ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----[\-----

NGUYỄN TẤN BẢO LONG

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI
NỀN ĐƯỜNG ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG CỘT ĐẤT
TRỘN XI MĂNG VÀ CÁC LỚP GIA CƯỜNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành:

60. 58. 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2009


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. LÊ BÁ VINH

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày..........tháng..........năm 2009


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày
tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN TẤN BẢO LONG
Ngày, tháng, năm sinh: Ngày 07 tháng 10 năm 1980
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Khoá (năm trúng tuyển): 2007

Giới tính: Nam
Nơi sinh: Tiền Giang
MSHV: 00907759

1- TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐƯỢC GIA CỐ
BẰNG CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG VÀ CÁC LỚP GIA CƯỜNG.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

2.1 NHIỆM VỤ
Dùng các phương pháp giải tích và phương pháp số phân tích các ứng xử của nền đất
yếu được gia cố cột đất xi măng, từ đó đưa ra phương pháp thích hợp nhất.
2.2 NỘI DUNG
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu.
Chương 2. Phân tích sự phân bố ứng suất trong nền đất gia cố cột đất xi măng
Chương 3. Phân tích sự lún lệch giữa cột và đất xung quanh trong nền đất gia cố
Chương 4. Phân tích sự biến dạng theo độ sâu của cột và đất nền.
Chương 5. Phân tích lún ổn định của bản thân khối gia cố.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

ngày……tháng .......năm 2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

ngày……tháng .......năm 2009

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. LÊ BÁ VINH

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. LÊ BÁ VINH

CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH

TS. VÕ PHÁN



~1~

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài :
Trong giai đoạn Cơng Nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước, chúng ta đã, đang
và sẽ xây dựng rất nhiều công trình ngày càng cao hơn, sâu hơn, lớn hơn và
nặng hơn. Song song đó là nhu cầu xây dựng hệ thống đường giao thông
nhằm phục vụ sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh quốc
phòng cũng ngày càng cấp thiết.
Thực tế, do điều kiện địa chất cũng như diện tích lãnh thổ bắt buộc chúng ta
phải xây dựng những cơng trình trên đất yếu, cơng trình lấn biển. Hàng loạt
các phương thức xây dựng nền móng, xử lý đất yếu mới được đưa vào Việt
Nam trong những thập niên vừa qua như: cọc Barrette, cọc nhồi đường kính
lớn, gia tải kết hợp với bấc thấm – vải địa kỹ thuật, hút chân không, cọc cát,
cọc đất-xi măng…Tuy nhiên, việc xây dựng cơng trình trên nền đất yếu đã
gặp khơng ít khó khăn trong cơng tác xử lí đất yếu. Và một số biện pháp xử lí
đất yếu truyền thống chưa mang lại hiệu quả như mong muốn, vẫn còn mặt
hạn chế, chẳng hạn như:
 Giải pháp móng cọc dễ gây ra hiện tượng nền nhà sau thời gian sử dụng
sẽ bị vồng lên hay lõm xuống do đất nền cố kết.
 Giải pháp gia tải kết hợp giếng cát, bấc thấm, hạn chế về thời gian thi
công, hơn nữa trong thi công bấc thấm rất dễ gây gãy bấc thấm làm đất
nền không cố kết được.
 Giải pháp bơm hút chân không dễ gây ra hiện tượng nền đất yếu gần mặt
đất bị nứt nẻ, hơn nữa chi phí khá đắt.
Trong hồn cảnh đó, phương pháp xử lí đất yếu bằng trụ đất-xi măng được
áp dụng ngày càng phổ biến ở các nước trên thế giới nói chung cũng như ở
Việt Nam nói riêng nhờ những ưu điểm nổi bật như: công nghệ thi công đơn



~2~

giản, chi phí thấp, thời gian thi cơng ngắn, khả năng xử lí sâu đến 50m, thích
hợp với đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều
kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp, đặc biệt
là trụ đất-xi măng có độ cứng tăng lên từ vài chục đến 100 lần so với đất yếu
tự nhiên.
Thật vậy các nước trên thế giới, tiêu biểu là Nhật Bản và Thụy Điển đã
nghiên cứu, ứng dụng cọc đất-xi măng để xử lí đất yếu từ rất lâu, đồng thời
cũng đạt được hiệu quả rất cao. Đối với Việt Nam, công nghệ đất-xi măng
lần đầu tiên được Thụy Điển chuyển giao công nghệ cho Bộ Xây Dựng vào
những năm 1992-1994, cho đến nay cơng nghệ trộn sâu (DM) cũng cịn khá
mới mẽ và cọc đất-xi măng mới được đưa vào ứng dụng trong một sô dự án
giao thông, xây dựng, và thủy lợi.
2. Mục đích nghiên cứu đề tài :
Rõ ràng để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất trong ứng dụng cột đất- xi
măng xử lí đất yếu, chúng ta cần phải nắm rõ những đặc tính của cột đất-xi
măng ( như ảnh hưởng của độ ẩm, hàm lượng xi măng đến cường độ, hệ số
thấm của đất-xi măng), sự giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu xung quanh
cột đất- xi măng do hiện tượng soil-arching, phương pháp tính lún cho khối
gia cố, cũng như chiều dài và khoảng cách hợp lí của cột đất- xi măng…hay
nói cách khác chúng ta khơng những nghiên cứu đặc tính của cột đất- xi
măng mà cịn phải phân tích rõ ràng những ứng xử của nền đất yếu được gia
cố cột đất- xi măng.
Thật vậy, sự phân bố lại ứng suất trong khối gia cố, sự lún lệch trên bề mặt
khối gia cố, độ lún ổn định và lún theo thời gian của khối gia cố, biến dạng
theo chiều sâu của cột và đất yếu xung quanh…Tất cả đều là những ứng xử



~3~

phổ biến, cần được phân tích trong nền đất yếu được gia cố bằng cột đất- xi
măng.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu :
Nghiên cứu tính tốn mức độ ứng xử của nền đất yếu được gia cố cột đấtxi măng bằng các phương pháp Giải Tích và phương pháp Phần Tử Hữu
Hạn, sau đó kiểm chứng lại bằng các mơ hình thí nghiệm, từ đó đưa ra
phương pháp thích hợp để phân tích các ứng xử của nền đất được gia cố.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài :
Đề tài “ Phân tích ứng xử của nền đất yếu dƣới nền đƣờng đƣợc gia
cố bằng cột đất-xi măng và các lớp gia cƣờng” mang ý nghĩa khoa học
tương đối cao : sử dụng kết quả của các mơ hình thực nghiệm kiểm
chứng để đưa ra phương pháp thích hợp, mức độ sai lệch giữa phân tích
theo Tiêu chuẩn và thực tế. Đề tài sẽ giúp người thiết kế sử dụng phương
pháp thích hợp để phân tích, ước lượng chính xác các ứng xử của nền đất
được gia cố cột đất-xi măng.
5. Giá trị thực tiễn của đề tài :
Trong giai đoạn nền kinh tế mở cửa như hiện nay, đòi hỏi ta cần phải
nâng cấp, mở rộng cơ sở hạ tầng như : cầu cảng, đường cao tốc, nhà cao
tầng…Tuy nhiên, do điều kiện lãnh thổ Quốc gia khá chật hẹp nên tất cả
các cơng trình cần thiết phục vụ cho sự phát triển kinh tế đều phải xây
trên nền đất yếu thậm chí là rất yếu.
Thực tế cho thấy chúng ta cần phải có những biện pháp thích hợp để xử
lí, gia cố đất yếu. Và cột đất-xi măng đã được sử dụng rộng rãi để gia cố
nền đất yếu.


~4~


Vì vậy, phân tích ứng xử của nền đất yếu được gia cố cột đất-xi măng là
việc hết sức cần thiết và sẽ mang lại hiệu quả tối ưu trong cơng tác xử lí
đất yếu, để tránh gây lãng phí tài sản Xã Hội Chủ Nghĩa trên đường phát
triển đất nước.

6. Phạm vi nghiên cứu của Luận Văn :
Trong quá trình thực hiện, tác giả chỉ sử dụng kết quả của các mơ hình thí
nghiệm để kiểm chứng các phương pháp, khơng tiến hành thí nghiệm
ngồi hiện trường.


~5~

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về cột đất trộn xi măng :
Những năm trước, khi gia cố nền bằng cọc vôi thường người ta đào hoặc
khoan lỗ có đường kính từ 30 đến 50cm, cách nhau 2-5cm, rồi cho từng cục
vôi sống chưa tôi vào. Khi tiếp xúc với nước trong nền đất, vơi sẽ được tơi
làm tăng thể tích( có khi tăng đường kính cọc lên từ 60%-80%) do đó nó có
tác dụng nén chặt, giảm độ ẩm của đất xung quanh. Tuy nhiên do hệ số thấm
của đất sét rất nhỏ nên sự lan truyền của vôi trong đất bị hạn chế, dẫn đến
hiệu quả của cọc vơi cịn cục bộ. Để khắc phục nhược điểm trên, năm 1975
các chuyên gia Thụy Điển đã trực tiếp trộn vôi với đất sét mềm ngay trong
nền đất yếu làm thành các cột đất gia cố vôi.
Năm 1975, Viện nghiên cứu Hải Cảng và Bến Tàu (PHRI-Port and Habour
reseach Insititute) đã nghiên cứu phát triển phương pháp trộn xi măng dưới
sâu(CDM) bằng việc sử dụng vữa xi măng lỏng xử lí nền sét yếu bờ biển.
Năm 1976, Viện Nghiên Cứu Cơng Trình Cơng Cộng thuộc Bộ Xây Dựng
Nhật Bản hợp tác với Viện Nghiên Cứu Máy Xây Dựng Nhật Bản bắt đầu
nghiên cứu phương pháp DJM (Dry-Jet-Mix).

Năm 1987, từ kết quả nghiên cứu của Cục Đường Bộ và Đường Sắt quốc gia
Pháp tài trợ cho công ty Bachy (Pháp) ứng dụng và phát triển quy trình
Colmix, trong đó việc thi cơng trộn và đầm chặt đất-xi măng được thực hiện
băng cách đảo ngược chiều của máy khoan trong khi rút lên.
Năm 1993, hiệp hội Deep Jet Mixing (DJM) Nhật Bản phát hành tài liệu
hướng dẫn thiết kế và xây dựng theo phương pháp DJM.
Năm 1994, hiệp hội DJM Nhật Bản tổng kết được 1820 dự án được hoàn
thành sử dụng DJM.


~6~

Năm 1996, lần đầu tiên tại Mỹ công ty Stabilator-USA inc, New York đã sử
dụng cọc đất-vôi-xi măng trong thực tiễn.
1.2 Tổng quan về sự phân bố ứng suất trong nền đất đƣợc gia cố cột đất- xi
măng:
Phân tích, xác định sự phân bố ứng suất trong và dưới nền đất gia cố cột đấtxi măng là việc rất quan trọng trong công tác thiết kế một nền đường đắp cao
trên đất yếu. Sự phân bố lại ứng suất lên cột và đất phụ thuộc bởi sự tác
động qua lại giữa cột, đất, khối đắp, vải địa kỹ thuật và các lớp gia cường
( trong trường hợp có sử dụng). Và sự tương tác phức tạp trên chủ yếu là do
hiện tượng “ Hiệu ứng vòm” trong đất.
Theo Terzaghi (1943) : “ Hiệu ứng vòm là hiện tượng phổ biến nhất có trong
đất cả trong phịng thí nghiệm lẫn ngồi hiện trường”.
Theo kết quả quan trắc hiện trường và nhiều nghiên cứu của Reid (1984),
Ooi (1987), Hwat (1994) thì tải đứng phân phối lên đầu cột gia tăng theo
thời gian và cũng là kết quả của hiệu ứng vòm trên cột. Độ vịm là một hàm
của các thơng số đường kính, khoảng cách cột, chiều cao khối đắp, tỉ lệ độ
cứng giữa cột và đất yếu…
Theo nghiên cứu của Emma Britton (học viện kỹ thuật Sligo) thì các thơng
số ảnh hưởng đến hiệu ứng vòm bao gồm: chiều cao khối đắp, cách bố trí

cột, sức chống cắt của đất đắp, độ cứng của cột.
Theo Guido (1987) thì kết quả của hiệu ứng vòm trong đất là sự giảm ứng
suất tác dụng lên đất yếu xung quanh cột đất- xi măng, và hệ số giảm ứng
suất được xác định như sau :

(1.1)


~7~

Trong đó
SRR: là hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu
s: là khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các cột
a: là bề rộng cột
H: là chiều cao khối đắp

Theo Hewlett & Randolph (1988) :

(1.2)
Trong đó
SRR: là hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu
s: là khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các cột
a: là bề rộng cột
Kp =

là hệ số áp lực bị động của đất

Theo Low (1994) :

(1.3)

Trong đó
SRR: là hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu


~8~

s: là khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các cột
H: là chiều cao khối đắp
Kp =
δ

là hệ số áp lực bị động của đất
với a là bề rộng cột

Theo tiêu chuẩn Anh BS8006 (1995) :

(1.4)
Trong đó
SRR: là hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu
s: là khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các cột
a: là bề rộng cột
H: là chiều cao khối đắp
γ: là trọng lượng riêng của đất đắp
Năm 1997 Rusell & Pierpoint cải tiến công thức của Terzaghi :

(1.5)


~9~


Trong đó
SRR: là hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu
s: là khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các cột
a: là bề rộng cột
H: là chiều cao khối đắp
θ: là góc ma sát của đất đắp
K=1

Theo Kivelo (1998) :

(1.6)
Trong đó
SRR: là hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu
Esoil : là độ cứng của đất tự nhiên
Ecol : là độ cứng của cột
as: là tỉ diện tích thay thế

Theo Kempfert (2003) :

(1.7)


~ 10 ~

Trong đó :

Theo mơ hình thí nghiệm Kempfert (2003) thì sự giảm ứng suất tác dụng lên
đất yếu được thể hiện như sau (ứng suất tác dụng lên đất yếu là 20 kN/m2, do
tác dụng của hiệu ứng vòm ứng suất tác dụng lên đất yếu chỉ còn 15kN/m2) :


Hình 1.1 Sự giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu


~ 11 ~

Theo Z.Fang (2006) thì hệ số tập trung ứng suất thay đổi theo thời gian :

Hình 1.2 Quan hệ giữa Hệ số tập trung ứng suất và thời gian cố kết.
 Nhận xét :
Rõ ràng ta thấy mỗi phương pháp tính hệ số giảm ứng suất SRR đều khác
nhau, thậm chí là khác nhau về thơng số ảnh hưởng, trong khi SRR phải là
một hàm của rất nhiều các thông số như : chiều cao khối đắp, sức chống cắt
của vật liệu đất đắp, khoảng cách bố trí cột, độ cứng cột, độ cứng của đất
nền…
Thật vậy :
 Theo Guido (1987) thì SRR ảnh hưởng bởi khoảng cách bố trí cột, bề
rộng cột, chiều cao khối đắp.
 Theo Hewlett (1988) thì SRR ảnh hưởng bởi khoảng cách cột, bề
rộng cột, góc ma sát của đất đắp.
 Theo Kivelo (1998) thì SRR chỉ ảnh hưởng bởi độ cứng cột, độ cứng
đất nền và tỉ diện tích thay thế.
Vì vậy, ta cần phải xác định phương pháp thích hợp nhất để phân tích sự
phân bố ứng suất trong nền đất gia cố


~ 12 ~

1.3 Tổng quan về độ lún ổn định của bản thân khối gia cố :
Cho đến nay cũng chưa có nhiều nghiên cứu về biến dạng của bản thân khối
gia cố. Theo quy phạm của các nước trên thế giới cũng như của Việt Nam thì

độ lún S1 của bản thân khối gia cố được tính dựa trên định luật Hooke

, rõ ràng là chưa xét hết các ứng xử của khối gia cố và sự giảm dần
tác dụng của tải ngồi theo chiều sâu.
Theo Alamgir (1996) thì độ lún lệch giữa đầu cột và đất yếu được xác định
như sau:

(1.8)
Trong đó
wcz: là chuyển vị của đầu cột
wrz: là chuyển vị của đất
αcz, βc : là các hệ số
a : là bán kính cột
r : là khoảng cách từ tâm cột đến điểm đang xét

Hình 1.4 Mơ hình biến dạng của đơn vị phần tử theo Alamgir (1996)


~ 13 ~

Theo Meyerhof & Poorooshasb (1997) , biến dạng của khối gia cố được xác
định như sau :

(1.9)
Trong đó
UDL : là tổng tải trọng tác dụng lên khối gia cố
δ : là biến dạng của khối gia cố
Lc : là chiều dài cột
ν : là hệ số Poission của đất nền
νc : là hệ số Poission của cột

Es : là modul Young của đất nền
Ec: là modul Young của cột
a: là bán kính cột
b: là bán kính của phần tử


~ 14 ~

 Nhận xét :
Theo tiêu chuẩn Thụy Điển cũng như của Việt Nam hiện nay về tính tốn
lún của nền gia cố cột đất-xi măng thì độ lún S1 của bản thân khối gia cố
được tính dựa trên định luật Hooke

: bỏ qua ma sát thành của khối

gia cố, và tải trọng ngồi khơng thay đổi theo chiều sâu, trong khi theo thực
tế thì ma sát thành của khối gia cố vẫn tồn tại dù khá nhỏ và tải trọng ngồi
sẽ giảm dần theo chiều sâu.
Do đó ta cần phải xác định độ sai khác giữa độ lún tính theo tiêu chuẩn và độ
lún thực tế.
1.4 Tổng quan về đặc tính thấm của nền gia cố cột đất- xi măng :
Theo Terashi & Tanaka (1983), hệ số thấm của cột đất- vôi gia tăng so với
đất tự nhiên. Tuy nhiên đối với cột đất- xi măng thì hệ số thấm khơng tăng
nhiều, thậm chí là giảm so với hệ số thấm của đất tự nhiên.Và hệ số thấm
của đất-xi măng sẽ giảm ứng với sự gia tăng hàm lượng xi măng và giảm
hàm lượng nước.
Theo nghiên cứu của Roslan Haslim thì độ rỗng của đất trộn xi măng nhỏ
hơn rõ rệt so với độ rỗng của đất tự nhiên :

Hình 1.6 Vi ảnh điện tử của đất tự nhiên và đất trộn xi măng.



~ 15 ~

Theo quy trình của Thụy Điển cũng như của Việt Nam thì tốc độ lún theo
thời gian của nền sét được gia cố cột đất-xi măng được tính tốn như tầng có
thiết bị thốt nước thẳng đứng (như giếng cát, bấc thấm). Và hệ số thấm của
cột đất-xi măng bằng khoảng 400-1000 lần so với nền sét bão hịa nước.
Theo Ahnberg (2003) :

Trong đó: kstab ,w là hệ số thấm và độ ẩm của đất xi măng
ksoil , w0 là hệ số thấm và độ ẩm của đất tự nhiên
Theo D.T.Bergado & G.A.Lorenzo (2003) thì hệ số thấm đứng của cột đất-xi
măng bằng 30-60 lần hệ số thấm đứng của sét tự nhiên.
 Nhận xét :
Thực tế đã có khá nhiều nghiên cứu về hệ số thấm của cột đất trộn xi măng,
tuy nhiên các kết quả không thống nhất nhau, thậm chí là trái ngược nhau,
chẳng hạn: theo Kawasaki (1978) , Terashi (1983) và Ahnberg (1995) thì hệ
số thấm của đất trộn xi măng sẽ giảm tương ứng với sự gia tăng hàm lượng
xi măng, ngược lại theo Bengtson (1984), Pramborg (1992), Carlsten &
Ekstrom (1995) và tiêu chuẩn Việt nam về tính lún theo thời gian thì hệ số
thấm của đất trộn xi măng gấp 400-1000 lần so với đất tự nhiên.Tuy nhiên
trong từng trường hợp cụ thể ta phải xét đến hàm lượng xi măng, loại hạt sét,
hàm lượng sét và điều kiện bảo dưỡng.
Do đó ta sẽ dùng phương pháp Phần Tử Hữu Hạn để kiểm chứng kết quả của
D.T.Bergado (2003).


~ 16 ~


CHƢƠNG 2 : SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG NỀN
ĐẤT GIA CỐ CỘT ĐẤT-XI MĂNG
2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn :
2.1.1 Hiệu ứng vịm trong đất :
Sự phân bố lại ứng suất trong nền đất sau khi được gia cố cột đất-xi măng là
sự gia tăng ứng sất tác dụng lên đầu cột đồng thời ứng suất tác dụng lên đất
yếu xung quanh cột sẽ giảm xuống đáng kể, điều này cũng có nghĩa là sức
chịu tải của khối đất được gia cố sẽ tăng lên đáng kể.
Theo Terzaghi (1943) : “ Hiệu ứng vòm là hiện tượng phổ biến nhất có
trong đất cả trong phịng thí nghiệm và ngoài hiện trường” . Và sự phân bố
lại ứng suất trong nền đất gia cố là kết quả tất yếu của hiện tượng vịm trong
đất.

Hình 2.1 Mơ hình nền đất yếu được gia cố cột đất-xi măng.


~ 17 ~

Hình 2.2a Bản chất của hiệu ứng vịm

Hình 2.2b Kết quả của hiệu ứng vòm


~ 18 ~

Dưới ảnh hưởng của tải trọng bản thân, các khối đất của nền đường nằm giữa
các cột đất-xi măng có xu hướng di chuyển xuống do cột đất-xi măng có độ
cứng lớn hơn đất yếu xung quanh. Tuy nhiên, nếu sức chống cắt của vật liệu nền
đường là đủ lớn, sự dịch chuyển của khối đất trên một phần được hạn chế bởi
sức chống cắt của khối đất nền đường nằm bên trên đầu cột đất-xi măng. Vì thế

một phần áp lực của khối đất nền đường nằm giữa các cột đất-xi măng sẽ được
truyền vào đầu cột đất –xi măng (hình 2.2a). Và kết quả nhận được từ hiệu ứng
vịm như trong hình 2.2b, khi đó ứng suất tác dụng lên đầu cột đất-xi măng tăng
lên và ứng suất tác dụng lên đất yếu xung quanh giảm xuống.
2.1.2 Các thông số diễn tả sự phân bố ứng suất :
Sự phân bố ứng suất ảnh hưởng bởi nhiều hệ số, trong đó module đàn hồi của
nền đường, độ cứng của cột đất-xi măng, độ cứng của đất yếu xung quanh, cũng
như tỷ diện tích thay thế là một trong những hệ số quan trọng nhất.
col
soil

Hình 2.3 Sự phân bố ứng suất trong nền được gia cố cột đất-xi măng


~ 19 ~

Bốn thông số thường được sử dụng để diễn tả mối quan hệ giữa tổng ứng suất
trên nền đường, ứng suất trên đầu cột, ứng suất trên mặt đất giữa các cột đất-xi
măng :
 Hệ số giảm ứng suất ( Stress Reduction Ratio):

 Hệ số tập trung ứng suất :

 Hệ số khả năng chịu tải:

 Hiệu quả sức chịu tải:

Trong đó
ζ : ứng suất trung bình trên nền đường
ζc : ứng suất trên đầu cột

ζs : ứng suất trên đất yếu xung quanh
as : tỷ diện tích thay thế
as
Ac : diện tích mặt cắt ngang cột
As : diện tích của đất ảnh hưởng bởi cột


~ 20 ~

Diện tích đất ảnh hưởng bởi cột được xem gần đúng bằng diện tích hình trịn
tương đương có đường kính là De ( phụ thuộc vào cách bố trí cột).
 De = 1.05S cho trường hợp bố trí tam giác :

 De = 1.13S cho trường hợp bố trí hình vng :

Tỷ diện tích thay thế có thể tính trực tiếp thơng qua đường kính cột D và khoảng
cách cột S :
 Bố trí hình vng :
as

2

 Bố trí tam giác :
as

2


~ 21 ~


Các công thức liên hệ giữa n, SRR, CSR, E :


~ 22 ~

2.1.3 Các phƣơng pháp giải tích tính hệ số SRR :
2.1.3.1 Phƣơng pháp Kempfert (2003) :
Theo Kempfert thì tại đỉnh vòm, ứng suất hướng tâm ζr bằng với ứng suất đứng
ζz ( hình 2.4). Từ phương trình cân bằng lực theo hướng bán kính vịm, ứng suất
thẳng đứng ζz tác dụng lên đất yếu xung quanh cột được tính như sau:

(2.1)
Trong đó :

Hình 2.4 Mơ hình hiệu quả vòm của Kempfert (2003)