỏng đến làm việc móng cọc Cụ thể hậu hóa lỏng động đất, số phương pháp đánh giá khả hóa lỏng chế phá hủy cọc đơn nhóm cọc hóa lỏng Từ đề xuất lựa chọn mơ hình đất tính tốn móng cọc chịu ảnh hưởng tượng hóa lỏng Từ khóa: Hóa lỏng, móng cọc Abstract This paper discusses the impact of liquefaction to the working of the pile foundation In particular, the consequences of liquefying in the earthquake, several methods of assessing liquidity and destruction mechanism of single pile and pile group when liquefied After that proposes the choice of foundation model when calculating the pile foundation which is influenced by the liquefaction phenomena Keywords: Liquefaction, pile foundation PGS.TS Vương Văn Thành Khoa Xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Email: ThS Hoàng Ngọc Phong Khoa Xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Email: Khái niệm hóa lỏng ảnh hưởng hóa lỏng tới móng cọc Sự hóa lỏng xuất cấu trúc cát rời, bão hòa nước bị phá vỡ tải trọng đột ngột tác dụng Vì kết cấu hạt đất bị phá vỡ, hạt đất rời dịch chuyển để tạo nên trạng thái chặt Tuy nhiên, trọng trận động đất khơng có đủ thời gian cho nước lỗ rỗng ngồi cản trở hạt đất di chuyển gần lại Kèm theo gia tăng áp lực nước, dẫn tới giảm áp lực tiếp xúc hạt đất nên lớp đất bị giảm cường độ Khi đó, đất có cường độ bé coi lỏng khối nên chúng có tên “Hóa lỏng” Khi tượng hóa lỏng xảy làm ảnh hưởng trực tiếp tới ma sát thành cọc làm gãy cọc Điều ta thấy báo cáo nghiên cứu móng cọc trận động đất Niigata 1964, cụ thể: Tòa nhà NHK tầng trận đợng đất tại Niigata 1964: Xây dựng cọc bê tơng cốt thép, cọc có đường kính 350 mm dài 11-12 m (Hình 1) Sau trận động đất, 74 cọc nghiên cứu họ thấy tất cọc bị hư hại tương tự Các cọc bị hỏng hai vị trí, 2,5-3,5 m từ đầu cọc 2,0 đến 3,0 m từ đáy cọc thể hình Vị trí mực nước ngầm 1,7 m mặt đất Từ báo cáo điều tra đất, lớp hóa lỏng 11m đầu Do chiều dài cọc đất hóa lỏng 9.3m Tòa nhà NFCH trận đợng đất tại Niigata 1964: Nghiên cứu trường hợp mô tả phá hoại tòa nhà bốn tầng xây dựng cọc bê tơng rỗng Các cọc có đường kính 350 mm độ dày 75mm (Hình 2) Sau trận động đất tòa nhà nghiêng độ Cọc kéo dài 0,5m lớp khơng hố lỏng giả định phía khớp Từ hình ta quan sát thấy mực nước 1,5 m mặt đất cọc qua 7m lớp đất bị hóa lỏng Phần đầu cọc nằm 0,5 m đất khơng hóa lỏng Một số phương pháp đánh giá khả hóa lỏng Việc khẳng định khả hóa lỏng loại đất bao gồm ba bước công việc sau: (i) Đánh giá ứng suất cắt biến đổi động đất gây độ sâu khác nhau; (ii) Xác định sức kháng mơi trường với q trình hóa lỏng điểm khác nhau; (iii) So sánh hai kết nêu 2.1 Phương pháp đơn giản xác định chu kỳ tương đương Trên sở số trường hợp cụ thể, Seed Idriss [1] kiến nghị phương pháp đơn giản để xác định biên độ chu kỳ tương đương: - Với đất không sâu 10 đến 15m ứng suất cắt cực đại τmax đạt trình động đất độ sâu h, xem hàm số h gia tốc cực đại bề mặt amax thể qua biểu thức: τmax = ( γh / g).amax rd (1) Trong đó: γ - trọng lượng riêng đất, kN/m3 h - độ sâu, m; g – gia tốc trọng trường, m/s2 rd - hàm số phụ thuộc (h) biến dạng môi trường, xác định theo bảng Bảng 1: Giá trị trung bình hàm rd [1] h(m) 10 12 14 16 rd 0,98 0,96 0,93 0,89 0,86 0,84 0,82 0,79 Mặt khác để cải thiện mức độ không đồng độ phản hồi, người ta chấp nhận chu kỳ tương đương có biên độ hiệu dụng khoảng 65% τmax 74 Theo đó, ứng suất cắt tương đương : T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG τ= 0,65.( γh / g).amax rd eq (2) 2.2 Phương pháp kinh nghiệm đánh giá khả hóa lỏng Nguyên lý phương pháp thành lập tương quan sức kháng, chống lại khả hóa lỏng loại đất, với thơng số đất nền, xác định dễ dàng sức kháng SPT Giá trị N thể độ chặt Dr áp lực cột đất hữu hiệu σ’v M - độ lớn động đất dự báo τeq tính theo phương pháp đơn giản Từ hình ta thấy đất có sức kháng N30 lớn xảy hóa lỏng; đất gần mặt đất tự nhiên(σ’v nhỏ) khả xảy hóa lỏng cao 2.3 Phương pháp đánh giá khả hóa lỏng theo TCVN9386-2012[2] Đối với thí nghiệm SPT, giá trị đo N30 phải chuẩn hóa với ứng suất hữu hiệu biểu kiến thân đất (N60) 100kPa với tỷ số lượng va đập lượng rơi tự lý thuyết 0,6 Với độ sâu nhỏ m, giá trị đo N30 phải giảm 25% Nguy hóa lỏng bỏ qua điều kiện sau phải đảm bảo: α.S10 ; Hình 1: Cọc tòa nhà NHK Cát có hàm lượng hạt bụi lớn 35% số búa SPT sau chuẩn hóa với ảnh hưởng áp lực thân đất với tỷ số lượng N60>20; Cát sạch, với số búa SPT sau chuẩn hóa với áp lực thân đất với tỷ số lượng N60>30 Đánh giá nguy hóa lỏng đất Độ an tồn chống hóa lỏng FL xác định theo tỷ số: FL = R L (3) Trong đó: FL: sức kháng hố lỏng; L: tỷ ứng suất cắt trình động đất; R: tỷ sức kháng cắt động - τcy ứng suất cắt cần thiết để làm hóa lỏng đất trường số lần lặp tương ứng với biên độ động đất tham chiếu; giá trị τcy/ σ’v0 lấy cách tra hình Trong σ’v0 ứng suất thân lớp đất xét Cơ chế phá hủy cọc hóa lỏng Các nghiên cứu chế phá hủy cọc hóa lỏng cọc bị phá hủy với chế giống Trong hình 5, cọc đơn chịu tải trọng dọc trục lớn từ kết cấu lớn nằm đất cát bão hòa nước, có khả bị hóa lỏng, lớp đất nằm lớp đá Khi xảy động đất, ứng suất hữu hiệu đất cát giảm áp lực nước lỗ rỗng tăng Trong tình này, cọc đơn bị gãy chiều dài làm việc cọc không đủ độ cứng cọc bê tơng cốt thép lớn nên khơng có tính linh hoạt chịu tác động hóa lỏng Ở đây, khu vực mà cọc bị gãy vị trí tiếp xúc lớp cát lớp đá Điều hợp lý với phân tích phía Hình 2: Cọc tòa nhà NFCH Trong hình 6, cọc đơn có xu hướng nghiêng đất bị hóa lỏng Nó chịu tải trọng dọc trục tương đối lớn mũi cọc ngàm vào đá Sau trận động đất, lớp cát di chuyển từ trái qua phải hình 6a, cọc đơn bị gãy Một loại phá hỏng nghiêm trọng mà có lớp đất khơng hóa lỏng nằm lớp đất hóa lỏng Lớp đất khơng bị hóa lỏng di chuyển nhanh sang ngang, kèm với hình thành màng mỏng nước ranh giới hai lớp đất Đặc biệt lớp đất khơng bị hóa lỏng có tính thấm lớp đất bị hóa lỏng Cọc phải chịu tải trọng bị động lớn từ lớp đất khơng hóa lỏng Trong trường hợp này, cọc phải chịu thêm tải trọng P-δ, dịch chuyển khác lớp đất Mặc dù hình dạng phá hủy cuối cọc nhìn thấy giống với hình 6a Riêng tình này, nguyên nhân cọc bị phá hủy uốn Hình 3: Đánh giá nguy hoá lỏng đất theo SPT (Seed 1974) [1] Sơ 27 - 2017 75 KHOA HC & CôNG NGHª Hình 4: Quan hệ tỷ số ứng suất gây hóa lỏng N60 cho cát cát bụi động đất Ms =7,5 [3] Hình 5: Mơ hình cọc đơn bị phá hủy động đất [3] Hình 6: Tải trọng tác dụng vào cọc đơn động đất [3] Hình 8: Đồ thị quan hệ giữ ε1 q thí nghiệm CU [4] Khi cọc nằm nhiều lớp đất với lớp từ xuống lớp đất khơng hóa lỏng- lớp đất bị hóa lỏng cuối lớp cát chặt sét cứng khơng hóa lỏng Mũi cọc đặt vào lớp đất cát chặt để truyền tải dọc trục đất bị hóa lỏng, cọc bị trượt sâu vào lớp cát chặt Cũng có cọc bị uốn lớp đất khơng bị hóa lỏng bên gây Tuy nhiên, cọc phải chịu đồng thời phá hoại trên hình Mơ hình móng cọc hóa lỏng 4.1 Mơ hình đàn hồi tuyến tính Mơ hình đàn hồi tuyến tính mơ hình tn theo định luật Hook đàn hồi tuyến tính đẳng hướng Hạn chế mơ hình khơng mơ ứng xử đất giai đoạn chảy dẻo nên mơ hình thường sử dụng chủ yếu mơ 76 Hình 7: Sự phá hủy cọc đơn đất bị hóa lỏng [3] Hình 9: Đồ thị quan hệ giữ ε1 σ1 thí nghiệm nén trục [4] khối kết cấu cứng đất 4.2 Mơ hình Mohr-Coulomb (M-C) Mơ hình M-C mơ hình dùng để tính tốn gần ứng xử giai đoạn đầu đất Đây mơ hình đàn hồi dẻo dựa sở định luật Hook kết hợp với tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb Trong mơ hình này, mối quan hệ ứng suất biến dạng phân tích thành hai phần: phần đàn hồi phần dẻo Tuy nhiên tải trọng tăng lên bắt đầu xuất vùng biến dạng dẻo, ứng suất đạt trạng thái cân giới hạn Quan hệ ứng suất tải trọng khơng tuyến tính mà quan hệ phi tuyến Trong mơ hình M-C mơ tả đất trạng thái đàn hồi, kết thúc trạng thái đàn hồi chuyển ln sang trạng thái phá hoại (hình 8) TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG (tip theo trang 93) ... bị uốn lớp đất khơng bị hóa lỏng bên gây Tuy nhiên, cọc phải chịu đồng thời phá hoại trên hình Mơ hình móng cọc hóa lỏng 4.1 Mơ hình đàn hồi tuyến tính Mơ hình đàn hồi tuyến tính mơ hình tn theo... không hóa lỏng- lớp đất bị hóa lỏng cuối lớp cát chặt sét cứng khơng hóa lỏng Mũi cọc đặt vào lớp đất cát chặt để truyền tải dọc trục đất bị hóa lỏng, cọc bị trượt sâu vào lớp cát chặt Cũng có cọc. .. hủy cọc hóa lỏng cọc bị phá hủy với chế giống Trong hình 5, cọc đơn chịu tải trọng dọc trục lớn từ kết cấu lớn nằm đất cát bão hòa nước, có khả bị hóa lỏng, lớp đất nằm lớp đá Khi xảy động đất,