NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG HỢP LÝ CỦA KHỐI NÊM ĐỂ LÀM … tao/2018/NCS_ Do The Quynh_Toan van... · NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG HỢP LÝ CỦA KHỐI NÊM ĐỂ LÀM MÓNG

- a - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

ĐỖ THẾ QUYNH

NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG HỢP LÝ CỦA KHỐI NÊM

ĐỂ LÀM MÓNG ĐÊ BIỂN NAM BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT (ghi ngành của học vị được công nhận)

Hà Nội - 2018

- b -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

ĐỖ THẾ QUYNH



Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 62 58 02 11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT (ghi ngành của học vị được công nhận)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. Nguyễn Vũ Việt

2. PGS. TS. Phùng Vĩnh An

Hà Nội – 2018

- i -

LỜI CAM ĐOAN

Luận án này do chính tôi thực hiện tại cơ sở đào tạo Viện Khoa học

Thủy lợi Việt Nam dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Vũ Việt và

PGS.TS. Phùng Vĩnh An. Kết quả nghiên cứu trong luận án là của riêng tôi và

chưa được công bố trong các tài liệu trước đây.

Tác giả

Đỗ Thế Quynh

- ii -

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cám ơn cơ sở đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi

để tác giả thực hiện luận án theo đúng quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo

và quy chế đào tạo của Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn là PGS.TS.

Nguyễn Vũ Việt, PGS.TS. Phùng Vĩnh An vì đã dành nhiều thời gian và trí

tuệ của mình để hướng dẫn tác giả hoàn thành luận án này.

Tác giả vô cùng biết ơn GS.TS. Nguyễn Quốc Dũng – Viện trưởng

Viện Thủy công đã đồng hành trong suốt thời gian tác giả làm luận án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Bá Thao và một số đồng nghiệp

trong Viện Thủy công đã luôn sát cánh, góp ý, trao đổi học thuật, động viên

và giúp đỡ tác giả rất nhiều trong thời gian làm thí nghiệm mô hình vật lý.

Tác giả xin chân thành cảm ơn rất nhiều đến GS.TS. Nguyễn Công

Mẫn đã chia sẻ bản quyền phần mềm Plaxis phục vụ nghiên cứu xác định

hình dạng hợp lý của khối nêm bằng mô hình số mà nếu không có nó tác giả

sẽ không thể hoàn thành luận án.

Tác giả xin dành tặng cha, mẹ, vợ, con và những người thân khác thành

quả này để ghi nhận sự động viên, chia sẻ, tạo mọi điều kiện của họ cho tác

giả trong nhiều năm qua.

Tác giả

Đỗ Thế Quynh

- iii -

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

a : chiều dài phần trụ tròn của Top-block;

a’ : hệ số phụ thuộc vào loại đất (xác định theo dụng cụ

Casagrande);

b : chiều dài mặt vát 450 phần nón cụt của Top-block;

b’ : hệ số phụ thuộc vào loại đất (xác định theo dụng cụ

Casagrande);

B : chiều rộng móng;

Bđ : chiều rộng đỉnh đê;

BĐKH : biến đổi khí hậu;

Bk : chiều rộng đáy móng;

B1 : ma trận liên hệ giữa chuyển vị nút và biến dạng;

1TB : ma trận nghịch đảo của ma trận B1;

ct-b : chiều dài phần chân của Top-block;

c : lực dính đơn vị;

Cc : chỉ số nén;

Cs : chỉ số nở;

Cu : sức kháng cắt không thoát nước;

d : chiều dài mặt xiên 450 chân cọc của Top-block, kích

thước đáy khối nêm;

dv : phần tử thể tích;

Đ : ma trận độ cứng vật liệu;

- iv -

ĐHTL : đại học thủy lợi;

ĐKT : địa kỹ thuật;

Dr : độ chặt tương đối của đất;

Dtn : chiều dày tấm nén quy đổi;

D330 : đường kính 330mm;




e0 : hệ số rỗng ban đầu;

E : mô đun biến dạng;

50refE : mô đun biến dạng tham chiếu trong thí nghiệm nén 3 trục;

refoedE : mô đun biến dạng tham chiếu trong thí nghiệm nén 1 trục;

refurE : mô đun biến dạng tham chiếu nén nở trong thí nghiệm nén

3 trục;

Eđtđ : mô đun biến dạng đất thân đê;

Etnqđ : mô đun biến dạng của tấm nén quy đổi;

E0 : mô đun đàn hồi;

f1 : ứng suất tiếp trên mặt nghiêng;

f2 : ứng suất tiếp trên mặt đứng;

Fs : hệ số an toàn;

G : độ bão hòa;

GS : giáo sư;

H : chiều sâu móng, chiều cao khối nêm;

- v -

Hđ : chiều cao đê;

Hgh : chiều cao giới hạn của đê;

HS : tăng bền;

Ip : chỉ số dẻo;

k : hệ số thấm;

k* : chỉ số nở hiệu chỉnh;

K : hệ số giảm ứng suất trung bình đáy móng khối nêm;

Kc : độ chặt của cát;

KHTL : khoa học thủy lợi;

KHCN : khoa học công nghệ;

KTT : ma trận độ cứng tổng thể;

K0 : hệ số áp lực ngang;

K1 : hệ số giảm lực tại q1;



LE : đàn hồi tuyến tính;

m : hệ số mũ cho sự phụ thuộc vào ứng suất của độ cứng;

MC : Mohr – Coulomb;

MHVL : mô hình vật lý;

MKN : móng khối nêm;

MS : gia cố khối;

n : độ rỗng;

- vi -

NBD : nước biển dâng;

NCS : nghiên cứu sinh;

cq các hệ số tải trọng giới hạn;

NXB : nhà xuất bản;

pgh : tải trọng giới hạn của nền;

pref : áp lực tham chiếu;

P : véc tơ lực nút của toàn bộ các nút trong lưới;

PGS : phó Giáo sư;

PIV : kỹ thuật đánh dấu bằng chụp ảnh.

PPPTHH : phương pháp Phần tử hữu hạn;

q : tải trọng đơn vị tác dụng lên móng;

q’ : ứng suất đáy móng, ứng suất đáy móng trung bình;

qm : ứng suất đáy móng do trọng lượng bản thân móng;

qu : cường độ kháng nén nở hông;

[q] : sức chịu tải của nền;

q1 : ƯSĐM trong phạm vi mặt vát của khối nêm;

q2 : ƯSĐM tại giữa các khối nêm (chỗ cát chèn);

q3 : ƯSĐM tại đáy khối nêm và ứng suất trên mặt vát của khối

nêm;

Q : tải trọng tập trung lên móng;

R : bán kính Top-block;

S : diện tích mặt phẳng đỉnh khối nêm, Top-block;

- vii -

Sm : độ lún của móng MS;

SS : đất yếu;

S1 : diện tích mặt vát của khối nêm, Top-block;

'1S : diện tích mặt vát của khối nêm, Top-block trên mặt bằng;

S2 : diện tích mặt bằng cát chèn tại đỉnh khối nêm;

S3 : diện tích mặt phẳng đáy khối nêm;

TS : tiến sỹ;

TSKT : tiến sỹ kỹ thuật;

U : véc tơ chuyển vị toàn bộ các nút;

Ue : véc tơ chuyển vị nút của phần tử;

UNDP : chương trình phát triển Liên hiệp quốc

ƯSĐM : ứng suất đáy móng;

ƯSĐMTB : ứng suất đáy móng trung bình do tải trọng;

V : diện tích xung quanh phần cọc của Top-block, phần trụ

của khối nêm.

Wc : giới hạn chảy xác định theo dụng cụ Casagrande;

WL : giới hạn chảy;

Wp : giới hạn dẻo;

: góc vát của khối nêm;

: góc hợp bởi giữa phản lực và pháp tuyến mặt vát của khối

nêm.

1 : góc nghiêng giữa mặt vát của khối nêm so với phương

thẳng đứng;

- viii -

: tỷ trọng;

h : chiều dày lớp tính toán;

: véc tơ biến dạng;

bh : dung trọng bão hòa;

c : dung trọng khô;

w : dung trọng tự nhiên;

góc ma sát trong;

k : góc ma sát trong khi khô;

w : góc ma sát trong khi ướt;

* : chỉ số nén hiệu chỉnh;

: hệ số Poisson;

góc khuếch tán ứng suất;

: véc tơ ứng suất;

VO : tải trọng bên móng.

- ix -

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU............................................iii

MỤC LỤC........................................................................................................ ix

DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................................xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................... xviiiiii

MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1

1. Đặt vấn đề...................................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 3

3. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 4

4. Phạm vi nghiên cứu....................................................................................... 4

5. Nội dung nghiên cứu..................................................................................... 4

6. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 4

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 5

8. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 6

9. Cấu trúc của luận án...................................................................................... 6

Chương I. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG ĐÊ Ở ĐỒNG

BẰNG NAM BỘ............................................................................................... 7

1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN......................................................................... 7

1.1.1. Vị trí địa lý ....................................................................................... 7

1.1.2. Địa hình ............................................................................................ 8

- x -

1.1.3. Địa chất công trình ........................................................................... 8

1.1.3.1. Phân bố đất yếu theo mặt bằng .................................................. 8

1.1.3.2. Đặc trưng cơ lý của đất bùn sét ở một số tỉnh ven biển .......... 10

1.1.4. Chế độ hải văn................................................................................ 11

1.2. TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN VÀ CHIỀU CAO GIỚI HẠN

CỦA ĐÊ TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN ....................................................... 12

1.3. HIỆN TRẠNG ĐẮP ĐÊ TRÊN ĐẤT YẾU......................................... 14

1.3.1. Đắp đê chờ nền cố kết theo thời gian............................................. 14

1.3.2. Thay thế nền ................................................................................... 15

1.3.3. Đắp đê trên bè cây.......................................................................... 16

1.4. GIẢI PHÁP MÓNG NÔNG CHO KHỐI ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU ..... 17

1.4.1. Ở nước ngoài .................................................................................. 17

1.4.1.1. Móng Top-base ........................................................................ 17

1.4.1.2. Móng gia cố khối ..................................................................... 22

1.4.2. Ở trong nước................................................................................... 24

1.4.2.1. Móng Top-base ........................................................................ 24

1.4.2.2. Móng khối nêm........................................................................ 26

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG I...................................................................... 29

Chương II. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP MÓNG KHỐI NÊM….30

2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÓNG NÔNG........................... 30

2.1.1. Nền móng nông .............................................................................. 30

2.1.2. Các dạng phá hoại nền ................................................................... 30

2.1.3. Tải trọng giới hạn của nền.............................................................. 32

- xi -

2.1.4. Phương pháp tính toán ứng suất, biến dạng................................... 34

2.1.5. Xác định tải trọng giới hạn của nền theo thí nghiệm hiện hiện

trường ....................................................................................................... 37

2.1.5.1. Dựa vào quan sát thí nghiệm bàn nén tại hiện trường............. 37

2.1.5.2. Dựa vào đường cong nén lún................................................... 38

2.2. MÓNG KHỐI NÊM CHO ĐÊ BIỂN................................................... 39

2.3. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG LỰC TÁC DỤNG LÊN KHỐI NÊM. ..40

2.4. NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG MÓNG KHỐI NÊM

BẰNG MÔ HÌNH SỐ ................................................................................. 45

2.4.1. Lựa chọn phần mềm....................................................................... 45

2.4.2. Trình tự tính toán............................................................................ 46

2.4.3. Xây dựng mô hình tính toán........................................................... 46

2.4.4. Chia lưới phần tử............................................................................ 53

2.4.5. Thực hiện tính toán ........................................................................ 54

2.4.6. Kết quả tính toán ............................................................................ 54

2.4.7. Bình luận kết quả............................................................................ 56

2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG II .................................................................... 57

Chương III. NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG MÓNG KHỐI NÊM

TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ ............................................................................ 58

3.1. MỤC TIÊU, VỊ TRÍ, SỐ LƯỢNG KHỐI NÊM THÍ NGHIỆM ......... 58

3.2. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM.................................................................. 59

3.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM................................................. 61

3.3.1. Cảm biến ứng suất.......................................................................... 61

- xii -

3.3.2. Tấm nén phẳng và đồng hồ đo lún ................................................. 62

3.3.3. Khung truyền lực............................................................................ 63

3.3.4. Kích thủy lực .................................................................................. 63

3.3.5. Thiết bị ghi, lưu trữ và xử lý kết quả ............................................. 64

3.3.6. Thiết bị, dụng cụ khác.................................................................... 65

3.3.7. Nguyên lý đo ứng suất, biến dạng.................................................. 66

3.4. THIẾT KẾ MÔ HÌNH.......................................................................... 66

3.4.1. Xác định giới hạn biên ................................................................... 66

3.4.2. Vị trí cảm biến ứng suất và kích thước khối nêm thí nghiệm........ 68

3.5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ...................................................................... 69

3.5.1. Bể thí nghiệm ................................................................................. 69

3.5.2. Đắp đất trong mô hình.................................................................... 69

3.5.3. Chế tạo khối nêm............................................................................ 70

3.5.4. Thi công, lắp đặt............................................................................. 71

3.6. THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU TRÊN MÔ HÌNH ..................................... 73

3.7. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM................................................................ 74

3.8. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM....................................................... 75

3.9. BÌNH LUẬN KẾT QUẢ...................................................................... 84

3.9.1. Chuyển vị ....................................................................................... 84

3.9.2. Ứng suất ......................................................................................... 84

3.10. KẾT LUẬN CHƯƠNG III ................................................................. 86

Chương IV. NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG HỢP LÝ CỦA KHỐI NÊM ĐỂ

LÀM MÓNG ĐÊ BIỂN NAM BỘ................................................................. 87

- xiii -

4.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG ...... 87

4.2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN MÔ HÌNH VẬT LIỆU ............................ 88

4.2.1. Các mô hình vật liệu trong Plaxis 3D ............................................ 88

4.2.2. Lựa chọn mô hình vật liệu trên phần mềm Plaxis 3D để mô phỏng

lại kết quả thí nghiệm trên MHVL........................................................... 89

4.2.3. Xây dựng mô hình và chia lưới phần tử......................................... 92

4.2.4. Thực hiện tính toán và xem kết quả ............................................... 92

4.2.5. Phân tích kết quả, lựa chọn mô hình vật liệu ................................. 94

4.3. ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC VÁT KHỐI NÊM ĐẾN ỨNG SUẤT

TRONG NỀN .............................................................................................. 95

4.4. ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH DẠNG MẶT BẰNG KHỐI NÊM ĐẾN

ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA MÓNG .................................................. 99

4.4.1. Nghiên cứu với kích thước nền của MHVL................................... 99

4.4.1.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu ................................................ 99

4.4.1.2. Khối nêm D=0,5 m, H=0,3 m................................................ 101

4.4.1.3. Khối nêm D=0,5 m, H=0,5 m................................................ 102

4.4.1.4. Khối nêm D=1 m, H=0,6 m................................................... 103

4.4.1.5. Khối nêm D=1 m, H=1 m...................................................... 105

4.4.2. Nghiên cứu ứng suất đáy móng khối nêm với nền đê thực tế...... 105

4.5. HIỆU CHỈNH CÔNG THỨC GIẢI TÍCH ĐÃ THIẾT LẬP............. 109

4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG IV................................................................. 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 111

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.............................................. 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 113

- xiv -

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 – Vị trí địa lý vùng đồng bằng Nam bộ ............................................ 7

Hình 1.2 – Phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam bộ ....................................... 9

Hình 1.3 – Sơ đồ xác định tải trọng giới hạn ................................................. 12

Hình 1.4 – Đồ thị tra các hệ số tải trọng giới hạn Nc, Nq, N ....................... 13

Hình 1.5 – Sơ đồ phân đoạn đắp đê theo thời gian ........................................ 14

Hình 1.6 –Thay thế nền bằng cát kết hợp bệ phản áp .................................... 15

Hình 1.7 – Đắp đê trên bè cây ........................................................................ 16

Hình 1.8 – Mặt bằng móng Top-base ............................................................ 17

Hình 1.9 – Kích thước Top-block đường kính D500 ..................................... 18

Hình 1.10 – Mặt vát của bánh xích ................................................................ 18

Hình 1.11 – Kết quả đo ƯSĐM Top – base ................................................... 19

Hình 1.12 – Độ lún của nền không gia cố và móng Top – base .................... 19

Hình 1.13 - Phân bố ứng suất trong nền dưới các loại móng ........................ 20

Hình 1.14 – Sơ đồ tính ứng suất đáy móng Top-base .................................... 21

Hình 1.15 – Ổn định khối đắp bằng móng MS .............................................. 22

Hình 1.16 – Thi công móng MS .................................................................... 23

Hình 1.17 – Kích thước quy ước và sự làm việc của Top-block ................... 24

Hình 1.18 – Móng Top-base .......................................................................... 25

Hình 2.1 – Sơ đồ mô tả nền móng ................................................................. 30

Hình 2.2 – Các dạng phá hoại cắt (trượt) của nền ......................................... 30

Hình 2.3 – Phá hoại cắt tổng quát trong điều kiện thoát nước ....................... 32

- xv -

Hình 2.4 – Các phần tử 3D kết nối với nhau tại nút ...................................... 35

Hình 2.5 – Lưu đồ quá trình tính ứng suất, biến dạng theo PPPTHH ............ 37

Hình 2.6 – Tiêu chí độ dốc nhỏ nhất và độ lún bằng 0,1B theo Vesić (1963,

1975) ............................................................................................................... 39

Hình 2.7 – Bố trí móng khối nêm cho đê biển................................................ 40

Hình 2.8 – Sự làm việc của khối nêm và áp lực lên nền................................. 40

Hình 2.9 – Kích thước khối nêm I-0,5-0,3-45 ................................................ 43

Hình 2.10 – Kích thước khối nêm II-0,5-0,3-45............................................. 44

Hình 2.11 – Kích thước khối nêm II-1-0,6-45 ................................................ 44

Hình 2.12 – Mô hình với khối nêm II-1-0,6-45 ............................................. 53

Hình 2.13 – Phần tử tứ diện 10 nút ................................................................ 53

Hình 2.14 – Lưới phần tử 3D với mô hình móng một khối nêm.................... 54

Hình 2.16 – Mặt bằng mô hình tính móng với khối nêm I-0,5-0,3-45 ........... 55

Hình 2.17 – Mô hình móng với khối nêm I-0,5-0,3-45 trên Plaxis 3D .......... 55

Hình 3.1 – Ví trí thí nghiệm móng khối nêm đưa vào mô hình...................... 58

Hình 3.2 – Số khối nêm thí nghiệm trên mặt bằng ......................................... 59

Hình 3.3 – Sơ đồ thí nghiệm MKN (mặt cắt 1-1 Hình 3.2) ........................... 59

Hình 3.4 – Vị trí cảm biến ứng suất trên mặt bằng mô hình........................... 59

Hình 3.5 – Mặt cắt 1 – 1 (Hình 3.4)................................................................ 60

Hình 3.6 – Mặt cắt 2 – 2 (Hình 3.4)................................................................ 60

Hình 3.7 – Phối cảnh 3D các vị trí cảm biến ứng suất.................................... 60

Hình 3.8 – Điểm mốc đo lún Se1 và Se2 trên mặt bằng tấm nén...................... 61

- xvi -

Hình 3.9 – Điểm đo lún Se1 và Se2 trên tấm nén (Mặt cắt 2-2 Hình 3.8) ........ 61

Hình 3.10 – Cảm biến ứng suất....................................................................... 62

Hình 3.11– Tấm nén phẳng trên mô hình ....................................................... 62

Hình 3.12 – Đồng hồ đo lún và mốc đo lún trên tấm nén............................... 62

Hình 3.13 – Khung truyền lực......................................................................... 63

Hình 3.14 – Kích thủy lực............................................................................... 63

Hình 3.15 – Thiết bị DT80.............................................................................. 64

Hình 3.16 – Máy ảnh, đèn chiếu, phông bạt trong kỹ thuật PIV .................... 65

Hình 3.17 – Mạt cưa (ngay sau kính) trong kỹ thuật PIV............................... 65

Hình 3.18 – Giới hạn biên và kết cấu mô hình ............................................... 67

Hình 3.19 – Kích thước và kết cấu mặt bằng mô hình ................................... 68

Hình 3.20 – Thi công đắp đất mô hình thí nghiệm ......................................... 70

Hình 3.21– Thi công chế tạo khối nêm........................................................... 70

Hình 3.22 – Lắp đặt cảm biến áp lực và móng khối nêm ............................... 72

Hình 3.23 – Phối cảnh 3D mô hình thí nghiệm sau khi xây dựng.................. 73

Hình 3.24 – Độ lún theo tải trọng của MKN theo thời gian ........................... 78

Hình 3.25 – Quan hệ giữa độ lún trung bình và tải trọng lên MKN............... 78

Hình 3.26 – Trường chuyển vị của nền trên MHVL, q=32 kPa ..................... 79

Hình 3.27 – Đồ thị ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian ................... 81

Hình 3.28 – Biểu đồ so sánh tải trọng với ứng suất tại S1.............................. 82



- xvii -

Hình 3.31 – Biểu đồ so sánh tải trọng với ƯSTB........................................... 83

Hình 4.1 – Mô hình trên phần mềm Plaxis 3D đúng với MHVL ................... 92

Hình 4.2 –Lưới phần tử 3D rất mịn mô hình MKN trên MHVL.................... 92

Hình 4.3 – Quan hệ giữa độ lún của tấm nén phẳng và tải trọng ................... 93

Hình 4.4 - Trường chuyển vị của móng khối nêm, q=32 kPa. ....................... 94

Hình 4.5 – Móng nông thường (góc vát khối nêm =0) ................................ 96

Hình 4.6 – Móng khối nêm (góc vát =450)................................................... 96

Hình 4.7 – Móng khối nêm (góc vát =670)................................................... 97

Hình 4.8 – Phân bố ứng suất giữa các biên dạng móng.................................. 98

Hình 4.9–Mô hình nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm trên Plaxis . 100

Hình 4.10 – Khối nêm II-0,5-0,3-45 ............................................................. 101

Hình 4.11 – Khối nêm I-1-0,6-45 ................................................................. 103

Hình 4.12 – Khối nêm II-1-0,6-45 ................................................................ 104

Hình 4.13 – Khối nêm I-1-0,6-45 trong móng trên Plaxis 3D...................... 104

Hình 4.14 – Sơ đồ tính ƯSĐM khối nêm ..................................................... 109

- xviii -

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 – Đặc trưng cơ lý của đất bùn tỉnh Tiền Giang, Bến Tre ............... 10

Bảng 1.2 – Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở Trà Vinh, Bạc Liêu ..................... 11

Bảng 1.3 – Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở Cà Mau, Kiên Giang ................... 11

Bảng 1.4 –Tải trọng giới hạn từ số liệu trong Bảng 1.1, 1.2, 1.3. .................. 13

Bảng 1.5 – Độ lún của nền không gia cố và móng Top – base ...................... 20

Bảng 1.6 – Tỷ số của ứng suất đo được so với tải trọng tác dụng ................. 20

Bảng 2.1 – Đặc điểm các dạng phá hoại nền dưới móng băng ...................... 31

Bảng 2.2 – Các hệ số tải trọng giới hạn ......................................................... 33

Bảng 2.3 – Hệ số giảm ứng suất của một số khối nêm................................... 44

Bảng 2.4 – Các chỉ tiêu cơ lý trung bình của đất yếu ..................................... 47

Bảng 2.5 – Các chỉ tiêu bổ sung phục vụ mô hình toán ................................ 49

Bảng 2.6 – Chỉ tiêu của vật liệu khối nêm ..................................................... 50

Bảng 2.7 – Chỉ tiêu cơ lý của cát trong móng khối nêm ................................ 51

Bảng 2.8 – Các chỉ tiêu bổ sung của cát chèn ................................................ 52

Bảng 2.9 – Bảng chỉ tiêu cơ lý của tấm nén ................................................... 52

Bảng 2.10 – Kết quả tính ƯSĐM với 1 khối nêm, q=56 kPa......................... 55

Bảng 2.11 – Kết quả tính ƯSĐM móng 6 khối nêm I-0,5-0,3-45.................. 56

Bảng 3.1 – So sánh một số chỉ tiêu của đất yếu trên mô hình và ở Nam Bộ.. 74

Bảng 3.2 - Độ lún theo tải trọng của MKN theo thời gian ............................. 76

Bảng 3.2 - Độ lún theo tải trọng của MKN theo thời gian (kết thúc)............. 77

Bảng 3.3 – Quan hệ độ lún theo tải trọng của MKN ...................................... 78

- xix -

Bảng 3.4 – ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian................................ 79

Bảng 3.4 – ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian (tiếp) ...................... 80

Bảng 3.4–ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian (kết thúc) ................. 81

Bảng 3.5 –ƯSĐM do tải trọng ........................................................................ 82

Bảng 4.1 – Độ lún tấm nén phẳng theo tải trọng ............................................ 93

Bảng 4.2 – ƯSĐM do tải trọng với mô hình HS và MHVL........................... 94

Bảng 4.3–ƯSĐM, độ lún MKN I-0,5-0,3-45, II-0,5-0,3-45......................... 102

Bảng 4.4 – ƯSĐM, độ lún MKN I-0,5-0,5-45, II-0,5-0,5-45....................... 103

Bảng 4.5 –ƯSĐM, độ lún MKN I-1-0,6-45, II-1-0,6-45.............................. 104

Bảng 4.6 - Ứng suất đáy móng khối nêm I-0,5-0,3-45................................. 106

Bảng 4.7 - Ứng suất đáy móng khối nêm I-0,5-0,5-45................................. 106

Bảng 4.8 - Ứng suất đáy móng khối nêm II-1-0,6-45................................... 107

Bảng 4.9 - Ứng suất đáy móng khối nêm II-1-1-45...................................... 107

Bảng 4.10 – Tổng hợp hệ số giảm ứng suất với các móng khối nêm........... 108

- 1 -

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Theo quy hoạch thuỷ lợi đồng bằng Nam Bộ đến năm 2020, định

hướng đến năm 2050 trong điều kiện BĐKH, nước biển dâng [29], thì giai

đoạn 2016-2020 cần phải xây dựng mới 24 tuyến đê làm nhiệm vụ kiểm soát

mặn, lũ, triều cường, nước biển dâng và phòng tránh thiên tai. Kết quả nghiên

cứu của đề tài do UNDP quản lý [31] cho thấy rất cần thiết xây mới đê biển

thứ 2 ở đồng bằng Nam Bộ với tổng chiều dài 580 km để ngăn NBD, sóng

thần, phân ranh mặn ngọt, xây dựng các cơ sở hạ tầng. Tuyến đê biển thứ 2

làm cách tuyến đê biển thứ nhất từ 5 km đến 6,5 km. Bên trong tuyến đê biển

thứ 2 bố trí dân cư trước mắt và lâu dài.

Tuy nhiên, một trong những bất lợi với đê biển Nam Bộ là đất nền

mềm yếu và vật liệu xây dựng khan hiếm. Để đảm bảo ổn định cho đê thì cần

phải nghiên cứu, thiết kế giải pháp nền móng phù hợp đảm bảo kinh tế – kỹ

thuật và thân thiện với môi trường.

Các tài liệu về nền móng [23], [24] cho thấy rằng nếu như mặt đáy

móng nông có hình dạng zích zắc (hình dạng của phương tiện bánh xích) thì

khả năng phân bố ứng suất tăng thêm tốt hơn. Móng Top-base (gồm các Top-

block với góc vát 450) là sáng chế của Nhật và Hàn Quốc [34] đã có nhiều kết

quả nghiên cứu, ứng dụng ở trong và ngoài nước.

Trong quá trình tìm kiếm giải pháp móng mới có thể áp dụng phù hợp

với đê biển Nam Bộ, năm 2014 luận án đã đề xuất, kiến nghị sử dụng khối

nêm được làm bằng đất yếu tại chỗ trộn với xi măng và phụ gia có kết hợp với

cát chèn vào khoảng hở giữa các khối nêm để tạo ra móng khối nêm áp dụng

cho đê biển.

Khối nêm tạo ra xuất phát từ ý tưởng thay vì sử dụng móng gia cố khối

(móng MS) cho đê biển, các tác giả đề nghị sử dụng móng khối nêm vì điều

- 2 -

kiện máy móc thiết bị thi công móng MS không có sẵn, không phù hợp với

điều kiện vận chuyển và đất nền lầy thụt ở đồng bằng Nam Bộ. Móng khối

nêm đề xuất ban đầu bao gồm các khối nêm có góc vát xếp cạnh nhau và

khoảng hở giữa các khối nêm được chèn chặt bằng cát. Móng khối nêm ban

đầu này là tiền đề rất quan trọng để nghiên cứu sinh tiếp tục nghiên cứu sâu

hơn nữa để có thể áp dụng cho đê biển, đặc biệt là nghiên cứu xác định được

hình dạng hợp lý của khối nêm và thiết lập được công thức tính ƯSĐM.

Để có cơ sở khoa học xác định được hình dạng hợp lý của khối nêm để

làm móng đê biển Nam Bộ, luận án sử dụng khối nêm có góc vát 450 để so

sánh với 2 loại móng khác làm đối chứng, với điều kiện 3 loại móng này có

cùng thể tích và tính chất vật liệu, đặt trong cùng điều kiện về nền yếu (phổ

biến ở các đê biển Nam Bộ). Điều đó dẫn đến các chiều dày móng sẽ khác

nhau và ảnh hưởng của chiều sâu đặt móng đến ứng suất tăng thêm trong nền

sẽ khác nhau. Tuy nhiên, do luận án nghiên cứu với móng khối nêm đặt trên

nền đất yếu chịu tác dụng của tải trọng đê có chiều cao khối đắp không lớn, từ

2 m đến 3 m [16], chiều sâu đặt móng dự kiến nhỏ, không quá 1 m, do đó ảnh

hưởng của áp lực hông do chiều sâu đặt móng đến ứng suất tăng thêm trong

nền không đáng kể.

Để thuận lợi cho việc so sánh ứng suất trong nền giữa các trường hợp

biên dạng móng khác nhau, luận án giả thiết áp lực bên móng bằng không, tức

là chỉ xét ứng suất trong nền do tải trọng thẳng đứng, làm như vậy kết quả

tính toán ứng suất trong nền sẽ rõ ràng và dễ so sánh hơn. Cách làm này của

luận án cũng được sử dụng khi so sánh, phân tích ứng suất trong nền cho

móng Top-base [34].

Điều khác biệt giữa móng Top-base và móng khối nêm trong luận án ở

những điểm liệt kê trong bảng ngay sau đây:

- 3 -

TT Thông số so sánh Móng Top-base Móng khối nêm

1 Vật liệu làm móng - Bê tông và đá dăm

chèn giữa khoảng hở

giữa các Top-block.

- Trọng lượng móng

lên nền lớn hơn.

- Đất yếu tại chỗ, xi

măng, phụ gia và cát

chèn.

- Trọng lượng móng

lên nền nhỏ hơn.

2 Hình dạng mặt bằng Hình tròn (phần nón

cụt, trụ và cọc)

Hình bát giác hoặc

hình tròn.

3 Hình dạng mặt đứng Có phần cọc Không có phần cọc

4 Liên kết các khối Sàn bê tông cốt thép Vải ĐKT chịu kéo.

5 Cường độ vật liệu Cường độ cao hơn

nhiều so với yêu cầu

của đê.

- Cường độ phù hợp

với chiều cao đê.

6 Tải trọng lên móng Cao hơn (nhà, công

trình lớn)

Thấp hơn (đê cao từ

2m đến 3 m).

7 Giá thành Cao hơn Thấp hơn

8 Ảnh hưởng đến môi

trường.

Nhiều hơn, do không

dùng vật liệu tại chỗ.

Ít hơn, do dùng vật

liệu tại chỗ.

Các điều khác biệt trên sẽ cho kết quả ứng suất trong nền của móng

khối nêm khác với móng Top-base.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát:

Nghiên cứu xác định hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê

biển Nam Bộ.

Mục tiêu cụ thể:

- Nghiên cứu ứng suất, biến dạng của nền móng khối nêm đặt trên nền

đất yếu, qua đó xác định hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển

Nam Bộ.

- Nghiên cứu thiết lập công thức tính ứng suất đáy móng khối nêm phù

hợp với đê biển Nam Bộ;

- 4 -

3. Đối tượng nghiên cứu

Ứng suất, biến dạng của móng khối nêm đặt trên nền đất yếu trong xây

dựng đê biển bằng vật liệu tại chỗ ở đồng bằng Nam Bộ.

4. Phạm vi nghiên cứu

- Ứng suất, biến dạng của móng khối nêm trong xây dựng đê biển bằng

vật liệu tại chỗ có chiều cao từ 2 m đến 3 m ở đồng bằng Nam Bộ;

- Tải trọng đứng lên móng được giả thiết phân bố đều (tương ứng với

khu vực giữa đỉnh đê). Tải trọng xe trên đỉnh đê không quá H10;

- Nền đê thuộc loại sét yếu có một số chỉ tiêu tương tự nền đê ở đồng

bằng Nam Bộ;

- Khối nêm có mặt vát được làm từ đất yếu trộn với xi măng và phụ gia,

trong nghiên cứu giả thiết khối nêm là một cố thể.

5. Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan các giải pháp nền móng đê ở đồng bằng Nam Bộ;

- Cơ sở khoa học của giải pháp móng khối nêm;

- Nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm trên mô hình vật lý;

- Nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển Nam

Bộ.

6. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết:

+ Nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước để thiết lập công thức

giải tích tính toán ứng suất đáy móng khối nêm chịu tải trọng phân bố đều;

+ Nghiên cứu ứng suất, biến dạng của móng khối nêm trên nền đất yếu

khi chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều bằng mô hình số phần tử hữu hạn.

- 5 -

- Nghiên cứu thực nghiệm:

Nghiên cứu ứng suất, biến dạng của móng khối nêm trên nền đất yếu

trong mô hình vật lý. Kết quả nghiên cứu dùng để kiểm chứng mô hình số.

Mô hình số sau khi được kiểm chứng phù hợp sẽ được dùng để nghiên cứu

xác định hình dạng khối nêm hợp lý và hiệu chỉnh công thức đã thiết lập.

- Phương pháp chuyên gia:

Tổ chức hội thảo khoa học và các cuộc họp có phản biện bao gồm các

nhà khoa học có hiểu biết chuyên sâu về lĩnh vực nghiên cứu của NCS đến

họp cho ý kiến góp ý, đánh giá, phản biện kết quả nghiên cứu.

Lưu đồ cách tiếp tiếp cận giải quyết vấn đề nghiên cứu

7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Luận án góp phần làm rõ cơ chế phân bố ứng suất đáy móng bằng các

khối nêm trên nền đất yếu;

- Đưa ra một loại móng nông có kết cấu mới, vật liệu mới có tác dụng

làm giảm ứng suất đáy móng trên nền đất yếu nhằm mục tiêu xây dựng đê

biển vùng Nam bộ.

- 6 -

8. Những đóng góp mới của luận án

- Luận án đã đề xuất được khối nêm bằng đất tại chỗ trộn với xi măng

có phụ gia để làm móng đê biển Nam bộ, có tác dụng phân phối lại ứng suất

đáy móng theo hướng đảm bảo an toàn hơn cho công trình và giảm giá thành;

- Từ kết quả thu được trên mô hình vật lý và mô hình số, luận án đã so

sánh, phân tích để lựa chọn mô hình đất yếu phù hợp (mô hình HS) trong

phần mềm Plaxis dùng để nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm;

- Bằng nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và mô hình số, luận án đã

làm rõ cơ chế truyền tải và hiệu quả của móng khối nêm về mặt làm giảm ứng

suất đáy móng từ 10 % đến 30 % và chỉ ra được góc vát khối nêm bằng 450

cho phân bố ứng suất có lợi nhất về cố kết và khả năng vượt tải;

- Luận án đã nghiên cứu thiết lập được công thức giải tích (4.7) để tính

ứng suất đáy móng khối nêm có hình dạng hợp lý đã xác định, chọn dùng để

làm móng cho đê biển ở đồng bằng Nam Bộ.

9. Cấu trúc của luận án

Mở đầu

Chương I: Tổng quan các giải pháp nền móng đê ở đồng bằng Nam Bộ

Chương II: Cơ sở khoa học của giải pháp móng khối nêm

Chương III: Nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm trên mô

hình vật lý

Chương IV: Nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng

đê biển Nam Bộ

Kết luận và kiến nghị

Danh mục công trình đã công bố

Tài liệu tham khảo.

- 7 -

Chương I

TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG ĐÊ

Ở ĐỒNG BẰNG NAM BỘ

1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN

1.1.1. Vị trí địa lý

Đồng bằng Nam bộ là vùng châu thổ nằm ở cuối lưu vực sông Mê

Kông, phía bắc giáp biên giới Việt Nam-Campuchia, tỉnh Tây Ninh và thành

phố Hồ Chí Minh, phía đông và phía nam giáp với Biển Đông, phía tây là

vịnh Thái Lan. Đồng bằng Nam bộ có diện tích tự nhiên 3,96 triệu ha [29],

gồm 12 tỉnh: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu,

Cà Mau, Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Hậu Giang và 1

thành phố trực thuộc trung ương là Cần Thơ (xem Hình 1.1) [2].

Hình 1.1 – Vị trí địa lý vùng đồng bằng Nam bộ [2]

Trên hình 1.1 cho thấy số tỉnh tiếp giáp với biển cần xây dựng đê biển

để bảo vệ gồm 8 tỉnh, trong đó, vùng Biển Đông có 7 tỉnh là Long An, Tiền

- 8 -

Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau; vùng biển vịnh

Thái Lan có 1 tỉnh là Kiên Giang, một phần tỉnh Cà Mau.

1.1.2. Địa hình

Địa hình vùng đồng bằng Nam Bộ bằng phẳng và trũng thấp (93 %

diện tích có cao độ từ + 0,5 m đến +1,5 m). Có thể khái quát đặc điểm địa

hình ven biển theo từng phân đoạn cụ thể như sau [11], [31]:

- Đoạn từ Tiền Giang đến Bạc Liêu: cao độ phổ biến từ +0,5 m đến

+1,0 m, phần ngập nước có mặt nghiêng thoải và rất thoải, độ dốc trung bình

0,5 ‰ sâu từ 0 m đến 2,0 m, độ dốc trung bình 1 ‰ sâu từ 2,0 m đến 6,0 m;

- Đoạn từ Bạc Liêu đến Mũi Cà Mau: cao độ phổ biến từ +0,5 m đến

+1,5 m, phần ngập nước có mặt nghiêng thoải và rất thoải, độ dốc trung bình

0,8 ‰ sâu từ 0 m đến 2,0 m, độ dốc trung bình 1 ‰ sâu từ 2,0 m đến 6,0 m;

- Đoạn từ mũi Cà Mau đến Kiên Giang: cao độ phổ biến từ +0,3 m đến

+0,5 m, riêng đoạn từ Ba Hòn đến Hà Tiên có nhiều đồi núi xen kẽ, cao độ

dao động từ +0,8 m đến +1,2 m. Địa hình trong vùng bị chia cắt bởi các con

sông, trong đó có các sông chính như Cửa Lớn, Bảy Háp, Ông Đốc, Cái Lớn.

Với cao độ địa hình phổ biến thấp từ +0,5 m đến +1,5 m sẽ làm cho

vùng này bị ảnh hưởng rất nghiêm trọng nếu không xây dựng đê biển khi

nước biển dâng lên 100 cm vào năm 2100.

1.1.3. Địa chất công trình

1.1.3.1. Phân bố đất yếu theo mặt bằng

Trên Hình 1.2 [28], tùy theo thành phần thạch học, đặc điểm địa chất

công trình, chiều dày của tầng đất yếu, địa chất thủy văn để phần thành các

khu vực đất yếu khác nhau. Phần tiếp giáp với vịnh Thái Lan đất được phân

thành các khu IIb, IIc, V. Phần tiếp giáp với Biển Đông có khu IId, IIIa, IIIb,

IIIc, IVb, V.

- 9 -

- Khu IIb: đất thuộc loại bùn sét, bùn sét pha (phân bổ không đều hoặc

xen kẹp) dày không quá 80 m, gối lên nền sét chặt. Mực nước ngầm cách mặt

đất từ 0,5 m đến 1,0 m.

- Khu IIc: địa chất giống như phân khu IIb, nhưng chiều dày không quá

25 m.

- Khu IId: địa chất giống như phân khu IIb, IIc, nhưng chiều dày không

quá 30 m.

TP.H CHÍ MINH

CAMPUCHIA

BI N ÐÔNG

V NH THÁI LAN

Hà Tiên I

R ch Giá

IIb

IVa

IIc

IIb

Cà Mau

B c Liêu

Sóc Trang

C n Tho

Long Xuyên

Châu Ð c

H ng Ng

Cao Lãnh

Tân An

M Tho

B n Tre

Trà Vinh

Vinh Long

V

IIIa

IIIb

IIIc

IIa

IId

IVb

V

Hình 1.2 – Phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam bộ [28]

- Khu IIIa: đất gồm các loại đất cát pha, cát bụi xen kẹp ít bùn sét, bùn

cát pha, chiều dày lớp đất của phân khu không quá 60 m được gối lên trầm

tích nén chặt. Mực nước ngầm cách mặt đất từ 0,5 m đến 2,0 m.

- 10 -

- Khu IIIb: địa chất giống phân khu IIIa, nhưng chiều dày tầng đất

không quá 100 m.

- Khu IIIc: địa chất giống phân khu IIIa, IIIb nhưng chiều dày tầng đất

không quá 25 m.

- Khu IVb: không thuộc đồng bằng Nam Bộ, nên không mô tả trong

luận án này.

- Khu V: đất khu này thuộc loại bùn sét pha, bùn cát, than bùn có chiều

dày từ 5 m đến 50 m phân bố ở vùng trũng, các cửa sông và được gối lên nền

đất chặt. Khu vực này bị ngập nước, mực nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt

đất, chịu ảnh hưởng của thủy triều.

Như vậy, vùng đất tiếp giáp với vịnh Thái Lan và một phần lớn đất tiếp

giáp với Biển Đông là đất yếu thuộc các khu khu IIb, IIc, IId và V, có chiều

dày trên 25 m, trong khi phạm vi ảnh hưởng của nền đê chỉ 6 m (gấp 2 lần

chiều cao đê) nằm trọn trong tầng đất yếu, nếu không có biện pháp xử lý phù

hợp thì đê không thể ổn định được.

1.1.3.2. Đặc trưng cơ lý của đất bùn sét ở một số tỉnh ven biển

Có thể thấy ven biển Nam Bộ phần lớn là đất yếu. Theo tài liệu [13],

[28], một số đặc trưng cơ lý thí nghiệm được của bùn sét trên các lỗ khoan đại

diện được nêu trong các Bảng 1.1, Bảng 1.2 và Bảng 1.3.

Bảng 1.1 – Đặc trưng cơ lý của đất bùn tỉnh Tiền Giang, Bến Tre [13]

Tiền Giang Bến Tre TT Chỉ tiêu cơ lý Ký

hiệu

Đơn

vị Bùn sét Bùn sét

1 Dung trọng tự nhiên w kN/m3 15,7 16,2

2 Dung trọng khô c kN/m3 9,4 10,2

3 Hệ số rỗng ban đầu e - 1,745 1,495

4 Góc ma sát trong độ 3022’0’’ 3019’0’’

5 Lực dính đơn vị c kPa 3,8 7,6

6 Hệ số thấm k m/s 5,21*10-8 -

- 11 -

Bảng 1.2 – Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở Trà Vinh, Bạc Liêu [13], [28]

Trà Vinh Bạc Liêu TT Chỉ tiêu cơ lý Ký

hiệu

Đơn






5 Lực dính đơn vị c kPa 7 3,8

6 Hệ số thấm k m/s 1,2*10-8 3,2*10-8

Bảng 1.3 – Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở Cà Mau, Kiên Giang [13]

Cà Mau Kiên Giang TT Chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu

Đơn






5 Lực dính đơn vị c kPa 6,3 6

6 Hệ số thấm k m/s 8,46*10-8 4,6*10-8

Các chỉ tiêu kháng cắt (góc ma sát trong và lực dính đơn vị) là 2 đại

lượng đặc trưng quyết định đến tải trọng giới hạn của nền, số liệu này nêu

trong Bảng 1.1, Bảng 1.2, và Bảng 1.3 đều yếu (<100, c<15 kPa) [3]. Mặt

khác hệ số thấm nhỏ, nên thời gian lún ổn định sẽ kéo dài sau khi đê xây dựng

xong nếu như không có biện pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết cho nền.

1.1.4. Chế độ hải văn

Thủy triều ở Biển Đông theo chế độ bán nhật triều không đều, biên độ

triều lớn, dọc bờ biển có biên độ triều từ 2,5 m đến 3,5 m. Thủy triều ở vịnh

Thái Lan theo chế độ hỗn hợp, nhưng thiên về nhật triều, biên độ triều nhỏ từ

0,7 m đến 1 m [28].

- 12 -

Đê biển Nam Bộ khác đê sông và đập ở chỗ đê biển có chiều cao thấp

hơn, chịu cột nước thấm không cao và thời gian duy trì cột nước tác dụng

ngắn và thay đổi liên tục trong một ngày; hơn nữa, nền đê có hệ số thấm nhỏ,

đất đắp thường lấy ngay tại chỗ cũng có hệ số thấm nhỏ, vì vậy ảnh hưởng bất

lợi do dòng thấm gây ra không nguy hiểm như đê sông và đập.

1.2. TẢI TRỌNG GIỚI HẠN CỦA NỀN VÀ CHIỀU CAO GIỚI HẠN

CỦA ĐÊ TRÊN NỀN THIÊN NHIÊN

Với các đặc trưng cơ lý nêu trong Bảng 1.1, Bảng 1.2 và Bảng 1.3, tải

trọng giới hạn của nền (pgh) đối với nền thiên nhiên (xem Hình 1.3) đồng

nhất, đẳng hướng tính theo Terzaghi (1943) theo công thức (1.1) [9], [25]:

Hình 1.3 – Sơ đồ xác định tải trọng giới hạn [9]

pgh = Ncc+ NqσVO +N B/2 (1.1)

trong đó:

pgh – tải trọng giới hạn của nền, kPa;

Nc, Nq, N - các hệ số tải trọng giới hạn, không có thứ nguyên và phụ

thuộc vào vào góc ma sát trong () của đất nền, xác định bằng tra bảng hoặc

tra đồ thị Hình 1.4;

c – lực dính đơn vị của đất nền, kPa;

- 13 -

σVO – tải trọng bên móng, vì đặt tải trực tiếp lên nền nên σVO=0;

- dung trọng của đất nền, kN/m3;

B – chiều rộng của móng, m;

Hình 1.4 – Đồ thị tra các hệ số tải trọng giới hạn Nc, Nq, N [9]

Kết quả tính toán tải trọng giới hạn của nền và chiều cao giới hạn của

đê với nền thiên nhiên (nền không gia cố) được tính theo công thức (1.1) của

Terzaghi được nêu trong Bảng 1.4.

Bảng 1.4 –Tải trọng giới hạn từ số liệu trong Bảng 1.1, 1.2, 1.3.

TT Tên Tỉnh Loại đất Nc Nq N B

(m) Pgh

(kPa) Hgh (m)

1 Tiền Giang Bùn sét 6,01 1,36 0,04 1 22,95 1,43

2 Bên Tre Bùn sét 5,99 1,35 0,04 1 45,65 2,85

3 Trà Vinh Bùn sét 6,81 1,72 0,14 1 48,10 3,01

4 Bạc Liêu Bùn sét 5,89 1,31 0,03 1 22,47 1,40

5 Cà Mau Bùn sét 6,00 1,36 0,04 1 37,92 2,37

6 Kiên Giang Bùn sét 5,86 1,29 0,03 1 35,25 2,20

Với kết quả tính toán nêu trong Bảng 1.4 cho thấy chiều cao giới hạn

của đê trên nền thiên nhiên nhỏ, nếu không có biện pháp xử lý thì không đáp

ứng được tiêu chuẩn thiết kế trước mắt và lâu dài.

- 14 -

1.3. HIỆN TRẠNG ĐẮP ĐÊ TRÊN ĐẤT YẾU

1.3.1. Đắp đê chờ nền cố kết theo thời gian

Theo [27], [28], đối với những đê cao, tải trọng vượt quá khả năng chịu

tải của nền và cho phép kéo dài thời gian thi công, thì biện pháp xử lý nền có

hiệu quả là đắp đê theo thời gian, chia chiều cao đê thành từ 2 lớp đến 3 lớp

và đắp cao dần trong nhiều năm, mỗi năm đắp 1 lớp và thi công vào mùa khô.

Dưới tác dụng của lớp đắp lần thứ nhất, tải trọng tác dụng lên nền nhỏ

hơn sức chịu tải của nền, do đó đất nền không bị phá hoại. Sau một khoảng

thời gian nhất định (thường sau 1 năm), sức chống cắt của nền tăng thêm

(xem Hình 1.5) do nước trong lỗ rỗng thoát ra, thể tích lỗ rỗng bị thu nhỏ lại

nên đất nền được nén chặt hơn, tiến hành đắp đê lớp thứ 2 để nâng chiều cao

đê, lúc này nền đã đủ khả năng chịu tải.

Hình 1.5 – Sơ đồ phân đoạn đắp đê theo thời gian [27]

Thực tế ở đồng bằng Nam Bộ, nhiều tuyến đê có chiều cao chia làm 2

lớp, mỗi lớp đắp trong một mùa khô. Trường hợp đê cao phải đắp lớp thứ 3

- 15 -

thì thời gian thi công sẽ kéo dài nhiều năm, lúc đó phải nghiên cứu chọn giải

pháp xử lý nền khác.

Ưu điểm của phương pháp này là tận dụng được đất tại chỗ, thân thiện

với môi trường, tuy nhiên vẫn có những hạn chế là: thời gian thi công đắp đê

kéo dài nên chỉ áp dụng với dự án không yêu cầu nhanh về tiến độ; do nền

yếu nên lún nhiều làm khối lượng đất đắp thân đê lớn. Ngoài ra, do đê chưa

hoàn thiện, nên có thể đê bị bào mòn bởi mưa bão, dòng chảy và sóng (đặc

biệt là đối với đê biển) nên cũng làm tăng khối lượng đắp thân đê.

1.3.2. Thay thế nền

Thông dụng nhất là thay thế nền, tùy theo chiều cao đê, người ta đào bỏ

một lớp đất yếu và thay thế vào đó bằng cát (thường có lót vải ĐKT để ngăn

cát chìm vào nền). Tuy nhiên, nguồn cát để phục vụ đắp đê phải vận chuyển

từ xa về, mặt khác việc khai thác cát về lâu dài sẽ bị hạn chế vì ảnh hưởng đến

môi trường [16]. Đất đào có thể được tận dụng để đắp khối phản áp hai bên

thân đê làm tăng ổn định, chống trượt mái đê (xem Hình 1.6).

Hình 1.6 –Thay thế nền bằng cát kết hợp bệ phản áp [12], [14], [15]

Thay thế nền bằng cát có tác dụng giảm độ lún, giảm lún không đều,

giảm thời gian lún ổn định do đệm cát có hệ số thấm lớn làm tăng nhanh tốc

độ thoát nước trong nền, tăng ổn định đê do cát có sức kháng cắt lớn. Khi thời

hạn đưa công trình vào sử dụng là rất ngắn thì đây là một giải pháp tốt để

- 16 -

giảm thời gian lún ổn định, hoặc khi các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ mà

việc cải thiện nó bằng cách cố kết sẽ không có hiệu quả để đạt được chiều cao

đê thiết kế yêu cầu.

Bên cạnh những ưu điểm của đệm cát, thì giải pháp này cũng bộc lộ

những hạn chế là: không tận dụng được đất yếu tại chỗ, nguồn cát tại chỗ

không có nên phải chuyển từ nơi khác về, khối lượng đào, đắp lớn. Đặc biệt,

năm 2017 giá cát ở Nam Bộ tăng từ 200 % đến 300 % do không có nguồn

cung, thậm chí có tiền cũng không mua được đủ cát, hàng trăm dự án trọng

điểm không không thể hoàn thành đúng tiến độ do thiếu cát. Mặt khác, do

khai thác cát lòng sông trong 15 năm qua, làm thiếu hụt 200 triệu tấn cát, dẫn

đến đáy sông bị hạ thấp 1,3 m gây ra sạt lở bờ và mất đất rất nghiêm trọng.

Trong tương lai, các đập thủy điện trên sông Mê Kông đi vào vận hành thì sẽ

không có cát về vùng hạ lưu sông Mê Kông. Hơn nữa, việc loại bỏ đất đào

móng không chỉ mất thêm chi phí vận chuyển, đổ thải mà còn ảnh hưởng xấu

tới môi trường.

1.3.3. Đắp đê trên bè cây

Bè cây làm bằng bạch đàn, tràm, tre, tàu lá dừa, bó cành cây…, là một

trong những phương pháp đã từng được sử dụng thành công trong xây dựng

đê (xem Hình 1.7) [11].

Hình 1.7 – Đắp đê trên bè cây [11]

- 17 -

Khi sử dụng bè cây có những tác dụng chính sau:

- Mở rộng diện tích truyền tải trọng, làm cho nền thiên nhiên chịu tải

trọng phân bố đều;

- Có thể ngăn mặt trượt sâu xuyên qua nền đê;

- Ngăn không cho khối đắp lún chìm vào nền đất yếu.

Đê đắp bằng đất yếu có tính nén lún lớn và thường ở vùng mực nước

ngầm cao, sau một thời gian nền lún cố kết làm bè cây có thể chìm xuống

dưới mực nước ngầm sẽ khó mục nát.

Đắp đê trên bè có ưu điểm là thi công đơn giản. Khó khăn khi đắp trên

bè cây là hiện nay chưa có tiêu chuẩn áp dụng đối với giải pháp này. Hơn nữa,

đê có khối lượng xây dựng rất lớn, nên nếu sử dụng giải pháp này thì cần phải

chặt hạ rất nhiều cây, nên sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái.

1.4. GIẢI PHÁP MÓNG NÔNG CHO KHỐI ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

1.4.1. Ở nước ngoài

1.4.1.1. Móng Top-base

Hình 1.8 – Mặt bằng móng Top-base [34]

- 18 -

Theo [10], [34], vào những năm 1980 ở Nhật Bản đã nghiên cứu áp

dụng móng Top-base để phục vụ xây dựng công trình trên đất yếu. Đầu những

năm 1990 thì Hàn Quốc cũng áp dụng biện pháp này trong xây dựng.

Móng Top-base cấu tạo gồm các Top-block bằng bê tông xếp ken sít

nhau, khoảng hở giữa chúng được điền đầy bằng đá dăm (xem Hình 1.8).

Trên mặt Top-block được liên kết bằng tấm (sàn) bê tông cốt thép khóa mặt.

Hình dạng của Top-block gồm 2 phần: phần nón cụt có mặt vát để có

thể tạo ra hiệu quả phân bố ứng suất; phần cọc để ngăn cản biến dạng ngang.

Top-block có các đường kính D330, D500, D1000 và D2000 [20]. Kích thước

cụ thể của Top-block đường kính D500 (xem Hình 1.9).

Hình 1.9 – Kích thước Top-block đường kính D500 [20], [34], [41]

Chính phần nón cụt có mặt vát của

Top-block làm tăng diện tích tiếp xúc với nền

lên 1,4 lần, điều này tương tự như nguyên lý

làm việc của các phương tiện bánh xích (xem

Hình 1.10), mặt vát cho phép lực đứng

chuyển thành 2 phần, nhờ vậy lực phân bố

xuống nền đều hơn, đá dăm trong khoảng hở

giữa các Top-block được chèn chặt.

Hình 1.10 – Mặt vát của bánh xích [34]

- 19 -

Các thí nghiệm, đo đạc tại hiện trường cho nền đất không được gia cố

và nền được gia cố bằng móng Top-base chỉ ra rằng với nền móng Top-base

độ lún cố kết của nền giảm từ 59 % đến 95 %, đồng thời sức chịu tải của

móng tăng thêm từ 50 % đến 200 % khi so với nền không gia cố. Trên các

Hình 1.11, Hình 1.12 và trong Bảng 1.5, Bảng 1.6 đã minh họa cho độ lún và

ứng suất trong nền giảm đi rõ rệt bằng thí nghiệm hiện trường cho móng Top-

base với Top-block đường kính D500.

Hình 1.11 – Kết quả đo ƯSĐM Top – base [34]

Hình 1.12 – Độ lún của nền không gia cố và móng Top – base [34]

- 20 -

Bảng 1.5 – Độ lún của nền không gia cố và móng Top – base [34]

Vị trí đo lún Lún nền

0B 1B 2B 3B

Nền không gia cố (mm) -56,61 15,2 1,368 -0,365

Móng Top-base (mm) -2,61 -1,23 -0,40 -0,15

Mức giảm (%) 95 - - 59

Bảng 1.6 – Tỷ số của ứng suất đo được so với tải trọng tác dụng [34]

(Tỷ lệ ứng suất trong nền)=(Giá trị tại đầu đo)/(Tải trọng) Tải trọng (kPa) Đầu đo A (dưới top-

block)

Đầu đo B (dưới

lớp đá dăm)

Đầu đo C (dưới

lớp đá dăm)

93,6 kPa 55,2 kPa 50,4 kPa 240

39 % 23 % 21 %

Nhận xét: Kết quả trên cho thấy góc phân bố ứng suất ( ) là 300.

Đến nay, móng Top-base được nhận thấy rằng có tác dụng ngăn cản

biến dạng ngang của đất yếu, qua đó giảm được lún bề mặt, đồng thời góc vát

450 có tác dụng tạo ra sự phân bố đồng đều ứng suất bên dưới móng so với

móng khác (xem Hình 1.13), qua đó tăng được khả năng chịu tải của móng.

Hình 1.13 - Phân bố ứng suất trong nền dưới các loại móng [34], [41]

- Công thức giải tích tính ứng suất đáy móng Top-base do tải trọng lên

móng [22], [34], [42]:

- 21 -

Ứng suất đáy móng (q’) bị giảm đi do chiều sâu đặt móng (H) và đường

khuếch tán ứng suất hợp với phương đứng một góc khuếch tán ứng suất (),

nhờ đó mà nền giảm lún.

Trị số ứng suất đáy móng (q’) được tính theo công thức (1.2):

' ..

2. . t

q Bq K q

B H g

(1.2)

trong đó: q’ là ứng suất đáy móng, các đại lượng khác xem Hình 1.14.

K là hệ số giảm ứng suất, 2. . t

BK

B H g

Hình 1.14 – Sơ đồ tính ứng suất đáy móng Top-base [34]

Hệ số giảm ứng suất trong công thức tính ứng suất đáy móng (1.2) có

hạn chế là chỉ xét được ảnh hưởng của chiều sâu đặt móng (H) và góc khuếch

tán ứng suất (mà chưa xét đến ảnh hưởng của sự thay đổi của tải trọng,

chiều sâu vùng chịu nén của đất nền dưới móng, tính chất đất nền và đất bên

móng, độ cứng của móng.

Năm 2011, Jeong và các cộng sự đã công bố áp dụng sáng chế móng

Top-base tại Mỹ [42].

- 22 -

Bên cạnh những ưu điểm của móng Top-base trong việc giảm ứng suất

lên nền, giảm lún, tăng khả năng chịu tải [34], [39], [41], [42], [44], [45],

móng thoát nước tốt nên giảm thời gian cố kết nền, có thể thi công bằng máy

hoặc thủ công. Tuy nhiên nếu dùng móng này cho đê biển Nam Bộ thì bộc lộ

nhiều hạn chế đó là: vật liệu làm móng bằng bê tông và đá dăm có cường độ

cao hơn nhiều lần so với yêu cầu của tải trọng thân đê truyền xuống dẫn đến

láng phí; vật liệu không sẵn có tại chỗ mà phải chuyển từ xa về; không tận

dụng dụng được đất yếu tại chỗ; đất đào móng phải vận chuyển đi nơi khác

nên cần thêm chi phí đổ thải và vận chuyển; ảnh hưởng đến môi trường.

1.4.1.2. Móng gia cố khối

Ở Phần Lan vào đầu những năm 1990 [33], đã nghiên cứu cải tạo nền

đất yếu bằng gia cố khối, theo đó dùng thiết bị trộn nông chuyên dụng để trộn

xi măng, phụ gia (nếu có) với đất

yếu tại chỗ để tạo thành một khối

hỗn hợp vật liệu bằng đất – xi

măng – phụ gia (nếu có) để làm

móng gia cố khối (còn gọi là

móng MS) ngay dưới khối đắp

(xem Hình 1.15).

Hình 1.15 - Ổn định khối đắp bằng

móng MS [33]

Trong quá trình trộn, bộ phận công tác của máy trộn (có gắn trống trộn)

được đưa vào nền đất yếu tới độ sâu thiết kế để vừa nhào khối đất yếu, đồng

thời vừa phun xi măng, phụ gia để trộn với đất.

Ưu điểm của phương pháp này là đất yếu được trộn tại chỗ nhờ trống

trộn mà không cần phải đào bỏ (xem Hình 1.16), thi công nhanh (phần lớn

bằng máy) và linh hoạt nên tiết kiệm kinh phí đào, đắp, vận chuyển, đổ thải

và ít tác động tới môi trường. Khối lượng xi măng, phụ gia thay đổi tùy theo

loại đất, yêu cầu chịu lực, song điển hình từ 100 kg/m3 đất đến 250 kg/m3 đất.

- 23 -

Hình 1.16 – Thi công móng MS [33]

Để tính toán ổn định cho khối đắp, móng MS được coi là lớp đất làm

việc trong giai đoạn hồi tuyến tính và dẻo hoàn toàn, toàn bộ tải trọng (q) tác

dụng lên móng MS phải được kể đến. Cường độ tính toán của móng MS phải

được lựa chọn sao cho nhỏ hơn cường độ phá hoại của nó. Độ lún của móng

MS được tính theo công thức (1.3) [46]:

(1.3)

trong đó:

Sm - độ lún bản thân thể tích khối đất gia cố, m;

h - độ dày lớp đất tính toán trong móng MS, m;

q - tải trọng đơn vị tác dụng lên móng MS, kPa;

E - mô đun biến dạng của vật liệu làm móng MS, kPa.

Với móng MS, đến nay chỉ đưa ra công thức tính lún (1.3), chưa nghiên

cứu thiết lập công thức giải tích để tính ứng suất đáy móng.

- 24 -

Bên cạnh những ưu điểm ở trên, còn phải kể đến những hạn chế của

giải pháp này đối với đê biển Nam Bộ, đó là: đòi hỏi phải có máy thi công

chuyên dụng với kinh phí mua máy lớn; trọng lượng máy lớn nên không thể

đứng trực tiếp trên nền lầy thụt để thi công nhào trộn đất yếu với xi măng và

phụ gia được. Chính vì vậy cần phải tạo ra mặt bằng thi công cho máy bằng

cách rải vải ĐKT chịu kéo lên bề mặt đất yếu, rồi đắp lớp đất cấp phối (đất

lẫn đá) dày 1 m trên vải ĐKT để tạo ra mặt bằng thi công cho máy (xem Hình

1.15). Với đê biển Nam Bộ, đất cấp phối tại chỗ không có, nên phải đào và

chuyển từ xa về để đắp, do đó làm tăng thêm kinh phí vận chuyển và ảnh

hưởng đến môi trường; hơn nữa khi đi vào vận hành, do móng không có lớp

thoát nước cố kết trong nền, thoát nước kém nên thời gian lún ổn định của đê

sẽ kéo dài hơn. Mặt khác, máy thi công MS cồng kềnh, không phù hợp với

điều kiện vận chuyển ở đồng bằng Nam Bộ.

1.4.2. Ở trong nước

1.4.2.1. Móng Top-base

TS. Nguyễn Ngọc Phúc (2014) [23] đã nghiên cứu thiết lập công thức

tính ứng suất đáy móng Top-base (1.4) bằng cách xét cân bằng lực của một

Top-block đứng độc lập (xem Hình 1.17).

a) Kích thước quy ước

b) Sự làm việc của Top-block

Hình 1.17 – Kích thước quy ước và sự làm việc của Top-block [23]

- 25 -

01 2 1 1. '. . . . os45q S q S f V f S c (1.4)

trong đó: q, q’, f1, f2 – các thành phần tác dụng (xem Hình 1.17);

S – diện tích đỉnh Top-block;

S1 – diện tích mặt vát của Top-block;

V – diện tích xung quanh phần cọc của Top-block.

Hình 1.18 – Móng Top-base [23]

Giải phương trình (1.4) được công thức giải tích (1.5) biểu thị quan hệ

giữa tải trọng đơn vị tác dụng lên móng (q) với ứng suất đáy móng (q’) (xem

Hình 1.18) thông qua hệ số giảm ứng suất (K):

q’=K . q (1.5)

trong đó: K=0,526 với Top-block đường kính D500

và K=0,528 với Top-block đường kính D330.

Mặc dù công thức (1.5) của TS. Nguyễn Ngọc Phúc cho phép tính ứng

suất đáy móng Top-base có xét đến tác dụng làm giảm ứng suất của góc vát

450 của Top-block, tuy nhiên kết quả còn nhiều hạn chế do chưa xét được các

yếu tố ảnh hưởng, đó là: của chiều sâu đặt móng (H) và tính chất đất nền bên

dưới Top-block, bề rộng móng, sự làm việc đồng thời giữa các Top-block

trong móng, độ cứng của móng, sự thay đổi của tải trọng, chiều sâu chịu nén

trong nền, … Hơn nữa, kết quả nghiên cứu tìm ra hoàn toàn dựa vào việc xét

cân bằng lực thuần túy mà chưa nghiên cứu trên mô hình vật lý và mô hình số

để so sánh, đánh giá, kiểm chứng nên chưa có sự tin cậy khi áp dụng thực tế.

- 26 -

1.4.2.2. Móng khối nêm

- Để tìm kiếm giải pháp móng cho khối đắp trên đất yếu ở đồng bằng

Nam Bộ và khắc phục được một số hạn chế của các giải pháp hiện nay, năm

2014 luận án đã đề xuất, kiến nghị sử dụng khối nêm có mặt vát kết hợp với

cát chèn để làm móng khối nêm áp dụng cho đê biển Nam Bộ. Móng khối

nêm đề xuất bao gồm các khối nêm I-D-H- (ký hiệu I– là hình bát giác trên

mặt bằng; D – là kích thước đỉnh khối nêm; H – là chiều cao khối nêm; - là

góc vát của khối nêm) có D=0,5 m, H=0,3 m, =450, kích thước đáy d=0,2 m

được làm bằng đất yếu trộn với xi măng và phụ gia được kết hợp với cát chèn

vào khoảng hở giữa chúng (xem Hình 1.19).

a Mặt cắt A - A

b) Mặt bằng móng khối nêm

Hình 1.19 – Cấu tạo móng khối nêm I-0,5-0,3-45

- 27 -

- Ưu điểm của móng khối nêm:

+ Thể tích của móng phần lớn được làm từ đất yếu tại chỗ, do đó giảm

được khối lượng đào đắp và chi phí vận chuyển cũng như chi phí đổ thải, nên

giảm thiểu tác động đến môi trường, hạ giá thành. Cường độ vật liệu phù hợp

với chiều cao đê từ 2 m đến 3 m và không cần cao như bê tông và đá dăm của

móng Top-base. Ngoài ra, cát chèn giữa các khối nêm trong móng có tác dụng

như một lớp đệm cát thoát nước cho nền, do đó giảm được thời gian cố kết và

tắt lún của đê.

+ Móng khối nêm có khả năng phân phối lại ứng suất lên nền theo

hướng có lợi nhờ có mặt vát của khối nêm, giảm ứng suất, giảm lún, tăng ổn

định cho đê.

+ Trọng lượng móng tăng không đáng kể so với trọng lượng của đất

yếu tại chỗ, do đó tăng tải trọng lên nền do móng là rất nhỏ (6,25%).

+ Thời gian thi công móng nhanh do khối nêm đã được đúc sẵn và chỉ

cần lắp ghép, thi công đơn giản, có thể thi công bằng thủ công.

- Chế tạo khối nêm:

+ Trộn vật liệu: hỗn hợp đất yếu, xi măng và phụ gia được cân đo theo

tỷ lệ rồi trộn bằng máy hoặc thủ công;

+ Đúc khối nêm: hỗn hợp vật liệu được vào ván khuôn để đúc bằng

đầm hoặc đúc bằng ép nén, sau thời gian bảo dưỡng thì tháo ván khuôn để

đưa đến nơi lắp đặt. Công tác đúc khối nêm có thể thực hiện trong xưởng rồi

vận chuyển đến nơi lắp đặt hoặc đúc tại hiện trường gần nơi xây dựng đê.

- Thi công lắp đặt móng khối nêm:

+ Có thể được thực hiện bằng máy bằng cách ghép các khối nêm thành

mảng, sau đó dùng cẩu để cẩu cả mảng vào đúng vị trí lắp đặt. Trong trường

- 28 -

hợp khối lượng ít hoặc khó khăn về hiện trường không cho phép thi công

bằng máy thì có thể lắp đặt móng bằng thủ công;

+ Sau khi khối nêm đã vào đúng vị trí, tiến hành chèn cát vào các

khoảng hở giữa các khối nêm, rồi bơm nước lên bề mặt móng để làm chặt cát;

+ Phủ một lớp vải ĐKT chịu kéo lên mặt móng khối nêm trước khi tiến

hành đắp đê trên móng theo từng lớp.

- Đắp đê trên móng khối nêm:

Đắp đất thân đê theo mặt cắt thiết kế, đắp đều lên dần từng lớp. Đặc

biệt phải đắp theo quy trình lên đều để tránh chất tải cục bộ quá lớn lên móng

sẽ gây lún cục bộ làm vải ĐKT bị co kéo khỏi vị trí ban đầu so với thiết kế.

So sánh móng khối nêm với móng Top-base và móng MS thì thấy rằng

móng khối nêm mà luận án đề xuất tập hợp được các ưu điểm của móng Top-

base và móng MS bởi tận dụng được nguồn đất yếu tại chỗ, thân thiện với

môi trường, cường độ vật liệu không bị lãng phí so tải trọng tác dụng, trọng

lượng móng không tăng nhiều so với đất yếu tại chỗ.

Với những thuận lợi có được, việc nghiên cứu áp dụng giải pháp móng

khối nêm vào xây dựng đê biển Nam Bộ sẽ có ý nghĩa rất lớn vì sẽ khắc phục

được đáng kể những hạn chế của các giải pháp hiện nay. Tuy nhiên, móng

khối nêm đề xuất ban đầu cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu hoàn thiện

nên chưa có cơ sở khoa học để áp dụng được vào đê biển thực tế, đó là chỉ đề

xuất được một hình dạng khối nêm duy nhất là I-0,5-0,3-45, nhiều hình dạng

khác vẫn chưa nghiên cứu; chưa thiết lập công thức tính ƯSĐM khối nêm phù

hợp với chiều cao đê từ 2 m đến 3 m với chiều sâu nền đất yếu chịu nén thực

tế của đê bằng 6 m; chưa nghiên cứu dòng thấm trong móng cũng như cố kết

nền khi có móng khối nêm; …

- 29 -

Để hoàn thiện giải pháp móng khối nêm hơn nữa, phù hợp với đê biển

Nam Bộ có chiều cao từ 2 m đến 3 m, còn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên

cứu làm sáng tỏ, 2 trong số những vấn đề đó là: (1) xác định hình dạng hợp lý

của khối nêm để làm móng đê; (2) thiết lập công thức tính ứng suất đáy móng

phù hợp phù hợp với đê biển Nam Bộ, là cơ sở so sánh với sức chịu tải của

nền, qua đó đánh giá được mức độ an toàn của nền đê. Hai vấn đề này sẽ

được NCS nghiên cứu giải quyết trong luận án của mình.

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Nền đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ gây khó khăn, bất lợi cho xây dựng

đê với chiều cao yêu cầu, nếu không xử lý thì đê không thể ổn định được.

Các giải pháp xử lý hiện nay có thể áp dụng còn bộc lộ nhiều hạn chế,

đó là: thời gian thi công kéo dài; không tận dụng được đất yếu tại chỗ, làm

tăng chi phí đào đắp, vận chuyển và đổ thải; ảnh hưởng xấu đến môi trường;

phải có máy thi công chuyên dụng mới làm được; cường độ vật liệu quá cao

so với yêu cầu tải trọng, gây lãng phí và làm tăng tải trọng lên đất nền vốn đã

yếu.

Giải pháp móng khối nêm có nhiều ưu điểm, có thể áp dụng phù hợp

cho xây dựng đê biển ở Nam Bộ. Tuy nhiên, móng đề xuất ban đầu cho đến

nay vẫn còn nhiều hạn chế, chưa được nghiên cứu hoàn thiện nên chưa thể áp

dụng vào thực tế xây dựng đê được, đó là: (1) chưa nghiên cứu với nhiều hình

dạng khối nêm để có cơ sở khoa học xác định hình dạng hợp lý; (2) chưa thiết

lập công thức tính ƯSĐM khối nêm phù hợp với đê biển Nam Bộ có chiều

cao từ 2 m đến 3 m với chiều sâu nền đất yếu chịu nén thực tế của đê bằng 6

m; (3) chưa nghiên cứu dòng thấm trong móng cũng như cố kết nền khi có

móng khối nêm; …

Trong số những vấn đề còn hạn chế, chưa được hoàn thiện của móng

khối nêm, NCS sẽ tập trung nghiên cứu giải quyết vấn đề (1) và (2) ở các

chương sau của luận án.

- 30 -

Chương II

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP MÓNG KHỐI NÊM

2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÓNG NÔNG

2.1.1. Nền móng nông

Móng nông là móng được xây dựng trong hố móng đã được đào bỏ đất

hoàn toàn, độ sâu đặt móng nhỏ hơn bề rộng móng hoặc nhỏ hơn 5 m kể từ

mặt đất tự nhiên. Khác với móng sâu, trong tính toán móng nông người ta bỏ

qua ma sát và lực dính của đất với thành bên của móng [25], [30]. Móng khối

nêm có chiều sâu nhỏ hơn 5 m được xếp vào loại móng nông.

- Móng để truyền và

phân phối tải trọng công trình

lên nền.

- Nền ở dưới móng, chịu

sự thay đổi ứng suất biến dạng

khi xây dựng công trình (xem

Hình 2.1).

Hình 2.1 – Sơ đồ mô tả nền móng [30]

2.1.2. Các dạng phá hoại nền

Hình 2.2 – Các dạng phá hoại cắt (trượt) của nền [9]

- 31 -

Các tài liệu [9], [25] đều cho thấy nền có thể xảy ra 3 dạng phá hoại khi

chịu tải: (1) hoàn toàn, (2) cục bộ và (3) ép lún.

- Phá hoại hoàn toàn (xem Hình 2.2a): còn gọi là phá hoại cắt (trượt)

tổng quát xảy ra khi mặt trượt chảy dẻo hình thành rõ nét dưới móng và phát

triển về một hoặc hai phía dưới móng và cuối cùng tới mặt đất. Phá hoại này

xảy ra đột ngột và thường đi theo là sự nghiêng nghiêm trọng dẫn đến

nghiêng đổ cuối cùng về một phía. Dạng phá hoại này thường xảy ra đối với

đất cát chặt, đất dính có tính nén thấp, đất sét cố kết thông thường được gia tải

trong điều kiện không thoát nước.

- Phá hoại cục bộ (xem Hình 2.2b): còn gọi là phá hoại cắt (trượt) cục

bộ, xảy ra với đất có tính nén cao, chuyển dịch lớn thẳng đứng có thể xảy ra

trước khi có biểu hiện đáng chú ý của mặt trượt. Khi đất dưới móng đạt điều

kiện chảy, mặt trượt hình thành nhưng không phát triển tới mặt đất. Có thể

xảy ra sự đẩy trồi mặt bên nhưng độ nghiêng hình thành rất nhỏ. Độ lún xảy

ra luôn là tiêu chí chính để thiết kế.

- Phá hoại do ép lún (xem Hình 2.2c): còn gọi là phá hoại cắt (trượt)

kiểu xuyên. Trong các loại đất có tính nén cao, chuyển dịch lớn thẳng đứng

xảy ra cùng với sự phát triển của mặt trượt giới hạn. Tuy nhiên, mặt trượt

không hình thành rõ ràng, đất nền bị ép lún mạnh và bị kéo xuống.

Đặc điểm của các dạng phá hoại được nêu trong Bảng 2.1.

Bảng 2.1 – Đặc điểm các dạng phá hoại nền dưới móng băng [9]

TT Dạng phá hoại

nền

Tình hình mặt trượt

Đặc điểm đường cong

nén lún

Tình hình mặt đất hai bên móng

Điều kiện đất nền

1 Hoàn

toàn

Hoàn chỉnh, lộ

rõ trên mặt đất

Có điểm uốn

rõ rệt

Trồi đất Chặt

2 Cục bộ Không

hoàn chỉnh

Khó xác định

điểm uốn

Trồi đất

chút ít

Mềm rời

3 Ép lún Rất không

hoàn chỉnh

Không xác định

được điểm uốn

Lún xuống Mềm

yếu

- 32 -

Các kết quả nghiên cứu đã có (xem Hình 2.2 và Bảng 2.1) cho thấy

rằng đối với đất mềm yếu thì phá hoại của đất thuộc dạng ép lún, quan hệ

giữa tải trọng và biến dạng không có giai đoạn tuyến tính như trường hợp phá

hoại hoàn toàn. Vì vậy, nếu dùng kết quả nghiên cứu lý thuyết đàn hồi để tính

ứng suất và độ lún của nền thì kết quả sẽ không phản ánh đúng thực tế.

2.1.3. Tải trọng giới hạn của nền

Hình 2.3 - Phá hoại cắt tổng quát trong điều kiện thoát nước [25]

Trong số các công thức tính tải trọng giới hạn của nền (hay tải trọng

cực hạn của nền) thì công thức tính của Terzaghi được sử dụng rộng rãi [9].

Theo Terzaghi (1943) [25] đề xuất, tải trọng giới hạn của nền đối với móng

băng chịu tải trọng phân bố đều, đặt trên nền đồng nhất, đẳng hướng có mặt

nền nằm ngang (xem Hình 2.3), khi tính toán có xét đến trọng lượng bản thân,

được xác định theo công thức (2.1):

pgh = Nc.c + Nq.VO + N..B/2

trong đó:

pgh – tải trọng giới hạn của nền;

VO – tải trọng bên móng;

c – lực dính đơn vị của đất nền;

- 33 -

B – chiều rộng của móng;

- dung trọng của đất nền;

Nc, Nq, Ncác hệ số tải trọng giới hạn (không thứ nguyên) phụ thuộc

vào góc ma sát trong (Các hệ số này được tra trên đồ thị Hình 1.4, hoặc tra

trong Bảng 2.2.

Bảng 2.2 – Các hệ số tải trọng giới hạn [25]

Nc Nq N Nc Nq N

0 5,14 1,00 0,00 6 6,81 1,72 0,14

1 5,38 1,09 0,00 7 7,16 1,88 0,19

2 5,63 1,20 0,01 8 7,53 2,06 0,27

3 5,90 1,31 0,03 9 7,92 2,55 0,36

4 6,19 1,43 0,05 10 8,34 2,47 0,47

5 6,49 1,57 0,09 11 8,80 2,71 0,60

Đối với nền đất sét yếu, gia tải trong điều kiện không thoát nước

(c=cu, lúc đó đường cong DE và EF (xem Hình 2.3) sẽ trở thành cung

tròn, đối chiếu với Bảng 2.2 để tra các hệ số sức chịu tải, nhận được tải trọng

giới hạn của nền ở dạng công thức (2.2) [25]:

pgh=5,14.c + VO

trong đó: c – lực dính đơn vị của đất.

Sức chịu tải của nền ([q]) được xác định từ tải trọng giới hạn của nền

(pgh) theo công thức (2.3) [9], [25], [27], [28]:

[q]=pgh/Fs (2.3)

trong đó: Fs – hệ số an toàn, xác định dựa vào cấp công trình và trường

hợp tải trọng, điều kiện làm việc của công trình được cho trong tiêu chuẩn

hiện hành về nền các công trình thủy công [7].

- 34 -

Để nền không bị phá hoại về cường độ thì tổng ứng suất đáy móng do

tải trọng ngoài (q’) và do bản thân móng (qm) phải thỏa mãn công thức (2.4):

q’ + qm ≤ [q] (2.4).

trong đó: q’ – ứng suất đáy móng do tải trọng ngoài;

qm – ứng suất đáy móng do trọng lượng bản thân móng.

2.1.4. Phương pháp tính toán ứng suất, biến dạng

Hiện nay, để tính toán ứng suất, chuyển vị cho nền và kết cấu có thể áp

dụng các công thức trong lý thuyết đàn hồi. Tuy nhiên, phương pháp này có

hạn chế là chưa có sự trợ giúp của máy tính nên tốn nhiều thời gian, không

thích hợp khi phải tính cho nhiều trường hợp khác nhau trong nghiên cứu, sản

xuất. Mặt khác, như trên đã nói, đối với đất yếu có tính nén cao, đường cong

nén lún có dạng phi tuyến, không có giai đoạn tuyến tính như đất có tính nén

thấp, do vậy nếu áp dụng phương pháp tính trong lý thuyết đàn hồi thì sẽ cho

kết quả không phản ánh sát với thực tế.

Để khắc phục những hạn chế trên, hiện nay trong thực tế nghiên cứu,

sản xuất thường dùng các phần mềm được viết dựa trên phương pháp phần tử

hữu hạn (PPPTHH) với sự trợ giúp của máy tính để tính ứng suất, biến dạng

cho nền hoặc kết cấu gồm cả mô hình vật liệu tuyến tính và phi tuyến.

Giới thiệu phương pháp tính toán ứng suất, biến dạng theo PPPTHH

[36],[40]:

PPPTHH là một quy trình tính toán được sử dụng để đạt được lời giải

gần đúng cho nhiều bài toán xuất hiện trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong

kỹ thuật. Bản chất của phương pháp chính là dùng các phương trình toán học

(nói chung là phương trình liên tục) được viết tại những điểm nhất định trong

phạm vi phần tử. Các phương trình trong PPPTHH được thành lập và giải gần

đúng sao cho ít lỗi nhất.

- 35 -

Để tính toán theo PPPTHH, trước hết cần phải chia lưới phần tử trong

toàn miền tính toán. Các phần tử trong toàn miền tính toán sẽ kết nối với nhau

tại các điểm gọi là nút (xem Hình 2.4).

Tại các nút, các biến đầu tiên sẽ được giải, đối với phân tích chuyển vị

thì các biến đầu tiên được giải chính là giá trị chuyển vị tại các nút. Tiếp theo

dựa vào giá trị chuyển vị tại các nút sẽ tính được biến dạng và ứng suất tại các

điểm có tọa độ bất kỳ bên trong phần tử dựa vào các phương trình cơ bản.

Hình 2.4 – Các phần tử 3D kết nối với nhau tại nút [36], [40]

Quy trình tính toán như sau:

- Lập phương trình ma trận độ cứng cho từng phần tử (2.5):

.e e eK U P (2.5)

trong đó: Ke – ma trận độ cứng phần tử, tính theo (2.6)

(2.6)

B1 – ma trận liên hệ giữa chuyển vị nút và biến dạng;

- ma trận nghịch đảo của ma trận B1;

- 36 -

Đ – ma trận độ cứng vật liệu;

dv – phần tử thể tích;

Ue – véc tơ chuyển vị nút của phần tử;

Pe – véc tơ lực nút của phần tử.

- Lập phương trình ma trận độ cứng tổng thể (2.7):

Phương trình ma trận độ cứng tổng thể được viết cho toàn miền tính

toán (toàn bộ lưới phần tử) dựa vào phương trình ma trận độ cứng của từng

phần tử riêng biệt (2.5):

.TTK U P (2.7)

trong đó: KTT – ma trận độ cứng tổng thể (thiết lập bằng kết hợp các ma

trận độ cứng của từng phần tử riêng biệt);

U – véc tơ chuyển vị toàn bộ các nút trong lưới phần tử của

toàn miền tính toán;

P – véc tơ lực nút của toàn bộ nút trong lưới (thiết lập bằng

kết hợp các véc tơ lực nút của từng phần tử riêng biệt).

Giải phương trình (2.7) sẽ được chuyển vị nút toàn bộ các nút trong

lưới phần tử của toàn miền tính toán (U), cũng như của từng phần tử riêng

biệt (Ue).

- Tính biến dạng tại một điểm bên trong phần tử:

Dùng véc tơ chuyển vị nút của phần tử (Ue) để tính biến dạng tại một

điểm trong phần tử dựa vào phương trình (2.8):

=B1.Ue (2.8)

trong đó: - véc tơ biến dạng tại điểm tính toán.

- 37 -

- Tính ứng suất tại một điểm bên trong phần tử:

Dùng véc tơ chuyển vị () để tính ứng suất tại một điểm trong phần tử

dựa vào phương trình (2.9):

= Đ. (2.9)

trong đó: - véc tơ ứng suất tại một điểm;

Quá trình tính ứng suất, biến dạng theo PPPTHH được minh họa bằng

lưu đồ như Hình 2.5.

Hình 2.5 – Lưu đồ quá trình tính ứng suất, biến dạng theo PPPTHH

Trong chương II và chương IV, tác giả luận án sẽ ứng dụng PPPTHH

với sự trợ giúp của máy tính để tiến hành nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến

dạng của móng khối nêm trên nền đất yếu, lựa chọn mô hình vật liệu phục vụ

nghiên cứu xác định hình dạng khối nêm hợp lý.

2.1.5. Xác định tải trọng giới hạn của nền theo thí nghiệm hiện hiện

trường

2.1.5.1. Dựa vào quan sát thí nghiệm bàn nén tại hiện trường

Đối với đất mềm yếu thì xảy ra trường hợp khá hoại do ép lún, khi gia

tải thí nghiệm lên bàn nén theo từng cấp thấy bàn nén lún quá lớn, mặt đất

xung quanh bàn nén bị lún xuống, tải trọng tương ứng với biểu hiện này là tải

trọng giới hạn của nền [9].

- 38 -

2.1.5.2. Dựa vào đường cong nén lún

Tải trọng giới hạn của nền được xác định dễ dàng trong trường hợp phá

hoại hoàn toàn nhờ thấy điểm uốn rõ rệt. Tuy nhiên, đối với các trường hợp

phá hoại khác (cục bộ, ép lún) có nhiều tiêu chí để xác định tải trọng giới hạn

của nền như [47]:

- Tiêu chí độ dốc nhỏ nhất của Vesić (1963);

- Tiêu chí độ lún giới hạn bằng 0,1B (B là chiều rộng của móng) của

Vesić (1975);

- Tiêu chí dựa vào đồ thị vẽ theo tọa độ log của độ lún và tải trọng do

De Beer (1967) đề xuất;

- Tiêu chí 2 độ dốc dựa vào hình dạng của đường cong.

Các tiêu chí trên đòi hỏi phải làm thí nghiệm chất tải từng cấp trên nền

đến chuyển vị rất lớn để tìm ra đường cong nén lún. Trong số các tiêu chí, do

sự đơn giản và thuận tiện của nó trong việc ứng dụng nên tiêu chí độ dốc nhỏ

nhất của Vesić (1963) được lựa chọn sử dụng cho tất cả trường hợp móng kể

cả móng có tải trọng kết hợp.

Theo tiêu chí độ dốc nhỏ nhất của Vesić (1963), tải trọng giới hạn của

nền được xác định tại điểm mà tại đó độ dốc của đường cong nén lún lần đầu

tiên đạt giá trị không hoặc đạt giá trị nhỏ nhất không đổi. Đối với đất có độ

chặt tương đối cao, khi móng đặt trên mặt nền hoặc trong nền thì có khả năng

xảy ra phá hoại hoàn toàn cao hơn và tải trọng phá hoại dễ dàng nhận ra bằng

ví dụ minh họa trong thí nghiệm số 61 (xem Hình 2.6). Tuy nhiên, với móng

trong đất có độ chặt tương đối thấp hơn, dạng phá hoại có thể là cục bộ hoặc

ép lún và vị trí phá hoại không thể hiện rõ nét ví như trường hợp thí nghiệm

số 64 (xem Hình 2.6), trong trường hợp như vậy có thể dùng đồ thị bán logarit

- 39 -

với trục tọa độ tải trọng chia theo tỷ lệ logarit thay cho tọa độ chia tuyến tính

với mục đích có thể thuận tiện cho việc nhận biết vị trí bắt đầu độ dốc nhỏ

nhất.

Hình 2.6 – Tiêu chí độ dốc nhỏ nhất và độ lún bằng 0,1B theo Vesić

(1963, 1975) [47]

Nghiên cứu xác định tải trọng giới hạn của nền theo thí nghiệm hiện

trường với mục đích xác định được giá trị tải trọng giới hạn trên đường cong

nén lún áp dụng cho móng khối nêm trên mô hình vật lý (sẽ thực hiện nghiên

cứu ở chương III).

2.2. MÓNG KHỐI NÊM CHO ĐÊ BIỂN

Móng khối nêm được bố trí ở khu vực giữa đê, nơi chịu tải trọng lớn

nhất do thân đê truyền xuống và có giá trị lớn vượt quá sức chịu tải của nền

- 40 -

thiên nhiên trước khi xử lý. Tại vị trí cơ đê ở 2 bên hoặc gần chân mái không

bố trí móng khối nêm vì bản thân nền thiên nhiên đã đủ sức chịu tải. Vải ĐKT

chịu kéo đặt trên mặt móng khối nêm có chức năng liên kết các khối nêm lại

với nhau, chức năng này tương tự lớp sàn bê tông cốt thép khóa mặt trên

móng Top-base của Hàn Quốc và Nhật Bản nhằm liên kết các Top-block lại

với nhau thành một khối. Ngoài ra, vải ĐKT chịu kéo đặt trên móng còn góp

phần dàn đều một phần tải trọng thân đê lên móng và chống lại mặt trượt

khoét sâu xuống nền, do đó làm tăng khả năng ổn định chống trượt cho mái

đê. Sơ đồ bố trí móng khối nêm cho đê biển xem Hình 2.7.

Hình 2.7 – Bố trí móng khối nêm cho đê biển

2.3. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG LỰC TÁC DỤNG LÊN KHỐI

NÊM

a) Sự làm việc của khối nêm b) Ứng suất đáy móng khối nêm

Hình 2.8 – Sự làm việc của khối nêm và áp lực lên nền

- 41 -

Giả thiết rằng ứng suất đáy móng tại mặt A’C’ do tải trọng tác dụng lên

móng (q) truyền qua khối nêm sẽ phân bố lại và giảm đi nhờ mặt vát của khối

nêm một góc (1) so với phương thẳng đứng (xem Hình 2.8). Để thiết lập

được công thức tính ƯSĐM khối nêm, cần thiết lập và giải bài toán truyền lực

của khối nêm độc lập với giả thiết phản lực đơn vị trên mặt phẳng nằm ngang

A’C’ và trên mặt phẳng nghiêng C’D’ có trị số bằng nhau và bằng q3 (xem

Hình 2.8).

- Các thành phần lực tác dụng vào khối nêm:

+ Tải trọng đơn vị (q) tác dụng lên móng do thân đê truyền xuống;

+ ƯSĐM tại đáy khối nêm trên mặt A’C’ và ứng suất trên mặt vát của

khối nêm trên mặt C’D’ (q3);

+ Ứng suất tiếp trên mặt đứng (f2);

Các thành phần ứng suất trên mặt A’C’ và mặt vát C’D’ có thể khác

nhau về trị số, song để giải được phương trình cân bằng lực, giả thiết rằng các

thành phần ứng suất này bằng nhau về trị số.

- Phương trình cân bằng lực của khối nêm:

3 3 3 1 2. . . .q S q S q S f V

(2.10)

Đối với ứng suất tiếp f2, do các khối nêm khu vực giữa đê lún tương

đối đều nhau và phần cát tiếp xúc với khối nêm chiếm tỷ lệ diện tích nhỏ, ảnh

hưởng của thành phần này không nhiều, nên bỏ qua khi giải phương trình.

Chiếu các thành phần lực tác dụng lên khối nêm theo phương đứng,

phương trình (2.10) trở thành (2.11):

3 3 3 1 1. . . . os(90 )q S q S q S c (2.11)

trong đó: q – tải trọng đơn vị tác dụng lên móng;

- 42 -

S – diện tích mặt phẳng tại đỉnh khối nêm (ứng với kích thước

D);

q3 – ƯSĐM tại đáy khối nêm trên mặt A’C’ và ứng suất trên

mặt vát của khối nêm trên mặt C’D’;

S3 – diện tích mặt phẳng đáy khối nêm (ứng với kích thước

d);

S1 – diện tích mặt vát của khối nêm;

1 – góc vát so với phương thẳng đứng;

– góc hợp bởi giữa ứng suất trên mặt vát và pháp tuyến mặt

vát của khối nêm.

Đặt thừa số chung và rút ra được q3 có dạng (2.12):

3

3 1 1

.

. os(90 )

q Sq

S S c

(2.12)

Đặt 3

3 1 1. os(90 )

SK

S S c

, lúc đó (2.12) trở thành (2.13):

3 3.q K q (2.13)

Trong phạm vi mặt vát, tại đáy móng giá trị q1 tính theo công thức

(2.14):

1

1 3 1

3 1 1

. os(90 ).. os(90 )

. os(90 )

S c qq q c

S S c

(2.14)

Đặt 1

1

3 1 1

. os(90 )

. os(90 )

S cK

S S c

, lúc đó (2.14) trở thành (2.15):

1 1.q K q (2.15)

- 43 -

Trên mặt bằng, giữa các khối nêm là cát chèn, không có ảnh hưởng của

mặt vát khối nêm, nên ƯSĐM tại đây (q2) được cho là không giảm so với tải

trọng (q) được biểu thị như dạng (2.16):

2 2.q K q (2.16)

trong đó: K2=1.

Các hệ số K1, K2, K3 gọi là các hệ số giảm ứng suất tương ứng với q1,

q2, q3.

ƯSĐMTB (q’) được xác định từ q1, q2, q3 dựa vào (2.17):

' '' 3 3 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2

' '3 1 2 3 1 2

.S . . ( . . . )..

q q S q S K S K S K S qq K q

S S S S S S

(2.17)

trong đó: '1S - diện tích hình chiếu của S1 lên mặt bằng đáy móng;

S2 – diện tích mặt bằng phần cát chèn giữa các khối nêm.

Để làm rõ mức độ suy giảm ứng suất tại đáy móng, tức là tìm ra các hệ

số giảm ứng suất K1, K2, K3, luận án khảo sát, tính toán với 3 khối nêm I-0,5-

0,3-45, II-0,5-0,3-45 và II-1-0,6-45 có hình dạng và kích thước nhất định như

trên các Hình 2.9, Hình 2.10 và Hình 2.11 (ký hiệu đầu tiên của khối nêm là II

– nghĩa là khối nêm có hình dạng mặt bằng là tròn):

a) Mặt bằng b) Mặt cắt A - A

Hình 2.9 – Kích thước khối nêm I-0,5-0,3-45

- 44 -


Hình 2.10 – Kích thước khối nêm II-0,5-0,3-45


Hình 2.11 – Kích thước khối nêm II-1-0,6-45

Kết quả tính toán hệ số giảm ứng suất cho 3 khối nêm I-0,5-0,3-45, II-

0,5-0,3-45 và II-1-0,6-45 với vật liệu chèn là cát ẩm có góc ma sát trong

w=22018’ được nêu trong Bảng 2.3.

Bảng 2.3 – Hệ số giảm ứng suất của một số khối nêm

Hệ số giảm ứng suất TT Tên

khối nêm

Thể tích

(m3)

Diện tích

mặt vát (m2) K1 K2 K3 K

1 I-0,5-0,3-45 0,0472 0,2464 0,7306 1 0,8185 0,7884

2 II-0,5-0,3-45 0,0448 0,2333 0,7312 1 0,8191 0,8000

3 II-1-0,6-45 0,3581 0,9330 0,7314 1 0,8194 0,8001

- 45 -

Kết quả nêu trong Bảng 2.3 cho thấy rằng mặt vát 450 của khối nêm có

tác dụng làm giảm ƯSĐM. Tuy nhiên, các hệ số giảm ứng suất nêu trong

Bảng 2.3 xuất phát từ việc giải phương trình cân bằng lực chỉ đơn thuần kể

đến ảnh hưởng của mặt vát khối nêm, trong khi thực tế vẫn còn nhiều yếu tố

ảnh hưởng khác nữa vẫn chưa được xét đến, đó là:

- Sự làm việc đồng thời giữa các khối nêm trong móng;

- Sự khác nhau về giá trị ứng suất trên mặt vát và đáy móng;

- Chiều sâu chịu nén của nền đất yếu;

- Chiều sâu đặt móng;

- Tính chất của đất nền và đất bên móng;

- Kích thước móng;

- Độ cứng của móng.

Chính vì vậy, các hệ số giảm ứng suất nêu trong Bảng 2.3 cần được tiếp

tục nghiên cứu trên mô hình số và mô hình vật lý có xét đến nhiều yếu tố hơn

để kiểm nghiệm, hiệu chỉnh.

2.4. NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG MÓNG KHỐI NÊM

BẰNG MÔ HÌNH SỐ

2.4.1. Lựa chọn phần mềm

Để so sánh kết quả với kết quả tính theo công thức giải tích, đồng thời

làm rõ hiệu quả giảm ứng suất của mặt vát khối nêm, tác giả cũng nghiên cứu

trên mô hình số. Hiện nay, có rất nhiều phần mềm cho phép người sử dụng

nghiên cứu ứng suất, biến dạng bằng mô hình, có thể kể đến một số phần

mềm đang được dùng nhiều hiện nay là Geostudio, Plaxis, Ansys, Abaqus,

Flac, Midas, ... Trong luận án, phần mềm Plaxis được tác giả lựa chọn để

nghiên cứu ứng suất, biến dạng, có sự tin cậy cao do tác giả có khóa bản

quyền và đã sử dụng quen thuộc phần mềm này trong nhiều năm tính toán

thiết kế, xử lý sự cố các công trình thực tế, kết quả đưa ra đáp ứng được yêu

- 46 -

cầu nghiên cứu ứng suất, biến dạng cho các mô hình bài toán phẳng (2D) và

không gian 3 chiều (3D) với sự tương tác giữa nền và kết cấu, hiển thị kết quả

trực quan [35].

Giới thiệu về phần mềm Plaxis 3D 2013 [35]: là chương trình lập theo

PPPTHH để tính toán ứng suất, biến dạng, ổn định, dòng chảy ngầm trong

tương tác nền-kết cấu cho các mô hình bài toán không gian 3 chiều. Phần

mềm này đã được nhiều kỹ sư địa kỹ thuật trên khắp thế giới sử dụng để tính

toán cho các bài toán tương tác nền-kết cấu với các mô hình vật liệu bao gồm

cả tuyến tính và phi tuyến. Phần mềm này do Hà Lan sản xuất.

2.4.2. Trình tự tính toán

Trình tự tính toán trong Plaxis 3D 2013 bao gồm các bước chủ yếu

[38]: (i) xây dựng mô hình tính toán; (ii) chia lưới phần tử; (iii) thực hiện tính

toán; (iv) xem kết quả.

- Lập mô hình tính toán: xác định thuộc tính địa tầng, mô hình kết cấu;

- Chia lưới phần tử: liên quan đến kích thước phần tử chia để đảm bảo

mức độ chính xác của kết quả tính toán. Kích thước phần tử nhỏ hơn cho kết

quả tính toán chính xác hơn, nhưng thời gian tính toán mô hình đòi hỏi nhiều

hơn.

- Thực hiện tính toán: có thể tính toán với nhiều giai đoạn tương ứng

với các tải trọng khác nhau;

- Xem kết quả: xem ứng suất, biến dạng tại một điểm cần nghiên cứu

ứng với cấp tải trọng khác nhau.

2.4.3. Xây dựng mô hình tính toán

Để có cơ sở so sánh các hệ số giảm ứng suất theo công thức giải tích

với các hệ số giảm ứng suất tính bằng mô hình số, tác giả xây dựng mô hình

tính toán cho một khối nêm II-1-0,6-45. Khối nêm được đặt trực tiếp trong

nền đất yếu có cát chèn xung quanh.

- 47 -

- Mô hình nền đất yếu:

+ Giới hạn biên: được chọn với chiều sâu 2 m, chiều rộng 8 m và chiều

dài theo phương dọc bằng 1 m (bằng kích thước nền đất yếu của mô hình vật

lý sẽ được thực hiện ở chương sau).

+ Các chỉ tiêu cơ lý: được lấy theo các chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng

của các mẫu đất sét nguyên trạng trong mô hình vật lý được nêu trong Bảng

2.4, các chỉ tiêu này cũng được dùng để nghiên cứu hình dạng khối nêm hợp

lý bằng mô hình số.

Bảng 2.4 – Các chỉ tiêu cơ lý trung bình của đất yếu

TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Thành phần hạt -

- Hạt sét (<0,005mm) - % 54,3

- Hạt bụi (0,005-0,05mm) - % 19,5

- Hạt cát (0,05-2mm) - % 26,2

2 Độ ẩm tự nhiên W % 63,1

3 Dung trọng tự nhiên w kN/m3 15,4

4 Dung trọng bão hòa bh kN/m3 15,8

5 Dung trọng khô c kN/m3 9,4

6 Tỷ trọng - 2,61

7 Độ bão hòa G % 92,52

8 Độ rỗng n % 64,03

9 Hệ số rỗng ban đầu e 0 - 1,78

10 Giới hạn chảy WL % 66,70

11 Giới hạn dẻo Wp % 36,95

12 Chỉ số dẻo Ip % 29,75

13 Góc ma sát trong Độ 2055’48’’

14 Lực dính đơn vị c kPa 9

16 Hệ số thấm k m/s 6,87*10-7

- 48 -

Trong Bảng 2.4, giới hạn chảy là thông số quan trọng để tính toán mô

đun biến dạng của đất phục vụ tính bằng mô hình số. Để xác định giới hạn

chảy, hiện nay có 2 dụng cụ chủ yếu được dùng để xác định giới hạn chảy là

Casagrande và chùy xuyên. Ở nước ta, giới hạn chảy (WL) được xác định

bằng chùy xuyên [5], [17]. Tuy nhiên, ở Mỹ và các nước phương tây xác định

giới hạn chảy bằng dụng cụ Casagrande (Wc) [9]. Cho nên, cần phải chuyển

kết quả giữa 2 dụng cụ trước khi sử dụng để tính toán các tham số khác.

+ Lựa chọn mô hình vật liệu: hiện có rất nhiều mô hình vật liệu tiêu

chuẩn được sử dụng trong tính nghiên cứu ứng suất, biến dạng. Ở đây, tác giả

lựa chọn mô hình tăng bền (còn gọi là mô hình HS). Việc lựa chọn mô hình

vật liệu phù hợp cho đất yếu để nghiên cứu xác định hình dạng khối nêm hợp

lý sẽ được quyết định bằng việc so sánh với kết quả trên mô hình vật lý.

Các chỉ tiêu bổ sung cho mô hình vật liệu:

Mô đun biến dạng tham chiếu trong thí nghiệm nén 1 trục ( refoedE ) được

tính theo công thức (2.18):

06,47.(1 ). refrefoed

c

e PE

C

(2.18)

trong đó: e0 – là hệ số rỗng ban đầu của đất;

Cc – chỉ số nén, tính theo công thức (2.19) [25], [43]:

Cc = 0,009.(Wc – 10) (2.19)

Wc – giới hạn chảy của đất xác định bằng dụng cụ

Casagrande dựa vào (2.20) [5]:

Wc = LW '

'

b

a

(2.20);

- 49 -

WL – giới hạn chảy xác định bằng chùy xuyên;

a’, b’ – hệ số phụ thuộc loại đất, a’=0,73%, b’=6,74;

Mô đun biến dạng tham chiếu trong thí nghiệm nén 3 trục ( 50refE ) được

tính dựa vào mô đun biến dạng tham chiếu trong thí nghiệm nén một trục

( refoedE ) được xác định theo công thức (2.21):

50 0, 445.ref refoedE E (2.21)

Mô đun biến dạng tham chiếu nén nở trong thí nghiệm nén 3 trục

( refurE ) được tính theo công thức (2.22) [37]:

ur 502,5.ref refE E (2.22)

Sau khi tính toán và hiệu chỉnh kết quả, thu được các giá trị cho mô

hình đất yếu nêu trong Bảng 2.5.

Bảng 2.5 – Các chỉ tiêu bổ sung phục vụ mô hình toán [5],[37],[40],[43]

TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị Ghi chú

1 Mô đun biến dạng tham

chiếu trong thí nghiệm

nén 3 trục

50refE kPa 985 Theo tài liệu

[5], [37]


chiếu trong thí nghiệm

nén 1 trục

refoedE kPa 2215 Theo tài liệu

[5], [37] ,[43]


chiếu nén nở trong thí

nghiệm nén 3 trục

refurE kPa 2465 Theo tài liệu

[5], [37]

4 Hệ số mũ cho sự phụ

thuộc vào ứng suất của

độ cứng

m - 1 Theo tài liệu

[37]

5 Hệ số tiếp xúc Rinter - 0,7 Theo tài liệu

[40]

- Mô hình kết cấu:

+ Khối nêm:

- 50 -

Kích thước và cường độ vật liệu: kích thước được mô phỏng đúng như

khối nêm II-1-06-45, cường độ vật liệu lấy bằng cường độ vật liệu của khối

nêm đưa vào thí nghiệm trên mô hình vật lý được trộn từ đất yếu (chỉ tiêu đất

yếu nêu trong Bảng 2.4) với xi măng, phụ gia theo tỷ lệ: 200 kg/m3 đất yếu,

khối lượng phụ gia bằng 1% khối lượng xi măng.

Cường độ kháng nén nở hông (qu) của vật liệu khối nêm xác định qua

thí nghiệm, bằng qu=700 kPa.

Mô hình vật liệu: vật liệu khối nêm được xem là đất đồng nhất, đàn dẻo

[46]. Như vậy, mô hình vật liệu được chọn là Mohr-Coulomb.

Các chỉ tiêu bổ sung cho mô hình vật liệu: để có đủ chỉ tiêu cho mô

hình vật liệu, theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm về đất yếu được gia cố xi

măng [1], các đặc trưng của vật liệu khối nêm được xác định theo (2.23),

(2.24) và (2.25):

Mô đun biến dạng: E = 120.qu (2.23)

Lực dính đơn vị c = 0,15.qu (2.24)

Góc ma sát trong: uqφ = 2arctan 90

2c

(2.25)

Tổng hợp các chỉ tiêu của vật liệu khối nêm nêu trong Bảng 2.6.

Bảng 2.6 – Chỉ tiêu của vật liệu khối nêm [1], [32]


1 Mô đun biến dạng E kPa 84.000 Theo tài liệu [1]

2 Lực dính đơn vị c kPa 105 Theo tài liệu [1]

3 Góc ma sát trong Độ 56036’00’’ Theo tài liệu [1]

4 Dung trọng tự nhiên w kN/m3 17

5 Dung trọng bão hòa bh kN/m3 17

6 Hệ số Poisson - 0,25 Theo tài liệu [32]

7 Cường độ kháng nén nở hông

qu kPa 700

- 51 -

+ Cát chèn:

Kích thước: được mô phỏng điền đầy khoảng hở của khối nêm.

Các chỉ tiêu cơ lý: được lấy bằng các chỉ tiêu của cát chèn trên mô hình

vật lý được nêu trong Bảng 2.7.

Bảng 2.7 – Chỉ tiêu cơ lý của cát trong móng khối nêm

TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Thành phần hạt

- Cát hạt mịn (0,05-0,10mm) - % 1,80

- Cát hạt nhỏ (0,10-0,25mm) - % 20,80

- Cát hạt trung (0,25-0,50mm) - % 58,70

- Cát hạt thô (0,50-2,00mm) - % 10,50

- Hạt sỏi, sạn (2-60mm) - % 8,30

2 Độ ẩm tự nhiên W % 15,20

3 Dung trọng tự nhiên w kN/m3 17,5

4 Dung trọng khô c kN/m3 15,2

5 Tỷ trọng - 2,66

6 Độ chặt Kc - 0,90

7 Góc ma sát trong khi khô k Độ 29051’

8 Góc ma sát trong khi ướt w Độ 22018’

Lựa chọn mô hình vật liệu: khi móng khối nêm làm việc dưới tác dụng

của tải trọng, cát sẽ được chèn chặt do thu hẹp lỗ rỗng nhờ các lực tại mặt vát

của khối nêm và lực thẳng đứng do tấm nén truyền xuống. Do cát có cường

độ cao hơn nền đất yếu nhiều, nên khả năng phá hoại của cát trong móng

không xảy ra mà chỉ xảy ra phá hoại nền yếu. Mặt khác, biến dạng của cát chỉ

do thu hẹp lỗ rỗng nên quan hệ ứng suất với biến dạng là tuyến tính, vì vậy

lựa chọn mô hình vật liệu Mohr-Coulomb (MC) cho cát chèn là phù hợp.

- 52 -

Các chỉ tiêu bổ sung cho mô hình MC: gồm mô đun biến dạng, hệ số

Poisson, hệ số tiếp xúc giữa cát và khối nêm. Các chỉ tiêu bổ sung chưa được

thí nghiệm, nên sẽ tham khảo áp dụng dựa vào các nghiên cứu đã có. Kết quả

tham khảo được nêu trong Bảng 2.8.

Bảng 2.8 – Các chỉ tiêu bổ sung của cát chèn [6], [40]


1 Mô đun biến dạng E kPa 11.000 Theo tài liệu [6]


3 Hệ số tiếp xúc Rinter - 0,8 Theo tài liệu [40]

+ Mô hình tấm nén phẳng:

Tấm nén phẳng để truyền tải trọng của đất thân đê lên móng, kích

thước bằng 1 m x 1 m x 0,1 m, có mô đun biến dạng bằng 135.106 kPa được

rút ra từ quan hệ độ cứng của tấm nén được lấy bằng với độ cứng của đất thân

đê (với đất yếu, mô đun biến dạng lớn nhất bằng 5.000 kPa [30], do đất thân

đê thường được đắp từ đất yếu tại chỗ, nên cũng chọn mô đun biến dạng bằng

5.000 kPa). Trọng lượng tấm nén được đưa ra ngoài làm tải trọng tác dụng

bằng 56 kPa phân bố đều lên tấm nén, tương đương với đê cao 3 m và đỉnh đê

có xe ô tô H10 lưu thông trên đường.

Mô hình vật liệu của tấm nén phẳng: chọn mô hình vật liệu đàn hồi

tuyến tính, hệ số Poisson lấy theo vật liệu thép, chỉ tiêu nêu trong Bảng 2.9.

Bảng 2.9 – Bảng chỉ tiêu cơ lý của tấm nén


1 Mô đun đàn hồi E0 kPa 135.106


Kết quả lập mô hình tính toán với khối nêm II-1-0,6-45 bằng phần mềm

Plaxis 3D 2013 xem ở Hình 2.12.

- 53 -

a) Khi vừa lắp đặt khối nêm b) Khi vừa chất tải lên tấm nén

Hình 2.12 – Mô hình với khối nêm II-1-0,6-45

2.4.4. Chia lưới phần tử

Trong Plaxis 3D 2013 sử dụng phần tử tứ diện 10 nút (xem Hình 2.13)

[36] và phần tử tiếp xúc 12 nút để tính toán. Tính toán ứng suất, biến dạng với

lưới phần tử 3D mất nhiều thời gian hơn so với tính toán với lưới phần tử

phẳng, việc chọn kích thước phần tử không chỉ ảnh hưởng đến thời gian tính

toán mà còn mức độ chính xác của kết quả. Trong Plaxis 3D 2013 cho phép

lựa chọn 5 mức phân bố kích thước của phần tử, đó là: lưới phân bố rất thô,

lưới phân bố thô, lưới phân bố vừa, lưới phân bố mịn và lưới phân bố rất mịn,

trong đó lưới phân bố rất mịn cho kích thước phần tử nhỏ nhất.

Để đảm bảo mức độ chính

xác cao nhất cho kết quả tính ra

(mặc dù tính toán mất nhiều thời

gian do khối lượng phần rất tử rất

lớn), tác giả lựa chọn “lưới phân

bố rất mịn”, với kích thước cạnh

phần tử lớn nhất từ 10 cm đến

15cm (xem Hình 2.14).

Hình 2.13–Phần tử tứ diện 10 nút [36]

- 54 -

Hình 2.14 –Lưới phần tử 3D với mô hình móng một khối nêm

2.4.5. Thực hiện tính toán

Tác giả thực hiện tính toán ứng suất, biến dạng trên mô hình ở trạng

thái ổn định với tải trọng đơn vị tác dụng lên móng q=56 kPa (tương ứng đê

cao 3 m, đỉnh đê có ô tô H10), kết quả tính lập thành bảng để phân tích.

2.4.6. Kết quả tính toán

Kết quả tính toán ứng suất, biến dạng cần phân tích cho mô hình khối

nêm II-1-0,6-45 tại những vị trí đã xác định trước (xem Hình 2.15) dưới tác

dụng của tải trọng đơn vị lên móng q= 56 kPa:

- ƯSĐM tại S3 ở

giữa khối nêm;

- ƯSĐM tại S1 ở

giữa trong phạm vi mặt

vát;

Tổng hợp kết quả

tính ứng suất, biến dạng

được nêu trong Bảng 2.10.

Hình 2.15 – Vị trí xem kết quả trên mô hình

- 55 -

Bảng 2.10 – Kết quả tính ƯSĐM với 1 khối nêm, q=56 kPa

ƯSĐM tại các vị trí (kPa) Hệ số giảm ứng suất TT Mô hình với khối nêm

S1 S3 K1 K3

1 II-1-0,6-45 38 48,9 0,6786 0,8732

Để kể đến ảnh hưởng của các khối nêm đồng thời cùng làm việc trong

móng đến các hệ số giảm ứng suất, tác giả cũng xây dựng mô hình và tính

toán ứng suất, biến dạng cho móng khối nêm đặt trên đất yếu gồm 6 khối nêm

I-0,5-0,3-45 được xếp thành 2 hàng, mỗi hàng 3 khối nêm, cát được chèn đầy

khoảng hở giữa các khối nêm (xem Hình 2.16 và Hình 2.17). Kết quả tính

toán ƯSĐM tại các điểm S1, S2, S3 nêu trong Bảng 2.11.

Hình 2.16 – Mặt bằng mô hình tính móng với khối nêm I-0,5-0,3-45

a) Khi vừa lắp đặt các khối nêm b) Khi vừa chất tải lên tấm nén

Hình 2.17 – Mô hình móng với khối nêm I-0,5-0,3-45 trên Plaxis 3D

- 56 -

Bảng 2.11 – Kết quả tính ƯSĐM móng 6 khối nêm I-0,5-0,3-45

ƯSĐM tại các vị trí (kPa) Hệ số giảm ứng suất q (kPa) S1 S2 S3 q’ K1 K2 K3 K

56 50,1540 51,2440 50,8340 50,6809 0,8956 0,9151 0,9078 0,9050

2.4.7. Bình luận kết quả

Kết quả nghiên cứu bằng mô hình số thu được nêu trong Bảng 2.10 cho

thấy ƯSĐM của khối nêm cũng bị giảm so với tải trọng tác dụng của thân đê

truyền xuống, tức là các hệ số giảm ứng suất nhỏ hơn 1. Kết quả này không

thay đổi nhiều so với kết quả thu được theo công thức giải tích nêu trong

Bảng 2.3, cụ thể tại Bảng 2.10 hệ số K1 nhỏ hơn 7 %, còn với hệ số K3 lớn

hơn 7 %. Có sự khác biệt này là do các hệ số giảm ứng suất thu được bằng mô

hình số đã xét đến nhiều yếu tố ảnh hưởng hơn so với các hệ số giảm ứng suất

thu được từ công thức giải tích. Tuy nhiên, kết quả trên mô hình số vẫn có sự

sai khác với thực tế do mô hình vật liệu sử dụng trong mô hình số chỉ phản

ánh gần đúng kết quả nghiên cứu thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu bằng mô hình số nêu trong Bảng 2.11 đã xét đến sự

làm việc đồng thời của các khối nêm trong móng và cho thấy ƯSĐM cũng bị

giảm đi so với tải trọng. Kết quả trên mô hình số cho thấy khi có sự làm việc

đồng thời của các khối nêm trong móng thì mức độ giảm ƯSĐM ít hơn so với

mức độ giảm ƯSĐM khi móng chỉ có một khối nêm đứng độc lập, cụ thể hệ

số K1 lớn hơn 23 %, K3 lớn hơn 11 %, điều này còn do ảnh hưởng của bề rộng

móng. So với kết quả tính theo công thức giải tích thì chênh lệch hệ số giảm

ứng suất trung bình (K) ở Bảng 2.11 và Bảng 2.3 là 15 %.

Trong Bảng 2.3 (theo công thức giải tích) giả thiết K2 =1, tức là ƯSĐM

không bị suy giảm do không có mặt vát của khối nêm, tuy nhiên trong Bảng

- 57 -

2.11 (thu được từ nghiên cứu bằng mô hình số) lại cho thấy hệ số K2<1, tuy

rằng mức độ giảm không nhiều như các hệ số K1 và K3, sự suy giảm này còn

do ảnh hưởng bởi chiều sâu đặt móng.

2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG II

Tác giả luận án đã thiết lập được công thức có dạng tổng quát để tính

toán ƯSĐM khối nêm, đồng thời cũng thực hiện nghiên cứu ƯSĐM khối nêm

bằng mô hình số theo PPPTHH. Kết quả tính ƯSĐM với khối nêm có góc vát

450 bằng công thức giải tích và bằng mô hình số cho một số trường hợp đều

cho thấy móng khối nêm có tác dụng làm giảm ƯSĐM so với tải trọng ngoài.

Kết quả nghiên cứu ƯSĐM theo công thức giải tích còn nhiều hạn chế

do chỉ đơn thuần là kể đến ảnh hưởng của mặt vát khối nêm. Nghiên cứu bằng

mô hình số mặc dù đã kể đến nhiều yếu tố ảnh hưởng hơn, tuy nhiên vẫn

nhiều tồn tại, đó là chưa có cơ sở kết luận góc vát 450 của khối nêm mang lại

hiệu quả phân bố ứng suất tốt hơn; hình dạng nào của khối nêm là hợp lý;

chưa xét đến ảnh hưởng của chiều sâu vùng chịu nén của đê thực tế; chưa xét

được sự thay đổi của tải trọng ảnh hưởng đến các hệ số giảm ứng suất; lựa mô

hình vật liệu chưa có cơ sở khẳng định là phù hợp với thực nghiệm. Chính

những hạn chế, tồn tại nêu trên dẫn đến kết quả nghiên cứu chưa thể ứng dụng

ngay vào thực tế, nên cần được tiếp tục nghiên cứu ở các chương sau.

- 58 -

Chương III

NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG MÓNG KHỐI NÊM

TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ

3.1. MỤC TIÊU, VỊ TRÍ, SỐ LƯỢNG KHỐI NÊM THÍ NGHIỆM

- Mục tiêu: đo ứng suất, biến dạng của móng khối nêm trên mô hình vật

lý để kiểm chứng sự phù hợp của mô hình số phục vụ nghiên cứu xác định

hình dạng khối nêm hợp lý và hiệu chỉnh công thức giải tích đã thiết lập ở

chương II.

- Vị trí thí nghiệm: để dễ dàng trong chất tải mà vẫn phản ánh sát với

thực tế và giảm được kinh phí xây dựng mô hình, vị trí móng khối nêm thí

nghiệm thực hiện ở khu vực giữa đỉnh đê, nơi chịu tải trọng phân bố đều (xem

Hình 3.1).

Hình 3.1 – Ví trí thí nghiệm móng khối nêm đưa vào mô hình

- Số lượng khối nêm: trung thực nhất là đưa đủ số khối nêm trong

móng vào MHVL, như vậy thì rất khó thực hiện. Để vẫn phản ánh sự làm việc

đồng thời của các khối nêm trong móng và thuận lợi cho xây dựng mô hình,

số lượng khối nêm đưa vào thí nghiệm là 6 và được bố trí làm 2 hàng, mỗi

hàng 3 khối nêm (xem Hình 3.2 và Hình 3.3). Khối nêm thí nghiệm là I-0,5-

0,3-45. Sơ đồ thí nghiệm này đã được Nhật và Hàn Quốc thực hiện với móng

Top-base ở trong phòng và hiện trường [34], [39], [41], [44], [45].

- 59 -

Hình 3.2 – Số khối nêm thí nghiệm trên mặt bằng

Hình 3.3 – Sơ đồ thí nghiệm MKN (mặt cắt 1-1 Hình 3.2)

3.2. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

- Đo ứng suất đáy móng khối nêm do tải trọng tác dụng lên móng tại

các cảm biến ứng suất S1, S2, S3 (xem các Hình 3.4, Hình 3.5, Hình 3.6 và

Hình 3.7);

Hình 3.4 – Vị trí cảm biến ứng suất trên mặt bằng mô hình

- 60 -

Hình 3.5 – Mặt cắt 1 – 1 (Hình 3.4)

Hình 3.6 – Mặt cắt 2 – 2 (Hình 3.4)

Hình 3.7 – Phối cảnh 3D các vị trí cảm biến ứng suất

- 61 -

- Đo chuyển vị đứng của tấm nén phẳng do tải trọng các cấp tác dụng

lên móng bằng đồng hồ đo lún đặt tại các điểm mốc đo lún Se1, Se2, (xem

Hình 3.8 và Hình 3.9);

Hình 3.8 – Điểm mốc đo lún Se1 và Se2 trên mặt bằng tấm nén

Hình 3.9 –Điểm đo lún Se1 và Se2 trên tấm nén (Mặt cắt 2-2 Hình 3.8)

- Quan sát hình ảnh chuyển vị thực tế của nền (qua ô kính) do tải trọng

tác dụng lên móng bằng kỹ thuật đánh dấu bằng chụp ảnh (Kỹ thuật PIV).

3.3. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

3.3.1. Cảm biến ứng suất

Các thông số của cảm biến ứng suất dùng trong mô hình như sau:

- 62 -

- Phạm vi đo: 0 ÷ 200 kPa;

- Đường kính: 28 mm;

- Chiều dày: 6,5 mm;

- Sai số phép đo: nhỏ hơn 5 %;

- Nước sản xuất: Trung Quốc.

Hình 3.10 - Cảm biến ứng suất

Hình ảnh cảm biến ứng suất thực tế trên mô hình xem Hình 3.10.

3.3.2. Tấm nén phẳng và đồng hồ đo lún

Tấm nén phẳng có kích thước bằng

1 m x 1 m x 0,01 m dùng để tiếp nhận tải

trọng từ kích thủy lực qua khung truyền

lực lên móng khối nêm. Tăng độ cứng

cho tấm nén bằng hàn cố định thép chữ

thập I10 và bản mã kích thước 35 cm x

35 cm x 1 cm liên kết phía trên (xem

Hình 3.11). Toàn bộ vật liệu tấm nén là

thép CT3, có trọng lượng bằng 1,14 kN.

Hình 3.11- Tấm nén phẳng trên

mô hình

Trên tấm nén phẳng có gắn 2 đồng hồ tại 2 vị trí đối diện để đo lún của

tấm nén ứng với các cấp tải trọng khác nhau thông qua mốc đo lún. Đồng hồ

đo lún trong thí nghiệm do Trung Quốc sản xuất, sai số phép đo ≤0,01 mm

được gắn với mốc đo lún trên tấm nén phẳng (xem Hình 3.12). Tổng trọng

lượng của 2 mốc đo lún bằng 0,04 kN.

a) Đồng hồ đo lún b) Mốc đo lún

Hình 3.12 – Đồng hồ đo lún và mốc đo lún trên tấm nén

- 63 -

3.3.3. Khung truyền lực

Khung truyền lực tiếp nhận

tải trọng từ kích để truyền lên tấm

nén, vật liệu làm bằng thép CT3 bao

gồm thép hình I10, bản mã liên kết

trên và dưới (xem Hình 3.13). Tổng

chiều cao của khung bằng 0,72 m.

Trọng lượng khung bằng 0,6 kN.

Hình 3.13 – Khung truyền lực

3.3.4. Kích thủy lực

Kích thủy lực để tác dụng tải trọng lên móng theo từng cấp nhờ khung

truyền lực và tấm nén phẳng (xem Hình 3.14). Trong thí nghiệm dùng kích có

các thông số sau:

- Xuất xứ: từ Trung Quốc;

- Đồng hồ đo tải trọng: mỗi vạch chia tương đương giá trị 2 kN

- Sức nâng: 200 kN;

- Sai số phép đo: ≤ 5 % so với tải trọng tác dụng;

- Tốc độ gia tải: nhanh và dễ dàng bằng bằng tay;

- Trọng lượng của kích và tay cầm gia tải: 0,23 kN.

Hình 3.14 – Kích thủy lực

- 64 -

Vị trí kích, khung truyền lực, tấm nén phẳng khi được lắp vào mô hình

đảm bảo tải trọng tác dụng đúng tâm, tải trọng phân bố đều lên móng. Tổng

trọng lượng kích, khung truyền lực, tấm nén phẳng và mốc đo lún bằng 2 kN.

3.3.5. Thiết bị ghi, lưu trữ và xử lý kết quả

- Thiết bị ghi dữ liệu từ

cảm biến ứng suất: dùng thiết bị

ghi dữ liệu có mã hiệu DT80 do

Australia sản xuất (xem Hình

3.15), nó có thể kết nối đồng thời

với 5 cảm biến áp lực.

Hình 3.15 – Thiết bị DT80

- Thiết bị lưu trữ và xử lý kết quả: dùng máy tính xách tay để lưu trữ

kết quả đo chuyển vị tấm nén, ứng suất tại các cảm biến, các hình ảnh cùng

các phần mềm để lập thành bảng, vẽ đồ thị, biểu đồ quan hệ, … phục vụ

nghiên cứu, phân tích, bình luận kết quả thu được.

- Thiết bị lưu chuyển vị nền bằng kỹ thuật PIV:

PIV cho phép sử dụng các bức ảnh chụp lại trong quá trình chuyển vị

dưới tác dụng của tải trọng để đạt được trường véc tơ chuyển vị thực của nền.

Từ trường véc tơ chuyển vị thực có thể nhận biết được cơ chế chuyển vị và

phá hủy nền. Để thực hiện được kỹ thuật PIV, cần dùng máy ảnh kỹ thuật số

Canon 550D, hệ thống đèn chiếu sáng vào ô kính, phông bạt che ánh sáng tự

nhiên. Bố trí các thiết bị phục vụ kỹ thuật PIV được xem trên Hình 3.16.

Ngoài ra, mạt cưa cũng là vật liệu không thể thiếu trong kỹ thuật PIV

để tạo ra sự không đồng nhất của bề mặt đất đắp, mạt cưa được đặt ngay sau

tấm kính trong quá trình đắp đất trong mô hình (xem Hình 3.17).

- 65 -

Hình 3.16 – Máy ảnh, đèn chiếu, phông bạt trong kỹ thuật PIV

Hình 3.17 – Mạt cưa (ngay sau kính) trong kỹ thuật PIV

3.3.6. Thiết bị, dụng cụ khác

- Cột neo, dầm định vị dọc, giằng gia cường:

Cột neo, dầm định vị dọc và giằng gia cường tạo bởi các thanh thép

hình I10 được hàn cố định tạo thành khung cứng để làm điểm tựa cho kích gia

- 66 -

tải làm việc. Riêng cột neo được chôn 2,2 m trong tường gạch xây M100, dày

35cm của mô hình, bố trí cọc neo, dầm định vị dọc, giằng gia cường tương tự

như trong thí nghiệm mô đun biến dạng hiện trường bằng tấm nén phẳng [4].

- Thước đo chiều dài và thước thăng bằng: đo chiều dài bằng thước

thép dùng để đo khoảng cách các cảm biến ứng suất, xác định chính xác vị trí

tấm nén theo thiết kế, … Thước thăng bằng để kiểm tra sự bằng phẳng trong

quá trình thi công, lắp đặt mô hình.

- Thiết bị trộn vật liệu: dùng máy khoan bê tông để cải tiến thành máy

trộn cầm tay bằng cách thay mũi khoan bằng thanh thép có cánh chữ thập ở

đầu mũi.

- Dụng cụ che mưa, nắng: dùng mái tôn để che để che toàn bộ mô hình

trong suốt quá trình làm thí nghiệm.

3.3.7. Nguyên lý đo ứng suất, biến dạng

- Đo ứng suất: khi cảm biến tiếp nhận ứng suất do tải trọng gây ra, thiết

bị ghi dữ liệu DT80 sẽ ghi lại ứng suất này rồi chuyển vào máy tính phục vụ

xử lý kết quả.

- Đo độ lún tấm nén: trị số độ lún đọc trực tiếp trên đồng hồ đo lún

bằng mắt thường rồi nhập vào máy tính bằng bàn phím.

3.4. THIẾT KẾ MÔ HÌNH

3.4.1. Xác định giới hạn biên

Giới hạn biên của mô hình tỷ lệ thực được thiết kế và xây dựng sao cho

phản ánh phù hợp với thực tế nhất. Ở đồng bằng Nam Bộ nền đất yếu thường

dày từ hàng chục mét, tuy nhiên nghiên cứu thực nghiệm dựa trên số liệu

khảo sát sự thay đổi độ chặt – độ ẩm (từ đê Kênh Ba có chiều cao 2m, đê Gò

Công có chiều cao 2,6m đều ở Tiền Giang và nền là sét ở trạng thái chảy) chỉ

- 67 -

ra rằng vùng chịu nén dưới khối đắp bằng 2 lần chiều cao đê và vùng chịu nén

rõ rệt nhất nằm trong phạm vi bằng chiều cao đê [26]. Cho nên, ảnh hưởng

của lớp đất tốt sâu quá 2 lần chiều cao đê là không có ý nghĩa.

Mặt khác, phạm vi phân bố lớp đất yếu theo phương ngang thường

rộng hơn đáy đê rất nhiều, trong khi ảnh hưởng của tải trọng thân đê là có giới

hạn, nên khi thiết kế mô hình cần chọn giới hạn nền nằm ngoài phạm vi ảnh

hưởng của tải trọng để nghiên cứu thì sẽ phản ánh sự làm việc của móng đê

trên mô hình phù hợp với thực tế.

Chiều dài tuyến đê thực tế thường lớn hơn bề rộng đáy rất nhiều lần,

nên khi nghiên cứu, tính toán thiết kế trong thực tế, thường nghiên cứu, tính

toán cho một băng rộng 1 m theo phương dọc đê.

- Xác định giới hạn biên theo phương đứng: ở đồng bằng Nam Bộ,

chiều cao khối đắp đê không lớn, chỉ cao từ 2 m đến 3 m và để giảm khối

lượng xây dựng mô hình mà vẫn mô tả được vùng chịu nén rõ rệt nhất, chọn

giới hạn nền theo phương đứng bằng 2 m (tương ứng với chiều cao đê 2 m)

(xem Hình 3.18).

Hình 3.18 - Giới hạn biên và kết cấu mô hình

- 68 -

- Xác định giới hạn biên theo phương ngang: để có cơ sở xác định giới

hạn nền theo phương ngang trên mô hình, tham khảo giới hạn mặt phá hoại

hoàn toàn khi nền đạt trọng giới hạn. Với đất sét mềm yếu bão hòa nước, góc

ma sát trong thường nhỏ, có thể bỏ qua, lúc đó giới hạn biên mô hình theo

phương ngang và đứng sau khi tính toán có xét đến khoảng cách an toàn thể

được hiện trên Hình 3.18.

- Xác định giới hạn biên theo phương dọc: lấy 1 băng rộng 1m theo

phương dọc đê để nghiên cứu.

Xung quanh giới hạn biên được xây gạch M100 dày 0,35 m để giữ ổn

định cho mô hình, đồng thời để quan sát chuyển vị của đất nền trong mô hình

khi gia tải nên đã thiết kế một ô kính cường lực có chiều rộng 2,6 m, chiều

cao 1,5 m và chiều dày 1,5 cm được giữ ổn định bằng khung thép I20 (xem

Hình 3.18 và Hình 3.19).

Hình 3.19 – Kích thước và kết cấu mặt bằng mô hình

3.4.2. Vị trí cảm biến ứng suất và kích thước khối nêm thí nghiệm

- Lắp đặt cảm biến ứng suất để đo sự thay đổi ƯSĐM dưới tác dụng

của các cấp tải trọng, tổng số có 3 cảm biến ứng suất S1, S2, S3 được lắp đặt

để nghiên cứu.

+ Tại cảm biến S1: đo ứng suất đáy móng tại dưới mặt vát của khối

nêm;

- 69 -

+ Tại cảm biến S2: đo ứng suất đáy móng tại vị trí không có khối nêm

(giao nhau giữa các khối nêm);

+ Tại cảm biến S3: đo ứng suất đáy móng tại vị trí đáy khối nêm (ở

giữa khối nêm);

- Kích thước khối nêm thí nghiệm: khối nêm I-0,5-0,3-45 (bằng kích

thước khối nêm đề xuất ban đầu).

3.5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH

3.5.1. Bể thí nghiệm

Mô hình được xây dựng tại khu công nghiệp Thanh Oai – Hà Nội.

Nguyên vật liệu, nhân lực, thiết bị được tập hợp và xây dựng trong một tháng.

Khi hoàn thiện, mặt trong của thành bể được trát vữa, sau đó được đánh màu

làm nhẵn bằng vữa xi măng và kiểm tra độ phẳng bằng thước thăng bằng để

hạn chế tối đa ảnh hưởng của ma sát thành bên đến kết quả thí nghiệm.

3.5.2. Đắp đất trong mô hình

Đất yếu được đắp vào mô hình theo từng lớp có chiều dày từ 10 cm

đến 20 cm bằng thủ công. Ngay trước khi đắp, mỡ bò được bôi vào mặt trong

của mô hình để hạn chế tối đa ảnh hưởng của ma sát thành bên tường đến kết

quả đo. Trong quá trình đắp, tại vị trí mặt kính quan sát biến dạng của nền,

một lớp mạt cưa được đưa vào ngay sau mặt kính (phân tán đều trên mặt kính

và đặt theo lớp đều nhau 10 cm) nhằm tạo sự không đồng nhất trên bề mặt đất

yếu tại mặt tiếp xúc với kính để phục vụ kỹ thuật PIV. Mặt đất sau khi đắp

xong được kiểm tra độ bằng phẳng bằng thước thăng bằng. Một số hình ảnh

thi công đắp đất xem Hình 3.20.

Khi đắp xong mô hình thì dưỡng ẩm đất hàng ngày và chờ đến khi

không thấy dấu hiệu lún mới tiến hành thí nghiệm.

- 70 -

a) Thi công đắp đất

b) Mạt cưa sau kính

c) Mặt đất khi đắp xong

Hình 3.20 - Thi công đắp đất mô hình thí nghiệm

3.5.3. Chế tạo khối nêm

- Chế tạo ván khuôn:

Dùng ván khuôn thép tấm dày 1mm có kích thước trong lòng đúng với

kích thước khối nêm thí nghiệm. Ván khuôn gồm 2 nửa ghép lại bằng bu lông

và ốc vít để có thể tháo dỡ dễ dàng khi khối nêm đạt cường độ nhất định. Một

số hình ảnh thi công chế tạo khối nêm xem Hình 3.21.

a) Ván khuôn thép cho khối nêm

b) Đầm hỗn hợp trong ván khuôn

c) Khối nêm vừa đầm xong

d) Khối nêm đưa lên lắp đặt

Hình 3.21- Thi công chế tạo khối nêm

- 71 -

- Cấp phối vật liệu: khối nêm có cấp phối vật liệu như sau:

+ Khối lượng chất kết dính: xi măng PCB40 200 kg/m3 đất yếu;

+ Khối lượng phụ gia: bằng 1 % khối lượng xi măng.

- Công tác trộn hỗn hợp đất yếu, xi măng, phụ gia:

Cho toàn bộ hỗn hợp gồm đất yếu tự nhiên trên mô hình (đã được dầm

rời), xi măng, phụ gia được đưa vào thùng trộn, sau đó dùng máy trộn cầm tay

để trộn đều trong 15 phút trước khi cho vào khuôn đúc.

- Công tác đúc khối nêm:

Hỗn hợp vật liệu sau khi đã trộn đều được cho vào ván khuôn để đầm

từng lớp bằng đầm thủ công với chiều dày lớp đầm 10 cm (tổng số 3 lớp) cho

đến khi đạt được kích thước thiết kế. Việc làm phẳng bề mặt khối nêm bằng

nắp đậy. Sau 7 ngày khối nêm đạt độ cứng nhất định thì tháo ván khuôn và

tiếp tục đúc khối nêm khác. Thể tích khối nêm bằng 0,0472 m3, có khối lượng

bằng 80 kg.

3.5.4. Thi công, lắp đặt

- Thi công, lắp đặt móng khối nêm và cảm biến ứng suất:

+ Đào móng khối nêm trên mô hình bằng thủ công theo kích thước thiết

kế: rộng 1,5 m, sâu 0,3 m, dài 1 m (theo phương dọc đê).

+ Lắp đặt cảm biến ứng suất S1, S2, S3 theo đúng vị trí thiết kế;

+ Lắp đặt khối nêm vào mô hình bằng thủ công;

+ Đắp cát: cát được đắp đầy khoảng hở giữa các khối nêm bằng thủ

công, sau đó được làm chặt bằng việc cho nước chảy trên bề mặt vào khoảng

hở giữa các khối nêm.

Một số hình ảnh lắp đặt móng khối nêm xem Hình 3.22.

- 72 -

a) Lắp đặt cảm biến ứng suất

b) Khối nêm vào vị trí

c) Hoàn thành móng khối nêm

Hình 3.22 - Lắp đặt cảm biến áp lực và móng khối nêm

- Lắp đặt tấm nén: đặt trực tiếp trên móng sao cho trên mặt bằng tâm

của tấm nén trùng với tâm móng khối nêm, tâm khung truyền lực và tâm của

bản đáy kích thủy lực để đảm bảo tải trọng phân bố đều trên toàn bộ mặt

móng.

- Lắp đặt khung truyền lực, kích thủy lực: lắp khung truyền lực trực

tiếp trên tấm nén, sau đó lắp kích thủy lực.

- Lắp đặt mốc đo lún: 2 mốc đo lún được lắp đặt trên bề mặt tấm nén và

đối xứng nhau, vị trí theo đúng thiết kế.

- Lắp đặt đồng hồ đo lún: 2 đồng hồ đo lún được giữ cố định để đo

chuyển vị đứng của mốc đo lún (cũng chính là độ lún của tấm nén). Thời

điểm lắp đặt đồng hồ đo lún ngay trước khi chất tải lên móng.

Toàn bộ mô hình sau xây dựng xong trước khi chất tải lên móng được

dựng phối cảnh 3D như trên Hình 3.23.

- 73 -

Hình 3.23 – Phối cảnh 3D mô hình thí nghiệm sau khi xây dựng

3.6. THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU TRÊN MÔ HÌNH

Ngay trước khi chất tải lên móng để thí nghiệm, tiến hành lấy mẫu thí

nghiệm các loại vật liệu (mẫu nguyên trạng) để xác định các chỉ tiêu cơ lý

trong phòng phục vụ nghiên cứu ứng suất, biến dạng trên mô hình số.

- Các chỉ tiêu của đất nền yếu:

Để kết quả thí nghiệm được tin cậy nhất đó là dùng đất yếu của nền đê

biển Nam Bộ ở trạng thái nguyên trạng để đưa vào thực hiện thí nghiệm trên

mô hình vật lý thì sẽ tương tự được toàn bộ các chỉ tiêu của nền. Tuy nhiên,

việc này rất khó khăn do điều kiện hạn hẹp về kinh phí mà trong luận án

không thực hiện được, vì vậy để cho thuận lợi thì đất yếu trên mô hình vật lý

được lấy ở một vị trí tại Hà Nội (khu công nghiệp Thanh Oai) chỉ có một số

chỉ tiêu cơ lý thí nghiệm tương tự như đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ như

thành phần hạt, dung trọng, các đặc trưng kháng cắt (lực dính và góc ma sát

trong), hệ số rỗng, những chỉ tiêu này quyết định đến tính xác của kết quả.

Một số chỉ tiêu cơ lý của đất sét yếu trên mô hình được tổng hợp để so sánh,

minh chứng sự tương tự với một số chỉ tiêu của đất yếu ở Nam Bộ được nêu

trong Bảng 3.1.

- 74 -

Bảng 3.1 – So sánh một số chỉ tiêu của đất yếu trên mô hình và ở Nam Bộ

TT Chỉ tiêu cơ lý Ký hiệu

Đơn vị

Đất yếu Nam Bộ

Đất yếu mô hình

1 Dung trọng tự nhiên w kN/m3 15 16,2 15,4

2 Dung trọng khô c kN/m3 8,27 10,2 9,4

3 Hệ số rỗng ban đầu e - 1,495 2,214 1,78

4 Góc ma sát trong độ 2051’ 60 2055’48’’

5 Lực dính đơn vị c kPa 3,8 7,6 9

- Chỉ tiêu của khối nêm:

Cường độ kháng nén nở hông (qu) của khối nêm trước khi thí nghiệm

xác định qua thí nghiệm trong phòng. Kích thước mẫu và nén mẫu theo

phương pháp trộn khô [8], kết quả cho qu=700 kPa.

- Các chỉ tiêu của cát chèn:

Cũng như đất yếu trong mô hình, cát chèn cũng được lấy trong mô hình

trước khi thí nghiệm để phục vụ các nghiên cứu trên mô hình số.

3.7. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

Để công việc diễn ra nhịp nhàng trong suốt quá trình làm thí nghiệm,

thực hiện được nội dung đặt ra, kết quả thu được xác thực, cần phải lập quy

trình thí nghiệm một cách chặt chẽ trước khi tiến hành:

- Phân công nhiệm vụ: 6 người;

+ Đọc số liệu trên đồng hồ đo lún trái : 1 người.

+ Đọc số liệu trên đồng hồ đo lún phải, ra lệnh tăng tải : 1 người;

+ Vận hành kích thủy lực khi có hiệu lệnh : 1 người.

+ Nhập giá trị lún, ứng suất vào phần mềm exel : 1 người;

+ Chụp ảnh biến dạng nền cho kỹ thuật PIV : 1 người

+ Phụ trách chung, người dự phòng : 1 người;

- Thời gian duy trì 1 cấp tải trọng:

- 75 -

Tham khảo tài liệu của Nhật Bản [19], thời gian duy trì cho 1 cấp tải

trọng được lựa chọn là 30 phút, trong thời gian này tải trọng được giữ không

đổi.

- Quy định về cấp tải trọng:

Mô hình thí nghiệm với 8 cấp tải trọng tác dụng lên tấm nén. Trị số mỗi

lần gia tải là 4 kPa (phù hợp với chiều dày lớp đất đắp đê ngoài hiện trường là

0,25 m). Cấp tải trọng thứ 8 có giá trị bằng 32 kPa tương ứng với tải trọng

phân bố giữa đê có chiều cao Hđ=2 m (chiều cao đê ở Nam Bộ không lớn, chỉ

từ 2 m đến 3 m [16]).

- Đo ứng suất đáy móng:

Sau khi tác dụng mỗi cấp tải trọng, đo giá trị ứng suất đáy móng tại các

cảm biến ứng suất S1, S2, S3 phục vụ cho việc xử lý kết quả thí nghiệm. Đo

ứng suất được thực hiện lần lượt cho 8 cấp tải trọng, kết quả đo được lập

thành bảng để thuận lợi cho nghiên cứu, phân tích, bình luận.

- Quy định thời gian ghi số liệu:

Ghi số liệu được thực hiện trên 2 đồng hồ đo lún, 3 cảm biến ứng suất

và chụp ảnh biến dạng nền phục vụ kỹ thuật PIV. Thời gian ghi số liệu được

thực hiện cách nhau 5 phút cho từng cấp tải trọng, tổng số mỗi cấp tải cần ghi

số liệu 7 lần. Việc quy định thời gian ghi số liệu để theo dõi quá trình diễn

biến, sự ổn định của các số liệu quan sát trong mỗi cấp tải.

- Chụp ảnh biến dạng nền cho kỹ thuật PIV:

Công việc chụp ảnh biến dạng nền được thực hiện đầy đủ cho từng cấp

tải trọng tác dụng lên móng, thời gian chụp cách nhau theo quy định.

3.8. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Các kết quả thu được từ thí nghiệm mô hình cho từng nội dung bao

gồm:

- 76 -

- Kết quả đo chuyển vị đứng của tấm nén tại các điểm Se1, Se2 do tải

trọng các cấp tác dụng lên móng được lập thành các bảng (xem Bảng 3.1 và

Bảng 3.2) và đồ thị (xem Hình 3.24 và Hình 3.25).

Bảng 3.2 - Độ lún theo tải trọng của MKN theo thời gian

TT Tải trọng (kPa)

Thời gian duy trì cấp tải (phút)

Thời điểm ghi số liệu

(phút)

Độ lún tại Se1 (mm)


Độ lún TB (mm)

0 0,30 0,46 0,38

5 0,31 0,49 0,40

10 0,31 0,50 0,41

15 0,32 0,51 0,41

20 0,32 0,51 0,42

25 0,33 0,52 0,42

1 4 30

30 0,33 0,52 0,42

30 2,70 2,55 2,63

35 2,82 2,86 2,84

40 3,02 3,07 3,05

45 3,13 3,19 3,16

50 3,25 3,30 3,28

55 3,36 3,43 3,40

2 8 30

60 3,36 3,43 3,40

60 6,92 6,40 6,66

65 6,56 6,20 6,38

70 7,06 6,65 6,86

75 7,32 6,90 7,11

80 7,61 7,16 7,39

85 7,92 7,46 7,69

3 12 30

90 7,92 7,46 7,69

90 12,15 10,66 11,41

95 12,49 11,05 11,77

100 12,73 11,30 12,02

105 13,01 11,59 12,30

110 13,25 11,84 12,55

115 13,40 12,05 12,73

4 16 30

120 13,40 12,05 12,73

- 77 -

Bảng 3.2 - Độ lún theo tải trọng của MKN theo thời gian (kết thúc)


Thời gian duy trì cấp tải (phút)

Thời điểm ghi số liệu

(phút)



Độ lún TB (mm)

120 20,96 20,40 20,68

125 21,08 20,48 20,78

130 21,08 20,48 20,78

135 21,08 20,48 20,78

140 21,08 20,48 20,78

145 21,08 20,48 20,78

5 20 30

150 21,08 20,48 20,78

150 30,28 29,88 30,08

155 31,18 30,82 31,00

160 31,83 31,52 31,68

165 32,68 32,35 32,52

170 33,19 32,80 33,00

175 33,68 33,30 33,49

6 24 30

180 33,68 33,30 33,49

180 46,66 46,10 46,38

185 48,74 48,20 48,47

190 48,74 48,20 48,47

195 50,04 49,58 49,81

200 50,22 50,75 50,49

205 50,22 50,75 50,49

7 28 30

210 50,22 50,75 50,49

210 71,86 70,90 71,38

215 73,87 72,95 73,41

220 74,77 73,78 74,28

225 74,77 73,78 74,28

230 77,01 76,11 76,56

235 77,01 76,11 76,56

8 32 30

240 77,01 76,11 76,56

- 78 -

Hình 3.24 – Độ lún theo tải trọng của MKN theo thời gian

Bảng 3.3 – Quan hệ độ lún theo tải trọng của MKN

Cấp gia tải

Tải trọng kích (kPa)



Độ lún TB (mm)

1 4 0,33 0,52 0,42

2 8 3,36 3,43 3,40

3 12 7,92 7,46 7,69

4 16 13,40 12,05 12,73

5 20 21,08 20,48 20,78

6 24 33,68 33,30 33,49

7 28 50,22 50,75 50,49

8 32 77,01 76,11 76,56

Hình 3.25 – Quan hệ giữa độ lún trung bình và tải trọng lên MKN

- 79 -

- Hình ảnh trường chuyển vị thực tế của nền dưới MKN (có được bằng

kỹ thuật PIV). Kết quả này được thể hiện trên Hình 3.26.

Hình 3.26 - Trường chuyển vị của nền trên MHVL, q=32 kPa

- Ứng suất đáy móng khối nêm tại các cảm biến ứng suất S1, S2, S3 do

tải trọng tác dụng lên móng được lập thành các bảng (xem Bảng 3.3 và Bảng

3.4) và biểu đồ (xem Hình 3.27, Hình 3.28, Hình 3.29, Hình 3.30 và Hình

3.31).

Bảng 3.4 – ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian

ƯSĐM do tải trọng tại các

cảm biến (kPa)

TT Tải trọng

(kPa)

Thời gian

duy trì tải

trọng (phút)

Thời điểm

ghi số liệu

(phút) S1 S2 S3

0 0,4 0,4 1,35

5 0,4 0,8 1,35

10 0,8 1,6 1,75

15 1,2 1,6 2,00

20 1,2 1,6 2,40

25 1,2 1,6 2,40

1 4 30

30 1,5 2 2,40

- 80 -

Bảng 3.4 – ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian (tiếp)

ƯSĐM do tải trọng tại các cảm biến (kPa)


Thời gian duy trì tải

trọng (phút)

Thời điểm ghi số liệu (phút)

S1 S1 S1

30 3,6 3,8 6,20

35 3,6 3,8 6,20

40 4,6 4,8 6,80

45 4,6 4,8 6,80

50 4,6 5,2 6,80

55 5 5,2 6,80

8 30

60 5 5,2 7,40

60 7,7 5,8 9,55

65 7,3 6,2 9,55

70 8,4 6,8 10,40

75 8,4 6,8 10,40

80 7,7 6,4 10,40

85 7,3 5,6 9,75

3 12 30

90 7,3 5,6 9,95

90 9,2 7,8 12,90

95 9,2 7,8 12,90

100 9,6 7,7 12,70

105 9,3 7,5 12,80

110 9,2 7,3 12,35

115 9,2 7,1 12,75

4 16 30

120 9,2 7,1 12,75

120 15 10,3 16,90

125 14,6 10,3 16,70

130 13,7 9,9 15,70

135 13,8 9,5 15,55

140 13,8 9,5 16,00

145 13,8 9,5 16,00

5 20 30

150 13,8 9,5 15,95

- 81 -

Bảng 3.4 – ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian (kết thúc)

ƯSĐM do tải trọng tại các cảm biến (kPa)


Thời gian duy trì tải

trọng (phút)

Thời điểm ghi số liệu (phút)

S1 S1 S1

150 19,2 13,1 21,10

155 18,4 13,1 20,50

160 18 12,3 20,10

165 18 12,7 20,10

170 18,4 12,7 19,90

175 18,4 13,1 20,30

6 24 30

180 18,4 13,1 20,30

180 23 15,1 24,50

185 23 15,1 24,10

190 22,6 14,7 23,50

195 22,6 13,9 23,10

200 22,6 13,6 23,10

205 22,3 13,5 23,10

7 28 30

210 22,3 13,5 23,10

210 28 17,5 26,50

215 27,3 17,5 26,30

220 27,4 17,5 26,40

225 26,9 17,1 25,80

230 26,9 17,1 25,30

235 26,9 17,1 25,10

8 32 30

240 26,9 17,1 25,10

Hình 3.27–Đồ thị ƯSĐM khối nêm do tải trọng theo thời gian

- 82 -

Bảng 3.5 –ƯSĐM do tải trọng

ƯSĐM do tải trọng tại các cảm biến (kPa) TT Tải trọng đơn vị q (kPa) S1 S2 S3 ƯSTB

1,5 2 2,4 1,7 1 4

38% 50% 60% 43%

5 5,2 7,4 5,4 2 8

63% 65% 93% 68%

7,3 5,6 10 7,4 3 12

61% 47% 83% 62%

9,2 7,1 12,8 9,3 4 16

58% 44% 80% 58%

13,8 9,5 16 13,4 5 20

69% 48% 80% 67%

18,4 13,1 20,3 17,7 6 24

77% 55% 85% 74%

22,3 13,5 23,1 20,9 7 28

80% 48% 83% 75%

26,9 17,1 25,1 25 8 32

84% 53% 78% 78%

Hình 3.28 – Biểu đồ so sánh tải trọng với ứng suất tại S1

- 83 -



Hình 3.31 – Biểu đồ so sánh tải trọng với ƯSTB

- 84 -

3.9. BÌNH LUẬN KẾT QUẢ

3.9.1. Chuyển vị

- Kết quả nêu trong Bảng 3.1 và trên Hình 3.24 cho thấy, độ lún của

tấm nén tăng theo từng cấp tải trọng, trong 30 phút duy trì cho mỗi cấp tải, thì

trong 20 phút đầu tiên độ lún của tấm nén không ổn định, còn lại 10 phút sau

các giá trị độ lún ghi lại được cho thấy độ lún không tăng thêm khi vẫn giữ

nguyên tải trọng.

- Hình dạng của của đường cong nén lún: trên Hình 3.25, đường quan

hệ lún và tải trọng có dạng cong đều, không có giai đoạn đường thẳng. Điều

này phù hợp với hình dạng đường cong nén lún trong thí nghiệm tấm nén

phẳng ở hiện trường trên đất yếu và đất mềm rời đã được nghiên cứu trước

đây [7]. Dựa vào đường cong nén lún này, theo tiêu chí độ dốc nhỏ nhất, tải

trọng tác dụng cuối cùng q=32 kPa chưa đạt tải trọng giới hạn của nền.

- Dạng trường chuyển vị trong nền: trên Hình 3.26, trường chuyển vị

tổng thể thực tế trong nền lưu được bằng kỹ thuật PIV cho thấy vùng tập

trung chuyển vị lớn ở khu vực giữa móng và gần ngay móng (biểu thị bằng

mũi tên dài và dày đặc), càng xuống sâu và càng ra xa thì trị số chuyển vị

càng nhỏ, điều này là phù hợp bởi vì ở vị trí càng xa tải trọng, ứng suất trong

nền càng giảm đi.

3.9.2. Ứng suất

- Căn cứ kết quả tính ứng suất nêu trong Bảng 3.3 và Hình 3.27, có thể

nhận thấy rằng ngay sau khi tăng lên mỗi cấp tải trọng, ứng suất đáy móng

tăng lên đột ngột, rồi theo thời gian lại giảm dần đến một giá trị không đổi.

Hiện tượng này có thể là do tải trọng từ kích thủy lực truyền vào đất thông

qua tấm nén và móng, qua thời gian sẽ dần lan tỏa vào trong đất nên mới có

hiện tượng ứng suất đáy móng tăng lên rồi lại giảm.

- 85 -

- Kết quả trong Bảng 3.3 và Hình 3.27 cũng cho thấy rằng, ứng suất tại

S1 và S3 ban đầu khác nhau nhiều hơn, tuy nhiên khi cấp tải trọng tăng lên,

dẫn đến cát bị nén chặt, khả năng truyền lực cũng tăng theo, nên 2 trị số này

có xu hướng xích lại gần nhau. Tuy nhiên, tại S2, ứng suất tăng ít hơn so với

S1 và S3, trong khi nghiên cứu lý thuyết (giải tích và mô hình số) thì ngược

lại, tức là ứng suất tại S2 là lớn nhất do không có mặt vát của khối nêm, điều

này có thể do trong quá trình lắp đặt cảm biến này cũng như quá trình chất tải

lên móng làm cho mặt tiếp nhận ứng suất bị nghiêng và chuyển vị lệch khỏi vị

trí ban đầu theo xu hướng chuyển dịch về phía mép móng làm ảnh hưởng đến

mức độ chính xác của kết quả đo trên cảm biến, sự chuyển dịch này cũng nhìn

thấy rõ ràng theo xu hướng xuống sâu và ra phía ngoài qua các mũi tên

chuyển dịch thực tế trong nền trên Hình 3.26.

- Kết quả nêu trong Bảng 3.4 và trên các biểu đồ từ Hình 3.28 đến Hình

3.31 cho thấy:

+ Tại S1, hệ số giảm ứng suất tăng dần từ 0,38 đến 0,84 khi tăng dần tải

trọng.

+ Tại S2, về tổng thể thì hệ số giảm ứng suất có xu hướng tăng 0,50

đến 0,53 khi tăng dần tải trọng, hệ số giảm ứng suất lớn nhất bằng 0,65 ứng

với tải trọng bằng 8 kPa. Tuy nhiên, hệ số giảm ứng suất tại S2 lại nhỏ nhất,

kết quả này ngược với kết quả theo nghiên cứu bằng giải tích, đó là hệ số

giảm lực tại S2 không giảm do không có mặt vát xiên. Điều này có thể do

cảm biến tại S2 bị nghiêng khi gia tải do chuyển vị xiên (xem Hình 3.26).

+ Tại S3, về tổng thể thì hệ số giảm lực có xu hướng tăng 0,43 đến 0,78

khi tăng dần tải trọng, hệ số giảm lực lớn nhất bằng 0,93 ứng với tải trọng

bằng 8 kPa.

Nhìn chung, giá trị hệ số giảm lực thay đổi và xu hướng tăng dần lên

theo sự tăng lên về giá trị tải trọng, trong khi đó kết quả nghiên cứu theo giải

- 86 -

tích thì hệ số giảm lực là không đổi, điều này là không phù hợp với thực tế và

cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu để hiệu chỉnh hệ số này.

3.10. KẾT LUẬN CHƯƠNG III

Tác giả luận án đã làm rõ được nội dung thí nghiệm, quy trình và xử lý

kết quả thí nghiệm. Các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm hiện đại và đều được

hiệu chuẩn trước khi tiến hành và đáp ứng được nội dung thí nghiệm đặt ra,

chính vì thế kết quả đo đảm bảo sự tin cậy.

Vật liệu trên mô hình tương tự với vật liệu ở đồng bằng Nam Bộ về

một số chỉ tiêu, gia tải lên móng từng cấp phù hợp với đắp đê từng lớp ngoài

hiện trường, tải trọng nén cuối cùng bằng 32 kPa là tương đương với đê biển

Nam Bộ có chiều cao 2 m (không có xe ô tô trên đỉnh đê). Việc thí nghiệm

với các khối nêm ở giữa đê làm việc với tải trọng lớn nhất không làm mất giá

trị thực tế của mô hình.

Ưu điểm của MHVL là cho kết quả tin cậy nhất vì xét được nhiều yếu

tố ảnh hưởng, song có những hạn chế, tồn tại là mô hình mới chỉ thí nghiệm

với một hình dạng khối nêm duy nhất với góc vát 450 nên chưa có cơ sở kết

luận góc vát này có lợi cho phân bố ứng suất dưới móng, chưa thể xác định

được hình dạng hợp lý, hệ số giảm ứng suất thí nghiệm với tải trọng tác dụng

lên móng bằng 32 kPa tương đương với chiều cao đê không quá 2 m, trong

khi đê biển thực tế cao từ 2 m đến 3 m, chiều sâu nền mô hình thí nghiệm chỉ

2 m trong khi thực tế bằng 6 m. Chính vì vậy, để đáp ứng mục tiêu đặt ra, cần

nghiên cứu tiếp tục với nhiều hình dạng khối nêm, tải trọng tác dụng lên

móng phù hợp với đê 3 m có kết hợp xe lưu thông trên đường. Tuy nhiên, nếu

nghiên cứu, giải quyết những vấn đề này trên mô hình vật lý thì gặp rất nhiều

khó khăn do khối lượng công việc, kinh phí, thời gian quá lớn, và để khắc

phục thì phải dùng đến mô hình số, điều này sẽ thực hiện ở chương IV.

- 87 -

Chương IV



4.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG

Ứng suất đáy móng được dùng để tính toán ứng suất, biến dạng trong

nền [9]. Tuy nhiên, cho đến nay việc tính toán chính xác ứng suất đáy móng

vẫn còn là bài toán phức tạp, bởi vì các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực

nghiệm chỉ ra rằng ƯSĐM chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như:

- Hình dạng mặt đáy móng;

- Độ sâu chôn móng;

- Độ cứng của móng (phụ thuộc vào vật liệu, chiều sâu, chiều dài của

móng);

- Kích thước móng;

- Chiều sâu chịu nén của nền;

- Hình dạng móng;

- Tính chất của đất nền và đất bên móng;

- Sự thay đổi giá trị của tải trọng tác dụng lên móng;

- ....

Ngoài ra, với móng khối nêm, ứng suất, biến dạng còn phụ thuộc vào

hình dạng, kích thước khối nêm bên trong móng.

Trong luận án, tác giả nghiên cứu với đất nền và đất bên móng thuộc

đất yếu, có một số chỉ tiêu vật lý, cơ học tương tự với một số chỉ tiêu của đất

yếu ở đồng bằng Nam Bộ. Tải trọng lên móng ứng với đê cao không quá 3 m,

đỉnh đê có xe ô tô H10 lưu thông trên đường.

- 88 -

4.2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN MÔ HÌNH VẬT LIỆU

4.2.1. Các mô hình vật liệu trong Plaxis 3D

Phần mềm Plaxis 3D có sẵn nhiều mô hình vật liệu tiêu chuẩn phục vụ

nghiên cứu ứng suất, biến dạng [37], đó là: đàn hồi tuyến tính (LE), Mohr-

Coulomb (MC), tăng bền (HS), đất yếu (SS) và một số mô hình vật liệu khác.

Độ chính xác của kết quả tính toán phụ thuộc rất lớn vào sự hiểu biết của

người sử dụng trong việc lựa chọn mô hình vật liệu, mô hình bài toán, khả

năng đánh giá kết quả tính toán:

- Mô hình đàn hồi tuyến tính (LE): là mô hình dựa vào định luật Hooke

viết cho vật liệu đàn hồi tuyến tính. Mô hình này không phù hợp với đất,

nhưng có thể sử dụng để mô hình những khối cứng. Hạn chế của mô hình là

cho trạng thái ứng suất, biến dạng không bị giới hạn. Tác giả đã sử dụng mô

hình này cho vật liệu thép làm tấm nén có cường độ cao hơn rất nhiều so với

đất.

- Mô hình Mohr-Coulomb (MC): là mô hình đàn hồi tuyến tính - dẻo

hoàn toàn đung cho đất, đá, mô hình này cho quan hệ ứng suất biến dạng la

bậc nhất khi ứng suất chưa đạt đến trạng giới hạn. Mặc dù sự tăng lên của mô

đun biến dạng theo chiều sâu được được xem xét, mô hình này vẫn không xét

đươc sự phụ thuộc của mô đun biến dạng vào vào ứng suất. Ứng xử vật liệu

làm khối nêm đã được nghiên cứu và thấy rằng phù hợp với mô hình này.

Ngoài ra, do cát có cường độ cao hơn đất yếu, nên khả năng phá hoại của cát

trong móng không xảy ra. Khị chịu tải trọng, biến dạng của cát chỉ do thu hẹp

lỗ rỗng nên quan hệ ứng suất với biến dạng gần tuyến tính, vì thế có thể áp

dụng mô hình vật liệu Mohr-Coulomb cho vật liệu này. Khi sử dụng mô hình

MC, thời gian tính toán nhanh do độ cứng là hằng số.

- 89 -

- Mô hình tăng bền (HS): là mô hình tiên tiến trong mô phỏng ứng xử

đất, độ cứng được mô tả chính xác hơn nhiều so với mô hình MC. Trái ngược

với mô hình MC, mô hình này đã xét đến sự phụ thuộc của độ cứng vào ứng

suất, nghĩa là độ cứng tăng lên theo áp lực. Tuy vậy hạn chế của mô hình là

không phân biệt được giữa độ cứng lớn tại biến dạng nhỏ và sự suy giảm độ

cứng tại biến dạng lớn hơn. Trong luận án có thể ứng dụng mô hình này cho

đất yếu (sét pha) vì nó hợp lý cho nhiều loại đất (dăm sỏi, cát, bụi, sét quá cố

kết, sét cố kết bình thường). Khi sử dụng mô hình HS, thời gian tính nhiều

hơn do ma trận độ cứng được thiết lập và giải trong mỗi bước tính.

- Mô hình đất yếu (SS): là mô hình kiểu Cam – Clay, quan hệ ứng suất

hiệu quả trung bình và biến dạng thể tích có dạng hàm logarit, mô hình này

đặc biệt dành cho tính nén lún của đất loại sét cố kết bình thường, có khả

năng mô phỏng tốt hơn tính nén của đất rất yếu. Vì thế, trong luận án có thể

áp dụng mô hình này cho đất yếu.

- Một số mô hình vật liệu khác hoặc là không phù hợp với luận án hoặc

là tương tự với mô hình vật liệu đã giới thiệu ở trên, nên sẽ không trình bày ở

đây.

Như vậy, các mô hình có thể áp dụng trong luận án là mô hình LE, MC,

HS, SS. Đặc biệt với đất yếu, có thể dùng đồng thời 3 mô hình HS, SS và MC

để phân tích, rồi lựa chọn ra mô hình phù hợp nhất cho việc nghiên cứu xác

định hình dạng hợp lý của khối nêm.

4.2.2. Lựa chọn mô hình vật liệu trên phần mềm Plaxis 3D để mô

phỏng lại kết quả thí nghiệm trên MHVL

Kết quả thí nghiệm trên MHVL sẽ được mô phỏng lại bằng phần mềm

Plaxis 3D, qua đó lựa chọn được mô hình vật liệu phù hợp có sẵn trong phần

mềm này để phục vụ nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm. Các mô hình

- 90 -

vật liệu cho khối nêm, cát chèn đã được nghiên cứu, lựa chọn và cụ thể là mô

hình MC. Ở đây chỉ nghiên cứu lựa chọn mô hình vật liệu phù hợp cho nền

đất yếu và mô hình vật liệu cho tấm nén phẳng bằng thép dùng trên MHVL:

- Các mô hình vật liệu cho nền đất yếu: tốt nhất là sử dụng đầy đủ các

chỉ tiêu thực nghiệm cho các mô hình vật liệu, tuy nhiên do điều kiện không

cho phép nên luận án sử dụng các công thức tương quan để bổ sung các chỉ

tiêu còn thiếu để phục vụ tính toán.

+ Mô hình HS:

Với mô hình này, các chỉ tiêu dùng để tính toán bằng phần mềm đã

được nghiên cứu nên sẽ không trình bày lại ở đây.

+ Mô hình SS:

Ngoài các chỉ tiêu cơ lý đã thí nghiệm, với mô hình SS cần bổ sung

thêm các chỉ tiêu như chỉ số nén hiệu chỉnh, chỉ số nở hiệu chỉnh:

Chỉ số nén hiệu chỉnh (*): * được tính theo công thức (4.1) [37]:

* =

02,3.(1 )cC

e (4.1)

Chỉ số nở hiệu chỉnh (k*): k* được tính theo công thức (4.2) [37]:

k*

0

2.

2,3.(1 )sC

e (4.2)

trong đó Cs là chỉ số nở được tính theo công thức (4.3) [37]:

ef0

refur 0

2,3.(1 ).(1 ).(1 2 ).

(1 ). .

r

s

e pC

E K

(4.3)

trong đó: - hệ số Poisson của đất yếu, =0,4 [32];

K0 – hệ số áp lực ngang;

pref – áp lực tham chiếu, pref = 100 kPa;

refurE đã được nghiên cứu ở phần trước,

refur 2.465 .E kPa

- 91 -

Sau khi thay số và thực hiện tính toán đã tìm ra được giá trị của chỉ số

nén hiệu chỉnh * =0,127 và chỉ số nở hiệu chỉnh k*=0,04.

+ Mô hình MC:

Ngoài các chỉ tiêu cơ lý đã thí nghiệm, với mô hình MC cần bổ sung

các chỉ tiêu hệ số Poisson của nền đất yếu và mô đun biến dạng. Mô đun biến

dạng của đất nền được xác định theo công thức (4.4) [40]:

15000.2.(1 ).

3u

p

CE

I (4.4)

trong đó: Cu – sức kháng cắt không thoát nước, Cu=13 kPa [13], [16];

Ip – chỉ số dẻo, %, được xác định theo công thức (4.5) [5]:

Ip=Wc - Wp (4.5)

Wp – giới hạn dẻo của đất;

- hệ số Poisson, =0,4 [32].

Kết quả tính toán E=2.876 kPa.

- Mô hình vật liệu cho tấm nén phẳng bằng thép dùng trên MHVL:

Tải trọng tác dụng trên tấm phẳng rất nhỏ so với cường độ chịu nén của

thép, quan hệ giữa ứng suất với biến dạng là đường thẳng, vì vậy mô hình vật

liệu được chọn là đàn hồi tuyến tính (LE).

Đối với mô hình đàn hồi tuyến tính, nhập vào phần mềm chỉ cần 2 chỉ

tiêu chính, đó là mô đun đàn hồi và hệ số Poisson [37]. Thép làm tấm nén

phẳng trong MHVL là CT3, các chỉ tiêu có được nhờ tra bảng trong các tài

liệu có sẵn [18], [21]:

+ Mô đun đàn hồi: E0= 2,1.108 kPa [18];

+ Hệ số Poisson: = 0,3 [21].

- 92 -

Ngoài ra, nhập tải trọng vào phần mềm đúng bằng tải trọng đã thực

hiện trên MHVL.

4.2.3. Xây dựng mô hình và chia lưới phần tử

Mô hình tính được lập trên phần mềm đúng với MHVL ở hiện trường

thí nghiệm (xem Hình 4.1) và chia lưới phần tử rất mịn với kích thước cạnh

phần tử tối đa 15 cm (xem Hình 4.2).

Hình 4.1 – Mô hình trên phần mềm Plaxis 3D đúng với MHVL

Hình 4.2 –Lưới phần tử 3D rất mịn mô hình MKN trên MHVL

4.2.4. Thực hiện tính toán và xem kết quả

- Trên phần mềm thực hiện tính toán với 8 cấp tải trọng đúng với 8 cấp

tải trọng đã thực hiện trên MHVL. Sau khi tính toán, kết quả độ lún tấm nén

phẳng được nêu trong Bảng 4.1 và lập đồ thị Hình 4.3.

- 93 -

Bảng 4.1 – Độ lún tấm nén phẳng theo tải trọng

Độ lún tấm nén (mm) Sai số so với MHVL(%) TT Tải trọng (kPa)

MHVL MC SS HS MC SS HS

0 0 0 0,00 0,00 0,00 0 0 0

1 4 0,42 1,30 8,64 4,50 208 1945 965

2 8 3,40 2,44 33,00 10,00 -28 872 195

3 12 7,69 3,70 62,00 17,00 -52 706 121

4 16 12,73 4,90 92,00 25,00 -61 623 96

5 20 20,78 6,13 124,00 35,00 -71 497 68

6 24 33,49 7,50 156,00 47,00 -78 366 40

7 28 50,49 9,20 188,00 61,00 -82 272 21

8 32 76,56 12,00 233,00 78,00 -84 204 2

- Kết quả tính ƯSĐM theo phương đứng: Bảng 4.1 chỉ ra rằng mô hình

HS có mức độ sai số độ lún nhỏ nhất so với mô hình SS và MC, nên chỉ đưa

ra kết quả tính toán ƯSĐM với mô hình HS nêu trong Bảng 4.2.

Hình 4.3 – Quan hệ giữa độ lún của tấm nén phẳng và tải trọng

- 94 -

Bảng 4.2 – ƯSĐM do tải trọng với mô hình HS và MHVL

ƯSĐM trên MHVL (kPa)

ƯSĐM trên mô hình HS (kPa)

Sai số (%) TT Tải trọng (kPa) S1 S3 S1 S3 S1 S3

0 0 0,0 0 0,0 0,0 0 0

1 4 1,5 2,4 2,9 3,0 91 24

2 8 5,0 7,4 6,2 6,3 23 -14

3 12 7,3 10,0 9,7 9,9 32 -1

4 16 9,2 12,8 13,3 13,6 44 6

5 20 13,8 16,0 17,0 17,4 24 9

6 24 18,4 20,3 20,9 21,3 14 5

7 28 22,3 23,1 25,0 25,3 12 9

8 32 26,9 25,1 29,1 29,3 8 17

- Kết quả tính trường chuyển vị trong nền và móng tại cấp tải trọng lên

móng q=32 kPa như thể hiện trên Hình 4.4.

Hình 4.4 - Trường chuyển vị của móng khối nêm, q=32 kPa.

4.2.5. Phân tích kết quả, lựa chọn mô hình vật liệu

- Kết quả tính toán độ lún tấm nén phẳng nêu trong Bảng 4.1 cho thấy

trong phạm vi tải trọng tác dụng, mức độ sai số độ lún khi dùng mô hình HS

- 95 -

là nhỏ nhất so với mô hình SS và MC. Trên Hình 4.3, dạng đường cong nén

lún ứng với mô hình HS khá phù hợp với dạng đường cong thu được trên

MHVL và cũng phù hợp nhất so với mô hình SS và MC. Riêng đối với mô

hình MC, đường cong nén lún có dạng gần như đường thẳng, kết quả này là

khá phù hợp bởi trong phạm vi tải trọng phá hoại thì mô hình này có quan hệ

ứng suất và biến dạng là đường thẳng (tương tự như mô hình LE).

- Kết quả tính ứng suất S1 và S3 khi dùng mô hình HS lớn hơn các giá

trị này trên MHVL, tuy nhiên mức độ sai khác không lớn ở những cấp tải

trọng cuối, chỉ từ 8 % đến 17 %.

- Kết quả trường chuyển vị trong nền móng thể hiện trên Hình 4.4 cho

thấy độ lún lớn nhất ở phạm vi giữa của móng, nơi tập trung toàn bộ tải trọng

tác dụng, rồi lan tỏa xung quanh ra hai bên, điều này là hợp lý bởi vùng tải

trọng lớn sẽ cho độ lún lớn. Độ lún cũng lan tỏa ra 2 bên móng đặc tính phân

phối của đất (nhờ ma sát và lực dính). Quy luật trường chuyển vị trong nền

móng cũng rất phù hợp với trường chuyển vị thu được trên MHVL.

Dựa vào kết quả thu được, thấy rằng mô hình HS cho kết quả phù hợp

nhất trong số các mô hình dùng cho đất nền, mức độ sai khác không nhiều so

với kết quả thí nghiệm trên MHVL, nên NCS cho rằng mô hình HS có thể

chấp nhận được đối với nền đất yếu. Như vậy, ở Chương II tác giả đã lựa

chọn sơ bộ mô hình HS cho nền đất yếu để nghiên cứu ban đầu bằng mô hình

số cho kết quả có thể tin cậy được.

4.3. ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC VÁT KHỐI NÊM ĐẾN ỨNG SUẤT

TRONG NỀN

Để xét ảnh hưởng của góc vát khối nêm đến ứng suất trong nền, luận án

sử dụng khối nêm với góc vát 450 để so sánh với 2 loại móng khác làm đối

chứng (xem Hình 4.5, Hình 4.6 và Hình 4.7) với điều kiện 3 loại móng này có

- 96 -

cùng thể tích và tính chất vật liệu của khối nêm, đặt trong cùng điều kiện về

nền yếu (có cùng chỉ tiêu đất yếu của MHVL), cùng chịu tải trọng bằng 45

kPa. Điều đó dẫn đến các chiều dày móng sẽ khác nhau và ảnh hưởng của

chiều sâu đặt móng đến ứng suất tăng thêm trong nền sẽ khác nhau. Tuy

nhiên, do luận án nghiên cứu với móng khối nêm đặt trên nền đất yếu (sức

kháng cắt nhỏ), lại chịu tác dụng của tải trọng đê có chiều cao khối đắp từ 2 m

đến 3 m [16], chiều dày móng dự kiến nhỏ, không quá 1 m, do đó ảnh hưởng

của áp lực hông do chiều sâu đặt móng đến ứng suất tăng thêm trong nền

không đáng kể.

Hình 4.5 – Móng nông thường (góc vát khối nêm =0)

Hình 4.6 – Móng khối nêm (góc vát =450)

- 97 -

Hình 4.7 – Móng khối nêm (góc vát =670)

Để thuận lợi cho việc so sánh ứng suất trong nền giữa các trường hợp

biên dạng móng khác nhau, luận án giả thiết áp lực bên móng bằng không, tức

là chỉ xét ứng suất trong nền do tải trọng thẳng đứng, làm như vậy kết quả

tính toán ứng suất trong nền sẽ rõ ràng và dễ so sánh hơn. Cách làm này của

luận án cũng được sử dụng khi so sánh, phân tích ứng suất trong nền cho

móng Top-base [34], [41].

Kết quả tính toán phân bố ứng suất dưới móng bằng phần mềm

Plaxis3D cho 3 biên dạng móng khác nhau (xem Hình 4.5, Hình 4.6 và Hình

4.7) trong cùng điều kiện bài toán biến dạng phẳng, với chiều dày tầng đất

yếu dưới móng phù hợp với nền đê thực tế (bằng 6 m), độ cứng tấm nén bằng

độ cứng của đất thân đê cao 3 m (bằng 135.000.000 kPa) được thể hiện trên

hình Hình 4.8.

Kết quả tính thể hiện trên Hình 4.8 chỉ ra rằng:

- Khả năng giảm ứng suất giữa các hình dạng mặt đáy móng là không

rõ ràng khi các móng có cùng diện tích khối nêm;

- Mặt đáy móng có dạng hình nêm với góc vát 450 cho phân bố ứng

suất tăng thêm có lợi hơn so với mặt đáy móng phẳng (móng nông thông

thường) và mặt đáy móng vát nhọn (góc vát 670);

- 98 -

- Sự phân bố ứng suất có lợi của móng nhóm khối nêm với góc vát 450

thể hiện ở chỗ:

+ Thời gian cố kết nền sẽ nhanh hơn do phạm vi phân bố ứng suất tăng

thêm rộng hơn và sâu hơn;

+ Khả năng vượt tải của móng khối nêm có góc vát 450 tốt hơn do miền

ứng suất cực đại nằm trọn dưới đáy móng mà không phát triển rộng ra 2 bên

mép như 2 loại móng đối chứng.

Hình 4.8 – Phân bố ứng suất giữa các biên dạng móng

- 99 -

Chính phân bố ứng suất có lợi đó nên tác giả chọn khối nêm có góc vát

450 để tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng mặt bằng khối nêm đến

ứng suất, biến dạng của móng. Tuy nhiên, do thực tế thi công lắp đặt mà dùng

khối nêm có đáy vát nhọn thì sẽ phức tạp và bất tiện hơn so với khối nêm có

đáy bằng phẳng, do vậy tác giả cắt bớt một phần đáy nhọn để tạo ra mặt

phẳng thì sẽ dễ dàng thi công lắp đặt hơn.

4.4. ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH DẠNG MẶT BẰNG KHỐI NÊM ĐẾN

ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG CỦA MÓNG

4.4.1. Nghiên cứu với kích thước nền của MHVL

4.4.1.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy phạm vi ảnh hưởng trong nền đất

yếu của đê ở đồng bằng Nam Bộ chỉ bằng 2 lần chiều cao đê [26]. Với đê

Nam Bộ có chiều cao từ 2 m đến 3 m [16], thì phạm ảnh hưởng trong nền chỉ

khoảng 6 m. Để đưa đủ kích thước chiều sâu nền đê thực tế vào phần mềm

Plaxis3D phục vụ tính toán với kích thước phần tử nhỏ thì số lượng phần tử

3D rất lớn, nên mất rất nhiều thời gian tính toán.

Vậy để khắc phục điều này, trước hết luận án nghiên cứu với kích

thước nền đê bằng kích thước nền của MHVL (bằng 2 m) với một số chỉ tiêu

cơ lý tương tự với một số chỉ tiêu cơ lý của nền đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ

để tìm ra khối nêm có hình dạng hợp lý trên mặt bằng.

Để đơn giản trong tính toán, luận án chỉ nghiên cứu với MKN có các

khối nêm với cát chèn đầy vào khoảng hở giữa các khối nêm tại khu vực giữa

đỉnh đê, nơi có tải trọng thân đê tác dụng phân bố đều và lớn nhất. Độ cứng

của đất thân đê tương ứng với đê có chiều cao 3 m và chiều dài 1 m được quy

đổi bằng với độ cứng tấm nén phẳng chiều cao 0,1 m và chiều dài 1 m theo

công thức (4.6):

- 100 -

Eđtđ . 3d

12

H = Etnqđ .

3tn

12

D (4.6)

trong đó: Eđtđ – mô đun biến dạng đất thân đê, thân đê ở Nam Bộ

thường được đắp bằng đất yếu tại chỗ, vì vậy có mô đun biến dạng lớn nhất

đạt Eđtđ = 5.000 kPa.

Hđ – chiều cao đê, Hd = 3 m;

Etnqđ – mô đun biến dạng của tấm nén quy đổi;

Dtn – chiều dày tấm nén quy đổi, chọn Dtn =0,1 m

Thay số Etnqđ = 135.000.000 kPa.

Sau khi quy đổi độ cứng của đất thân đê về độ cứng của tấm nén, tải

trọng lên móng do đất thân đê được đưa ra làm tải trọng ngoài và tác dụng

đều lên tấm nén (xem Hình 4.9).

Hình 4.9–Mô hình nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm trên Plaxis

Tải trọng tác dụng lên móng lớn nhất bằng 56 kPa, trong đó tải trọng

lớn nhất do thân đê bằng 48 kPa, còn lại do tải trọng xe ô tô H10 lưu thông

trên đỉnh đê, gia tải mỗi cấp 4 kPa (tương ứng với chiều dày lớp đắp đê bằng

- 101 -

25 cm ở hiện trường). Móng có biên dạng chữ nhật trên mặt bằng, vật liệu

chèn đầy khoảng hở giữa các khối nêm là cát, khối nêm có cường độ nén nở

hông qu=700 kPa.

4.4.1.2. Khối nêm D=0,5 m, H=0,3 m

Với kích thước này, luận án thực hiện nghiên cứu ƯSĐM, độ lún của

MKN ứng với 6 khối nêm có D=0,5m và H=0,3m được bố trí 2 hàng cho 2

loại khối nêm có hình dạng mặt bằng khác nhau, đó là:

- Khối nêm I-0,5-0,3-45: trụ bát giác kết hợp chóp cụt, góc vát khối

nêm 450 đây là cũng là hình dạng đã được nghiên cứu ban đầu bằng giải tích,

mô hình số và thí nghiệm trên MHVL.

- Khối nêm II-0,5-0,3-45: trụ tròn kết hợp nón cụt, góc vát khối nêm

450 cùng chiều cao với khối nêm I-0,5-0,3-45 (kích thước xem Hình 4.10).


Hình 4.10 – Khối nêm II-0,5-0,3-45

Các khối nêm I-0,5-0,3-45, II-0,5-0,3-45 được đưa vào móng và tính

toán ƯSĐM tại giữa khối nêm (tại điểm S3), độ lún của móng trong cùng một

điều kiện về các chỉ tiêu cát chèn, đất nền và cùng trị số tải trọng đơn vị tác

dụng lên móng (q). Kết quả tính toán nêu trong Bảng 4.3.

- 102 -

Bảng 4.3–ƯSĐM, độ lún MKN I-0,5-0,3-45, II-0,5-0,3-45

Móng với các khối nêm TT

Thông số Đơn vị

I-0,5-0,3-45 II-0,5-0,3-45

1 Diện tích xung quanh m2 0,53 0,50

2 Tải trọng đơn vị (q) kPa 56 56

3 ƯSĐM tại S3 kPa 50,834 50,937

4 Độ lún của móng mm 252 262

Kết quả tính lún ở Bảng 4.3 chỉ ra rằng móng khối nêm I-0,5-0,3-45

cho ƯSĐM tại S3 và độ lún của móng nhỏ hơn trị số tương ứng của móng

khối nêm II-0,5-0,3-45 trong cùng điều kiện, điều này có thể là do diện tích

xung quanh của khối nêm I-0,5-0,3-45 lớn hơn diện tích xung quanh của khối

nêm II-0,5-0,3-45. Do vậy, tác giả chọn móng khối nêm I-0,5-0,3-45 để ứng

dụng cho đê biển.

4.4.1.3. Khối nêm D=0,5 m, H=0,5 m

Tương tự như cách nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng mặt bằng khối

nêm đối với các khối nêm I-0,5-0,3-45, II-0,5-0,3-45 với cùng điều kiện tải

trọng và đất nền, luận án cũng thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng

mặt bằng khối nêm đến ƯSĐM và độ lún của móng có chiều cao khối nêm

(chiều sâu móng) tăng lên H=0,5 m và ký hiệu là I-0,5-0,5-45, II-0,5-0,5-45.

Kết quả tính toán ƯSĐM tại S3 và độ lún của móng được nêu trong Bảng 4.4.

Tương tự như kết quả tính toán ƯSĐM tại S3 và độ lún của móng với

khối nêm có chiều cao móng H=0,3 m nêu trong Bảng 4.3, kết quả tính toán

nêu trong Bảng 4.4 cũng cho thấy móng khối nêm I-0,5-0,5-45 cho ƯSĐM tại

S3 và độ lún nhỏ hơn trị số tương ứng của móng khối nêm II-0,5-0,5-45. Vì

vậy, tác giả cũng chọn móng khối nêm I-0,5-0,5-45 để ứng dụng cho đê biển.

- 103 -

Bảng 4.4 – ƯSĐM, độ lún MKN I-0,5-0,5-45, II-0,5-0,5-45

Móng với các khối nêm TT Thông số Đơn vị

I-0,5-0,5-45 II-0,5-0,5-45



3 ƯSĐM tại S3 kPa 48,346 50,183


4.4.1.4. Khối nêm D=1 m, H=0,6 m

Với kích thước này, luận án thực hiện nghiên cứu ƯSĐM tại S3 và độ

lún của móng khối nêm ứng với 3 khối nêm có hình dạng mặt bằng khác nhau

với kích thước D=1 m và H=0,6 m, đó là:

- Khối nêm I-1-0,6-45: trụ bát giác kết hợp chóp cụt (xem Hình 4.11).


Hình 4.11 – Khối nêm I-1-0,6-45

- Khối nêm II-1-0,6-45: trụ tròn kết hợp nón cụt, cùng chiều cao với

khối nêm I-1-0,6-45 (xem Hình 4.12).

Các khối nêm I-1-0,6-45, II-1-0,6-45 được đưa vào móng và tính toán

ƯSĐM tại S3 và độ lún cho móng trong cùng một điều kiện về các chỉ tiêu

cát chèn, đất nền và cùng trị số tải trọng.

- 104 -


Hình 4.12 – Khối nêm II-1-0,6-45

Sơ đồ móng khối nêm I-1-0,6-45 khi được lắp vào trong móng thể hiện

trên phần mềm Plaxis 3D ở Hình 4.13, kết quả tính toán ƯSĐM tại S3 và độ

lún các móng khối nêm nêu trong Bảng 4.5.

Hình 4.13 - Khối nêm I-1-0,6-45 trong móng trên Plaxis 3D

Bảng 4.5 –ƯSĐM, độ lún MKN I-1-0,6-45, II-1-0,6-45

Móng với các khối nêm TT Thông số Đơn vị

I-1-0,6-45 II-1-0,6-45



3 ƯSĐM tại S3 kPa 54,150 54,702


- 105 -

Kết quả tính ƯSĐM tại S3 và độ lún ở Bảng 4.5 chỉ ra rằng móng khối

nêm I-1-0,6-45 (hình trụ bát giác kết hợp chóp cụt) cho ƯSĐM tại S3 và độ

lún nhỏ hơn trị số tương ứng của móng khối nêm II-1-0,6-45. Kết quả này có

tính quy luật và cũng phù hợp với kết quả đã tính toán ở trên. Tuy nhiên

ƯSĐM tại S3 và độ lún móng này nhỏ hơn không nhiều so với trị số tương

ứng của móng khối nêm II-1-0,6-45 (1 % đối với ƯSĐM tại S3, 2,7 % đối với

độ lún), nên để giảm kinh phí xây dựng, móng khối nêm II-1-0,6-45 được lựa

chọn để ứng dụng cho đê biển.

4.4.1.5. Khối nêm D=1 m, H=1 m

Khối nêm này chỉ khác các khối nêm I-1-0,6-45, II-1-0,6-45 ở chiều

sâu đặt móng, tức là thay vì thực hiện nghiên cứu với chiều sâu móng

H=0,6m thì tác giả thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng mặt bằng

khối nêm đến ƯSĐM tại S3 và độ lún của móng với độ sâu H=1 m. Kết quả

nghiên cứu đã lựa chọn được móng khối nêm II-1-1-45 để ứng dụng cho đê

biển.

4.4.2. Nghiên cứu ứng suất đáy móng khối nêm với nền đê thực tế

Nền đê thực tế ở đồng bằng Nam Bộ chịu tải trọng lớn nhất ở đỉnh đê là

q=56 kPa với chiều sâu chịu nén theo nghiên cứu thực nghiệm bằng 2 lần

chiều cao đê (tức bằng 6 m). Để phù hợp với thực tế và kết quả nghiên cứu có

thể tham khảo áp dụng được vào thực tế, tác giả nghiên cứu ứng suất đáy

móng (theo phương đứng) và hệ số giảm ứng suất với nền đê dày 6 m kể từ

đáy đê cho các móng khối nêm đã lựa chọn được I-0,5-0,3-45, I-0,5-0,5-45,

II-1-0,6-45, II-1-1-45 trên phần mềm Plaxis 3D, kết quả tính toán nêu trong

các Bảng 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 và tổng hợp trong Bảng 4.10.

- 106 -

Bảng 4.6 - Ứng suất đáy móng khối nêm I-0,5-0,3-45 Ứng suất đáy móng (kPa) Tải trọng đơn

vị q (kPa) S1 S2 S3 ƯSTB

Hệ số giảm

ứng suất K

4 2,469 2,554 2,554 2,4948 0,62

8 5,177 5,356 5,321 5,2268 0,65

12 8,027 8,318 8,218 8,1022 0,68

16 11,021 11,437 11,253 11,123 0,70

20 14,163 14,711 14,432 14,293 0,71

24 17,448 18,124 17,750 17,604 0,73

28 20,881 21,673 21,212 21,061 0,75

32 24,478 25,381 24,832 24,680 0,77

36 28,232 29,227 28,613 28,453 0,79

40 32,107 33,191 32,523 32,348 0,81

44 36,136 37,359 36,588 36,406 0,83

48 40,280 41,628 40,779 40,577 0,85

52 44,711 46,138 45,312 45,035 0,87

56 49,068 50,685 49,810 49,444 0,88

Bảng 4.7 - Ứng suất đáy móng khối nêm I-0,5-0,5-45

Ứng suất đáy móng (kPa) Tải trọng đơn vị q (kPa) S1 S2 S3 ƯSTB

Hệ số giảm ứng suất K

4 2,291 2,367 2,381 2,316 0,58

8 4,766 4,925 4,928 4,8147 0,60

12 7,387 7,643 7,610 7,4604 0,62

16 10,141 10,503 10,421 10,24 0,64

20 13,017 13,493 13,353 13,143 0,66

24 16,031 16,626 16,429 16,186 0,67

28 19,185 19,897 19,647 19,368 0,69

32 22,474 23,299 23,003 22,686 0,71

36 25,913 26,839 26,516 26,152 0,73

40 29,415 30,435 30,119 29,683 0,74

44 33,060 34,154 33,873 33,355 0,76

48 36,750 37,908 37,668 37,07 0,77

52 40,513 41,762 41,542 40,864 0,79

56 44,378 45,585 45,583 44,745 0,80

- 107 -

Bảng 4.8 - Ứng suất đáy móng khối nêm II-1-0,6-45



4 2,502 2,550 2,605 2,5252 0,63

8 5,169 5,352 5,387 5,2357 0,65

12 8,074 8,377 8,362 8,1752 0,68

16 11,170 11,607 11,518 11,308 0,71

20 14,456 15,033 14,854 14,63 0,73

24 17,916 18,634 18,355 18,125 0,76

28 21,542 22,405 22,016 21,787 0,78

32 25,330 26,325 25,832 25,607 0,80

36 29,222 30,348 29,748 29,53 0,82

40 33,263 34,524 33,807 33,602 0,84

44 37,356 38,713 37,925 37,719 0,86

48 41,556 43,042 42,167 41,952 0,87

52 45,865 47,540 46,495 46,304 0,89

56 50,427 51,997 51,046 50,842 0,91

Bảng 4.9 - Ứng suất đáy móng khối nêm II-1-1-45



4 2,334 2,384 2,435 2,3574 0,59

8 4,820 4,929 5,000 4,866 0,61

12 7,492 7,674 7,734 7,5615 0,63

16 10,351 10,621 10,642 10,446 0,65

20 13,397 13,763 13,726 13,517 0,68

24 16,631 17,100 16,987 16,776 0,70

28 20,053 20,627 20,425 20,223 0,72

32 23,658 24,329 24,038 23,85 0,75

36 27,425 28,191 27,803 27,637 0,77

40 31,334 32,175 31,700 31,56 0,79

44 35,333 36,263 35,681 35,576 0,81

48 39,415 40,450 39,758 39,68 0,83

52 43,572 44,736 43,927 43,866 0,84

56 47,791 49,160 48,154 48,13 0,86

- 108 -

Bảng 4.10 – Tổng hợp hệ số giảm ứng suất với các móng khối nêm


Hình dạng khối nêm hợp lý

Tải trọng đơn vị q (kPa)

I-0,5-0,3-45 I-0,5-0,5-45 II-1-0,6-45 II-1-1-45

4 0,62 0,58 0,63 0,59

8 0,65 0,60 0,65 0,61

12 0,68 0,62 0,68 0,63

16 0,70 0,64 0,71 0,65

20 0,71 0,66 0,73 0,68

24 0,73 0,67 0,76 0,70

28 0,75 0,69 0,78 0,72

32 0,77 0,71 0,80 0,75

36 0,79 0,73 0,82 0,77

40 0,80 0,74 0,84 0,79

44 0,82 0,76 0,86 0,81

48 0,84 0,77 0,87 0,83

52 0,86 0,79 0,89 0,84

56 0,87 0,80 0,91 0,86

- Trong các bảng từ Bảng 4.6 đến Bảng 4.9 chỉ ra rằng khi tác dụng tải

trọng tăng dần từng cấp thì ứng suất nhỏ nhất tại S1 và lớn nhất tại S2, điều

đó cho thấy rằng trong phạm vi khối nêm, do tác dụng của mặt vát khối nêm

mà ứng suất tại S1 và S3 nhỏ hơn ứng suất tại S2. Tại S2 không có mặt vát,

do đó ứng suất bị suy giảm do chiều sâu đặt móng. Mặt khác, trị số ứng suất

đáy móng tại S1, S2, S3 không sai khác nhau nhiều (không quá 3 %).

- Số liệu tổng hợp nêu trong Bảng 4.10 chỉ ra rằng, khi cùng hình dạng

khối nêm trên mặt bằng, cùng mặt vát thì chiều sâu đặt móng tăng lên, ứng

suất đáy móng khối nêm giảm đi do đặc tính phân phối của đất. Mặt khác, số

- 109 -

liệu trong bảng cũng cho thấy hệ số giảm ứng suất không chỉ bị ảnh hưởng do

mặt vát, chiều sâu đặt móng mà còn do ảnh hưởng của bề rộng móng.

4.5. HIỆU CHỈNH CÔNG THỨC GIẢI TÍCH ĐÃ THIẾT LẬP

Trong Chương II và III đã thiết lập công thức giải tích có dạng (4.7):

q’=K . q (4.7)

trong đó: q – tải trọng đơn vị;

q’ - ứng suất đáy móng (xem Hình 4.14);

K - hệ số giảm ứng suất.

Hình 4.14 – Sơ đồ tính ƯSĐM khối nêm

Công thức giải tích (4.7) đưa ra hệ số giảm ứng suất (K) chỉ kể đến ảnh

hưởng của góc vát của khối nêm. Tuy nhiên, hệ số này thay đổi còn phụ thuộc

vào rất nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nữa, như: sự thay đổi của tải trọng đơn vị

lên móng; tính chất đất nền và đất bên móng; chiều sâu đặt móng; chiều sâu

nền chịu nén thực tế; ... vì vậy cần thiết phải hiệu chỉnh lại.

Kết quả hiệu chỉnh hệ số K ứng với các giá trị tải trọng đơn vị đối với

đê biển Nam Bộ có chiều cao không quá 3 m, chiều sâu nền chịu nén thực tế,

tính chất đất nền, độ sâu đặt móng, được tính toán cho các móng khối nêm đã

lựa chọn được nêu trong Bảng 4.10.

- 110 -

Trong thực tế, căn cứ chiều cao đê yêu cầu, tính tải trọng đơn vị (q) do

đê tác dụng lên móng, tính ƯSĐM theo công thức (4.7) dựa các bảng tính đã

lập sẵn từ Bảng 4.6 đến Bảng 4.10, đồng thời tính tải trọng giới hạn của nền

(pgh) theo công thức (2.1) với các móng khác nhau có thể sử dụng, sau cùng

kiểm tra điều kiện ổn định nền về mặt cường độ theo công thức (2.4) để quyết

định chọn loại móng hợp lý.

4.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG IV

Luận án đã nghiên cứu và lựa chọn được mô hình vật liệu phù hợp cho

đất yếu (mô hình HS) dựa trên kết quả thí nghiệm từ mô hình vật lý phục vụ

nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm. Bằng mô hình số, tác giả đã

tìm ra móng với khối nêm có góc vát 450 sẽ cho phân bố ứng suất trong nền

có lợi nhất so với móng nông thường và móng khối nêm có góc vát 670 về

mặt tăng nhanh cố kết và khả năng vượt tải, đưa ra hình dạng mặt bằng khối

nêm hợp lý, phù hợp với đê trên nền đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ; đồng thời

đã lập sẵn được các bảng tính và hiệu chỉnh được hệ số giảm ứng suất trong

công thức giải tích đã thiết lập để phục vụ tính toán ứng suất đáy móng, dựa

vào đó để kiểm tra sự ổn định của nền đê theo khả năng chịu tải. Tuy nhiên

những kết quả đạt được vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu.

- 111 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận:

- Luận án đã đề xuất được khối nêm bằng đất tại chỗ trộn với xi măng

có phụ gia để làm móng đê biển Nam bộ, có tác dụng phân phối lại ứng suất

đáy móng theo hướng đảm bảo an toàn hơn cho công trình và giảm giá thành;

- Từ kết quả thu được trên mô hình vật lý và mô hình số, luận án đã so

sánh, phân tích để lựa chọn mô hình đất yếu phù hợp (mô hình HS) trong

phần mềm Plaxis dùng để nghiên cứu ứng suất, biến dạng móng khối nêm;

- Bằng nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm và mô hình số, luận án đã

làm rõ cơ chế truyền tải và hiệu quả của móng khối nêm về mặt làm giảm ứng

suất đáy móng từ 10 % đến 30 % và chỉ ra được góc vát khối nêm bằng 450

cho phân bố ứng suất có lợi nhất về cố kết và khả năng vượt tải;

- Luận án đã nghiên cứu thiết lập được công thức giải tích (4.7) để tính

ứng suất đáy móng khối nêm có hình dạng hợp lý đã xác định, chọn dùng để

làm móng cho đê biển ở đồng bằng Nam Bộ.

Kiến nghị:

Sử dụng kết quả nghiên cứu của luận án làm cơ sở khoa học để tính

toán, thiết kế đê biển Nam Bộ và các công trình khác có điều kiện tương tự.

Những vấn đề tồn tại cần nghiên cứu tiếp theo:

- Nghiên cứu quá trình cố kết của nền móng khối nêm.

- Xác định hình dạng tối ưu của khối nêm dùng làm móng đê biển Nam

Bộ và các công trình khác có điều kiện xây dựng tương tự;

- Hiệu chỉnh công thức tính ƯSĐM khối nêm tối ưu có xét đến đồng

thời các lực đứng và ngang; tách biệt được ảnh hưởng của chiều sâu, chiều

rộng móng và vải địa kỹ thuật chịu kéo trên móng đến hệ số giảm ứng suất;

- Xác định hệ số giảm ứng suất của móng khối nêm cho một số nền đất

khác như nền sét pha, cát pha, than bùn ở đồng bằng Nam Bộ;

- Tác dụng của dòng thấm và giải pháp ngăn chặn sự bất lợi của nó gây

ra trong móng khối nêm.

- 112 -

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Nguyễn Vũ Việt, Đỗ Thế Quynh (2017), “Lựa chọn mô hình vật liệu

trong phần mềm Plaxis 3D để mô phỏng lại kết quả thí nghiệm trên mô hình

vật lý phục vụ nghiên cứu hợp lý hình dạng khối nêm”, Tạp chí người xây

dựng (ISSN 0866-8531) – Tổng hội xây dựng Việt Nam, (9&10/2017), tr. 68-

71-83.

2. Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Đỗ Thế Quynh (2016),

“Nghiên cứu hiệu quả suy giảm ứng suất tại đáy móng khối nêm trên mô hình

vật lý”, Tạp chí khoa học và công nghệ thủy lợi (ISSN:1859-4255)– Viện

KHTL Việt Nam, (35

10-2016), tr. 65-71.

3. Nguyễn Quốc Dũng, Đỗ Thế Quynh, Khổng Trung Duân (2010),

“Kinh nghiệm thiết kế, thi công đê biển bằng tàu hút qua một số công trình

thực tế”, Đặc san khoa học công nghệ thủy lợi - Viện khoa học thủy lợi Việt

Nam, (27

10 - 2010), tr. 2-9.

4. Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Đỗ Thế Quynh (2010), “Sự cố

đê nối tiếp cống Trà Linh và phương án xử lý”, Tạp chí Tài nguyên nước năm

thứ 10 - Hội thủy lợi Việt Nam, (3-2010), tr. 18-27.

5. Nguyễn Quốc Dũng, Khổng Trung Duân, Đỗ Thế Quynh (2009),

“Một số vấn đề địa kỹ thuật phục vụ đắp đê biển trên nền đất yếu”, Tuyển tập

khoa học công nghệ 50 năm xây dựng và phát triển 1959 – 2009 - Viện khoa

học thủy lợi Việt Nam, tr. 329-338.

- 113 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt:

1. Phùng Vĩnh An (2012), Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sức chịu

tải của cọc XMĐ thi công theo công nghệ Jet-Grouting cho một số vùng

đất yếu ở Việt Nam, Luận án TSKT, Viện KHTL Việt Nam, Hà Nội.

2. Việt Âu (2013), Cần chiến lược phát triển kinh tế biển cho vùng Đồng

bằng sông Cửu Long, TTXVN.

3. Bộ Giao thông vận tải (2000), 22TCN 262-2000 - Quy trình khảo sát thiết

kế đường ô tô đắp trên đất yếu - Tiêu chuẩn thiết kế, Hà Nội.

4. Bộ KHCN (2012), TCVN 9354:2012 - Đất xây dựng – Phương pháp xác

định mô đun biến dạng tại hiện trường bằng tấm nén phẳng, Hà Nội.

5. Bộ KHCN (2012), TCVN 4197:2012 - Đất xây dựng – Phương pháp xác

định giới hạn dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí nghiệm, Hà Nội.

6. Bộ KHCN (2012), TCVN 9362:2012 – Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công

trình, Hà Nội.

7. Bộ KHCN (2012), TCVN 4253:2012 – Công trình thủy lợi – Nền các công

trình thủy công – Yêu cầu thiết kế, Hà Nội.

8. Bộ KHCN (2012), TCVN 9403:2012 – Gia cố đất nền yếu – Phương pháp

trụ đất xi măng, Hà Nội.

9. Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương (2003), Cơ học đất, NXB Xây dựng, Hà

Nội.

10. Công ty liên doanh TBS Việt Nam (2011), TCCS 001:2011 - Gia cố nền

bằng khối bê tông hình phễu (công nghệ Top-base) – Tiêu chuẩn thiết kế,

thi công và nghiệm thu, Hà Nội.

- 114 -

11. Lê Thanh Chương (2012), Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu đề

xuất mặt cắt ngang đê biển hợp lý và phù hợp với điều kiện từng vùng từ

thành phố Hồ Chí Minh đến Kiên Giang, Viện Khoa học Thủy lợi Miền

Nam, Tp. Hồ Chí Minh.

12. Nguyễn Quốc Dũng (2012), Gia cố xử lý nền móng Công trình Thủy lợi,

Bài giảng cao học, Trường ĐHTL, Hà Nội.

13. Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Đỗ Thế Quynh và nnk (2016), Hồ

sơ đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý nền đất yếu bằng

thiết bị trộn đất tại chỗ với chất kết dính vô cơ phục vụ xây dựng công

trình thủy lợi, Viện KHTL Việt Nam, Hà Nội.

14. Nguyễn Quốc Dũng (2009), Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ: Nghiên cứu

giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ

Quảng Ninh đến Quảng Nam, Viện KHTL Việt Nam, Hà Nội.

15. Nguyễn Quốc Dũng (2010), Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm

cấp Bộ: Hoàn thiện công nghệ thiết kế, thi công đê biển bằng vật liệu tại

chỗ, Viện KHTL Việt Nam, Hà Nội.

16. Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Đỗ Thế Quynh (2016), “Nghiên cứu

hiệu quả suy giảm ứng suất tại đáy móng khối nêm trên mô hình vật lý”,

Tạp chí khoa học và công nghệ thủy lợi – Viện KHTL Việt Nam,

(ISSN:1859-4255

3510-2016

), tr. 65-71.

17. Phan Thị San Hà và nnk (2009), “Các phương pháp xác định giới hạn

chảy của đất và mối tương quan giữa chúng”, Tạp chí phát triển khoa học

và công nghệ, tập 12(05-2009), tr.77.

18. Vũ Thành Hải (1983), Kết cấu thép, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.

- 115 -

19. Hiệp hội địa kỹ thuật Nhật Bản, Quy chuẩn JSF:T25-80T - Phương pháp

thí nghiệm bàn nén hiện trường cho đất nền.

20. Nguyễn Hữu Huế, Nguyễn Viết Thắng (2015), “Móng Top-base, giải

pháp xây dựng mới”, Báo cáo khoa học chuyên đề Một số vấn đề đặc thù

về Kết cấu và công nghệ xây dựng ở Việt Nam hiện nay của Hội kết cấu

và công nghệ xây dựng Việt Nam, tr.59-64.

21. Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hùng (2011), Ansys – Phân tích kết cấu

công trình thủy lợi thủy điện, tập I – Các bài toán cơ bản, NXB Xây

dựng, Hà Nội.

22. Trần Thanh Giám (2008), Đất xây dựng và phương pháp gia cố nền đất,

NXB Xây dựng, Hà Nội.

23. Nguyễn Ngọc Phúc (2014), “Hiệu quả gia cường móng nông và quy trình

tính toán sử dụng giải pháp top-base”, Tạp chí kết cấu và công nghệ xây

dựng, (14/I-2014), tr. 5-11.

24. Nguyễn Ngọc Phúc, Trần Hoàng Gia, Nguyễn Xuân Quỳnh (2010), Giải

pháp móng Top - base (móng phễu) đối với nhà dân dụng và công nghiệp,

Báo cáo nghiên cứu khoa học, Trường ĐH Lạc Hồng, Đồng Nai.

25. R.withlow (1996), Cơ học đất, tập II (bản dịch), NXB Giáo dục, Hà Nội.

26. Trần Thị Thanh, Nguyễn Việt Tuấn (2003), “Xác định vùng chịu nén

trong nền đất yếu bão hòa nước dưới khối đắp của đê ở ĐBSCL”, Tuyển

tập kết quả KHCN năm 2003 nhân dịp kỷ niệm 25 năm thành lập Viện

KHTL Miền Nam (1978-2003), tr. 421-429

27. Trần Thị Thanh, Nguyễn Việt Tuấn (2003), “Phương pháp tính toán phân

đoạn đắp đê nhằm bảo đảm ổn định nền đất yếu dưới đê ở ĐBSCL”,

Tuyển tập kết quả KHCN năm 2003 nhân dịp kỷ niệm 25 năm thành lập

Viện KHTL Miền Nam (1978-2003), tr. 406-413.

- 116 -

28. Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh (2002), Xây dựng đê, đập, đắp nền

tuyến dân cư trên đất yếu ở ĐBSCL, NXB Nông nghiệp, Tp.Hồ Chí Minh.

29. Thủ tướng chính phủ (2012), Quyết định Phê duyệt Quy hoạch thuỷ lợi

Đồng bằng sông Cửu Long giai đoạn 2012 - 2020 và định hướng đến năm

2050 trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước biển dâng, Hà Nội.

30. Trường Đại học Thủy lợi (1998), Nền móng, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.

31. Trường ĐHTL,Viện KHTL Miền Nam, Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền

Nam (2016), Báo cáo tổng hợp đề tài nghiên cứu do UNDP quản lý:

Quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong điều kiện biến đổi khí hậu, nước

biển dâng và sự phát triển nhanh nền kinh tế, xã hội ở đồng bằng Sông

Cửu Long, Việt Nam, Hà Nội.

32. Nguyễn Xuân Trường (1972), Thiết kế đập đất, NXB Khoa học kỹ thuật,

Hà Nội.

Tiếng Anh:

33. ALLU, Mass Stabilisation Manual, Finland.

34. Banseok Top Base Co., ltd, In-place Top base method – New foundation

method on soft ground, Korea.

35. Delf University of Technology & Plaxis bv (2013), Plaxis3D2013-

General information, The Netherlands.

36. Delt University of Technology & Plaxis bv (2013), Plaxis 3D – Reference

Manual, The Netherlands.


Material Models Manual, The Netherlands.


Tutorial Manual, The Netherlands.

- 117 -

39. H.Nagase et al (1992), “Effectiveness of top-shape concrete blocks in

reducing in ground liquefied by an earthquake”, Tenth world conference

on Earthquake Engineering, Balkema, Rotterdam, The Netherland,

pp.1465-1470.

40. H.W.R.U, D.D.M.F.C, H.E.D.P.W.D (2001), Geotechnical modelling –

Plaxis short course – Fundamentals, theory and application of software,

Ha Noi.

41. Japanese material institute (1991), Top-base method of ground

improvement handbook, Japan.

42. Jeong et al (2011), Method of analyzing load-settlement characteristics of

Top-base foundaiton, Patent Application Publication, Pub. No: US

2011/0208445 A1, Pub. Date: Aug. 25, 2011, United States.

43. Joseph E.Bowles (1996), Foundation analysis and Design – Fifth edition,

The McGraw-Hill Book Co, Singapore.

44. Katsuhiko Arai et al (1987), “Measurement and interpretation of loading

test of concrete top blocks on soft ground”, The proceeding of 2nd

international symposium on field measurement in geomechanics,

Balkema, Rotterdam, The Netherland, vol.2, pp.44-51.

45. Katsuhiko Arai et al (1988), “Interpretation of concrete top base

foundation behaviour on soft ground coupled stress flow finite element

analysis”, 6th international conference on numerical methods in

geomechanics Balkema, Rotterdam, The Netherland, vol.1, pp.625-630.

46. Ministry of transport public works and water Management, Design Guide

Soft soil Stabilisation, Finland.

47. Shailendra Amatya et al (2009), Appendix F – Shallow foundations modes

of failure and criteria, Final report prepared for National cooperative

highway research program (NCHRP), University of Massachusetts Lowel,

USA.

Documents

NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG HỢP LÝ CỦA KHỐI NÊM ĐỂ LÀM … tao/2018/NCS_ Do The Quynh_Toan van... · NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG HỢP LÝ CỦA KHỐI NÊM ĐỂ LÀM MÓNG