Thảo luận chuyên đề: “Tính toán ổn định mái dốc trên nền đất yếu có và không có cọc BTCT bằng các phương pháp cân bằng giới hạn (LEM) và phần tử hữu hạn (FEM)”

38

Giới thiệu

Hiện nay vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại về phương pháp tính, phần mềm áp dụng, và tiêu chuẩn thiết kế trong tính toán ổn định mái dốc trên nền đất yếu, đặc biệt là trong trường hợp có gia cố bằng cọc BTCT. Để làm rõ hơn các vấn đề vừa nêu, VSSMGE-S đã tổ chức 2 buổi thảo luận chuyên đề về “Tính toán ổn định mái dốc trên nền đất yếu có gia cố cọc BTCT bằng các phương pháp cân bằng giới hạn (LEM) và phần tử hữu hạn (FEM)” vào các ngày 23/10 và 16/11/2021 tại TP Hồ Chí Minh. Các thành viên tham gia thảo luận được chia thành các nhóm để cùng tính toán hệ số an toàn FS của một mái dốc đắp trên nền đất yếu có và không có cọc BTCT bằng phương pháp LEM sử dụng phần mềm Geostudio-SLOPE/W và phương pháp FEM sử dụng phần mềm Plaxis-2D. Các kết quả tính toán được cùng nhau phân tích, thảo luận để rút ra những bài học kinh nghiệm trong tính toán thiết kế.

Nội dung thảo luận

Vấn đề được đặt ra để tính toán và thảo luận là một mái dốc tiêu biểu, có chiều cao H = 3.8 m, hệ số mái dốc m = 2.5, đắp trên nền đất yếu có chiều dày 12 m: từ 0 đến 2 m là sét phong hóa, từ 2 m đến 12 m là sét yếu, và dưới cùng là lớp sét dẻo cứng. Thông số đầu vào của đất đắp và đất nền được tóm tắt trong Bảng 1.

Hệ số an toàn chống trượt FS được tính toán cho các trường hợp và phương pháp tính như sau:
• Trường hợp không có cọc BTCT:

LEM theo 2 phương pháp Fellenius và Bishop.
FEM theo phương pháp triết giảm phi-c: FS = Msf.

• Trường hợp có 1 hàng cọc BTCT tiết diện 400mmx400 mm, bố trí cách khoảng 1.2 m, 2.0 m, và 2,8 m tương ứng với S = 3d, 5d, và 7d:

LEM theo phương pháp Bishop, lực kháng trượt của cọc tính theo lực kháng cắt của cọc bê tông cốt thép, Qc.
LEM theo phương pháp Bishop, lực kháng trượt của cọc là áp lực đất bị động tác dụng lên cọc, Pp, tính theo Broms (1964).
FEM theo phương pháp triết giảm phi-c, cọc BTCT mô phỏng theo phần tử Plate – Elastic
FEM theo phương pháp triết giảm phi-c, cọc BTCT mô phỏng theo phần tử Plate – Elastic với mô men kháng nứt của cọc, Mp.

Kết quả tính toán được tóm tắt trong Bảng 2 và ở Hình 1 đến Hình 8.

Hình 1. Không có cọc: tính theo LEM – Bishop, FS = 1.086
Hình 2. Không có cọc: tính theo LEM – Fellenius, FS = 1.066
Hình 3. Không có cọc: tính theo FEM, FS = 1.087
Hình 4. Có cọc S = 5d: LEM tính theo lực cắt Qc, FS = 1.360
Hình 5. Có cọc S = 5d: LEM tính theo áp lực đất bị động Pp , FS = 1.438
Hình 6. Có cọc S = 5d: FEM tính cọc theo mô hình Elastic, FS = 1.372
Hình 7. Có cọc S = 5d: FEM tính cọc theo mô hình Elasto-plastic, FS = 1.179
Hình 8. Có cọc S = 7d: FEM tính cọc theo mô hình Elasto-plastic, FS = 1.158

Kết luận

Từ kết quả tính toán và thảo luận, rút ra được một số kết luận như sau:
• Hệ số an toàn FS tính theo FEM và LEM cho trường hợp không có cọc BTCT có giá trị gần như nhau.
• Hệ số FS tính theo phương pháp cổ điển Fellenius và Bishop không chênh lệch đáng kể, phù hợp với lý thuyết, FS tính theo sức kháng cắt không thoát nước có giá trị gần như nhau với tất cả các phương pháp LEM thỏa mãn phương trình cân bằng momen (Low, 1990; Long et al., 1996). Vì vậy, lấy hệ số an toàn cho phép [FS] = 1.2 khi tính theo phương pháp phân mãnh cổ điển (Fellenius) và [FS] = 1.4 nếu tính theo phương pháp Bishop như qui định trong TCVN 9355:2013 và 22TCN 262:2000 cần phải được xem xét lại.
• Khi tính hệ số an toàn theo LEM, cần phải kiểm tra cho cả 2 cơ chế phá hoại: theo sức kháng cắt của cọc BTCT và theo áp lực đất bị động tác dụng lên cọc.
• Hệ số an toàn tính theo FEM có giá trị thay đổi không đáng kể trong khi khoảng cách cọc thay đổi tử 3d đến 7d, điều này có thể không phù hợp với thực tế. Vì vậy, cần phải có nghiên cứu thêm khi sử dụng phương pháp FEM để tính toán hệ số an toàn cho trường hợp có cọc BTCT.

Tài liệu tham khảo

Broms, B. (1964). “ Lateral Resistance of Pile in Cohesionless Soil,” Journal of Soil Mechanics Foundation Division, ASCE, 90(SM3), pp. 123-156.
Long, P.V., Bergado, D. T., Balasubramaniam, A.S., (1996), “Stability Analusis of Reinforced and Unreinforced Embankments on Soft Ground”, Geosynthetics International, Vol. 3, No. 5, 583-604.
Low, B. K., (1989), “Stability Analysis of Embankments on Soft Ground”, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 115, No. 2, pp. 211-222.

Phạm Văn Long

Chủ tịch Chi hội CHĐ & ĐKTCT Miền Nam (VSSMGE-S).

Email: longvinamekong@gmail.com

Hồ Lê Huy

Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng Vina Mekong (VMEC).

Email: lehuyvmec@gmail.com