Bàn về việc xác định đặc trưng cơ học của đất khu vực Đình Vũ, Hải Phòng theo thí nghiệm xuyên tĩnh và trong phòng

34 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG 35 S¬ 29 - 2018 KHOA H“C & C«NG NGHª sử dụng để quan trắc chuyển dịch tường vây công trình nhà cao tầng. b. Phần mềm GOCA Phần mềm GOCA là phần mềm dùng để thu thập dữ liệu cảm biến từ trạm quan trắc biến dạng tự động về máy tính và sau đó tiến hành tính toán xử lý, phân tích biến dạng và cảnh báo nguy hiểm khi biến dạng vượt quá giới hạn cho phép. c. Phương pháp quan trắc chuyển dịch bằng máy TĐĐTLeica viva TS15 và phần mềm GOCA Từ tính năng của máy TĐĐT Leica viva TS15 và phần mềm GOCA như đã nêu ở trên. Khi chúng ta kết hợp chúng với nhau sẽ tạo nên một hệ thống quan trắc tự động. Quá trình quan trắc tự động bằng máy TĐĐT Leica viva TS15 và phần mềm GOCA được thực hiện như sau: - Thiết lập trạm quan trắc bằng máy TĐĐT tử Leica viva TS15; - Thiết lập điểm tham chiếu (mốc chuẩn) vàđiểm mục tiêu (điểm quan trắc); - Cài đặt trạm máy và tiến hành đo đạc quan trắc; - Truyền dữ liệu từ trạm TĐĐT về máy tính thông qua bộ thu GOCA (Bộ thu GOCA nối với máy tính); - Tính toán phân tích biến dạng bằng phần mềm GOCA cài đặt trên máy tính; - Cảnh báo khi biến dạng vượt quá giới hạn cho phép 4. Kết luận Ứng dụng công nghệ quan trắc chuyển vị nền và tường tầng hầm trong thi công xây dựng công trình có thể dự báo và phòng ngừa sự cố cho chính công trình đang thi công cũng như các công trình lân cận; mặt khác quan trắc địa kỹ thuật còn góp phần vào điều chỉnh biện pháp kỹ thuật thi công công trình, trong một số trường hợp dẫn đến điều chỉnh hồ sơ thiết kế cho phù hợp điều kiện thực tế. Quan trắc chuyển vị nền và tường tầng hầm còn góp phần tạo cơ sở, bằng chứng kỹ thuật để giải quyết tranh chấp pháp lý xảy ra khi có khiếu kiện hư hỏng công trình do xây dựng công trình khác. Hai phương pháp quan trắc nêu trên có độ tin cậy và chính xác cao trong quan trắc chuyển vị nền và tường tầng hầm nhà cao tầng. 5. Kiến nghị Kiến nghị các đơn vị: chủ đầu tư, nhà thầu thi công... áp dụng hai phương pháp quan trắc bằng thiết bị đo dịch chuyển ngang Inclinometer và quan trắc bằng máy toàn đạc điện tử kết hợp phần mềm tự động quan trắc biến dạng vào thực tế thi công một cách phổ biến và rộng rãi. Kiến nghị các sở, ban, ngành, cơ quan chức năng... xây dựng tiêu chuẩn về chuyển vị cho phép của đất nền và tường tầng hầm trong thi công hố đào sâu để làm căn cứ và cơ sở xử lý và kết luận các số liệu quan trắc thu thập được một cách chính xác nhất./. Bảng 1. Tính năng kỹ thuật của máy toàn đạc điện tử Leica viva TS15 STT Tính năng kỹ thuật 1 Độ chính xác đo góc ngang và góc đứng 1” 2 Độ chính xác đo cạnh có sử dụng gương: (1mm+1.5ppmD) 3 Độ chính xác đo cạnh bằng máy Laser (không gương): (2mm+2ppmD) 4 Tự động quay với tốc độ góc: 450/s 5 Bắt mục tiêu tự động 5.1 Độ chính xác tự động bắt điểm (góc ngang, góc đứng): 1” 5.2 Độ chính xác vị trí điểm: ±1mm 5.3 Độ chính xác điểm tại 1000m: ±2mm 6 Tỉm điểm tự động 7 Độ chính xác dọi tâm bằng Laser: 1mm tại 1.5m chiều cao máy 8 Thông số kỹ thuật chung: - Hệ điều hành Windows CE 6.0; - Bộ xử lý: Freescale i.MX31 533 MHz ARM Core; - Màn hình cảm ứng; - Quản lý dữ liệu: bộ nhớ trong 1GB và bộ nhớ thẻ CompactFlash, truyền dữ liệu qua cổng RS232 hoặc Bluetooth, Wireless và USB. T¿i lièu tham khÀo 1. Wong kai sin (Nanyang Technological University), esign analysis deep excavations , 2009 2. Chang –Yu Ou (2006), Deep Excavation, Theory and Practice. 3. Thomas Telford (1996), Deep Excavations: a practical manual, London. 4. Orouke T.D (1981), Ground movements caused by braced excavations.ASCEJ. Geotech Engng. 5. TCVN 9399:2012: Nhà và công trình xây dựng - Xác định chuyển dịch ngang bằng phương pháp trắc địa. Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu đặc trưng sức chống cắt và mô đun biến dạng của đất sét pha trạng thái dẻo đến dẻo chảy (ambQ23tb) phân bố ở khu vực Đình Vũ, Hải Phòng theo các phương pháp khác nhau. Abstract The paper presents the results of research characteristic shear strength and modulus of deformation plasticity clay to plastic flow status (ambQ23tb) distributed in the area of Dinh Vu, Hai Phong according to different methods. TS. Phạm Đức Cường Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Xây dựng, ĐT: 0936 035 025 Email: phdcuong77@gmail.com Ngày nhận bài: 23/5/2016 Ngày sửa bài: 10/6/2016 Ngày duyệt đăng: 16/11/2017 Bàn về việc xác định đặc trưng cơ học của đất khu vực Đình Vũ, Hải Phòng theo thí nghiệm xuyên tĩnh và trong phòng Discussion on determining the soil mechanical characterwastics of Dinh Vu area, Hai Phong city in static and in-room experiments Phạm Đức Cường 1. Đặt vấn đề Hải Phòng là thành phố nằm trên vùng đất bồi đắp của đồng bằng Bắc Bộ. Cấu trúc nền đất vùng đồng bằng ven biển có đặc thù riêng nhưng cho đến nay vẫn chưa có tài liệu tổng kết cấu tạo mặt cắt của nó. Việc đánh giá đặc tính xây dựng của đất đặt ra vấn đề lựa chọn đặc trưng bền và biến dạng khi thiết kế nền, giúp cho việc định hướng xử lý nền và lựa chọn nền móng hợp lý cho các công trình, góp phần phát triển bền vững kinh tế khu vực. 2. Xác định các thông số độ bền và biến dạng của đất Mục tiêu nghiên cứu trong khuôn khổ bài báo này là đất bùn sét, sét pha trạng thái dẻo đến dẻo chảy (ambQ2 3tb) phân bố ở khu vực Đình Vũ trong phạm vi chiều sâu 10m so với mặt đất. Đối tượng nghiên cứu là các đặc trưng cơ học của nó: môn đun biến dạng E, góc ma sát trong φ và lực dính đơn vị c. Các thông số góc ma sát trong φ và lực dính đơn vị c đặc trưng cho tính bền của đất. Chúng thường được xác định trong phòng thí nghiệm bằng thiết bị cắt ngang phẳng trực tiếp (ứng suất lên mẫu đất σ, sức chống cắt τ) và gián tiếp thông qua thí nghiệm nén 3 trục. Mô đun biến dạng là khả năng thay đổi kích thước và hình dạng của vật thể, có nghĩa là biến dạng dưới tác dụng của ứng suất cơ học. Nó được xác định dựa theo định luật Hooke đối với vật thể đàn hồi trong điều kiện nén (kéo) một trục bởi giá trị biến dạng tương đối ε và ứng suất cơ học tác dụng vào σ: 1 E ε = σ (1) Từ phương trình (1) thấy rằng mô đun biến dạng của đất là hệ số tỉ lệ trong quan hệ của biến dạng bởi ứng suất và nó có thể được tìm ra từ thí nghiệm bằng biểu thức của gia số biến dạng tuyến tính ∆ε và ứng suất ∆σ. Mô đun biến dạng không phải là đặc trưng vật lý của đất, nó có giá trị thay đổi khác nhau tùy thuộc vào mức độ gia tải và biến dạng. Có thể nói rằng mô đun biến dạng ban đầu hay mô đun đàn hồi đặc trưng cho độ cứng của đất và độ cứng càng lớn thì giá trị của nó càng cao. Trong điều kiện nén đất không nở hông ta tìm ra các mô đun biến dạng nén có kể đến nở hông Ek và không kể đến nở hông Eoed. 01 k oed eE E a + = β× = β× (2) Trong đó β - hệ số hiệu chỉnh tính đến nở hông của đất nền dưới đáy móng ; a – hệ số nén lún, phụ thuộc vào hệ số rỗng theo từng cấp tải trọng ; e0 – hệ số rỗng ban đầu của đất nền. Nhận thấy rằng, trong thực tế khảo sát địa chất sử dụng các phương pháp trực tiếp và gián tiếp để xác định giá trị của mô đun biến dạng. Giá trị này phụ thuộc vào điều kiện gia tải (trạng thái ứng suất) được phân ra theo thí nghiệm trong phòng và hiện trường. Các phương pháp thí nghiệm trong phòng là phương pháp phổ biến hơn cả để xác định tính chất biến dạng, độ bền của các loại đất. Thế nhưng cần phải lưu ý rằng rất nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra ảnh hưởng của việc lấy mẫu không xáo trộn (nguyên trạng) cấu trúc đối với thí nghiệm trong phòng. Các mẫu thí nghiệm trong phòng được tách ra từ khối nguyên có hệ số độ rỗng lớn hơn (độ chặt nhỏ hơn) trong điều kiện tại hiện trường xây dựng. Điều này có nghĩa là theo các kết quả nghiên cứu trong phòng các giá trị đặc trưng cơ học nhận được nhỏ hơn và như vậy tính nén lún cũng cao hơn so với thực tế [2]. 36 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG 37 S¬ 29 - 2018 KHOA H“C & C«NG NGHª Xuyên tĩnh là một trong nhưng phương pháp hiệu quả nghiên cứu đất trong điều kiện tự nhiên. Đây là phương pháp xuất hiện từ những năm 30 của thế kỷ 20 ở Hà Lan. Kết quả xuyên tĩnh được dùng để xác định chiều dài và khả năng chịu lực của cọc. Đến năm 1977 hội cơ học đất và xây dựng móng quốc tế đã thành lập hội đồng tiêu chuẩn xuyên châu Âu và đưa ra chỉ dẫn tiêu chuẩn xuyên thống nhất với các thông số cơ bản của xuyên xuất hiện lần đầu tiên tại Hà Lan [3,4]. Hiện nay, nhờ khả năng nghiên cứu nhanh và kinh tế mà nó được sử dụng rộng rãi ở nước ta cũng như các nước châu Âu, Nhật Bản và Mỹ. Phương pháp xuyên tĩnh có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong việc xác định chiều dày, trạng thái, tính đồng nhất, đánh giá gần đúng đặc trưng của đất (mô đun biến dạng, góc ma sát trong, lực dính ..). Phương pháp này cho thấy hiệu quả khi không thể sử dụng phương pháp lấy mẫu không xáo trộn của đất yếu. Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh được kiến nghị sử dụng trong TCVN 9352 :2012 [1], sử dụng xen kẽ giữa các hố khoan nhằm xác định biến đổi tổng quát bề dày các lớp đất và độ cứng của nó. Thí nghiệm này được thực hiện để làm rõ tính đồng nhất của địa tầng, đặc tính biến dạng và sức chịu tải của đất nền, sức chịu tải của cọc đơn trong các lớp đất dính và đất rời không chứa cuội sỏi ở độ sâu không lớn (không quá 25m). Để dự đoán độ lún của đất nền cần phải xác định các thông số biến dạng E và µ trong giới hạn chiều sâu không nhỏ hơn chiều dày vùng chịu nén. Nếu công trình thiết kế với việc sử dụng lời giải theo TCVN 9362:2012 việc khảo sát địa chất không nhất thiết phải xác định đầy đủ các thông số trong cả chiều sâu khảo sát, chỉ cần sâu không quá 3 lần bề rộng móng nông (móng khối quy ước đối với móng cọc). 3. Kết quả thí nghiệm xác định Xuất phát từ tình hình thực tế, ngày nay có thể xem xét các vấn đề đánh giá các tính chất của đất và tính toán nền móng theo ba hướng với việc sử dụng tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn ngành và cả các khuyến nghị của nước ngoài. Giá trị mô đun biến dạng một trục không nở hông có thể xác định được dựa vào giá trị sức kháng xuyên qc đối với đất nền theo TCVN 9352 :2012 [1], phụ lục E: oed c cE q= α (3) Trong đó αc là hệ số không thứ nguyên. Theo M.S. Zakharov [3] giá trị mô đun biến dạng của đất sét và sét pha (MPa) Eoed = 7qc; góc ma sát trong (độ) ϕ 0,207c= 18,57lq ; lực dính đơn vị (kPa) c = 6qc+11. Phạm vi bài báo nghiên cứu đất sét gầy lẫn cát, sét pha màu nâu xám, xám đen, trạng thái dẻo chảy đến chảy, chiều sâu phân bố từ 5 – 14,5m. Số liệu tính toán nhận được từ kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường thực hiện bởi công ty FECON, trung tâm thí nghiệm địa kỹ thuật công trình. Chỉ tiêu cơ lý trung bình của đất được cho trong bảng 1. Các kết quả nghiên cứu đặc trưng độ bền và biến dạng của đất nhận được từ các phương pháp khác nhau trình bày bảng 2. Từ số liệu thu nhận được ta thấy các thông số sức kháng cắt trong thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ UU nhỏ hơn 29% so với thí nghiệm theo sơ đồ CU. Điều này có thể giải thích được bởi vì trong khi thí nghiệm nén ba trục UU thì mẫu đất được nén lại một phần nhưng do điều kiện thoát nước bị khống chế, mẫu đất cũng chưa đạt được độ chặt cần thiết như khi ở nền tự nhiên. Do vậy, thí nghiệm theo sơ đồ UU không phản ánh thực chất sức kháng cắt trong điều kiện tự nhiên. Để mô phỏng lại trạng thái ứng suất ban đầu và độ chặt tương ứng trong điều kiện phòng thí nghiệm, mẫu đất phải được nén lại tương ứng với điều kiện thế nằm tự nhiên. Trong trường hợp đó, xác định sức kháng cắt theo sơ đồ cố kết - không thoát nước có đo áp lực nước lỗ rỗng (CU) mang tính ưu việt. Kết quả thí nghiệm cũng cho phép dự báo sự thay đổi sức kháng cắt không thoát nước theo độ sâu hay khi đất nền đạt đến độ cố kết nào đó. Kết quả trong bảng 2 cho ta thấy thông số sức kháng cắt hiệu quả và biến dạng của đất bằng phương pháp thí nghiệm nén 3 trục theo sơ đồ CU cho kết quả khá sát so với giá trị đề nghị bởi M.S. Zakharov. Chênh lệch từ kết quả kiến nghị của M.S. Zakharov lớn hơn từ 20 - 25% đối với thông số sức chống cắt, 4,9% đối với mô đun biến dạng. Bảng 1. Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của đất Đặc trưng của đất Độ ẩm tự nhiên W (%) Khối lượng riêng (g/cm3) Khối lượng riêng khô (g/cm3) Khối lượng riêng hạt (g/cm3) Độ rỗng (%) Hệ số rỗng Độ bão hòa (%) Sức chống xuyên qc (MPa) Giá trị trung bình 41,4 1,76 1,24 2,66 53,4 1,145 96,2 0,55 Bảng 2. Thông số độ bền và biến dạng của đất theo các phương pháp khác nhau Chỉ tiêu tính chất của đất Kết quả nhận được từ các phương pháp Nén cố kết một trục Nén ba trục không cố kết, không thoát nước Nén ba trục cố kết không thoát nước Xuyên tĩnh theo M.S. Zakharov Thông số tổng Thông số hiệu quả c, kPa - 6,0 8,5 11,4 14,3 ϕ, độ - 1o03’ 6o26’ 13o41’ 16o24’ Eoed, MPa 3,67 - - - 3,85 4. Kết luận Nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của đáng kể của sự lựa chọn phương pháp thí nghiệm đến giá trị nhận được của thông số sức chống cắt và biến dạng của đất bùn sét, sét pha dẻo đến dẻo chảy khu vực Đình Vũ, Hải Phòng. Việc xác định các giá trị sức chống cắt và mô đun biến dạng của đất thông qua kết quả xuyên tĩnh có thể áp dụng được công thức của Zakharov. Để có được cái nhìn tổng thể hơn về vấn đề này cần phải có số lượng thí nghiệm nhiều hơn kết hợp với thí nghiệm bàn nén hiện trường nhằm so sánh chính xác hơn giá trị tính toán. Dựa vào kết quả nghiên cứu cho thấy một số kết luận sau: 1. Đất sét pha yếu tại Đình Vũ được cố kết trước có thông số sức kháng cắt tăng đáng kể chứng tỏ rằng khi sử dụng giải pháp thoát nước theo phương thẳng đứng nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết thì sức kháng cắt của đất được tăng lên và nền ổn định. 2. Mô đun biến dạng không phải là một đặc trưng không đổi của đất. Giá trị của nó phụ thuộc vào mức độ biến dạng/ ứng suất của nền nhà và công trình thiết kế cũng như phương pháp xác định nó. 3. Ứng dụng phương pháp xuyên tĩnh xác định các đặc trưng sức chống cắt và mô đun biến dạng phụ thuộc vào dạng tương quan giữa số liệu đo sức chống mũi, ma sát thành bên, áp lực lỗ rỗng với số liệu thí nghiệm trong phòng./. 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 192 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 9 5 25 7 49 k k k k 1 1 1 1 9 9 9 9 3 1 9 9 15 25 21 49 k k k k 1 1 1 1 25 25 25 25 5 1 15 9 25 25 35 49 k k k k   β = − + − π        + + + +                 − + − +        + + + +                + − + −       + + + +            2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 49 49 49 49 7 1 21 9 35 25 49 49 k k k k        − + − +        + + + +                  (23) Bảng dưới đây thể hiện kết quả khảo sát sự biến đổi của hệ số β theo tỉ số k=b/a Bảng 1. Quan hệ giữa k và β k=b/a 1 2 3 4 5 ∞ β 3,20524 1,28554 1,06442 1,01577 1,00385 1,0 Như vậy, công thức qui đổi mô đun đàn hồi trong trường hợp bản kê bốn cạnh là công thức (22) so với công thức bản kê hai cạnh là công thức (1) có thêm hệ số β, là hàm số theo tỉ số giữa hai cạnh k. Khi k → ∞ thì công thức (22) sẽ trở về công thức (1). Trong thực tế khi k ≥3 thì có thể coi công thức (22) trùng với công thức (8) với sai số <6.5% là chấp nhận được. Trong trường hợp bản sàn là vuông thì sai số về mô đun đàn hồi giữa công thức (22) và (1) là 220%. 4. Kết luận Bài báo đã trình bày cơ sở lý thuyết việc qui đổi mô đun đàn hồi sàn thép về dầm cho hai trường hợp: bản kê hai cạnh và bản kê bốn cạnh. Trong trường hợp bản kê hai cạnh, công thức (1) được nêu trong tài liệu kết cấu thép [2] là chính xác. Trong trường hợp bản kê bốn cạnh, công thức (1) có thể coi là gần đúng khi tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn ô bản k≥3 với sai số nhỏ hơn 6.5%. Trong trường hợp khác (k<3)cần nhân thêm hệ số chuyển đổi β vào công thức số (1) để được công thức (22) (có thể tính hệ số β theo công thức (23) hoặc nội suy β theo Bảng 1)./. T¿i lièu tham khÀo 1. TCVN 5575:2012, Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất bản Xây dựng, 2012. 2. Phạm Văn Hội (chủ biên), Kết cấu thép - Cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2006. 3. S.P. Timoshenko, Theory of Plates and Shells, McGraw-Hill, Inc., 1959. T¿i lièu tham khÀo 1. TCVN 9352:2012. Đất xây dựng. Phương pháp thí nghiệm xuyên tĩnh 2. Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов с комментариями к ГОСТ 12248-2010 [Текст]: Монография / Г.Г. Болдырев. 2-е изд., доп, и испр. М.: «Прондо», 2014. 812 с. 3. М.С. Захаров. Статическое зондирование в инженерных изысканиях: учеб.пособие / СПб. гос. архит.-строит. ун- т. – СПб., 2007. – 72 с. 4. Ю.Г. Торфименков, Л.Н. Воробков. Полевые методы исследования строителых свойств грунтов Москва Стройиздать 1981. 213с. 5. Begernann H. General report. ESOPT, vol. 2.1, pp.29-39, Stockholm, 1974. Khảo sát phạm vi áp dụng công thức... (tiếp theo trang 29)