Tóm tắt Luận án Nghiên cứu hình dạng hợp lý của khối nêm để làm móng đê biển Nam Bộ

 (1.2) trong đó: q’ là ứng suất đáy móng, các đại lượng khác xem Hình 1.14. Hình 1.14 – Sơ đồ tính ứng suất đáy móng [34] 1.4.1.2. Móng gia cố khối Ở Phần Lan từ năm 1990 [33], đã nghiên cứu giải pháp này, theo đó dùng thiết bị trộn nông để trộn xi măng, phụ gia (nếu có) với đất yếu tại chỗ để tạo thành móng (xem Hình 1.15). 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, 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. Hình 1.15 -Ổn định khối đắp bằng móng MS [33] Hạn chế của giải pháp: máy thi công đắt, máy không phù hợp với điều kiện vận chuyển và nền lầy thụt ở đồng bằng Nam Bộ; phải chở đất từ nơi khác về tạo mặt bằng cho máy (xem Hình 1.16), móng thoát nước kém, nên thời gian lún của đê sẽ kéo dài hơn. Hình 1.16 – Thi công móng MS [33] a) Kích thước quy ước b) Sự làm việc của Top-block 1.4.2. Ở trong nước 1.4.2.1. Móng Top-base Nguyễn Ngọc Phúc (2014) [23] đã lập công thức tính ứng suất đáy móng Top-base (1.4) bằng việc xét cân bằng lực của 1 Top-block (xem Hình 1.17). 0 1 2 1 1. '. . . . os45q S q S f V f S c   (1.4) Hình 1.17 – Kích thước và sự làm việc của Top-block [23] - 7 - Giải phương trình (1.4) được ứng suất đáy móng q’ (xem Hình 1.18) theo (1.5): q’=K * q (1.5) với: K=0,526 với Top-block D500 K=0,528 với Top-block D330. Hình 1.18 – Nền Top-base [23] 1.4.2.2. Móng khối nêm - Móng khối nêm gồm các khối nêm (làm từ đất yếu trộn với xi măng, phụ gia) kết hợp cát chèn trong khoảng hở giữa chúng được luận án đề xuất, kiến nghị sử dụng từ năm 2014 với khối nêm I-D-H- (Ký hiệu I - là hình bát giác trên mặt bằng, D=0,5 m, H=0,3 m, =450, d=0,2 m) (xem Hình 1.18). a Mặt cắt A - A) b) Mặt bằng móng khối nêm - Ưu điểm của móng khối nêm: tận dụng được đất yếu tại chỗ, giảm được khối lượng đào đắp, vận chuyển, ít tác động đến môi trường, hạ giá thành, giảm thời gian lún ổn định, giảm ứng suất lên nền, thi công nhanh, đơn giản, có thể thi công thủ công. - Tuy nhiên, móng khối nêm đề xuất ban đầu đến nay vẫn chưa được nghiên cứu hoàn thiện để áp dụng vào thực tế, đó là chỉ đề xuất được một hình dạng khối nêm duy nhất là I-0,5-0,3-45 (xem Hình 1.19); chưa thiết lập công thức tính ứng suất đáy món khối nêm phù hợp với chiều cao đê từ 2 m đến 3m 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; Hình 1.19 –Cấu tạo móng khối nêm Để hoàn thiện giải pháp móng khối nêm hơn nữa để ứng dụng cho đê biển Nam Bộ có chiều cao từ 2 m đến 3m, NCS tiếp tục nghiên cứu 2 vấn đề 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 với đê biển Nam Bộ. 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. - 8 - 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 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. 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 có độ sâu đặt móng nhỏ hơn bề rộng móng hoặc nhỏ hơn 5 m kể từ mặt đất tự nhiên. Tính toán móng nông được 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 coi là móng nông. Mô tả về nền móng như Hình 2.1. Hình 2.1 – Sơ đồ mô tả nền móng [30] 2.1.2. Các dạng phá hoại nền - Phá hoại hoàn toàn (xem Hình 2.2a): Thường xảy ra với cát chặt, đất dính có tính nén thấp, đất sét cố kết thông thường trong điều kiện không thoát nước. - Phá hoại cục bộ (xem Hình 2.2b): Mặt trượt hình thành nhưng không phát triển tới mặt đất. Có thể xảy ra sự đẩy trồi mặt bên. Hình 2.2 – Các dạng phá hoại cắt (trượt) của đất nền [9] - Phá hoại do ép lún (xem Hình 2.2c): Mặt trượt không hình thành rõ ràng, đất bị ép lún và bị kéo xuống. 2.1.3. Tải trọng giới hạn của nền Tải trọng giới hạn của nền tính theo công thức (2.1) (xem Hình 2.3): pgh=c.Nc + VO.Nq + 0,5.B..N   trong đó: pgh – tải trọng giới hạn của nền; VO – tải trọng bên của móng; Hình 2.3 - Phá hoại cắt tổng quát trong điều kiện thoát nước [25] - 9 - c – lực dính đơn vị của đất nền; B – chiều rộng của móng;  - dung trọng của đất nền; Nc, Nq, Ncác hệ số tải trọng giới hạn. Đối với nền đất sét yếu, gia tải trong điều kiện không thoát nước (c=cu, tải trọng giới hạn của nền ở dạng công thức (2.2) [25]: qu=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. 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 - Phương pháp giải tích trong lý thuyết đàn hồi: phương pháp này tốn nhiều thời gian, kết quả có nhiều hạn chế do mô hình đất không phù hợp với đất yếu. - Phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH): ưu điểm của phương pháp này là có sự trợ giúp của máy tính, kết quả tương đối phù hợp. Quá trình tính ứng suất, biến dạng theo PPPTHH xem Hình 2.5. Chương II và chương IV, dùng phương pháp này nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng của móng khối nêm, lựa chọn mô hình vật liệu phục vụ để Hình 2.5 – Lưu đồ quá trình tính ứng suất, biến dạng theo PPPTHH nghiên cứu xác định hình dạng hợp lý của khối nêm. 2.1.5. Xác định tải trọng giới hạn của nền theo thí nghiệm hiện hiện trường - Dựa vào quan sát thí nghiệm tại hiện trường; - Dựa vào đường cong nén lún: dựa vào các tiêu chí độ dốc nhỏ nhất; độ lún giới hạn bằng 0,1B; đồ thị vẽ theo tọa độ log của độ lún và tải trọng do De Beer; 02 độ dốc. Tiêu chí độ dốc được dùng phổ biến hơn. 2.2. MÓNG KHỐI NÊM CHO ĐÊ BIỂN Móng được bố trí ở khu vực giữa đê, nơi chịu tải lớn nhất vượt quá sức chịu tải của nền. Tại cơ đê ở 2 bên không bố trí móng vì nền thiên đã đủ sức chịu tải. Vải địa kỹ thuật chịu kéo đặt trên mặt Hình 2.7–Bố trí móng khối nêm cho đê biển - 10 - móng để dàn đều 1 phần tải trọng và chống trượt cho mái đê. Sơ đồ bố trí móng khối nêm cho đê biển xem Hình 2.7. 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 - Phương trình cân bằng lực của khối nêm (xem Hình 2.8): 3 3 3 1 2. . . .q S q S q S f V       (2.10) trong đó: q – tải trọng đơn vị tác dụng lên móng; S – diện tích mặt phẳng tại đỉnh khối nêm (ứng với kích thước D); Hình 2.8 – Sự làm việc của khối nêm và áp lực lên nền q3 – ứng suất đáy móng 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. Giải phương trình (2.10) được q3 theo công thức (2.13): 3 3.q K q (2.13); trong đó 3 3 1 1. os(90 ) S K S S c       Trong phạm vi mặt vát, tại đáy móng giá trị q1 tính theo công thức (2.14): 11 3 1 3 1 1 . os(90 ). . os(90 ) . os(90 ) S c q q q c S S c                (2.14) Đặt 11 3 1 1 . os(90 ) . os(90 ) S c K S S c           , lúc đó (2.14) trở thành (2.15): 1 1.q K q (2.15) 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 ; trong đó: K2=1 (2.16) 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 q q 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 hình tròn). - 11 - a) Mặt bằng b) Mặt cắt A - A Hình 2.9 – Kích thước khối nêm I-0,5-0,3-45 a) Mặt bằng b) Mặt cắt A - A Hình 2.10 – Kích thước khối nêm II-0,5-0,3-45 a) Mặt bằng b) Mặt cắt A - A Kết quả tính 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=22 018’ được nêu trong Bảng 2.3. Bảng 2.3 – Hệ số giảm ứng suất của một số khối nêm Kết quả trong Bảng 2.3 chỉ ra rằng mặt vát 450 của khối nêm có tác dụng làm giảm ứng suất đáy móng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nữa chưa được xét đến 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; Hình 2.11 – Kích thước khối nêm II-1-0,6-45 - 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 này 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. 2.4. NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG MÓNG KHỐI NÊM BẰNG MÔ HÌNH SỐ - Dùng phần mềm Plaxis để tính toán, trình tự như sau: (i) xây dựng mô hình tính toán; (ii) chia lưới phần tử; (iii) thực hiện tính toán; (iv) xem kết quả. a) Khi vừa lắp đặt khối nêm b) Khi vừa chất tải lên tấm nén Kết quả lập mô hình với khối nêm II-1-0,6-45 xem Hình 2.12. - Kết quả tính toán: kết quả tính toán ứng suất tại những vị trí đã xác định trước (xem Hình 2.15) với tải bằng 56 kPa (xem Bảng 2.10): - Ứng suất đáy móng tại S3 ở giữa khối nêm; - Ứng suất đáy móng tại S1 ở giữa phạm vi mặt vát. Hình 2.12 – Mô hình với khối nêm II-1-0,6-45 - 12 - Hình 2.15 – Vị trí xem kết quả trên mô hình 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 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 ứng suất tại S1, S2, S3 nêu trong Bảng 2.11. Hình 2.16 – Mặt bằng móng khối nêm I-0,5-0,3-45 a) Khi vừa lắp đặt các khối nêm b) Khi vừa chất tải lên tấm nén 2.4.7. Bình luận kết quả Bảng 2.10 cho thấy ứng suất đáy móng khối nêm bị giảm so với tải trọng tác dụng của Hình 2.17– Mô hình móng với khối nêm I-0,5-0,3-45 trên Plaxis 3D thân đê truyền xuống. 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 K1nhỏ hơn 7 %, còn hệ số K3 lớn hơn 7 %. Sự khác biệt này là do các hệ số giảm ứng suất thu được bằng mô hình số 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 nêu trong Bảng 2.11 xét đến sự làm việc đồng thời của các khối nêm trong móng và cho thấy ứng suất đáy móng cũng bị giảm đi so với tải trọng và khi có sự làm việc đồng thời của các khối nêm trong móng thì mức giảm ứng suất đáy móng ít hơn so với mức giảm ứng suất đáy móng khi móng chỉ có một khối nêm đứng độc lập (hệ số K1 là 23 %, K3 là 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, tuy nhiên trong Bảng 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. - 13 - 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG II Tác giả luận án đã thiết lập được công thức có dạng tổng quát để tính toán ứng suất đáy móng khối nêm, đồng thời cũng thực hiện nghiên cứu ứng suất đáy móng khối nêm bằng mô hình số theo phương pháp phần tử hữu hạn. Kết quả tính ứng suất đáy móng với khối nêm có góc vát 450 bằng công thức gải tích và bằng mô hình số cho một số trường hợp đều cho thấy móng khối nêm có tác dụng làm giảm ứng suất đáy móng so với tải trọng ngoài. Kết quả nghiên cứu ứng suất đáy móng 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. 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 (MKN) trên mô hình vật lý để kiểm chứng sự phù hợp của mô hình số phục vụ nghiên cứu xác định hình dạng hợp lý của khối nêm và hiệu chỉnh công thức giải tích đã thiết lập. - 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 Hình 3.1 – Ví trí thí nghiệm móng khối nêm đưa vào mô hình phân bố đều (xem Hình 3.1). - Số lượng khối nêm: số khối nêm thí nghiệm là 6, bố trí làm 2 hàng, mỗi hàng 3 khối nêm (xem Hình 3.2). Khối nêm thí nghiệm là I-0,5- 0,3-45. Sơ đồ thí nghiệm này được Nhật và Hàn Quốc thực Hình 3.2 – Sơ đồ thí nghiệm móng khối nêm (mặt cắt 2-2) hiện với móng Top-base ở trong phòng và hiện trường [34], [39], [41], [44], [45]. - 14 - 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 Hình 3.7); - Đo chuyển vị đứng của tấm nén do tải trọng các cấp tác dụng lên móng tại các điểm mốc đo lún Se1, Se2 (xem Hình 3.8). Hình 3.8 – Điểm mốc đo lún Se1 và Se2 trên tấm nén Hình 3.7 – Phối cảnh 3D các vị trí cảm biến ứng suất - 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 - Các thiết bị, dụng cụ chủ yếu gồm: cảm biến ứng suất (Hình 3.12); tấm nén phẳng và đồng hồ đo lún (xem Hình 3.13 và Hình 3.14); khung truyền lực (Hình 3.15); kích thủy lực (Hình 3.16) ; thiết bị ghi dữ liệu (Hình 3.17, Hình 3.18). a) Đồng hồ đo lún b) Mốc đo lún Hình 3.12 - Cảm biến ứng suất Hình 3.13-Tấm nén phẳng trên mô hình Hình 3.14 – Đồng hồ đo lún và mốc đo lún trên tấm nén Hình 3.15 – Khung truyền lực Hình 3.16 – Kích thủy lực - Nguyên lý đo ứng suất, biến dạng: + Đo ứng suất: cảm biến tiếp nhận ứng suất để chuyển đến thiết bị ghi dữ liệu DT80 rồi chuyển vào máy tính. + Đo độ lún tấm nén: độ lún đọc trực tiếp trên đồng hồ để nhập vào máy tính qua bàn phím. - 15 - Hình 3.17 – Thiết bị DT80 Hình 3.18 – Máy ảnh, đèn chiếu, phông bạt trong kỹ thuật PIV 3.4. THIẾT KẾ MÔ HÌNH Kết quả thiết kế mô hình được hiện trên Hình 3.10. 3.5. XÂY DỰNG MÔ HÌNH - Bể thí nghiệm: Vị trí tại khu công nghiệp Thanh Oai – Hà Nội. - Đắp đất trong mô hình: đắp từng lớp dày từ 10 cm đến 20 cm bằng thủ công. Mỡ bò được bôi vào mặt trong của mô hình để hạn chế ảnh hưởng của ma sát Hình 3.10 - Giới hạn biên và kết cấu mô hình thành bên tường và đất đắp. Mạt cưa được đưa vào ngay sau mặt kính của mô hình để phục vụ kỹ thuật PIV. Một số hình ảnh thi công đắp đất xem Hình 3.20. 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 - Chế tạo khối nêm: xi măng PCB40 200 kg/m3 đất yếu; phụ gia: bằng 1 % khối lượng xi măng. - Công tác trộn hỗn hợp đất yếu, xi măng và phụ gia: trộn 15 phút bằng máy trộn cầm tay. - Chế tạo ván khuôn và đúc khối nêm: dùng ván khuôn thép; đúc khối nêm bằng đầm từng lớp bằng thủ công với chiều dày lớp đầm 10 cm. Một số hình ảnh thi công chế tạo khối nêm xem Hình 3.21. - 16 - 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 - Thi công, lắp đặt: một số hình ảnh lắp đặt móng khối nêm xem Hình 3.22. a) Lắp đặt cảm biến b) Khối nêm vào vị trí c) Hoàn thành móng khối nêm Hình 3.22 - Lắp đặt cảm biến và móng khối nêm Hình 3.23 – Phối cảnh 3D mô hình thí nghiệm sau khi xây dựng 3.6. THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU TRÊN MÔ HÌNH Trước thí nghiệm, 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 như: các chỉ tiêu của đất nền yếu; cường độ kháng nén nở hông (qu) của khối nêm; các chỉ tiêu của cát chèn. 3.7. QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM - Phân công nhiệm vụ: 6 người; thời gian duy trì 01 cấp tải trọng: 30 phút; quy định về cấp tải trọng: 8 cấp; gia tải mỗi lần 4 kPa; quy định thời gian ghi số liệu: 5 phút/lần. 3.8. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng 3.2 – Quan hệ độ lún theo tải trọng của móng khối nêm Hình 3.24 – Độ lún theo tải trọng của móng khối nêm theo thời gian - 17 - Hình 3.26 - Trường chuyển vị của nền trên mô hình vật lý, q=32 kPa Hình 3.27–Đồ thị ứng suất đáy móng khối nêm do tải trọng theo thời gian 3.9. BÌNH LUẬN KẾT QUẢ 3.9.1. Chuyển vị - Độ lún tấm nén tăng theo tải trọng, 20 phút đầu tiên độ lún không đổn định, 10 phút sau độ lún không tăng khi vẫn giữ nguyên tải trọng. - Hình dạng đường cong nén lún: cong đều, không có giai đoạn đường thẳng. Theo tiêu chí độ dốc nhỏ nhất, 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 mô hình lưu được bằng kỹ thuật PIV cho thấy vùng tập trung chuyển vị lớn ở khu vực giữa móng và gần ngay móng, càng xuống sâu và càng xa thì trị số chuyển vị càng nhỏ. Bảng 3.4 – Ứng suất đáy móng do tải trọng 3.9.2. Ứng suất - Căn cứ Hình 3.27, ngay khi tăng tải 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 truyền vào đất qua thời gian sẽ dần lan tỏa vào trong đất nên mới có hiện tượng ứng suất đáy móng tăng lên rồi lại giảm. - Kết quả 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 - 18 - không có mặt vát của khối nêm, điều này có thể do cảm biến bị nghiêng, chuyển vị lệch khỏi vị trí ban đầu khi chất tải làm ảnh hưởng đến chính xác của kết quả. Trong Bảng 3.4, giá trị hệ số giảm ứng suất 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 tích thì hệ số giảm ứng suất 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 mô hình vật lý 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. Chương IV NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG KHỐI NÊM HỢP LÝ DÙNG LÀM MÓNG ĐÊ BIỂN NAM BỘ 4.1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG Ứng suất đáy móng 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. 4.2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN MÔ HÌNH VẬT LIỆU 4.2.1. Các mô hình vật liệu trong Plaxis 3D - 19 - Plaxis 3D có sẵn nhiều mô hình vật liệu [37], đó là: đàn hồi tuyến tính (LE), Mohr-Coulomb (MC), tăng bền (HS), đất yếu (SS) và một số mô hình 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. 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. Một số mô hình khác hoặc là không phù hợp hoặc là tương tự với mô hình ở trên, nên sẽ không trình bày ở đây. 4.2.2. Lựa chọn mô h