TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT<br />
TẠO BỞI JET GROUTING: LÝ THUYẾT – MÔ HÌNH SỐ -<br />
THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG<br />
PHUNG VINH AN*, VŨ BÁ THAO**<br />
<br />
Caculating the Bearing Capacity of Soil Cement Column Created by Jet<br />
Grouting: Theory Method - Numerical Analyses - Field Load Tests<br />
Abstract: It has been found that the bearing capacity of soil cement<br />
column calculated based on some existing design standards exhibited<br />
substantial errors as compared with results of pile static load tests<br />
conducted in some places in Vietnam. This paper introduces an analytical<br />
approach to calculate the bearing capacity of soil cement column using<br />
the numerical simulations by Plaxis 2D and Plaxis 3D Programs and the<br />
pile static load tests. The test results provided total bearing capacity of<br />
soil cement column whereas Plaxis 3D Foundation Program was used to<br />
divide two components of bearing capacity: shaft friction resistance and<br />
ultimate tip resistance. Results show that, the load-displacement curves<br />
obtained by 3D numerical model and load test are in good agreement. The<br />
total bearing capacity reaches the ultimate state simultaneously with the<br />
shaft friction resistance and the tip resistance. Values of the shaft friction<br />
resistance and the tip resistance are obviously different and the shaft<br />
friction resistance is much greater than the tip resistance. Based on<br />
comparison between the results of tests and numerical analyses, a<br />
modified equation for determining the bearing capacity of soil cement<br />
colum was proposed.<br />
<br />
*<br />
1. m m ( à<br />
ứ m ứ ợ m<br />
( ê ó và ợ ứ m bê và<br />
J-08-40- ê m C , ợ<br />
v m ĩ ê ứ ứ<br />
m, 2. Ố Ủ<br />
ê à ó m PHÁP TÍNH TOÁN THEO DBJ-08-40-94<br />
m ĩ C Ớ É Ờ<br />
, mứ v ứ m 2.1. t qu t n ệm nén tĩn trụ x<br />
135.53% [1] [3] [4] [5] [6]. măn t tạ òn v u [1][5]<br />
v , ứ 2.1.1 Phương pháp chuẩn bị và quy trình thí nghiệm<br />
ứ mà ó Theo , thí m ĩ ợ<br />
ợ ê hành sau 28 ngày, à<br />
ng m ợ v v thành thi công v m, à m<br />
, m àm<br />
*<br />
Trung tâm Công tr nh Ng m. Vi n Th y Công. Vi n và b b ợ<br />
Khoa h c Th y l i Vi t Nam. àm ẳ và m v à h<br />
**<br />
Ph ng Nghi n c u Địa kỹ Thuật. Vi n Th y Công.<br />
b ê m Thí<br />
Vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam.<br />
E-mail: vubathao@gmail.com m ĩ ợ<br />
TCXDVN 269:2002 "C c - Ph ơng ph p thí + uy ịnh về n ịnh quy c: (1) m<br />
nghi m bằng t i tr ng tĩnh p d c tr c",<br />
ợ Quá trình ứ v<br />
m ợ và à m ;( ợ<br />
+ à õ ó ê<br />
Chu kì 1: 0% 10% mà<br />
20% 30% 40% 50% 60% v ợ ,1mm (s 0,1mm); (3)<br />
70% 80% 90% ứ m C ợ m à<br />
ợ b G m ( S n 5S n1<br />
100% 80% 60% 40% 20% 0%. ó à ;( ợ m à<br />
Chu kì 2: 20% <br />
40% 60% 80% 100% 110% 120% ( Sn 60mm ).<br />
130% 140% 150% 160% 170% <br />
+ uy ịnh về dừng thí nghi m: C ợ<br />
180% 190% 200%. G m<br />
à và à ỡ<br />
200% 180% 160% 140% 120% <br />
m (<br />
100% 80% 60% 40% 20% 0%.<br />
;( v ợ<br />
Chu kì 3: 20%<br />
; (<br />
40% 60% 80% 100% 120% <br />
;( b ỷ<br />
140% 160% 180% 120% 210% <br />
2.1.2 t qu t n ệm<br />
220% 230% 240% 250% (<br />
2.1.2.1 K t qu n n tĩnh i Ph ng<br />
m<br />
C ợ m<br />
+ ui tr nh o ộ lún: ợ<br />
và<br />
m , 2, 5, 10, 20, 30, 40<br />
m và óm m ợ<br />
phút... m<br />
và<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 1. t i tr ng - chuy n vị c c ơn Đ1 Hình 2. t i tr ng - chuy n vị c c ơn Đ2<br />
<br />
và b - v m b ứ<br />
tr và óm m v b , ;<br />
ê ứ Ptt - ứ<br />
m ợ óm ;<br />
pgh F- à v m ĩ<br />
p tt (1) ,0.<br />
F<br />
ó ĩ và óm m<br />
Pgh - ứ b<br />
n 1. t qu nén tĩn ọ n v n óm ọ<br />
<br />
ọ nén ọ trụ<br />
n số óm ọ<br />
ọ D1 ọ D2<br />
60 cm 60 cm 60 cm<br />
5+6+7 1 2<br />
Ngày thi công 02/9/2004 02/9/2004 02/9/2004<br />
à m 04/10/2004 06/10/2004 06/10/2004<br />
C -1,2 m -1,25 m -1,25 m<br />
C à 8,0 m 8,0 m 8,0 m<br />
ợ ( 85 24 22<br />
ứ 42,5 12 11<br />
<br />
2.1.2.2. K t qu n n tĩnh C Mau ê m ứ<br />
C ợ m mv b v ợ<br />
và v b K<br />
m C m ĩ mb<br />
và ỡ b à<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 3. t i tr ng - chuy n vị c c ơn C1 Hình 4. t i tr ng - chuy n vị c c ơn C2<br />
v nhóm c c<br />
n 2. t qu t n ệm nén tĩn<br />
<br />
u trọn p lún ở p t trọn lún s u t<br />
ên ọ<br />
(m) oạ ( ) p oạ (mm) n ệm (mm)<br />
C -1 10 15 80,99 70,25<br />
C2 và C3 10 31 69,85 53,55<br />
<br />
2.2. n mứ s nén ó<br />
tĩn ện tr ờn vớ TC DBJ-08-40-94 Pa - ứ (<br />
2.2.1. Đ i v i k t qu thí nghi m qu - u =400<br />
i Ph ng (T/m2)<br />
ứ v [8]: - m<br />
Pa = *fcu*Ap =39,56 (2) = 0,35<br />
2<br />
Ap - m p = 0,2826 (m ) Tính toán theo TC DBJ-08-40-<br />
ứ [8]: m ó , m à m ó ứ<br />
Pa = Upqsi*li + α*Ap*qp = 38,90 (3) à , ( ó,<br />
ó m ĩ ê à<br />
Up - v , Up =1,884 (m) (T), ứ v , (mm<br />
qsi - m ứ v ứ m<br />
2<br />
, qsi = 1,4 (T/m ) và ứ à 135,53 %<br />
li - à ứ , li = 8 (m) à m<br />
α- m mó ê ĩnh<br />
ê ê m , α = 0,6 v v<br />
qp - ứ m , qp = 105 ê J-08-40-94 là<br />
2<br />
(T/m ) ê à v ứ<br />
ê ứ m bê õ à và ó<br />
Pa = 38,90 (T)<br />
v ê<br />
J-08-40-94, m ó v ó ứ<br />
,6 m, à m ó ứ m v , ó<br />
à 25, ( ó, ( ứ ê ,<br />
m ĩ ê à ( ê ứ ứ m<br />
v và ( v ,ứ v bê và m ợ ;( ê ứ<br />
ợ à (mm và (mm ứ<br />
v ứ 3. Ớ Ớ<br />
m v 1 và D2 và Ứ Ị<br />
ứ ê J-08-40- 3.1. ứ ịu t ủ ọ n x măn t<br />
ợ à 76,82 % và 62,08% à àv b<br />
m ứ<br />
2.2.2. Đ i v i k t qu thí nghi m C Mau m à ( ứ<br />
ứ v [8]: m ;( ứ m<br />
Pa = *fcu*Ap =38,57 (4) à<br />
ó Qult Qs +Qt (6)<br />
Pa - ứ ( Qs =fs As πDL(βcu +Koσ'v tan ) (7)<br />
qu - , qu =390 (T/m2) πD 2<br />
<br />
- m , = 0,35 Qt =qA t α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ ) (8)<br />
4<br />
Ap - m , Ap = 0,2826 (m2) ó<br />
ứ [ ] Qult - ứ m<br />
Pa = Upqsi*li + α* p*qp = 35,33 (5) Qs - ứ m à<br />
ó m<br />
Up - v , Up =1,884 (m) Qt - ứ<br />
qsi - m ứ m m<br />
2<br />
, qsi = 1,2 (T/m ) D- m (m<br />
li - à ứ , li = 10 (m) ’ - ợ ( /m3).<br />
α- m mó cu -<br />
ê ê m ,α ,5 ( /m2);<br />
qp - ứ m , qp = 90 (T/m2) ’v - ứ ( /m2);<br />
ê ứ Sc. S - và<br />
Pa = 35,33 (T) Sc = 1,3. S = 0,6;<br />
Nc. Nq. N - và ó m và ợ ó ;(<br />
b ; m m ĩ<br />
. - v ứ m ó m m thí<br />
và m m bê m m à ứ ê m<br />
3.2. X ịn ệ số u ỉn . hình toán, ợ à<br />
tính toán sứ ịu t ọ X m và bê ó . .<br />
3.2.1. M c ích mô phỏng thí nghi m hi n 3.2.2. Mô phỏng thí nghi m n n tĩnh c c ơn<br />
tr ng bằng mô h nh to n xi m ng t i Ph ng<br />
Có , - Mô hình hóa bài toán:<br />
( m ĩ m m và ợ<br />
m ê , à ứ v m m ê<br />
và à ứ ợ và mứ m<br />
và ứ và , “ ” và m ứ<br />
à ó ợ m à m<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 5. Sơ ồ l i ph n t h u h n trong Hình 6. Sơ ồ l i ph n t h u h n trong<br />
b i to n 3D. mô h nh th c b i to n phẳng. sơ ồ i x ng tr c<br />
<br />
ứ , m m v m m à ,m v àm<br />
v m ứ m à v m và<br />
m ó m m ợ C m ợ m<br />
và m ợ hình hóa b “ ” ợ<br />
, m ợ m b m ợ m<br />
ó ó à m, m à b ê<br />
ứ , mm - :<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
nh 7. Bi n d ng t ng th b i to n 3D nh 8. Bi n d ng t ng th b i to n i x ng<br />
khi t i tr ng gi i h n tr c khi t i tr ng gi i h n<br />
+ ĩ ê và m ê<br />
v m và ợ<br />
v m<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
nh 9. So s nh ng cong t i tr ng – chuy n nh 10. Đ ng cong t i tr ng-chuy n vị c a thí<br />
vị c a c c mô h nh kh c nhau v k t qu o c nghi m. c a mô h nh 3D v k t qu s c kh ng<br />
tr n hi n tr ng. mặt b n v s c kh ng u c c.<br />
<br />
+ m ình Plaxis 3D foundation πD2<br />
Qt = α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ ) (9)<br />
ứ m và ứ 4<br />
m bê m ó<br />
à D - m (m ,<br />
D = 0,6 (m);<br />
ẳ ứ ê m Nc. Nq. N - , v =6,23o<br />
à ứ m bê và ứ thì Nc = 7,8. Nq=1,85, N=0,6722;<br />
và ợ ’ - ợ ( /m3),<br />
, ứ m bê ’ , ( /m3);<br />
và ứ cu -<br />
à ( /m2), cu = 7 (kN/m2);<br />
- v m<br />
- , à ợ ê ứ<br />
m ê m , ứ<br />
+ : m ứ m bê<br />
ứ ( , ứ m và ứ m v<br />
m ợ v khi Qult = 240 (kN), thì Qt = 48,4 (kN) và Qs =<br />
191,6. Thay Qt và ứ ( ta có:<br />
<br />
πD2<br />
α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ'DN γ ) 48, 4 (10)<br />
4<br />
48,4x4<br />
α= 2 = 0.84 (11)<br />
πD (1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ )<br />
+ :<br />
ứ ( , ứ bê m ợ v<br />
Qs =fs As πDL(βcu +Koσ'v tan ) (12)<br />
ó à b ê<br />
Ko - , Ko = 1-sin = 0,892;<br />
σv - ứ<br />
'<br />
ẳ ứ , σ'v γ 'L<br />
(kN/m2) = 71,2 (kN/m2);<br />
C à , L, C u<br />
ê ;<br />
- ê ứ<br />
s và ứ ( 2) ta có:<br />
<br />
πDL(βcu +Koσ'v tan ) 191,6 (13)<br />
191,6 <br />
β = K oσ'v tan / cu = 0,82 (14)<br />
πDL <br />
<br />
3.2.3 Thí nghi m n n tĩnh c c ơn xi m ng nh 11. L i ph n t trong mô h nh 3D<br />
t C n Thơ<br />
- Mô hình hóa bài toán -<br />
m m ợ tính + ĩ ê<br />
toán. Trong mô hình này, m v àm v v m<br />
m và m v m và<br />
ợ C m ợ m m ê<br />
b ợ “ ” ợ ợ<br />
b m ợ m<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
nh 12. Đ ng cong t i tr ng - chuy n vị nh 13. Đ ng cong t i tr ng-chuy n vị c a<br />
từ k t qu o c tr n hi n tr ng v từ thí nghi m. c a mô h nh 3D v K t qu s c<br />
mô hình toán. kh ng mặt b n v s c kh ng u c c.<br />
<br />
+ ứ m và m m v<br />
m à m b<br />
b m õ à à mứ b<br />
ó v C à à<br />
ứ + :<br />
m và ứ m bê m ứ ( , ứ bê<br />
à m ợ v<br />
Qs =fsAs πDL(βcu +Koσ'v tan ) (18)<br />
ứ m bê và ứ ó<br />
Ko - , Ko = 1-sin = 0,949;<br />
- , σ 'v - ứ ẳ ứ , σ'v γ 'L<br />
m ê m<br />
(kN/m2) = 80 (kN/m2);<br />
+ :<br />
C à , L, Cu<br />
ứ ( , ứ m<br />
ê ;<br />
m ợ v<br />
- ê ứ<br />
πD2<br />
Qt = α(1,3cu Nc +σ'v Nq +0,3γ 'DN γ ) (15) s và ứ ( ó<br />
4<br />
πDL(βcu +Koσ v tan ) 124,36<br />
'<br />
(19)<br />
ó<br />
124,36 <br />
D- m (m , D = 0,6 (m); β = K oσ 'v tan / c u = 0,4 (20)<br />
Nc, Nq, N - v =2o ’ πDL <br />
thì Nc = 6,57, Nq=1,34, N=0,292; 3.3. t số t n to n m p ỏn<br />
’ - ợ ( /m3), x ịn ệ số , <br />
’ , ; ó õ à và v<br />
cu - , <br />
( /m2), cu = 7,1 (kN/m2); m b m m và<br />
- v m m v<br />
à ợ ê ứ ợ ê ợ<br />
, ứ ợ b<br />
m ứ , ng = 0,5<br />
m bê và ứ m 0,84, = 0,4 0,82.<br />
v , khi Qult = 150 (kN), thì Qt = 25,64 - à m b<br />
(kN) và Qs = 124,36 (kN). Thay Qt vào công , ê , b<br />
ứ ( ó ê<br />
πD 2<br />
- à b ,<br />
α(1,3cu N c +σ 'v N q +0,3γ ' DN γ ) 25,64 (16)<br />
4 , b á<br />
25,64x4 =0,54 (17)<br />
α=<br />
πD (1,3c u N c +σ 'v N q +0,3γ ' DN γ )<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
n 3. ệ số , tạ m t số ị mt n ệm<br />
<br />
<br />
ị tr t n to n sứ ịu t ứ ịu t tớ ạn ( ) ệ số ệ số <br />
<br />
- 24 0,84 0,82<br />
<br />
- Cà 15 0,54 0,4<br />
ị tr t n to n sứ ịu t ứ ịu t tớ ạn ( ) ệ số ệ số <br />
<br />
Khe Ngang - 83,2 0,5 0,82<br />
<br />
Giang - 9,5 0,5 0,798<br />
<br />
ó - 6,2 0,65 0,81<br />
<br />
-C 27,5 0,694 0,814<br />
<br />
Hòa Xá - m 51,5 0,6 0,62<br />
<br />
Nhà máy Fuzi - 27,8 0,6 0,6<br />
<br />
<br />
4. ợ m<br />
ê ứ à à v m v<br />
m ê v à à b ê<br />
và Cà v à bê m ó<br />
ứ m và v m m v ó m và<br />
ứ m ĩ l ứ ẳ óm<br />
à 76,82% và 62,08%, m v m ,<br />
ĩ Cà à 135,53%. m<br />
- v và và<br />
m và v v<br />
b m ứ và m v à à<br />
ợ ê m<br />
v vv . m m<br />
phá ỡ m ợ v m ứ<br />
m ứ<br />
<br />
Qult Qs +Qt (21)<br />
πD 2<br />
Qult α(1,3cu N c +σ 'v N q +0,3γ' DN γ ) πDL(βc u +K oσ 'v tan ) (22)<br />
4<br />
<br />
ó σ 'v - ứ ẳ ứ σ'v γ 'L<br />
Ko - , o = 1-sin; (kN/m2);<br />
D- (m ;<br />
- , = 0,5 0,84;<br />
Nc. Nq. N - ;<br />
’ - ợ ( /m3); - , = 0,4 0,82.<br />
cu - L u ý khi l a ch n h s và nh sau: Khi<br />
( /m2); à m b<br />
ê , b ê<br />
à b J G<br />
b , , b ( -65. ISSN<br />
0868-279X.<br />
ứ à à 4. ĩ Ứ<br />
ợ m m m -<br />
v , ứ ê v và<br />
m phát 19. p. 86-<br />
88. ISSN 1859–4581.<br />
5 ĩ và ( Nghi n c u<br />
ng d ng c c xi m ng t cho ồng bằng sông<br />
ễ và ( Nghiên C u Long à<br />
c u c c gi i ph p Khoa h c Công ngh s a ợ m à ;<br />
ch a nâng c p c c c ng d i thuộc h th ng 6. ĩ ( Nghi n c u một s<br />
sông ồng v sông Th i B nh”. à y ut nh h ng n s c chịu t i c a c c xi<br />
à ợ m ng t thi công theo công ngh Jet – groutinh<br />
Nam à cho một s v ng t y u Vi t Nam<br />
2. ễ ( ng dẫn ĩ ợ<br />
thi t k thi công c c xi m ng t theo công m à<br />
ngh Jet Grouting à b và 7. Validation of Embeded piles – the Alzey<br />
. Bridge Pile Load Test. Plaxis 3D foundation<br />
3. ễ ễ Validation Manual Version 2.<br />
m v 8 ê J-08-40-94.<br />
ứ m<br />