Đồ án nghiên cứu tính toán lớp cốt địa kỹ thuật kết hợp cọc chống sử dụng trong nền đắp trên đất yếu

1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Với đặc điểm địa chất tốc độ phát triển hạ tầng giao thông nước ta, việc xây dựng đường đắp cao đất yếu đề thường xuyên gặp phải Cùng với yêu cầu gắt gao mặt kỹ thuật địi hỏi đẩy nhanh q trình thi cơng để sớm đưa cơng trình vào khai thác Giải pháp cọc xử lý đất yếu ứng dụng nước ta từ năm 80 với giải pháp công nghệ cọc đất xi măng, đất gia cố vôi, cọc tiết diện nhỏ cọc BT, cọc BTCT Các giải pháp thường kết hợp với sàn giảm tải BTCT với mục đích truyền tồn tải trọng đất đắp giao thông xuống cọc, không cho đất yếu phần đắp chịu tải trọng Giải pháp hiệu mặt kỹ thuật, an toàn cho thiết kế nhiên dẫn đến lãng phí mặt kinh tế Tìm hiểu giải pháp cơng nghệ sàn giảm tải sử dụng kết hợp với cọc, NCS nhận thấy giải pháp sàn giảm tải vật liệu địa kỹ thuật (ĐKT) cường độ cao (bao gồm lưới vải ĐKT – gọi chung cốt ĐKT) nghiên cứu áp dụng rộng rãi nhiều nước giới Thay sử dụng sàn giảm tải cứng BTCT, lớp cốt ĐKT trải đỉnh cọc để tạo thành lớp truyền tải mềm, xen lớp cốt sử dụng cốt liệu thô cát, đá dăm Vai trị lớp truyền tải có nhờ đặc điểm khả chịu kéo lớn lớp cốt ĐKT, cốt phát huy vai trò hiệu ứng màng thân hiệu ứng vòm phần đất đắp từ làm tăng hiệu truyền tải xuống cọc giảm tải trọng truyền xuống đất yếu cách hiệu Ngoài ra, ưu điểm giải pháp cơng nghệ cịn thể tính đơn giản, tốc độ thi công thân thiện với mơi trường Chính ưu điểm có nhiều cơng trình lựa chọn giải pháp cho vị trí đắp cao, yêu cầu độ lún nhỏ đường đầu cầu, phần mở rộng đường hữu, Song song với việc ứng dụng giải pháp nghiên cứu từ thực nghiệm đến lý thuyết làm việc phối hợp cọc cốt ĐKT như: chế truyền tải trọng, phân bố lực kéo cốt, số nước ban hành tiêu chuẩn thiết kế cho giải pháp công nghệ Anh, Đức, Tổng hợp nghiên cứu công bố Thế giới, Việt Nam phương pháp tính tốn thiết kế tiêu chuẩn Anh BS8006:1-2010, Đức EBGEO 2004, NCS có số nhận định sau: - Phương pháp thực nghiệm mơ hình: Các mơ hình vật lý thu nhỏ với hạn chế loại vật liệu kết cấu mô nguyên lý làm việc khơng thể phản ánh sát thực với tốn thực tế với đa dạng vật liệu, địa tầng đất đắp Tuy nhiên, thí nghiệm mơ hình thu nhỏ sở tin cậy cho việc phát triển, kiểm tra đối chiếu khẳng định phương pháp tính tốn giải tích hay phương pháp số - Phương pháp giải tích phương pháp tiêu chuẩn: Phần lớn phương pháp dựa kết luận mơ hình thực nghiệm phịng xây dựng tốn cân giới hạn Hạn chế phương pháp xuất phát từ hạn chế mơ hình thực nghiệm giả thiết nhằm đơn giản hóa lời giải mơ tốn thực nghiệm tốn cân giới hạn khơng xét đến ảnh hưởng đất yếu, đất đắp, khoảng cách cọc Và thí nghiệm vật liệu sử dụng khác kèm theo giả thuyết khác dẫn đến khác biệt lớn kết tính Ví dụ tiêu chuẩn Anh tồn hai cách tính tải trọng truyền tải xuống cọc dựa vào hai thực nghiệm cống chìm Marston năm 1913 Hewlett Randolph năm 1988 cho kết khác Bàn luận phương pháp tính truyền tải, thân tiêu chuẩn Anh khuyến cáo nên có phương pháp tính tốn phân tích khác để phù hợp với điều kiện địa chất, vật liệu cụ thể trường hợp, đặc biệt phương pháp số Ngồi ra, tính tốn lực kéo cốt ĐKT, phương pháp giả thiết lực phân bố cốt tập trung vào rải cốt hai cọc, điều dẫn đến giá trị tính tốn lực kéo q lớn so với thực tế - Phương pháp số: Nhìn chung việc sử dụng phương pháp số gồm phương pháp phần tử hữu hạn sai phân hữu hạn để phân tích toán cọc kết hợp với cốt ĐKT ngày phổ biến Nhờ khả phân tích số hầu hết dạng mơ hình hình học, kết cấu vật liệu đất, số phần mềm ĐKT xây dựng sở phương pháp số sử dụng rộng rãi sản xuất nghiên cứu FLAC, Plaxis, Tuy nhiên độ xác phương pháp phụ thuộc lớn vào việc mơ số mơ hình hình học tốn phân tích, điều kiện biên, mơ tiếp xúc vật liệu với kết cấu đặc biệt mơ hình vật liệu lựa chọn Bên cạnh đó, việc sử hữu phần mềm ĐKT kĩ thuật viên sử dụng phần mềm vấn đề khó thực tế sản xuất Như vấn đề đặt chế truyền tải trọng xuống cọc, cốt ĐKT đất yếu có xét đến yếu tố đất đắp, kích thước đầu cọc, khoảng cách cọc, mô đun đàn hồi cọc đất yếu, đặc trưng học cốt ĐKT, phân tích lực kéo lớp cốt lớp cốt từ bước đầu xây dựng quy trình tính tốn thiết kế hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT công cụ hỗ trợ phục vụ tính tốn Đó lý hình thành đề tài: “Nghiên cứu tính tốn lớp cốt địa kỹ thuật kết hợp cọc chống sử dụng đắp đất yếu’’ Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính tốn lớp cốt ĐKT kết hợp cọc chống sử dụng đắp đất yếu từ đưa quy trình tính tốn lập trình tự động hóa bước tính tốn Đối tượng nghiên cứu: Sự làm việc cọc kết hợp với cốt ĐKT gia cố đất yếu đường đắp Phạm vi nghiên cứu: Sự truyền tải trọng xuống cọc, chiều cao đất đắp tối thiểu lực kéo cốt ĐKT hệ chịu tác dụng tải trọng phân bố thẳng đứng hệ móng cọc tính tốn đủ khả chịu tải cọc, độ lún đảm bảo yêu cầu thiết kế Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Tổng kết tình hình nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ cọc kết hợp với cốt ĐKT góp phần đánh giá khả thi, tính thực tế giải pháp lĩnh vực xử lý móng xây dựng đường đắp đất yếu - Luận án phân tích số hạn chế số phương pháp thiết kế, tính tốn chứng minh phù hợp xây dựng mơ hình số 3D phân tích với điều kiện biên phù hợp, đồng thời lựa chọn mô hình đất mơ hình vật liệu phù hợp góp phần thuận lợi cho việc lựa chọn mơ hình tính sử dụng phương pháp số để phân tích, thiết kế - Các công thức NCS đề xuất thể tổng hợp yếu tố ảnh hưởng tới truyền tải hệ cọc làm việc với cốt ĐKT, điều nghiên cứu trước chưa làm - Xây dựng trình tự tính tốn, thiết kế hệ cọc kết hợp với vật liệu ĐKT dựa sở tiêu chuẩn Anh BS 8006:1-2010 đề xuất NCS tính chiều cao vòm đất, hiệu truyền tải lực kéo cốt - Xây dựng sơ đồ thuật toán để lập chương trình cho phép tự động hóa bước tính, từ tăng nhanh tốc độ tính tốn đảm bảo tính xác bước tính Bố cục luận án Chương 1: Tổng quan phương pháp sử dụng cọc kết hợp với cốt địa kỹ thuật xây dựng đắp đất yếu Nội dung bao gồm: - Một số vấn đề liên quan đến đất yếu công nghệ xử lý đất yếu đường đắp Việt Nam Thế giới - Tổng kết tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ kết hợp cọc với cốt ĐKT giới Việt Nam Cuối chương số kết luận nhận xét đưa mục đích, hướng nghiên cứu Chương 2: Nghiên cứu xác định tải trọng truyền xuống cọc chiều cao đắp tối thiểu hệ cọc kết hợp với cốt địa kỹ thuật gia cường đất yếu Nội dung bao gồm: - Sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (dùng phần mềm Plaxis 3D); phương pháp theo tiêu chuẩn Anh BS8006-1:2010, phương pháp Đức EBGEO 2004 phân tích truyền tải trọng xuống cọc mơ hình thực nghiệm Zaeske(2001) Từ kết phân tích, đối chiếu khẳng định tin cậy việc mơ số tốn thực nghiệm Zaeske (2001) phần mềm Plaxis 3D để từ mở rộng phân tích thay đổi yếu tố vật liệu, đất đắp - Mô số phân tích tải trọng truyền xuống cọc, đất yếu cốt ĐKT có xét tới yếu tố: đặc tính biến dạng lưới, số lớp lưới, tiêu lý đất đắp, loại đất đệm lớp lưới, quan hệ độ cứng cọc đất yếu, kích thước cọc (mũ cọc) xây dựng cơng thức tính hiệu truyền tải - Mơ số phân tích xác định chiều cao đất đắp tối thiểu phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước cọc (mũ cọc) tải trọng ngồi xây dựng cơng thức tính chiều cao đắp tối thiểu Chương 3: Nghiên cứu phân tích lực kéo cốt địa kỹ thuật Nội dung chương bao gồm: - Sử dụng phương pháp tiêu chuẩn Anh, Đức để tích lực kéo cốt ĐKT từ rút tồn phương pháp tiêu chuẩn - Sử dụng phương pháp phân tích số để phân tích lực kéo cốt ĐKT có xét đến yếu tố khoảng cách cọc tính chất cốt thông qua mô đun độ dãn dài Kết hợp với kết hiệu truyền tải đề xuất chương 2, xây dựng cơng thức tính lực kéo lưới - Phân tích phân bố lực kéo lớp cốt ĐKT tường hợp bố trí nhiều lớp cốt thay đổi vật liệu xen lớp cốt Chương 4: Nghiên cứu lập chương trình tính tốn hệ cốt địa kỹ thuật kết hợp với cọc xây dựng đường đắp Nội dung chương bao gồm: - Xây dựng trình tự tính tốn đắp hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT - Xây dựng chương trình máy tính tự động hóa bước tính tốn: Phần mềm GPEmb01 áp dụng cho cơng trình thực tế Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CỌC KẾT HỢP VỚI CỐT ĐỊA KỸ THUẬT TRONG XÂY DỰNG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 1.1 Đất yếu giải pháp xử lý đất yếu 1.1.1 Tổng quan đất yếu 1.1.1.1 Cách phân biệt đất yếu Ở nước ta, định nghĩa phân loại đất yếu dẫn cụ thể điều 1.4 "Quy trình khảo sát thiết kế đường ôtô đắp đất yếu, 22TCN 262-2000" [2] Dựa vào tiêu chí cụ thể mà có cách phân loại đất yếu sau: a Phân loại theo nguồn gốc hình thành Loại đất yếu có nguồn gốc khống vật nguồn gốc hữu Loại có nguồn gốc khoáng vật: thường sét sét trầm tích nước ven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng tam giác châu Đối với loại đất này, xác định đất yếu trạng thái tự nhiên, độ ẩm chúng thường gần lớn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e  1,5, đất sét e  1), cường độ lực dính khơng nước  15 kPa, góc ma sát  từ 00 đến 100 cường độ lực dính từ kết cắt cánh trường < 35 kPa Ngoài ra, vùng thung lũng cịn hình thành đất yếu dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1, độ bão hịa G > 0,8) Loại có nguồn gốc hữu cơ: hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, loại thực vật phát triển, thối rữa, phân huỷ tạo vật lắng hữu lẫn với trầm tích khống vật Loại thường gọi đất đầm lầy than bùn, thường có màu đen hay nâu sẫm, hàm lượng hữu chiếm từ 20% đến 80% phân thành: - Hàm lượng hữu từ 20-30%: đất nhiễm than bùn - Hàm lượng hữu từ 30-60%: đất than bùn - Hàm lượng hữu 60%: than bùn b Phân loại theo tiêu lý (trạng thái tự nhiên) Để đánh giá sơ tính chất cơng trình đất yếu, từ xem xét giải pháp thiết kế đường tương ứng, đất yếu phân loại theo trạng thái tự nhiên chúng sư sau: - Với đất sét sét: phân loại theo độ sệt B Khi B >1 gọi đất bùn sét, 0,75 < B < đất yếu dẻo chảy - Với đất đầm lầy than bùn: Loại đất phân thành loại: Loại I: Có độ sệt ổn định, thuộc loại vách đất đào thẳng đứng sâu 1m chúng trì độ ổn định từ đến ngày Loại II: Loại có độ sệt khơng ổn định, khơng đạt tiêu chuẩn loại đất than bùn chưa trạng thái chảy Loại III: Đất than bùn trạng thái chảy c Một số tiêu phân loại đất yếu theo tiêu chuẩn nước Phần lớn nước giới thống định nghĩa đất yếu theo sức kháng cắt khơng nước Su trị số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) sau: - Đất yếu: Su  12,5 kPa N  2; - Đất yếu: Su  25 kPa N  1.1.1.2 Phân bố đất yếu Việt Nam Đất yếu Việt Nam chủ yếu tầng trầm tích tam giác châu tạo thành kỷ thứ tư Tầng trầm tích thường gặp miền đồng mà lớn đồng Bắc Bộ đồng Nam Bộ Đặc điểm chung tầng đất mềm yếu Việt Nam sau [16,11] a Tầng đất yếu đồng Bắc Bộ Miền đồng rộng khoảng 15000 km2 đồi núi sót Tầng đất yếu chủ yếu loại trầm tích tam giác châu cũ tam giác châu thổ hai sông lớn sông Hồng sông Thái Bình Chiều dầy tầng trầm tích vùng dày, từ vài mét đến 100m b Vùng đồng ven biển miền Trung Là vùng đồng mài mịn bồi tụ điển hình Trầm tích kỷ thứ tư thường thấy thung lũng sông thường loại phù sa bồi tích Đất yếu trầm tích thường thấy loại bùn cát nhỏ bão hòa rời rạc, số lượng lớp đất yếu thường không lớp, chiều dầy lớp đất yếu < 20m, lớp đá thường thấy đá magma hay đá biến chất c Đồng Thanh Nghệ Tĩnh Có khu vực bồi tụ, mài mịn xen kẽ đa dạng gồm có trầm tích bồi tụ tam giác châu trầm tích bồi tụ ven biển So với đồng Bắc Bộ, tầng trầm tích khu vực không dày d Đồng Nam Bộ Đất yếu thuộc khu vực đồng bồi tích với nguồn gốc sơng, đầm lầy, sơng biển, vũng vịnh hỗn hợp Tầng trầm tích biến đổi phức tạp, chiều dày từ vài mét đến 100m, có loại trầm tích phù sa cổ chịu lực tốt (gồm sét, sét, cát mịn), loại bồi tích trẻ - chịu tải (bùn sét, bùn sét hữu bão hịa…) có chiều dày 8m đến 35m 1.1.2 Tổng quan giải pháp công nghệ xử lý đất yếu đường đắp 1.1.2.1 Các yêu cầu xử lý đất yếu xây dựng đường đắp Khi xây dựng đường ô tô đất yếu, biện pháp xử lý cần đảm bảo yêu cầu sau [3,4,5,10,11,16] a Các yêu cầu khảo sát phục vụ thiết kế Phải điều tra xác định phạm vi phân bổ vùng đất yếu phân bố, chiều sâu, nguồn gây ẩm, khả thoát nước Lấy mẫu tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm trường để xác định loại đất yếu, tiêu phục vụ cho tính tốn b Các yêu cầu thiết kế thi công - Về ổn định: Nền đắp đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại trượt trồi q trình thi cơng xây đắp (đắp phần theo thiết kế đắp cao cao độ thiết kế để gia tải trước) suốt trình đưa vào khai thác sử dụng sau - Về tính tốn lún: Tính tốn dự báo độ lún tổng cộng kể từ bắt đầu đắp lún hết hồn tồn; bố trí hệ thống quan trắc q trình thi cơng đắp đất yếu - Xác định tải trọng tính tốn: Tải trọng tính tốn kiểm tra ổn định dự báo lún đắp gồm tải trọng đắp nền, đắp gia tải trước, tải trọng xe cộ, tải trọng động đất 1.1.2.2 Các giải pháp công nghệ xử lý đất yếu Mục tiêu giải pháp xử lý đất yếu xây dựng đường đắp để đảm bảo đồng thời yêu cầu giảm độ lún tổng cộng, độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi cơng, giảm chi phí xây dựng [1, 7, 8, 11, 12, 41] Các giải pháp thường gặp bao gồm: a Bố trí xây dựng đắp - Xây dựng theo giai đoạn; - Đầm nén đất yếu đầm nặng; - Bệ phản áp; - Đắp gia tải trước cao cao độ thiết kế; - Bố trí tầng đệm cát; - Nền đắp nhẹ; - Tăng cường vật liệu địa kỹ thuật (vải, lưới địa kĩ thuật ) b Cải thiện đất đắp - Thay đất xấu; - Đường thấm thẳng đứng ( bấc thấm dùng túi cát); - Cố kết hút chân không; - Cột ba lát (hoặc cột đá dăm); - Hào ba lát; - Phun chất rắn; - Cọc đất gia cố vơi xi măng; - Nền đắp móng cứng; - Điện thấm Từ tổng hợp tài liệu tham khảo cho thấy việc lựa chọn loại công nghệ xử lý đất yếu cho cơng trình cụ thể cần xét tới tiêu chí đây: - Thời hạn cơng trình phải hồn thành - Có đáp ứng yêu cầu khai thác sử dụng lâu dài hay không - Tác động giải pháp tới môi trường xung quanh (phạm vi chiếm dụng đất, tác động đến nguồn nước, gây ô nhiễm môi trường ) - Giá thành khả thực chỗ (điều kiện cung ứng vât liệu, thiết bị, tay nghề ) Theo kinh nghiệm nước, để đạt mục tiêu xử lý nói thường kết hợp sử dụng đến giải pháp như: - Tầng đệm cát kết hợp với giếng cát bấc thấm; - Bệ phản áp kết hợp thoát nước thẳng đứng; - Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng cần ý đảm bảo ổn định cho đắp trình chờ cố kết; - Bệ phản áp kết hợp với bố trí lớp cát đệm; - Bệ phản áp kết hợp với đào thay đất; - Bệ phản áp kết hợp với cọc cát, cột balát; - Cọc kết hợp với vật liệu địa kỹ thuật (vải ĐKT cốt ĐKT) Theo quan điểm thiết kế đại [8], việc lựa chọn giải pháp sử dụng phương pháp phân tích chi phí vịng đời cách cân nhắc chi phí ban đầu chi phí cho cơng tác bảo trì đảm bảo phục vụ tốt kết cấu Trên quan điểm đó, việc thiết kế đắp đất yếu trọng tới vấn đề độ lún đặc biệt độ lún lệch, vấn đề ổn định sức chịu tải phần đắp Giải pháp cọc hỗ trợ đắp lần sử dụng Châu Âu vào năm 1970 ngày áp dụng rộng rãi khắp nơi giới chứng minh tính hiệu giải pháp Mặc dù chi phí ban đầu cao chi phí vịng đời phân tích thời gian dài phục vụ lại nhỏ chi phí cho cơng tác bảo trì giảm nhiều so với giải pháp gia tải trước, thoát nước thẳng đứng, đào thay đất [41] 1.2 Giải pháp cọc kết hợp với cốt địa kỹ thuật 1.2.1 Mô tả giải pháp số ứng dụng tiêu biểu 1.2.1.1 Mô tả giải pháp Giải pháp sử dụng cọc gia cường đất yếu thường sử dụng trường hợp chiều dày lớp đất yếu lớn, thời gian xây dựng mặt xây dựng bị hạn chế [9, 15, 18, 40, 33] Khi đó, vai trị cọc chịu truyền tải trọng đắp tải trọng giao thông xuống tầng đất tốt mũi cọc Các giải pháp sử dụng cọc kể tới: Giải pháp truyền thống (hình 1.1a): để tăng tải trọng truyền xuống cọc tránh tượng đẩy ngang hàng cọc phía ngồi tượng lún lệch lớn cọc đất yếu xung quanh, giải pháp thường yêu cầu phải có hàng cọc xiên, kích thước mũ cọc lớn khoảng cách cọc nhỏ Giải pháp cọc kết hợp BTCT (hình 1.1b): với giải pháp cơng nghệ này, tồn tải trọng truyền xuống cọc, giải pháp phát huy tối đa hiệu việc sử dụng cọc, giảm kích thước, giảm số lượng cọc, tránh tượng lún không đều, lún lệch phản ánh mặt đường hay gọi tượng “đội nấm” tăng nhanh tốc độ xây dựng Tuy nhiên, công nghệ cần khối lượng thép lớn chiều dầy bê tông tương đối lớn dẫn đến kinh phí xây dựng lớn Giải pháp cọc kết hợp với cốt ĐKT (hình 1.1c): giải pháp gọi GRPS (Geosynthetics Reinforced Pile Supported) Giải pháp kết hợp lớp lưới ĐKT vải ĐKT có khả chịu kéo lớn trải đỉnh cọc giúp tăng phần tải trọng truyền vào cọc gánh đỡ phần tải trọng truyền xuống phần đất yếu cọc, nhờ giảm độ lún lệch phần cọc phần đất xung quanh cọc Giải pháp đánh giá đơn giản thi công, cốt ĐKT thân thiện môi trường, giải pháp sử dụng cốt ĐKT ngày sử dụng rộng rãi thực tế xây dựng, đặc biệt vị trí đắp cao có u cầu nghiêm ngặt độ lún yêu cầu tiến độ thi công gấp 10 S1 Nền đắp S2 Mũ cọc Cọc nghiêng cỡ lớn Cọc đứng Nền cứng hặc đá a) Giải pháp truyền thống Sàn giảm tải BTCT b) Giải pháp cọc kết hợp sàn giảm tải BTCT S1  Cát/ đá dăm Cốt ĐKT Mũ cọc nhỏ c) Giải pháp cọc kết hợp với cốt ĐKT Hình 1.1 Giải pháp đắp cọc Loại cọc sử dụng: Với cơng nghệ này, vai trị chủ yếu cọc chịu truyền tải trọng xuống lớp đất cứng mũi cọc Với vai trò này, cọc tính tốn, bố trí đảm bảo đủ khả chịu tải cọc, khả chịu tải đất đảm bảo độ lún tổng cộng theo yêu cầu thiết kế Tùy thuộc vào công nghệ thi công vật liệu làm cọc, có nhiều loại cọc khác Các loại cọc thường gặp gồm: 114 Hình 4.8 Cửa sổ nhập liệu phần mềm GPEmb01 4.2.2.2 Xây dựng mặt cắt theo sơ đồ tính Phần mềm cho phép xây dựng khơng hạn chế số lượng mặt cắt để tính tốn phân tích: 115 Hình 4.9 Xây dựng mặt cắt tính tốn phần mềm GPEmb01 4.2.2.3 Thực phân mảnh xác định phạm vi tính tốn tính tốn Hình 4.10 Khai báo phạm vi tính chạy chương trình GPEmb01 4.2.2.4 Xem lưu kết Kết bước tính (phần 4.2) xem trực tiếp phần mềm lưu dạng file văn sau: Hệ số ổn định tổng thể tường hợp: a Trường hợp không bố trí cọc cốt 116 Hình 4.11 Kết phân tích trường hợp chưa bố trí cọc vải ĐKT b Trường hợp có bố trí cọc cốt 117 Hình 4.12 Kết phân tích trường hợp bố trí cọc vải ĐKT Nhận xét: qua ví dụ tính phần mềm kiểm tra làm việc hệ xi măng đất kết hợp với lớp vải ĐKT cường độ cao trải đỉnh cọc mặt cắt đường đầu cầu phía bờ Đơng cầu Trần Thị Lý nhận thấy: - Khi chưa bố trí hệ cọc vải ĐKT, ổn định tổng thể đắp Fs = 1,1993 Kết kiểm chứng tính phần mềm GEOSlope, tính Fs = 1,228 Kết cho thấy tính theo phần mềm NCS lập lệch so với phần mềm GEO slope 2,28% (hình 4.14) - Khi bố trí hệ cọc với lớp vải ĐKT kết sau: + Ổn định tổng thể đắp Fs = 1.84; + Lực kéo cốt độ dãn dài thỏa mãn cường độ cốt yêu cầu độ dãn dài cho phép (tham khảo tiêu chuẩn BS 8006:1-2010); + Chiều cao đất đắp đảm bảo lớn chiều cao tối tối thiểu để đảm bảo vòm đất phát triển hồn tồn, khơng để xảy lún lệch phản ánh mặt đắp 1.108m; 118 + Cần tăng phạm vi bố trí cốt theo phương ngang đường để phát huy lực kéo chống trượt ngang khối taluy đắp cốt neo giữ chống tuột cốt Hình 4.13 Kết phân tích ổn định tổng thể trường hợp chưa bố trí cọc vải ĐKT phần mềm GEOslope 4.5 Kêt luận chương Trên sở phân tích, đề xuất thực chương 1, 2, 3, nội dung chương đạt kết sau: - Xây dựng trình tự tính tốn, thiết kế hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT dựa sở tiêu chuẩn Anh BS 8006:1-2010 đề xuất NCS tính chiều cao vịm đất, hiệu truyền tải lực kéo cốt - Xây dựng sơ đồ thuật tốn để lập chương trình cho phép tự động hóa bước tính từ tăng nhanh tốc độ tính tốn đảm bảo tính xác bước tính - Dựa ngơn ngữ lập trình C++, xây dựng chương trình tính GPEmb01 cho phép tính tốn thiết kế hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT Phần mềm kiểm chứng với phần mềm GEOslope khẳng định tin cậy phần tính tốn Ưu điểm 119 phần mềm tốc độ phân tích nhanh, đa dạng hóa tốn để so sánh, kết xem trực tiếp giao diện phần mềm xuất file văn - Ứng dụng chương trình tính để tính tốn phân tích giải pháp cọc SCP kết hợp với vải ĐKT cơng trình đường đầu cầu Trần Thị Lý – Đà Nẵng chứng minh ưu điểm giải pháp bước sử dụng hiệu tính tốn mà chương trình GPEmb01 mang lại 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận án cơng trình nghiên cứu tổng hợp gia cố đất yếu đường đắp cọc kết hợp với cốt ĐKT Các kết luận nêu chi tiết chương, tổng hợp lại đóng góp luận án sau: Từ kết phân tích mơ hình thực nghiệm Zaeske (2001) phương pháp số sử dụng phần mềm Plaxis 3D, phương pháp theo tiêu chuẩn BS8006-1:2010, phương pháp Đức EBGEO2004 từ kết phân tích mở rộng yếu tố ảnh hưởng tới truyền tải chiều cao vịm đất đưa số nhận xét sau: - Lực phân bố vào cọc tính theo phương pháp số phương pháp EBGEO2004 gần với kết thực nghiệm với độ lệch nhỏ 5%, điều khẳng định tin cậy phương pháp EBGEO2004 phương pháp số phần mềm Plaxis so với tiêu chuẩn Anh xác định tải trọng truyền xuống cọc - Từ kết phân tích mối tương quan hiệu truyền tải (Ef) với mô đun biến dạng cốt ĐKT (J), với số lớp cốt ĐKT, mô đun đàn hồi lớp đệm (Elđ), mô đun đàn hồi cọc (Ec), chiều cao đắp (H) tỉ lệ khoảng cách cọc với kích thước tiết diện cọc (s/d), NCS xây dựng công thức (2.28), (2.29) (2.30) để xác định hiệu truyền tải trường hợp bố trí từ đến lớp cốt - Chiều cao vịm đất khơng phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước cọc mà phụ thuộc vào ngoại tải phân bố đỉnh cọc Qua phân tích số, NCS đề nghị cách tính chiều cao vịm đất, xác định chiều cao đất đắp tối thiểu theo công thức (2.32) để đảm bảo vịm đất phát triển hồn tồn, khơng để xảy tượng lún lệch cọc phần đất yếu phản ánh mặt Trên sở phân tích số lực kéo cốt ĐKT trường hợp bố trí từ đến ba lớp cốt ĐKT mơ hình khơng gian 3D nửa đắp đưa số kết luận sau: - Lực kéo cốt ĐKT tải trọng thẳng đứng (Trp) theo hướng song song với trục tim đường nhỏ so với theo hướng vng góc với trục tim đường từ 1,6 đến 2,3 lần tùy thuộc vào mô đun độ dãn dài J; - Đề xuất cơng thức tính lực kéo cốt tải trọng thẳng đứng: cơng thức 3.1 tính lực kéo theo phương vng góc với trục tim đường (Trp1) cơng thức 3.2 tính lực kéo theo phương song song với trục tim đường (Trp2); - Đề xuất công thức 3.3 tính lực kéo danh định (TD) hệ từ đến lớp cốt ĐKTcó mơ đun độ dãn dài (J) đặt cách 15 cm 121 - Xây dựng trình tự tính tốn, thiết kế hệ cọc kết hợp với vật cốt ĐKT dựa sở tiêu chuẩn Anh BS 8006:1-2010 đề xuất NCS tính chiều cao vịm đất, hiệu truyền tải lực kéo cốt - Xây dựng sơ đồ thuật toán để lập chương trình cho phép tự động hóa bước tính từ tăng nhanh tốc độ tính tốn đảm bảo tính xác bước tính - Dựa ngơn ngữ lập trình C++, xây dựng chương trình tính GPEmb01 cho phép tính tốn thiết kế hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT Phần mềm kiểm chứng với phần mềm GEOslope khẳng định tin cậy phần tính tốn Ưu điểm phần mềm tốc độ phân tích nhanh, đa dạng hóa tốn để so sánh, kết xem trực tiếp giao diện phần mềm xuất file văn Hạn chế Trong điều kiện chưa cho phép, luận án tồn số hạn chế sau: - Chưa phân tích yếu tố thời gian ảnh hưởng đến làm việc hệ cốt ĐKT; - Chưa phân tích tốn với mơ hình cọc treo (cọc ma sát); - Chưa phân tích phân bổ lực kéo lớp cốt thay đổi khoảng cách lớp vật liệu đệm giữa; - Chưa nghiên cứu toán trường hợp chịu tải trọng ngang, tải trọng động - Kết nghiên cứu xét cho loại đất yếu (E = 0,85Mpa; v = 0,33;  = 70; c = 85Kpa;  = 00;  = 18kN/m3) Đối với loại đất yếu khác cần có nghiên cứu riêng Kiến nghị - Coi biện pháp cọc kết hợp với cốt ĐKT giải pháp xử lý đất yếu xem xét khía cạnh giảm thời gian thi cơng, giảm độ lún lệch, giảm kích thước mũ cọc tăng khoảng cách cọc mang hiệu kinh tế - Sử dụng kết nghiên cứu luận án để tính tốn lựa chọn loại vật liệu cốt ĐKT, loại đất đắp, loại vật liệu xen kẹp lớp cốt, số lượng lớp cốt phù hợp - Cần có ứng dụng thử nghiệm quan trắc để từ xây dựng tiêu chuẩn thiết kế phù hợp với điều kiện đất yếu, vật liệu…công nghệ xây dựng Việt Nam 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ TT Tên cơng trình Năm cơng bố Một ứng dụng vật liệu địa kỹ thuật 2009 đắp tôn đất yếu có hỗ trợ cọc Phân tích số làm việc cọc kết hợp với lưới 2015 địa kỹ thuật gia cường đất yếu mơ hình thực nghiệm zaeske 2001 Phân tích lực kéo lưới địa kỹ thuật kết 2016 hợp với hệ cọc gia cường đất yếu đường đắp Tên tạp chí Tạp chí Địa kỹ thuật Tạp chí Giao thơng vận tải Tạp chí Cầu đường 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ giao thông vận tải (1998), Lưới địa kỹ thuật xây dựng đắp [2] đất yếu 22TCN 248 – 98 Bộ Giao thông vận tải (2000), Quy trình khảo sát thiết kế đường tô đắp [3] đất yếu, 22 TCN 262-2000, Hà Nội Bộ Giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 (phần 10), NXB Giao thông vận tải [4] Bộ khoa học Công nghệ (2005), Đường ô tô – yêu cầu thiết kế TCVN 4054:2005, Hà Nội [5] [6] [7] Bộ khoa học công nghệ (2012), Gia cố đất yếu – phương pháp trụ đất xi măng TCVN 9403 – 2012, Hà Nội Công ty CP tư vấn thiết kế xây dựng dịch vụ thương mại CPU (2012), Hồ sơ thiết kế vẽ thi công cầu Trần Thị Lý – Hạng mục đường đầu cầu D.T Bergado, J.C Chai, M.C.Alfaro, A.S.Balasubramaniam (1998), Những biện pháp kỹ thuật cải tạo đất yếu xây dựng, NXB Giáo [8] dục Hà Nội (Người dịch: Nguyễn Uyên, Trịnh Văn Cương) Dương Học Hải (2007), "Xây dựng đường ô tô đắp đất yếu", NXB [9] xây dựng Hồ sơ thiết kế xử lý đất yếu dự án Long Thành – Dầu Giây [12] Hồng Văn Tân, Trần Đình Ngơ, Phạm Xn Trường, Những phương pháp xây dựng cơng trình đất yếu, NXB Giao thông vận tải Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực (1989), Cơng trình đất yếu điều kiện Việt Nam, trường đại học Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Móng cọc – tiêu chuẩn thiết kế, TCVN 10304:2014 [13] Nguyễn Quốc Dũng (2012), Một số vấn đề kỹ thuật thiết kế khối đắp [10] [11] [14] [15] [16] [17] hệ cọc, Tạp chí Khoa học công nghệ thủy lợi – số 11/2012 Nguyễn Trâm (1996), Phương pháp số,Tủ sách sau đại học, trường Đại học Xây dựng Hà nội Nguyễn Tuấn Phương (2014), Xác định hệ số tập trung ứng suất đầu cọc giải pháp xử lý đất yếu cọc bê tông cốt thép kết hợp với vải địa kỹ thuật, Tạp chí Khoa học kỹ thuật thủy lợi mơi trường – số 44/2014 Nguyễn Uyên (2008), Xử lý đất yếu xây dựng, NXB xây dựng Phan Trường Phiệt (2010), Cơ học ứng dụng tính tốn cơng trình đất theo trạng thái giới hạn, NXB Xây dựng 124 [18] Shamker Prakash – Harid Sharma (2011), Móng cọc thực tế xây dựng, NXB Xây Dựng (Người dịch: Phạm Ngọc Khánh, Lê Mạnh Lân, Trịnh Đình Châm, Nguyễn Văn Mạo, Đỗ Hương Giang) [19] Tạ Văn Dĩnh (2002), Phương pháp sai phân phương pháp phần tử hữu hạn, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [20] Tổng công ty Tư vấn thiết kế giao thông vận tải (2010), Tuyển tập báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học công nghệ TEDI - 2010, Hà Nội Trung tâm nghiên cứu ứng dụng tư vấn kỹ thuật móng cơng trình – [21] Đại học Đà Nẵng (2012), Báo cáo thẩm tra đường dẫn hai hố cầu Nguyễn Văn Trỗi -Trần Thị Lý, bước thiêt kế vẽ thi công Tiếng Anh [22] Arnold Verruijt (2001, 2010), Soil mechanics, Deft University of Technology [23] B Prelovsky, Euro Gabions PJ Naughton, The development of piled embankments techniques over 25 years [24] [25] British Standard BS 8006-1:2010 Code of Practice for Strengthened/ Reinforced Soils and Other Fills British Standard Institution, London Comodromos, Melloc Papadopoulou, Ioannis K.Rentzzeperis (2009), Pile foundation analysis and design using experimental data and 3-D numerical analysis, Computers and Geotechnics 36 [26] D C Drucker (1951), A more fundamental approach to plastic stress – strain [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] relations, In proceeding of the first U.S National Congress of Applied Mechanics Chicago GMS Nen luc – Long Thanh expressway technical assistance project, Package A6 from km 35+900 – km52+400 Gregory Wachman and Joseph F Labuz (2008), TH 241 Column-Supported Embankment H.G Kempfert, German recommendations for reinforced embankments on pile – semilar elements, Institute of Geotechnique - University of KasselGermany J Han, M.ASCE and M A Gabr, M.ASCE, Numerical Analysis of Geosynthetic-Reinforced and Pile-Supported Earth Platforms over Soft Soil James G Collin, J Han, and J Huang, Geosynthetic-Reinforced ColumnSupport Embankment Design Guidelines Japan – Thailand Joint study project on soft clay foundation(1998), Manual for design and construction of cement column method, Japan – Thailand Jie Huang and Jie Han, 3D coupled mechanical and hydraulic modeling of a geosynthetic –reinforced deep mixed column-supported embankment 125 [34] Karl Terzaghi (1943), Theoretical soil mechanics, Wiley New York [35] Keith Jennings and Pat rick J.Naughton, Similitude Conditions Modeling Geosynthetic-Reinforced Piled Embankments Using FEM and FDM Techniques [36] Material Plaxis manual (2012) [37] Robert M, Koerner, Designing with Geosynthetics, Prentice Hall, New Jersey 07458 [38] Scientific Plaxis manual (2012) [39] Suzanne J.M van Eekelen, Prof dr ir Almer E.C van der Stoel (2008), Pile embankment lecture [40] Synwal Satibi PhD thesis (2009), Numerical Analysis and Design criteria of embankments on floating pile, Stuttgart University in Germany [41] W F Chen (2008), Limit ananysis and soil plasticity, Elsevier Scientific Publishing Co Amsterdam Yan-Li Dong, Jie Han, Xiao-Hong Bai, Numerical analysis of tensile [42] behavior of geogrids with rectangular and triangula apertures [43] Zhen Fang (2006), Physical and Numerical Modelling of the soft soil Ground Improved by Deep Cement Mixing Method, The Hong Kong Polytechnic University 126 PHẦN PHỤ LỤC 127 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THỊ LOAN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LỚP CỐT ĐỊA KỸ THUẬT KẾT HỢP CỌC CHỐNG SỬ DỤNG TRONG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2016 128 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THỊ LOAN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN LỚP CỐT ĐỊA KỸ THUẬT KẾT HỢP CỌC CHỐNG SỬ DỤNG TRONG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Mã số : 62.58.02.05 Chun ngành : XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS TS Nguyễn Quang Toản 2: TS Vũ Đức Sỹ HÀ NỘI - 2016 ... tính tốn thiết kế hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT công cụ hỗ trợ phục vụ tính tốn Đó lý hình thành đề tài: ? ?Nghiên cứu tính tốn lớp cốt địa kỹ thuật kết hợp cọc chống sử dụng đắp đất yếu? ??’ Mục đích, đối... phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính tốn lớp cốt ĐKT kết hợp cọc chống sử dụng đắp đất yếu từ đưa quy trình tính tốn lập trình tự động hóa bước tính tốn... trường hợp cọc làm việc theo sơ đồ cọc chống 41 1.2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng giải pháp kết hợp cọc với lưới địa kỹ thuật Việt Nam Ở Việt Nam, phương pháp sử dụng cọc gia cố đất yếu triển