Luận án Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật hợp lý của búa rung hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp - Vũ Văn Trung

h chất địa phương và chỉ có ý nghĩa trong phạm vị một vùng miền cụ thể. Vì điều kiện địa chất ở các vùng khác nhau sẽ khác nhau, nên khi ứng dụng kết quả nghiên cứu của các công trình trên thế giới cho điều kiện ở nước ta cần có các tính toán và phân tích phù hợp với điều kiện địa chất thực tế ở trong nước. Từ các công trình nghiên cứu đã công bố, có thể tổng hợp một số thông số và đặc tính của đất ảnh hưởng đến khả năng, hiệu quả của quá trình hạ cọc bằng búa rung [46], gồm: - Quan hệ ứng suất - biến dạng của đất khi chịu tác dụng của tải trọng chu kỳ. 50 - Độ chặt của lớp đất: Độ chặt của đất sẽ thay đổi trong quá trình hạ cọc. Độ chặt của các lớp đất tăng lên sẽ làm chậm quá trình hạ cọc do lực cản của đất tăng. - Độ hóa lỏng của đất cát: Trạng thái hóa lỏng của đất cát là trạng thái khi các hạt đất chịu tác dụng của lực rung động, chúng sẽ dịch chuyển, áp lực nước trong các lỗ rỗng (gọi là áp lực nước lỗ rỗng) tăng lên, khi áp lực nước lỗ rỗng này lớn hơn trọng lượng của các hạt đất, làm đẩy nổi các hạt đất và đất mất khả năng chịu lực. - Trạng thái chảy lỏng của đất sét: Trạng thái chảy lỏng của đất sét là trạng thái khi các hạt đất chịu tác dụng của lực rung động, hàm lượng bùn sét trong đất kết hợp với nước trong các lỗ rỗng tạo thành một lớp bùn lỏng, đồng thời áp lực nước lỗ rỗng cũng tăng lên và lớn hơn trọng lượng của các hạt đất làm cho liên kết giữa chúng bị giảm. - Khối lượng riêng của các lớp đất: Là thông số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc hạ cọc, khối lượng riêng của đất tăng lên sẽ làm giảm vận tốc hạ cọc. - Cỡ hạt: Cỡ các hạt đất càng lớn thì lực rung động tạo ra để hạ cọc càng phải lớn. - Thành phần hạt mịn (hàm lượng bùn sét): Khi đất có hàm lượng bụi lớn hơn 12% thì hiệu quả hạ cọc bằng búa rung là rất thấp. - Góc ma sát trong của đất. - Áp lực hiệu quả cục bộ: Áp lực này tăng sẽ làm giảm vận tốc hạ cọc. - Độ bão hòa nước của đất cát liên quan trực tiếp đến vận tốc hạ cọc. Vận tốc hạ cọc trong đất cát bão hòa nước cao hơn trong cát khô, trong cát thì áp lực nước lỗ rỗng có vai trò phá vỡ liên kết của khối đất xung quanh cọc chứ không phải biến dạng chu kỳ do tải trọng lặp. d. Các thông số khác (các hệ số thực nghiệm và kinh nghiệm): Ngoài các thông số trên, dựa trên các công trình nghiên cứu đã công bố trên thế giới, có thể thấy trong bài toàn hạ cọc ván thép vào nền đất sử dụng một số hệ số thực nghiệm, kinh nghiệm để tính toán và điều chỉnh các thành phần lực cản động của nền đất lên cọc [48]. 2.1.2. Xây dựng mô hình toán cho hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp” 2.1.2.1. Phát biểu bài toán Như đã kết luận ở Chương 1, đến nay chưa có công trình nghiên cứu nào đề cập giải quyết bài toán hạ cọc ván thép bằng búa rung vào nền đất có cấu trúc địa chất gồm nhiều lớp khác nhau. Vì vậy, việc xây dựng một mô hình tính toán hai khối lượng cho hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp”, có quan tâm đến sự tương tác giữa cọc ván thép với các lớp đất xung quanh để tính toán, xác định các thành phần lực cản động 51 của chúng lên cọc ván thép trong quá trình hạ cọc là cần thiết, cho phép mô tả đúng điều kiện làm việc thực tế của hệ nên cho kết quả tính toán sẽ chính xác và đáng tin cậy hơn. Các đối tượng cụ thể của hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp” mà luận án nghiên cứu, gồm: - Búa rung: Như đã phân tích ở Chương 1, búa rung có nhiều loại khác nhau về kết cấu, cách tích hợp với máy cơ sở, cách điều chỉnh các thông số của búa Để phù hợp với xu thế phát triển công nghệ thi công hiện đại, luận án chọn búa rung có kết cấu hai khối lượng (khung treo và thân búa riêng biệt), kiểu treo tự do trên cần trục cơ sở và điều chỉnh lực rung động thông qua điều chỉnh tần số rung làm đối tượng nghiên cứu, luận án sử dụng các thông số của búa rung VH-QTUTC70 (do Việt Nam chế tạo) cho trường hợp tính toán cụ thể (các thông số của búa rung này được trình bày trong mục 2.3.1). - Cọc ván thép: Như đã phân tích ở Chương 1, cọc ván thép có nhiều chủng loại với nhiều dạng mặt cắt khác nhau, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Loại cọc ván thép mà luận án chọn làm đối tượng nghiên cứu là loại cọc có mặt cắt chữ U được đóng đơn, đây là loại cọc ván thép được sử dụng phổ biến trong thi công, có độ cứng đảm bảo và phù hợp với mục đích nghiên cứu. Trong trường hợp tính toán cụ thể, luận án sử dụng các thông số của cọc ván thép NSP-IIw theo tiêu chuẩn của Nhật Bản và được sản xuất tại Việt Nam (chi tiết cọc ván thép NSP-IIw được trình bày trong mục 2.3.1). - Đất: Là yếu tố quan trọng, quyết định trong bài toán hạ cọc ván thép bằng búa rung. Đặc điểm cấu trúc thực tế của địa chất thường gồm nhiều lớp có chiều dày và tính chất khác nhau, việc coi đất có cấu tạo 1 lớp đồng nhất giúp quá trình tính toán đơn giản nhưng không phù hợp với thực tế (đặc biệt với điều kiện địa chất ở nước ta), nên kết quả thường có sai số lớn. Xuất phát từ vấn đề trên, như đã phân tích ở Chương 1, luận án lựa chọn cấu trúc nền đất gồm nhiều lớp có chiều dày và tính chất cơ lý khác nhau làm đối tượng nghiên cứu, đồng thời lựa chọn mô hình Vibdrive (cho các loại đất cát) và mô hình Alain Holeyham (cho các loại đất sét) để tính toán xác định các thành phần lực cản động của các lớp đất tác dụng lên cọc ván thép trong quá trình hạ cọc ván thép bằng búa rung, vì các mô hình này tường minh, dễ ứng dụng và phù hợp với điều kiện nghiên cứu thực nghiệm tại Việt Nam. Luận án sử dụng dữ liệu địa chất tại trụ T2 và T3 công trình cầu Đồng Quang để tính toán cho trường hợp cụ thể (dữ liệu địa chất này được trình bày chi tiết trong mục 2.3.1). 52 2.1.2.3. Xây dựng mô hình tính cho hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp” Trên cơ sở những phân tích ở trên, luận án tiến hành xây dựng mô hình lý thuyết cho bài toán hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp bằng búa rung như trên hình 2.5 với các giả thiết sau: - Coi cọc ván thép được liên kết cứng với thân búa qua má kép, mọi điểm trên búa và cọc ván thép có độ dịch chuyển, gia tốc, vận tốc và chuyển vị giống nhau. - Coi tổng lực của búa rung tác dụng lên cọc có phương thẳng đứng trùng với tim cọc và có điểm đặt tại đỉnh cọc. - Chỉ xét quá trình hạ cọc khi lực căng cáp nâng búa bằng không và không xét quá trình kéo cọc; - Búa rung thay đổi được tần số rung, không thay đổi được mô men lệch tâm; Hình 2.5. Mô hình tính toán lý thuyết hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Đất nhiều lớp” Líp 1 Líp 2 Líp i m1 m2 mc P k t Thêi gian (t) O Pkt T(i)/4 T(i+1)/43T(i)/4 T(i+1)/2T(i)/2 T(i+1) 3T(i+1)/4T(i) Biªn ®é lùc kÝch thÝch Biªn ®é lùc kÝch thÝch Cs1 ks1 t1 Cs2 ks2 t2 Csi ksi ti Cti kti Rs1 Rs2 Rsi Rti z1 z2 z z z S ti h 1 h 2 h i 53 - Đất gồm nhiều lớp khác nhau có chiều dày lần lượt là h1, h2,... hi, coi trong mỗi lớp là đồng nhất và có các thông số cơ lý đặc trưng riêng. Mỗi lớp đất được đặc trưng bởi một mô hình đất để xác định các thành phần lực cản động lên cọc ván thép, giá trị của các thành phần lực cản động được xác định trong mỗi chu kỳ tác dụng của lực rung động, tương ứng với chiều sâu dịch chuyển của cọc trong các lớp đất đó. - Coi cọc ván thép cứng tuyệt đối (vì có chiều dài nhỏ) và chỉ dao động theo phương thẳng đứng. - Coi môi trường tương tác của đất xung quanh cọc giống nhau theo mọi phương. Từ mô hình tính toán lý thuyết (hình 2.5), tiến hành tách và phân tích lực tác dụng lên các khối lượng của hệ ta thu được sơ đồ như trên hình 2.6. Trong đó: - z1, z2: Lần lượt là chuyển vị của khung treo búa rung và chuyển vị của thân búa - cọc ván thép, m; - m1, m2, mc: Lần lượt là khối lượng khung treo, khối lượng thân búa (gồm cả khối lượng của bộ gây rung và khối lượng của má kẹp cọc) và khối lượng cọc ván thép, kg; - Fs: Lực đàn hồi của hệ lò xo, kN; Hình 2.6. Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên các phần tử của mô hình tính S 1 2 F S(z z )  (2.21) Với: S: Độ cứng của hệ lò xo giảm chấn giữa khung treo và thân búa, kN/m; - Pkt: Lực rung động do búa rung tạo ra, kN; Pkt = Me.2.sin(.t)/1000 (2.22) Trong đó: t: Thời gian tính, s; - Pqt1, Pqt2: Lần lượt là lực quán tính của khung treo và của thân búa - cọc ván thép, kN; 1 1 qt1 2 c 2 qt2 m .z P = 1000 (m +m ).z P = 1000 (2.23) (2.24) - Rs: Tổng lực cản động thành cọc do các lớp đất tác dụng lên phần chiều dài cọc đã được hạ vào trong nền đất. Lực cản động thành cọc (Rs) được mô hình bằng hàm bậc thang, mà Fs m1g z1 z2 Pqt1=m1z1 .. Pqt2=(m2+mc)z2 .. (m2+mc)g Pkt Rs Rt Fs O x z 54 ở đó hướng của lực cản thành luôn ngược với chiều chuyển động của cọc, do đó lực cản động thành cọc được xác định bằng công thức sau: s 2 d 0 R =sign(z ) dz z   với 2 22 2 1 khi z >0 0 khi z =0sign(z )= -1 khi z <0          (2.25) Trong đó: : Chu vi cọc ván thép, m; d: Sức kháng cắt động đơn vị tại thành cọc (công thức 1.3 đối với đất cát và công thức 1.9 đối với đất sét), kN/m2; z: Chiều sâu dịch chuyển của đầu cọc vào đất, m. 2z : Vận tốc dịch chuyển của cọc, m/s; - Rt: Lực cản động mũi cọc của lớp đất hiện tại mà mũi cọc đang dịch chuyển vào. Lực cản động mũi cọc (Rt) được thể hiện theo dạng đơn giản nhất và được mô hình hóa bằng hàm bậc thang mà ở đó Rt = 0 khi cọc chuyển động đi lên ( 2z bằng hoặc nhỏ hơn 0) và dương khi cọc chuyển động đi xuống ( 2z lớn hơn 0), do đó lực cản động mũi cọc được xác định bằng công thức sau: d t 2 t 2 q .A khi z >0 R = 0 khi z 0    (2.26) Trong đó: At: Diện tích mũi cọc, m2; qd: Sức kháng nén động đơn vị tại mũi cọc (công thức 1.2 đối với đất cát và công thức 1.8 đối với đất sét), kN/m2; Áp dụng định luật newton 2, ta được hệ phương trình chuyển động của hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp” như sau: qt1 S 1 qt2 S 2 c kt s t P F m g 0 P F (m m )g P R R 0             (2.27) Hay 1 1 1 2 1 2 c 2 1 2 2 2 ec s t m z +S(z -z )-m g=0 (m +m )z -S(z -z )-(m +m )g- ( )+RM .ω +.si Rn t =0ω.    (2.28) 55 2.2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 2.2.1. Xây dựng sơ đồ thuật toán Hình 2.7. Sơ đồ khối chương trình tính bài toán hạ cọc ván thép bằng búa rung Hình 2.8. Sơ đồ chương trình con tính các thông số động lực học của hệ B¾t ®Çu NhËp c¸c th«ng sè ®Çu vµo: - C¸c th«ng sè cña bóa rung thñy lùc - C¸c th«ng sè cña cäc v¸n thÐp - C¸c th«ng sè cña c¸c líp ®Êt - ThiÕt lËp c¸c gi¸ trÞ ban ®Çu: z10,z20, v10, v20, z0... TÝnh Fd Fd + mtængg Rs(i) + Rt(i) i = 1 §óng i = 1 + 1 Gäi ch-¬ng tr×nh con tÝnh c¸c th«ng sè ®éng lùc häc cña bµi to¸n vtbi; zi(t); vi(t); ai(t) z(t); v(t); a(t) XuÊt kÕt qu¶ vµ vÏ ®å thÞ c¸c th«ng sè ®Çu ra cña m« h×nh z(t); v(t); a(t), ... KÕt thóc Sai Sè chu kú tÝnh Gäi ch-¬ng tr×nh tÝnh lùc c¶n cña ®Êt Rs(i), Rt(i) Gäi c¸c th«ng sè ®Çu vµo: - C¸c th«ng sè cña bóa rung thñy lùc - C¸c th«ng sè cña cäc v¸n thÐp - C¸c th«ng sè cña c¸c líp ®Êt Gäi c¸c gi¸ trÞ lùc c¶n cña ®Êt Rs(i), Rt(i) Fd + mtængg  Rs(i) + Rt(i) §óng Sai Cäc kh«ng ®i xuèng vtb(i) = 0 Cäc ®i xuèng TÝnh vËn tèc vtb(i) TÝnh ®é dÞch chuyÓn cña cäc z(i) = z(i-1) + i*T*vtb(i) Gäi ch-¬ng tr×nh tÝnh tÝch ph©n hÖ ph-¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña hÖ x¸c ®Þnh z®i(t); v®i(t); a®i(t) TÝnh: zi(t) = z(i) + z®i(t) vi(t) = v®i(t) ai(t) = a®i(t) KÕt thóc B¾t ®Çu 56 Hình 2.9. Sơ đồ chương trình con tính lực cản động của các lớp đất lên cọc ván thép 2.2.2. Xây dựng chương trình tính - Trên cơ sở thuật toán đã xây dựng, luận án ứng dụng phần mềm Matlab để lập trình chương trình tính toán bài toán hạ cọc ván thép vào nền đất nhiều lớp bằng búa rung, đây là chương trình tổng quát cho hệ “Búa rung - Cọc ván thép - Nền đất nhiều lớp”, nên có thể sử dụng chương trình này để tính toán với các điều kiện đầu vào khác nhau của bài toán (như thay đổi các thông số của cọc ván thép, búa rung và các lớp đất), nội dung cụ thể của chương trình được thể hiện trong Phụ lục A.1. Độ tin cậy của chương trình tính mà luận án xây dựng được kiểm chứng thông qua việc so sánh với kết quả tính của các công trình nghiên cứu đã được công bố trên thế giới (được trình bày cụ thể trong Phụ lục A.3). - Trong trường hợp cụ thể, luận án sử dụng các thông số của cọc ván thép loại PSN-IIw, búa rung dẫn động thủy lực VH-QTUTC70 do Việt Nam chế tạo và dữ liệu địa chất tại vị trí T2 và T3 công trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội) và kết quả tính toán được sử dụng đối chiếu, so sánh với kết quả nghiên cứu thực nghiệm từ đó có những đánh giá cụ thể trình bày trong mục 4.3 của Chương 4. NhËp c¸c th«ng sè ®Çu vµo NhËp sè líp ®Êt: n=3 NhËp chiÒu dµy c¸c líp, hj (j=1 - n) NhËp lo¹i ®Êt cho mçi líp NhËp c¸c chØ tiªu c¬ lý cña c¸c líp ®Êt Gäi chiÒu s©u z(i) a1 = h1 -z(i)  Sai §óng Gäi m« h×nh ®Êt tÝnh R1s(i) = R1s(z(i)) R1t(i) = R1t(z(i)) a2 = h1 + h2 -z(i)  Sai §óng TÝnh Rs(i) = R1s+ R2s(i) Rt(i) = R2t(i) TÝnh R1s = Rs(h1) TÝnh R2s = Rs(h1)+Rs(h2) Lùc c¶n ®éng cña ®Êt lªn cäc v¸n thÐp Rs(i), Rt(i) Gäi m« h×nh ®Êt tÝnh R2s(i) = R2s(z(i)-h1) R2t(i) = R2t(z(i)-h1) TÝnh Rs(i) = R1s(i) Rt(i) = R1t(i) TÝnh Rs(i)=R2s+R3s(i) Rt(i)=R3t(i) Gäi m« h×nh ®Êt tÝnh R3s(i) = R3s(z(i)-h1-h2) R3t(i) = R3t(z(i)-h1-h2) KÕt thóc B¾t ®Çu 57 2.3. BÀI TOÁN HẠ CỌC VÁN THÉP NSP-IIw BẰNG BÚA RUNG VH-QTUTC70 VÀO NỀN ĐẤT NHIỀU LỚP TẠI CÔNG TRÌNH CẦU ĐỒNG QUANG 2.3.1. Xác định các thông số đầu vào của bài toán - Các thông số của búa rung VH-QTUTC70 do Việt Nam chế tạo: Hình 2.10. Cấu tạo búa rung VH-QTUTC70 Luận án chọn búa rung VH-QTUTC70 cho trường hợp tính toán cụ thể, vì đây là sản phẩm chế tạo trong nước có các thông số kỹ thuật phù hợp với đối tượng nghiên cứu của luận án và nghiên cứu thực nghiệm. Đây là loại búa rung có khả năng thay đổi được tần số rung một cách linh hoạt trong quá trình làm việc nhờ việc điều chỉnh lưu lượng dầu thủy lực cấp cho búa, cho phép điều chỉnh được các giá trị tần số rung khác nhau (từ 15 đến 36,62 Hz khi được tích hợp trên cần trục Liebherr HS833HD), đây là dải tần số rung phổ biến đối với hầu hết các loại búa rung hiện nay. Cấu tạo của búa rung VH-QTUTC70 như trên hình 2.10 và có các thông số cơ bản như trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Các thông số đầu vào của búa rung VH-QTUTC70 TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Mô men lệch tâm của trục gây rung Me 13,46 kg.m 2 Khối lượng phần treo của búa m1 300 kg 3 Khối lượng phần rung của búa m2 2200 kg 4 Tần số rung f 15-36 Hz 5 Độ cứng hệ lò xo giảm chấn S 30 kN/m D D D-D A A B B C C B-BA-AC-C 9 7 0 6 0 2 0 0 7 4 0 6 5 0 760 260 2 6 0 270 2 6 0 2 4 0 2 4 0 1060 190 1 0 6 0 445 445 480 Nh×n ph¶i Nh×n tr-íc Nh×n tr¸i 1 2 6 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 16 15 17 20 21 22 Nh×n sau Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 9 0 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 1 8 0 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 9 0 H 7 n 6 Ø 9 0 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 Ø 8 5 H 7 n 6 14 3 0 0 0 3 8 0 Ø 1 8 0 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 d .1 0 x 9 0 H 7 n 6 Ø 7 0 H 7 n 6 Ø 1 5 0 n 6 60 265 265 d .1 8 x 3 0 H 7 n 6 18 19 23 24 1. Chèt liªn kÕt tay ®ßn víi m¸ kÑp 2. Chèt liªn kÕt tay ®ßn víi th©n ®Çu kÑp 3. Chèt liªn kÕt tay ®ßn víi c¸n xy lanh 4, 6, 15,17. C¸c trôc l¾p b¸nh lÖch t©m 3, 2, 1, 4 5, 16. C¸c cÆp b¸nh r¨ng truyÒn chuyÓn ®éng 7. èng lãt trôc lß xo 8. Trôc lß xo 9. Lß xo gi¶m rung ®éng 10, 18. §ai èc h·m lß xo d-íi vµ trªn 11. L¾p æ 12, 13. B¸nh lÖch t©m lo¹i 1, lo¹i 2 14. Tay ®ßn 19. Lß xo b¶o vÖ ®ai èc 20, 21. B¸nh r¨ng bÞ ®éng vµ chñ ®éng 22. æ ®òa ®ì trôc b¸nh r¨ng chñ ®éng 23. Vßng g¨ng 24. æ ®òa ®ì trôc 25. Khung treo bóa 26. M¸ kÑp 27. Th©n bóa 28. §éng c¬ thñy lùc dÉn ®éng 25 26 28 27 58 - Các thông số của cọc ván thép NSP-IIw: Bảng 2.3. Các thông số đầu vào của cọc ván thép NSP-IIw TT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Chu vi cọc ván thép  1,5 m 2 Diện tích mũi cọc ván thép At 1,04E-02 m2 3 Chiều dài cọc lcọc 14,5 m 4 Khối lượng cọc ván thép mc 1183,2 kg 5 Khối lượng 1m dài cọc ván thép gcvt 81,6 kg/m 6 Mô men quán tính cọc ván Jcvt 5,22E-05 m4 - Các thông số của nền đất tại công trình cầu Đồng Quang (Ba Vì, Hà Nội): Hình 2.11. Hình trụ hố khoan LKT2 Hình 2.12. Hình trụ hố khoan LKT3 h×nh trô hè khoan C h iÒ u s © u l í p ( m ) S è h iÖ u l í p C a o ® é l í p ( m ) B Ò d µ y l í p ( m ) M Æ t c ¾ t ® Þa t Ç n g § é s © u l Ê y m É u ( m ) 6 13842 50C h Ø s è S P T N N3 BiÓu ®å 0 10 20 30 40T h - í c ® é s © u ( m ) Sè bóa N/30cm N2 ThÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn 8 10 1 N1 2 5.07 2 3 6.9 251492 261592 2715102 5.12.04 13 25 26 27 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Nøt nÎ m¹nh SÐt pha mµu x¸m n©u Tr¹ng th¸i nöa cøng C¸t h¹t nhá mµu x¸m ®en KÕt cÊu chÆt võa 4 2.0 Dù ¸n ®Çu t- x©y dùng c«ng tr×nh cÇu §ång Quang §Þa ®iÓm: S¬n T©y, TP. Hµ Néi vµ huyÖn Thanh Thñy, tØnh Phó Thä Lý tr×nh: Km0 - Km2+196,11 H¹ng môc: §Þa chÊt cÇu Giai ®o¹n thiÕt kÕ: ThiÕt kÕ b¶n vÏ thi c«ng Sè hiÖu lç khoan: LKT2 Cao ®é lç khoan: 7.11 Lý tr×nh: Km0+298.43 Tû lÖ: 1/100 Ngµy khoan: 15/04/2014 M¸y khoan: XY-1 ChiÒu s©u lç khoang: 17m Ng-êi lËp: NguyÔn §×nh Ngäc KiÓm tra: Hoµng Quang LuËn M« t¶ ®Þa chÊt 0.037.11 0.03 12-4.86 14-6.86 17-9.86 3.0 1 5 C¸t h¹t nhá lßng s«ng mµu x¸m 15854 2 15 12 2917102 29 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Phong hãa nhÑ, t-¬i cøng 4 6a 7 8 h×nh trô hè khoan C h iÒ u s © u l í p ( m ) S è h iÖ u l í p C a o ® é l í p ( m ) B Ò d µ y l í p ( m ) M Æ t c ¾ t ® Þa t Ç n g § é s © u l Ê y m É u ( m ) 50C h Ø s è S P T N N3 BiÓu ®å 0 10 20 30 40T h - í c ® é s © u ( m ) Sè bóa N/30cm N2 ThÝ nghiÖm xuyªn tiªu chuÈn N1 2 7.89 2 3 6.2 1.566.61 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Nøt nÎ m¹nh SÐt pha mµu x¸m n©u Tr¹ng th¸i nöa cøng C¸t h¹t trung sái s¹n lÉn sÐt KÕt cÊu chÆt võa ®Õn chÆt 4 1.0 Dù ¸n ®Çu t- x©y dùng c«ng tr×nh cÇu §ång Quang §Þa ®iÓm: S¬n T©y, TP. Hµ Néi vµ huyÖn Thanh Thñy, tØnh Phó Thä Lý tr×nh: Km0 - Km2+196,11 H¹ng môc: §Þa chÊt cÇu Giai ®o¹n thiÕt kÕ: ThiÕt kÕ b¶n vÏ thi c«ng Sè hiÖu lç khoan: LKT3 Cao ®é lç khoan: 6.61 Lý tr×nh: Km0+365.03 Tû lÖ: 1/100 Ngµy khoan: 16/04/2014 M¸y khoan: XY-1 ChiÒu s©u lç khoang: 19m Ng-êi lËp: NguyÔn §×nh Ngäc KiÓm tra: Hoµng Quang LuËn M« t¶ ®Þa chÊt 9.45-2.84 15.65-9.04 16.65-10.04 2.05 §¸ phiÕn sÐt x¸m xanh, x¸m ®en Phong hãa nhÑ, t-¬i cøng 6a 7 8 C¸t h¹t nhá mµu x¸m ®en KÕt cÊu rêi r¹c 1 5 1.561 10 12 14 2815112 2916112 3016113 28 29 30 6 15852 8 2 2815103 2915114 15 28 29 2714104 3 27 59 Căn cứ vào kết quả thí nghiệm hiện trường và kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu đất được lấy trong quá trình khoan khảo sát, luận án lựa chọn vị trí trụ T2, T3 công trình cầu Đồng Quang [7] làm thực nghiệm và sử dụng các thông số của các lớp đất tại các vị trí này làm thông số đầu vào trong tính toán vì cấu trúc địa chất tại các vị trí này phù hợp với mục tiêu nghiên cứu của luận án. Cấu tạo địa chất tại vị trí trụ T2 và T3 cầu Đồng Quang được thể hiện thông qua mặt cắt hình trụ hố khoan địa chất của lỗ khoan LKT2 (trụ T2) và lỗ khoan LKT2 (T3) như trên hình 2.11 và hình 2.12. a. Kết cấu địa chất tại trị vị trí lỗ khoan LKT2 (trụ T2) - Lớp 1: Cát hạt nhỏ lòng sông, có chiều dày nhỏ (0,03m) nên bỏ qua - Lớp 2: Cát hạt nhỏ màu xám đen, chặt vừa, có chiều dày 2,07m, chỉ số SPT trung bình N = 15. Có các chỉ tiêu cơ lý như sau: + Sức kháng thành đơn vị theo thí nghiệm CPT, fs = 31 kN/m2; + Sức kháng mũi côn đơn vị theo thí nghiệm CPT, qc = 3420 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị của đất dọc thành cọc, s = 41 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị tại mũi cọc, qs = 3150 kN/m2; + Khối lượng thể tích tự nhiên:  = 1850 kg/m3; + Góc ma sát,  = 28°42’; + Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình, Su = 125 kN/m2; + Cỡ hạt được thể hiện trong biểu đồ thành phần hạt (hình 2.13). - Lớp 3: Sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng, có chiều dày 6,9m, có chỉ số SPT trung bình N = 27. Có các chỉ tiêu cơ lý như sau: + Sức kháng thành đơn vị theo thí nghiệm CPT, fs = 73 kN/m2; + Sức kháng mũi côn đơn vị theo thí nghiệm CPT, qc = 5980 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị của đất dọc thành cọc, s = 71 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị tại mũi cọc, qs = 5200 kN/m2; + Khối lượng thể tích tự nhiên:  = 1890 kg/m3; + Chỉ số dẻo, Ip = 14,7 %; + Lực dính kết, c = 2,6.10-3 kN/m2; + Hệ số lỗ rỗng, e0 = 0,849; + Góc ma sát trong,  = 12o25'; + Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình, Su = 200 kN/m2. b. Kết cấu địa chất tại vị trí lỗ khoan LKT3 (trụ T3) 60 - Lớp 1: Cát hạt nhỏ màu xám đen, rời rạc, có chiều dày 1,56m, chỉ số SPT trung bình N = 8. Có các chỉ tiêu cơ lý như sau: + Sức kháng thành đơn vị theo thí nghiệm CPT, fs = 30 kN/m2; + Sức kháng mũi côn đơn vị theo thí nghiệm CPT, qc = 3200 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị của đất dọc thành cọc, s = 50 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị tại mũi cọc, qs = 2500 kN/m2; + Khối lượng thể tích của đất: s = 1840 kg/m3; + Góc ma sát,  = 23°38’; + Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình, Su = 100 kN/m2; + Cỡ hạt được thể hiện trong biểu đồ thành phần hạt (hình 2.13). - Lớp 2: Cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến chặt, có chiều dày 7,89m, chỉ số SPT trung bình N = 27. Có các chỉ tiêu cơ lý như sau: + Sức kháng thành đơn vị theo thí nghiệm CPT, fs = 78 kN/m2; + Sức kháng mũi côn đơn vị theo thí nghiệm CPT, qc = 1042 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị của đất dọc thành cọc, s = 70 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị tại mũi cọc, qs = 6400 kN/m2; + Khối lượng thể tích của đất: s = 1870 kg/m3; + Góc ma sát,  = 31°18’; + Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình, Su = 260 kN/m2; + Cỡ hạt được thể hiện trong biểu đồ thành phần hạt (hình 2.13). - Lớp 3: Sét pha màu xám nâu, trạng thái nửa cứng, có chiều dày 6,2m, có chỉ số SPT trung bình N = 29. Có các chỉ tiêu cơ lý như sau: + Sức kháng thành đơn vị theo thí nghiệm CPT, fs = 95 kN/m2; + Sức kháng mũi côn đơn vị theo thí nghiệm CPT, qc = 6750 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị của đất dọc thành cọc, s = 80 kN/m2; + Sức kháng tĩnh đơn vị tại mũi cọc, qs = 5800 kN/m2; + Khối lượng thể tích tự nhiên:  = 1850 kg/m3; + Chỉ số dẻo, Ip = 19,7 %; + Lực dính kết, c = 2,7.10-3 kN/m2; + Hệ số lỗ rỗng, e0 = 0,823; + Góc ma sát trong,  = 13o01'; + Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình, Su = 210 kN/m2. 61 Hình 2.13. Biểu đồ thành phần hạt của các loại cát Nhận xét: - Từ các kết quả khảo sát địa chất của công trình xây dựng cầu Đồng Quang tại trụ T2 và trụ T3 cho thấy có đầy đủ thông tin và kết quả thí nghiệm phục vụ cho quá trình xây dựng lý thuyết tính toán các thành phần lực cản động của nền đất lên cọc ván thép. - Địa chất tại trụ T2 và trụ T3 cầu Đồng Quang có cấu trúc đất điển hình cho cấu trúc địa chất nhiều lớp, ở đó các lớp đất cát và đất sét (bảng 2.4) nằm đan xen, với chiều dày khác nhau, đây là cấu trúc địa chất điển hình của Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung. Vì vậy, việc chọn vị trí thực nghiệm tại trụ T2 và trụ T3 cầu Đồng Quang là phù hợp với mục tiêu nghiên cứu của luận án. Bảng 2.4. Loại đất tại trụ T2 và T3 cầu Đồng Quang Tên lớp đất tại trụ T2 và T3 cầu Đồng Quang Tên loại đất tương đương theo bảng 1.1 Cát hạt nhỏ, chặt vừa (Lớp 2 trụ T2) alb,aIV3tb1 Sét pha, trạng thái nửa cứng (Lớp 3 trụ T2 và lớp 3 trụ T3) a,amIII2vp3 Cát hạt nhỏ, rời rạc (Lớp 1 trụ T3) aIV3tb2 Cát hạt trung sỏi sạn lẫn sét, chặt vừa đến chặt (Lớp 2 trụ T3) aIII2vp1 - Chiều dày các lớp đất vừa phải cho phép thực hiện quá trình thực nghiệm để xác định được các thông số thực nghiệm khi hạ cọc qua các lớp đất này, từ đó xác định được các hệ số thực nghiệm (hệ số hóa lỏng và hệ số chảy lỏng của các lớp đất) được sử dụng để điều chỉnh trong tính toán lý thuyết. Cụ thể, hệ số hóa l