Nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến nền đất yếu được xử lý bằng giếng cát cho bãi chứa vật liệu- Nhà máy chế tạo ống thép tỉnh Tiền Giang
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VÙNG XÁO TRỘN ĐẾN
NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG GIẾNG CÁT CHO
BÃI CHỨA VẬT LIỆU- NHÀ MÁY CHẾ TẠO ỐNG THÉP
TỈNH TIỀN GIANG
VÕ PHÁN*
NGUYỄN HOÀNG TÂN**
Research Influence Of Smear Zone For Soft Soil Treated By Sand Drain
In Storage Yards – Steel Pile Factory In Tien Giang Province.
Abstract: Treating soft soil by sand drain is a simple and common method,
it make ground has a stable settlement quickly and reduces time of process
of treating soft soil. However, in process of treating soft soil, smear zone is
created and it effect on soft soil which is being treated. This paper show
research of influnce of smear zone of sand drain for soft soil treated by
sand drain with preloading. Finite element method is used in this
reasearch by Plaxis program 2D v8.5.
1. GIỚI THIỆU *
công đến nền đất yếu là cần thiết, để từ đó có
Khi thi công công trình trên nền đất yếu thì thể sử dụng hiệu quả phƣơng pháp giếng cát
độ lún cố kết của nền là một vấn đề đáng quan trong xử lí nền đất yếu.
tâm nhất. Do đó cần có biện pháp để giải quyết
độ lún đảm bảo công trình xây đƣợc ổn định và
giếng cát là một biện pháp xử lí nền hiệu quả,
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát
2.1.1. Lý thuyết cố kết theo phương đứng của
đơn giản, thông dụng và kinh tế. Giếng cát đƣợc Tezaghi
thiết kế nhằm tăng tốc độ thoát nƣớc của nền,
Lƣu lƣợng dòng thấm ra khỏi phân tố phải
giúp nền mau đạt đến độ lún ổn định, việc bố trí bằng sự thay đổi thể tích lỗ rỗng :
2h e 1
giếng cát dựa trên tính toán thiết kế. Tuy nhiên,
kv
z2 t 1e
trong quá trình thi công tạo giếng có những tác
động đến nền đất xung quanh thiết bị thi công
và vùng xáo trộn đƣợc hình thành, gây ảnh
hƣởng ít nhiều đến của nền đất yếu đang đƣợc
xử lý. Vì vậy, việc tìm hiểu rõ hơn về ảnh
hƣởng của vùng xáo trộn gây ra bởi quá trình thi
Nếu hệ số cố kết đƣợc định nghĩa là
k
Cv
(1)
mv w
Độ cố kết trung bình của nền :
2
8
Uo 1 exp
2
4
T
(2)
*
v
Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
268 Lý Thường Kiệt, Q.10, TP.Hồ Chí Minh.
DD : 0913867008
Trong đó :
Cvt
**
Tv
(3)
Công ty TNHH Kỹ Thuật Gouvis
h2
3C - 4C Cư Xá Phan Đăng Lưu, P.3,
Q.Bình Thạnh, TP.Hồ Chí Minh.
DD: 0984890093
h : Là chiều dài đƣờng thấm;
Cv : Hệ số cố kết theo phƣơng đứng;
t : Thời gian cố kết;
52
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015
Trong thực tế quá trình cố kết của giếng cát
là một bài toán đối xứng hình trụ (3D) nhƣng
khi sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn thì để
đơn giản trong việc mô phỏng bài toán, thƣờng
chuyển bài toán về dạng phẳng (2D). Việc
chuyển từ 3D sang 2D bằng cách xem giếng cát
nhƣ một tƣờng thấm phẳng. Từ đó, tính quy đổi
hệ số thấm ngang của đất trong mô hình đối
xứng hình trụ sang hệ số thấm ngang tƣơng
đƣơng của đất trong mô hình phẳng.
k : Hệ số thấm đứng của đất;
mv: Hệ số nén tƣơng đối.
2.1.2. Lời giải lăng trụ cố kết của Hansbo
(1981) :
Phƣơng trình áp lực nƣớc lỗ rỗng trung bình
khi xét xáo trộn và cản giếng :
w
2kh
t
u
r2z
(4)
e
Theo Terzaghi
t
'
t
u
t
2.2.1. Phƣơng pháp 1: Theo Hird (1992):
B là phân nửa bề rộng của mô hình dạng phẳng,
R là bán kính vùng ảnh hƣởng của giếng cát trong
mô hình đối xứng trụ. Trong điều kiện giữ nguyên
dạng hình học của mô hình thì B = R.
mv
mv
Từ đó ta có phƣơng trình áp lực nƣớc lỗ rỗng
trung bình :
2kh
u
t
u w r2zmv
e
Phƣơng pháp của Hird (1992) qui đổi hai hệ
số thấm trong vùng xáo trộn và không xáo trộn
thành một hệ số thấm duy nhất gọi là gọi hệ số
thấm tƣơng đƣơng.
Độ cố kết thấm theo phƣơng ngang :
8T
z
h
U 1exp
(5)
h
Ảnh hƣởng cản giếng đƣợc xem là độc lập.
2B
Trong đó :
Qw
qw
(10)
R2
Cht
Th
(6)
(7)
4r 2
Trong đó :
e
Qw – lƣu lƣợng của giếng cát trong mô hình
dạng phẳng.
kh
Ch
mv w
qw – lƣu lƣợng của giếng cát trong mô hình
dạng đối xứng hình trụ.
n 3 k
2kh
qw
z2
ln h ln s
(lz ) (8)
z
s 4 ks
2
Hệ số thấm tƣơng đƣơng của đất trong mô
hình dạng phẳng:
r
r
e
s
n
; s
(9)
2B2kha
rw
rw
khp
(11)
n
3R2 (ln( )
s
kha
ksa
3
ln(s) )
4
kh : Hệ số thấm của đất theo phƣơng ngang
trong vùng không xáo trộn;
Trong đó:
ks : Hệ số thấm của đất theo phƣơng ngang
trong vùng xáo trộn;
khp – Hệ số thấm ngang tƣơng đƣơng của đất
trong mô hình dạng phẳng.
Ch: Hệ số cố kết theo phƣơng ngang;
re : Bán kính vùng ảnh hƣởng của giếng cát;
rw: Bán kính của giếng cát;
kha – Hệ số thấm ngang của đất của vùng
không xáo trộn trong mô hình đối xứng hình trụ.
ksa – Hệ số thấm ngang của đất của vùng xáo
trộn trong mô hình đối xứng hình trụ.
n = re/rw ; s = rs/rw
rs : Bán kính vùng xáo trộn của giếng cát;
s = rs/rw : Hệ số mở rộng vùng xáo trộn.
2.2. Mô phỏng bài toán giếng cát theo
phƣơng pháp phần tử hữu hạn.
Khi xét ảnh hƣởng của vùng xáo trộn s ≠ 1,
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015
53
còn khi không có ảnh hƣởng của vùng xáo trộn không xáo trộn trong mô hình đối xứng hình trụ.
thì s =1.
2.2.3. Phƣơng pháp 2: Theo Indraratna và
Redana (1997):
ksa – Hệ số thấm ngang của đất của vùng xáo
trộn trong mô hình đối xứng hình trụ.
n = re/rw ; s = rs/rw
Phƣơng pháp này xem xét cả 2 nhân tố là hệ
số thấm của đất và khoảng cách của giếng cát,
vùng xáo trộn đƣợc mô hình một cách rõ ràng.
Trong mô hình dạng phẳng thì cùng một lớp đất
sẽ có 2 giá trị hệ số thấm là trong vùng xáo trộn
và vùng không xáo trộn.
Theo Indraratna và Redana (2005):
2 (n s)3
3 n2 (n 1)
2(s 1)
1
[n(n s 1) (s2 s 1)]
n2 (n 1)
3
3. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO BÃI
CHỨA VẬT LIỆU – NHÀ MÁY CHẾ TẠO
ỐNG THÉP TỈNH TIỀN GIANG
Hệ số thấm tƣơng đƣơng của đất trong mô
hình dạng phẳng (chỉ xét ảnh hƣởng của vùng
xáo trộn ):
kh' p
3.1. Giới thiệu công trình
kha
ksa
(12)
Nhà máy chế tạo ống thép do Công ty cổ
phần sản xuất ống thép dầu khí Việt Nam
(PVPIPE) đầu tƣ xây dựng tại khu công nghiệp
dịch vụ Dầu khí Soài Rạp, huyện Gò Công
Đông, tỉnh Tiền Giang
Khu đất xây dựng nhà máy có diện tích 46.4
ha nằm về phía Đông Nam Khu công nghiệp.
Phía Đông Bắc là bờ sông
Soài Rạp dài 595m. Ba mặt còn lại là đƣờng
nội bộ. Khu công nghiệp và đất trống chƣa sử
dụng. Diện tích sử dụng đất của nhà máy hiện
tại là 22.9 ha, trong đó diện tích nhà xƣởng 4.2
ha, diện tích bãi chứa ống thành phẩm 12 ha.
Khu vực bãi chứa ống có tải trọng khai thác
3 T/m2. Do đó cần xử lý nền đất yếu khu vực
bãi chứa để đảm bảo tính ổn định của nền trong
quá trình khai thác.
khp
kha
n
3
khp
(ln( )
ln(s) )
s
4
Hệ số thấm tƣơng đƣơng của đất trong mô
hình dạng phẳng trong vùng không xáo trộn
đƣợc tính theo công thức của Hird el at.1992 với
B = R và s =1.
2kha
khp
n
3(ln( )
1
kha
ksa
3
ln(1) )
4
2kha
(13)
3
4
3(ln(n) )
Trong đó :
khp – Hệ số thấm ngang qui đổi của đất trong
mô hình dạng phẳng trong vùng không xáo trộn.
k’hp - Hệ số thấm ngang qui đổi của đất trong
mô hình dạng phẳng trong vùng xáo trộn.
3.2. Thông số thiết kế của giếng cát xử lý
nền đất yếu
kha – Hệ số thấm ngang của đất của vùng
Bảng 1: Thông số tính toán giếng cát
Bố trí giếng cát
Khoảng cách giữa các giếng cát (m)
Bán kính vùng ảnh hƣởng giếng cát : re (m)
Hình vuông
1.5
0.8475
Bán kính giếng cát : rw (m)
n = re / rw
0.2
4.2375
Hệ số thấm đứng của đất yếu kv (m/ngày)
3.629E-05
54
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015
Bảng 2: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất hố khoan BH19:
Lớp 4 : Sét
Lớp 3 : Sét dẻo thấp đến
dẻo thấp đến dẻo cao,
Lớp 1 : Lớp 2: Bùn dẻo cao xám màu xám
Giếng
Cát
STT
Tên
Ký hiệu
Đơn vị
Cát đắp Cát san sét trạng
nâu,
xanh vàng
lắp
thái chảy vàng,trạng thái ,trạng thái
dẻo cứng đến dẻo cứng
nửa cứng
đến nửa
cứng
1
2
3
Chiều dày lớp đất
Dung trọng tự nhiên
Dung trọng bão hòa
Modul đàn hồi
Hệ số Poison
m
2.4
18
19
20000
0.3
1
3.3
18
19
20000
0.3
3
10.6
8.14
14.91
500
0.35
5.6
7.7
16.16
19.98
6800
0.3
13.2
kN/m3
kN/m3
kN/m2
ɣunsat
ɣsat
Eref
ν
15.35
18
20
800
0.3
1
19.49
5100
0.3
4
5
6
7
kN/m3
Lực dính
c
21.5
30.7
0
Góc ma sát trong
Góc giãn nở
φ
30
0
30
0
3
18.5
18.5
30
0
0
8
ψ
0
0
0
Hệ số thấm ngang
Hệ số thấm đứng
Phần tử tiếp xúc
Ứng xử đất
kx
ky
m/ngày
m/ngày
1
1
6.16E-06
3.08E-06
0.8
3.46E-06
1.73E-06
0.8
10
10
1
9
1
1
10
11
Rinter
Type
1
1
0.7
Drained Drained Undrained Undrained
Undrained Drained
Hình 1: Mặt cắt địa chất công trình
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015
55
3.3. Qui đổi hệ số thấm lớp đất yếu
Bảng 3: Hệ số thấm tƣơng đƣơng lớp đất yếu ( lớp 2) theo Hird
Vùng xáo trộn
kha (m/ngày)
ksa (m/ngày)
khp (m/ngày)
s = rs/rw = 1
s = rs/rw = 2
s = rs/rw = 3
s = rs/rw = 4
7.258E-05
7.258E-05
7.258E-05
7.258E-05
3.629E-05
3.629E-05
3.629E-05
3.629E-05
6.972E-05
3.488E-05
2.699E-05
2.326E-05
Bảng 4: Hệ số thấm tƣơng đƣơng lớp đất yếu (lớp 2) theo Indraratna
Vùng xáo trộn kha (m/ngày) ksa (m/ngày)
α
β
khp (m/ngày) k'hp (m/ngày)
s = rs/rw = 1
s = rs/rw = 2
s = rs/rw = 3
s = rs/rw = 4
7.258E-05
7.258E-05
7.258E-05
7.258E-05
3.629E-05 0.38914
0
6.972E-05
0
3.629E-05 0.12846 0.26068 6.972E-05
3.629E-05 0.02173 0.36741 6.972E-05
3.629E-05 0.00015 0.38899 6.972E-05
1.509E-05
1.507E-05
1.357E-05
3.4. Mô hình nền xử lý bằng giếng cát trong Plaxis v8.5:
Hình 2 : Mô hình nền xử lý bằng giếng cát
4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
4.1. Độ lún của cả nền theo Hird, Indraratna
và so sánh giữa các phƣơng pháp mô phỏng
Hình 4 : Biểu đồ độ lún của nền theo thời gian
theo Indraratna khi đ i vùng xáo trộn
Hình 3: Biểu đồ độ lún của nền theo thời gian
theo Hird khi thay đ i vùng xáo trộn
56
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015
Hình 8: Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo
Indraratna khi thay đ i vùng xáo trộn
Hình 5: So sánh độ lún của nền giữa các phương
pháp mô phỏng khi không có vùng xáo trộn
4.3. Độ cố kết lớp đất yếu (lớp 2) theo các
phƣơng pháp mô phỏng:
Hình 6: So sánh độ lún của nền giữa các
phương pháp mô phỏng khi vùng xáo trộn s = 2
Hình 9 : So sánh độ cố kết lớp đất yếu theo các
phương pháp mô phỏng khi s = 1
4.2. Áp lực nƣớc lỗ rỗng tại điểm giữa lớp
đất yếu (lớp 2) theo Hird, Indraratna:
Hình 10: So sánh độ cố kết lớp đất yếu theo các
phương pháp mô phỏng khi s = 3
Hình 7: Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo Hird
khi thay đ i vùng xáo trộn
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015
57
2. Khi xét đến vùng xáo trộn kiến nghị dùng
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1. Kết luận
phƣơng pháp mô phỏng theo Indraratna cho nền
1. Khi vùng xáo trộn đƣợc mở rộng, nó làm có 1 lớp đất yếu nằm ở trên cùng.
giảm độ lún nền tại cùng thời điểm khi không có
vùng xáo trộn, mức độ tiêu tán áp lực nƣớc lỗ
rỗng trong lớp đất yếu đƣợc xử lý chậm đi, độ
cố kết nền đất yếu giảm, làm tăng thời gian thi
công xử lý nền để đạt độ lún yêu cầu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trần Quang Hộ, Công trình trên nền đất
2. Từ kết quả phân tích số và mô phỏng bằng yếu, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP.HCM,
plaxis 2D cho thấy khi không xét đến ảnh hƣởng năm 2009. (Tr. 294 – 314 )
của vùng xáo trộn thì phƣơng pháp mô phỏng
theo Hird hay Indraratna và Redana đều cho kết bản Đại học quốc gia TP.HCM, năm 2010
quả độ lún, độ cố kết gần giống với giải tích. [3]. I. Wayan Redana, Effectiveness of
[2]. Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất
Khi xét đến vùng xáo trộn thì phƣơng pháp mô vertical drains in soft clay with special
phỏng theo Indraratna cho kết quả độ lún nhỏ reference to smear effect, University of
hơn 5% - 10% so với theo Hird. Khi hoàn thành Wollongong (1999). (Tr 1 - 126)
đợt gia tải, áp lực nƣớc lỗ rỗng ban đầu dùng
[4]. C. Rujikiatkamjorn, B. Indraratna, C.
lực nƣớc lỗ rỗng chậm đi. Độ cố kết nền đất yếu University of Wollongong (2007).
dùng phƣơng pháp mô phỏng theo Indraratna
gần với giải tích hơn, chênh lệch 3% - 4% so Numerical Analysis to Quantify the Influence of
với giải tích. Smear Zone Characteristics on Preloading
3. Đây chỉ là các khảo sát thuần túy trên phần Design in Soft Clay, School of Civil and
[5]. Parsa-Pajouh A., Fatahi H., Khabbaz B,
mềm và chƣa có số liệu đo thực tế kiểm chứng.
5.2. Kiến nghị
Environmental Engineering, University of
Technology Sydney (UTS), Sydney, Australia.
[6]. Tuan Anh Tran, Toshiyuki Mitachi,
1. Công trình đƣợc nghiên cứu, phân tích
nhƣng chƣa xét đến sự ảnh hƣởng của cản giếng Finite element modeling of peaty soft ground
cát và sự thay đổi của vùng xáo trộn theo độ preconsolidated by vertical drains under
sâu nên cần mở rộng nghiên cứu vấn đề này.
vacuum-surcharge preloading.
Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN THẾ TƢỜNG
58
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015
7 trang
13/01/2024
12100
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến nền đất yếu được xử lý bằng giếng cát cho bãi chứa vật liệu- Nhà máy chế tạo ống thép tỉnh Tiền Giang", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_anh_huong_cua_vung_xao_tron_den_nen_dat_yeu_duoc.pdf
