Ứng dụng phần mềm Plaxis phân tích xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không kết hợp bấc thấm và đắp gia tải tại quận 2 thành phố Hồ Chí Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Ứng dụng phần mềm Plaxis phân tích xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không kết hợp bấc thấm và đắp gia tải tại quận 2 thành phố Hồ Chí Minh trình bày sự phù hợp của mô hình 3D và 2D; Ảnh hưởng của cách thức mô phỏng tải hút chân không.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng phần mềm Plaxis phân tích xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không kết hợp bấc thấm và đắp gia tải tại quận 2 thành phố Hồ Chí Minh

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS PHÂN TÍCH XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM VÀ ĐẮP GIA TẢI TẠI QUẬN 2- THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THANH TÂM* LÊ BÁ VINH** Analyzing treatement of soft soils by Vacuum preloading with prefabricated vertical drains using Plaxis program Abstract: The X construction located at District 2- Ho Chi Minh City is treated by VCM analyzed by Plaxis program. The paper presents 3D and 2D simulations and the defining vacuum preloading ways. The results of the analysis of the 3D model give similar results to the observed reality; the settlement deviation is less than 2.5%. The settlement deviation is more than 7% when analyzed by 2D model. The vacuum load is defined by the Drain element reflects the horizontal displacement, pore water pressure and settlement in accordance with actual construction. Keywords: Soil improvement, Vacuum consolidation, Plaxis. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * đánh giá phân tích bằng phần mềm plaxis với Phƣơng pháp bấc thấm hút chân không có kết các vấn đề sau: hợp đắp gia tải hoặc không (VCM) là một trong - Sự phù hợp của mô hình 3D và 2D. những giải pháp xử lý nền đất yếu đƣợc áp dụng - Ảnh hƣởng của cách thức mô phỏng tải hút phổ biến ở Việt Nam và trên Thế giới. Hiện tại, chân không. ở Việt Nam đang sử dụng lời giải giải tích cố 2. GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH kết một chiều để tính toán thiết kế xử lý nền là 2.1. Vị trí và quy mô dự án chủ yếu. Với phƣơng pháp tính này thì không Khu vực xử lý là một đoạn đƣờng dài phân tích đƣợc sự chuyển vị ngang, sự thay đổi 186,5m và rộng 43,5m thuộc dự án X tại Quận áp lực nƣớc lỗ rỗng của nền và không xét đến 2-TP Hồ Chí Minh (Hình 1). Nhằm đảm bảo sự thay đổi hệ số thấm của nền đất trong quá điều kiện ổn định và lún, biện pháp bấc thấm trình cố kết. Vì vậy việc nghiên cứu phƣơng hút chân không kết hợp đắp gia tải bổ sung đƣợc pháp phần tử hữu hạn, cụ thể là phần mềm thực hiện. Bấc thấm đƣợc bố trí theo lƣới tam Plaxis, để tính toán xử lý nền nói chung và xử giác cách nhau 1,3m và đƣợc cắm cách đáy lớp lý nền bằng hút chân không nói riêng ở Việt bùn sét 1,5m. Chiều sâu xử lý khoảng 10m. Nam là cần thiết. Một công trình cụ thể đã đƣợc xử lý bằng VCM tại Quận 2-Thành phố Hồ Chí Minh đƣợc * Công ty Tư vấn Đầu tư và Xây dựng quốc tế 32-34 Đường 13, P. An Phú, Tp. Thủ Đức, TP. HCM DĐ: 0945.595.130 Email: 1770130@hcmut.edu.vn ** Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, Tp. HCM DĐ: 0913.713.704 Email: lebavinh@yahoo.com Hình 1: Vị trí đoạn đường xử lý 40 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Áp lực hút chân không đƣợc đo ngay bên dƣới lớp màn kín khí và ở mũi bấc thấm. Các giá trị áp lực hút tăng ở 30 ngày đầu. Tuy nhiên, có sự giảm áp từ ngày 30 đến ngày 45 do màng kín khí bị thủng, nhƣng sau đó đƣợc xử lý và ổn định ở áp lực hút 92kPa tại đỉnh bấc cho đến cuối thời điểm dừng hút chân không (Hình 2). Hình 3: Biểu đồ cao độ đắp gia tải 2.2. Thông số địa chất Thông số đất nền nhập vào mô hình đƣợc trình bày nhƣ Hình 4 và Bảng 1: Hình 2: Biểu đồ quan trắc áp lực hút chân không Đắp gia tải bổ sung đƣợc tiến hành đắp theo từng lớp từ 30cm đến 50cm, mỗi đợt gia tải khoảng 70cm (Hình 3). Hình 4: Bình đồ quan trắc và mặt cắt địa chất Bảng 1: Số liệu quan trắc áp lực hút và đắp gia tải bổ sung Áp lực hút trong bấc MẶT CẮT 1-1 thấm (kPa) Thời Số Cao Chiều gian lƣu Ghi chú ngày độ dày tải(ngày) hút Tại Tại đất lớp đất chân đỉnh mũ i đắp đắp gia không (m) tăng (m) (ngày) 0 2,440 1,9 5 60 35 Vận hành bơm hút chân không 5 2,329 0 13 80 56 18 2,960 0,70 8 92 60 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 41
26 2,680 0,00 17 86 53 Bị rò rỉ màng kín khí 43 3,400 0,72 24 92 59 Xử lý màng kín khí+Bơm cát 67 2,619 -0,58 14 92 59 Dỡ tải do lớp cát không đạt yêu cầu 81 3,392 0,73 11 92 59 92 3,715 0,48 13 92 59 105 3,760 0,00 32 - - Dừng hút chân không 137 3,700 -0,2 50 - - Dỡ tải về cao độ thiết kế 168 3,500 - - - - Bảng 2: Thông số đất nền TÊN LỚP ĐẤT SAN LẤP LỚP 1A LỚP 1B 2 3 Hardening Hardening Hardening Hardening Mô hình vật liệu Hardening Soil Soil Soil Soil Soil Chiều dày m 4,50 5,50 7,00 23,00 Cao độ đỉnh m 0,50 -4,00 -9,50 -16,50 lớp đất Cao độ đáy m -4,0 -9,5 -16,5 -39,5 lớp đất e 1 2,677 2,204 0,683 0,680 unsat (kN/m ) 3 18,000 14,300 15,000 19,900 19,800 sat (kN/m3) 18,000 14,300 15,000 19,900 19,800 E'50ref (kN/m2) 10000 16000 E'oedref (kN/m2) 10000 16000 Eurref (kN/m2) 30000 48000 m 0,5 0,5 PI 51 42,3 17,4 5,9 Cc 0,990 0,794 0,150 Cs 0,13 0,11 0,029 POP kPa 25 25 0 0 ν' 0,30 0,29 0,29 0,29 0,25 2 c' (Su) (kN/m ) 5 14,2 17,3 32,2 5,2 φ' ( o) 30 25 26,5 25,4 33,44 ψ ( o) 0 0 0 0 3,44 kx =ky (m/day) 1,00E+00 1,10E-04 7,00E-05 2,00E-05 1,00E+00 kz (m/day) 1,00E+00 5,50E-05 3,50E-05 1,00E-05 1,00E+00 kve (m/day) 8,02E-04 5,11E-04 khe (m/day) 2,22E-05 1,41E-05 ks (m/day) 5,50E-06 3,50E-06 Bảng 3: Thông số bấc thấm và kiếm cắm STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Bề dày bấc thấm A m 0,004 42 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
2 Bề rộng bấc thấm B m 0,1 3 Đƣờng kính tƣơng đƣơng của bấc thấm dw m 0,066 4 Bề dày kiếm cấm W m 0,06 5 Bề rộng kiếm cấm L m 0,12 6 Đƣờng kính tƣơng đƣơng của kiếm cấm dm m 0,096 3. SỰ PHÙ HỢP CỦA MÔ HÌNH 3D VÀ thay thế bởi vùng nền tƣơng đƣơng có hệ số 2D TRONG PHÂN TÍCH VCM thấm đứng tƣơng đƣơng (kve). Áp lực hút chân 3.1. Phƣơng thức thực hiện không đƣợc khai báo bằng một mặt phẳng thấm Các mô hình đƣợc thực hiện đánh giá bằng ngay tại cao độ đỉnh bấc thấm (Hình 6). phần mềm Plaxis. 3 mô hình 3D và 2 mô hình 2D đƣợc khai báo theo các cách thức khác nhau, tỉ số giữa hệ số thấm ngang của đất tự nhiên (kh) với hệ số thấm của vùng xáo trộn (ks), kh/ks=10. Mô hình 3D.A: Bấc thấm đƣợc khai báo bằng phần tử Drain với áp lực hút thay đổi theo chiều sâu, vùng xáo trộn và vùng nền xử lý Hình 6: Mô hình 3D.B đƣợc qui đổi thành vùng nền tƣơng đƣơng, có hệ số thấm ngang tƣơng đƣơng khe (Hình 5). Giá trị kev đƣợc xác định theo công thức do Chai và cộng sự (2001) [2] đƣa ra nhƣ sau:  2,26l 2 kh  kve  1   kv  Fde kv kv  Trong đó:  d   k   d  3 2 L2 kh F  ln  e    h  ln  s     d w   ks   d w  4 3qw kh – Là hệ số thấm ngang của đất tự nhiên (không bị xáo trộn) Hình 5: Mô hình 3D.A kv – Là hệ số thấm đứng của đất tự nhiên. ks – Là hệ số thấm của vùng đất bị xáo trộn. Giá trị khe đƣợc xác định theo công thức do l; L– Là chiều dài đƣờng thoát nƣớc Lin và cộng sự (2000) [1] đƣa ra nhƣ sau: qw – Là lƣu lƣợng thấm. r  de – Là đƣờng kính vùng ảnh hƣởng. kh ln  e  ds – Là đƣờng kính vùng xáo trộn. khe   r  Mô hình 3D.C: Bấc thấm đƣợc khai báo bằng r  k   r  ln  e    h  ln  s  phần tử Drain với áp lực hút thay đổi theo chiều  rs   ks   r  sâu (Hình 7), vùng xáo trộn có kích thƣớc Trong đó: 0,22x0,22 (m²) đƣợc khai báo bao quanh bấc re – Là bán kính vùng ảnh hƣởng. thấm, có hệ số thấm ks [3] (Hình 8). rw – Là bán kính tƣơng đƣơng của giếng thấm. rs – Là bán kính vùng xáo trộn. kh – Là hệ số thấm ngang của đất tự nhiên (không bị xáo trộn). ks – Là hệ số thấm ngang của vùng đất bị xáo trộn. Mô hình 3D.B: Vùng xử lý đƣợc khai báo ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 43
Hình 7: Mô hình 3D.C nền đất yếu đã lún -11,7cm bởi tải trọng san lấp. Vì thế, để tƣơng đồng với kết quả lún từ hồ sơ quan trắc. Các độ lún theo thời gian tại thời điểm 0 sẽ bắt đầu tại độ lún -11,7cm. Kết quả độ lún theo thời gian tại tim đƣờng của mô hình 3D.A là tƣơng đồng với độ lún quan trắc ở các độ sâu (Hình 11). Các mô hình khác cho thấy sự sai khác độ lún so với số liệu quan trắc khá lớn (Hình Hình 8: Kích thước vùng xáo trộn 12;13;14;15). Sự sai khác đƣợc trình bày cụ trong mô hình 3D.C thể ở Bảng 3.1. Mô hình 2D.A: Vùng đất xử lý đƣợc khai báo thay thế bởi vùng nền tƣơng đƣơng có hệ số thấm đứng tƣơng đƣơng kev, áp lực hút chân không đƣợc khai báo bằng một mặt phẳng biên thấm ngay tại đỉnh bấc thấm (Hình 9). Hình 9: Mô hình 2D.A Hình 11: Kết quả lún của MH 3D.A Mô hình 2D.B: Hệ số thấm ngang phẳng của đất tự nhiên (kh,ps) và hệ số thấm ngang phẳng của vùng xáo trộn (ks,ps) xác định theo công thức của B.Indraratna và cộng sự (2004) [4]. Bấc thấm đƣợc khai báo bằng phần tử Drain, có khoảng cách S = 1,3m và vùng xáo trộn có bề rộng 2xb s=ds = 0,25m bao quanh (Hình 10). Hình 12: Kết quả lún của MH 3D.B Hình 10: Mô hình 2D.B 3.2. Kết quả tính toán Trƣớc khi tiến hành bơm hút chân không, 44 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
Hình 13: Kết quả lún của MH 3D.C Hình 15: Kết quả lún của MH 2D.B Hình 14: Kết quả lún của MH 2D.A Bảng 4: Chênh lệch độ lún giữa các mô hình với số liệu quan trắc Cao Độ Quan Trắc Tên Mô Hình STT (m) 3D.A 3D.B 3D.C 2D.A 2D.B 1 +2,02 1,70% 7,50% 45,47% 7,02% 27,68% 2 -0,7 0,69% 13,41% 57,19% 20,35% 40,68% 3 -3,8 2,21% 52,46% 35,14% 67,26% 31,99% Áp lực nƣớc lỗ rỗng của các mô hình 3D.A; 3D.C và 2D.B tƣơng đồng với kết quả quan trắc tại giữa lớp đất xử lý (tại z=-4m). Tuy nhiên, áp lực nƣớc lỗ rỗng từ kết quả mô phỏng lớn hơn so với kết quả quan trắc tại điểm đầu (tại z=- 1m) và điểm cuối lớp đất xử lý (tại z=-7m) lần lƣợc là 26% và 47%. Có thể do sự biến đổi nhiều của áp lực lỗ rỗng tại điểm đầu bấc thấm và những lỗi thiết bị xảy ra trong quá trình quan trắc tại điểm cuối vùng xử lý (Hình 16). Hình 16: Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng mô hình 3D.A ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 45
ứng với hai phƣơng thức gán tải hút chân không khác nhau: Mô hình 3D.A.Drain: Lực hút chân không đƣợc khai báo bằng cách gán áp lực âm không đổi trong phần tử Drain. Mô hình 3D.A.QDT: Lực hút chân không đƣợc quy đổi thành tải trọng phân bố đều gán trực tiếp trên bề mặt xử lý. Mô hình chỉ gồm lớp địa chất 1A đƣợc giả định dày 25m và chiều sâu vùng xử lý là 10m đƣợc xem xét phân tích. Thời gian hút chân không đƣợc đánh giá ở Hình 17: Biểu đồ chuyển vị ngang các thời điểm từ 3 tháng đến 7 tháng (Nguyễn Kết quả chuyển vị ngang của biên vùng xử lý Chiến et al., 2011) [5] và các cấp áp lực hút phổ của các mô hình có hƣớng chuyển vị tƣơng biến đƣợc áp dụng là: 60kPa, 70kPa, 80kPa, và đồng với kết quả quan trắc, nhƣng có sự sai 90kPa đƣợc phân tích. khác về giá trị: Sự sai lệch của các mô hình 2D nhỏ hơn với quan trắc khoảng 30% và các mô 4.2. Kết quả tính toán hình 3D cho kết quả nhỏ hơn 50% so với quan Kết quả phân tích lún cho thấy độ lún mô trắc (Hình 17). hình 3D.A.Drain luôn nhỏ hơn mô hình 3.3. Nhận xét 3D.A.QDT ở cùng cấp áp lực hút (Hình 18). Các kết quả phân tích lún cho thấy mô Tỉ số độ lún giữa mô hình 3D.A.Drain và hình 3D.A có độ chênh lệch lún ở tất cả độ 3D.A.QDT giao động từ 0.35 đến 0.56 sâu nhỏ hơn 2.5%. Chênh lêch độ lún của (Bảng 6). các mô hình 3D và 2D còn lại ở các độ sâu từ 7% đến dƣới 70%. Các mô hình 2D và 3D, với áp lực hút đƣợc khai báo bằng phần tử Drain thì cho thấy áp lực nƣớc lỗ rỗng khá tƣơng đồng so với kết quả quan trắc tại vị trí giữa lớp đất. Hƣớng chuyển vị ngang của vùng nền từ kết quả mô phỏng phản ánh đƣợc kết quả thực tế thi công. Tuy nhiên, các giá trị nhận đƣợc từ mô phỏng cho thấy sự sai khác khá lớn từ 30% đến 50%. Hình 18: Biểu đồ lún theo thời gian của các mô hình Từ các kết quả mô phỏng cho thấy mô hình 3D.A phản ánh đúng kết quả thực tế thi công nhất so với các mô hình còn lại. Bảng 5: Độ lún và tỉ số độ lún giữa mô hình 4. ẢNH HƢỞNG CỦA PHƢƠNG PHÁP 3D.A.Drain/3D.A.QDT theo thời gian ở ÁP TẢI TRỌNG HÚT CHÂN KHÔNG áp lực hút 60kPa 4.1. Phƣơng thức thực hiện Mô hình Plaxis 3D.A ở mục 3 đƣợc sử Thời gian Tên Mô Hình STT dụng đánh giá. 2 mô hình 3D đƣợc khai báo (Ngày) Drain60 QDT60 Tỉ số 46 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021
1 90 -15,99 -39,05 0,41 dụng phần mềm Plaxis để phân tích cố kết hút 2 120 -21,10 -44,85 0,47 chân không. 3 150 -25,37 -49,67 0,51 Mô hình Plaxis 3D: Bấc thấm đƣợc khai báo 4 180 -29,05 -53,88 0,54 bằng phần tử Drain với áp lực hút thay đổi theo 5 210 -32,28 -57,60 0,56 chiều sâu, vùng xáo trộn và nền xử lý đƣợc qui Khi tải hút chân không đƣợc khai báo và đổi thành vùng nền tƣơng đƣơng, có hệ số thấm phân tích cố kết bởi phần tử Drain, các phân tố ngang tƣơng đƣơng khe và tỉ số kh/ks = 10 thì đất có xu hƣớng co lại, cố kết theo phƣơng phản ánh đúng độ lún của vùng đất yếu tại Quận ngang vào phía bên trong vùng xử lý, làm giảm 2-Thành phố Hồ Chí Minh. độ lún theo phƣơng đứng (Hình 19a). Trong khi Khi tải hút chân không đƣợc tính toán quy đó, khi tải hút chân không đƣợc quy đổi thành đổi thành tải phân bố đều trên bề mặt thì độ lún tải phân đó trên bề mặt đã làm cho các phân tố sau khi phân tích nên đƣợc điều chỉnh với hệ số đất trƣợt và phình trồi ra phía ngoài vùng xử lý triết giảm từ 0,35 đến 0,52. (Hình 19b), là nguyên nhân gây ra độ lún theo Lời cảm ơn: phƣơng đứng tăng lên so với thực tế và nguyên Chúng tôi xin cảm ơn Trường Đại học lý của giải pháp hút chân không cố kết nền. Bách Khoa, ĐHQG-TPHCM đã hỗ trợ thời gian, phương tiện và cơ sở vật chất cho nghiên cứu này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D.G. Lin, H.K.Kim, and A.S. a. 3D.A.Drain b. 3D.A.QDT Balasbramaniam, “Numerical modeling of prefabricated vertical drain”, Geotechnical Hình 19: Sự chuyển vị ngang của mô hình Engineering, vol. 31(2), 2000, pp. 109-125. [2] Chai, J.-C., Shen, S.-L., Miura, N., and 4.3. Nhận xét Bergado, D.T. (2001). “Simplified method of Khi lực hút đƣợc gán trực tiếp bằng cách modeling PVD-improved subsoil.” tạo áp lực âm trong phần tử Drain cho thấy độ Geotechnique, 127(11), 965-972. lún nhỏ hơn 0,35 đến 0,52 lần so với áp lực [3] C. Rujikiatkamjorn_ B. Indraratna, J. hút đƣợc quy đổi thành tải phân bố đều trên bề Chu, “2D and 3D Numerical Modeling of mặt xử lý. Chính vì thế, độ lún khi tính toán Combined Surcharge and Vacuum Preloading nhanh bằng phƣơng pháp quy đổi tải hút chân with Vertical Drains”, Faculty of Engineering- không cho nền đất ở Quận 2 -Thành phố Hồ Papers, 2008, 45 trang. Chí Minh cần điều chỉnh với hệ số triết giảm [4] B. Indraratna, C. Bamunawita, and H. từ 0,35 đến 0,52. Khabbaz. “Numerical modeling of vacuum Chuyển vị ngang của mô hình 3D.A.Drain preloading and field applications”, Canadian hƣớng vào phía trong nền xử lý phản ánh đúng Geotechnical Journal, Vol. 41, 2004, pp. thực tế của quá trình hút chân không. Trong khi 1098-1110. đó, mô hình 3D.A.QDT cho chuyển vị hƣớng ra [5] Nguyễn Chiến, Tô Hữu Đức, và Phạm ngoài vùng xử lý. Huy Dũng. Phương pháp Cố kết hút chân 5. KẾT LUẬN không Xử lý nền đất yếu trong xây dựng Qua các kết quả phân tích cho thấy có thể sử công trình. Nhà xuất bản xây dựng, 2011, ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021 47
100 trang. Người phản biện: TS. NGUYỄN VIỆT TUẤN 48 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 4 - 2021