Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đinh đất trong gia cố ổn định hố móng đào sâu

Chia sẻ: Nhan Chiến Thiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đinh đất trong gia cố ổn định hố móng đào sâu" giới thiệu phương pháp nguyên lý làm việc cơ bản của hệ tưởng - đinh đất, và hiệu quả của công nghệ đối với ổn định của hố móng sâu. Thông qua phần mềm FLAC3D, kết quả mô phỏng cho thấy, biến dạng ngang lớn nhất của hố móng trước khi gia cố là 6,2mm và sau khi gia cố là 1,98mm ở cao trình -6,5m, chuyển vị ngang lớn nhất của hố móng là khoảng 4cm. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đinh đất trong gia cố ổn định hố móng đào sâu

190 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐINH ĐẤT TRONG GIA CỐ ỔN ĐỊNH HỐ MÓNG ĐÀO SÂU Hoàng Đình Phúc1,3,*, Vũ Minh Ngạn1, Phạm Đức Thọ1, Chu Việt Thức2 1 r n Đại học Mỏ - Địa chất; 2 r n Đại học Đ ện lực 3 Nhóm nhiên c u mạn Địa kỹ thuật, vật liệu và phát triển bền vững - r n Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt Việc tính toán ổn ịnh cho hố móng sâu củ n tr n òi hỏi nhi u giải pháp tích h p, tron v ệc ổn ịnh mái dốc hố móng sâu có thể xem là quan trọng nhất. Công nghệ n ất/so l n l n n ư c nhi u nhà khoa học ứng dụng tại Việt Nam. Bài báo này gi i thiệu p ư n p p n uy n lý l m v ệ ản của hệ tường - n ất, và hiệu quả của công nghệ ối v i ổn ịnh của hố móng sâu. Thông qua phần m m FLAC3D, k t quả mô phỏng cho thấy, bi n dạng ngang l n nhất của hố m n trư c khi gia cố là 6,2mm và sau khi gia cố là 1,98mm ở cao trình -6,5m, chuyển vị ngang l n nhất của hố móng là khoảng 4cm. Từ khóa: Hố món s u, n ất, Flac3d. 1. Đặt vấn đề V i sự phát triển của khoa học và kỹ thu t tron lĩn vực xây dựn , ã n u công nghệ n ể gia cố và ổn ịnh mái dố n tr n ã ư c nghiên cứu và áp dụng, mang lại hiệu quả cao trong thực t . Những công nghệ trong gia cố ổn ịnh mái dố n ư ọc c , tường ch n, bản ch n ã ư c ứng dụng nhi u trong quá trình xây dựng các công trình hạ tần t ị bởi nhữn tín ưu v ệt củ n n ư ễ thi công, giá thành v a phải trong phạm vi mái dố cao t 4 - 9m (Wang Wei, 2005). Công nghệ tường - n ất (So l n l n w ll) tuy ã ư c nghiên cứu t ầu th p niên 60 của th kỷ 20 ở âu Âu v ư c sử dụng r ng rãi ở nư c Pháp, ức, Mỹ và nhi u nư c châu Á như N t Bản, Malaysia và Trung Quố n ưn vẫn òn tư n ối m i tại Việt N m ( ồng Kim Hạnh, 2015). Công nghệ tường - n ất chủ y u ư c áp dụng trong quá trình thi công nhằm gia cố ổn ịnh của hố m n o sâu tron u kiện thi công hạn ch v u kiện ịa chất công trình phức tạp ể ư c ứng dụng công nghệ tường - n ất r ng rãi tại Việt Nam, ngoài việc xây dựn sở lý thuy t, sở thực nghiệm, quy tình tính toán, quy trình thi t k , thi công và mứ ổn ịnh củ làm việc của công nghệ này so v i các công nghệ truy n thống khác thì việ n tín ổn ịnh của mái dốc cần phải xem xét t i cả những y u tố v mặt kỹ thu t và kinh t . Việ n tín ổn ịnh của mái dố ư c gia cố bởi công nghệ tường - n ất thông qua mô hình tính toán v t lý ư c áp dụng tại các công trình thực t , tính toán tính ổn ịnh của mái dố trư v s u k ư c gia cố. 2. Công nghệ tường - đinh đất 2.1. Nguyên lý làm việc công nghệ tường - đinh đất Do n ất ườn chịu kéo, chịu c t rất cao và có cứng chịu uốn l n nên khi khối ất ở trạng thái d o thì ứng suất chuyển dần s n o n ất, khi khố ất bi n dạng thì hệ n * Ngày nhận bài: 20/02/2022; Ngày phản biện: 23/3/2022; Ngày chấp nhận n : 2/4/2022 *Tác giả liên hệ: Email: hoangdinhphuc@gmail.com
. 191 ất này sẽ có sự phân chia diện chịu tải tạo nên hệ gia cố và giữ ổn ịnh cho khố ất. Khi hố m n n ư o sâu ẫn n tải trọn tăn n m t mứ n o , k nứt trên b mặt vách hố móng và ở bên trong khố ất ã p t tr ển t i m t r ng nhất ịn , k ứng suất ở chân vách hố là l n nhất, l n y ân n nằm tron v n ất ổn ịn (n o v n trư t) vẫn có thể còn chịu m t lực chịu kéo khá l n. T ân n t n qu t ụng truy n dẫn ứng suất củ m n ã truy n dẫn m t phần ứng suất t v n trư t vào trong khố ất ổn ịnh ở p í s u, ồng thời phân tán ra trong m t phạm v ất n n l n n, ạ thấp mứ t p trung ứng suất và tạo ổn ịnh cho cả khố ất sau hố móng thông qua hệ tường của hố m n Tường bê tông này có tác dụng gò chặt bi n dạng của mặt vách, lực gò chặt này quy t ịnh bởi ma sát giữa b mặt n ất v ất, khi vùng mặt trư t của khố ất phức h p mở r ng ra và li n thành mảng thì lực chống ma sát chủ y u n l khối ất phức h p ổn ịnh ở phía sau củ v n trư t. Hình 1. Công nghệ đinh đất trong gia cố hố móng sâu (Đồng Kim Hạnh, 2015) 2.2. Cấu tạo và vật liệu chế tạo đinh đất 2.2.1. Cấu tạo và bố trí n ất trong hố móng N ư t ã t, ườn chống c t củ ất rất thấp, hầu n ư k n ườn chịu kéo, do v y, việc bố trí l p ặt m t số n n o k ả năn tăn ổn ịnh của hố móng. V i những n ất có chi u dài nhất ịn v ư t n tư n ối dày vào trong khố ất ể cùng làm việc v v ất ã n t n m t thể phức h p có thể p ư c sự thi u hụt v ườn củ ất ồng thời phát huy tác dụng củ n n o Sử dụn n ất k t h p l p tường bê tông (b mặt tườn n ) sẽ hình thành hệ tường - n ất phức h p, không nhữn nân o ư cứng tổng thể của khố ất mà còn có thể p sự thi u hụt v sức chịu kéo, chịu c t củ ất. T n qu t ng qua lại, khả năn l m tăn lự ườn k t cấu tự thân của khố ất ư c phát huy mạnh mẽ, t y ổi trạng thái bi n dạng và phá huỷ của bờ thành, nâng cao rõ rệt tính ổn ịnh tổng thể (Hình 2). Hình 2. Bố trí đinh đất trong hố móng Hình 3. Cấu tạo chi tiết đinh đất
192 2.2.2. Vật liệu chế tạo n ất a Đ n neo v c c p ụ kiện của n neo n n ov p ụ kiện của neo là b ph n truy n ứng suất qua lõi neo lên giằng ngang bê tông cốt thép hoặc ụ neo trên mái taluy giữ khố trư t ổn ịnh. V ản bao gồm lõi cốt thép và ống tạo liên k t ịnh tâm. - Lõi thép làm lõi củ n ất, lõi có dạng xo n u, thẳng liên tục và không có mối hàn và m t n , ư qu sử dụn ể bảo vệ chốn ăn mòn, tất cả t n lõ t p n y ư c mạ kẽm hoặc phủ l p bảo vệ chốn ăn mòn oạn ầu t n lõ t p t ườn ể m p tường 150mm ể thu n tiện cho việc b t bu long tấm ch n b mặt (bản mã). - Ống tạo liên k t ịn tâm ư c ch tạo t ống nhựa PVC ường kính 40mm khía rãnh ư c g n chặt v o t n lõ t p ể ịnh vị thanh lõi thép, cách lõi thép khoảng 20-25mm ảm bảo ủ r n ể vữa chảy ư c tự do trong lỗ khoan. b) Cốt liệu cho vữa và bê tông - Cốt liệu mịn dùng cho bê tông phun phải là cát sạch, không chứa hạt mịn t 0,1mm trở xuống. Cốt liệu thô phả ường kính tố t 13mm trở xuống và phân bố kí t ư c hạn nằm trong chỉ ịnh. - X măn ư c sử dụn t ường là loạ x măn PC30 oặc PC40 v i các chỉ t u lý v tạp chất trong gi i hạn cho phép theo tiêu chuẩn TCVN 2682:2009 X măn Poo lăn - Yêu cầu kỹ thu t hoặ TCVN 6260:2009 X măn Poo lăn ỗn h p - Yêu cầu kỹ thu t. - Nư n ể nhào tr n và bảo ưỡng dùng trong thi công bê tông phun phải phù h p tiêu chuẩn TCVN 4506:2012 Nư c cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thu t K n ư n nư c biển, nư c l ể tr n vữ x măn ối v nư c sông có nhi u phù sa cần phải thí nghiệm ể kiểm tra khả năn n ể tr n vữ x măn Cần có biện pháp l ng lọ ể giảm b t lư ng phù sa lẫn tron nư c. - Phụ gia: Công tác phun bê tông bằng khí nén và nhu cầu phả ạt ư c sự dính bám vào b mặt ư t v s u ổn ịnh tại chỗ trên các b mặt ứng và dố ò ỏi cần phải có phụ gia thúc ẩy ninh k t ể tránh tạo vũn n ão v n võn L p bê tông càng dày, thời gian ninh k t càng phải ng n. c) Vữa và bê tông phun - Vữa: là loại vữ k n o n t v t ường bao gồm nư , x măn v ỗn h p chất lỏng có các thành phần bù co ngót (chất giãn nở). Cát, phụ gia và chất n k o n ũn t ể ư c sử dụng theo tiêu chuẩn ASTM của Mỹ t ườn chịu nén của vữa sau 3 ngày tối thiểu ạt 10.5 MPa và sau 28 ngày tối thiểu ạt 21MPa. - Bê tông phun có thể là dòng chảy liên tục của hỗn h p bê tông ở tố cao phụt vuông góc lên b mặt ti p xúc v i mặt ất bằng các thi t bị phun dạng khí nén hỗn h p khô hoặ p un ư t. V i b mặt phụ bê tông phả ư c làm sạ v ất phả ẩm phù h p v i bê tông phun. 2.3. Cơ sở tính toán Tổng h p và phân tích những k t quả của các nhà khoa họ trư , r l , 1989 ã xuất r p ư n p p p ân tí ân ằng gi i hạn bên trong củ n ất ể tính toán ổn ịnh mái dốc. Ôn ư r ả ịnh là: (1) Mặt trư t theo hình xo n ốc tại chân tường thỏ mãn u kiện r = kθ; (2) n ất chịu tác dụng của lực c t và lực kéo; (3) Khố ất phá hủy theo mô hình Morh Coulom; (4) Không tính t i lực dính giữa các dả ất (các dả ất ư c phân chia bởi các hệ n ất); Tác dụng củ nư ư ất l k n n kể.
. 193 Mô hình tính toán của Bridle t p trung tính toán t u kiện mặt trư t, tác dụng của hệ n ất ể thi t l p p ư n tr n ân ằn m m n xun qu n ân tườn ể x ịnh lực dọc trục và lực c t củ n ất. Hình 4. Mô hình tính toán của Bridle, R.J ể tín to n, r l n p ư n p p k ố trư t thành t ng rải dấy, phân tích cân bằng gi i hạn của t ng rả ất ể t m ư c mặt trư t v i hệ số an toàn nhỏ nhất khi mái dốc mất ổn ịnh theo công thức: ∑ ∑ K= ∑ (1) Tron : ci - lực dính trên mặt trư t của dả ất thứ i (kPa). Li - dài cung của dả ất thứ i (m). Wi - trọn lư ng bản thân của dả ất thứ i (kN/m). i- góc kẹp giữa ti p tuy n tạ ểm giữ ường cung dả ất thứ i v ường nằm ngang. - góc ma sát trong trên mặt trư t của dả ất thứ i. ể tính toán chi ti t áp lực của khố ất tác dụn l n n ất ta tính theo công thức 2: = [ (q +ɤ. ) - 2c√ ]. . (3.2.2) (2) Tron : - áp lự ất m n ất thứ i phải chịu (kN). q - tải trọng trên bờ (kN/m2). ɤ - trọn lư ng thể tích củ ất (kN/m3). Hi - chi u dày của tần n t ứ i (m). = tan2(45°- /2) - hệ số của tầng thứ i; và - khoảng cách theo chi u n n v u ứng (tức hình chi u l n 2 ư ng x, y) củ n ất (m); c - lực dính k t củ ất (kPa). 2.4. Xây dựng mô hình số nghiệm chứng Khi thi t k ổn ịnh hố móng sâu, vấn cốt lõ l p ân tí ổn ịnh của thành hố móng trong qua tr n o ất. Hiện nay, tổng h p lạ , p ư n p p ân ằng gi i hạn (p ư n p p giả tí ) v p ư n p p m n số l p ư n p p ư c sử dụng phổ bi n ể phân tích ổn ịnh mái dốc của hố móng. Tuy nhiên, p ư n p p ả tí t ường phải tính toán phức tạp v i nhi u u kiện giả ịn n ư vị trí và hình dạng của mặt trư t, t x ịnh ư c hệ số an toàn tư n ứng của mái dố P ư n p p m n số tr n sở ồng thời xem xét mối quan hệ ứng suất - bi n dạng của bản thân khố ất ễ dàng tín r ư c hệ số an toàn Fs của mái dốc.
194 Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ lý của đất Chi u dày Ma sát v n STT Loạ ất γ (kN/m3) c (kPa) φ( ) (m) ất (kPa) 1 ất lấp 1,71 18,0 8,0 10,0 30 2 Sét d o m m 3,19 18,9 15,5 23,2 65 3 Bùn sét 1,60 18,6 21,3 18,3 55 4 Cát pha 3,22 18,5 0.0 28.0 70 5 Cát chặt v a 6,75 18.5 0.0 28.0 75 Chọn u kiện biên mà b mặt ư y ạn ch chuyển dị t o ư ng và ranh gi i bên trái và bên phải hạn ch chuyển dịch ngang, và thi t l p cấu trúc hố móng hình 3.2, các chỉ tiêu v t lý của khố ất v n ất ư c trình bày ở bảng 1, và bảng 2. Bảng 2. Tham số của đinh đất P ư n P ư n Góc c m ường kính lỗ Chi u dài Thanh neo Hàng ngang (m) ứng (m) n ất (o) khoan (mm) n (m) 1 1.500 1.500 15.0 100 7.500 Φ18 2 1.500 1.500 15.0 100 9.000 Φ18 3 1.500 1.400 15.0 100 12.000 Φ18 4 1.500 1.400 15.0 100 9.000 Φ18 ể ti n hành kiểm chứng bằn p ư n p p m p ỏng số, trong bài báo này nhóm tác giả ti n hành mô phỏng hố m n o sâu v kí t ư c mô phỏng (chi u dài, chi u r ng và chi u cao) là 35m, 3m, 21,5m (Hình 5). Trong bài báo, nhóm tác giả tính toán cho quá trình gia cố bằng 4 hệ n ất ể ổn ịnh thành hố móng, cụ thể: ư 1: o n sâu -1.5m, ti n hành mô phỏng số, ti p n phun phủ l p bê tông bên n o v t n n n ất số 1. ư 2: o n sâu -3.0m, ti n hành mô phỏng số, ti p n phun phủ l p bê tông bên n o v t n n n ất số 2. ư 3: o n sâu -4.5m, ti n hành mô phỏng số, ti p n phun phủ l p bê tông bên ngoài v t n n n ất số 3. ư 4: o n sâu -6.5m, ti n hành mô phỏng số, ti p n phun phủ l p bê tông bên n o v t n n n ất số 4. Hình 5. Phân bố địa tầng khối đất trước khi đào và các bước đào hố móng trong mô hình
. 195 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Ảnh hưởng của các bước đào đất tới chuyển vị ngang của hố móng (a) (b) (c) (d) Hình 6. Chuyển vị ngang của mái dốc sau khi đào bước N ư t ã t ấy, trên các hình 6a, 6b, 6c và 6d thể hiện ản ưởng củ qu tr n o k ố ất t i chuyển vị ngang của hố móng. Sau khi ti n n o ư c 1 xong (hình 6a) thì chuyển vị ngang l n nhất ạt 1.84mm; khi hố m n o n sâu 3m thì chuyển vị ngang l n nhất ạt 2.08mm ( n 6 ); o n sâu 4.5m là 5mm (hình 6c) và khi hố m n ot sâu -6.5m, chuyển vị ngang l n nhất ạt giá trị 6.2mm N ư v y ta có thể thấy rằng, chuyển vị ngang của hố m n tăn ần theo chi u sâu o ủa hố m n , u này chứng tỏ rằng trong n i tại bản thân khố ất sau hố móng b t ầu xuất hiện những hiện tư ng bi n dạng mất ổn ịnh, n o xuốn sâu t ổn ịnh càng kém. Do v y, việc ti n hành xử lý gia cố ổn ịnh mái dốc cần ư c ti n n n y s u k o t n ư c. 3.2. Chuyển vị đứng (độ lún) của hố móng trước khi gia cố bằng đinh đất (a) (b) Hình 7. Chuyển vị đứng của hố móng sau các bước đào
196 N ư tr n hình 7 ta thấy ư c chuyển vị thẳn ứng (lún) của hố móng sau t n ư o Có thể thấy, v i việ o ố móng càng xuống sâu (t ư c 2 - hình 7b) ta sẽ thấy hiện tư ng ẩy trồi xuất hiện tạ y ố móng phần ti p giáp giữ y m n v p ần tườn ã ư c gia cố. Việc này dễ hiểu k n o xuống sâu, ứng suất của khố ất trên thành hố o ã truy n xuốn ư y m n (v t n ố o ã ư c gia cố vững ch c), do v y, ngoài việc tính toán ổn ịnh cho thành hố m n t t ũn p ải ti n hành gia cố y ố m n ể tránh xảy ra hiện tư n ẩy trồi này. Phần ất bị ẩy trồi lên có hình dạng giốn n ư m t chi “t ” ( n 8 v hình 8b) lún tố l k oảng 4cm. (a) (b) Hình 8. Biến dạng đẩy trồi của đáy hố móng 3.3. Chuyển vị ngang của hố móng sau khi gia cố bằng đinh đất Hình 9 thể hiện sự phân bố lực dọc trục của hệ tường - n ất khi ta ti n hành gia cố sau mỗ ư o ố móng. Ta có thể thấy rằn , tron qu tr n o ố móng, lực dọc trục của hố móng sẽ tăn ần lên và lực dọc trục này l n nhất nằm tạ ân tường - n ủa hố móng. Do qu tr n o ố móng dẫn n bi n dạng của phần mái dố , ặc biệt là gần v i biên của hố móng. Do v y, áp lự ất t khố ất trên mái dốc tạo ra là l n nhất (hình 9a, 9b). Tuy nhiên, sau khi ti n hành gia cố hệ tường - n ất thứ 2 (b t ầu ti n n o ư c 3) thì ta thấy hàng n ất thứ nhất sẽ chịu lực kéo tại vị trí 2 ầu củ n , l n y tạ n n ất thứ 2 thì phía trên củ n n ất thứ 2 sẽ chịu áp lực nén và phía ư i củ n n ất thứ 2 sẽ chịu áp lự k o ( o sâu o ố m n ã t ầu l n gây nên áp lực t khố ất sau hố móng có xu th trư t xuống), áp lự n y ạt giá trị l n nhất tại chân của hố móng. K t quả cho thấy, trư c khi gia cố bằn n ất (t n n t ứ 3) thì bi n dạng ngang của hố móng là 5mm, sau khi gia cố thì bi n dạng ngang còn là 1.51mm. V n n t ứ 4 thì trư c khi gia cố thì bi n dạng ngang của hố móng là 6.2mm, sau khi gia cố là 1.98mm. (a) (b) Hình 8. Ảnh hưởng của hệ tường - đinh đất tới độ ổn định của thành hố móng
. 197 Hình 9d cho ta thấy, sau khi ti n hành gia cố xon n n ất thứ tư t l n y lực dọc trục củ 3 n n p í tr n sự t y ổi, có xu th lực dọc trục này chuyển thành lực kéo trư t khố ất sau hố móng. Tuy nhiên, lực dọc trụ n y tư n ối nhỏ, nguyên nhân là do hàng n t ứ tư n y nằm sát v y ố m n ( ã ư c gia cố cố ịnh) nên khả năn ây n n iện tư n trư t của mái dốc sau thành hố móng là rất nhỏ. 4. Kết luận Qua k t quả mô phỏng số ta thấy, ản ưởng củ qu tr n o ủ ư n ổn ịnh của hố móng là rõ rệt, ặc biệt l n o xuống sâu thì khả năn ây mất ổn ịnh cho hố móng càng l n. Việc sử dụng công nghệ tường - n ất ể gia cố mái dốc của hố m n ũn m lại ổn ịnh cho hố móng là rõ ràng, do có hệ tường bê tông liên k t v n n ất phía sau hố m n ã l m suy ảm triệt ể chuyển vị ngang của hố m n Trư c khi ti n hành gia cố bằng hệ tường - n ất thì bi n dạng ngang của hố m n l tư n ối l n (6,2mm ở ư o thứ tư) và sau khi ti n hành gia cố bằng hệ n ất thì bi n dạng ngang l n nhất của hố móng chỉ là 1,98mm u n y ã t ể hiện rõ hiệu quả của việc gia cố hố móng bằng hệ tường - n ất ã m lạ ổn ịnh cao. Tài liệu tham khảo Wang Wei, 2005. On the Application of Soil Nail Wall in Base Hollow Timbering. Journal of Xuzhaou Institute of Technology, vol 20,No 3,pp 34-38 ồng Kim Hạnh, 2015. Công nghệ Soil Nailing trong gia cố mái dốc công trình. Khoa học kỹ thuật Thủy l v Mô tr ng, số 48, tháng 3, pp 85-91. Yang Yu-wen, 2009. Applicability of computational methods for soil-nailing walls. Rock and Soil Mechanics. Vol 30, No 11, pp 3357-3364. Amit Prashant, 2010. Final Report: Soil nailing for stabilization of steep slopes near rail way tracks. Indian Institute of Technology Kanpur. Piyush Sharma, 2015. Theoretical analysis of soil nailing: Design, Performancs and Future aspects. International Journal ò Engineering Research and General Science, Vol 3, No 6, pp 644-653. Ravindra Budania et, 2016. Soil Nailing for Slope Stabilization: An Overview. International Journal of Engineering Science and Computing, Vol 6, No 12, pp 3877-3882.