Ở đất đắp 1, hệ thống thoát nước lưới địa kỹ thuật kết hợp với 15.0 m bấc thấm thẳng đứng.. Ở đất đắp 2, ống đục lỗ và gấp nếp được kết hợp với vải địa kĩ thuật không dệt ép bằng nhiệt đ
Trang 1GIA CỐ ĐẤT SÉT YẾU BANGKOK BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT
CHÂN KHÔNG VÀ GIẢM GIA TẢI TRƯỚC BẰNG CÁT
I TÓM TẮT:
Địa điểm kiến nghị Sân Bay Quốc Tế thứ 2 Bangkok (The Second Bangkok International Airport – SBIA) có diện tích bao gồm 8.0 km nhân 4.0 km, ở trên 16.0 m đất sét Bangkok rất yếu tới yếu
Ở địa điểm kiến nghị, một nghiên cứu trước đây đã thành công khi sử dụng bấc thấm thoát nước đứng (PVD) với gia tải trước truyền thống bằng chất thêm khối đất đắp Cố kết chân không cung cấp một giải pháp thay thế để giảm thời gian gia tải trước Ở phương pháp này, nền đất sét được gia tải bằng cách giảm áp lực lỗ rỗng thặng dư bằng áp lực chân không kết hợp với giảm tổng lượng cát gia tải
Hai khối đất đắp thí nghiệm tỷ lệ đầy đủ với diện tích 40m nhân 40m được xây dựng Ở đất đắp 1, hệ thống thoát nước lưới địa kỹ thuật kết hợp với 15.0 m bấc thấm thẳng đứng Ở đất đắp 2, ống đục lỗ và gấp nếp được kết hợp với vải địa kĩ thuật không dệt ép bằng nhiệt được
sử dụng khi hệ ống thoát kết hợp với 12.0 m bấc thấm chiều dài
Trong thiết bị nền móng, những áp kế được thiết đặt trong những độ sâu khác nhau của nền đất để đo áp lực lỗ rỗng Độ bền cắt không thoát nước tồn tại sau khi cải thiện được tìm thấy cao hơn 1.5 đến 2.0 lần so với trước khi cải thiện Tốc độ thoát nước của khối đất đắp 2 hiệu quả hơn từ 20% đến 30% so với khối đất đắp 1 Sau 45 ngày, những khối đất đắp thí nghiệm được tăng lên một chiều cao cực đại 2.5 m Sau 140 ngày, bề mặt lún xuống lần lượt trong đất đắp 1 và 2 là 0.74 m và 0.96 m
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được dùng để tìm ra những nhân tố (hệ số) ảnh hưởng Đầu tiên, gia tải chân không được mô phỏng bằng số học bằng giá trị lún hợp lí Những hiệu ứng của gia tải chân không được nghiên cứu bởi (a) mô phỏng những điều kiện vùng, (b) duy trì áp suất chân không cao, và (c) không có tải chân không Những kết quả của phân tích bằng FEM đã chỉ ra hiệu quả của gia tải trước chân không và giảm bớt cát gia tải Cuối cùng, biểu hiện của khối đất đắp 2 được so sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng gia tải thông thường, được chứng minh tăng tốc độ lún 60 % (4 tháng gia tải trước)
Trang 2II GIỚI THIỆU:
Ở địa điểm kiến nghị SBIA, sự có mặt của của lớp sét Bangkok yếu, dày 16.0 m đặt ra nhiều vấn đề về nền móng (AIT, 1995) Vì mục đích kinh tế, kỹ thuật gia cố nền là tất yếu Về điểm này, gia cố nền với bấc thấm thoát nước thẳng đứng (PVD) đã được nghiên cứu thành công kết hợp với sử dụng cát gia tải thông thường (Bergado et al, 1997) Bởi vì vật liệu cát càng ngày càng đắt, nguồn khai thác ở khoảng cách xa, gia tải trước bằng chân không có thể thay thế
Trong phương pháp này, thay vì việc tăng ứng suất hữu hiệu trong đất bằng việc tăng ứng suất tổng, gia tải trước chân không tăng ứng suất hữu hiệu bằng việc giảm bớt áp lực nước lỗ rỗng Như vậy, gia tải trước chân không kết hợp với giảm gia tải trước bằng cát có thể rút ngắn thời gian cố kết không ảnh hưởng đến tình ổn định của khối đất đắp thí nghiệm
Trong nghiên cứu này, hai khối đất đắp cùng tỉ lệ, tức là: khối đất đắp 1 và khối đất đắp 2, được xây dựng tại SBIA lần lượt tương ứng với bấc thấm dài 15.0 m được kết hợp với lưới địa kỹ thuật và 12.0 m với hệ ống thoát nước Bấc thấm được lắp đặt tại theo nhóm hình tam giác với khoảng cách 1.0 m Những khối đất đắp thí nghiệm với kích thước 40 m nhân 40 m được xây dựng trong từng giai đoạn lên tới chiều cao 2.50 m để cung cấp phần gia tải và kết hợp với áp suất chân không -60 kPa liên tục trong thời gian 5 tháng
Trang 3III NHỮNG NGUYÊN LÝ CỦA KỸ THUẬT CỐ KẾT CHÂN KHÔNG:
Cố kết chân không được đề nghị trong đầu những năm 1950 bởi Kjellman (1952) Những nghiên cứu đơn lẻ của cố kết chân không được được tiếp tục trong hai thập niên tiếp theo (Holtz, 1975) Cố kết chân không cung cấp một ứng suất hữu hiệu thay thế đất gia tải trước Thay vì việc tăng ứng suất hữu hiệu trong khối lượng đất bằng việc tăng ứng suất tổng bởi những phương tiện gia tải thông thường, cố kết chân không gia tải trước bằng việc giảm áp lực lỗ rỗng trong khi không thay đổi ứng suất tổng Hình 1; 2 mô tả bằng hình vẽ ứng suất tổng ban đầu trong nền và áp lực lỗ rỗng gây ra bởi vì a) gia tải thông thường và b) áp tải trọng chân không tại bề mặt nền giả định 100% hiệu quả (áp suất của chân không 100 kPa)
Trang 4a) Gia tải thông thường
b) Cố kết chân không
Hình 1.
Trang 5a) Gia tải thông thường
b) Cố kết chân không
Hình 2.
Trang 6(1989) với hiệu quả xấp xỉ 70% tới 80% Jacob et al (1994) thông báo hiệu quả chân không trung bình từ 40% đến 50 % được so sánh tới một giá trị đích 70 % một tiết diện bấc thấm kiểm tra trên một vùng đất san lấp trong nước
IV MÔ TẢ ĐỊA ĐIỂM VÀ MẶT CẮT ĐỊA CHẤT:
Địa điểm kiến nghị của Sân bay Quốc tế thứ 2 Bangkok (SBIA) tọa lạc tại Nong Ngu Hao trong Vùng trung tâm đồng bằng của Thái Lan Vùng dự án nằm trong khoảng 8 km nhân 4
km cách khoảng 25 km về phía đông từ trung tâm Bangkok
Mặt cắt địa chất tại địa điểm này có thể được chia ra 5 lớp nhỏ Nó gồm có 1.0 m lớp sét bị phong hóa mạnh rất mềm tới mềm màu xám tối mở rộng từ 1.0 m đến 10.5 m chiều sâu Ở dưới lớp sét mềm, có thể gặp lớp sét trung bình dày 2.50 m Lớp sét cứng màu nâu nhạt có thể gặp tại 14.0 m tới 21.0 m chiều sâu Sức kháng cắt không thoát nước của lớp sét rất mềm tới mềm được gia tăng từ 13kPa đến 27 kPa theo chiều sâu Mực nước ngầm ở độ sâu khoảng 0.50 m
Trang 7V KHỐI ĐẤT ĐẮP THÍ NGHIỆM TỶ LỆ ĐẦY ĐỦ:
Hai khối đất đắp thí nghiệm tỷ lệ đầy đủ từng cái có kích thước 40 m nhân 40 m với những
hệ ống thoát nước khác nhau được xây dựng trên đất sét Bangkok mềm với bấc thấm Trong khối đất đắp 1 (TV 1), hệ ống thoát nước lưới địa kỹ thuật sử dụng bấc thấm dài 15 m Còn khối đất đắp 2 (TV 2), sử dụng bấc thấm dài 12 m kết hợp ống thoát nước được đục lỗ và vải địa kỹ thuật không dệt
Các bấc thấm được lặp đặt từ mặt nền thao tác tới độ sâu 15.0 m với TV1 và 12.0 m với TV2 Như đã thấy ở hình 3, các bấc thấm được lắp đặt trong nhóm tam giác với khoảng cách 1.0 m Những tham số liên quan đến ứng xử của bấc thấm được liệt kê trong Bảng 1
Hình 3.
Trang 8Vải địa kỹ thuật không dệt gồm 136g/m2 sợi polypropylen với modulus cao Lưới địa kỹ thuật bao gồm lưới sơi HDPE được nấu chảy với nhau tại các giao điểm Lưới địa kỹ thuật có lưu lượng 8 x 10-3 m3/s trên mét bề rộng Một lớp lưới địa kỹ thuật bao phủ toàn bộ diện tích Những ống có lỗ bao gồm 5 ống Mebra đường kính 80 mm và nặng 297 g/m Ở trên của hệ ống thoát nước đặt một dải màng địa kỹ thuật kín khí LLDPE Dải màng địa kỹ thuật đã được đóng kín bằng việc đặt những tại đáy rãnh của mép chu vi và phủ lớp cát-bentonite dày 300
mm và đặt dưới mực nước ngầm (hình 4)
Hình 4.
VI KẾT HỢP ÁP LỰC CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI TRƯỚC:
Trong mỗi khối đất đắp, hệ thống lọc nước được kết nối với máy bơm chân không có khả năng cung cấp áp lực chân không -70 kPa liên tục Một bơm dự phòng cũng được cung cấp Sau khi áp dụng áp suất chân không trong 45 ngày, những khối đất đắp được nâng trong những giai đoạn lên tới chiều cao 2.50 m Khối đất đắp 1 và khối đất đắp 2 được nâng tương ứng từ 0.30 m và 0.80 m chiều cao
VII THIẾT BỊ TẠI CÔNG TRƯỜNG:
Thiết bị tại công trường cho việc theo dõi ứng xử của khối đất đắp bao gồm máy đo lún bề mặt, máy đo biến dạng của nhiều điểm dưới bề mặt, máy dao động đo áp lực nước thẳng đứng, máy đo độ nghiêng Trong vùng giả định, những sự trang thiết bị máy móc bao gồm những ống đo áp lực thẳng đứng, máy đo lún bề mặt và những giếng quan trắc Những áp kế dao động được lắp đặt dưới những khối đất đắp thí nghiệm tại chiều sâu khoảng 3.0 m cùng với những cảm biến cho những máy đo biến dạng của nhiều điểm Những máy đo lún bề mặt được đặt trực tiếp ở trên của dải màng địa kỹ thuật Những máy đô độ nghiêng được đặt ở mép chu vi của từng khối đất đắp thí nghiệm Ở vùng giả định, những giếng quan trắc, những ống đo áp lực thẳng đứng và điểm chuẩn được lắp đặt
VIII PHÂN TÍCH CỐ KẾT CHÂN KHÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN:
Cho rằng đa số mã phần tử hữu hạn được dùng trong thực tế không bao gồm phần tử hệ thống thoát nước đặc biệt, một phương pháp xấp xỉ đơn giản để mô hình ứng xử của bấc thấm đã
Trang 9được đề xuất bởi Chai và Miura (1997) Từ quan điểm vĩ mô, bấc thấm tăng độ thấm trong phương thẳng đứng Cho nên, cần thiết thiết lập một giá trị của độ thấm thẳng đứng xấp xỉ bao gồm độ thấm thẳng đứng của đất tự nhiên và độ thấm của bấc thấm Hệ số thấm thẳng đứng tương đương Kve này đưa ra dựa vào độ trung bình của cố kết với những sự giả thiết sau đây:
1 Kiểu biến dạng của tầng đất phía dưới cải thiện bằng bấc thấm theo 1 phương Như vậy, lý thuyết cố kết theo một phương có thể được dùng để đại diện cho cố kết trong phương thẳng đứng và thuyết phần tử của Hansbo (1979) thích hợp cho cố kết tại tâm
2 Tổng cố kết bao gồm thẳng đứng và cố kết tại tâm bằng cách sử dụng mối quan hệ được đề xuất bởi Scott (1963)
Để thu được biểu thức tương đương một phương cho tính thấm thẳng đứng, một phương trình xấp xỉ cho cố kết trong phương thẳng đứng được đề xuất như sau:
Uv = 1 - exp(-3.54) Tv
Với Uv là độ cố kết thẳng đứng và Tv hệ số thời gian cố kết Độ thấm thẳng đứng tương đương, Kve, có thể được tính nhanh như sau:
K ve=(1+2 2612
FD e 2
K h
K v)K v
Với:
F=ln(D e
d w)+(K h
K s−1)ln( d s
d w)−3
4+
π 2 L2K h
3 q w
Với:
- De là đường kính tương đương của một khu vực ảnh hưởng của bấc thấm
- de là đường kính tương đương của khu vực bị xáo trộn
- dw là đường kính tương đường của bấc thấm
- Kh và Ks lần lượt là hệ số thấm không bị xáo trộn và bị xáo trộn của đất xung quanh
- L là chiều dài của bấc thấm theo một chiều thoát nước
- qw là lưu lượng của bấc thấm
Trang 10phương đứng.
Về mô hình số hóa, nền đất được chia thành 5 lớp nhỏ và được mô tả bằng mô hình Cam-Clay cải tiến (Roscoe và Burland, 1968) Những tham số trong mô hình được đề cập trong bảng 2 Một số các giá trị ở bảng 2 được ước lượng dựa vào kết quả thí nghiệm cố kết trong phòng và một số được ước lượng bằng kinh nghiệm Những giá trị của tính thấm được xác định bằng việc tham khảo dữ liệu được tính toán ngược bởi thí nghiệm trên khối đất đắp thí nghiệm trước đây trong vùng kề bên (Chai et al, 1996)
Trang 11Với những tham số của đất trong bảng 2, và modulus nén tương ứng với ứng suất gây lún, cho điểm ở độ sâu 5.0 m từ mặt đất (giữa lớp sét rất mềm đến mềm), hệ số cố kết 7 m2/yr có thể tồn tại Giá trị này thì có thể so sánh với giá trị hiện trường thu được từ thí nghiệm sử dụng 5 thiết bị CPT ở hình 13 (Hanh et al, 1998) Điều này chỉ ra thí nghiệm CPT hữu ích trong việc xác định các hệ số cố kết