Nghiên cứu tính toán ứng suất, biến dạng và ổn định của công trình đắp trên nền đất yếu được xử lý bằng cọc BTCT và vải địa kỹ thuật cường độ cao

PHẦN II: NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU VÀ PHÁT TRIỂN Chương 2: Nghiên cứu các mô hình tính toán tính toán vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp trên nền đất yếu có gia cố cọc bằng phương pháp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-oOo -

ĐÀO QUỐC CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VÀ ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG

CỌC BTCT VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO

CHUYÊN NGÀNH: : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 - 2008

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

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 TP HCM, ngày tháng năm 2008

Tp HCM, ngày …… tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Đào Quốc Cường Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 02-01-1979 Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng MSHV: 00906200 Khoá (Năm trúng tuyển): 2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VÀ ỔN ĐỊNH CỦA

CÔNG TRÌNH ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG CỌC BTCT VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO.”

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu tính toán vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp trên nền

đất yếu có gia cố cọc Đề xuất giải pháp tính toán hợp lý về biến dạng và ổn định của nền đất yếu có

xử lý nền bằng cọc BTCT kết hợp với vải địa kỹ thuật cường độ cao

PHẦN II: NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

Chương 2: Nghiên cứu các mô hình tính toán tính toán vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp trên nền đất yếu có gia cố cọc bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

Chương 3 So sánh và phân tích các kết quả tính toán

Chương 4 Ứng dụng kết quả nghiên cứu để chọn giải pháp cấu tạo và phương pháp tính toán cho công trình thực tế

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận và kiến nghị

4- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

5- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

6- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Phạm Văn Long

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CẢM ƠN !

Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này, tôi chân thành biết ơn tất cả quí Thầy Cô trong bộ môn Địa Cơ Nền Móng của Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức trong suốt quá trình học, cũng như trong thời gian làm luận văn cao học

Kính gửi lời cảm ơn đến Tiến sỹ Phạm Văn Long, người đã hỗ trợ, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tiến hành đến lúc hoàn tất luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn về những lời động viên, những kinh nghiệm truyền đạt của bạn bè đồng nghiệp trong quá trình công tác tại Công ty Cổ Phần Tư Vấn Xây Dựng Vina

…Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp, tên tiếng Anh thường gọi là “Geosynthetic Reinforced Pile Embankment” viết tắt là (GRPE) là một trong những phương pháp ổn định nền đất yếu phổ biến hiện nay Được cải tiến từ phương pháp gia cố nền thông thường bằng cọc với các mũ cọc dưới đất đắp, hệ thống GRPE đã tận dụng tối đa sự làm việc của vải địa kỹ thuật (ĐKT) gia cường

Luận văn này tập trung nghiên cứu về ứng xử của đất đắp và vải địa kỹ thuật gia cường trên các mũ cọc Đồng thời, phân tích các mô hình kết cấu và cơ cấu truyền lực của hệ thống GRPE Kết quả nghiên cứu được phân tích, so sánh lần lượt gồm kết quả phân tích các công thức lý thuyết, quan trắc thí nghiệm mô hình và kết quả phân tích tính toán phần tử hữu hạn (FEM) được thực hiện bằng phần mềm Plaxis

Từ đó, rút ra kết luận và kiến nghị hai phương pháp tính toán thiết kế hệ thống GRPE là phân tích tính toán bằng lý thuyết và phân tích tính toán bằng chương trình phần tử hữu hạn (FEM)

Sau cùng, kiến nghị áp dụng phương pháp tính toán cho các công trình đắp sử dụng

hệ thống GRPE ở TP HCM và các vùng lân cận

SUMMARY OF THESIS

Title of Thesis

Study of stress, deformation and stability of the embankment on the soft ground

treated by micro reinforced concrete piles with geotextile reinforcement

Abstract

Excessive settlement and instability are main problems of embankment construction

on the soft ground The soft soil in Mekong Delta, Ho Chi Minh City and other surrounding areas are wide distributed and vary from 10m to more than 30m depth Hence, there is difficulty in soft soil treatment work There are many solutions in soft soil treatments such as preloading combine PVD, jet grouting, deep soil mixing column, etc Geosynthetic Reinforced Pile Embankment (GRPE) system is one of the most popular solutions in soft soil treatment now In the common soil reinforcing, pile embankment was used However, pile embankment combined geosynthetic layers are used in GRPE system in order to take full advantage of geosynthetic layers

This thesis concentrates on behavior of the embankment, geosynthetic layers above the pile caps In addition, structure model analyze and load transfer mechanism of GRPE systems are mentioned and studied The study result is detailed and carefully compared among theoretical analyze, monitoring results from experimental model and Finite Element Method (FEM) by Plaxis program Two methods are suggested for analyzing GRPE system: theoretical analyze and FEM

Finally, conclusions and comments of this study are considered to apply for similar projects in HCM city and surrounding areas

MỤC LỤC

PHẦN I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

MỞ ĐẦU 1

™ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

™ XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU – PHẠM VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 6

™ CẤU TRÚC LUẬN VĂN 7

CHƯƠNG 1 9

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CƯỜNG DƯỚI ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CÓ GIA CỐ CỌC 9

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 9

1.2 LÝ THUYẾT HIỆU ỨNG VÒM CỦA ĐẤT 10

1.3 CƠ CHẾ TRUYỀN LỰC 16

1.4 SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT 18

1.5 LÝ THUYẾT HIỆU ỨNG MÀNG 18

1.5.1 Hệ số giảm ứng suất 19

1.5.2 Mô hình vòm đất trên cống ngầm 20

1.5.3 Phương pháp của Terzaghi 21

1.5.4 Lý thuyết của Hewlett và Randolph 22

1.5.5 Lực kéo trong vải địa kỹ thuật 22

1.5.6 Phản lực đất 25

1.5.7 Lực kéo trong vải địa kỹ thuật do trượt 26

1.5.8 Biến dạng của vải địa kỹ thuật gia cường 27

1.5.9 Các trạng thái giới hạn theo tiêu chuẩn BS8006 27

1.5.10 Thí nghiệm hiện trường về vòm đất đắp và lực kéo trong vải ĐKT 29

1.5.10.1 Giới thiệu chung 29

1.5.10.2 Các thông số chính áp dụng trong thí nghiệm mô hình 30

1.6 THIẾT KẾ CỌC 42

1.6.1 Kích thước nhóm cọc 43

1.6.2 Chuyển vị ngang của cọc và mô men uốn trong cọc 43

1.6.3 Sự tương tác giữa hiệu ứng vòm và hiệu ứng màng 46

1.7 ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT ĐẮP 47

1.7.1 Theo Tiêu chuẩn BS8006 47

PHẦN II NGHIÊN CỨU CHUYÊN SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 2 50

NGHIÊN CỨU CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CƯỜNG DƯỚI ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU GIA CỐ CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM) 50

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 50

2.2 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC MÔ HÌNH LÝ THUYẾT BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 50

2.2.1 Các vấn đề tồn tại trong việc ứng dụng chương trình Plaxis 50

2.2.2 Các thông số sử dụng trong Plaxis để mô phỏng mô hình lý thuyết 53

2.2.3 Mô hình bài toán phẳng (2D) 54

2.2.4 Mô hình bài toán đối xứng trục 57

2.2.5 Mô hình bài toán không gian 59

2.3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 61

2.3.1 Các thông số sử dụng trong Plaxis mô phỏng mô hình thí nghiệm 62

2.3.2 Các biển đổi trong mô hình thí nghiệm thể hiện trong Plaxis 63

2.3.3 Mô hình bài toán đối xứng trục 64

2.3.4 Mô hình bài toán không gian (3D) 65

2.4 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN VỀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 67

CHƯƠNG 3 68

SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 68

3.1 SO SÁNH KẾT QUẢ PLAXIS VỚI KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT 68

3.1.1 Phân tích và so sánh các kết quả tính toán lý thuyết 68

3.1.2 Kiến nghị về phương pháp tính toán lý thuyết 70

3.1.3 Kiến nghị về phương pháp tính toán phần tử hữu hạn (FEM) 71

3.2 SO SÁNH KẾT QUẢ CÁC MÔ HÌNH BÀI TOÁN BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM) 72

3.2.1 Lực căng trong vải địa kỹ thuật 72

3.2.1.1 Kết quả lực căng trong vải ĐKT khi khoảng cách các cọc thay đổi 72

3.2.1.2 Kết quả lực căng trong vải ĐKT so sánh qua các mô hình bài toán 73

3.2.2 Chuyển vị của vải địa kỹ thuật 74

3.2.2.1 Kết quả chuyển vị của vải ĐKT khi khoảng cách các cọc thay đổi 74

3.2.2.2 Kết quả chuyển vị của vải ĐKT so sánh qua các mô hình bài toán 75

3.2.3 Nhận xét và kết luận về kết quả các mô hình bài toán trong Plaxis 76

3.3 SO SÁNH KẾT QUẢ PLAXIS VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH.

77

3.3.1 So sánh các kết quả tính toán Plaxis với kết quả TNMH 77

3.3.2 Nhận xét và kết luận về kết quả so sánh giữa Plaxis với TNMH 79

CHƯƠNG 4 80

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ CHỌN GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 80

4.1 GIỚI THIỆU 80

4.2 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 80

4.2.1 Dự Án Cảng POSCO 80

4.2.1.1 Giới thiệu chung về phần xử lý nền của Dự án 80

4.2.1.2 Địa chất công trình 83

4.2.1.3 Các thông số và kết quả tính toán 93

4.2.1.4 Nhận xét kết quả tính toán 97

4.2.2 Dự Án Nhà Máy Xử Lý Rác Vietstar 97

4.2.2.1 Giới thiệu về phương pháp xử lý nền của Dự án 97

4.2.2.2 Địa chất công trình 98

4.2.2.3 Các thông số và kết quả tính toán 102

4.2.2.4 Nhận xét kết quả tính toán 104

4.2.3 Dự Án Sửa Chữa Cầu Văn Thánh 2 107

4.2.3.1 Giới thiệu chung về phương pháp xử lý nền của Dự án 107

4.2.3.2 Địa chất công trình 110

4.2.3.3 Các thông số và kết quả tính toán 114

4.2.3.4 Nhận xét kết quả tính toán 118

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119

KẾT LUẬN 119

KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 120

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC A

TÍNH TOÁN VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CƯỜNG TRÊN ĐẦU CỌC THEO CÔNG THỨC LÝ THUYẾT

PHỤ LỤC B

KẾT QUẢ QUAN TRẮC THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH Ở KUALA LUMPUR, MALAYSIA

PHẦN I NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

MỞ ĐẦU

Lún sụt của nền đất yếu luôn là vấn đề quan trọng trong các công trình xây dựng trên nền đất yếu, thường là ở những công trình cảng, công trình giao thông, công trình hạ tầng và các công trình kho bãi ….Ổn định nền đất yếu luôn là thách thức trong ngành Địa Kỹ Thuật Xây dựng Đặt biệt, ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, TP HCM và các tỉnh lân cận có nền đất yếu phân bố rộng với chiều dày từ 10m đến hơn 30m

Các công trình đắp trên nền đất yếu thường gặp nhất là công trình đường vào cầu, thông thường móng các mố cầu được thiết kế là móng cọc và đường vào cầu thường được thiết kế là bản bê tông cốt thép (BTCT) nằm trên nền đất đắp có khi gia cố thêm cừ tràm… Do đó, thường xảy ra hai vấn đề chính Thứ nhất, móng cọc của mố cầu sẽ phải chịu các áp lực ngang từ nền đất yếu và đó là nguyên nhân chính gây phá hoại cọc Thứ hai, độ lún khác nhau giữa cầu và đường vào cầu đòi hỏi phải đắp bù thường xuyên cho đường vào cầu làm tăng thêm tải trọng do đất đắp, điều đó gây bất lợi cho công trình xem Hình 1.1 Thông thường, vấn đề này được khắc phục bằng kết cấu bản BTCT đổ ngàm vào các đầu cọc gia cố nền đất yếu, nhưng điểm yếu của phương pháp này rất đắt tiền và thời gian thi công lâu

Về sau, các nghiên cứu (như Hewlett và Randolph (1988)) đã đề nghị phương pháp gia cố nền bằng hệ thống cọc kết hợp với các mũ cọc dưới đất đắp Các kết quả quan trắc hiện trường cho thấy rằng ứng với 10% diện tích mũ cọc dưới khối đắp

có thể chống đỡ được khoảng 60% khối lượng đất đắp bên trên do hiệu ứng vòm

Trong khi đó, ở khu vực Đông Nam Á cũng đã bắt đầu áp dụng phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc kết hợp với vải địa kỹ thuật (ĐKT) gia cường trên đầu cọc Tên tiếng Anh của phương pháp này là “Geosynthetic Reinforced Pile Embankment” viết tắt là (GRPE) Có thể nói, đây là phương pháp thay thế cho các phương pháp ổn định nền đất yếu

Hệ thống GRPE được sử dụng tốt hơn các phương pháp gia cố nền thông thường bằng cọc với các mũ cọc dưới đất đắp Hệ thống kết cấu này tận dụng tối

đa sự làm việc của vải ĐKT Với chiều cao đắp khoảng 1m đến 2m thì khoảng cách cọc có thể bố trí từ 2m đến 5m Trong luận văn này sẽ nghiên cứu xem xét hiệu ứng vòm trong khối đất đắp và hiệu ứng màng trong vải ĐKT, đồng thời phân tích sự ảnh hưởng mặt tiếp xúc giữa vải ĐKT và vật liệu đắp

Hình 1 Biến dạng và chuyển vị của nền đất yếu ở khu vực đường vào cầu

(a) Sự cố khi đắp đường vào cầu không được xử lý nền (b) Chuyển vị của đất yếu ở khu vực đường vào cầu

Hình 2 Ứng dụng phương pháp gia cố nền bằng cọc BTCT kết hợp với vải ĐKT

gia cường cho đường vào cầu theo Reid và Buchanan (1984)

Theo các phân tích đánh giá từ các công trình đã thực hiện, hệ thống GRPE tiết kiệm được 30% thời gian thi công so với kỹ thuật ổn định nền đất yếu khác như gia tải trước kết hợp với đường thoát nước đứng và khoan phụt vữa Tuy nhiên

sử dụng phương pháp này đòi hỏi phải có sự xem xét, đánh giá tốt các thông số liên quan đến tính toán hệ thống GRPE

Dưới đây là các loại công trình khác nhau đã được áp dụng phương pháp xử

lý nền bằng hệ thống GRPE

Hình 3 Gia cố nền nhà xưởng bằng hệ thống GRPE (Han và Akins, 2002)

Hình 4 Gia cố nền đường bằng hệ thống GRPE (Tsukada et al 1993)

Hình 5 Gia cố nền đường đắp cao bằng hệ thống GRPE

(Dự án Wat Nakorn-In Thailand)

Hình 6 Thi công trãi vãi ĐKT gia cường (Dự án Wat Nakorn-In Thailand)

Hình 7 Công trình hoàn thiện (Dự án Wat Nakorn-In Thailand)

Hình 8 Hình thi công lắp đặt các mũ cọc và vải ĐKT đường cao tốc ở Hồng

Kông

Hình 9 Thi công đắp đất trên vải ĐKT gia cường dự án đường cao tốc ở Hồng

Kông

™ XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU – PHẠM VI GIỚI HẠN CỦA

ĐỀ TÀI

Thiết kế công trình trên nền đất yếu luôn là vấn đề khó khăn trong ngành Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Đặc biệt là thiết kế các công trình đắp trên nền đất yếu phải luôn xem xét đến các vấn đề về khả năng chịu tải, ổn định mái dốc, áp lực ngang, các chuyển vị ngang và lún, đó cũng là mục tiêu của phương pháp gia cố nền bằng hệ thống cọc kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp (GRPE) Ngoài ra, phương pháp này còn có ưu điểm kết cấu thực hiện đơn giản, kinh tế, mỹ quan và rút ngắn thời gian thi công

Hiện nay, một số công trình trên nền đất yếu như đường vào cầu, công trình đắp dọc bờ sông, công trình nền nhà kho, xưởng ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận đang bị lún sụt nghiêm trọng Khó khăn khách quan ở đây

là các khu vực này có chiều dày tầng đất yếu tương đối lớn, phạm vi đất yếu tương đối rộng cũng như địa chất và địa hình phức tạp Để khắc phục sự lún sụt cho các công trình loại này, đã có nhiều giải pháp xử lý nền móng khác nhau đã và đang thực hiện như gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất, cố kết nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước kết hợp với đường thoát nước đứng (PVD)… Một trong những giải pháp mới hiện nay xử lý nền đất yếu cho các công trình loại này là “gia

cố nền đất yếu bằng cọc kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp (GRPE)” đã được nghiên cứu và thực hiện ở nhiều nước trên thế giới như ở Anh, Malaysia, Singapore, Hàn Quốc, Thái Lan,…

Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp (GRPE) được nghiên cứu với các vấn đề chính, đó là sự làm việc của vải ĐKT gia cường qua việc xem xét hiệu ứng màng, hiệu ứng vòm bên trong khối đắp, sự truyền tải trọng đất đắp vào các mũ cọc Ngoài ra, xem xét kích thước mũ cọc “a”, khoảng cách giữa các cọc “s” và chiều cao đất đắp “H” Qua đó, đánh giá các thông số qua các tương quan tương ứng với tỉ số H/(s-a) Các kết quả thu được từ việc tính toán các công thức thực nghiệm và kết quả quan trắc từ thí nghiệm mô hình sẽ so sánh với kết quả tính toán Plaxis đưa ra kết luận và kiến nghị

Thực hiện nghiên cứu các mô hình bài toán khác nhau bằng chương trình Plaxis 2D, Plaxis 3D Tunnel, phân tích các trường hợp về khoảng cách cọc, chiều cao đất đắp Từ đó, tổng hợp các kết quả tính toán và thiết lập các biểu đồ tương quan về lực căng trong vải ĐKT theo khoảng cách cọc, chiều cao đất đắp, xem xét

sự chuyển vị của vải ĐKT, tải trọng tác dụng lên mũ cọc

Trong luận văn này, sẽ tập trung đi sâu vào việc phân tích và ứng dụng phương pháp gia cố nền bằng cọc BTCT kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp Nội dung trình bày được tóm tắt như sau:

cường trên đầu cọc dưới đất đắp Thiết lập mô hình tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) dùng chương trình Plaxis Kết quả thu được sẽ

so sánh với kết quả tính toán từ các công thức lý thuyết Nhận xét và kết luận về các phương pháp tính toán

sẽ so sánh với kết quả thí nghiệm hiện trường và tính toán lý thuyết Nhận xét và kết luận về sự hợp lý trong tính toán Plaxis so với kết quả quan trắc thực tế từ thí nghiệm mô hình

phương pháp gia cố nền đất yếu bằng hệ thống cọc BTCT kết hợp với vải địa kỹ thuật (ĐKT) gia cường trên đầu cọc dưới đất đắp, khu vực ven sông Sài Gòn và một số vùng lân cận

Chương 1 –Giới thiệu mục tiêu, phạm vi của đề tài Xác lập nhiệm vụ nghiên cứu Chương 2 – Nghiên cứu tổng quan về tính toán vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất

đắp trên nền gia cố cọc Nghiên cứu các phương pháp tính toán lý thuyết, các công thức thực nghiệm, mô hình thí nghiệm hiện trường

Chương 3 – Nghiên cứu các mô hình tính toán vải ĐKT gia cường dưới đất đắp

trên nền gia cố cọc (GRPE) bằng phương pháp phần tử hữu hạn

(FEM) Thực hiện nghiên cứu các mô hình tính toán lý thuyết bằng chương trình Plaxis theo mô hình bài toán đối xứng trục, mô hình bài toán 2D, mô hình bài toán 3D Ngoài ra, còn nghiên cứu thực hiện tính toán mô phỏng lại thí nghiệm mô hình ở Kuala Lumper – Malaysia bằng chương trình Plaxis

Chương 4 – So sánh và phân tích các kết quả tính toán Từ đó, rút ra các nhận xét

và kết luận về các phương pháp tính toán, nêu các kiến nghị trong việc tính toán thiết kế gia cố nền bằng phương pháp GRPE

Chương 5 – Ứng dụng kết quả nghiên cứu để chọn giải pháp cấu tạo và phương

pháp tính toán cho công trình thực tế

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CƯỜNG DƯỚI ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU CÓ GIA CỐ CỌC

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Sơ đồ làm việc của vải địa kỹ thuật gia cường và đất đắp trên nền gia cố cọc được mô tả chi tiết như trong Hình 1.1 Trong đó, có các vấn đề chính như sau:

Khi khối đất đắp được đắp lên nền gia cố cọc kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường sẽ xuất hiện hai vấn đề chính là hiệu ứng vòm và hiệu ứng màng

Phân tích sơ đồ làm việc trong Hình 1.1 nhận thấy, phần lớn trọng lượng khối đất đắp bên trên được truyền vào các mũ cọc và tập trung vào các đầu cọc, phần còn lại ở tại các vị trí giữa các mũ cọc sẽ sinh ra hiệu ứng vòm bên trong khối đất đắp, khối đất bên trên vòm sẽ truyền trực tiếp vào các mũ cọc, khối đất đắp bên dưới vòm sẽ truyền hoàn toàn vào vải địa kỹ thuật (ĐKT) gia cường và được phân tán vào các mũ cọc

Hiện tượng khối đất bên dưới vòm tác dụng vào tấm vải ĐKT làm tấm vải căng và võng xuống nền đất yếu gọi là hiệu ứng màng Trong các phần sau sẽ phân tích chuyên sâu về vấn đề này và các vấn đề liên quan như : Chiều cao đất đắp, khoảng cách lưới cọc và cách thức bố trí lưới cọc

Hình 1 1 Sơ đồ làm việc của vải địa kỹ thuật gia cường và đất đắp trên nền cọc

Trong chương này sẽ tổng quan hầu hết các vấn đề liên quan đến vải địa kỹ thuật gia cường trên đầu cọc dưới đất đắp Tất cả các vấn đề này được tổng hợp và nghiên cứu gồm 5 phần, cụ thể là: hiệu ứng vòm, hiệu ứng màng, sự tương tác của hiệu ứng màng và hiệu ứng vòm trên nền cọc dưới đất đắp, nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế của Anh BS8006, các trường hợp nghiên cứu khác thông qua thí nghiệm

mô hình, các Dự án về gia cố nền bằng cọc kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp (GRPE)

1.2 LÝ THUYẾT HIỆU ỨNG VÒM CỦA ĐẤT

Hiệu ứng vòm được định nghĩa là “sự truyền áp lực đất từ một phần khối đất bị lún đến bên cạnh khối đất không bị lún” (Terzaghi, 1943) Theo McNulty (1965) định nghĩa hiệu ứng vòm là “Sự truyền tải trọng ổn định của một vật liệu từ một vị trí đến một vị trí khác không đổi Hình thành từ một hệ thống ứng suất cắt

do quá trình truyền tải trọng.”

H

γH

Hình 1 2 Sơ đồ hiệu ứng vòm và áp lực trên nền qua thí nghiệm ngưỡng giữ

(Terzaghi, 1943) Hiệu ứng vòm có thể giải thích bằng thí nghiệm ngưỡng giữ của Terzaghi Hình 1.2 Một lớp cát khô với dung trọng γ, được đắp trên nền có ngưỡng giữ ‘ab’ Chiều cao của lớp cát bằng 2 lần chiều dài đoạn ‘ab’ Khi ngưỡng giữ đứng yên, áp

Khi cho ngưỡng giữ lún xuống, áp lực trên ngưỡng giữ giảm xuống một phần so

với giá trị ban đầu, ngược lại áp lực trên phần nền xung quanh tăng lên Điều này

là do lực cắt dọc theo các biên bên, ac và bd kháng lại sự hạ xuống của các lăng trụ cát trên ngưỡng giữ đang lún

Thí nghiệm này cho phép hình dung khá tốt về hiệu ứng vòm Theo Terzaghi, việc nghiên cứu lý thuyết, kết quả thực nghiệm và kinh nghiệm về đường hầm cho thấy áp lực lớn nhất trên ngưỡng giữ khi đang lún độc lập với chiều dày H của lớp cát đắp Điều này chỉ đúng khi khoảng cách 'ab' cố định và độ sâu H vượt quá một giá trị đặc biệt, nằm phía trên đỉnh của vòm

Cùng hướng suy nghĩ với Terzaghi, lý thuyết Marston về tải trọng trên các công trình ống dẫn ngầm đã xác định thành công hiệu ứng vòm Xem xét ống ngầm được đặt trong một rãnh dưới mặt đất tự nhiên, lực cắt (tương tự như được

mô tả trong thí nghiệm ngưỡng giữ) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tải trọng lên công trình Trong trường hợp này, mặt phẳng dọc theo phương chuyển vị giả sử xuất hiện, và mặt phẳng nơi lực cắt hình thành là những mặt phẳng thẳng đứng mở rộng lên từ bên cạnh ống ngầm xem Hình 1.3

Sau đó, Marston đã xác định được biểu thức về lực đứng tại vị trí cống ngầm Cân bằng biểu thức biến dạng của các lăng trụ phía trong cống với độ lún của đỉnh ống dẫn bằng với tổng biến dạng của các lăng trụ ngòai và mặt lún tới hạn, từ đó tìm được công thức tính He

Lực trên cống ngầm được tính toán theo công thức sau:

2

. c

µ

2

1

) / ( 2

K

e C

Bc H K

/ ( 2

).

(

2

Bc H K

Bc

He Bc

H K

µ = tanφ : Hệ số ma sát của vật liệu đắp Chiều cao tầng đẳng lún He được tính theo công thức:

c

sd c

e

Bc H K c

e sd

c e Bc

H K sd

c e

B

H p r Bc

He H B

H

K

e B

H H p r B

H K

e x p r B

H H

K

.

.

2

1

3

) ( 2

1 2

1 3

) (

2

1

2

) / ( 2 2

) / ( 2

Lực trên cống ngầm này được tổng kết và sử dụng trong tiêu chuẩn BS8006 (1995) ở Anh Qua đó, tiêu chuẩn BS8006 đã phát triển thêm nhiều sự tương quan giữa hiệu ứng vòm và hiệu ứng màng cho vải địa kỹ thuật gia cường trên đầu cọc dưới đất đắp Hình 1.4.

γ, φ

Hình 1 4 Sơ đồ lực tác dụng trong phương án nền gia cố cọc dưới đất đắp Hewlett & Randolph (1988) phân tích hiệu ứng vòm bằng cách xem xét sự cân bằng giới hạn của ứng suất trong các vòm cát giữa các đầu cọc bố trí theo sơ

mô hình Các phần sau đây chỉ nêu lên các bước phát triển công thức tính toán tính hiệu quả của hệ thống mũ cọc

Hình 1 5 Hình dạng của vòm cát trong hiệu ứng vòm

Vòm cát Đỉnh vòm

Chiều cao vòm cátMặt nền hiện hữu

Xem xét làm hai phần chính :

Phần 1: Phần đỉnh của vòm bao gồm xem xét sự cân bằng bán kính ở phần

đỉnh của vòm tại mặt cắt qua các mũ cọc và vòm lồi, ứng suất bên dưới bề mặt vòm, tổng áp lực lên vòm, từ đó xác định được tỉ lệ trọng lượng của đất đắp được chống đỡ bởi các cọc tức là hiệu quả của gối đỡ

Sự cân bằng bán kính ở phần đỉnh của vòm tại mặt cắt qua các mũ cọc và vòm lồi (dọc theo khoảng cách cọc lớn nhất không có vòm P1-P3 hay P4-P2):

γσ

R dR

)32(23

2

22

)1( 2 ( 1 )

−

−+

p Kp

K

b s K

K s H x

sin1

sin1

i s

−+

b s

γ

2

2 2

1− −

{A AB c}

Trong đó :

) 1 ( 2

2)1

22

p

K

K H

S B

22

p

K

K H

b S C

Phần 2: Phần trên mũ cọc bao gồm xem xét trạng thái cân bằng bán kính

trong nêm kín hẹp trên mũ cọc, kết hợp ứng suất tiếp tuyến σθ xuyên qua mũ cọc, xác định tổng lực tác dụng được chống đỡ bởi mũ cọc, từ đó sẽ tính được tính hiệu quả của hệ thống cọc và đất đắp

Trạng thái cân bằng bán kính trong nêm kín hẹp trên mũ cọc ở mặt cắt P2:

P1-1

2

p r

b s

r

K σ

Do đó, kết hợp ứng suất tiếp tuyến σθ xuyên qua mũ cọc, Tổng lực tác dụng

có thể được đỡ bởi mũ cọc và được thể hiện:

b s

r x K P

Kp s

b s

s

4

1 2

/

2 / (

p

p

K S

[(1 ) (1 )]

.1

1.1

2

p K

p

p

K K

δδ

δ

++

(1 15)

Randolph và Hewlett (1988) đã nghiên cứu các dữ liệu của Reid và Buchanan (1983) Trong dữ liệu này, đã xem xét đến việc sử dụng tấm màng trải trên đỉnh cọc, tấm màng này sẽ đóng vai trò tăng hiệu quả của gối đỡ

Sau cùng, mô hình thực nghiệm và sự đo đạc tại hiện trường cho thấy phần lớn trọng lượng của khối đất đắp hơn 60 % tác dụng lên các cọc Phân tích sự uốn vòm trên các đầu cọc dựa trên các kinh nghiệm thu được từ việc quan sát các

“vòm” cát trong các mô hình thí nghiệm Sự phân tích chuyên sâu về tính hiệu quả, về khả năng chống đỡ của cọc khi tải trọng đắp tác dụng thẳng lên cọc Trong thiết kế, vải địa kỹ thuật trải lên đầu cọc sẽ tăng hiệu quả gia cường và ngăn cản sự chuyển vị của cọc

Randolph và Hewlett (1988) cũng đề nghị một cơ sở cho cọc dưới nền đất đắp Bởi sự phá hoại, cho dù là do sự sụp vòm hay sự phá hoại do tải trọng, chỉ ảnh hưởng đến phần dưới của đất đắp Do đó, rất thuận lợi khi xây dựng phần dưới của đất đắp bằng loại đất có cấp phối tốt và được đầm nén tốt, điều đó sẽ làm tăng hiệu quả chống đỡ của cọc

Randolph và Hewlett đã cho nhận xét tốt hiệu ứng vòm trong khối đắp trên nền gia cố cọc Tuy nhiên, đỉnh của vòm được xem là đường đẳng độ lún trong hiệu ứng vòm Marston và tác dụng của màng trong việc nâng cao hiệu quả gia cường

1.3 CƠ CHẾ TRUYỀN LỰC

Khi khối đắp được đắp lên trên nền gia cố cọc kết hợp với vải ĐKT gia cường bên trên các mũ cọc, khối đất giữa hai mũ cọc bị lún xuống Do đó, tấm vải ĐKT bị võng xống đồng thời sinh ra hai thành phần lực, lực kéo trong vải ĐKT và phản lực của nền đất yếu σs, quá trình dịch chuyển của khối đất sẽ hình thành ứng suất cắt trong khối đắp trên mũ cọc Ứng suất cắt này sinh ra hiệu ứng vòm trong khối đắp và làm giảm tải trọng tác dụng lên tấm vải ĐKT gia cường nhưng làm tăng tải trọng do vòm tác dụng vào mũ cọc Cơ cấu truyền lực này được mô phỏng

theo hiệu ứng vòm của Terzaghi (1943)

đã đề nghị sự hợp lý tương tự cho việc ước lượng lực kéo trong vải ĐKT như là lực kéo của màng Wang (1969) đã xem xét sự làm việc của nhiều lớp vải ĐKT gia cường trong đất trong điều kiện lực dính biểu kiến

Tóm lại, cơ cấu truyền lực có thể được xem xét như một tổ hợp của vòm đất và lực kéo của màng hay độ cứng ảnh hưởng của tấm, và quan hệ độ cứng giữa

cọc và đất Cơ cấu truyền lực dựa vào một số các nhân tố bao gồm: độ cứng về khả năng chịu kéo của các lớp vải ĐKT, thông số đất đắp và đất nền, mô đun của cọc và đất

1.4 SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT

Tỉ số phân bố ứng suất là thông số được dùng để định lượng sự phân bố của tải trọng tác dụng Nó được định nghĩa là tỉ số của ứng suất trên mũ cọc với ứng suất của đất ở giữa các mũ cọc Tỉ số tập trung ứng suất là chỉ số chung mà nó bao hàm cả cơ cấu của vòm đất, lực kéo hay lực dính biểu kiến và độ cứng của cọc –

đất khác nhau Ooi (1987) chỉ ra rằng giá trị n = σ c /σs cho các cọc thông thường dưới đất đắp không có vải ĐKT thay đổi trong khoảng 1.0 đến 8.0 Tỉ số này gia tăng với sự gia tăng tỉ số giữa chiều cao đắp với khoảng cách 2 cạnh gần nhất của các mũ cọc Dựa trên nghiên cứu của Reid (1993) và Maddison (1996) giá trị n của hệ thống nền gia cố cọc kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường dưới đất đắp (GRPE) sử dụng cọc bê tông giá trị n thay đổi từ 8 đến 25, cao hơn nhiều so với cọc truyền thống Sự gia tăng của n là do có sự đóng góp của vải địa kỹ thuật (ĐKT) Giá trị n phụ thuộc vào độ cứng hay độ bền của móng Sự tập trung ứng suất

1.5 LÝ THUYẾT HIỆU ỨNG MÀNG

Các phương pháp hiện tại nghiên cứu hiệu ứng màng bao gồm các phân tích được phát triển bởi Delmas(1979); Perrier (1983) and Kinney (1987) cho hình dạng và điều kiện lực đơn giản Tuy nhiên, hầu hết các vấn đề bao gồm các hình dạng và điều kiện lực phức tạp thì cần sử dụng phương pháp số

Thiết kế vải ĐKT gia cường trên nền gia cố cọc dưới đất đắp được thay thế cho phương pháp thông thường là tấm bê tông cốt thép đặt trên nền cọc Với vải ĐKT gia cường sẽ chuyển phản lực do trọng lượng khối đắp bên dưới vòm thành lực kéo Biến dạng và sự truyền tải trọng của vải ĐKT cũng như hiệu ứng vòm và ứng suất bên trong khối đất đắp cần phải được đánh giá Do đó, thiết kế vải ĐKT cần xem xét các vấn đề sau:

(1) Ứng suất thẳng đứng trên vải địa kỹ thuật (ĐKT) sau khi hiệu ứng vòm của

lớp đất xảy ra giữa khoảng trống hai mũ cọc đã được xác định

đất đắp

ngang của khối đắp

Phương pháp thiết kế được thảo luận ở đây gồm: Tiêu chuẩn BS8006, lý thuyết Terzaghi, lý thuyết của Hewlett và Randolph, phương pháp của John và lý thuyết của Guido Phương pháp phần tử hữu hạn dùng chương trình Plaxis sẽ được trình bày trong Chương 2 Hầu hết các tính toán theo công thức lý thuyết thường

bỏ qua phần gối đỡ của nền bên dưới lớp vải địa kỹ thuật (ĐKT) Như trong tính toán thường xem bên dưới vải ĐKT là một lỗ trống Đây là kiểu thiết kế an toàn

Xét kiểu bố trí cọc dạng hình vuông

Hình 1 7 Ô đơn vị (Russell và Pierpoint, 1997) Mỗi ô đơn vị được đỡ bởi bốn mũ cọc, (Russell và Pierpoint, 1997) Diện tích của ô lưới là s² và diện tích không nằm trong phạm vi được chống đỡ trực tiếp bởi mũ cọc là (s²-a²) Một phần tư của tải trọng được giả thuyết là truyền vào vải ĐKT gia cường

1.5.1 Hệ số giảm ứng suất

Qua so sánh kết quả các phương pháp tính toán khác nhau, tỉ số giảm ứng

suất được định nghĩa là tỉ số của ứng suất thẳng đứng trung bình trên vải ĐKT và

áp lực do trọng lượng bản thân của đất đắp

).(

)(2

2

s H

a s W

WT : tải trọng phân bố đều tác dụng lên vải địa kỹ thuật

s : khoảng cách giữa 2 tim cọc

T

p a s a

s

a s f s W

'

'4

T

p a s a s

s W

'

''

p a

ws: hoạt tải phân bố đều

ffs: hệ số tải trọng cục bộ cho trọng lượng đơn vị của đất

fq: hệ số tải trọng cục bộ do các tải trọng ngoài

=

H

p a s H a s

s

sr

).

(

8

2

1.5.3 Phương pháp của Terzaghi

Phương pháp của Terzaghi (1943) được dưa trên phân tích thí nghiệm ngưỡng giữ (trap door) Terzaghi xem xét cường độ lực cắt dọc theo lăng trụ đất

mà được mô phỏng từ chiều cao đắp đã được xác định tại các mặt phẳng có độ lún bằng nhau Tỉ số giảm ứng suất được xác định theo công thức sau :

)' tan(

4 2

2

1)'tan(

4

a s K H a

K a H

a s S

1.5.4 Lý thuyết của Hewlett và Randolph

Hewlett và Randolph (1988) đã nêu ra lý thuyết vòm cho các hạt rời dựa theo các thí nghiệm mô hình thoát nước tự do Nó được giả thuyết vòm đất như là một chuỗi các vòm hình bán cầu được chống đỡ bởi các mũ cọc Trong trường hợp

đó, các vị trí giới hạn phá hoại có thể ở đỉnh của vòm hay ở các mũ cọc Hệ số

Tỉ số giảm ứng suất ở đỉnh của vòm được xác định theo công thức:

)3.2(

)1.(

2 2

)()3.2(

)1.(

2 211

) 1 (

−

−

−+

p K

K H

a s K

K H

s s

1 (

11

11

12

1

s

a K

s

a s

a s

a K

K S

p K

p p

1.5.5 Lực kéo trong vải địa kỹ thuật

Theo tiêu chuẩn Anh BS8006 (1995) đề nghị công thức tính lực kéo trong vải ĐKT gia cường như sau:

Lực kéo trên một mét dài của vải ĐKT gia cường được xác định thông qua lực phân bố đều WT trên vải ĐKT

ε

6

11

=

a

a s W

Trong đó:

Trp : là lực kéo trong vải địa kỹ thuật (ĐKT) gia cường

Lực kéo trong vải ĐKT gia cường được tính toán xét đến khả năng biến

dạng cho phép lớn nhất Biến dạng 6% là biến dạng giới hạn dưới cho việc truyền tải trọng vào các mũ cọc Đường cong tải trọng và biến dạng sẽ được nghiên cứu ứng với các mức tải trọng khác nhau Dọc theo các khe rỗng, biến dạng tập trung ở

bề mặt của đất đắp, biến dạng dọc phải được giữ nhỏ nhất Biến dạng từ biến lớn nhất được cho phép là 2% đối với kết cấu cố định

Lực kéo phát triển cùng với biến dạng của vải ĐKT trong suốt quá trình đắp bên trên Nếu vải ĐKT không biến dạng trong suốt quá trình đắp thì lực kéo cũng không phát triển

John (1987) cho rằng, có sự tương tự giữa một cáp treo tải trọng phân bố đều và vải địa kỹ thuật Điều này cho thấy rằng hình dạng lúc bị biến dạng của vải

1.8

0.15γΗ

∆S r

b n =s-a

Hình 1 8 Sơ họa về biến dạng móc xích, sơ đồ lực theo John (1987)

móc xích này sẽ là :

2

2

16 1 ) (

2

1

r

n n

B T rp

S

b b

W W T

∆ +

−

1

16 1 )

4 ( ln ) 8 (

16 1 2

1

2

2 2

2 2

∆

∆ +

∆ +

=

n

r n

r r

n n

r G

b

S b

S S

b b

S

Trong đó:

εG: biến dạng trong vải ĐKT gia cường;

∆Sr: chuyển vị lớn nhất của vải ĐKT gia cường;

Mặt khác, T = εG*J được áp dụng trong trường hợp ∆Sr thường là chưa biết

và phải được xác định trong thiết kế

Ứng suất trung bình thẳng đứng trên vải ĐKT gia cường có thể dựa vào phương pháp tính toán nêu trên John (1987) đã giả thuyết

Phản lực của nền đất yếu :

H.15.0

Trong đó:

Quá trình xác định biến dạng và lực kéo trong vải ĐKT gia cường lần lượt theo các bước sau :

(2) Dùng công thức (1.28) để tính toán biến dạng εG trong vải ĐKT gia cường; (3) Tính toán lực kéo Trp trong vải ĐKT theo công thức (1.27);

ĐKT gia cường đã được xác định trong phòng thí nghiệm (Hình 1.9) để tính toán biến dạng;

cho đến khi giá trị biến dạng tính toán trong bước (2) và bước (4) trùng khớp nhau

J 1

T r

ε r

Hình 1 9 Mô hình biểu đồ thí nghiệm kéo trên vải ĐKT gia cường

1.5.6 Phản lực đất

Thông thường trong các nghiên cứu trước thường bỏ qua phản lực của nền,

do đó bài toán thiết kế trở nên rất an toàn Trong thực tế một phần phản lực do nền bên dưới lớp vải địa kỹ thuật (ĐKT) cần phải được xem xét Reid và Buchman (1984) nghiên cứu và cho rằng phản lực nền bên dưới lớp vải ĐKT là 0.18γ.H, trong đó γ là dung trọng của đất đắp, H là chiều cao đất đắp John (1987) nghiên cứu và cho rằng phản lực đó được lấy bằng 0.15γ.H

Sau đó, Jones (1990) đã nghiên cứu bằng chương trình phần tử hữu hạn (FEM) về mô hình nền gia cố cọc kết hợp với vải ĐKT dưới đất đắp, kết quả tính toán bằng chương trình Plaxis được thể hiện trong (Hình 1.10)

Hình 1 10 Quan hệ giữa lực kéo trong vải ĐKT dưới đất đắp và khoảng cách cọc

(Jones và cộng sự (1990) – được thực hiện ở Han, 1999)

1.5.7 Lực kéo trong vải địa kỹ thuật do trượt

Ngoài việc nghiên cứu lực kéo trong vải ĐKT do ứng suất trung bình thẳng đứng của trọng lượng bản thân đất đắp mà còn phải xem xét về lực kéo sinh ra do ảnh hưởng biến dạng tại khu vực mái đất đắp và chuyển vị ngang cho phép của cọc Lực kéo cần thiết trong khu vực mái đất đắp của vải ĐKT gia cường theo tiêu chuẩn BS8006 (1995) được tính theo công thức:

H)w.f2H.fK5.0

Tải trọng phát sinh lực kéo do đất đắp không được vượt ra ngoài biên của vải ĐKT Chiều dài của vải ĐKT kéo dài ở mái đất đắp được tính toán theo công thức sau:

ms

n s s q fs

a e

f

c H

f f w f H f H K L

)

'tan(

'

.)

2.(.5

0

φαγ

Trong đó:

fs: hệ số kháng trượt cục bộ cho vải địa kỹ thuật (ĐKT)

fn: hệ số điều chỉnh cục bộ về các yếu tố gây phá hoại

h : chiều cao trung bình của đất đắp bên trên đoạn Le của vải ĐKT α’: góc ma sát giữa đất đắp và vải ĐKT (tan(ø’cv))

fms: hệ số về vật liệu được áp dụng cho tan(ø’cv)

Hình 1 11 Ổn định trượt của mái dốc đất đắp và vải ĐKT (BS8006, 1995)

1.5.8 Biến dạng của vải địa kỹ thuật gia cường

Theo tiêu chuẩn BS8006, biến dạng giới hạn cho phép lớn nhất trong vải địa kỹ thuật (ĐKT) gia cường phải đảm bảo không xảy ra các biến dạng khác nhau trên bề mặt đất đắp Tuy nhiên trong trường hợp đắp thấp, biến dạng khác nhau có thể xả ra do vòm đất chưa hình thành đầy đủ

Biến dạng kéo ban đầu phải đảm bảo yêu cầu truyền tải trọng đến các cọc yêu cầu khoảng 6% để đảm bảo rằng tất cả tải trọng được truyền đến các cọc Giới hạn này có thể giảm xuống cho trường hợp đắp thấp để ngăn cản xảy ra hiện tượng lún khác nhau

Để đảm bảo rằng, dọc theo các vị trí chuyển vị bên dưới vải ĐKT không xảy ra hiện tượng lún không đều trên bề mặt đất đắp phải khống chế biến dạng trong vải ĐKT là nhỏ nhất Biến dạng từ biến cho phép lớn nhất là 2% đối với vải ĐKT gia cường

1.5.9 Các trạng thái giới hạn theo tiêu chuẩn BS8006

Tiêu chuẩn BS8006 (1995) về trạng thái giới hạn thì việc gia cố nền đất đắp bằng cọc có trạng thái giới hạn lớn nhất và trạng thái giới hạn phục vụ được xem xét lần lượt như trong Hình 1.12 và 1.13

Hình 1 12 Các trạng thái tới hạn cơ bản của nền gia cố cọc dưới đất đắp

Hình 1 13 Các vấn đề về biến dạng của nền gia cố cọc dưới đất đắp

1.5.10 Thí nghiệm hiện trường về vòm đất đắp và lực kéo trong vải ĐKT 1.5.10.1 Giới thiệu chung

Thí nghiệm hiện trường được thực hiện phối hợp giữa trường Đại học Quốc

tế Singapore, đại học Grenoble (Pháp) và Hiệp hội vải địa kỹ thuật Châu Á Mô hình thí nghiệm hiện trường theo tỉ lệ lớn được thiết kế và bố trí thí nghiệm một cách đặc biệt bên trong một hố với sự chỉ đạo của cơ quan đứng đầu Hiệp hội vải địa kỹ thuật Châu Á tại Kuala Lumpur, Malaysia

Kích thước hố thí nghiệm rộng 3m, dài 5m, sâu 2m Với sự tư vấn của trường Đại học Grenoble, Pháp cũng như sự thống nhất về việc sử dụng cọc và đất đắp, mặt bằng cọc cũng như các vấn đề về đất đắp các thay đổi bề dày lớp đất đắp

đã được hoàn thành Một chuỗi các thí nghiệm được tiến hành gồm có 8 cọc thép chữ H được bố trí lưới tam giác, khoảng cách lưới 1200mm như thể hiện trong Hình 1.15 Mũ cọc thép hình tròn đường kính 210mm, chiều dày 25mm và cao trình mũ cọc là 1000mm kể từ bản đáy hầm Xung quanh các cọc được đổ đầy đất tạo nền Biên của hầm thí nghiệm được làm bằng khung thép thiết kế để giữ cố định các đầu vải địa kỹ thuật Tường hầm được làm bằng bê tông, tường phía mặt diện được gia cường thêm tường thép và khung thép chống hình tam giác để chống

đỡ sự dịch chuyển ngang của tường do áp lực của đất đắp truyền lên nền và áp lực ngang của đất nền Một phần của tường này được làm 2 cửa sắt có kích thước đặc biệt đảm bảo cho việc di chuyển lớp đất nền bên trong hầm ra ngoài trong quá trình thí nghiệm

Hình 1 14 Sơ đồ mặt cắt ngang của hầm thí nghiệm

Hình 1 15 Mô hình 3-D của hầm thí nghiệm

1.5.10.2 Các thông số chính áp dụng trong thí nghiệm mô hình

Như đã đề cập, mục tiêu của việc nghiên cứu là làm sáng tỏ sự tương tác giữa hiệu ứng vòm và hiệu ứng màng Có 3 cách bố trí lưới cọc khác nhau như bố trí lưới tam giác, lưới ô vuông và lưới ô vuông nghiêng được phân tích như trong

hằng số như trong Hình 1.15 Khoảng cách lưới cọc bố trí thích hợp nhất là 1.2m,

đó là biên ảnh hưởng nhỏ nhất và có khoảng cách đủ để bố trí các khung biên bằng thép Hình 1.15 Và ở các lần thí nghiệm tương tự có thể có một khoảng trống lớn hơn giữa các mũ cọc, do đó hiệu ứng màng của vải địa kỹ thuật có thể đạt lớn nhất

Hình 1 16 Mô hình bố trí lưới cọc tam giác