Nghiên cứu ứng xử lún của công trình móng nông trên nền cát san lấp và đất sét yếu bảo hòa tại tỉnh An Giang

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ LÚN CỦA CÔNG TRÌNH MÓNG NÔNG TRÊN

NỀN CÁT SAN LẤP VÀ ĐẤT SÉT YẾU BẢO HÒA TẠI TỈNH AN GIANG

Research on the Settlement Behavior of Shallow Foundation and Backfill Sand over Soft Clay in

An Giang Province

TÓM TẮT

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D) phân tích ứng xử lún của công trình

móng nông trên nền đất cát san lấp và đất sét yếu tỉnh An Giang. Nghiên cứu cho thấy độ lún tổng cộng

của công trình tăng lên theo bề dày lớp cát san lấp và tải trọng của công trình. Gia tăng độ chặt làm tăng

cường độ đất đắp nhưng làm tăng tải trọng đất đắp. Độ lún tổng cộng tăng lên từ 3-5cm và hầu như

không thay đổi độ lún trong quá trình sử dụng (nhỏ hơn 0.5cm) khi thay đổi độ chặt cát san lấp từ 0.76-

0.98.

Từ khóa: lún cố kết, đất đắp, đất yếu, công trình tuyến dân cư

ABSTRACT

Applying Finite Element Method (using Plaxis 2D), the research investigated the settlement behavior of

shallow foundation and the backfill sand over soft clay in An Giang Province. The result revealed that the

total settlement increased with the increment of building load and the thickness of backfill soil. The

increment of relative density of backfill sand from 0.76 to 0.98 not only improved the bearing capacity of

the foundation but also increased the surcharge of backfill soil. As a result, the total settlement rose about

3-5cm without changing significanly the settelement during usage time (less than 0.5cm)

Keywords: consolidation, backfill sand, soft clay, settlement of shallow foundation

TS. Nguyễn Minh Đức,

TS. Nguyễn Thế Anh,

KS.Trần Ngọc Liễm

TS. Nguyễn Minh Đức

Giảng viên, Khoa Xây Dựng, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

TS. Nguyễn Thế Anh,

Giảng viên, Khoa Xây Dựng, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

KS.Trần Ngọc Liễm

Học viên cao học, Khoa Xây Dựng, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

Email: [email protected]

1.Giới thiệu

Thời gian qua trên địa bàn tỉnh An Giang có nhiều sự cố lún xảy ra liên quan đến nguyên nhân xâ y

dựng các công trình trên nền cụm tuyến dân cư san lấp cát trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các

vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của công trình thấp.

47

Hì nh 23. Công trình uyến dân cư vượt lũ tỉnh An Giang

Tuy nhiên do các công trình đều sử dụng móng nông trên nền đất cát san lấp với bề dày lớn (từ 2-

5m) đã gây ra một loạt các sự cố về lún đối với các công trình cụm tuyến dân cư vượt lũ tại An Giang.

Một số sự cố lún điển hình được thống kê trong bảng 1.

Bảng 1. Một số dự án hư hỏng do nghiêng lún điển hình trên địa bàn tỉnh An Giang

STT Tên cô ng trì nh

Mô tả cô ng trì nh

Bề dày san lấp: 2.5-3m

Sự cố

Trạm cấp nước

Khối công trình móng nông: độ lún

Mó ng nô ng: kết cấu Mó ng, cột, đà giằng,

đà kiềng BTCT; Mó ng gia cố cừ tràm L =

4,7m

1

2

nô ng thô n của

tỉnh An Giang

30-32cm

Nền trệt tam cấp và ram dốc lún

Trung tâ m hoc

tập cộng đồng

tại một xã của

tỉnh An Giang

Bề dày san lấp: 3.2m

30cm

Mó ng nô ng: nhà xe, hàng rào, móng đơn

gia cố cừ đá 120x120x1500

Lún nghiên hàng rào, nứt một số

vị trí trụ cột

Bề dày san lấp 3.75m

Trường tiểu

học của tỉnh An

Giang

Cổng hàng rào, nhà bảo vệ, bể

nước ngầm: độ lún lớn, 25-30cm.

Mó ng nô ng: cổng hàng rào, nhà bảo vệ, bể

nước ngầm: sử dụng mó ng cọc BTCT

120x120x4000

3

Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về các vấn đề có liên quan đến tính toán độ lún đất nền

đất yếu. Bùi Trường Sơn (2006) nghiên cứu biến dạng tức thời và lâu dài của nền sét bảo hòa

nước. Nghiên cứu đánh giá độ lún do đất bị trượt ngang, ước lượng độ lún ban đầu có tính đến

sự thay đổi giá trị module trượt theo thời gian.Trần Minh Tùng (2010) đề xuất một số kinh nghiệm

xử lý nền đất yếu tại một số công trình cụ thể tại Hàn Quốc và giới thiệu kết quả bước đầu áp

dụng tại Việt Nam. Nguyễn Đức Lý (2017) đề ra các biện pháp xử lý về móng hay các biện pháp

xử lý nền, hoặc sử dụng kết hợp tổ hợp nhiều biện pháp, giải pháp phù hợp có liên quan. Đỗ

Minh Toàn và cộng sự (2013) nghiên cứu đặc tính địa chất công trình của đất loại sét yếu thuộc

trầm tích Halocen trung-thượng phân bổ ở Đồng bằng sông Cửu long phục vụ xây dựng đường.

Nghiên cứu chỉ ra đất yếu thuộc đối tượng nghiên cứu chủ yếu là bùn sét và bùn sét pha với bề

dày xấp xỉ khoảng 10 , một số nơi có thể đạt đến 20 m, nằm gần mặt đất, hầu như chưa được nén

chặt, mới ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá trầm tích.Vì vậy, rất khó khăn cho công tác

xây dựng đường. Đất nghiên cứu là loại đất yếu, chưa được nén chặt, có chứa muối và chất hữu

cơ. Mức độ nén lún mạnh, hệ số nén lún và chỉ số lún ở tất cả các mẫu đều lớn hơn 0,1; áp lực

tiền cố kết nhỏ, dao động trung bình từ xấp xỉ 0,3 đến 0,5 kg/cm2. Sức kháng cắt không thoát

48

nước từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường và thí nghiệm 3 trục trong phòng cho thấy đất nghiên

cứu không thuận lợi cho việc xây dựng đường, các thông số nghiên cứu có thể phục vụ kiểm

toán ổn định nền đường trong lúc thi công cũng như trong quá trình cải tạo bằng các giải pháp

khá c nhau.Ngoài ra, TCVN 9362-2012 quy định phương pháp tính toán và giới hạn độ lún của nền

mó ng cô ng trì nh.

Nhiều nghiên cứu nước ngoài về độ lún công trình trên nền đất yếu. Ashraf và cộng sự (2004)

nghiên cứu cách tính toán độ lún không thoát nước của móng nông trên đất sét yếu. Nghiên cứu

chỉ ra độ cứng của đất và thiết kế móng đơn là rất quan trọng. Nghiên cứu đề xuất phương pháp

"Thiết kế dựa theo khả năng huy động sức chịu tải của đất". Phương pháp này dự đoán tương

đối chính xác ứng xử nén lún không thoát nước của móng đơn trên nền thiên nhiên, đất sét

yếu.McMahon và cộng sự (2014) nghiên cứu khả năng chịu tải và độ lún của móng tròn trên nền

thiên nhiên bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Nghiên cứu chỉ ra đảm bảo độ lún là yêu cầu

thiết yếu trong thiết kế móng nông. Nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định độ lún và sức chịu

tải của móng nông sử dụng quan hệ phi tuyến. Kết quả nghiên cứu được kiểm chứng bằng phân

tích PTHH sử dụng phần mềm ABAQUS. Entidhar và cộng sự (2015) nghiên cứu sử dụng phần

mềm SAFE xác định độ lún của móng nông tại một số vùng Iraq. Nghiên cứu đề xuất các phương

án móng phù hợp với khu vực tại Iraq.Phương pháp tính toán độ lún của công trình trên đất sét

bùn yếu được trình bày và đề xuất bởi Brand (1981) và Das (2006).

Mặc dù tính toán lún của công trình trên nền đất yếu đã được nhiều nghiên cứu tập trung. Tuy

nhiên, ảnh hưởng của đất đắp đến công trình trên nền đất yếu và ứng xử lún công trình theo thời

gian chưa được khảo sát và làm sáng tỏ. Bài báo ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn dựa

theo phần mềm Plaxis 2D nghiên cứu ứng xử lún của các công trình móng nông của cụm tuyến

dân cư vượt lũ theo tương quan bề dày và độ chặt lớp cát san lấp, tải trọng công trình móng

nông với địa chất đất yếu điển hình tại tỉnh An Giang.

2.ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT, MÔ TẢ CÔNG TRÌNH

4.3. 2.1 Điều kiện địa chất

Địa tầng khu vực từ trên xuống dưới được mô tả trong bảng 2. Qua kết quả khảo sát hiện trường và thí

nghiệm trong phòng, có thể chia địa tầng khu vực xây dựng ra làm 03 lớp từ trên xuống dưới như sau :

Lớp đất cát san lấp: dày 2.5m, cát nhỏ, trạng thái chặt vừa

Lớp đất 1: bùn sét pha bão hòa lẫn hữu cơ màu xám đen. Tính chịu lực kém. Chiều dày 4.1m.

Lớp đất 2: Bùn sét bão hòa màu xám đen. Trạng thái chảy.Tính chịu lực kém.Chiều dày đến đáy hố

khoan trên 20m. Mực nước ngầm được xác định cách cao độ tự nhiên -1m.

Bảng 2.Điều kiện địa chất công trình

Bề

dày,

m

Dung trọng Dung trọng Độ

Độ

Lực

dí nh, C, sá t

hò a, % kPa trong, độ

Gó c ma

Lớp

đất

Tên lớp đất

tự

nhiên, bã o

hò a, ẩm, bã o

Độ sệt

kN/m³

%

-

1

2

Đất đắp - cá t

2.5

17

-

0

32

-

Bùn sé t pha bã o 4.1

hòa màu xám đen,

trạng thái nhão

13.9

14.4

96.5 93.5

10

0.5

2.2

1.85

3

Bùn sé t màu xá m 20

14.8

15.0

82.9 96.4

10

1.55

đen

4.4. 2.2 Mô tả công trình móng nông

- Tên công trình: Trung tâm VH&HTCĐ xã Vĩnh Thành, huyện Châu Thành, tỉnh An Giang.

- Khối hội trường: 775,7m2.

49

- Giải pháp thiết kế: kết cấu móng, khung BTCT trên nền gia cố Cọc BTCT 150x150mm, dài L=6,5m. Với

cọc chiều dài cọc ngắn, nằm trong vùng đất yếu, giải pháp gia cố chỉ tăng cường độ đất đáy móng, tuy

nhiên, ứng xử lún chủ yếu do lớp đất yếu phía dưới nền san lấp và gia cố (lớp đất 2 và đất 3).

4.5. 2.3 Tính toán các thông số mô hình Plaxis

Các lớp đất được mô phỏng theo mô hình Morh-Coulomb theo 2 mô hình thoát nước Drained (thoát

nước dành cho đất loại cát và mô hình Undrained (không thoát nước cho đất loại sét). Do thí nghiệm cắt

phẳng (cắt nhanh) không phù hợp tính toán sức kháng cắt không thoát nước, do đó, sức kháng cắt

không thoát nước, Su được xác định từ công thức tương quan đề xuất bởi Mesri, 1989.

Su/ '_v 0.22



(16)

Trong đó ’_v= ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp đất sét.

Giá trị module đàn hồi cho mô hình đó là giá trị module đàn hồi hữu hiệu, E’ được liên hệ với module

50

đàn hồi trong điều kiện không thoát nước, E_u

:

2(1

')E_u⁵⁰



(17)

E'

3

50

Module đàn hồi không thoát nước, E_uđược xác định từ công thức tương quan đề xuất bởi Ladd và

Foote, 1977:

15000S_u

E_u⁵⁰

(18)

Ip%

Với Ip là chỉ số dẻo được tính toán từ giới hạn dẻo và giới hạn chảy và giới hạn dẻo.

’_y= ứng suất hữu hiệu thẳng đứng tại tâm lớp cát.

Modun đàn hồi của cát được xác định theo các công thức tương quan đề xuất bởi (Janbu, 1963 và Von

Soos, 1990):

 _y

E

2

150 

(Cát xốp)

(19)

(20)

p^ref

3 p^ref

 _y

3 p^ref

E

p^ref

2

 500 

(Cát chặt)

p^ref100kPa

Với

Hệ số nở hông (hệ số Possion, ) được xác định theo công thức tương quan đề xuất bởi Trautmann và

cộng sự, 1987:



 25









t



 0.1 0.3

(21)



45  25



Góc trương nở,  của đất cát được xác định theo công thức tương quan được đề xuất bởi Bolton, 1986

và De Josselin de Jong, 1976 được áp dụng cho điều kiện biến dạng phẳng (plane strain condition – phù

hợp với tính toán mô phỏng Plaxis 2D)

  _crit 0.8

(22)

Với _crit= góc ma sát trong lớp cát rất xốp, không tạo trương nở trong quá trình cắt trực tiếp, giả thiết

crit  270.

Hệ số thấm K của đất sét được tính toán xác định từ thí nghiệm nén cố kết đất sét trong hồ sơ khảo sát

địa chất, 2014. Các thông số mô hình Plaxis được thể hiện trong bảng 3.

50

Bảng 3.Bảng số liệu tính toán của các lớp đất

Đặc trưng

Mô hì nh

Ứng xử

Lớp đất đắp

Sét, dẻo mềm

MC

Bùn sét dẻo mềm

MC

Drained

17

MC

Undrained

15.0

Undrained

14.4

_sat(kN/m3)

13.9

14.8

17.5

1



_unsat(kN/m3)

k_y(m/ngày)

k_x(m/ngày)

2.48 10^-2

2866

5.61 10^-4

6907

0.32

1

E⁵⁰

15802

0.21

0

ref

v

0.32

Su (kN/m2)

7.18

16.9

32

0

' (độ)

7

0

Góc trương nở,  (độ)

Coi khu vực gia cố tương đương với nền cường độ cao tương đương lớp cát đầm chặt K>95, với góc

ma sá t trong, ' = 32⁰. Kích thước mô hình mặt bằng san lắp rộng 180m, được đắp đê bao bằng đất là

điều kiện biên của mô hình và được san lắp bằng cát. Hạng mục khối hội trường rộng 60m xây dựng tại

trung tâm mặt bằng san lắp cách đê bao 60m về mỗi bên.

Nhằm khảo sát tương quan ứng xử lún theo điều kiện đất đắp, lớp cát san lắp, mô phỏng với 05 chiều

dày khác nhau: 2.0m, 2.5m, 3.0m, 3.5m, 4.0m và 5.0m. Tải trọng tác động là tải trọng công trình, mô

phỏng ở 3 cấp tải khác nhau: 8 Kpa tương đương nhà 1 tầng, 16 kPa tương đương nhà 2 tầng và 24

kPa tương đương nhà 3 tầng. Mực nước ngầm được giả định tại mặt đất tự nhiên.

2.4. Mô phỏng giai đoạn thi công công trình

Để đơn giản hóa mô phỏng quá trình thi công và cố kết đất đắp, quá trình chất tải của công trình

được chia làm 2 giai đoạn: trung bình 50% tải trọng trong toàn thời gian thi công và 100% tải trọng sau

khi kết thúc xây dựng công trình. Quá trình chất tải và mô phỏng phase trong Plaxis được mô tả trong

bảng 4.

Bảng 4. Mô phỏng pha theo phương pháp mô phỏng chất tải 50% tải trọng công trình trong

thời gian thi công

Thời gian,

Loại phân

Tải trọng,

Giai đoạn

Mô tả

ngày

tí ch

kPa

Phase 1: Đất hiện

-

Giai đoạn ban đầu

-

trạng

Phase 2: Thi công đất

đắp

5

0

Thi công đắp 4m đất cát đắp

Plastic

Phase 3.1.1: Chất tải

1/2 tải trọng

Thi cô ng 1/2 cô ng trì nh

4.0

Phase 3.1.2: Chất tải

1/14 tải trọng

210

0

Thi cô ng 1/2 cô ng trì nh

Consolidation

4.0

8.0

Phase 4: Chất tải

14/14 tải trọng

Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp

và tải trọng công trình trong 2 năm

51

Phase 4: Cố kết tải

trọng công trình

Cố kết đất nền do tải trọng đất đắp

và tải trọng công trình trong 2 năm

730

Consolidation

8.0

3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH

3.1. Độ lún công trình trong giai đoạn xây dựng và sau 2 năm sử dụng, tính toán & kiểm nghiệm

kết quả

Kết quả tính toán độ lún tại điểm A (tâm công trình) của phương pháp mô phỏng chất tải nêu

trên được thể hiện trong hình 2. Kết quả cho thấy độ lún tại thời điểm kết thúc xây dựng công trình theo

phương pháp mô phỏng chất tải (23.33 cm) phù hợp với kết quả báo cáo quan trắc thực tế công trình tại

khối hội trường là 24.4cm (Báo cáo kiểm định chất lượng công trình, 2016).

Thời gian, ngày

0

200

400

600

800

1000

0

5

10

15

20

25

30

Hì nh 24. Độ lún tại tâm công trình chất tải 50% tải trọng công trình trong thời gian thi công

3.2 Tương quan ứng xử lún của công trình theo bề dày đất cát đắp

Bề dày lớp cát đắp được thay đổi từ 2m đến 4.5m nhằm xác định tương quan ứng xử lún của

công trình khi thay đồi bề dày lớp cát đắp. Ứng xử lún của công trình bao gồm: (1) độ lún tổng cộng của

cô ng trì nh sau 2 năm sử dụng (tính từ thời điểm ban đầu khi đắp đất); (2) độ lún công trình trong thời

gian thi công công trình và (3) độ lún của công trình trong thời gian sử dụng (2 năm) của công trình.

Ngoài ra, tải trọng phân bố đều công trình được thay đổi từ 8 kPa (tương đương tải trọng nhà 1 tầng)

đến 24 kPa

3.2.1 Tương quan độ lún tổng cộng theo bề dày đất cát đắp

Độ lún tổng cộng của công trình từ khi xây dựng đất đắp đến thời điểm sau 2 năm sử dụng công

trình được thể hiện trong hình dưới. Kết quả phân tích cho thấy độ lún tổng cộng của công trình tăng lên

khi tăng tải trọng công trình và tăng tuyến tính theo bề dày đất đắp. So sánh với độ lún cho phép 8cm

theo TCVN 10304-2014, giá trị tổng cộng độ lún tính toán đều vượt quá giá trị độ lún cho phép này (hình

3). Tuy nhiên, độ lún trong quá trình sử dụng công trình thông thường nhỏ hơn giá trị này và được tính

toán trong phần dưới.

52

400

350

300

250

200

150

100

50

q = 24 kPa

q = 16 kPa

q = 8kPa

0

2,00

2,500

3,00

3,500

4,00

4,500

5,00

Bề dày lớp đất đắp (m)

Hì nh 25. Tương quan độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm theo bề dày đất đắp và tải trọng công

trì nh

3.2.2 Tương quan độ lún trong quá trình thi công công trình

Độ lún của công trình trong thời gian xây dựng công trình được tính toán trong thời gian 215

ngày (hơn 7 tháng thi công công trình). Độ lún của công trình trong thời gian thi công công trình, S_construct

là tổng của độ lún do tải trọng đất đắp S_fill(bao gồm lún tức thời S_i-fill, và lún cố kết trong thời gian xây

dựng công trình, S_con-fill) và độ lún do tải trọng công trình S_buildinggây nên trong thời gian xây dựng công

trì nh:

S_construct= S_fill+ S_building= S_con-fill+S_i-fill+ S_building

(23)

Độ cố kết của đất nền do tải trọng đất đắp tại thời điểm kết thúc xây dựng công trình, U_fillđược

xác định dựa theo tổng độ lún cố kết của đất nền dưới tải trọng đất đắp, S_{fill_all}

.

S_{con fill}

U _fill



(24)

S_{fill _ all}

Dựa vào kết quả giá trị độ lún được thể hiện trong bảng dưới, độ cố kết của đất nền do tải trọng

đất đắp trong thời gian xây dựng công trình khoảng 90% (bảng 5). Như vậy, 90% độ lún cố kết do tải

trọng đất đắp gây nên cho đất nền đã xảy ra trong quá trình thi công.

Bảng 5. Kết quả độ lún tức thời, độ lún cố kết do tải trọng đất đắp.

Bề dày

đất

đắp,m

Độ lún cố kết tổng

cộng do tải trọng đất

đắp, S_{fill_all}, mm

Độ lún tức thời do

tải trọng đất đắp,

S_i-fill, mm

Độ lún cố kết trong thời

gian thi công do tải trọng

đất đắp, S_con-fill, mm

Độ cố kết,

U_fill, %

2

2.5

3

104

133

162

192

221

250

4.8

6.7

95.2

91.5

90.5

90.3

89.5

89.8

89.4

120.3

146.3

171.9

198.4

223.6

8.7

3.5

4

11.1

13.6

16.4

4.5

Kết quả tổng độ lún công trình đến khi kết thúc thi công công trình, S_constructtheo tương quan với

tải trọng công trình và bề dày đất đắp được thể hiện trong hình 4. Độ lún này tăng lên theo độ tăng của

bề dày lớp san lấp và tải trọng công trình. Tuy nhiên có thể nhận thấy độ lún này thay đổi rất ít khi tải

53

trọng công trình tăng lên từ 8kPa đến 24 kPa. Do trong thời gian thi công, độ lún cố kết từ tải trọng đất

đắp chiếm phần trong tổng độ lún của công trình. Bên cạnh đó, trong quá trình thi công, tải trọng công

trình được dần gia tăng, đạt giá trị lớn nhất khi kết thúc xây dựng công trình. Do đó, tải trọng công trình

không ảnh hưởng nhiều đến độ lún công trình trong giai đoạn thi công.

300

250

200

150

q = 24 kPa

q = 16 kPa

q = 8kPa

100

50

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Bề dày lớp đất đắp (m)

Hì nh 26. Độ lún công trình trong thời gian thi công, S_constructtheo bề dày đất đắp và tải trọng công trình.

3.2.3 Tương quan độ lún trong quá trình 2 năm sử dụng công trình

Độ lún trong quá trình sử dụng công trình được xác định từ hiệu của tổng độ lún công trình sau

2 năm với giá trị độ lún công trình trong giai đoạn xây dựng công trình. Kết quả độ lún trong quá trình sử

dụng theo bề dày và tải trọng công trình được thể hiện trong hình 5.

Kết quả cho thấy độ lún công trình trong quá trình sử dụng tăng lên rất ít khi gia tăng bề dày

lớp đất đắp. Cụ thể, độ gia tăng của độ lún công trình nhỏ hơn 1 cm khi bề dày lớp đất đắp tăng từ 2m

đến 4.5m. Quá trình này được giải thích do phần lớn độ lún do tải trọng đất đắp đã xảy ra trong quá

trình thi công (khoảng 90% độ lún cố kết xảy ra trong quá trình xây dựng công trình). Độ lún của công

trình trong quá trình sử dụng tăng rõ rệt khi gia tăng tải trọng công trình. Khi tăng từ 8kPa lên 16 kPa,

độ lún tăng lên khoảng 2.5cm khi công trình được đắp với cùng một bề dày đất đắp. Độ lún tăng thêm

khoảng 3cm khi tải trọng công trình tăng từ 16kPa đến 24kPa. Như vậy, với công trình có tải trọng 24

kPa (tương đương nhà 3 tầng), độ lún trong quá trình sử dụng vượt quá 8cm (giới hạn lún công trình

dân dụng theo TCVN 10304-2014). Do đó mức tải trọng này không được cho phép khi kết hợp với bất

kỳ bề dày lớp đất đắp nào.

Tỷ lệ độ lún công trình trong giai đoạn thi công và sử dụng công trình theo tổng độ lún của

công trình đến thời điểm 2 năm sử dụng được xác định nhằm đánh giá hiệu quả giảm lún trong thời

gian sử dụng công trình.

100

80

60

40

q = 24 kPa

20

q = 16 kPa

q = 8kPa

0

2,00

2,500

3,00

3,500

4,00

4,500

5,00

Bề dày lớp đất đắp (m)

Hì nh 27. Độ lún công trình trong 2 năm sử dụng cô ng trì nh

54

1

2

Hì nh 28. Tỷ lệ phần trăm độ lún công trình trong giai đoạn (1) thi công xây dựng công trình và (2) sử

dụng công trình so với tổng độ lún của công trình sau 2 năm sử dụng theo bề dày đất đắp và tải trọng

cô ng trì nh

Hình 6 thể hiện kết quả tính toán tỷ lệ độ lún cho thấy từ 60-80% độ lún đã xảy ra trong quá

trình thi công công trình. Do đó, chỉ còn khoàng 40-20% độ lún xảy ra trong quá trình sử dụng công

trình. Kết quả này cho thấy độ lún công trình trong quá trình sử dụng chỉ bằng từ 20-40% tổng độ lún

tí nh toá n do chất tải đất đắp và tải trọng công trình. Tải trọng công trình càng lớn, độ lún còn lại trong

thời gian sử dụng càng lớn. Ngược lại, tải trọng đất đắp càng lớn (bề dày đất đắp càng cao), phần

trăm độ lún trước trong thời gian thi công càng lớn, càng giảm độ lún của nền trong thời gian sử dụng.

4.6. 3.3 Tương quan ứng xử lún với độ chặt đất đắp

Ứng xử lún của công trình được xác định với các độ chặt khác nhau của đất cát đắp. 5 cấp độ chặt của

đất cát được lựa chọn với độ chặt, R_cthay đổi từ 0.76 (cát xốp) đến 0.98 (cát rất chặt). Phân tích tương

quan được thực hiện với bề dày cát đắp thay đổi từ 2m đến 4.5m và tải trọng công trình lớn nhất, q = 24

kPa.

Độ chặt R_cđược xác định là tỷ số dung trọng khô của đất và dung trọng khô lớn nhất, _d(max)= 19 kN/m²

xác định khối lượng lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm, TCVN 8721: 2012. Do

không có thí nghiệm cụ thể về khả năng chịu cắt của đất cát theo độ chặt của đất cát, cường độ chịu cắt

của đất cát đắp được xác định theo tương quan độ đầm chặt đề xuất bởi U.S Navy, 1983

Độ chặt tương đối, D_rđược xác định từ công thức liên hệ:

R_o

R_c

(25)

(26)

1 D_r(1 R_o)

_{d (min)}

R 

Trong đó

o

_{d (max)}

Dung trọng khô nhỏ nhất, _d(min)= 14 kN/m²được xác định khối lượng lớn nhất và nhỏ nhất của đất rời

trong phòng thí nghiệm, TCVN 8721: 2012. Quá trình tính toán độ chặt tương đối Dr và góc ma sát trong,

 của đất cát được thể hiện trong bảng 6.

Bảng 6. Tí nh toá n góc ma sát trong của cát theo độ chặt tương đối, D_r.

Trường

hợp

Độ chặt tương

đương, D_r, %

Độ chặt, R_c

Trạng thái

Xốp

 (độ)

1

10

0.76

29

55

2

3

4

5

30

50

85

95

0.80

0.85

0.95

0.98

Ít chặt

Chặt vừa

Chặt

31

33

38

41

Rất chặt

4.7. 3.3.1 Tương quan độ lún tổng cộng theo độ chặt đất đắp

Kết quả tính toán độ lún tổng cộng của công trình từ khi thi công đến sau 2 năm sử dụng được thể

hiện trong hình dưới. Kết quả cho thấy độ lún tổng cộng tăng lên khi gia tăng bề dày đất đắp và độ

chặt đất đắp.

Độ lún của nền công trình được tổng hợp từ độ lún của bản thân đất đắp, độ lún của nền đất tự nhiên

(đất bùn sét) phía dưới lớp cát đắp. Có thể thấy, khi gia tăng độ chặt của đất cát đắp, làm gia tăng

cường độ của đất cát đắp, từ đó giảm độ lún (chủ yếu là độ lún tức thời) của lớp cát đắp. Tuy nhiên,

do độ chặt cát tăng lên làm tăng dung trọng tự nhiên lớp đất đắp, từ đó gia tăng tải trọng lớp đất đắp.

Kết quả làm gia tăng độ lún cố kết của đất nền là lớp bùn sét phía dưới cát đắp. Do độ lún của bản

thân đất cát đắp nhỏ (chủ yếu là lún tức thời) hơn nhiều so với độ lún của lớp bùn sét phía dưới (chủ

yếu là lún cố kết). Do đó, khi tăng độ chặt của đất cát đắp làm gia tăng tổng độ lún tổng cộng của công

trình. Tuy nhiên, có thể thấy xu hướng gia tăng này không lớn. Khi tăng độ chặt, Rc từ 0.76 (cát rất

xốp) đến Rc = 0.98 (rất chặt), độ lún tăng lên từ 3cm đến 5cm tùy theo bề dày đất cát đắp. Độ tăng

này lớn hơn đối với công trình có chiều cao lớp cát đắp lớn (hình 7).

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0.98

0.95

0.85

0.80

0.76

0

2,00

2,500

3,00

3,500

4,00

4,500

5,00

Bề dày lớp đất đắp (m)

Hì nh 29. Tương quan độ lún tổng cộng của công trình sau 2 năm sử dụng với tải trọng công trình, q =

24kPa theo các bề dày và độ chặt lớp đất đắp khác nhau.

4.8. 3.3.2 Tương quan độ lún trong quá trình sử dụng theo độ chặt đất đắp

Phân tích độ lún của công trình (hình 8) trong 2 năm sử dụng với tải trọng công trình q = 24kPa cho thấy

độ lún này từ 8.1cm đến 9.4cm khi gia tăng bề dày lớp cát đắp từ 2m đến 4.5m. Mặc dù xu hướng thay

đổi độ lún công trình trong quá trình sử dụng khi thay đổi độ chặt của lớp đất cát đắp là không rõ ràng,

độ lún của công trình trong quá trình sử dụng thay đổi không nhiều (nhỏ hơn 0.5cm) khi thay đổi từ cát

xốp đến cát rất chặt (hình 13). Mặc dù vậy, có thể thấy với tải trọng công trình, q = 24 kPa, độ lún công

trình sau 2 năm sử dụng đều vượt quá độ lún 8cm với bất kể độ chặt và bề day lớp cát đắp (từ 2m đến

4.5m). Như vậy, với điều kiện địa chất khảo sát không cho phép xây dựng công trình với tải trọng q = 24

kPa theo điều kiện lún của công trình.

56

10

9

0.76

0.80

0.85

0.95

0.98

8

7

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Bề dày đất đắp, m

Hì nh 30. Tương quan độ lún công trình trong 2 năm sử dụng theo độ chặt, Rc và bề dày đất đắp với

tải trọng công trình, q = 24 kPa

Khảo sát tỷ lệ độ lún công trình trong các giai đoạn thi công và sử dụng so với tổng độ lún công trình

sau 2 năm sử dụng (hình 9) cho thấy tỷ lệ này không thay đổi nhiều khi thay đổi độ chặt của đất cát

đắp. Cùng một bề dày lớp cát đắp, tỷ lệ thay đổi khoảng 5% khi thay đổi độ chặt cát từ cát loại xốp (Rc

= 0.76) đến cát rất chặt (Rc = 0.98).

100%

0.76

0.80

0.85

0.95

0.98

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

1

2

2,00

2,500

3,00

3,500

4,00

4,500

5,00

Bề dày lớp đất đắp (m)

Hì nh 31. Tỷ lệ phần trăm độ lún công trình trong giai đoạn (1) thi công xây dựng công trình và (2) sử

dụng công trình so với tổng độ lún của công trình sau 2 năm sử dụng theo độ chặt, Rc và bề dày đất

đắp với q = 24 kPa

3.KẾT LUẬN

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis 8.5) nhằm xác định độ lún cố

kết của công trình trên nền đất cát đắp san lấp. Kết quả nghiên cứu mô phỏng được so sánh phù hợp

với kết quả thực tế tại hiện trường. Phân tích tương quan cho thấy độ lún của công trình tăng lên rất lớn

khi gia tăng bề dày lớp cát đắp. Một số kết quả cụ thể như sau:



Độ lún tổng cộng của công trình tăng lên khi tăng tải trọng công trình và tăng tuyến tính theo bề

dày đất đắp. Độ lún trong thời gian sử dụng công trình bằng tổng độ lún của công trình trừ đi độ

lún của công trình trong thời gian thi công công trình. Tùy theo thời gian thi công, ảnh hưởng

của đất đắp và tải trọng công trình là khác nhau đối với độ lún công trình.

57



Đối với loại đất khảo sát, sau 2 năm đắp đất, gần 90% độ lún cố kết của đất nền đã diễn ra. Do

thời gian thi công ngắn (khoảng 7 tháng năm), độ lún cố kế do tải trọng công trình trong thời gian

thi công nhỏ, khi đó tải trọng công trình ảnh hưởng it đến độ lún trong thời gian thi công. Tuy

nhiên, tải trọng công trình sẽ ảnh hưởng nhiều đến độ lún trong quá trình sử dụng. Cụ thể độ lún

có thể tăng lên khoảng 2.5cm khi tăng tải từ 8-16 kPa. Giá trị độ lún tăng thêm 3cm khi tăng tải

trọng từ 16-24 kPa với hầu hết các giá trị bề dày đất đắp từ 2-4.5m. Với độ lún giới hạn 8cm,

công trình trên nền đất đắp cần có tải trọng không quá 16kPa nhằm đảm bảo độ lún trong quá

trình sử dụng nhỏ hơn 8cm.



Tương quan ứng xử lún của công trình đối với độ đầm chặt cho thấy độ lún tổng cộng tăng lên

khi gia tăng độ chặt của đất đắp. Mặc dù tăng độ chặt làm gia tăng cường độ của đất đắp, tuy

nhiên làm tăng lên dung trọng tự nhiên đất đắp, gia tăng tải trọng đất đắp và làm tăng lún của

công trình. Độ lún tổng cộng tăng từ 3-5cm khi gia tăng độ chặt từ Rc = 0.76 (cát xốp) đến Rc =

0.98 (rất chặt)

Độ lún trong quá trình sử dụng thay đổi rất ít khi thay đổi độ chặt của đất cát đắp. Từ cát xốp

đến cát chặt, khoảng thay đổi lớn nhất của độ lún trong quá trình sử dụng là 0.5cm với tải trọng

cô ng trì nh là 24 kPa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Báo cáo khảo sát địa chất, 2014. Công trình trung tâm văn hóa và học tập công đồng xã Vĩnh Thành,

Châu Thành, An Giang. Cty TNHH. Tư vấn Xây dựng Long Việt, An Giang

Báo cáo kiểm định chất lượng công trình, 2016. Công trình trung tâm văn hóa và học tập công đồng xã

Vĩnh Thành, Châu Thành, An Giang. Trung tâm Tư vấn và Kiểm định xây dựng An Giang

Bùi Trường Sơn, 2006. Biến dạng tức thời và lâu dài của nền sét bảo hòa nước. Tạp chi Phát triển

KH&CN, tập 9, số 11-2006.

Đỗ Minh Toàn, Nguyễn Thị Nụ, 2013. Nghiên cứu đặc tính địa chất công trình của đất loại sét yếu thuộc

trầm tí ch Halocen trung-thượng phân bổ ở Đồng bằng sông Cửu long phục vụ xây dựng đường. Địa

chất công trình - trắc địa, số 333, tháng 1-2/2013

Nguyễn Đức Lý , 2017. Nền đất yếu và các biện pháp xử lý nền đắp trên đất yếu (Đề tài nghiên cứu của

Sở KH&CN Quảng Bình),Website: vaidiakythuat.com, truy cập 06/2017

Trần Minh Tùng, 2010. Xử lý nền đất yếu. Kinh nghiệm của Hàn Quốc và áp dụng ở Việt Nam. Tạp chi

Phát triển Khoa học & Ứng dụng, số 12-2010

TCVN 4201:2012 - Đất xây dựng - phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm, Bộ

Xây dựng

TCVN 8721: 2012 - Đất xây dựng công trình thủy lợi - phương pháp xác định khối lượng thể tích khô lớn

nhất và nhỏ nhất của đất rời trong phòng thí nghiệm, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam.

TCVN 9362-2012. Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, Bộ Xây dựng

Ashraf S. O., and Malcolm D. B., 2004. A new approach to the estimation of undrained settlement of

shallow foundations on soft clay. Engineering Practice and Performance of Soft Deposits, IS-OSAKA

2004, ISBN 4-88644-812-7

Bolton, M. D.,1986. The strength and dilatancy of sands. Geotechnique, 36(1), 65–78.

Brand, E.W. and Brenner R.P., 1981. Soft clay Engineering, Volume 20, 1st Edition

Das, B.M., 2006. Principles of Foundation Engineering, Thomson-Engineering, 2006

De Josselin de Jong, G., 1976. Rowe’s stress+lilatancy relation based on friction. GPotechnique 26, No.

3, 527-534.

Entidhar, A., Al-Ansari, N., Knutsson, S., 2015. Estimation of Settlement under Shallow Foundation for

Different Regions in Iraq Using SAFE Software, Engineering 7 (7), 379-386

Janbu, N., 1963. Soil compressibility as determined by oedometer and triaxial test. In: Proceedings of the

European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, pp. 19–25

Ladd, C. C. and Foote, R., 1974. New design procedure for stability of soft clay, Journal of Geotechnical

Engineering Division, ASCE, Vol. 100, GT7, pp. 763-786.

Plaxis manual, 2016. Plaxis V8 Tutorial manual & reference manual.

58

McMahon B. T., Haigh S. K. and Bolton, M. D., 2013. Bearing capacity and settlement of circular shallow

foundations using a non-linear constitutive relationship. Canadian Geotechnical Journal, 2014, 51(9):

995-1003

Mesri, G. (1989). Reevaluation of Su(mob) = 0.22 ’max using laboratory shear tests.” Canadian

Geotechnical Journal, Vol. 26, No. 1, pp. 162–164. 1989

Trautmann, C.H. and F. H. Kulhawy, 1987. CUFAD- A computer Program for Compression and Uplift

Foundation. Analysis and Design, Report EL-4540-CCM, Vol. 16 Electrical Power and Research Institute,

1987

U.S. Navy., ͑1983. Foundation and Earth Structures Design Manual 7.2, Department of the Navy. Naval

Facilities Engineering Command, Al-exandria, Va

Von Soos, P., 1990, Properties of Soil and Rock, in German, in: Grundbautaschenbuch, Part 4, Edition

4, Ernst&Sohn, Berlin, Germany.

59

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.