Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo đã tiến hành khảo sát ứng xử của kết cấu tường có cốt dưới tác dụng tĩnh tải và điều kiện địa chất, địa hình của bán đảo Sơn Trà - TP. Đà Nẵng. Kết quả nghiên cứu đã phân tích và dự đoán được ứng xử của tường chắn có cốt khi xem xét ảnh hưởng của cường độ vật liệu đắp có tính dính và nền móng.
ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ ĐẾN ỨNG XỬ CỦA TƯỜNG CĨ CỐT ThS PHAN TRẦN THANH TRÚC Trường Cao đẳng Đức trí Đà Nẵng TS LÊ BÁ KHÁNH Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Tóm tắt: Nếu áp dụng theo yêu cầu vật liệu Trên sở mơ hình hố phần tử hữu hạn, đắp cho kết cấu tường có cốt theo tiêu chuẩn thiết kế tường chắn có cốt, làm tăng giá thành công Leshchinsky Vulova ứng dụng phần mềm FLAC để khảo sát chế phá hoại tường có cốt theo trình so với việc tận dụng vật liệu đắp chỗ Với trợ giúp phần mềm Plaxis 2D, nhóm tác giả biến số sau: khoảng cách cốt, chiều dài cốt, độ cứng loại vật liệu đắp có tính tiến hành phân tích ảnh hưởng vật liệu đắp, cường độ đất đến ứng xử tường chắn có cốt rời, dính có góc nội ma sát cao [3] sử dụng vật liệu địa kỹ thuật Bài báo tiến hành khảo sát ứng xử kết cấu tường có cốt tác dụng tĩnh tải điều kiện địa chất, địa hình bán đảo Sơn Trà - Tp Đà Nẵng Kết nghiên cứu phân tích dự đốn ứng xử tường chắn có cốt xem xét ảnh hưởng cường độ vật liệu đắp có tính dính móng Đặt vấn đề Trong điều kiện Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế tường chắn có cốt, hầu hết nhà thầu tư vấn thiết kế, thi công dựa vào tiêu chuẩn Anh Mỹ để thiết kế, thi công nghiệm thu tường chắn có cốt Các quy trình thiết kế Anh Mỹ BS8006: 1995 [2] FHWA–NHI–00–043 [11] quy định vật liệu đắp sau lưng tường thường vật liệu rời, dính có góc nội ma sát cao (φ ≥ 34º) Với u cầu có cát hạt thơ mỏ vật liệu đáp ứng Tuy nhiên với tình hình khan cát giá thành ngày cao yêu cầu nghiên cứu vật liệu đắp khác nhau, vật liệu có tính dính nhằm tận dụng vật liệu đắp chỗ, giảm chi phí xây dựng yêu cầu cấp bách đặt Ngoài ra, BS8006: 1995 [2], FHWA–NHI–00–043 [11] nhiều nghiên cứu khác không xem xét đến ảnh hưởng điều kiện móng tới ứng xử tường chắn có cốt, xem xét ảnh hưởng điều kiện móng tới ứng xử tường chắn có cốt yêu cầu đặt Dựa vào kinh nghiệm kết nghiên cứu trước đây, báo tác giả dùng công cụ phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng xử tường có cốt tận dụng vật liệu địa phương để làm vật liệu đắp sau lưng tường Nội dung nghiên cứu chia làm hai phân tích nghiên cứu sau: Phân tích 1: Phân tích ảnh hưởng độ cứng móng tường chắn đến ứng xử tường chắn có cốt; Phân tích 2: Phân tích ảnh hưởng thay đổi cường độ đất (c, ) tới ứng xử tường chắn có cốt Mơ phương pháp phần tử hữu hạn 3.1 Mô hình nghiên cứu Dựa sở lý thuyết kết nghiên cứu Tatsuoka (1993) [10]; BS8006:1995 [2]; S.K Ho & Kerry Rower (1996) [7] [8] [9]; Elias & Christopher (AASHTO 1998) [11]; Ling (2000) [6]; Vieira (2011) [4] Các tác giả mơ tốn nghiên cứu phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis 8.5 với địa chất vùng bán đảo Sơn Trà, Tp Đà Nẵng Phương pháp nghiên cứu Việc chọn thơng số mơ hình nghiên cứu, điều kiện biên toán nghiên cứu Plaxis, tác giả dựa vào mơ hình Dov Leschinsky [3] thể hình Nghiên cứu Ling người khác cho thấy hồn tồn ứng dụng mơ hình phần tử hữu hạn để mơ hình hố ứng xử tường có cốt [6] Việc nghiên cứu thực mơ hình tường chắn đất có cốt mềm (lưới địa kỹ thuật) với chiều cao H (m) (hình 2) Dựa số liệu địa chất 46 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA bán đảo Sơn Trà [2], tác giả tiến hành đề xuất nghiên cứu ứng xử tường chắn có cốt với bốn vật liệu đắp sau: cát hạt thô (lấy từ mỏ vật liệu Cẩm Lệ, Tp Đà Nẵng), cát hạt mịn (cát tận dụng chỗ, công trường Sơn Trà), cát pha sét sét pha cát (tận dụng chỗ, cơng trường Sơn Trà) Hình Mơ hình nghiên cứu Leschinsky [3] Hình Mơ hình nghiên cứu tổng qt tường có cốt a Thơng số mơ hình tốn phân tích Phân tích ảnh hưởng độ cứng móng tường chắn EA từ trạng thái cứng (Móng đá gốc), cứng vừa (Cát hạt mịn) đến mềm (Cát pha sét) đến ứng xử tường chắn có cốt với vật liệu đắp cát hạt trung chiều cao tường chắn H = 10 m, vỏ tường có ý nghĩa bảo vệ mà khơng chịu lực nên tường chắn dùng tường bê tông cốt thép chiều dày mỏng d = 0,05m, độ cứng dọc trục lưới địa kỹ thuật EA = 2500 kN/m2, chiều dài lớp cốt L = 0.7H = 7m, khoảng cách lớp cốt Sv = 0.5m không thay đổi trường hợp nghiên cứu Hình Mơ hình tốn phân tích Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 47 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Bảng Thông số loại vật liệu làm móng tường chắn Mơ hình đất: Morh- Coulomb Type Lớp 1: Lớp móng đá gốc Lớp 2: Cát hạt mịn có lẫn bột, tận dụng chỗ Lớp 3: Cát pha sét, tận dụng chỗ Drained Drained Drained kN/m 26.2 18.5 19.5 kN/m 27.2 19.5 20.5 8.64E-2 8.64E-3 cref φ kN/m kN/m º 100000 0.13 17600 35 15000 0.28 30 13100 0.30 14 25 ψ º 0 Rinter - 0.8 0.7 γunsat γsat kx = k y Eref m/day Bảng Thông số bề mặt tường chân tường Parameter Độ cứng dọc trục Độ cứng chống uốn Bề dày Hệ số Poisson Name Chân tường 0.3x0.8m Mặt tường Unit EA E D 6.3E+6 4.73E+4 0.3 4.20E+6 1.40E+4 0.05 kN/ m kN/m /m m 0.17 0.17 - b Thông số mơ hình tốn phân tích Phân tích ảnh hưởng cường độ vật liệu đắp (c, ) tới chuyển vị biến dạng tường chắn có cốt điều kiện chịu tải tác dụng q = 30 kN/m 2, chiều cao tường chắn H = 10m, bề mặt tường bê tông 0.05m, vật liệu đắp cát trục lưới địa kỹ thuật EA = lớp cốt L = 0.7H = 7m, cốt S v = 0.5m cốt thép có bề dày hạt thơ, độ cứng dọc 2500 kN/m 2, chiều dài khoảng cách Hình Mơ hình tốn phân tích Các trường hợp khảo sát thay đổi cường độ vật liệu đắp: - c = 14 kN/m2; thay đổi 0.9 0.95 1.05 1.1 c 0.9c 0.95c c 1.05c 1.1c - c thay đổi, = 25º 48 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA 3.2 Kết thảo luận 3.2.1 Kết thảo luận phân tích a Kết phân tích Phân tích ảnh hưởng độ cứng móng tường chắn từ trạng thái cứng (Móng đá gốc), cứng vừa (Cát hạt mịn), đến mềm (Cát pha sét) đến ứng xử tường chắn có cốt với vật liệu đắp cát hạt Ứng với trường hợp nghiên cứu ta có kết đồ thị lực dọc lớn Fmax lớp cốt, chuyển vị ngang Ux, đồ thị ứng suất xx, yy theo chiều cao tường chắn H (m) Mỗi trường hợp nghiên cứu, khảo sát vị trí mặt cắt A, B, C Mặt cắt A, B, C cách mặt tường bao 0.2m, 6.8m, 7.2m thể hình Hình Vị trí mặt cắt khảo sát tốn phân tích a Mặt cắt A b Mặt cắt B c Mặt cắt C Hình Đồ thị ảnh hưởng độ cứng móng đến chuyển vị ngang Ux khối đất có cốt Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 49 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA a Mặt cắt A b Mặt cắt B c Mặt cắt C Hình Đồ thị ảnh hưởng độ cứng móng EA đến ứng suất xx, yy vị trí mặt cắt khảo sát b Thảo luận phân tích Các kết nghiên cứu cho ta thấy ảnh hưởng tức thời tới chuyển vị ngang khối đất có cốt Ux, phân bố ứng suất xx, yy khối đất có cốt thay đổi độ cứng móng: Với chuyển vị ngang Ux, độ cứng móng lớn chuyển vị ngang khối đất có cốt nhỏ Tại mặt cắt A (hình 6) độ cứng móng EA tăng từ 13000 kN/m2 (Móng cát hạt mịn) tới 100000 kN/m2 (Móng đá gốc) chuyển vị ngang lớn Uxmax giảm từ 11.2cm đến 3.7cm Ta thu kết tương tự mặt cắt B, C (hình 6) Như với việc nâng cao tính ổn định tường chắn, giảm chuyển vị ngang tường việc giảm bớt cốt Sv hay tăng chiều dài cốt L giải pháp tăng độ cứng móng tường chắn giải pháp nâng cao tính ổn định tính tốn thiết kế tường chắn có cốt 50 Thay đổi độ cứng móng dẫn tới thay đổi ứng suất xx, yy khối đất có cốt Độ cứng móng nhỏ xx, yy lớn.Tuy nhiên thay đổi ứng suất không đáng kể Xét mặt cắt B (hình 7) độ cứng tăng từ 15000 kN/m2 (Móng cát hạt mịn) đến 100000kN/m (Móng đá gốc) xxmax giảm từ 72.7 kN/m đến 71.1 kN/m2 yymax giảm từ 201.8 kN/m2 đến 190.8 kN/m2 Ngoài ra, kết nghiên cứu cho thấy móng khơng đủ cứng phân bố ứng suất khối đất có cốt theo chiều cao tường không tuân theo quy luật phân bố ứng suất theo chiều cao tường khối đất có cốt Cụ thể: Xét mặt cắt A, B (hình 7) với vật liệu móng cát hạt mịn cát pha sét móng khơng đủ cứng nên có xáo trộn phân bố ứng suất xx, yy theo chiều cao tường Với móng đủ cứng (móng đá gốc) phân bố ứng suất theo phương ngang xx khối đất có cốt Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA mặt cắt B (hình 7) đồ thị ứng suất ngang xx lớn đường ứng suất ngang tính theo cơng thức Rankine nhỏ đường ứng suất ngang trạng thái tĩnh Nghĩa là: Ka< K < Ko Kết nghiên cứu phù hợp với nhiều kết nghiên cứu theo BS006:1995 [2] (Ka - hệ số áp lực ngang chủ động tính theo Rankine, Ka = tg2(450 - /2); K - hệ số áp lực ngang khối đất có cốt; Ko - hệ số áp lực ngang trạng thái tĩnh, Ko = 1- sin) a Ảnh hưởng 3.2.2 Kết thảo luận phân tích a Kết phân tích Ứng với trường hợp nghiên cứu ta xem xét ảnh hưởng cường độ đất đắp (c, ) đến chuyển vị ngang bề mặt tường bao khối tường chắn có cốt Với góc nội ma sát lực dính c ta tăng hay giảm 5% , để xem xét ảnh hưởng yếu tố tới chuyển vị ngang bề mặt tường b Ảnh hưởng c Hình Đồ thị ảnh hưởng , c tới chuyển vị ngang Ux(cm) bề mặt tường bao b Thảo luận phân tích Sự ảnh hưởng cường độ vật liệu đắp gồm góc nội ma sát lực dính c đáng kể tới chuyển vị ngang bề mặt tường chắn có cốt Kết nghiên cứu (hình a, b) cho thấy chuyển vị ngang tường Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 Ux giảm tăng , hay c Cùng tốc độ gia tăng ảnh hưởng góc nội ma sát tới chuyển vị ngang tường lớn so với lực dính c Kết nghiên cứu cho thấy (hình a, b) thay đổi cường độ đất đắp (, c) chuyển vị 51 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA ngang bề mặt tường chân tường bé nên bỏ qua đỉnh tường đáng kể Khi tính tốn ổn định tường chắn có cốt, ngồi giải pháp giảm chuyển vị ngang tường việc giảm bước cốt Sv hay tăng chiều dài cốt L việc tăng độ cứng móng tường chắn giải pháp nâng cao tính ổn định tính tốn thiết kế tường chắn có cốt Ảnh hưởng tới chuyển vị ngang bề mặt tường góc nội ma sát lớn so với lực dính c Ảnh hưởng cường độ vật liệu đắp (, c) tới chuyển vị ngang bề mặt tường chân tường bé nên bỏ qua đỉnh tường đáng kể TÀI LIỆU THAM KHẢO 8006:1995, Code of pratice for CHRISTINA VULOVA, DOV LESHCHINSKY, Effect of Reinforcement Spacing on the performance of Mechanically StabilizedEarth Wall, Report No FFHWA-RD-03-048, 2003 52 ENNIO M PALMEIRA, FUMIO Tatsuoka,Advances in Geosynthetic Materials and Application for Soil Reinforcement and Enviromental Protection Work, EJGE Bouquet 08, 2011 H.I LING, C.P CARDANY, L-X SUN, H HASHIMOTO, Finite Element Study of Geosynthetic-Reinforced Soil Retaining Wall With Concrete- Block Facing, Geosynthetic International, Vol.7, No.3, 2000, pp.163-188 S.K HO, R KERRY ROWE, Finite Element Analysis of Geosynthetic Reinforced Soil Walls, Geosynthetic 1993 Conference, Vancouver, Canada, 1992 S.K HO, R KERRY ROWE, Effect of Wall Geometry on the Behaviour of Reinforce Soil Wall, Geotextiles and Geomembranes 14, 1996, pp 521-541 S.K HO, R KERRY ROWE, Horizotal Deformation in 35, 1998, pp 312-327 Role of Facing Rigidtity in Soil Reinforement , Theme Lecture for I.S Kyushu, Pro Of the Intl Symp On Earth Reinforement Pratice, 1993 Strengthened/reinforced soils and other fill, 1995 Geosynthetic CALDEIRA, EuroGeo4, 2011, pp 244-254 10 TATSUOKA.F, địa chất dự án Mercure Sơn Trà Resort, 2010, 20tr L.M.M.S Reinfoced Soil Wall, Canadian Geotechnical Journal Công ty tư vấn Kiến trúc Dương Hồng Hiển, Báo cáo BS M.L.LOPES, Reinforced Soil Retaining Walls a Numeriall Study, Sự thay đổi độ cứng móng làm thay đổi phân bố ứng suất khối đất có cốt theo chiều cao tường Sự phân bố ứng suất ngang khối đất có cốt xx theo chiều cao tường thỏa mãn Ka< K< Ko móng tường chắn đủ độ cứng VIEIRA, Influence of Facing Panel Rigidity on Performance of Kết luận C.S 11 VICTOR ELIAS, BARRY.R CHRISTOPHER, RYAN.R.BERG FHWA- NHI-00-043, U.S Derpartment of Transportation Federal Highway Administration, 2001 Ngày nhận sửa: 10/12/2014 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ... tích ảnh hưởng độ cứng móng tường chắn từ trạng thái cứng (Móng đá gốc), cứng vừa (Cát hạt mịn), đến mềm (Cát pha sét) đến ứng xử tường chắn có cốt với vật liệu đắp cát hạt Ứng với trường hợp nghiên. .. hình nghiên cứu Leschinsky [3] Hình Mơ hình nghiên cứu tổng qt tường có cốt a Thơng số mơ hình tốn phân tích Phân tích ảnh hưởng độ cứng móng tường chắn EA từ trạng thái cứng (Móng đá gốc), cứng... hạt mịn) đến mềm (Cát pha sét) đến ứng xử tường chắn có cốt với vật liệu đắp cát hạt trung chiều cao tường chắn H = 10 m, vỏ tường có ý nghĩa bảo vệ mà khơng chịu lực nên tường chắn dùng tường bê