Tính toán sức chịu tải của cọc xi măng đất tạo bởi Jet grouting: Lý thuyết – Mô hình số - Thí nghiệm hiện trường

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