MỞĐẦU
Đặt vấn đề
Thời gian gần đây, tỉnh An Giang đã ghi nhận nhiều sự cố lún do xây dựng các công trình trên nền đất yếu, đặc biệt là tại các cụm tuyến dân cư được san lấp cát Những sự cố này đặt ra nhiều vấn đề cần khắc phục, bao gồm sức chịu tải của nền đất thấp, độ lún lớn và tính ổn định của công trình không đảm bảo.
Hình 1 Công trình Tuyến dân cư vượt lũ (https://baotintuc.vn/anh/hang-tram-nha-vuot-lu-thanh-nha-ma-
1.1.1 Địa tầng đại diện tỉnh An Giang
Dựa trên khảo sát hiện trường và số liệu phòng thí nghiệm, địa tầng đại diện của An Giang có chiều sâu khảo sát từ 50-60m được chia thành 08 lớp và 01 lớp đất đắp, với sự phân bố không đều Mỗi lớp có những đặc điểm riêng biệt từ trên xuống dưới.
- Lớp đất đắp: Cát mịn lẫn bụi sét màu xám vàng – xám đen, kém chặt
- Lớp 1: Sét, nâu xám – xám tro, trạng thái dẻo mềm
- Lớp 2: Bùn sét, xám đen, xám nâu đen, trạng thái chảy
- Lớp 3: Sét, xám đen, trạng thái dẻo chảy
- Lớp 4: Sét pha, nâu xám – xám tro, trạng thái dẻo mềm
- Lớp 5: Sét nâu, xám đen, trạng thái nửa cứng
- Lớp 6: Sét pha, nâu vàng, nâu, trạng thái dẻo cứng
- Lớp 7: Cát pha, nâu, trạng thái dẻo
- Lớp 8: Cát nhỏ, vàng, chặt vừa
Địa tầng khảo sát tại tỉnh An Giang cho thấy, ở độ sâu trung bình 45m, chủ yếu là các lớp đất yếu với khả năng chịu lực thấp, không phù hợp cho việc xây dựng các công trình có trọng tải vừa và lớn.
1.1.2 Yêu cầu về san lấp mặt bằng tại địa bàn tỉnh An Giang
Với sông Tiền và sông Hậu ở phía Đông và chuỗi đồi núi thấp ở phía Tây đã hình thành 2 dạng địa hình chính:
Có cao độ thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam Cao trình của toàn đồng bằng biến thiên từ 0,8 m đến 3 m và được chia thành 2 vùng:
+ Vùng cù lao gồm 4 huyện: An Phú, Tân Châu, Phú Tân và Chợ Mới có cao trình biến thiên từ 1,3 - 3 m và thấp dần từ ven sông vào nội đồng
Vùng hữu ngạn sông Hậu nằm trong tứ giác Long Xuyên, bao gồm thành phố Long Xuyên, thị xã Châu Đốc, huyện Châu Phú, Châu Thành và Thoại Sơn, có độ cao biến thiên từ 0,8 đến 3 mét và dần thấp xuống về phía Tây.
Hai huyện Tri Tôn và Tịnh Biên nổi bật với địa hình núi non, bao gồm nhiều ngọn núi có độ cao từ 300 đến 700 mét, trong đó núi Cấm cao nhất với độ cao 710 mét Xung quanh núi là đồng bằng chân núi, tạo thành dạng địa hình chuyển tiếp giữa núi và đồng bằng, với cao trình từ 4 mét trở lên.
Với yêu cầu cao trình chống lũ tại tỉnh An Giang, các công trình xây dựng trong khu vực này cần đảm bảo cao trình san lấp lớn hơn mức quy định để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc phòng chống lũ lụt.
Nhiều công trình xây dựng hiện nay yêu cầu san lấp mặt bằng với độ dày từ 2.5m đến 5m, trong khi đó, trình chống lũ chỉ đạt từ 0.3-0.5m Vật liệu chính được sử dụng là cát san lấp, với ưu điểm dễ làm chặt và tận dụng được nguồn địa phương Tuy nhiên, khi lớp cát này được đặt trên lớp đất sét bùn yếu, nó có thể gây ra độ lún cho nền đất và ảnh hưởng đến độ lún tổng thể của toàn bộ công trình.
1.1.3 Một số sự cố công trình xây dựng trên cát san lấp
Các công trình xây dựng trên nền cát san lấp trên đất bùn yếu thường gặp nhiều thách thức, bao gồm quy mô công trình lớn và các vấn đề nghiêm trọng liên quan đến lún Lún có thể dẫn đến sự phá hoại cấu trúc, ảnh hưởng đến độ bền và an toàn của công trình Do đó, việc đánh giá và quản lý các yếu tố gây lún là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và tuổi thọ của công trình.
Công trình 1: Trạm cấp nước nông thôn của tỉnh An Giang
Mô tả công trình:(hình 2)
Xây dựng hoàn thành đưa vào sử dung 11/2016
San nền: Diện tích san lấp: 1093m 2 Đắp đê bao, chiều cao san lắp 3,8m; Chiều cao san lấp trung bình từ 2.5m -> 3.0m;
Nhà Quản lý: Diện tích 60m 2 , kết cấu Móng, cột, đà giằng, đà kiềng BTCT; Móng gia cố cừ tràm L = 4,7m,
Cụm xử lý nước thải có công suất 40m3/h với kích thước 3,1m x 3,1m x 4,4m, được thiết kế với kết cấu bể bằng bê tông cốt thép (BTCT) Móng cọc BTCT được gia cố bằng cọc BTCT đúc sẵn có mác 300 và kích thước 0,3m x 0,3m x 22m.
Hình 2: Sự cố lún tại trạm cấp nước nông thôn của tỉnh An Giang
Mô tả sự cố công trình: (hình 3)
Khối công trình Cụm xử lý thiết kế móng sâu: độ lún 0,2-0,5cm
Khối công trình Nhả Quản lý thiết kế móng nông: độ lún 30-32cm
Công trình 2: Trung tâm hoc tập cộng đồng tại một xã của tỉnh An Giang
Mô tả sự cố công trình:
Xây dựng hoàn thành đưa vào sử dung 2015
Khối chính: diện tích xây dựng 525m 2 , sử dụng móng cọc BTCT 250x250 L%m Nhà xe: diện tích 90 m 2 , móng nông trên nền cát san lấp đầm chặt
Cổng hàng rào: chiều dài 495m, móng đơn gia cố cừ đá 120x120x1500
San lấp mặt bằng: diện tích san lấp 1.500m 2 , chiều cao san lấp 3,2m độ chặt yêu cầu K≥0.95
Hình 3: Sự cố lún trung tâm hoc tập cộng đồng tại một xã của tỉnh An Giang(Báo cáo kiểm định chất lượng công trình, 2016)
Mô tả sự cố công trình:
Móng cọc bê tông cốt thép (BTCT) đang lún trung bình 4cm, trong khi nền trệt tam cấp và ram dốc lại lún khoảng 30cm, dẫn đến hiện tượng nứt gãy ở tam cấp và ram dốc.
Nhà xe: lún ≥30cm , làm tách ram dốc
Cổng hàng rào: lún nghiên hàng rào, răng nứt một số vị trí trụ cột
Công trình 3: trường tiểu học của tỉnh An Giang
Mô tả công trình: (hình 4)
Hạng mục khối 10 phòng học: diện tích sàn sử dụng 655m 2 , cao 02 tầng, sử dụng móng cọc BTCT 250x250x25m
Hạng mục khối hành chính quản trị - phục vụ học tập: diện tích sàn sử dụng 486m 2 , cao 02 tầng, sử dụng móng cọc BTCT 250x250x25m
Hạng mục cổng hàng rào, nhà bảo vệ, bể nước ngầm: sử dụng móng cọc BTCT 120x120x4000
Hạng mục sân nền, cột cờ: xây dựng trên nền cát san lấp đầm chặt Chiều cao san lắp 3.75m
Hình 4: Sự cố lún tại trường tiểu học của tỉnh An Giang(Báo cáo kiểm định chất lượng công trình, 2016)
Mô tả sự cố công trình:
Hạng mục khối 10 phòng học: Lún không đáng kể 2-3cm
Hạng mục khối hành chính quản trị và phục vụ học tập cho thấy lún không đáng kể, chỉ từ 2-3 cm Trong khi đó, hạng mục cổng hàng rào, nhà bảo vệ và bể nước ngầm ghi nhận mức lún không đáng kể từ 25-30 cm.
Hạng mục sân nền, cột cờ: lún nghiên hàng rào, răng nứt một số vị trí trụ cột
Do thiếu nghiên cứu tính toán về độ lún và sức chịu tải cho các công trình trên nền đất san lấp, những công trình xây dựng trên nền đất này, ngoại trừ các công trình lớn sử dụng móng sâu, thường bị ảnh hưởng bởi lớp đất yếu phía dưới Hiện tượng lún và lún kéo dài xảy ra trong và sau quá trình thi công, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến công năng sử dụng của công trình.
Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước
Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về xác định độ lún của nền đất sét yếu
Bùi Trường Sơn (2006) đã tiến hành nghiên cứu về biến dạng tức thời và lâu dài của nền sét bảo hòa nước, đánh giá độ lún do đất bị trượt ngang Nghiên cứu cũng ước lượng độ lún ban đầu, đồng thời xem xét sự thay đổi giá trị module trượt theo thời gian.
Trần Minh Tùng (2010) đã chia sẻ kinh nghiệm xử lý nền đất yếu từ một số công trình cụ thể ở Hàn Quốc và trình bày kết quả ban đầu của việc áp dụng những phương pháp này tại Việt Nam.
Nguyễn Đức Lý (2017) đã đề xuất nhiều biện pháp xử lý móng và nền, bao gồm cả việc kết hợp các giải pháp phù hợp Đỗ Minh Toàn và cộng sự (2013) đã nghiên cứu đặc tính địa chất của đất sét yếu thuộc trầm tích Halocen ở Đồng bằng sông Cửu Long, cho thấy đất yếu chủ yếu là bùn sét và bùn sét pha, với độ dày khoảng 10 đến 20 m, gần mặt đất và chưa được nén chặt Điều này gây khó khăn cho công tác xây dựng đường, vì đất chứa muối và chất hữu cơ, có mức độ nén lún cao với hệ số nén lún và chỉ số lún lớn hơn 0,1 Áp lực tiền cố kết trung bình từ 0,3 đến 0,5 kg/cm², và sức kháng cắt không thoát nước cho thấy đất không thuận lợi cho việc xây dựng đường Các thông số nghiên cứu có thể hỗ trợ kiểm toán ổn định nền đường trong quá trình thi công và cải tạo bằng các giải pháp khác nhau.
Ngoài ra, TCVN 9362-2012 quy định phương pháp tính toán và giới hạn độ lún của nền móng công trình
Nhiều nghiên cứu nước ngoài về độ lún công trình trên nền đất yếu
Nghiên cứu của Ashraf và cộng sự (2004) tập trung vào việc tính toán độ lún không thoát nước của móng nông trên đất sét yếu, nhấn mạnh vai trò quan trọng của độ cứng đất và thiết kế móng đơn Bài nghiên cứu cũng đề xuất phương pháp "Thiết kế dựa theo khả năng huy động sức chịu", nhằm tối ưu hóa hiệu quả của các công trình xây dựng trên nền đất yếu.
8 tải của đất" Phương pháp này dự đoán tương đối chính xác ứng xử nén lún không thoát nước của móng đơn trên nền thiên nhiên, đất sét yếu
McMahon và cộng sự (2014) đã tiến hành nghiên cứu về khả năng chịu tải và độ lún của móng tròn trên nền thiên nhiên thông qua phương pháp phần tử hữu hạn Nghiên cứu nhấn mạnh rằng việc đảm bảo độ lún là yêu cầu thiết yếu trong thiết kế móng nông Để xác định độ lún và sức chịu tải của móng nông, nghiên cứu đề xuất một phương pháp dựa trên quan hệ phi tuyến Kết quả của nghiên cứu đã được kiểm chứng bằng phân tích phần mềm ABAQUS.
Nghiên cứu của Entidhar và cộng sự (2015) sử dụng phần mềm SAFE để xác định độ lún của móng nông tại một số khu vực ở Iraq Từ đó, nghiên cứu đề xuất các phương án thiết kế móng phù hợp với điều kiện địa chất tại Iraq.
Phương pháp tính toán độ lún của công trình trên đất sét bùn yếu được trình bày và đề xuất bởi Brand (1981) và Das (2006)
Tính cấp thiết của đề tài
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về tính toán lún của công trình trên nền đất yếu, nhưng ảnh hưởng của bề dày đất đắp đối với công trình này và mối tương quan với độ lún vẫn chưa được khảo sát kỹ lưỡng Một số vấn đề trong công tác san lấp mặt bằng vẫn chưa được giải quyết, dẫn đến những sự cố lún cho công trình trên nền đất san lấp.
Chiều dày lớp cát san lấp tại An Giang chỉ dựa vào cao trình vượt lũ, mà chưa xem xét khả năng chịu tải và ứng xử lún của đất nền trong quá trình san lấp cũng như khi công trình được sử dụng, đặc biệt là dưới tác động của sự thay đổi mực nước ngầm trong mùa lũ.
Chưa có nghiên cứu xác định rõ ràng ảnh hưởng của chiều dày lớp cát san lấp, cường độ lớp cát, và tải trọng công trình đến độ lún cũng như thời gian đạt độ lún ổn định của đất nền trong quá trình thi công cát san lấp Điều này cần được làm rõ để phục vụ cho công tác thiết kế và thi công các công trình trên nền đất cát san lấp.
Chưa xác định được chiều dày và cường độ tối ưu của lớp san lấp là một thách thức trong thiết kế và thi công công trình trên nền đất san lấp Việc xác định các thông số này là cần thiết để đảm bảo tính ổn định và độ bền cho công trình.
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu này nhằm xác định mối quan hệ giữa chiều dày và cường độ lớp cát san lấp, cường độ đất nền với độ lún tổng cộng và hành vi lún theo thời gian của các công trình dân dụng có tải trọng nhỏ trên nền đất cát san lấp và sét yếu bão hòa Kết quả sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế và xây dựng công trình trên nền đất yếu, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình trong suốt quá trình sử dụng.
Lập tương quan giữa ứng xử lún và các yếu tố như bề dày, cường độ lớp cát san lấp, cường độ đất nền, cùng với tải trọng công trình, là cần thiết để đánh giá độ lún theo thời gian Qua đó, xác định được thông số tối ưu về bề dày và cường độ lớp cát san lấp, đảm bảo đáp ứng yêu cầu kinh tế và kỹ thuật cho công trình.
Nội dung nghiên cứu
Thu thập các điều kiện địa chất và công trình cụm dân cư trên nền đất yếu tại An Giang
Thu thập các phương pháp tính toán giải tích tính toán cường độ đất nền trên nền đất cát san lấp và đất sét yếu bão hòa
Mô phỏng phần tử hữu hạn được sử dụng để xác định độ lún của công trình trên nền cát san lấp Nghiên cứu này kiểm nghiệm mô hình và xác định mối tương quan giữa ứng xử lún với các thông số tải trọng, điều kiện địa chất, cùng với chiều dày và cường độ của lớp cát san lấp.
Dự báo cường độ đất nền và độ lún của công trình trên nền đất với lớp cát san lấp là rất quan trọng Bài viết này đưa ra kết luận và kiến nghị các thông số tối ưu cho lớp cát san lấp, dựa trên điều kiện chịu tải và độ lún của công trình.
MÔ HÌNH PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN (PLAXIS)
Cơ sở tính toán phương pháp phần tử hữu hạn trong Plaxis
Plaxis là phần mềm mô phỏng dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, rất phổ biến trong lĩnh vực Địa kỹ thuật Quy trình tính toán trong Plaxis thường được thực hiện qua các bước cụ thể.
- Mô phỏng cấu tạo hình học của công trình cần tính toán
- Lựa chọn mô hình đất với các thông số chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất
- Mô tả điều kiện biên thấm, biên cổ kết,v v
- Mô tả điều kiện ứng suất ban đầu bao gồm vị trí mực nước ngầm, áp lực nước lồ rỗng, ứng suất do trọng lượng bản thân đẩt
- Tiến hành mô tả các bước tính toán trên mô hình mô phỏng với trình tự phù hợp như điều kiện thi công thực tế
- Xuất kết quả tính toán dưới dạng biểu đồ hoặc bảng biểu theo từng giai đoạn tính toán
Hình 5: Hệ trục tổng quát và quy ước chiều và dấu của ứng suất trong Plaxis (Plaxis manual, 2016)
Mô hình Mohr-Coulomb (MC) là một mô hình lý tưởng cho vật liệu đàn hồi dẻo, được phát triển dựa trên giả thuyết về đất và vật liệu có tính đàn hồi - dẻo Ứng xử dẻo của đất trong mô hình này được quy định theo tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb.
Hình 6: Quan hệ ứng suất – biến dạn mô hình đàn hồi - dẻo lý tưởng MC(Plaxis manual, 2016)
Mô hình đất này khá cơ bản và đơn giàn với yêu câu thông số đầu vào gồm 5 thông số chính sau:
Bằng cách sử dụng các lập luận toán học, chúng ta có thể chứng minh rằng mặt dẻo của mô hình Mohr-Coulomb được hình thành dưới dạng một hình lục diện trong không gian ứng suất chính.
Để tính toán sự suy giảm thể tích do biến dạng dẻo của đất cát chặt hoặc sét cứng khi chịu ứng suất cắt, cần bổ sung hàm thế năng dẻo của đất vào quá trình tính toán.
Hình 7: Mặt ngưỡng dẻo MC trong không gian ứng suất chính
Mô hình MC gồm có 5 thông số tính toán như sau:
E: Mô đun đàn hồi Young (kN/m 2 ) ν : Hệ số poison
Thông số phá hoại (dẻo): c' : Lực dính hữu hiệu (kN/m 2 ) φ' : Góc ma sát trong hữu hiệu (độ) ψ : Góc giãn nở (độ) Ưu điểm của mô hình Mohr- Coulomb:
- Làmô hình đơn giản, dễ tiếp cận vì được xây dựng trên các lý thuyết cơ học cổ điển
- Số lượng thông số của mô hình ít, các thông số có thể xác định trực tiếp từ các thí nghiệm trong phòng
- Rất phù hợp cho ứng xử thoát nước của các vật liệu như cát chặt
- Có kể đến ảnh hưởng của góc giãn nở
- Xem đất là vật liệu đồng nhất đẳng hướng
Ứng xử của đất trước khi đạt ngưỡng chịu tải giống như hành vi của vật liệu đàn hồi; tuy nhiên, điều này không áp dụng cho các loại đất yếu như cát rời và sét yếu.
- Không phân biệt được ứng suất của đất khi gia tài và dỡ tải
- Không kể đến ứng suất theo thời gian (từ biên) của vật liệu
2.1.2 Ứng xử Drained vàUndrained của đất trong phần mềm Plaxis a) Drained:
- Đât và nước xem như một vật liệu duy nhất (đất) đang chịu tải
- Excess pore water: u=0 (phù hợp khi tính tải lâu dài)
- Phù hợp khi tính loại đất cát (thoát nước nhanh) b) Undrained:
- Hai vật liệu đang chịu tải
- Có phase cố kết (sức chịu tải của đẩt sẽ tăng lên sau cố kết)
- Kiểm soát được bao nhiêu % lực truyền lên nước, bao nhiêu % lực truyền lên hạt (dựa vào hệ sô Skempton B)
- Plaxis tính sự thay đổi trạng thái của đất theo thời gian ờ mọi diểm Plaxis manual, 2016
2.1.3 Ứng xử thoát nước drained và undrained a) Drained:
- Không tạo ra áp lực nước lồ rỗng thặng dư
- Dùng phù hợp cho đất khô, thoát nước hoàn toàn do hệ sổ thẩm cao (đất cát) hay tốc độ gia tải chậm
- Mô phỏng ứng xử lâu dài của vật liệu mà không cần quan tâm đến việc cố kết b) Undrained:
- Có cả áp lực nước lỗ rỗng ban đầu và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư
- Nhập E’ η’ (mô phỏng đẩt) chứ không nhập Eu , νu
- Plaxis sẽ tự động phân phối độ cứng khung hạt nước và phân biệt giữa ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng thặng dư
- Ứng suẩt hữu hiệu Ap' = (1 -B) p = K'ℇν
- Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư p w = Bp
- Plaxis khuyến cáo với vật liệu undrained: v’0.35, nước không đủ độ cứng đổi với khung hạt đẩt Plaxis manual, 2016
2.1.4 Một số thông số khác a) Hệ số Poisson ν Đây là thông số ảnh hưởng đến biến dạng của đất nền
Nếu trong hồ sơ khảo sát không có hệ số này thì tra bảng dưới
Bảng 1 Hệ số poisson của các loại đất (Das, 2006)
Cát có độ chặt trung bình 0.25-0.40
Sét có độ cứng trung bình 0.20-0.50 b) Module đàn hồi E 50
Module đàn hồi E50 được nhập vào phần mềm để tính toán biến dạng đàn hồi của đất Trong mô hình Mohr - Coulomb, chỉ sử dụng một giá trị module đàn hồi E đại diện cho toàn bộ lớp đất Giá trị E này có thể xác định thông qua thí nghiệm nén 3 trục hoặc thí nghiệm nén cố kết Ngoài ra, có thể áp dụng một số công thức kinh nghiệm và tương quan để chọn ra giá trị E phù hợp.
Hình 8:Xác định E50 từ thí nghiệm nén 3 trục (Plaxis manual, 2016)
Quan hệ module đàn hồi thoát nước và không thoát nước
Ta có: c) Góc giãn nở
Giá trị góc giản nở được nhập vào phần mềm để xác định mặt thế năng dẻo Với mặt thế năng dẻo, phần mềm có khả năng tính toán các thành phần biến dạng dẻo, đặc biệt là khi f = 0.
Theo mặc định của Plaxis :
- Mô hình đơn giản, rõ ràng (đàn dẻo lý tưởng)
- Nhìn chung là bước tiếp cận đầu tiên về ứng xử đất nền
- Được ứng dụng rộng rãi
- Thông số rõ ràng, đơn giản dễ dàng xác định trong hồ sơ địa chất
- Ứng xử đồng nhất và đẳng hướng
- Ứng xử đàn hồi tuyến tính cho tới khi bị phá hoại
- Độ cứng không phụ thuộc vào ứng suất
- Không có sự phân biệt giữa tải ban đầu và khi dỡ tải hay gia tải
- Góc nở phát triển liên tục
- Ứng xử thoát nước thì không đáng tin cậy
- Không có tính đẳng hướng, không phụ thuộc vào thời gian (từ biến) d) Xác định E 50
Module nhập vào Plaxis là một yếu tố quan trọng được xác định từ thí nghiệm nén ba trục CD Trong trường hợp hồ sơ khảo sát địa chất không có thí nghiệm CD, chúng ta có thể xác định module từ thí nghiệm CU hoặc UU bằng cách sử dụng mối tương quan và hệ số Poisson.
Module cát tuyến xác định theo công thức chuyển đổi sau
17 e) Xác định Hệ số thấm
Trong phần mền hệ số thấm kx và ky dùng để tính toán lưu lượng thấm và phân tích cố kết của đất
Cần nhập hệ số thấm kx và ky trong trường hợp phân tích UNDRAIN và trường hợp chiều cao cột nước có thay đổi
Hệ số thấm kx và ky được xác định thông qua thí nghiệm nén cố kết, tương ứng với áp lực gần với ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân tại vị trí giữa lớp đất.
Hệ số thấm ngang (kx) thường lớn hơn hệ số thấm dọc (ky) trong các loại đất Trong thí nghiệm nén cố kết, chỉ có thể xác định hệ số thấm theo phương đứng Theo kinh nghiệm và nghiên cứu, đối với đất sét, tỷ lệ giữa kx và ky thường là kx = (2-5)ky, trong khi đối với đất cát, kx và ky bằng nhau, tức là kx = ky.
Bảng 2 Hệ số thấm K của một số loại đất (Das, 2006)
Xác định các thông số còn lại
Hệ số poisson dỡ tải xác định biến dạng đàn hồi của đất khi dở tải của đất
Lấy theo mặc định phần mềm Plaxis :
Hệ số lấy theo mặc định của plaxis
Hình 9.Tính toán hệ số hệ số Rf (Plaxis manual, 2016)
Thiết lập mô hình
1 Tên công trình: Trung tâm VH&HTCĐ xã Vĩnh Thành
2 Địa điểm xây dựng: xã Vĩnh Thành, huyện Châu Thành, tỉnh An Giang
3 Chủ đầu tư: UBND huyện Châu Thành
4 Quy mô đầu tư: tổng diện tích khu đất 4.358,57 m 2 Bao gồm:
- Công trình phụ trợ và hạ tầng kỹ thuật:
+ Sân nền, đường vào và cây xanh: 2.054 m 2
+ Hệ thống cấp điện, hệ thống cấp – thoát nước, hệ thống PCCC và san lấp mặt bằng
5 Giải pháp thiết kế: Khối hội trường và khối phòng chức năng: kết cấu móng, khung BTCT trên nền gia cố Cọc BTCT 150x150mm, dài L=6,5m; Sức chịu tải của cọc thiết kế
Công trình có trọng lượng 2,7 tấn, với tường xây bằng gạch không nung được hoàn thiện bằng sơn nước Nền được lát gạch ceramic, cửa sử dụng sắt và kính, cùng với trần và khung trần chuyên dụng Xà gồ thép và mái lợp bằng tole cũng được lắp đặt Hệ thống điện nước và chống sét được lắp đặt đồng bộ cho công trình.
Mặc dù công trình được gia cố bằng cọc BTCT dài 6.5m, nhưng do đất đắp dày 4m, chiều dài cọc trong đất sét yếu chỉ còn 2.5m, dẫn đến ảnh hưởng của ma sát âm là không đáng kể Cọc không được ngàm vào đất tốt, khiến nền móng công trình hoạt động như móng nông, thể hiện qua độ lún lớn 24.4cm trong quá trình thi công và 2 năm sử dụng Vì vậy, trong mô phỏng công trình, phần móng được xem như công trình móng nông mà không có cọc gia cường, và các ảnh hưởng của ma sát âm được coi là không đáng kể, không ảnh hưởng đến hoạt động của móng.
Hình 10.Mặt bằng tổng thể công trình (Hồ sơ thiết kế do Cty TNHH Tư vấn Xây dựng Viêt Long, An Giang lập, 2014)
Điều kiện kiện địa chất
Kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng cho thấy địa tầng khu vực xây dựng được chia thành 03 lớp từ trên xuống dưới (Báo cáo khảo sát địa chất, 2014).
Là lớp đất đắp Chiều dày 0.5m
Là lớp bùn sét pha lẫn hữu cơ màu xám đen Tính chịu lực kém Chiều dày 4.1m
Lớp này có các chỉ tiêu cơ lý như sau :
- Dung trọng tự nhiên W = 1.39 g/cm 3
- Dung đẩy nổi đn = 0.44 g/cm 3
- Lực kết dính C = 0.01 kg/cm 2
- Mô đun biến dạng E0.5-1 = 2.9 kg/cm 2
Là lớp Bùn sét màu xám đen Trạng thái chảy.Tính chịu lực kém.Chiều dày đến đáy hố khoan là 11.4m
Lớp này có các chỉ tiêu cơ lý như sau :
- Dung trọng tự nhiên W = 1.48 g/cm 3
- Dung đẩy nổi đn = 0.50 g/cm 3
- Lực kết dính C = 0.01 kg/cm 2
- Mô đun biến dạng E1-2 = 6.92 kg/cm 2 Trong phạm vi khảo sát tới độ sâu 30m địa tầng đồng nhất
2.3.1 Tính toán số liệu địa chất cho đầu vào mô hình
Từ số liệu khảo sát địa chất số liệu địa chất được tính toán khi đưa vào phần mềm Plaxis
Số liệu tính chất của đất được cho trong bảng dưới
Bảng 3 Số liệu địa chất đầu vào mô phỏng Plaxis
Lớp đất Độ bão hòa,
Mô hình vật liệu Vật liệu K, m/day
Lớp 2: Bùn sét pha lẫn hữu cơ, bão hòa
Lớp 3: Bùn sét xám đen, bão hòa 96.4 20 14.8 15.
Mohr- Coulomb Undrained 5.61E-04 Lớp 1: Đất đắp – cát 2.5 17 17 Mohr-
Coulomb Drained 1 Lớp đất Độ bão hòa,
Lớp 2: Bùn sét pha lẫn hữu cơ, bão hòa
Lớp 3: Bùn sét xám đen, bão hòa 96.4 8 16.9 0 0 6907 0.32
Một số chỉ tiêu của đất được tính toán như sau:
Mô hình phân tích ứng suất hữu hiệu thoát nước sử dụng sức kháng cắt tổng cộng (undrained type B – theo hướng dẫn Plaxis 2016) nhằm xác định các yếu tố quan trọng như ứng suất tổng cộng, ứng suất hữu hiệu và áp lực nước lỗ rỗng một cách riêng biệt.
Mô hình đất: Undrained, sức kháng cắt tổng cộng không thoát nước, Su, = 0; không cập nhật được sức kháng cắt sau khi cố kết
Sức kháng cắt không thoát nước, ký hiệu là Su, không thể được xác định chính xác thông qua thí nghiệm cắt phẳng (cắt nhanh) Thay vào đó, Su được tính toán dựa trên công thức tương quan được đề xuất bởi Mesri vào năm 1989.
Trong đó ’v = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp đất sét
Để xác định mô-đun đàn hồi hữu hiệu E’ cho mô hình Plaxis, quá trình này dựa vào các công thức tương quan do Ladd và Foote đề xuất vào năm 1977.
23 sô liệu tính toán được kiểm nghiệm từ kết quả thí nghiệm nén cố kết trong phòng thí nghiệm
Giá trị module đàn hồi hữu hiệu E’ trong mô hình được liên kết với module đàn hồi trong điều kiện không thoát nước E50u.
Module đàn hồi không thoát nước, E 50 u được xác định từ công thức tương quan đề xuất bởi Ladd và Foote, 1977:
Với Ip là chỉ số dẻo được tính toán từ giới hạn dẻo và giới hạn chảy và giới hạn dẻo
Kết quả tính toán cho thấy module hữu hiệu, E’ của lớp đất sét lớp 2 là 2866 kPa, phù hợp với giá trị E0.5-1 = 2900 kPa, chứng tỏ độ tin cậy của kết quả này trong phân tích Plaxis Đối với lớp đất sét 3, E’ đạt 6907 kPa, cũng tương thích với kết quả thí nghiệm nén cố kết E12 là 6920 kPa, khẳng định tính đáng tin cậy của module đàn hồi và khả năng ứng dụng trong mô hình tính toán Plaxis.
Modun đàn hồi của cát được xác định theo các công thức tương quan đề xuất bởi (Janbu,
1963 và Von Soos, 1990): ref y ref p p
’y = ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp cát
Hệ số nở hông (hệ số Possion, ) được xác định theo công thức tương quan đề xuất bởi Trautmann và cộng sự, 1987:
Góc trương nở, ký hiệu , của đất cát được xác định dựa trên công thức tương quan do Bolton (1986) và De Josselin de Jong (1976) đề xuất, phù hợp với điều kiện biến dạng phẳng, điều này rất hữu ích cho các tính toán mô phỏng trong Plaxis 2D.
Với crit = góc ma sát trong lớp cát rất xốp, không tạo trương nở trong quá trình cắt trực tiếp, giả thiết crit 27 0
Hệ số thấm K của đất sét được tính toán xác định từ thí nghiệm nén cố kết đất sét trong hồ sơ khảo sát địa chất, 2014
2.3.2 Mô hình PTHH Plaxis tính toán độ lún móng
Mô hình Mặt bằng san lắp có kích thước rộng 180m, với đê bao được xây dựng bằng đất và nền được san lắp bằng cát Tại trung tâm của mặt bằng, hạng mục khối hội trường có diện tích 60m được xây dựng cách đê bao 60m về mỗi bên, như thể hiện trong Hình 12.
Theo tài liệu khảo sát địa chất tại khu vực nghiên cứu, từ mặt đất đến độ sâu -24m có hai lớp đất được mô tả trong mô hình tính toán Lớp trên cùng là lớp cát san lắp, được mô phỏng với năm chiều dày khác nhau: 2.0m, 2.5m, 3.0m, 3.5m, 4.0m và 5.0m.
Tải trọng tác động của công trình được mô phỏng ở ba cấp độ khác nhau: 8 Kpa cho nhà một tầng, 16 Kpa cho nhà hai tầng và 24 Kpa cho nhà ba tầng Mực nước ngầm được giả định nằm ở mặt đất tự nhiên.
25 Hình 11 Mô hình Plaxis 8.5 trong mô phỏng tính toán độ lún công trình và lưới mesh trong phân tích PTHH
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH
Độ lún công trình trong giai đoạn xây dựng và sau 2 năm sử dụng, tính toán & kiểm nghiệm kết quả
Kết quả tính toán độ lún của công trình qua thời gian và giai đoạn thi công được thể hiện trong hình dưới đây Tổng độ lún của công trình từ khi đắp đất đến thời điểm thi công là 24.48 cm, và sau 2 năm sử dụng, độ lún đạt 25.56 cm Giai đoạn thi công được chia thành 7 tháng, với 7 lần chất tải riêng biệt Phương pháp mô phỏng chất tải (PP.1) được mô tả cùng với các phase thiết lập trong Plaxis, như trình bày trong bảng dưới.
Bảng4 Mô phỏng phase theo phương pháp chất tải trung bình tháng (30 ngày) thi công (PP.1)
Giai đoạn Thời gian, ngày
Mô tả Loại phân tích Tải trọng, kPa Phase 1: Đất hiện trạng - Giai đoạn ban đầu - -
Phase 2: Thi công đất đắp 5 Thi công đắp 4m đất cát đắp Plastic
Phase 3.1.1: Chất tải 1/14 tải trọng Thi công 1/7 công trình Plastic 1.14 Phase 3.1.2: Chất tải 1/14 tải trọng 30 Thi công 1/7 công trình Consolidation 1.14 Phase 3.2.1: Chất tải 3/14 tải trọng Thi công 2/7 công trình Plastic 2.29 Phase 3.2.2: Chất tải 3/14 tải trọng 30 Thi công 2/7 công trình Consolidation 2.29 Phase 3.3.1: Chất tải 5/14 tải trọng Thi công 3/7 công trình Plastic 3.43 Phase 3.3.2: Chất tải 5/14 tải trọng 30 Thi công 3/7 công trình Consolidation 3.43 Phase 3.4.1: Chất tải 7/14 tải trọng Thi công 4/7 công trình Plastic 4.57 Phase 3.4.2: Chất tải 7/14 tải trọng 30 Thi công 4/7 công trình Consolidation 4.57 Phase 3.5.1: Chất tải 9/14 tải trọng Thi công 5/7 công trình Plastic 5.71
Phase 3.5.2: Chất tải 9/14 tải trọng 30 Thi công 5/7 công trình Consolidation 5.71 Phase 3.6.1: Chất tải 11/14 tải trọng Thi công 6/7 công trình Plastic 6.86 Phase 3.6.2: Chất tải 11/14 tải trọng 30 Thi công 6/7 công trình Consolidation 6.86 Phase 3.7.1: Chất tải 13/14 tải trọng Thi công 7/7 công trình Plastic 8.00 Phase 3.7.2: Chất tải 13/14 tải trọng 30 Thi công 7/7 công trình Consolidation 8.00
Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm
Phase 4: Cố kết tải trọng công trình 730
Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm
Consolidation 8.00 Để đơn giản hóa mô phỏng quá trình thi công và cố kết đất đắp, quá trình chất tải của công trình được chia làm 2 giai đoạn: trung bình 50% tải trọng trong toàn thời gian thi công và 100% tải trọng sau khi kết thúc xây dựng công trình (PP.2) Quá trình chất tải và mô phỏng phase trong Plaxis được mô tả trong bảng dưới
Bảng5 Mô phỏng phase theo phương pháp mô phỏng chất tải 50% tải trọng công trình trong thời gian thi công (PP.2)
Giai đoạn Thời gian, ngày
Mô tả Loại phân tích Tải trọng, kPa Phase 1: Đất hiện trạng - Giai đoạn ban đầu - -
Phase 2: Thi công đất đắp 5 Thi công đắp 4m đất cát đắp Plastic
Phase 3.1.1: Chất tải 1/2 tải trọng 0 Thi công 1/2 công trình Plastic 4.00 Phase 3.1.2: Chất tải 1/14 tải trọng 210 Thi công 1/2 công trình Consolidation 4.00
Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm
Phase 4: Cố kết tải trọng công trình 730
Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình trong 2 năm
Kết quả tính toán độ lún tại điểm A (tâm công trình) của 2 phương pháp mô phỏng chất tải nêu trên được thể hiện trong hình dưới
Hình 12 Độ lún tại tâm công trình theo 2 phương pháp mô phỏng chất tải trọng PP.1 & PP2
Kết quả cho thấy độ lún của công trình sau khi hoàn thành xây dựng, theo phương pháp mô phỏng chất tải trung bình tháng, là 25.65 cm, tương đương với số liệu quan trắc thực tế tại khối hội trường là 24.4 cm, như được nêu trong báo cáo kiểm định chất lượng công trình năm 2016.
Dù hai phương pháp mô phỏng chất tải đều xác định độ lún sau hai năm sử dụng công trình giống nhau, nhưng phương pháp mô phỏng chất tải trung bình 50% cho thấy độ lún trong giai đoạn thi công thấp hơn khoảng 5% so với phương pháp mô phỏng khác.
0,1 1 10 100 1000 Độ lún tại tâm công trình, cm
Phương pháp mô phỏng chất tải 50% tải trọng công trình trong thời gian thi công (PP.2)Phương pháp mô phỏng chất tải trung bình tháng (30 ngày) thi công (PP.1)
29 chất tải trung bình tháng (bảng 3) Từ đó, kết quả độ lún trong quá trình sử dụng
Phương pháp PP.2 trong vòng 2 năm cho kết quả lớn hơn phương pháp PP.1 khoảng 5%, điều này phản ánh sự thiên về an toàn so với thực tế Để đơn giản hóa quá trình tính toán, phương pháp mô phỏng chất tải trung bình 50% đã được áp dụng trong việc tính toán độ lún của công trình.
Sau hai năm sử dụng, độ lún của đất nền trong pha cố kết hầu như không thay đổi, cho thấy hầu hết quá trình lún cố kết đã hoàn tất.
Bảng6 So sánh kết quả độ lún công trình theo 2 phương pháp mô phỏng chất tải
Thời điểm Độ lún công trình, cm % sai lệch
Kết thúc xây dựng công trình 24.48 23.33 4.93
Tương quan ứng xử lún của công trình theo bề dày đất cát đắp
Bài viết nghiên cứu sự thay đổi bề dày lớp cát đắp từ 2m đến 4.5m nhằm xác định tương quan ứng xử lún của công trình Ứng xử lún được đánh giá qua ba yếu tố chính: (1) độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm sử dụng, (2) độ lún trong thời gian thi công, và (3) độ lún trong suốt 2 năm sử dụng của công trình.
Ngoài ra, tải trọng phân bố đều công trình được thay đổi từ 8 kPa (tương đương tải trọng nhà 1 tầng) đến 24 kPa
3.2.1 Tương quan độ lún tổng cộng theo bề dày đất cát đắp Độ lún tổng cộng của công trình từ khi xây dựng đất đắp đến thời điểm sau 2 năm sử dụng công trình được thể hiện trong hình dưới Kết quả phân tích cho thấy độ lún tổng cộng của công trình tăng lên khi tăng tải trọng công trình và tăng tuyến tính theo bề dày
Theo TCVN 10304-2014, độ lún cho phép là 8cm, nhưng tổng độ lún tính toán của 30 đất đắp đã vượt quá giá trị này Dù vậy, trong quá trình sử dụng công trình, độ lún thực tế thường nhỏ hơn mức cho phép và sẽ được phân tích chi tiết trong phần tiếp theo.
Hình 13 Tương quan độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm sử dụng theo bề dày đất đắp và tải trọng công trình
3.2.2 Tương quan độ lún trong quá trình thi công công trình Độ lún của công trình trong thời gian xây dựng công trình được tính toán trong thời gian
Trong suốt 215 ngày thi công, tương đương hơn 7 tháng, công trình đã trải qua quá trình lún do tải trọng đất đắp Sfill Độ lún này bao gồm cả lún tức thời, phản ánh sự ổn định và chất lượng của công trình trong thời gian thi công.
Si-fill và lún cố kết trong quá trình xây dựng công trình, cùng với độ lún do tải trọng từ công trình Sbuilding gây ra, là những yếu tố quan trọng cần được xem xét để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Sconstruct = Sfill + Sbuilding = Scon-fill + Si-fill + Sbuilding Độ cố kết của đất nền, Ufill, được xác định dựa trên tổng độ lún cố kết của đất nền dưới tải trọng đất đắp, Sfill_all, tại thời điểm kết thúc xây dựng công trình.
2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún tổng cộng công trình sau 2 năm sử dụng (mm)
Bề dày lớp đất đắp (m) q = 24 kPa q = 16 kPa q = 8kPa
Kết quả từ bảng dưới cho thấy độ cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp trong quá trình xây dựng đạt khoảng 90% (hình 7) Điều này cho thấy 90% độ lún cố kết đã xảy ra trong quá trình thi công Thời gian T90 được xác định qua biểu đồ log thời gian (hình 15) cho thấy T90 khoảng 729 ngày, tương đương gần 2 năm Qua đó, quá trình mô phỏng được xác nhận là chính xác và phù hợp với các tính toán phân tích về T90.
Hình 14 Phần trăm cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp sau khi kết thúc xây dựng công trình
2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp sau khi kết thúc xây dựng công trình, %
Bề dày lớp đất đắp (m)
Hình 15 Quá trình xác định T90 theo phương pháp biểu đồ lún
Bảng 7 Kết quả độ lún tức thời, độ lún cố kết trong quá trình thi công và độ lún cố kết tổng cộng do tải trọng đất đắp
Bề dày đất đắp và các thông số liên quan đến độ lún là rất quan trọng trong quá trình thi công Độ lún cố kết tổng cộng do tải trọng đất đắp (Sfill_all) được tính bằng mm, trong khi độ lún tức thời (Si-fill) cũng được đo bằng mm Đặc biệt, độ lún cố kết trong thời gian thi công (Scon-fill) và độ cố kết (Ufill) cần được theo dõi để đảm bảo tính ổn định của công trình.
Kết quả tổng độ lún của công trình sau khi thi công cho thấy mối tương quan giữa tải trọng và bề dày đất đắp Độ lún tăng theo bề dày lớp san lấp và tải trọng công trình, nhưng sự thay đổi của độ lún là rất nhỏ khi tải trọng tăng từ 8 kPa đến 24 kPa.
Trong quá trình thi công, độ lún cố kết do tải trọng đất đắp đóng góp một phần vào tổng độ lún của công trình Khi thi công, tải trọng của công trình tăng dần và đạt giá trị tối đa khi hoàn thành Vì vậy, tải trọng công trình không có ảnh hưởng đáng kể đến độ lún trong giai đoạn thi công.
Hình 16 Tương quan độ lún công trình trong thời gian thi công, Sconstruct theo bề dày đất đắp và tải trọng công trình
3.2.3 Tương quan độ lún trong quá trình 2 năm sử dụng công trình Độ lún trong quá trình sử dụng công trình được xác định từ hiệu của tổng độ lún công trình sau 2 năm với giá trị độ lún công trình trong giai đoạn xây dựng công trình Kết quả độ lún trong quá trình sử dụng theo bề dày và tải trọng công trình được thể hiện trong hình dưới
2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún công trình trong quá trình thi công, S construct (mm)
Bề dày lớp đất đắp (m) q = 24 kPa q = 16 kPa q = 8kPa
Hình 17 Độ lún công trình trong 2 năm sử dụng công trình
Kết quả nghiên cứu cho thấy độ lún của công trình trong quá trình sử dụng chỉ tăng nhẹ khi bề dày lớp đất đắp gia tăng Cụ thể, độ lún chỉ tăng dưới 1 cm khi bề dày lớp đất đắp từ 2m đến 4.5m, chủ yếu do 90% độ lún cố kết đã xảy ra trong quá trình thi công Tuy nhiên, độ lún tăng rõ rệt khi tải trọng công trình gia tăng; cụ thể, khi tải trọng tăng từ 8 kPa lên 16 kPa, độ lún tăng khoảng 2.5 cm, và khi tải trọng tăng từ 16 kPa lên 24 kPa, độ lún tăng thêm khoảng 3 cm Với tải trọng 24 kPa (tương đương nhà 3 tầng), độ lún vượt quá 8 cm, vượt giới hạn cho phép theo TCVN 10304-2014 Do đó, tải trọng này không được phép kết hợp với bất kỳ bề dày lớp đất đắp nào.
2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún công trình trong 2 năm sử dụng (mm)
Bề dày lớp đất đắp (m) q = 24 kPa q = 16 kPa q = 8kPa
3.2.4 Đánh giá độ lún công trình trong giai đoạn thi công và sử dụng công trình theo bề dày lớp đất đắp
Tỷ lệ độ lún của công trình trong quá trình thi công và sau 2 năm sử dụng được xác định để đánh giá hiệu quả giảm lún trong thời gian sử dụng.
Kết quả tính toán cho thấy 60-80% độ lún đã xảy ra trong quá trình thi công công trình, chỉ còn 20-40% độ lún xảy ra trong thời gian sử dụng Điều này cho thấy độ lún trong quá trình sử dụng chỉ chiếm từ 20-40% tổng độ lún tính toán do tải trọng đất đắp và tải trọng công trình Khi tải trọng công trình lớn, độ lún còn lại trong thời gian sử dụng cũng lớn hơn Ngược lại, nếu tải trọng đất đắp lớn (bề dày đất đắp cao), phần trăm độ lún trong thời gian thi công sẽ lớn hơn, dẫn đến giảm độ lún của nền trong thời gian sử dụng.
Tỷ lệ phần trăm độ lún của công trình được phân chia thành hai giai đoạn: (1) trong quá trình thi công và (2) trong giai đoạn sử dụng công trình So với tổng độ lún sau 2 năm sử dụng, tỷ lệ này phụ thuộc vào bề dày đất đắp và tải trọng của công trình.
Tương quan ứng xử lún với độ chặt đất đắp
Ứng xử lún của công trình được khảo sát với năm cấp độ chặt khác nhau của đất cát, với độ chặt Rc dao động từ 0.76 (cát xốp) đến 0.98 (cát rất chặt) Phân tích tương quan được thực hiện trên bề dày cát đắp từ 2m đến 4.5m dưới tải trọng công trình tối đa là 24 kPa Độ chặt Rc được xác định dựa trên tỷ số giữa dung trọng khô của đất và dung trọng khô lớn nhất.
Khối lượng lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời được xác định trong phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 8721: 2012 với giá trị d(max) = 19 kN/m² Do thiếu thí nghiệm cụ thể về khả năng chịu cắt của đất cát theo độ chặt, cường độ chịu cắt của đất cát đắp được xác định dựa trên tương quan độ đầm chặt do U.S Navy đề xuất năm 1983.
Hình 19 Tương quan góc ma sát trong, và độ chặt tương đối, Dr (Đề xuất bởi Bolton,
1986, Schemertman, 1978 và U.S Navy, 1983) Độ chặt tương đối, Dr được xác định từ công thức liên hệ:
Dung trọng khô nhỏ nhất,d(min)= 14 kN/m 2 được xác định khối lượng lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm, TCVN 8721: 2012
Quá trình tính toán độ chặt tương đối Dr và góc ma sát trong, của đất cát được thể hiện trong bảng dưới
Bảng 8 Tính toán góc ma sát trong của cát theo độ chặt tương đối, Dr
Trường hợp Độ chặt tương đương, Dr, % Độ chặt, Rc Trạng thái (độ)
Modun đàn hồi của cát được xác định theo các công thức tương quan đề xuất bởi (Janbu,
1963 và Von Soos, 1990): ref y ref p p
’y= ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp cát
Hệ số nở hông (hệ số Possion, ) được xác định theo công thức tương quan đề xuất bởi Trautmann và cộng sự, 1987:
Góc trương nở, ký hiệu , của đất cát được xác định dựa trên công thức tương quan do Bolton (1986) và De Josselin de Jong (1976) đề xuất Công thức này được áp dụng trong điều kiện biến dạng phẳng, phù hợp với các tính toán mô phỏng trong Plaxis 2D.
Với crit = góc ma sát trong lớp cát rất xốp, không tạo trương nở trong quá trình cắt trực tiếp, giả thiết crit27 0
3.3.1 Tương quan độ lún tổng cộng theo độ chặt đất đắp
Kết quả tính toán độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm sử dụng cho thấy độ lún tăng khi bề dày và độ chặt của đất đắp gia tăng Độ lún nền công trình bao gồm độ lún của đất đắp và nền đất tự nhiên (đất bùn sét) dưới lớp cát đắp Việc gia tăng độ chặt của đất cát đắp làm tăng cường độ, từ đó giảm độ lún tức thời của lớp cát Tuy nhiên, độ chặt cao hơn cũng làm tăng dung trọng và tải trọng lớp đất đắp, dẫn đến tăng độ lún cố kết của lớp bùn sét bên dưới Do độ lún của đất cát đắp nhỏ hơn so với lớp bùn sét, việc tăng độ chặt của đất cát đắp sẽ làm tăng tổng độ lún của công trình, mặc dù mức tăng này không lớn Khi độ chặt Rc tăng từ 0.76 đến 0.98, độ lún tăng từ 3cm đến 5cm tùy thuộc vào bề dày đất cát đắp, với sự gia tăng lớn hơn ở các công trình có chiều cao lớp cát lớn.
Sau 2 năm sử dụng, hình 20 cho thấy sự tương quan giữa độ lún tổng cộng của công trình và tải trọng 24kPa, dựa trên các bề dày và độ chặt khác nhau của lớp đất đắp.
3.3.2 Tương quan độ lún trong quá trình sử dụng theo độ chặt đất đắp
Phân tích độ lún của công trình trong quá trình 2 năm sử dụng với tải trọng công trình q
Độ lún của công trình được ghi nhận là 24kPa, cho thấy sự thay đổi từ 8.1cm đến 9.4cm khi bề dày lớp cát đắp tăng từ 2m đến 4.5m Mặc dù xu hướng thay đổi độ lún trong quá trình sử dụng không rõ ràng, độ lún tổng thể chỉ thay đổi nhỏ hơn 0.5cm khi chuyển từ cát xốp sang cát rất chặt.
Mặc dù tải trọng công trình là 24 kPa, độ lún sau 2 năm sử dụng đều vượt quá 8cm, bất kể độ chặt và bề dày lớp cát đắp từ 2m đến 4.5m Điều này cho thấy điều kiện địa chất khảo sát không cho phép xây dựng công trình với tải trọng 24 kPa theo tiêu chuẩn độ lún.
2,00 2,500 3,00 3,500 4,00 4,500 5,00 Độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm sử dụng, cm
Bề dày lớp đất đắp (m)
Hình 21 Tương quan độ lún công trình trong 2 năm sử dụng theo độ chặt, Rc và bề dày đất đắp với tải trọng công trình, q = 24 kPa
3.3.3 Đánh giá độ lún trong giai đoạn thi công và sử dụng công trình theo độ chặt lớp đất đắp
Khảo sát tỷ lệ độ lún công trình trong các giai đoạn thi công và sử dụng cho thấy rằng tỷ lệ này không thay đổi nhiều dù có sự khác biệt về độ chặt của đất cát đắp Cụ thể, với cùng một bề dày lớp cát đắp, tỷ lệ thay đổi chỉ khoảng 5% khi độ chặt cát thay đổi từ loại xốp (Rc = 0.76) đến rất chặt (Rc = 0.98) sau 2 năm sử dụng.
2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Độ lún công trình trong 2 năm sử dụng , cm
Tỷ lệ phần trăm độ lún của công trình trong giai đoạn thi công và giai đoạn sử dụng được so sánh với tổng độ lún sau 2 năm sử dụng, dựa trên độ chặt Rc và bề dày đất đắp với áp lực q = 24 kPa.
Tỷ lệ phần trăm độ lún công trình so vơi tổng độ lún (mm)
Bề dày lớp đất đắp (m)
