Đang tải... (xem toàn văn)
Việc xác định mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường rất phức tạp đặc biệt là ở độ sâu lớn, nội dung bài viết là thiết lập tương quan giữa chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) với mô đuyn biến dạng theo phương ngang. Từ đó, giúp cho người thiết kế có thể dựa vào chỉ số SPT (N) xác định được mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường để thiết kế thi công các công trình chịu áp lực ngang như: tường vây trong tầng hầm, đường hầm, tường cọc bản của bờ kè…
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN TRƯỜNG DỰA VÀO KẾT QUẢ XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT) THE DETERMINATION OF LATERAL DEFORMATION MODULE ON SITE WITH OF THE STANDARD PENETRATION TEST’S DATA, SPT INDEX (N) TS. Võ Phán ThS. Hoàng Thế Thao TÓM TẮT Việc xác đònh mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường rất phức tạp đặc biệt là ở độ sâu lớn, nội dung bài viết là thiết lập tương quan giữa chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) với mô đuyn biến dạng theo phương ngang. Từ đó, giúp cho người thiết kế có thể dựa vào chỉ số SPT (N) xác đònh được mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường để thiết kế thi công các công trình chòu áp lực ngang như: tường vây trong tầng hầm, đường hầm, tường cọc bản của bờ kè… ABSTRACT The determination of lateral deformation module on site is so complicated, especially on the deep level. The purpose of this paper is establishing the correlation of the Standard Penetration Test’s data, SPT index (N) and the lateral deformation module. Hence, engineers can use the result of SPT index to estimate the insitu lateral deformation module, in order to design lateral pressure project such as diaphragm walls, tunnels and retaining wall… I. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong tính toán và thiết kế các tường vây trong tầng hầm, đường hầm và thiết kế tường cọc bản cho các bờ kè thì mô đuyn biến dạng là một thông số rất quan trọng. Thông thường, người ta sử dụng mô đuyn biến dạng trong thí nghiệm nén một trục không nở hông để tính toán. Thông số này dùng để tính toán 144 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 tường sẽ không đạt được độ chính xác cao vì mẫu thí nghiệm là biến dạng theo phương đứng, còn biến dạng của tường là theo phương ngang. Vì vậy, để đạt được độ chính xác cao thì cần phải dùng mô đuyn biến dạng theo phương ngang để tính toán thiết kế. Thí nghiệm nén ngang ngoài hiện trường sẽ xác đònh được mô đuyn biến dạng này. Tuy nhiên, việc thí nghiệm bằng phương pháp này sẽ tốn chi phí thí nghiệm rất lớn do việc thí nghiệm rất phức tạp và gặp nhiều khó khăn đặt biệt là những vùng có đòa hình khó khăn, chiều sâu thí nghiệm lớn (>30m). Ngược lại, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) lại đơn giản và rất thông dụng do đó chi phí cho thí nghiệm này ít. Vì vậy, nhóm tác giả bài viết này dựng vào các số liệu thí nghiệm được thiết lập sự tương quan giữa chỉ số N (trong thí nghiệm SPT) và mô đuyn biến dạng E (trong thí nghiệm nén ngang) cho một số loại đất. Từ đó, có thể dựa N có thể xác đònh được mô đuyn biến dạng theo phương ngang cho các công trình tương tự. II. MÔ TẢ THIẾT BỊ NÉN NGANG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM II.1. Mô tả thiết bò nén ngang Thiết bò nén ngang gồm có các bộ phận chính sau: II.1.1. Ống tạo áp Ống tạo áp có thể gồm một hoặc ba buồng tạo áp. Loại ba buồng tạo áp có một buồng tạo áp chính (measuring cell) nằm giữa hai buồng tạo áp phụ (guard cell). Chiều dài của ống tạo áp (kể cả các buồng phụ) tối thiểu phải gấp 6 lần đường kính ống. Hình 1: Ống tạo áp II.1.2. Hộp điều khiển (Monitoring box) 145 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hộp điều khiển gồm có hệ thống đồng hồ áp lực, hệ thống van điều chỉnh, buồng đo thể tích nước. Hệ thống đồng hồ đo áp lực có hai đồng hồ, một đồng hồ đo áp lực buồng khí và một đồng hồ đo áp lực buồng nước. Hệ thống van điều chỉnh gồm các van sau: - Van gia tải: dùng để tăng hoặc giảm áp lực của buồng tạo áp. - Van vi chỉnh: dùng để tinh chỉnh áp lực buồng tạo áp. - Hai van đóng mở để dẫn nước và khí vào buồng tạo áp. - Một van đóng mở để xả nước và khí. - Hai van điểu chỉnh cấp áp lực gia tải. - Một van hiệu chỉnh độ sâu thí nghiệm. Buồng đo thể tích nước có thể tích tối đa là 800cm 3 dùng để xác đònh lượng nước được đưa vào buồng tạo áp sau mỗi lần gia tải. Hình 2: Hộp điều khiển II.1.3. Bình khí nén (Compressed gas) Để cung cấp khí nén, thường là CO 2 hoặc không khí, cho buồng tạo áp. VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 146 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 3: Sơ đồ thí nghiệm nén ngang trong hố khoan II.2.PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM II.2.1. Khoan tạo lỗ Đường kính hố khoan, thường từ 50mm đến 127mm, phải bảo đảm lớn hơn đường kính ngoài của ống tạo áp từ 10mm đến 20mm. Trong quá trình khoan phải bảo đảm giữ thành hố khoan ổn đònh. Sau khi khoan xong, nếu thành hố khoan ổn đònh thì không cần chống ống, thí nghiệm được thực hiện từ dưới lên. II.2.2. Kiểm tra màng Nén thử màng để tìm cấp áp lực ban đầu ∆p 0 làm cho màng giãn ra và kiểm tra độ giãn nở của màng. Lập đường cong kiểm tra màng. Sau khi đã lắp đặt toàn bộ thiết bò đúng theo sơ đồ thí nghiệm, tiến hành gia tải theo từng cấp áp lực, từ 6 cấp đến 14 cấp, tùy thuộc vào loại đất. Đối với đất có độ chặt yếu và vừa, tải trọng tác dụng từng cấp từ 0,1kG/cm 2 đến 0,25kG/cm 2 . Đối với đất có kết cấu chặt, mỗi cấp áp lực có thể từ 0,5kG/cm 2 đến 1,0kG/cm 2 . Mỗi cấp áp lực tác dụng được giữ trong vòng 60 giây. 147 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Xác đònh sự thay đổi thể tích V của ống tạo áp tại các thời điểm 30 giây và 60 giây sau mỗi lần tạo áp. Ghi chép kết quả thí nghiệm vào sổ nhật ký. III. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Lập hai biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và biến thiên thể tích: (1) biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và biến thiên thể tích (hình 4a); (2) biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và hiệu thể tích ở 60 giây và 30 giây (V 60 – V 30 ) đối với mỗi cấp áp lực (hình 4b). - Xác đònh các điểm p 0 , p f và p l . Trong đó, p 0 và p f tương ứng với điểm đầu và điểm cuối của đoạn tuyến tính trên đường cong nén ngang đã hiệu chỉnh; p l là áp suất giới hạn nén ngang. Nếu xác đònh như vậy khó khăn, ta lấy p f ở khuỷu của đường cong chảy và p l là áp suất ứng với giá trò: 1 Vv V 00 m = + . Với: V 0 : Thể tích của buồng tạo áp chính (ở giữa) khi rỗng, khoảng 593cm 3 . V 0 + v 0 : Thể tích ống tạo áp lúc bắt đầu thực sự thí nghiệm. V m : Thể tích trung bình ứng với cấp áp lực trung bình: 2 pp p f0 m + = - Tính mô đuyn nén ngang E p : mô đuyn biến dạng ứng với trò số tải trọng của giai đoạn biến dạng đàn hồi được xác đònh theo công thức của Lamme: r p **)1(E p ∆ ∆ µ+= r Trong đó: r: Bán kính hố khoan (bán kính buồng khi chòu áp lực ban đầu). )pp(p 0 −=∆ : Gia số áp lực tác dụng. r∆ : Gia số bán kính buồng tạo áp, xác đònh theo biểu đồ: V)f(r ∆=∆ được lập trước khi thí nghiệm. µ: Hệ số Poisson. VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 148 TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Hình 4: Biểu đồ quan hệ giữa áp lực và biến thiên thể tích IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN TRƯỜNG DỰA VÀ KẾT QUẢ XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT) Dựa vào kết quả khoan khảo sát đòa chất công trình và kết quả thí nghiệm nén ngang trong lỗ khoan ngoài hiện trường của một số dự án do nhóm tác giả thực hiện như: - Sài Gòn Centre giai đoạn 2 và 3 quận 1 - Parc View và Parc Villa quận 9 - Cầu Phú Mỹ Hưng quận 7… Với khối lượng khoảng 200 hố khoan và nén ngang, nằm nhiều vò trí trong đại diện trong thành phố, số liệu là đáng tin cậy. Vì vậy, nhóm tác giả thiết lập sự tương quan giữa mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện trường và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT). Kết quả được trình bày ở mục IV.1 và IV.2 IV.1. Đất sét Bảng 1: Chỉ số SPT N và mô đuyn biến dạng ngang ngoài hiện trường cho đất sét pha HỐ KHOAN 1 HỐ KHOAN 5 HỐ KHOAN 6 HỐ KHOAN 8 HỐ KHOAN 10 SPT (N) Ep (bar) SPT (N) Ep (bar) SPT (N) SPT (N) Ep (bar) SPT (N) Ep (bar) SPT (N) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13,9 5 30,8 5 14,7 1 27,4 0 30 2 30,4 14 10 3 45,4 3 27,2 149 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 7 96,9 Dựa vào chỉ số SPT (N) và giá trò của mô đuyn nén ngang E p tương ứng đã cho ở bảng 1, xây dựng biểu đồ tương quan giữa chỉ số SPT (N) và E p tương ứng cho đất loại sét pha (hình 5). Hình 5: Biểu đồ quan hệ giữa N và E p cho đất sét pha IV.2. Đất cát pha Bảng 2: Chỉ số SPT N và mô đuyn biến dạng ngang ngoài hiện trường cho đất cát pha HỐ KHOAN 1 HỐ KHOAN 5 HỐ KHOAN 6 HỐ KHOAN 8 HỐ KHOAN 10 SPT (N) Ep (bar) SPT (N) Ep (bar) SPT (N) Ep (bar) SPT (N) Ep (bar) SPT (N) Ep (bar) 6 56,3 9 33,7 6 85 5 56,4 3 90,1 8 78 12 27,1 11 93,2 6 85,9 7 127,9 7 111 10 107,5 18 103,9 8 144,9 11 140,7 10 69,2 9 140,9 7 200,2 17 105,8 12 150,7 10 148,2 10 199,6 8 226 16 98 13 177,4 11 191 12 196,3 14 198,2 16 290,4 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 150 ĐẤT SÉT PHA E p = 5,4726N + 10,739 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 12 14 SPT(N) E p (bar) TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 12 151,2 11 157,6 13 209,6 16 180,7 15 243,2 16 187,8 11 156,5 10 266,7 10 199 19 262,5 13 146,7 13 200,4 15 339 18 247,6 12 197 14 240,8 15 220 13 238,1 16 264,6 12 254,4 13 289,6 16 215,7 17 310 17 276,4 14 149,1 13 287,9 12 222,9 18 162,6 11 202 16 299,2 Dựa vào chỉ số SPT (N) và giá trò của mô đuyn nén ngang E p tương ứng đã cho ở bảng 2, xây dựng biểu đồ tương quan giữa chỉ số SPT (N) và E p tương ứng cho đất loại cát (hình 6). Hình 6: Biểu đồ quan hệ giữa N và E p cho đất cát pha V. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN V.1. Kết luận Từ kết quả nghiên cứu ta có các kết luận: 1. Mô đuyn biến dạng theo phương ngang E p và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT(N) tỉ lệ thuận với nhau và có quan hệ tuyến tính là chặt nhất. 2. Tương quan giữa E p và SPT trong đất loại sét và sét pha: 151 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM ĐẤT CÁT PHA E p = 13.963 N + 22.001 0 50 100 150 200 250 300 350 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 E p (bar) SPT(N) TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008 Ep = 5,4726N + 10,739 (bar) 3. Tương quan giữa E p và SPT trong đất loại cát pha: Ep = 13,963 N + 22,001 (bar) V.2. Hướng phát triển Bài báo này nhóm tác giả mới chỉ lập tương quan giữa E p và N cho quận 1, 7 và 9 của thành phố Hồ Chí Minh và chỉ hai loại đất là cát pha và sét. Trong thời gian tới nhóm tác giả sẽ tiếp tục lập thêm tương quan cho các loại đất của toàn thành phố và cho khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa chất công trình SaiGon Centre giai đoạn 2 và 3, Trung tâm nghiên cứu công nghệ và Thiết bò công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. 2. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa chất công trình Parc View quận 9. Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và Thiết bò công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. 3. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa chất công trình Parc Villa quận 9. Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và Thiết bò công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. 4. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa chất công trình Cầu Phú Mỹ Hưng Quận 7. Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và Thiết bò công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. 5. ASTM D 4719-84, thí nghiệm nén ngang trong lỗ khoan. Người phản biện: PGS.TS. Trần Thò Thanh VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 152 . kè… ABSTRACT The determination of lateral deformation module on site is so complicated, especially on the deep level. The purpose of this paper is establishing the correlation of the Standard. XÁC ĐỊNH MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN TRƯỜNG DỰA VÀO KẾT QUẢ XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT) THE DETERMINATION OF LATERAL DEFORMATION MODULE ON SITE WITH OF THE STANDARD PENETRATION. Standard Penetration Test’s data, SPT index (N) and the lateral deformation module. Hence, engineers can use the result of SPT index to estimate the insitu lateral deformation module, in order