Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết tập trung vào đánh giá tình cảm là sự gia tăng nước ngầm gây ra bởi sự gia tăng nước ngầm kết hợp với mưa lớn gây ngập lụt cục bộ với nồng độ căng thẳng tỷ lệ trên đống hàng đầu trong các giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc bê tông hệ thống kết hợp vải địa kỹ thuật.
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỰC NƯỚC NGẦM GIA TĂNG ĐẾN HỆ SỐ TẬP TRUNG ỨNG SUẤT ĐẦU CỌC TRONG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP KẾT HỢP VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT NGUYỄN TUẤN PHƢƠNG *, CHÂU NGỌC ẨN **, VÕ PHÁN *** Rating affection’ of the groundwater increase to the stress concentration ratio on the top piles in the soft ground treatment solution by concrete pile systems combine geotextle Abstract: Soft soil improvement by geosynthetic and concrete pile systems is an interesting and more popular technique on condition that this solution is practical However, today some works are constructed and used to appearing some problems such as subsidence displacement or cracked structure surface caused by the groundwater increase combine with heavy rains caused local flooding The content of paper concentrates on rating affection’s the groundwater increase caused by the groundwater increase combine with heavy rains caused local flooding to the stress concentration ratio on the top piles in the soft ground treatment solution by concrete pile systems combine geotextile GIỚI THIỆU Trong năm gần cơng nghệ móng hình thành có tên “ Vải địa kỹ thuật kết hợp phần tử cọc đỡ cơng trình đất đắp đất yếu” Những “phần tử cọc” (cọc bê tông cốt thép, cột đá, cọc gỗ, cột cát có bao, cột đất trộn xi măng, tƣờng đất…) đƣợc phân bố đất yếu đến tận lớp chịu lực bên dƣới, “phần tử cọc” đƣợc xếp theo lƣới tam giác ô vuông giải pháp hy vọng giải đƣợc vấn đề vừa nêu Trọng lƣợng khối đất đắp truyền trực tiếp lên đầu cọc hiệu ứng vòm gián tiếp qua hiệu ứng màng lớp vải địa kỹ thuật Tải mà “phần tử cọc” gánh đỡ truyền vào lớp cứng dƣới mũi cọc ma sát cọc với đất yếu xung quanh Terzaghi (1943) đƣa kết nghiên cứu ảnh hƣởng hiệu ứng vòm thơng qua giải phƣơng trình cân ứng suất dựa mơ hình cửa sập, đồng thời vẽ đƣờng ứng suất đứng cát đắp trƣờng hợp có hiệu ứng vòm khơng có hiệu ứng vòm dựa quan hệ hệ số tải trọng (P/γH) tỷ số hình dạng (H/B đƣợc thể hình *, **, *** * ** *** Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM số 268 Lý Thường Kiệt, quận 10, TP Hồ Chí Minh, ĐT: 083 8636822 ĐT: 0919 070096, Email: tuanphuongvk@gmail.com ĐT: 0908 299105, Email:cnan@yahoo.com ĐT: 0913 867008, Email: vphan54@yahoo.com ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 Hình Ảnh hưởng hiệu ứng cung vòm đến đường ứng suất tĩnh 59 Hình 4: Bán cầu theo Tiêu chuẩn Anh BS 8006 Hình 2: Ảnh hưởng hiệu ứng cung vòm đến đường ứng suất theo phương pháp Terzaghi đường ứng suất tĩnh Dựa lý thuyết cung vòm Hewlett Randolph (1988) Tiêu chuẩn Đức xây dựng kết giả thuyết cung vòm đất có dạng hình vòm Chiều dày cung vòm b (với b: cạnh cọc) THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH TỶ LỆ THỰC 1:1 Xây dựng mơ hình thí nghiệm thực tế với 16 cọc bê tơng cốt thép có B.20 (M.250), chiều dài cọc L = 14m gồm 02 mô đun mô đun 7m.Vải địa kỹ thuật loại dệt cƣờng độ cao khả chịu kéo đạt 100 kN/m, độ giãn dài tối đa đạt 10% Cát đắp đầu cọc cát hạt to có γtn = 19 kN/m3 Cát đắp gia tải cát mịn γtn = 16 kN/m3 với chiều cao đắp hđ = 4m tắm bê tông cốt thép B.20 dày 200mm có tác dụng phân bố tải trọng Hình 3: Phân tích lực tác dụng phần tử cung vòm theo Tiêu chuẩn Đức Tiêu chuẩn Anh BS 8006 (1995) Anh hồn chỉnh phƣơng pháp tính Jones (1990) dựa nghiên cứu Marston Anderson (1913) cung vòm đỉnh nhóm cọc Phƣơng pháp tính Tiêu chuẩn đƣợc giả thuyết cung vòm nhƣ bán cầu vòm phụ thuộc vào lực kéo căng bề mặt khối cát đắp 60 Hình 5: Mặt mơ hình thí nghiệm thực tỷ lệ 1:1 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 Hình 9: Lực phân bố lên mỏng Hình 6: Mặt cắt mơ hình thí nghiệm thực tỷ lệ 1:1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ ĐO ỨNG SUẤT Cảm biến thiết bị đo biến dạng (ε) dƣới tác dụng ngoại lực tác dụng Biến dạng (ε) thay đổi kích thƣớc hình học vật liệu nhƣ hình ε = ΔL/L Hình Biến dạng kích thước vật liệu Hình Hình dạng cảm biến Ứng dụng lý thuyết biến dạng mỏng chịu áp lực phân bố nhƣ hình ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 Dƣới tác dụng áp lực, kim loại mỏng biến dạng đàn hồi, làm thay đổi điện trở cảm biến dán dính kim loại Từ biến đổi điện trở cảm biến, cƣờng độ dòng điện qua cảm biến thay đổi Bằng thiết bị đo, ghi nhận biến đổi dòng điện theo áp lực tác dụng lên mỏng Vật liệu dùng chế tạo cảm biến vật liệu dẫn điện, có quan hệ biến dạng điện trở biểu qua tỷ số biến thiên tƣơng đối điện trở với biến thiên tƣơng đối chiều dài cảm biến gọi hệ số cảm biến (Gauge factor) rl R= A Với R: Điện trở ( ) ρ: Điện trở suất ( mm) l: Chiều dài vật dẫn điện (mm) A: Diện tích tiết diện dẫn điện (mm2) GF = dR / R dL / L Với GF: Hệ số cảm biến dR : Độ biến thiên cảm biến R: Điện trở ( ) dL : Độ biến thiên chiều dài L: Chiều dài (mm) Nguyên lý hệ thống đo: Ứng dụng mạch cầu Wheatstone Hệ thống đƣợc cấp nguồn điện không đổi VS Khi cảm biến không bị biến dạng (ΔR=0 Rx= R1 = R2 = R3 =R0) VG=0 Khi cảm biến bị biến dạng làm thay đổi giá trị RX giá trị VG theo công thức bên dƣới Đo giá trị điện áp VG ta suy đƣợc giá trị biến dạng 61 VG ( Rx R2 )Vs R3 Rx R1 R2 (1) VG GF VS GF 2 (2) 4VG GF (2VG VS ) VS (3) V Ps11 đầu đo ứng suất đặt lớp cát đắp cách đầu cọc 0.8m theo phƣơng đứng Ps6 đầu đo ứng suất đặt lớp cát đắp cách đầu cọc 1.2m theo phƣơng đứng Ps2 đầu đo ứng suất đặt lớp cát đắp cách đầu cọc 1.6m theo phƣơng đứng Kết thí nghiệm mơ hình tỷ lệ thực 1:1 Kết thu đƣợc từ thiết bị đo đƣợc thông qua biểu đồ sau Ứng suất đầu cọc có giá trị lớn nhiều lần so với ứng suất vị trí đất xung quanh cọc G RX= R0 + ΔR Hình 10 Sơ đồ mắc nối tiếp Strain gauge điện trở Các đầu đo ứng suất mơ hình thí nghiệm đƣợc đặt vị trí nhằm thu thập giá trị ứng suất điểm để phân tích ảnh hƣởng hiệu ứng vòm giải pháp thiết kế xử lý cọc bê tông cốt thép kết hợp với vải địa kỹ thuật Các thiết bị đƣợc đặt tắm đệm phẳng nhằm tránh lệch thiết bị q trình thí nghiệm Ps7 đầu đo áp lực nƣớc lỗ rỗng đặt khoảng cách 02 cọc Ps3 đầu đo áp lực nƣớc lỗ rỗng đặt tâm 04 cọc Ps9 đầu đo ứng suất đặt đầu cọc nhƣng dƣới lớp vải địa kỹ thuật Ps1 đầu đo ứng suất đặt 02 cọc nhƣng lớp vải địa kỹ thuật Ps4 đầu đo ứng suất đặt đầu cọc đo ứng suất đứng theo phƣơng ngang Ps8 đầu đo ứng suất đặt cách cọc ¼ khoảng cách cọc nhƣng lớp vải địa kỹ thuật Ps10 đầu đo ứng suất đặt đầu cọc nhƣng lớp vải địa kỹ thuật Ps14 đầu đo ứng suất đặt lớp cát đắp cách đầu cọc 0.4m theo phƣơng đứng 62 Biểu đồ 1: Ứng suất thiết bị đo mực nước ngầm trạng thái tự nhiên Độ dốc đƣờng ứng suất đầu cọc lớn nhiều so với độ dốc đƣờng ứng suất vị trí đất khoảng cách 02 cọc Biểu đồ 2: Ứng suất thiết bị đo Ps9 Ps1 mực nước ngầm trạng thái tự nhiên ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 Ứng suất tính theo phƣơng pháp giải tích đƣờng tuyến tính phát triển theo chiều sâu Ứng suất theo mơ hình thí nghiệm đƣờng phi tuyến khơng phát triển theo chiều sâu, cho thấy xuất hiện tƣợng tập trung ứng suất phần ứng suất chuyển tập trung lên đầu cọc nên khơng tuyến tính trí đất khoảng cách 02 cọc mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm Biểu đồ 5: Ứng suất thiết bị đo Ps9 Ps1 mực nước ngầm tăng thêm 50cm Biểu đồ 3: Ứng suất theo phương pháp giải tích đo từ mơ hình thí nghiệm mực nước ngầm trạng thái tự nhiên Ứng suất tính theo phƣơng pháp giải tích đƣờng tuyến tính phát triển theo chiều sâu Ứng suất theo mơ hình thí nghiệm đƣờng phi tuyến khơng phát triển theo chiều sâu, cho thấy xuất hiện tƣợng tập trung ứng suất phần ứng suất chuyển tập trung lên đầu cọc nên khơng tuyến tính mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm Ứng suất đầu cọc có giá trị lớn so với ứng suất vị trí đất xung quanh cọc mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm Biểu đồ ứng suất theo phƣơng pháp giải tích đo từ mơ hình thí nghiệm khi mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm Hệ số tập trung ứng suất đầu cọc n = c s Biểu đồ 4: Ứng suất thiết bị đo mực nước ngầm tăng thêm 50cm Độ dốc đƣờng ứng suất đầu cọc lớn nhiều so với độ dốc đƣờng ứng suất vị ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 Với бc : ứng suất tập trung đầu cọc; бs : ứng suất phân bố đất yếu gữa cọc Khoảng cách bố trí cọc S=1,0m, chiều cao cát đắp H = 1,6m 63 Hệ số tập trung ứng suất đầu cọc từ mơ hình thí nghiệm trƣờng trƣờng hợp mực nƣớc ngầm trạng thái tự nhiên n = 10,84 (ứng suất phân bố đất yếu đạt ζs = 5,95 kN/m2 ứng suất tập trung đầu cọc ζc = 64,49 kN/m2) Hệ số tập trung ứng suất đầu cọc trƣờng hợp mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm, n = 7,119 (ứng suất phân bố đất yếu đạt ζs = 8,609 kN/m2 ứng suất tập trung đầu cọc ζc = 61,293 kN/m2) KẾT LUẬN Qua nội dung nghiên cứu hệ số tập trung ứng suất đầu cọc giải pháp xử lý cọc bê tông cốt thép kết hợp với vải địa kỹ thuật thơng qua mơ hình thí nghiệm có xét đến ảnh hƣởng mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm đƣợc rút đƣợc kết luận nhƣ sau: Hệ số tập trung ứng suất đầu cọc giảm 30% trƣờng hợp mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm Hệ số tập trung ứng suất đầu cọc giảm ảnh hƣởng đến biến dạng đất xung quanh cọc, làm gia tăng biến dạng lệch khối đất đầu cọc khối đất 04 cọc, gây vết nứt bề mặt cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Aubeny, C.P./Li, Y./ Briaud, J.L (2002): Geosynthetics reinforced pile supported embankments: numerical simulation and design needs; Geosynthetics- 7th ICG- Delmas, Gourc& Girard (eds), pp 365-368 [2] B Le Hello, B Chevalier, G Combe, P Villard, Coupling finite elements and discrete elements methods, application to reinforced embankment by piles and geosynthetics [3] BS 8006 (1995): British Standard, code of practice of strengthened/ reinforced soils and other fills, chapter [4] Bergado, D T., Anderson, L R, Miura, N and Balasubramaniam, A S (1996) Soft Ground Improvement in Lowland and Other Environments, ASCE [5] Châu Ngọc Ẩn (2012): Nền Móng Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp.HCM, pp 453÷446 [6] Collin, J.G / Watson, C.H / Han, G (2005): Column-Supported Embankments solves time constraint for new road construction; Proceedings of the Geo-Frontiers Congress, Austin, Texas, pp 1-9 [7] D.T Bergado, J.C Chai, Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng, Nhà xuất giáo dục 1994, pp 58÷60 [8] EBGEO (2007): Empfehlung for den Enwurf und die Berechnung von Erdkurpern mit Bewehrung aus Geokunststoffen; 2007 [9] Goh, A.T.C / The, C.I / Wong, K.S (1997): Analysis of piles subjected to embankment induced lateral soil movements; Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, Vol 123, No 9, pp 792-801 [10] Gourge Samir Fahmi Farag, Leateral Spreading in basal reinforced embankments supported by pile – like element, University Kassel, Germany 2008, pp 125 [11] Hans-Georg Kempfert Berhane Gebreselassie, Excavations and Foundations in Soft Soils , University Kassel, Germany Người phản biện: GS.TS VƢƠNG VĂN THÀNH 64 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 ... dung nghiên cứu hệ số tập trung ứng suất đầu cọc giải pháp xử lý cọc bê tông cốt thép kết hợp với vải địa kỹ thuật thông qua mơ hình thí nghiệm có xét đến ảnh hƣởng mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm... đo ứng suất đặt đầu cọc nhƣng dƣới lớp vải địa kỹ thuật Ps1 đầu đo ứng suất đặt 02 cọc nhƣng lớp vải địa kỹ thuật Ps4 đầu đo ứng suất đặt đầu cọc đo ứng suất ứng theo phƣơng ngang Ps8 đầu đo ứng. .. kết luận nhƣ sau: Hệ số tập trung ứng suất đầu cọc giảm 30% trƣờng hợp mực nƣớc ngầm tăng thêm 50cm Hệ số tập trung ứng suất đầu cọc giảm ảnh hƣởng đến biến dạng đất xung quanh cọc, làm gia tăng