Nguồn: Tuyển Tập Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ Lần thứ 9, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH CỐ KẾT ĐẤT NỀN LÊN
NỘI LỰC MÓNG BĂNG TRÊN NỀN ĐẤT SÉT BẢO HÒA NƯỚC
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THE CONSOLIDATION OF
SUBSOIL ON THE STRESSES OF STRIP FOUNDATIONS IN
SATURATED CLAY
Trần Quang Minh và Trần Xuân Thọ*
Trung tâm Tư vấn và Kiểm định xây dựng, Sở Xây dựng An Giang
* Khoa Xây dựng, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh
* Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ xây dựng – ĐHBK TP. HCM
BẢN TÓM TẮT
Bài báo tập trung phân tích ảnh hưởng của quá trình cố kết đất nền lên nội lực móng băng trên nền đất
sét bảo hòa nước bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo các mô hình đất: Mohr-Coulomb, Sotf soil,
Hardening soil. Từ kết quả phân tích sẽ rút ra các kết luận cho việc tính toán tiết diện cũng như bố trí
cốt thép trong móng băng một cách hợp lý để đảm bảo ổn định và kinh tế cho kết cấu trong suốt quá
trình thi công và sử dụng.
ABSTRACT
This paper is focused on analysing the influence of the consolidation of subsoil on the stresses of strip
foundations in saturated clay by finite element method with different soil models: Mohr-Coulomb,
Sotf soil, Hardening soil. Based on the obtained results from the analysis, optimisation of the
foundation size and reinforcement is suggested for the purposes of stability and economic of the
structures during its construction and operation.
và Hardening Soil được áp dụng để so sánh kết
quả tính toán nội lực trong móng.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Nội lực trong một móng băng phụ thuộc rất
lớn vào ứng suất đáy móng. Trong suốt quá trình
cố kết, ứng suất trong đất nền luôn thay đổi và
điều này sẽ làm ảnh hưởng đến nội lực trong
móng. Do đó việc nghiên cứu ảnh hưởng của
quá trình cố kết đất nền đến nội lực móng băng
là rất cần thiết. Từ đó xác định được giá trị nội
lực lớn nhất để chọn kích thước tiết diện và bố
trí cốt thép hợp lí trong móng băng.
3 MÔ PHỎNG BÀI TOÁN
3.1 Mô hình bài toán móng băng
Bài toán móng băng được trình bày ở Hình 1.
L
2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
L'
L'
L'
L'
a
H
Hình 1: Kích thước hình học móng băng.
Phương pháp phần tử hữu hạn thông qua
chương trình Plaxis được sử dụng để giải quyết
bài toán. Quá trình thi công móng, cố kết đất
nền và sử dụng lâu dài được mô phỏng. Các mô
hình đất khác nhau: Mohr-Coulomb, Soft Soil
3.2 Thông số của móng băng:
658
B
Nguồn: Tuyển Tập Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ Lần thứ 9, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
Bảng 1: Thông số của móng băng.
Thông số
Độ cứng dọc trục
Độ cứng chống uốn
Hệ số poisson
Kí hiệu
EA
EI
Giá trị
Đơn vị
kN/m
kNm2/m
-
1,44x107
1,08x105
0,2
ν
3.3 Thông số của đất nền
Mô hình
Thông số
γ
γsat
Bảng 2: Thông số của đất nền.
Mohr-Coulomb
Soft Soil
(Undrained)
(Undrained)
Sét
Sét pha
Sét
Sét pha
15,3
19,54
15,3
19,54
16,14
19,96
16,14
19,96
Hardening Soil
(Undrainded)
Sét
Sét pha
15,3
19,54
16,14
19,96
Đơn vị
kN/m3
kN/m3
c’
9,2
18,9
9,2
18,9
9,2
18,9
kN/m2
ϕ’
10,5
14,5
10,5
14,5
10,5
14,5
0
E50ref
-
-
-
-
1624
4220
kN/m2
ref
E oed
1624
4220
-
-
1624
4220
kN/m2
Eurref
ν
-
-
-
-
4872
12660
kN/m2
0,3
0,3
-
-
-
-
-
ν ur
-
-
-
-
0,2
0,2
-
λ
κ∗
-
-
0,074
0,032
-
-
-
0,028
0,014
-
-4
-3
∗
k
-
-4
1×10
-3
1×10
1×10
1×10
-4
1×10
-3
1×10
m/ngày
4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN
Kết quả tính toán nội lực trong móng băng
theo quá trình tăng tải trọng và quá trình cố kết
của đất nền được trình bày ở các Hình 2, 3, 4, 5,
6, và 7 ứng với những mô hình đất khác nhau.
Trong quá trình chất tải hay trong quá trình
xây dựng, môment ở gối lẫn nhịp đều tăng. Tuy
nhiên độ tăng môment ở gối khá lớn so với độ
tăng môment ở nhịp. Lực cắt ở gối cũng tăng
trong quá trình xây dựng.
Trong quá trình cố kết của đất nền, môment
tại các gối của móng băng giảm dần theo độ cố
kết của đất nền dưới đáy móng. Ngược lại,
môment tại nhịp lại tăng theo quá trình cố kết
của đất nền. Khi đất nền cố kết thì sẽ được nén
chặt lại thì môment sẽ tăng ở nhịp và giảm ở
gối. Do vậy, môment sẽ phân bố từ gối sang
nhịp của dầm móng băng theo quá trình cố kết
của đất nền. Lực cắt thay đổi không đáng kể
trong suốt quá trình cố kết của đất nền và ổn
định lâu dài.
So sánh biểu đồ moment theo thời gian cố
kết của đất nền tương ứng với các mô hình đất
khác nhau được diễn tả ở Hình 8, 9, 10, 11 và
12. Ta thấy rằng, mô hình Mohr-Coulomb cho
kết quả môment ở gối lớn nhất và ở nhịp nhỏ
nhất. Ngược lại mô hình Hardening-Soil cho kết
quả môment ở gối nhỏ nhất và ở nhịp lớn nhất.
Mô hình Soft Soil cho kết quả trung bình của 2
mô hình trên. Do đó sử dụng mô hình Soft Soil
để tính toán nội lực của móng băng trên nền đất
sét bảo hòa theo quá trình cố kết của đất nền sẽ
phù hợp hơn.
659
Nguồn: Tuyển Tập Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ Lần thứ 9, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
4.1 Mô hình Mohr-Coulomb:
100 kN
100
80
200 kN
60
300 kN
40
0,5 tháng
20
1 tháng
0
Môment (kNm/m)
-20 21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
3 tháng
-40
6 tháng
-60
1 năm
-80
2 năm
-100
3 năm
-120
5 năm
-140
-160
7 năm
-180
10 năm
-200
15 năm
-220
20 năm
-240
25 năm
-260
30 năm
-280
40 năm
Tọa độ (m)
50 năm
Hình 2: Sự thay đổi moment trong quá trình tăng tải và trong quá trình cố kết.
100 kN
180
160
200 kN
140
300 kN
120
0,5 tháng
100
1 tháng
80
3 tháng
Lực cắt (kN/m)
60
6 tháng
40
1 năm
20
2 năm
0
-20 21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
3 năm
-40
5 năm
-60
7 năm
-80
10 năm
-100
15 năm
-120
20 năm
-140
-160
25 năm
-180
30 năm
Tọa độ (m)
40 năm
50 năm
Hình 3: Sự thay đổi lực cắt trong quá trình tăng tải và quá trình cố kết.
660
Nguồn: Tuyển Tập Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ Lần thứ 9, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
4.2 Mô hình Soft soil:
100 kN
100
80
200 kN
60
40
300 kN
Môment (kNm/m)
20
0
-20 21
0,5 tháng
1 tháng
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
-40
-60
3 tháng
6 tháng
1 năm
-80
-100
-120
2 năm
3 năm
-140
-160
5 năm
-180
-200
-220
10 năm
7 năm
15 năm
-240
-260
20 năm
-280
-300
30 năm
25 năm
40 năm
Tọa độ (m)
50 năm
Hình 4: Sự thay đổi moment trong quá trình tăng tải và trong quá trình cố kết.
100 kN
180
200 kN
160
140
300 kN
120
0,5 tháng
100
1 tháng
80
3 tháng
Lực cắt (kN/m)
60
6 tháng
40
1 năm
20
2 năm
0
-20 21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
3 năm
-40
5 năm
-60
7 năm
-80
10 năm
-100
15 năm
-120
20 năm
-140
25 năm
-160
30 năm
-180
Tọa độ (m)
40 năm
50 năm
Hình 5: Sự thay đổi lực cắt trong quá trình tăng tải và quá trình cố kết.
661
Nguồn: Tuyển Tập Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ Lần thứ 9, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
4.3 Mô hình Hardening soil:
100 kN
200
200 kN
Môment (kNm/m)
180
160
300 kN
140
0,5 tháng
120
1 tháng
100
3 tháng
80
6 tháng
60
1 năm
40
2 năm
20
3 năm
0
-20 21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
-40
5 năm
7 năm
10 năm
-60
15 năm
-80
20 năm
-100
-120
25 năm
-140
30 năm
40 năm
Tọa độ (m)
50 năm
Hình 6: Sự thay đổi moment trong quá trình tăng tải và trong quá trình cố kết.
100 kN
180
160
200 kN
140
300 kN
120
0,5 tháng
100
1 tháng
80
3 tháng
Lực cắt (kN/m)
60
40
6 tháng
20
1 năm
0
-20 21
2 năm
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
-40
3 năm
5 năm
-60
-80
7 năm
-100
10 năm
-120
15 năm
-140
20 năm
-160
25 năm
-180
30 năm
-200
Tọa độ (m)
40 năm
50 năm
Hình 7: Sự thay đổi lực cắt trong quá trình tăng tải và quá trình cố kết.
662
Nguồn: Tuyển Tập Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ Lần thứ 9, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
4.4 So sánh biểu đồ moment theo thời gian cố kết của đất nền ứng với những mô hình đất khác
nhau:
Môment (kNm/m)
200
150
100
50
0
-50 21
-100
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
-150
-200
-250
-300
Tọa độ (m)
MC
SS
HS
Môment (kNm/m)
Hình 8: Biểu đổ môment tại thời điểm t = 1 tháng.
200
150
100
50
0
-50 21
-100
-150
-200
-250
-300
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
Tọa độ (m)
MC
SS
HS
Môment (kNm/m)
Hình 9: Biểu đổ môment tại thời điểm t = 1 năm.
200
150
100
50
0
-50 21
-100
-150
-200
-250
-300
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
Tọa độ (m)
MC
SS
HS
Môment (kNm/m)
Hình 10: Biểu đổ môment tại thời điểm t = 5 năm.
200
150
100
50
0
-50 21
-100
-150
-200
-250
-300
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
Tọa độ (m)
MC
Hình 11: Biểu đổ môment tại thời điểm t = 10 năm.
663
SS
HS
Môment (kNm/m)
Nguồn: Tuyển Tập Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ Lần thứ 9, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. HCM
200
150
100
50
0
-50 21
-100
-150
-200
-250
-300
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
Tọa độ (m)
MC
SS
HS
Hình 12: Biểu đổ môment tại thời điểm t = 50 năm.
nội lực của móng băng trên nền đất sét bảo hòa
theo quá trình cố kết của đất nền sẽ phù hợp
hơn.
5 KẾT LUẬN:
Quá trình cố kết ảnh hưởng rất lớn đến sự
phân bố moment trong móng băng, đặc biệt tại
một số tiết diện gối và nhịp của dầm móng
băng. Tuy nhiên, lực cắt hầu như không thay
đổi trong suốt quá trình cố kết của đất nền dưới
đáy móng.
Có thể kết luận rằng, khi tính toán móng
băng chúng ta phải tính toán và vẽ biểu đồ bao
môment của móng băng theo quá trình cố kết
của đất nền. Từ đó xác định giá trị môment lớn
nhất tại những vị trí nguy hiểm nhất để có giải
pháp lựa chọn tiết diện và bố trí cốt thép trong
dầm móng băng để đảm bảo điều kiện ổn định
của công trình.
Môment trong móng băng chịu ảnh hưởng
lớn từ mô hình nền nhưng ngược lại, lực cắt
trong móng băng lại thay đổi không đáng kể
theo các mô hình đất nền khác nhau. Do đó cần
phải chú trọng việc lựa chọn mô hình đất hợp
lí để đảm bảo độ chính xác của kết quả tính
toán. Sử dụng mô hình Soft Soil để tính toán
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Atkinson, J.H and Bransby, P.L (1982). The
Mechanic of soil. McGrawn Hill Book
Company.
2. Châu Ngọc Ẩn: Cơ học đất. Nhà xuất bản
Đại học quốc gia.
3. David Muir Wood: Soil Behaviour and
Critical State Soil Mechanics. Cambrigd
University Press.
4. Vũ Công Ngữ (1982): Tính toán móng nông.
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
5. Trần Quang Minh (2005). Phân tích ảnh
hưởng của quá trình cố kết đất nền lên nội
lực móng băng. Luận án Thạc sĩ, ĐHBK TP.
HCM.
664
- Xem thêm -