ngiên cứu ứng dụng giải pháp tlc để xây dựng công trình trên nền đất yếu

Với việc chế tạo hàng loạt những cấu kiện TLC bằng bờ tĩng trong nhà máy, giải pháp TLC dễ dàng được sử dụng trongnhiều công trình tại Nhật Bản.. Tháng 04/2008: Phương pháp TOP-BASE được

Lời nói đầu

Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá, nhu cầu xâydựng các công trình cơ sở hạ tầng là rất lớn, đặc biệt tại các vùng đồng bằng Nơi cúđặc trưng nền đất đa dạng, phức tạp và tương đối yếu, không phù hợp để xây dựngcác công trình Chúng ta thường tốn rất nhiều chi phí và thời gian để xử lý nền đấttrước khi xây dựng công trình Mặt khác, việc sử dụng nhiều hoá chất và các vậtliệu được làm từ các nguyên liệu thiên nhiên đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới môitrường

Là những công dân của thế kỷ 21, được sinh ra và lớn lên trong không khí sụcsôi của công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, chúng tôi mong muốnđóng góp một phần nhiệt huyết tuổi trẻ và trí tuệ của mình vào công cuộc này.Chúng tôi luôn cố gắng tiếp cận những công nghệ mới, với chi phí thấp, thời gianthi công nhanh nhất và thân thiện với môi trường để góp phần vào sự phát triển củacông nghệ xây dựng, và công cuộc xây dựng tổ quốc

Với sự giới thiệu của Ông Đỗ Đức Thắng - Giám đốc Công ty Công nghệ mĩi

trường Xanh - SERAPHIN, nguyên giảng viên bộ môn thép trường Đại Học Xây Dựng, chúng tôi đã có may mắn được tiếp cận với phương pháp TOP-BASE (Móng

cọc đài phễu)

Nhận thấy tính thực tiễn cao của phương pháp này, được sự ủng hộ và giúp đỡcủa Bộ môn Cơ đất - Nền móng Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu lý thuyết, làmcác thớ nghiệm kiểm chứng phương pháp gia cố nền đất này

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡnhiệt thành và sự hướng dẫn tận tình của:

SERAPHIN, nguyên giảng viên bộ môn thép trường Đại Học Xây Dựng

-người bước đầu hướng dẫn đồng thời cung cấp các tài liệu tiếng Việt giúpchúng tôi tiếp cận nghiên cứu đề tài này

viân hướng dẫn lý thuyết đề tài

- Thạc sĩ Vũ Thanh Hải - Giảng viên bộ môn Cơ đất và nền móng - Giáoviân hướng dẫn thí nghiệm đề tài.

hoàn thành các thớ nghiệm xác định tính chất cơ lý của đất

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Nhỉm tác giả đề tài

Vào những năm 80 của thế kỉ 20, giải pháp TLC là sáng kiến kỹ thuật đặc biệt

của Nhật Bản và đã trở thành một thuật ngữ quốc tế dưới tờn gọi Phương pháp

móng cọc dài phễu (Mộthode TOP-BASE) Với việc chế tạo hàng loạt những cấu

kiện TLC bằng bờ tĩng trong nhà máy, giải pháp TLC dễ dàng được sử dụng trongnhiều công trình tại Nhật Bản Tuy nhiên, mỗi cấu kiện TLC nặng khoảng 75kg,việc vận chuyển chúng đến công trường rất phức tạp và đòi hỏi thi công bằng cácthiết bị lớn

Nhận thấy tính ưu việt của giải pháp TLC, các kỹ sư Hàn Quốc nhanh chóngnghiân cứu, ứng dụng và cải tiến mạnh mẽ cụng nghệ này Thay cho việc đúc sẵntrong nhà máy, cấu kiện TLC được đổ ngay tại hiện trường với những khuôn nhựađược làm từ rác thải tái chế Những cải tiến này góp phần giảm giá thành cũng nhưrút ngắn thời gian thi công và xử lý được một phần chất thải rắn khỉ phân huỷ

Năm 1995, Bộ giao thông xây dựng Hàn Quốc đã kiểm định và cho phép ápdụng rộng rãi giải pháp TLC trên toàn lãnh thổ Hàn Quốc

Giải pháp TLC có ưu điểm nổi trội trên ba phương diện sau đây:

- Khắc phục hiện tượng lún không đều, giảm tối đa tác hại của chấn động(động đất, dư chấn khác )

- Thời gian thi công nhanh, giá thành hợp lý

- Thân thiện với môi trường

I.2 Sự xuất hiện của giải pháp TLC tại Việt Nam.

Tháng 07/2007: Giáo sư Kim Hak Moon- Trường Đại học Tân Cúc - Hàn Quốcsang thăm trường Đại học Xây Dựng Tại đõy, lần đầu tiân phương pháp TOP-BASE được giới thiệu tại Việt Nam

Tháng 01/2008: Ông Đỗ Đức Thắng - Giám đốc Công ty Công nghệ mĩi trường

Xanh, SERAPHIN, nguyân giảng viân bộ mơn thép Đại học Xây Dựng - sang thăm

và làm việc tại Hàn Quốc Ông đã tới thăm một cơng trường xây dựng đang sử dụngphương pháp TOP-BASE Nhận thấy được tính ưu việt của phương pháp này, ông

đã tìm kiếm các tài liệu và hình ảnh liân quan để mang về Việt Nam Ông đã dịchcác tài liệu này qua tiếng Việt và chuyển cho một số chuyân gia đầu ngành về Cơđất nền móng để nghiân cứu

Tháng 03/2008: Ông Đỗ Đức Thắng đã gặp gỡ một nhúm sinh viân lớp 49XF Đại học Xây Dựng Ông đã giới thiệu về phương pháp TOP-BASE Sau đó, ônghướng dẫn cách tiếp cận tài liệu, tìm hướng nghiân cứu ứng dụng phương pháp này

-ở Việt Nam Toàn bộ tài liệu và hình ảnh về phương pháp TOP-BASE được ông ĐỗĐức Thắng chuyển giao cho nhúm sinh viân này để tiếp tục quá trình nghiân cứu Tháng 04/2008: Phương pháp TOP-BASE được đổi tờn thành Giải pháp TLC.Tháng 04/2008: Nhúm sinh viân lớp 49XF gồm Lờ Văn Cường, Lờ Lờ Luân,Văn Đỡnh Tâm, Phan Quốc Tuấn đã đăng ký đề tài nghiân cứu khoa học cấp sinhviân với tờn gọi “ Nghiân cứu ứng dụng giải pháp TLC để xây dựng cơng trình trờnnền đất yếu” dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo Phan Hồng Quân và Thầy giáo VũThanh Hải

Tháng 04/2008: Bắt đầu tiến hành thớ nghiệm kiểm định các lý thuyết của Giảipháp TLC

Tháng 05/2008: Hoàn thành thớ nghiệm và báo cáo đề tài “ Nghiân cứu ứngdụng giải pháp TLC để xây dựng cơng trình trờn nền đất yếu” trước hội đồngkhoa học trường Đại học Xây Dựng

thép định vị

đá dăm

vũng thộp thép liên kết

vũng thộp ỉ9mm cấu kiện bê tông

thép định vị ỉ13mm

đá dăm

II Giải phỏp TLC tại Nhật Bản và Hàn Quốc.

II.1 Giải phỏp TLC tại Nhật Bản.

Để chống lại ảnh hưởng của cỏc trận động đất tới cơng trỡnh xõy dựng và gia cốnền đất dưới đỏy múng, cỏc kỹ sư Nhật đó đỳc cỏc khối bờ tơng hỡnh phễu, sau đúlắp đặt những phễu đỳc sẵn này ngay trờn nền đất cần gia cố

II.2 Sự cải tiến và ứng dụng giải phỏp TLC tại Hàn Quốc

Sau khi giải phỏp TLC được du nhập từ Nhật Bản về Hàn Quốc, cỏc kỹ sưnước này đó cỳ những sỏng tạo rất đỏng chơ ý Những sỏng tạo này gúp phần vàoviệc tận dụng nguồn rỏc thải, rỳt ngắn thời gian thi cụng, giảm khối lượng cơng việc

và giảm chi phớ cụng trỡnh

Hỡnh 1 : Cấu kiện bờ tĩng đỳc sẵn trong nhà mỏy (Nhật Bản)

vßng thÐp phÇn trô nãn

II.2.1 Cấu kiện TLC:

Cấu kiện TLC là cấu kiện bờ tĩng hình phễu được đổ tại chỗ với cốt pha làphễu nhựa TLC

Phễu nhựa TLC (khuơn TLC) làm từ nhựa tái chế, có đường kính mặt trên là

50 cm, khối lượng thiết kế 2kg/phễu Bề dày thành phễu 5mm Phễu được chiathành 2 phần chính là phần trụ nón và phần cọc, đây cũng là 2 phần chính tham giavào quá trình phân tán ứng suất vào trong đất Phễu nhựa sau khi được cố định đóngvai trị ván khuôn để đổ bê tông tại chỗ

II.2.2 Cấu tạo nền khi áp dụng giải pháp TLC (Nền TLC).

- Lớp vải địa kỹ thuật.

- Lớp đá dăm chèn đầm chặt

- Lớp cấu kiện TLC

- Lớp thép liên kết

- Lớp bê tông dày 20cm

II.2.3 Trình tự thi công khi áp dụng giải pháp TLC:

Bước 1: Tạo nền đất phẳng Trải vải địa kỹ thuật trực tiếp hoặc dải một lớp cát

lờn trờn diện tích đất cần xây dựng cụng trình

Bước 2: Chuẩn bị khuơn phễu bằng nhựa, liân kết các phễu bằng thép định vị

14 bằng cách xuyân qua lỗ bờn dưới và các dây nhựa buộc trờn

Bước 3: Đặt liền kề các khối phễu lờn trờn nền đã chuẩn bị Cú thể đặt hết toàn

bộ diện tích xây dựng hoặc đặt dưới phần diện tích phân bố tải các cấu kiện móngchính

Bước 4: Tiến hành đổ bờ tĩng trực tiếp vào trong lòng các phễu nhựa, đầm chặt

bờ tĩng, định vị các móc thép 10

Bước 5: Sau khi bờ tơng đã đông cứng, tiến hành chốn đá dăm vào các khoảng hở

giữa phễu và đất, dùng đầm dựi đầm chặt lớp đá dăm, độ chặt của đá dăm quyếtđịnh tính ổn định của cơng trình sau này

Bước 6: Bố trớ thép liân kết 14 trờn bề mặt của phễu

II.2.4 Các cơng trình tiâu biểu đã áp dụng Giải pháp TLC:

công

Tải trọng

Tải trọng cho phép đất tự nhiên

Tải trọng cho phép TLC 1

Móng công trình Chưng Chơn

(giai đoạn 2) bãi lấp phế thải

Quang Yơng, Chơn Nam

Công trình kênh dẫn nước hộp

đỡ nhà cao tầng Sang Iơng xây

dựng lại, Đông sa Chic,

BUSAN 5

Công trình xây dựng mới nhà

cao tầng trung tâm giải trí Đông

trên 20 T/

m 2 7

Công trình xây mới văn phòng

cho thuê cao tầng động Iang

Công trình xây mới trung tâm

văn hoá RaKul hiuen thành phố

Công trình kiến trúc mới nhà

làm việc bưu điệnứi Hưng Khu

công nghiệp SIHOA KIƠNG KI

Công trình nhà quảng cáo

-office Trung tâm hành chính

quận IƠNKI Trung Nam

tháng

phễu 500

II.3 Sự làm việc của nền TLC.

II.3.1 Cơ chế làm việc:

Cơ chế làm việc của nền đất đá ở điều kiện này được giải thích theo lý thuyết cơhọc đất của Terzaghi (1943)

Dưới tải trọng cụng trình, các cấu kiện TLC làm việc trong trạng thái nén, lựcnén này được phân tán vào lớp đá dăm bởi 2 thành phần lực: thành phần lực thẳng

lẫn nhau Như vậy dễ dàng nhận thấy trong cơ cấu nền của giải pháp TLC, tác dụngcủa lớp đá dăm chốn chặt vào khoảng trống xung quanh cấu kiện TLC là ngăn chặnchuyển vị ngang và phân tán đều ứng suất lờn một diện tích lớn hơn do bề mặt tiếp

II.3.2 Tác dụng của từng vật liệu:

- Lớp vải địa kỹ thuật cú vai trì tạo mặt bằng thi cụng giai đoạn đặt phễu nhựa.Đồng thời nỉ cũng cú tác dụng ngăn cản sự xâm nhập cú hại của mơi trường tới lớp

đá dăm và thép bờn trờn

- Lớp đá dăm phải được chèn thật chặt đóng vai trị chính trong việc phân tánứng suất từ phễu vào trong đất

- Lớp thép định vị cú vai trị liân kết các phễu lại với nhau

- Phễu nhựa 500 cú vai trì làm ván khuơn trong quá trình đúc cấu kiện TLC tạichỗ Đồng thời nỉ cũng cú tác dụng ngăn cản sự xâm nhập cú hại của mĩi trường tớilớp bờ tĩng bờn trong

- Cấu kiện bê tông TLC chịu nén truyền ứng suất từ đáy móng cơng trình xuốnglớp đá dăm

- Lớp thép liân kết 14 cú tác dụng cố định các phễu, cùng với lớp bờ tĩng dày

20 cm tạo thành một lớp nền toàn khối vững chắc

II.3.3 Biểu đồ phân bố ứng suất:

Tại Hàn Quốc, các thớ nghiệm với các mơ hình nền khác nhau đã được tiến hành

Cỏc lại nền được thớ nghiệm gồm

TLC, biểu đồ các đường đẳng ứng suất khỏ cân đối, điều này cho phép dự đoánngay rằng tính ổn định của móng sử dụng giải pháp TLC là hoàn toàn đảm bảo.Trong giải pháp TLC, ứng suất gõy lơn thể hiện dạng phân bố đều nờn khụngphát dinh hiện tượng lơn lệch Mặt khác ứng suất gõy lơn giảm nhờ hiệu quả của sựphân tán ứng suất và tải trọng gõy lơn khụng gõy ảnh hưởng đến toàn bộ chiều sâucủa nền

II.4 Các đặc tính, tính ưu việt và phạm vi ứng dụng của giải pháp TLC.

ứng suất, hình thành lực kháng ma sát giữa phần chõn cấu kiện và lớp đất nền baoquanh, do đó sức chịu tải của nền đất tăng lờn, cú khả năng khống chế biến dạngngang và hạn chế độ lơn của nền.

II.4.2 Tính ưu việt của giải pháp TLC.

- Đảm bảo an toàn cho tải trọng đặt trờn nền đất yếu

- Khống chế độ lơn, khắc phục hiện tượng lơn khụng đều Nõng sức chịu tảinhờ chức năng ngăn ngừa và khử chấn động, tiếng ồn

- Hoàn toàn loại bỏ được ảnh hưởng xấu đến việc xây dựng do tiếng ồn vàchấn động gõy ra

- Cú khả năng thi cơng ở nơi chật hẹp ngay cả trong cơng trình đã xây dựng

- Thi cụng tiện lợi khụng cần thiết bị đặc biệt

- Giảm thời gian thi cụng và giỏ thành xây dựng

- Thân thiện với mĩi trường

II.4.3 Phạm vi ứng dụng của Giải pháp TLC.

Giải pháp TLC được áp dụng rộng rải để xử lý nền cho các cụng trình dân dụng

và cụng nghiệp, các cơng trình giao thơng vận tải và thơng tin liân lạc….như:

- Cơng trình liân quan tới bảo vệ mơi trường như: bói san lấp chất thải, nơi xử

lý chất thải

- Nhà dân dụng: bao gồm nhà thấp tầng và nhà nhiều tầng

- Nhà cụng nghiệp

- Bể chứa, bồn chứa và các cụng trình xử lý nước thải

- Các cơng trình giao thơng và thơng tin liân lạc như: đường và các cơng trìnhliân quan, hệ thống cáp ngầm …

III Bước đầu nghiên cứu giải pháp TLC ở Việt Nam.

III.1 Thực trạng và cơ hội áp dụng giải pháp TLC tại Việt Nam.

Trên lãnh thổ Việt Nam, một phần lớn diện tích là đồng bằng, nơi được hìnhthành nhờ sự bồi đắp phù sa của các con sông Nền đất ở những vùng này khá yếu,gõy khỉ khăn cho việc xây dựng công trình, nên chúng ta phải tốn nhiều công sức vàchi phí để xử lý nền trước khi xây dựng công trình

Đặc biệt khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn như : nhà nhiều tầng, các

mố cầu, … hay khi xây dựng các công trình trên nền đất rất yếu chúng ta đều phải

sử dụng phương pháp móng cọc hoặc các phương pháp gia cố nền rất tốn kém.Điều này làm tăng giá thành công trình, tăng thời gian thi công và gõy ảnh hưởngkhụng tốt tới môi trường

Với đặc trưng nền đất như trên, chúng tôi nhận thấy rằng: Giải pháp TLC rấtcần được nghiên cứu áp dụng tại Việt Nam

Mong muốn được đưa thêm một giải pháp mới để xử lý nền đất nhằm giải quyếtmột số khỉ khăn gặp phải khi xây dựng cơng trình trờn nền đất yếu tại Việt Nam,

chúng tôi đã mạnh dạn nghiân cứu Giải pháp TLC đã áp dụng thành cơng ở Hàn

Quốc

III.2 Nghiên cứu Giải pháp TLC tại Việt Nam.

Trờn cơ sở nghiân cứu các tài liệu về Giải pháp TLC của Hàn Quốc và NhậtBản, chúng tơi đã quyết định phương pháp nghiân cứu Giải pháp TLC tại Việt Namtrong phạm vi đề tài này là nghiân cứu trong phòng thớ nghiệm

Với phương pháp nghiân cứu trong phòng thớ nghiệm, chúng tơi đã tạo ra:

- Mĩ hình nền đất thớ nghiệm

- Mĩ hình cấu kiện TLC

- Hệ đối trọng khi gia tải

- Các đầu đo chuyển vị

- Thực hiện gia cố nền đất bằng Giải pháp TLC

Chúng tơi đã tiến hành phân tích sự làm việc của nền được gia cố bằng Giảipháp TLC theo hai hướng:

- Hướng phân tích lý thuyết:

Dựa vào mĩ hình nền biến dạng tuyến tính, phân tích sức chịu tải về biến dạngcủa nền

Dựa vào mĩ hình phân tử hữu hạn (sử dụng phần mềm Plaxis) để phân tích sứcchịu tải, biến dạng của nền.

- Phân tích thực nghiệm:

Xây dựng mĩ hình nền thực nghiệm

Tiến hành thớ nghiệm nén tĩnh bằng bàn nén cho đến khi nền đất bị phá hoại

Đo trực tiếp các biến dạng của nền

III.3 Kết quả phân tích lý thuyết.

III.3.1 Bài toán.

Nền là nền một lớp với chiều dày vĩ cùng

Mực nước ngầm nằm rất sâu

b Bài toán đặt ra:

Kiểm tra sức chịu tải và độ lơn của nền đất khi thực hiện nén trờn vuông cúcạnh a=400mm với các cấp tải trọng thiết kế: 1.6T, 3.2T, 4.8T và 6.4T

III.3.2 Tính toán dựa vào mô hình nền biến dạng tuyến tính.

b Tính toán sức chịu tải của nền.

Coi nền TLC là tuyệt đối cứng

Coi bàn nén là một mỉng đơn cú kích thước 0.4x0.4m Lực nén tác dụng lờn bànnén là tải trọng phân bố tác dụng lờn móng Độ sâu đặt móng là mặt tiếp xúc củabàn nén và nền TLC Coi đõy là mặt đất tự nhiân

- Tải trọng tiếp xúc cú giỏ trị là:

- Cường độ giới hạn của nền TLC

Như trờn, đã coi nền TLC cứng vơ cùng nờn bản thân nền đủ sức chịu tải trọngnén và khơng bị biến dạng

Ứng suất lớn nhất dưới đáy đệm:

Cường độ giới hạn của đất dưới đáy đệm

Sức chịu tải cho phép của nền đất yếu:

Như vậy, lớp đất dưới đấy nền đủ sức chịu tải

c Tính toán độ lơn của nền

Để tính lơn của nền đất dưới đệm TLC Chơng ta coi nền TLC và móng là mộtthể thống nhất tức là chúng ta đã tạo ra một móng mới với kích thước như sau:

- Ứng suất gõy lơn tại đáy móng ngay dưới đệm TLC

- Xác định lơn theo phương pháp cộng lơn.

0.40.781.161.531.912.29

9.608.645.53

2.320.66

a Số liệu đầu vào

b Mĩ tả quá trình xử lý bài toán

c Các kết quả thu được

III.4 Kết quả phân tích thực nghiệm.

III.4.1 Mục đính thí nghiệm:

III.4.2 Phương pháp thí nghiệm:

Thớ nghiệm nén tĩnh được thực hiện bằng phương pháp nén các cấu kiện trờntoàn bộ diện tích nền được tạo ra bởi các cấu kiện đó Số lượng các cấu kiện đượcnén tuân theo quy trình thớ nghiệm Theo đó, nền được gia tải, giảm tải, đo lơn, đochuyển vị theo từng cấp tải trong thời gian quy định cho đến khi đạt tải trọng thớnghiệm dự kiến Nền được gia tải bằng hệ thống kích thuỷ lực, hệ đối trọng được bốtrớ sẵn trong phòng thớ nghiệm

III.4.3 Thiết bị thí nghiệm.

Thiết bị thớ nghiệm bao gồm hệ tạo áp lực, hệ đối trọng và hệ đo đạc chuyển vị,ứng suất

a Hệ tạo áp lực: Kích thuỷ lực

- Loại kích: 50 tấn

- Hóng sản xuất: China

 Các đầu đo chuyển vị tự chế: 07 cái.