Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng hút chân không kết hợp đắp đất và bấc thấm tại cao tốc hồ chí minh long thành dầu giây
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.63 MB, 96 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
_______________________________
TRỊNH VƯƠNG QUỐC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP
ĐẮP ĐẤT VÀ BẤC THẤM TẠI CAO TỐC HỒ CHÍ MINH – LONG THÀNH –
DẦU GIÂY
STUDY ON SOIL IMPROVEMENT BY VACUUM PRELOADING COMBINE
WITH SURCHARGE EMBANKMENT AND VERTICAL DRAIN AT HO CHI
MINH – LONG THANH – DAU GIAY EXPRESS WAY
Chuyên ngành
: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số
: 8580211
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023
Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG- HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. LÊ BÁ VINH
Cán bộ chấm nhật xét 01:
PGS. TS. NGUYỄN THÀNH ĐẠT
Cán bộ chấm nhận xét 02:
TS. TRẦN VĂN TUẨN
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 07 tháng 07 năm 2023.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. VÕ PHÁN
- Chủ tịch hội đồng
2. PGS.TS. DƯƠNG HỒNG THẨM
- Thư kí hội đồng
3. PGS.TS NGUYỄN THÀNH ĐẠT
- Ủy viên, Phản biện 01
4. TS. TRẦN VĂN TUẨN
- Ủy viên, Phản biện 02
5. PGS.TS. LÊ BÁ VINH
- Ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
PGS. TS. VÕ PHÁN
PGS. TS. LÊ ANH TUẤN
i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRỊNH VƯƠNG QUỐC
MSHV: 1970202
Ngày, tháng, năm sinh: 18/04/1988
Nơi sinh: Quảng Trị
Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
I.
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG
KẾT HỢP ĐẮP ĐẤT VÀ BẤC THẤM TẠI
CAO TỐC HỒ CHÍ MINH – LONG THÀNH – DẦU GIÂY
STUDY ON SOIL IMPROVEMENT BY VACUUM PRELOADING
COMBINE WITH SURCHARGE EMBANKMENT AND VERTICAL
DRAIN AT HO CHI MINH – LONG THANH – DAU GIAY
EXPRESS WAY
II.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Nhiệm vụ
Nghiên cứu này nhằm phân tích làm rõ những vấn đề như sau:
1) Phân tích ứng xử nền đất yếu khi sử dụng bấc thấm và gia tải hút chân
không kết hợp đắp đất trên cơ sở tương quan tính tốn giải tích, mơ
phỏng số và kết quả quan trắc;
2) Phân tích ngược hệ số cố kết C’h của đất nền từ số liệu quan trắc hiện
trường bằng phương pháp Asaoka;
3) Phân tích so sánh hai phương gia tải bằng hút chân không và gia tải
bằng đất đắp;
4) Phân tích cự ly bấc thấm phù hợp khi gia tải hút chân không kết hợp
đất đắp, qua đó tìm khoảng cách bấc thấm tối ưu.
2. Nội dung
ii
Luận văn gồm phần mở đầu, ba chương, kết luận và kiến nghị.
Chương 1 trình bày tổng quan về đề tài nghiên cứu.
Chương 2 tổng hợp các cơ sở lý thuyết và cơng trình nghiên cứu đã được thực
hiện. Bài toán cố kết thấm một chiều, cố kết hướng trục được xem xét trước. Tiếp
đó là lịch sử hình thành phát triển của bấc thấm và tính tốn bấc thấm. Cuối cùng
là những kiến thức về phương pháp gia tải chân không kết hợp với bấc thấm và gia
tải truyền thống, cùng với những đề xuất cho việc mô phỏng số cho bài toán ứng
xử đất nền của các phương pháp này.
Chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu, đánh giá tương quan giữa cơ sở
thực nghiệm với kết quả tính tốn giải tích và mơ phỏng số để kiểm chứng nghiên
cứu.
III. THỜI GIAN THỰC HIỆN LUẬN VĂN
Ngày giao nhiệm vụ:
06/02/2023
Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
12/06/2023
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
TS. NGUYỄN TUẤN PHƯƠNG
PGS. TS. LÊ BÁ VINH
Tp. HCM, ngày 13 tháng 06 năm 2023
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
PGS. TS. LÊ BÁ VINH
PGS. TS. LÊ BÁ VINH
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
PGS. TS. LÊ ANH TUẤN
iii
LỜI CẢM ƠN
Cảm ơn PGS.TS. Lê Bá Vinh đã hướng dẫn trong quá trình học tập, nghiên cứu
tại trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM. Kiến thức và kinh nghiệm của thầy là những
chỉ dẫn quý giá khi thực hiện luận văn này.
Cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa
Tp.HCM đã giúp tôi mở rộng những kiến thức về học thuật. Những kiến thức này là
tài sàn vô giá để tôi áp dụng vào thực tiễn sau này.
Cảm ơn các đồng nghiệp đã cung cấp những số liệu thực tế để làm cơ sơ hoàn
thành luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!
iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong những năm gần đây, dưới sự phát triển của ngành địa kĩ thuật và nhu cầu
về phát triển hạ tầng, các phương án xử lý nền đất yếu đã được nghiên cứu áp dụng
rộng rãi để cải thiện chất lượng nền móng cơng trình và tiết kiệm chi phí đầu tư xây
dựng.
Phương án gia tải chân không kết hợp đắp đất và bấc thấm là một trong những
biện pháp hiệu quả để xử lý nền đất yếu thơng qua việc đẩy nhanh q trình cố kết.
Áp dụng gia tải chân không đã giải quyết được những điểm yếu của phương pháp gia
tải bằng đất đắp truyền thống như giới hạn về độ ổn định của nền đất (hạn chế về
chiều cao đắp và bệ phản áp) và thời gian cố kết.
Nghiên cứu này kiểm chứng lại nghiên cứu về cố kết thấm của Terzaghi (1943),
lời giải của Hansbo (1979), của Indraratna (2005) và các tác giả khác áp dụng cho
ứng xử của nền đất yếu sử dụng bấc thấm dưới ảnh hưởng của gia tải chân không kết
hợp gia tải đất đắp. Các kết quả phân tích ngược từ số liệu quan trắc thực tế bằng
phương pháp Asaoka (1978) cũng được áp dụng để đánh giá độ lún cuối cùng và hệ
số cố kết thực tế C’h.
Phương pháp số được trình bày bằng cách sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mơ
phỏng q trình thi cơng dựa trên mơ hình phẳng của Indraratna (2000). Các thơng
số của bài tốn mơ phỏng được tính tốn áp dụng dựa trên các nghiên cứu gần đây
nhằm đưa ra mơ hình phù hợp để kiểm chứng với kết quả thực tế.
Kết quả của các bài tốn giải tích, mơ hình số và tương quan của chúng với kết
quả quan trắc có thể được dùng để tham khảo cho các lời giải của những dự án tương
tự sau này.
Từ khóa: Xử lý đất yếu, Cố kết, bấc thấm, gia tải đắp, gia tải chân không, Plaxis
v
ABSTRACT
In recent years, under the development of geotechnic field and the demand for
infrastructure development, the ground treatment have been studied and applied
widely to improve the quality of the ground, foundation and save construction
investment costs.
The option of vacuum pre-loading combined with soil surcharge and
prefabricated vertical drain (PVD) is one of the effective methods to improve soft
ground by accelerating the consolidation process. Vacuum loading solved the
weaknesses of the traditional filling method such as the limitation of the stability of
the ground (limitation of embankment height and counter berm) and consolidation
time.
This study verifies Terzaghi's consolidation theory (Terzaghi, 1943), Hansbo's
solution (Hansbo, 1979), Indraratna model (Indraratna, 2005), and relevant authors
applied to the prediction of the ground behavior under vacuum preloading combined
with surchange embankment and prefabricated vertical drain. The back analysis
results from the actual data by Asaoka (1978) also apply to evaluate the final
settlement and actual consolidation coefficient C’h.
Numerical methods presents using Plaxis 2D software to simulate the
construction and consolidation following the plane strain model by Indraratna (2000).
The parameters of Plaxis model are calculated and applied based on recent studies to
provide a suitable model for comparision to actual site data.
The results of analytic calculation, numerical models and their correlation with
the observed data can be used as a reference for future projects.
Keywords: Soft Soil Improvement, Consolidation, PVD, Prefabricated Vertical
Drain, Embankment, Vacuum preloading, Plaxis
vi
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tơi thực hiện. Các kết quả trong Luận
văn là đúng sự thật và chưa được sử dụng cho các luận án hay nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về cơng việc thực hiện của mình.
Tp. HCM, ngày12 tháng 6 năm 2023
TRỊNH VƯƠNG QUỐC
vii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ................................................................................. iv
ABSTRACT ..................................................................................................................... v
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... vi
MỤC LỤC ..................................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................ x
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... xiii
DANH MỤC KÝ HIỆU ................................................................................................ xiv
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... 1
2.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU................................................................................ 2
3.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................... 2
4.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 2
5.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ......................................................... 3
6.
CẤU TRÚC LUẬN VĂN .................................................................................... 3
7.
GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................... 4
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BẤC THẤM VÀ GIA TẢI HÚT
CHÂN KHÔNG ............................................................................................................... 5
ỨNG DỤNG BẤC THẤM TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT ................................. 5
Sự ra đời của bấc thấm .................................................................................... 5
Tính chất của bấc thấm .................................................................................... 6
viii
Q trình thi cơng bấc thấm ............................................................................. 8
GIA TẢI BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG TRONG CẢI TẠO NỀN ................... 11
Giới thiệu về gia tải hút chân không .............................................................. 11
Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng .................................................................... 15
Địa chất của đoạn cao tốc Tp. HCM – Long Thành – Dầu Giây ..................... 15
NHẬN XÉT CHƯƠNG 1 ................................................................................... 16
CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 18
PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH ............................................................................ 18
Cố kết............................................................................................................ 18
Lý thuyết cố kết một chiều của Terzaghi........................................................ 20
Lý thuyết cố kết thấm hướng trục .................................................................. 22
Các phương án bố trí bấc thấm ...................................................................... 23
Ảnh hưởng của vùng xáo trộn........................................................................ 24
Cố kết do gia tải chân khơng.......................................................................... 26
Dự đốn độ lún tổng theo Asaoka .................................................................. 28
Ảnh hưởng của thời gian gia tải tới độ cố kết ................................................. 30
Hệ số ứng suất đối với tải đắp........................................................................ 31
Chuyển vị ngang của chân mái dốc .............................................................. 32
PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN MƠ PHỎNG BÀI TỐN SCM+VCM
.................................................................................................................................... 33
Mơ hình nền phẳng ........................................................................................ 33
Giới Thiệu Plaxis 2D ..................................................................................... 35
Mơ Hình Đàn Hồi Tuyến Tính (LE) .............................................................. 35
Mơ Hình Mohr-Coulomb (MC) ..................................................................... 36
Mơ Hình Hardening Soil (HS) ....................................................................... 38
Mơ Hình Soft Soil (SS) ................................................................................. 41
Ứng xử hút chân khơng của mơ hình Plaxis ................................................... 42
Thơng Số Của Mơ Hình................................................................................. 43
NHẬN XÉT CHƯƠNG 2 ................................................................................... 46
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU...................................................................... 47
ix
ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH ......................................................... 47
ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ ........................................................................ 49
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH BẤC THẤM .................. 52
CƠ SỞ THỰC NGHIỆM ................................................................................... 53
KẾT QUẢ TÍNH TỐN GIẢI TÍCH ................................................................ 56
ĐỘ LÚN TỔNG THEO ASAOKA VÀ TÍNH NGƯỢC HỆ SỐ C’h ................ 56
KẾT QUẢ MƠ PHỎNG SỐ BẰNG PLAXIS 2D.............................................. 58
KHOẢNG CÁCH PVD TỐI ƯU ....................................................................... 65
NHẬN XÉT CHƯƠNG 3 ................................................................................... 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 67
1.
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 67
2.
KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 68
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 69
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 71
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ........................................................................................... 79
x
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Ngun lý của giếng thấm ......................................................................... 5
Hình 1.2 Bấc thấm của Kjellman (1947) .................................................................. 6
Hình 1.3 Máy đóng bấc thấm ................................................................................... 6
Hình 1.4 Lưu lượng thốt nước của bấc thấm dự án................................................. 8
Hình 1.5 Định vị bấc thấm ....................................................................................... 9
Hình 1.6 Phương pháp khoan bấc thấm ................................................................... 9
Hình 1.7 Phương pháp neo bấc thấm ..................................................................... 10
Hình 1.8 Sơ đồ phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải bằng đất đắp và hút chân không
(Menard, 2020) [1] ................................................................................................ 11
Hình 1.9 Lắp đặt hệ thống thốt nước ngang và màng kín khí ............................... 12
Hình 1.10 Sơ đồ phương pháp hút chân khơng có màng (Indraratna, 2005) ........... 13
Hình 1.11 Gia tải chân khơng khơng có màng kín khí (Indraratna, 2005) .............. 14
Hình 1.12 Các bước thi cơng gia tải chân khơng .................................................... 14
Hình 1.13 Mặt cắt địa chất đoạn cao tốc và các phương án xử lý nền đất yếu (VEC,
2009) [5] ............................................................................................................... 16
Hình 2.1 Nguyên lý cố kết một chiều..................................................................... 18
Hình 2.2 Chỉ số nén và chỉ số nở ........................................................................... 20
Hình 2.3 Mơ hình cố kêt thấm một chiều ............................................................... 20
Hình 2.4 Mơ hình cố kết thấm hướng trục ............................................................. 22
Hình 2.5 Hai phương án phổ biến bố trí PVD: a) Hình vng b) Tam giác ............ 24
Hình 2.6 Sơ đồ vùng ảnh hưởng PVD.................................................................... 25
Hình 2.7 Cần khoan và vùng ảnh hưởng (Rixner et al. 1986) ................................. 25
Hình 2.8 Ngun lý cố kết chân khơng (Chu et al, 2005) [9] ................................. 27
Hình 2.9 Trạng thái ứng suất dưới các phương pháp gia tải ................................... 28
Hình 2.10 Biểu đồ minh họa phương pháp Asaoka ................................................ 29
Hình 2.11 Gia tải tuyến tính................................................................................... 30
Hình 2.12 Lời giải theo phương pháp đồ thị (Gerscovich et al. 2018) .................... 30
Hình 2.13: Biểu đồ hệ số phân bố ứng suất cho tải đắp (Osterberg, 1957) ............. 32
xi
Hình 2.14 Ứng xử chuyển vị ngang của nền (Manh Duc Nguyen, 2017) ............... 32
Hình 2.15 Biến đổi từ mơ hình đối xứng trục sang mơ hình phẳng ........................ 34
Hình 2.16 Quan hệ ứng suất - biến dạng của mô hình LE ...................................... 36
Hình 2.17 Quan hệ ứng suất - biến dạng mơ hình MC ........................................... 36
Hình 2.18 Trạng thái phá hoại M-C (Craig, 2004) ................................................. 37
Hình 2.19 Mặt dẻo mơ hình M-C (Plaxis Manual) ................................................ 38
Hình 2.20 Thơng số độ cứng theo thí nghiệm ba trục thốt nước (Plaxis Manual) . 40
Hình 2.21 Mặt dẻo của mơ hình HS (Plaxis Manual) ............................................. 40
Hình 2.22 Phương pháp nội suy số mũ độ cứng (Obrzud, 2018) ............................ 40
Hình 2.23 Mặt Dẻo của mơ hình Soft Soil (Plaxis Manual) ................................... 41
Hình 2.24 Thơng số mơ hình dựa trên đường quan hệ ứng suất - biến dạng ........... 42
Hình 2.25 Mặt cắt ngang phương án gia tải (Posco E&C, 2010) ............................ 43
Hình 2.26 Mơ hình phần mềm Plaxis ..................................................................... 44
Hình 2.27 Các cấp gia tải thực tế và mơ hình Plaxis .............................................. 46
Hình 3.1 Phân bố áp lực chân không trong bấc thấm ............................................. 48
Hình 3.2 Các cấp gia tải theo thời gian .................................................................. 48
Hình 3.3 Tính tốn độ lún khi xét đến gia tải theo thời gian ................................... 49
Hình 3.4 Lưới biến dạng của nền dưới tải chân khơng ........................................... 50
Hình 3.5 Phổ chuyển vị đứng của nền Uy .............................................................. 51
Hình 3.6 Phổ chuyển vị ngang của nền Ux ............................................................ 51
Hình 3.7 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.................................................................. 51
Hình 3.8 Biểu đồ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ......................................... 52
Hình 3.9 Bản đồ dự án cao tốc HCM- LT- DG ...................................................... 53
Hình 3.10 Kết quả quan trắc lún ............................................................................ 55
Hình 3.11 Biểu đồ Độ lún theo thời gian ............................................................... 56
Hình 3.12 Dự báo độ lún theo Asaoka ................................................................... 57
Hình 3.13 Biểu đồ độ cố kết theo tỉ số hệ số thấm Ch/ Cv....................................... 58
Hình 3.14 Biểu đồ giá trị lún theo thời gian ........................................................... 59
Hình 3.15 Lưới mơ phỏng ..................................................................................... 59
Hình 3.16 Lưới biến dạng sau khi cố kết ............................................................... 60
xii
Hình 3.17 Phổ biến dạng phương đứng Uy............................................................. 60
Hình 3.18 Phổ biến dạng phương ngang Ux ........................................................... 60
Hình 3.19 Phổ Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư sau khi cố kết .................................. 61
Hình 3.20 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng trong PVD (-9.6m).................................... 61
Hình 3.21 So sánh chuyển vị ngang quan trăc và chuyển vị ngang mô phỏng (t=355
ngày, x=122m) ...................................................................................................... 62
Hình 3.22 Biểu đồ so sánh tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư........................... 63
Hình 3.23 Biểu đồ độ lún khi gia tải bằng 2 phương pháp: .................................... 63
Hình 3.24 So sánh cố kết chân khơng và gia tải đắp (Indraratna, 2016) ................. 64
Hình 3.25 Độ cố kết theo các khoảng cách PVD.................................................... 65
Hình 3.26 Biểu đồ quan hệ U% và S...................................................................... 65
Hình P.1 Lưới biến dạng phương án chỉ hút chân khơng........................................ 71
Hình P.2: Lưới biến dạng phương án chỉ gia tải đắp .............................................. 71
Hình P.3 Phổ chuyển vị ngang gia tải chân khơng ................................................. 72
Hình P.4: Phổ chuyển vị ngang gia tải đất đắp ....................................................... 72
xiii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Một số loại bấc thấm phổ biến (Bo et al. 2003) ......................................... 7
Bảng 2.1 Đường kính vùng xáo trộn ...................................................................... 26
Bảng 2.2 Thơng số mơ hình MC ............................................................................ 38
Bảng 2.3 Thơng số cơ bản mơ hình HS.................................................................. 39
Bảng 2.4 Thơng số cơ bản mơ hình Soft Soil ........................................................ 42
Bảng 2.5 Thông số đầu vào mô hình Plaxis ........................................................... 44
Bảng 3.1 Thơng số địa chất tại vị trí nghiên cứu [5]............................................... 54
Bảng 3.2 Hệ số cố kết trung bình ........................................................................... 58
Bảng P.1 Dữ liệu chiều cao đắp đất ....................................................................... 73
Bảng P.2 Độ lún từng cấp tải và độ lún hiệu chỉnh ................................................ 73
Bảng P.3 Kết quả tính tốn lún của các phương pháp ............................................ 75
Bảng P.4 Dữ liệu dự báo lún theo phương pháp Asaoka ........................................ 76
Bảng P.5 Kết quả độ cố kết theo các giả thiết về hệ số cố kết ngang ...................... 77
Bảng P.6 Chuyển vị ngang quan trắc ..................................................................... 78
Bảng P.7 Chuyển vị ngang Plaxis .......................................................................... 78
xiv
DANH MỤC KÝ HIỆU
av
:
Hệ số nén
Cv
:
Hệ số cố kết đứng
Ch
:
Hệ số cố ngang (cố kết hướng trục)
dw
:
Đường kính tương đương bấc thấm
ds
:
Đường kính tương đương vùng xáo trộn (smear zone)
de
:
Đường kính tương đương vùng ảnh hưởng bấc thấm
e
:
Hệ số rỗng của đất
H
:
Chiều dày lớp đất yếu
k v & kh
:
Hệ số thấm của nền
ks
:
Hệ số thấm vùng xáo trộn
l
:
Chiều dài đường thấm
mv
:
Hệ số nén thể tích
po
:
Áp lực chân khơng
p
:
Áp lực
S
:
Giá trị độ lún
t
:
Thời gian
Th
:
Nhân tố thời gian
u
:
Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư
U
:
Độ cố kết
z
:
Độ sâu
σ
:
Ứng suất
σ’
:
Ứng suất có hiệu
ε
:
Biến dạng
γw
:
Trọng lượng riêng của đất
PVD
: Bấc thấm (Prefabricated Vertical Drains)
SCM
: Gia tải bằng đất đắp
VCM
: Gia tải bằng chân không
1
MỞ ĐẦU
1.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải bằng đất đắp và hút chân không là một
trong những phương pháp cải tạo đất hiệu quả nhất hiện nay. Phương pháp này bao
gồm việc đặt các giếng thấm vào đất, sau đó tạo ra áp suất gia tải (bằng đất đắp hoặc/
và hút chân không) để thúc đẩy quá trình cố kết của đất.
Phương pháp này sử dụng áp lực chân không như một lớp gia tải để đẩy nhanh
quá trình cố kết của đất yếu. Áp lực chân không được sử dụng khoảng 60-80 kPa (Áp
lực chân khơng của khí quyển tối đa là 100kPa).
Kết quả của phương pháp này là đẩy nhanh quá trình cố kết, cải thiện tính ổn định
của cơ sở hạ tầng/ nền móng.
Phương pháp cố kết chân khơng được phát kiến năm 1952 ở Thụy Điển bởi W.
Kjellman và bắt đầu phát triển ở Thụy Điển và Nhật Bản trong những năm 60 của thế
kỉ trước. Ở Việt Nam, phương pháp này được sử dụng phổ biến trong các dự án xây
dựng cơ sở hạ tầng gần đây, đặc biệt là trên các khu vực đất yếu và dễ nén lún. Các
dự án tiêu biểu sử dụng phương pháp này gồm dự án mở rộng cảng Cái Mép - Thị
Vải, cao tốc HCM – LT - DG, một số dự án cao tầng: WaterFont, Mizuki Park… ở
xung quanh Tp. Hồ Chí Minh.
Hiện tại, trong hệ thống tiêu chuẩn việt nam, đã có tiêu chuẩn thi cơng và nghiệm
thu (TCVN 9842:2013 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết hút chân khơng
có màng kín khí trong xây dựng các cơng trình giao thơng – thi cơng và nghiệm thu),
tuy nhiên, các tài liệu để phục vụ cho công tác thiết kế là còn hạn chế.
Nghiên cứu này tổng hợp các nghiên cứu gần đây ở trong và ngoài nước về ứng
xử của nền đất yếu dưới tác động của gia tải đắp và hút chân không, kiểm chứng với
số liệu quan trắc thực tế từ dự án cao tốc Tp. HCM – Long Thành – Dầu Giây, nhằm
đưa ra những tham khảo hữu ích cho việc tính tốn và áp dụng phương án bấc thấm
kết hợp gia tải và hút chân không trong các dự án sau này.
2
2.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này nhằm phân tích làm rõ những vấn đề như sau:
1) Phân tích và kiểm chứng ứng xử cố kết khi sử dụng bấc thấm và gia tải
hút chân không kết hợp đắp đất trên cơ sở kết quả tính tốn giải tích, mơ
phỏng số và kết quả quan trắc;
2) Phân tích ngược hệ số cố kết C’h của đất nền từ số liệu quan trắc hiện
trường bằng phương pháp Asaoka; qua đó đề xuất biên độ phù hợp về giả
thiết tỉ số hệ số cố kết hướng trục và cố kết đứng trong tiêu chuẩn TCCS
41: 2022/ TCĐBVN - Tiêu chuẩn khảo sát, thiết kế nền đường ơ tơ trên
nền đất yếu.
3) Phân tích so sánh hai phương gia tải bằng hút chân không và gia tải bằng
đất đắp để đánh giá hiệu quả của phương pháp gia tải hút chân khơng;
4) Phân tích cự ly bấc thấm phù hợp khi gia tải hút chân khơng kết hợp đất
đắp, qua đó đánh giá khoảng cách bấc thấm phù hợp khi hút chân không
phù hợp với yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế.
3.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng của luận văn này là ứng xử của nền đất yếu khi được cải tạo bằng bấc
thấm, gia tải đất đắp kết hợp hút chân không. Các ứng xử của nền đất yếu như chuyển
vị, hệ số cố kết, áp lực nước lỗ rỗng và tương quan về hiệu quả giữa các phương án
gia tải sẽ được tập trung nghiên cứu.
Phạm vi của luận văn này là nền đất yếu được xử lý bằng phương pháp gia tải
đắp đất kết hợp hút chân không của dự án Cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu
Giây ở đoạn KM18+725.9 đến KM18+989.8.
4.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp thống kê
Thu thập, phân tích, tổng hợp, kế thừa các nghiên cứu đã có.
3
Cải tạo nền đất yếu bằng phương án bấc thấm và gia tải đắp đã có các nghiên cứu
đầy đủ qua các cơng trình tiêu biểu của Terzaghi (Terzaghi, 1943), Baron (Baron,
1948), Hansbo (Hansbo, 1979), Indraratna (Indraratna, 1998)…
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ, phương pháp gia tải
hút chân ngày càng trở nên phổ biến, các mơ hình phân tích ứng xử của đất nền trong
phương pháp này trở thảnh chủ để được quan tâm nghiên cứu qua các cơng trình của
Bergado (2002), Chen (Chen et al., 2007), Indranatna (Indranatna et al., 2011).
Phương pháp mô phỏng số
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PLAXIS 2D v20) mơ phỏng q trình
thi cơng, so sánh kết quả mơ phỏng với kết quả tính tốn và quan trắc thực tế để kiểm
chứng nghiên cứu.
5.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Nghiên cứu này xác định được các ứng xử về chuyển vị, hệ số cố kết, thời gian
cố kết, khoảng các bấc thấm trong công tác dự báo độ lún khi xử lý nền đường đắp
trên đất yếu có gia tải hút chân khơng.
Nghiên cứu đề xuất giá trị giả thiết thích hợp về hệ số cố kết hướng trục so với
hệ số cố kết đứng sử dụng trong tính tốn dự báo lún khi xử lý đất yếu có gia tải hút
chân khơng.
Có thể tham khảo nghiên cứu để dự báo ứng xử của đất nền khi xử lý đất yếu có
gia tải hút chân khơng trong công tác thiết kế hạ tầng và đường giao thông.
6.
CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Luận văn gồm các phần: Mở đầu, 3 chương, Kết luận và kiến nghị.
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu bấc thấm và gia tải hút chân khơng
Giới thiệu tồn cảnh về bấc thấm và gia tải hút chân khơng cùng với lịch sử hình
thành và ứng dụng.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Tổng hợp các mơ hình lý thuyết và cơng trình nghiên cứu đã được thực hiện. Bài
toán cố kết thấm một chiều, cố kết hướng trục được xem xét trước. Tiếp đó là lịch sử
4
hình thành phát triển của bấc thấm và tính tốn bấc thấm. Cuối cùng là những nghiên
cứu về bài toán gia tải đồng thời: hút chân không kết hợp với bấc thấm và gia tải
truyền thống, cùng với những đề xuất cho việc mô phỏng số cho ứng xử của nền đất
yếu khi áp dụng các phương pháp này.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
Trình bày phương pháp nghiên cứu nhằm đạt được các mục tiêu nghiên cứu; trình
bày các dữ liệu cơ bản để làm cơ sở thực nghiệm của luận văn; trình bày kết quả
nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu dựa trên tương quan giữa cơ sở thực
nghiệm với kết quả tính tốn giải tích, kết quả mô phỏng số.
7.
GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này tập trung phân tích ứng xử cố kết của nền đất yếu dưới tác dụng
của gia tải chân không và gia tải đắp kết hợp với bấc thấm với giả thiết từ bài toán cố
kết là nền đồng nhất và hệ số cố kết là không thay đổi.
Nghiên cứu này chưa xem xét đến sự thay đổi hệ số thấm, phân tích hệ số thấm
của vùng xáo trộn, cũng như sự gia tăng sức chống cắt của nền khi gia tải.
5
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BẤC THẤM VÀ
GIA TẢI HÚT CHÂN KHÔNG
ỨNG DỤNG BẤC THẤM TRONG CẢI TẠO NỀN ĐẤT
Sự ra đời của bấc thấm
Theo các khái niệm cơ bản của cơ học đất, khi áp một tải trọng bên ngồi trên
một lớp đất có hệ số thấm thấp sẽ gây ra áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, áp lực nước
lỗ rỗng thặng dư tiêu tán bằng cách thoát ra khỏi đất (q trình cố kết), theo đó là sự
tăng dần tương ứng của ứng suất hữu hiệu.
Quá trình cố kết sẽ tiếp tục cho đến khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán hết.
Thời lượng của q trình này phụ thuộc vào các đặc tính cố kết của đất và tỉ lệ thuận
với độ dài đường thoát nước.
Bấc thấm là ý tưởng hữu hiệu để giảm chiều dài của đường thốt nước và qua đó
làm giảm thời gian cố kết. Ý tưởng này đã trở thành một trong những ứng dụng phổ
biến trong việc cải tạo nền đất.
Hình 1.1 Nguyên lý của giếng thấm
Việc sử dụng giếng thấm bằng cát được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1925 và
được cấp bằng sáng chế vào năm 1926, bởi Daniel D. Moran.
Một số thí nghiệm về hệ thống giếng thấm đầu tiên được thực hiện đầu tiên vào
năm 1934 và đặt nền móng cho sự phát triển của phương pháp này.
6
Nghiên cứu lâu đời nhất và có kết quả hiện trường đầy đủ nhất về giếng thấm
được Hansbo tiến hành năm 1957 ở Edeby, Thụy Điển. Cát trong các giếng thấm này
được đóng gói thành ống dạng lưới bằng sợi tổng hợp, có đường kính 0,18m.
Loại bấc thấm đầu tiên được giới thiệu được phát minh ở Thụy Điển bởi Walter
Kjellman và đồng nghiệp của ông tại Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (Kjellman, 1947).
Bấc thấm này được làm bằng hai tấm bìa cứng dán lại với nhau, kích thước bên ngoài
100mm x 3mm và bao gồm mười rãnh dọc rãnh bên trong - rộng 3 mm và dày 1 mm
(Hình 1.1). Một chiếc máy đặc biệt có khả năng lắp bấc các tông xuống độ sâu 14m
cũng được phát triển (Hình 1.3).
Hình 1.2 Bấc thấm của Kjellman
(1947)
Hình 1.3 Máy đóng bấc thấm
(Kjellman, 1947)
Ứng dụng thực tế của bấc thấm khơng thực sự rộng rãi cho đến khi có sự ra đời của
Geodrain, được phát triển tại Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển với sự hợp tác với Perstorp
AB và O’rebro Pappersbruk AB (Boman, 1973). Bấc thấm này cấu tạo bởi một lõi
nhựa được bao quanh bởi lưới lọc.
Tính chất của bấc thấm
7
Sau một số ứng dụng thành công của Geodrains, một số lượng lớn dải bấc thấm,
có ít nhiều đặc điểm giống nhau nhưng thoát nước khác nhau hiệu quả, đã được phát
triển.
Bảng 1.1 Một số loại bấc thấm phổ biến (Bo et al. 2003)
Loại
Lõi
Lưới lọc
Kích thước (mm)
Kjellman
Paper
Paper
100 x 3
PVC
PVC
None
100 x 2
Geodrain
PE
Cellulose
95 x 4
mebradrain
PP
PP or PES
93 x 4
Alidrain
PE
PES
100 x 6
Colband
PES
PES
100 x 6
Hitek
PE
PP
100 x 6
Castle Board
PL
PES
100 x 4
Ameridrain
PP
PP
100 x 3
Flexidrain
PP
PP
100 x 4
Flodrain
PE
PE
100 x 4
Tafnel
NIL
PP
100 x 7,5
Hongplast
PP
PP
100 x 3,8
Technodrain
PV
PP
100 x 3,5
Ali wick
PE
PP
100 x 3,0
Bidim
NIL
PES
100 x 4,0
Desol
PL
NIL
98 x 2-3
2 Jute burlog
98-100 x 2-3
Fibredrain
4 Coir
Strands
Bando
Paper
PVC
96 x 2.9
OV Drain
PES
PES
103
PES
PES
105
PVC
PP
100
Solpac
Charbonneay
CN drain
8
Với kỹ thuật sản xuất bấc thấm hiện nay, lưu lượng thốt nước của bấc thấm có
thể đạt hơn 500m3/năm (kết quả thí nghiệm vật liệu PVD của dự án), và có thể khoan
sâu tới độ sâu 40m.
Hình 1.4 Lưu lượng thoát nước của bấc thấm dự án
Cao tốc TPHCM - LT- DG (Posco E&C, 2010)
Q trình thi cơng bấc thấm
Trải lớp đệm cát
Tạo một thảm cát dày khoảng (50 - 80) cm trên nền đất bão hoà để tạo
mặt bằng làm việc.
Toàn bộ mặt bằng phải có cao độ lớn hơn cao độ ngập nước tại khu vực
thi cơng ít nhất 1m.
Đánh dấu vị trí PVD
Dùng toàn máy toàn đạc định vị và đánh dấu vị trí sẽ cắm PVD bằng
cọc tre.
Sai số cho phép là thường khoảng 10mm.
9
Hình 1.5 Định vị bấc thấm
Cắm bấc thấm
Di chuyển máy khoan bấc đến vị trí đánh dấu.
Chuẩn bị bấc thấm, đánh dấu chiều dài để kiểm tra chéo thiết bị đo
Lắp đặt bấc thấm lên giàn khoan và khoan thử để kiểm tra thiết bị đo
và chiều sâu khoan thực tế.
Sau khi kiểm tra thiết bị, tiếp tục khoan thử để kiểm tra chiều sâu cần
xử lý nền. Khoảng cách khoan thử là 9m.
Trục ép (dự án dùng kích thước 140mm x 70mm) được dùng để khoan
bấc thấm.
Tấm neo (dự án dùng kích thước 190mm x 90mm) được lắp vào bấc
thấm.
Các đoạn nối sẽ được thực hiện bằng ghim bấm với chiều dài chồng
mép cho phép tối thiểu là 150mm.
Khi trục khoan được kéo lên, bấc thấm sẽ được cắt đi. Bấc thấm được
kiến nghị cắt cao hơn mặt đất 200mm.
Hình 1.6 Phương pháp khoan bấc thấm
