Tóm tắt: Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật

Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu cầu trên nền đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGƠ BÌNH GIANG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG TRỤ XI MĂNG ĐẤT KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT Ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số ngành: 9580211 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2024 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Thủy lợi Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS MAI DI TÁM Người hướng dẫn khoa học 2: GS TS TRỊNH MINH THỤ Phản biện 1: TS Nguyễn Tiếp Tân - Viện Khoa học Thuỷ Lợi Phản biện 2: PGS TS Lê Văn Hùng - Hội Thuỷ lợi Việt Nam Phản biện 3: PGS TS Ngơ Trí Thường - Đại học Thuỷ Lợi Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp Trường Đại học Thuỷ Lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội; vào lúc ngày tháng năm 2024 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trước thực trạng nhiều tuyến đường xảy tình trạng lún lệch chỗ tiếp giáp đường cầu, gây nguy an toàn giao thông Giải pháp kỹ thuật công nghệ cho đoạn đường chuyển tiếp đường cầu sàn giảm tải (trên hệ móng cọc); kết hợp xử lý đất yếu với phương án Trụ xi măng đất (XMĐ) giải pháp gia cường đất yếu, để tăng hiệu quả, đỉnh trụ XMĐ thường bố trí lớp truyền tải nhằm tăng tải trọng truyền vào trụ giảm tải trọng truyền xuống đất yếu cọc Trên giới, nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hệ cọc tiêu chuẩn hóa để áp dụng BS 8006-1:2010, EBGEO:1995 … Tại Việt Nam, kết nghiên cứu dừng nghiên cứu lý thuyết, mơ hình vật lý thu nhỏ phịng thí nghiệm Trụ xi măng đất mơ hình số mơ hình vật lý xét dạng cọc chống (mũi cọc nằm tầng đất tốt), chưa xét tới tốn với mơ hình cọc treo/ ma sát (mũi cọc nằm tầng đất yếu có chiều dày lớn) Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng xử đường đầu đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật” thông qua phân tích số với mơ hình cọc treo kiểm chứng với kết thí nghiệm trường cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mơ hình số nghiên cứu phân bố ứng suất độ lún trụ xi măng đất (dạng cọc treo) đất xung quanh trụ đoạn đường đầu cầu xây dựng đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp với lưới địa kỹ thuật (ĐKT) - Thơng qua thí nghiệm trường kiểm chứng lại mơ hình số, phân tích hiệu giải pháp xử lý, độ tin cậy kết tính tốn lý thuyết mơ hình số Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: đường đầu cầu xây dựng đất yếu có chiều dày lớn (≈30m) gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phân bố ứng suất, độ lún trụ xi măng đất đất yếu xung quanh trụ, lực kéo lưới địa kỹ thuật thông qua mơ hình số thí nghiệm trường Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: thu thập phân tích tài liệu kết nghiên cứu có liên quan đến vấn đề đường đầu cầu gia cường trụ xi măng đất kết hợp với lưới địa kỹ thuật - Phương pháp sử dụng mô hình số: sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (thơng qua phần mềm Plaxis) để thiết lập mơ hình vật liệu cho đắp, trụ xi măng đất, đất yếu, lưới địa kỹ thuật để xác định trạng thái ứng suất, biến dạng đường gia cường - Phương pháp thí nghiệm trường: quan trắc áp lực đất, biến dạng lưới ĐKT, áp lực nước lỗ rỗng độ lún theo chiều sâu để đánh giá hiệu giải pháp xử lý, độ tin cậy kết tính tốn lý thuyết mơ hình số - Phương pháp chun gia: thơng qua hội thảo để lấy ý kiến đóng góp chuyên gia nước cách tiếp cận, nghiên cứu, luận khoa học giải pháp Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Thơng qua việc tổng kết tình hình nghiên cứu ứng dụng giải pháp trụ XMĐ kết hợp với lưới ĐKT, luận án phân tích ưu điểm điểm tồn phương pháp thiết kế áp dụng phổ biến - Xây dựng mơ hình số theo phương pháp phần tử hữu hạn 3D nghiên cứu phân bố ứng suất độ lún trụ xi măng đất đất xung quanh trụ đoạn đường dẫn đầu cầu yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật - Thiết lập hệ thống quan trắc quy trình quan trắc trường, kết quan trắc khẳng định việc sử dụng trụ XMĐ dạng cọc treo kết hợp lưới ĐKT giải pháp xử lý đất yếu hiệu quả, phù hợp với đoạn đường đầu cầu, đồng thời bổ sung đánh giá phân tích, so sánh mơ hình số thực tế cơng trình CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan đất yếu 1.1.1 Khái niệm đất yếu Theo tiêu chuẩn khảo sát, thiết kế đường ôtô đất yếu TCCS 41:2022/TCĐBVN 22TCN 262 – 2000, đất yếu đất có sức kháng cắt nhỏ tính biến dạng (nén lún) lớn 1.1.2 Cách nhận biết đất yếu 1.1.2.1 Nhận biết đất yếu theo hệ số rỗng cường độ kháng cắt Đất sét sét pha, xem đất yếu trạng thái tự nhiên, độ ẩm gần cao giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét có e ≥ 1,5, sét pha có e ≥ 1,0), sức kháng cắt ≤ 15 kPa, góc nội ma sát φ < 10° Su ≤ 35 kPa; có sức kháng mũi xuyên tĩnh qc ≤ 0,1 MPa; có số xuyên tiêu chuẩn Nspt < 1.1.2.2 Nhận dạng đất yếu theo trạng thái tự nhiên Đất yếu nhận dạng theo độ sệt (B), đất có nguồn gốc hữu thường hình thành từ đầm lầy, có hàm lượng hữu chiếm tới (20 ÷ 80)% 1.1.3 Cơng nghệ xử lý đất yếu cho đường giao thông 1.1.3.1 Phân loại công nghệ xây dựng đắp đất yếu a Loại tác động đến thân đắp Các giải pháp công nghệ tác động đến cấu tạo trình xây dựng đắp phía trên: xây dựng đắp theo giai đoạn, bệ phản áp … b Giải pháp tác động đến đất yếu phía đắp Thay tồn hay phần đất yếu vật liệu đắp tốt, bố trí phương tiện nước thẳng đứng: giếng cát, bấc thấm, hút chân không … c Các nguyên tắc lựa chọn công nghệ xây dựng đắp đất yếu Khả thực chỗ điều kiện vật liệu, thiết bị, tay nghề; tác động q trình thi cơng đến mơi trường xung quanh; thời hạn thi công tối đa; đáp ứng yêu cầu khai thác sử dụng lâu dài hay khơng; chi phí 1.1.3.2 Phạm vi sử dụng giải pháp công nghệ xây dựng đắp đất yếu Theo kinh nghiệm giới, thường kết hợp sử dụng 2, giải pháp công nghệ để đạt mục tiêu xử lý: gia tải trước kết hợp với thoát nước đứng; cọc cứng kết hợp lưới ĐKT … 1.2 Tổng quan đường đầu cầu 1.2.1 Khái niệm đường đầu cầu Đoạn đường yêu cầu chuyển tiếp cách hài hịa, êm thuận tồn mặt cắt ngang từ đường đến vị trí tiếp giáp cơng trình cầu đường ô tô 1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật 1.2.2.1 Yêu cầu độ phẳng theo phương dọc tim đường Nhằm đảm bảo chuyển tiếp êm thuận, độ phẳng theo phương dọc tim đường (i) đoạn chuyển tiếp đường cầu quy định TCVN 5729 TCVN 4054 1.2.2.2 Xác định chiều dài đoạn chuyển tiếp đường cầu a Trường hợp xây dựng nơi đất yếu Chiều dài đoạn chuyển tiếp đường cầu xác định từ mép phía đường tường đỉnh mố cầu phía đường tính theo cơng thức: 𝐿𝑐𝑡 ≥ 𝐿1 + 𝐿2 (1.1) Hình 1.2 Phạm vi đường đầu cầu 1.2.3 Giải pháp công nghệ đảm bảo êm thuận đoạn chuyển tiếp 1.2.3.1 Tăng chiều dài cầu để hạ thấp chiều cao đất đắp sau mố cầu Chiều cao đất đắp sau mố cầu nên chọn nhỏ 6m vị trí khơng có đất yếu nhỏ 4m vị trí đất yếu 1.2.3.2 Xử lý đất yếu đắp phạm vi đoạn chuyển tiếp Khi xây dựng đường đầu cầu đất yếu, thường xem xét đến giải pháp: thay đất, làm chặt xử lý đất yếu phương pháp gia cường như: cọc đất gia cố chất liên kết vô (xi măng vôi), cọc vật liệu hạt (cát …) 1.2.3.3 Sử dụng giải pháp kỹ thuật khác Sử dụng vật liệu nhẹ để đắp đường đầu cầu; kết cấu đất có cốt tường chắn đất có cốt Hệ thống cốt kết cấu đất có cốt chủ yếu bao gồm cốt thép (thép nhẹ, thép mạ hay epoxy) cốt vải, lưới ĐKT (vật liệu polypropylen …) 1.3 Tổng quan trụ xi măng đất lưới địa kỹ thuật 1.3.1 Trụ xi măng đất 1.3.1.1 Khái niệm Trụ xi măng đất có dạng hình trụ chế tạo cách trộn xi măng vữa xi măng với đất chỗ (có thể kèm thêm phụ gia) nhằm cải thiện đặc trưng đất, tăng cường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, cách trộn xi măng (vữa xi măng) với đất để chúng tương tác với 1.3.1.2 Phương pháp tính tốn trụ xi măng đất Hiện có nhiều phương pháp tính tốn trụ xi măng đất, nhiên xếp chúng vào ba quan điểm sau: coi trụ XMĐ cọc cứng (TTGH1, TTGH2); tương đương; hỗn hợp (hệ cọc) 1.3.2 Lưới địa kỹ thuật Lưới địa kỹ thuật (ĐKT) loại cốt địa kỹ thuật, dạng phẳng có lỗ hình vng, chữ nhật oval, kích thước lỗ thay đổi tuỳ theo loại lưới, có tác dụng cài chặt với đá, đất … sử dụng gia cố bản, ổn định … 1.3.3 Giải pháp trụ XMĐ lưới ĐKT xử lý đất yếu 1.3.3.1 Tình hình nghiên cứu giới Giải pháp trụ XMĐ kết hợp lưới ĐKT để xử lý đất yếu ngày áp dụng rộng rãi giới Các nghiên cứu hệ trụ XMĐ kết hợp lưới ĐKT để xử lý đất yếu chia làm ba nhóm chính: nhóm phương pháp giải tích, nhóm phương pháp mơ hình thực nghiệm nhóm phương pháp số 1.3.3.2 Phương pháp giải tích Đối với hiệu ứng vịm, nhiều nghiên cứu công bố: Terzaghi (1943), Hewlett Randolph (1988), tiêu chuẩn BS 8006-1:2010 (Anh), quy chuẩn EBGEO (Đức) Hạn chế phương pháp lý thuyết đưa nhiều giả thiết để đơn giản hóa tốn (bỏ qua làm việc đất nền), phân tích thành phần trụ, tải trọng vật liệu ĐKT riêng rẽ, khơng có tương tác … 1.3.3.3 Nhóm nghiên cứu mơ hình thực nghiệm Tiêu biểu Hewlett Randolph (1988); Bergado (2002); King (2017) Các nghiên cứu tiến hành mơ hình vật lý tỷ lệ thực mơ hình vật lý tỷ lệ thu nhỏ gặp hạn chế loại vật liệu kết cấu Việc mô nguyên lý làm việc hệ cọc sở tin cậy cho việc đối chiếu tính tốn giải tích theo phương pháp lý thuyết hay phương pháp số 1.3.3.4 Phương pháp số Những năm gần đây, phần mềm Plaxis 3D thường dùng mơ tả, phân tích hiệu ứng màng hiệu ứng vòm trụ XMĐ kết hợp lưới ĐKT để xử lý đất yếu nghiên cứu Chai cộng (2017), Kitazume (2017), Manasi Wijerathna (2019), Sujata Fulambarkar (2021) … 1.3.3.5 Tình hình nghiên cứu giải pháp trụ XMĐ kết hợp lưới ĐKT Việt Nam Một số nghiên cứu tiêu biểu nước giải pháp hệ cọc tác Phạm Anh Tuấn Đỗ Hữu Đạo (2015), Nguyễn Thị Loan (2016), Nguyễn Thái Linh (2021) … Các nghiên cứu vấn đề sử dụng hệ cọc hạn chế, chủ yếu dựa vào phương pháp lý thuyết 1.4 Những vấn đề tồn vấn đề luận án tiếp tục giải Qua tổng hợp nghiên cứu công bố nước giới cho thấy: - Giải pháp sử dụng trụ XMĐ kết hợp lưới ĐKT để xử lý đất yếu đắp dù có nhiều nghiên cứu nhiên chưa có thống kết ngun lý tính tốn Phần lớn tính tốn thường đưa giả thiết đơn giản hóa tham số sử dụng, chưa phản ánh sát thực tế làm việc Điều dẫn đến việc phần trụ lưới chịu tải trọng nhiều thực tế, gây lãng phí thiết kế - Do có quan điểm khác vịm đất dẫn tới sai khác lớn cách tính tải trọng truyền xuống trụ, lưới ĐKT đất yếu phương pháp, kích thước vịm đất phụ thuộc vào kích thước mũ trụ, chiều cao đất đắp mà bỏ qua loại đất đắp tải trọng, độ cứng trụ, phản lực đất trụ Hiệu ứng màng lớp lưới ĐKT phân tích chủ yếu qua phương pháp số mà chưa có nhiều đánh giá thực tế thực nghiệm - Ở Việt Nam, kết nghiên cứu dừng lại nghiên cứu lý thuyết, mơ hình vật lý thu nhỏ phịng thí nghiệm Trụ XMĐ mơ hình số mơ hình vật lý xét dạng cọc chống, chưa xét tới tốn với mơ hình cọc treo (cọc ma sát) Từ tồn nghiên cứu lý thuyết tính tốn hệ trụ XMĐ kết hợp với lưới ĐKT, tác giả luận án lựa chọn vấn đề nghiên cứu sau: - Sử dụng phương pháp số để nghiên cứu ứng xử đường đầu cầu gia cường trụ XMĐ kết hợp với lưới ĐKT với mơ hình cọc treo - Thí nghiệm trường trụ XMĐ kết hợp lưới ĐKT để đánh giá lý thuyết tính tốn phương pháp giải tích, kiểm chứng mơ hình số hiệu chỉnh số liệu đầu vào CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VỀ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG HỆ NỀN CỌC GIA CƯỜNG LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT 2.1 Giới thiệu chung Terzaghi người đưa quan điểm hiệu ứng vịm năm 1943, sau tác giả khác đánh giá việc phân bố ứng suất dựa lý thuyết như: Duncan (1970), Kramer (1980), Croce (1990), Sampaio (2000) … Hình 2.2 Cơ chế truyền tải hệ GRPS theo Han Gabr (2002) 2.2 Lý thuyết tính tốn hệ trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật 2.2.1 Lý thuyết Terzaghi (1943) Dựa thí nghiệm trập, Terzaghi (1936) đề xuất mơ hình lý thuyết dựa điều kiện biến dạng phẳng hai chiều để mơ tả tượng hiệu ứng vịm 2.2.2 Tính theo tiêu chuẩn BS 8006-1:2010 Tiêu chuẩn Anh BS 8006-1:2010 sử dụng phương pháp để tính chế truyền tải Các phương pháp đề xuất Jones (1990) Hewlett Randolph (1988) Những tải trọng khơng tập trung theo hiệu ứng vịm phân bố lưới ĐKT vị trí trụ xi măng đất, WT Tải trọng sử dụng để tính tốn cường độ chịu kéo lưới địa kỹ thuật 2.2.3 Lý thuyết Guido et al (1987) Theo Guido, tải trọng lan theo góc tương ứng với đất rời gia cố lưới địa kỹ thuật 450 theo phương đứng Bell cộng (1994) sử dụng nghiên cứu Guido cộng (1987) cho việc thiết kế đường gia cố trụ đá xi măng kết hợp lớp lưới địa kỹ thuật 2.2.4 Lý thuyết theo tiêu chuẩn Thụy Sĩ Trong phương pháp này, nêm chiều hình tam giác đất hiệu ứng vòm trụ với góc nội ma sát 300, với khoảng cách trụ (s-a), xem xét để xác định ứng suất đứng lưới địa kỹ thuật 2.2.5 Lý thuyết Collin (2004, 2007) Trong phương pháp này, lưới ĐKT gánh lượng lớn đất có hình dạng kim tự tháp với góc nghiêng 450, thay hình chóp sử dụng mơ hình Guido Phương pháp sử dụng tối thiểu lớp lưới ĐKT đất đắp 2.2.6 Lý thuyết theo phương pháp phần tử hữu hạn 2.2.6.1 Lý thuyết chuyển vị Lý thuyết chuyển vị nêu luận án lý thuyết chuyển vị khối đất học liên tục, tính liên tục mơ tả theo phương pháp PTHH Phương trình cân tĩnh học liên tục có dạng sau: 𝐿𝑇 𝜎 + 𝑝 = (2.18) pháp phân tích giải tích Plaxis số phần mềm ĐKT có khả phân tích số hầu hết dạng mơ hình hình học, kết cấu vật liệu đất nên sử dụng phổ biến sản xuất nghiên cứu Tuy nhiên, độ xác phương pháp số phụ thuộc lớn vào việc lựa chọn mơ hình phân tích, mơ số mơ hình tốn, điều kiện biên, mô tiếp xúc vật liệu với kết cấu đặc biệt mơ hình vật liệu lựa chọn CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU TRÊN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG BẰNG TRỤ XMĐ KẾT HỢP LƯỚI ĐKT 3.1 Giới thiệu chung Ttác giả phân tích ứng xử đường đầu cầu gia cường hệ trụ XMĐ kết hợp với lưới ĐKT phương pháp giải tích BS 8006-1:2010 phương pháp số Mặt khác để quan trắc trường xác hiệu quả, phương pháp số sử dụng phần mềm Plaxis 3D dùng để xây dựng mô hình tính tốn Cơng trình nghiên cứu: tuyến đường D1, kết nối đường Nguyễn Văn Linh phía Bắc, lộ giới 25m (lòng đường 14m, vỉa hè 4,5mx2 dải phân cách 2m) khu đô thị Mizuki Park xã Bình Hưng, huyện Bình Chánh, Tp Hồ Chí Minh quy mô 37,4 ha, bao gồm khu, tiếp giáp xung quanh kênh, rạch 3.2 Điều kiện địa hình, thủy văn Trước vùng đầm lầy ao hồ, có nhiều rạch xen kẽ, tồn mặt san lấp đến cao độ +2,64m, cao độ mực nước ngầm từ 1,9 – 2,5m 3.3 Điều kiện địa chất Chiều sâu hố khoan: 57m Các thí nghiệm thực hiện: thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT), thí nghiệm cắt cánh (VST); thí nghiệm phịng Mặt cắt địa chất thể hình 3.4 Địa tầng khu vực nghiên cứu phân chia thành lớp đất mô tả theo thứ tự từ xuống sau: - Lớp 1: Đất san lấp, chiều dày 3,3m, SPT từ - 7; - Lớp 2: Bùn sét, màu xám xanh, trạng thái chảy, độ sâu từ 3,3m - 31,5m, chiều dày trung bình 29,05m, SPT từ - 6; 11 - Lớp 3: Sét, sét pha, màu xám xanh, xám nâu, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng, độ sâu từ 31,5 - 39,0m, chiều dày 7,5m; SPT từ - 12; - Lớp 4: Sét pha kẹp cát, màu xám xanh, trạng thái dẻo cứng, độ sâu từ 39,0m 43,6m, chiều dày 4,6m, SPT 9; - Lớp 5: không xuất hố khoan vị trí khảo sát; - Lớp 6: Sét, sét pha, màu nâu đỏ loang xám trắng, trạng thái nửa cứng đến cứng, độ sâu từ 43,6m – 56,6m, chiều dày 13,0m, STP từ 15 – 43 Hình 3.4 Mặt cắt địa chất 3.4 Giải pháp thiết kế Phạm vi xem xét ứng xử đường gia cường trụ xi măng đất lưới ĐKT cường độ cao tập trung đường đầu cầu số Gia cường đất yếu đường đầu cầu trụ XMĐ đường kính D1000, dài 25m, khoảng cách trụ 2m Chiều sâu xử lý chưa hết chiều dày lớp đất yếu (lớp - bùn sét), chân trụ cách lớp khoảng 4m Đỉnh trụ rải lớp lưới ĐKT cường độ cao Paralink loại 600L (Rk=600kN/m) trực giao Chiều cao đắp tính từ mặt lớp lưới ĐKT khoảng 3,5 - 4m 3.5 Tính tốn theo phương pháp giải tích Sử dụng phương pháp tính tốn theo BS8006-1:2010, tính tốn tải trọng thân đất không truyền lên cọc - Kiểm tra điều kiện xuất vòm chiều cao đắp khoảng cách trụ: 12 𝐻 = 4,0𝑚 > 0,7(𝑠 − 𝑎) = 0,78𝑚 (3.1) - Hệ số vòm 𝐶𝑐 𝐻 − 0,07 = 7,38 𝑎 - Tải trọng phân bố lên lưới ĐKT (giữa trụ XMĐ) Với 𝐻 = 4,0𝑚 > 1,4(𝑠 − 𝑎) = 1,56 (𝑚) 𝑊𝑇 = 44,64 (𝐾𝑁/𝑚) 𝐶𝑐 = 1,5 (3.5) (3.6) (3.7) Kiểm tra cường độ chịu kéo độ giãn dài lưới ĐKT - Chiều cao 𝐻 = 4,0𝑚 > 3,0𝑚, phép sử dụng lưới ĐKT có độ giãn dài tối đa 5% 𝑇𝑟𝑝 = 58,43 (𝐾𝑁/𝑚) (3.9) - Chọn lưới ĐKT Paralink 600L có cường độ tương ứng với độ biến dạng 5%: 𝑇 ′ = 305,0 (𝐾𝑁/𝑚) - Cường độ lưới ĐKT thỏa mãn điền kiện thi công sử dụng 𝑇 ′ > 𝑇𝑟𝑝 - Kiểm tra ứng suất thẳng đứng đỉnh trụ sau lắp đặt Paralink: 𝑃𝑐′ = 307,61 (𝐾𝑁/𝑚2 ) (3.13) 𝐹𝑠 = 1,6 > [𝐹𝑠 ] = 1,2 (3.14) Bảng 3.1 Bảng tính tốn độ lún tổng thể sau xử lý (BS8006-1:2010) Thông số Cầu số Cầu số Chiều cao đắp (m) 4,34 6,11 Tải trọng đắp (kPa) 89,1 124,1 Lớp truyền tải (lớp đệm đầu cọc) - Chiều dày (m) 0,4 0,4 - Cường độ (kPa)  2.000  2.000 Trụ XMĐ - Chiều dài (m) 23,0 25,0 - Bố trí cọc D.1000@2.000 - Tỷ lệ gia cố (%) 19,63% - Cường độ cọc (kPa) 𝑞𝑢𝑐𝑘 = 500 - Mô đun biến dạng (kPa) 𝐸 = 250 𝑞𝑢𝑐𝑘 Tổng độ lún S vòng 20 năm (cm) 14,35 18,37 13 3.6 Tính tốn theo phương pháp số 3.6.1 Các phần mềm sử dụng để nghiên cứu ứng xử hệ GRPS 3.6.1.1 Phần mềm Plaxis 3D Được sử dụng rộng rãi cho nghiên cứu hệ cọc GRPS, cho phép tạo mơ hình ba chiều, thể xác kích thước hình học hệ GRPS phức tạp 3.6.1.2 Các phần mềm khác: Sigma/W, Abaqus, FLAC3D, MIDAS GTS Các phần mềm cung cấp khả nâng cao để mơ hình hóa tương tác cấu trúc đất phức tạp, ứng xử vật liệu phi tuyến, điều kiện biên 3.6.2 Lựa chọn phần mềm để nghiên cứu tốn Luận án tập trung nghiên cứu mơ hình ĐKT tổng hợp phân tích tương tác trụ XMĐ đất xung quanh trụ nên ưu tiên lựa chọn Plaxis 3D 3.6.2.1 Mơ hình hố điều kiện biên Khi phân tích tốn địa kỹ thuật với lớp (bùn sét) đất yếu thơng thường sử dụng mơ hình Soft Soil Tuy nhiên với hệ GRPS, độ lún tổng thể nhỏ, tức biến dạng đất nhỏ nên sử dụng mô hình vật liệu Mohr – Coulomb (đàn hồi - dẻo lý tưởng) cho đất đắp lớp đất tự nhiên phù hợp Trụ XMĐ sử dụng mô hình đàn hồi tuyến tính Lưới ĐKT mơ phần tử Geogrid Tương tác bề mặt trụ XMĐ đất yếu mô thông qua vật liệu tiếp xúc với hệ số suy giảm cường độ Rinter (< 1) Do đó, vật liệu tiếp xúc có mơ hình vật liệu với đất – mơ hình Mohr – Coulomb Tuy nhiên, tiêu lý bị giảm lượng Rinter sau: 𝑡𝑎𝑛𝜑𝑖 = 𝑅𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑛𝜑 𝑐𝑖 = 𝑅𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟 𝑐 (3.15) (3.16) Mô hình đường đầu có chiều rộng hai bên tính từ mép cọc lớn lần bề rộng xử lý trụ XMĐ, chiều sâu đảm bảo lớn phạm vi tính lún đảm bảo điều kiện biên không làm ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất biến dạng hệ GRPS Gia tải bước tương ứng với chiều cao đắp giai đoạn 1m để khảo sát thay đổi trạng thái ứng suất biến biến dạng đường gia cường hệ GRPS 14 3.6.2.2 Kết tính tốn Hình 3.9 Chuyển vị đường đầu cầu Hình 3.10 Phân bố ứng suất thẳng đứng Hình 3.11 Biểu đồ phân bố ứng suất đỉnh trụ XMĐ 15 Hình 3.12 Lưới phân bố biến dạng lưới ĐKT Bảng 3.4 Hệ số tập trung ứng suất lực kéo lưới ĐKT Chiều cao Ứng suất đỉnh Ứng suất đất Hệ số tập Lực kéo đắp trụ XMĐ p’c trụ trung ứng suất lưới ĐKT (m) (kPa) (kN/m) XMĐ ’s (kPa) (n=p’c/’s) 4+q 33,06 64,60 90,22 116,27 183,49 15,29 26,08 34,87 43,80 66,82 2,16 2,48 2,59 2,65 2,75 0,75 1,47 2,07 2,65 3,99 (q tải trọng xe quy đổi tính theo TCCS 41:2022, 𝑞 = 16 𝑘𝑃𝑎) Bảng 3.4 cho thấy ứng suất phạm vi trụ XMĐ lớn nhiều so với đất xung quanh trụ, đặc biệt mép trụ Hệ số tập trung ứng suất tăng dần theo bước gia tải, tương ứng lực kéo lưới ĐKT tăng lên 3.7 Kết luận chương Kết tính tốn cho thấy trụ XMĐ kết hợp lưới ĐKT giải pháp khả thi để xử lý đất yếu đường đầu cầu chân trụ nằm tầng đất yếu (cọc treo) Kết tính tốn theo phương pháp giải tích lớn so với phương pháp số sử dụng giả thiết làm đơn giản hóa tốn (bỏ qua làm việc đất nền, tải trọng vật liệu ĐKT riêng rẽ, khơng có tương tác …) Kết phân tích số cho thấy có tập trung ứng suất phạm vi trụ XMĐ, hệ số tập trung ứng suất tăng dần theo bước gia tải tương ứng với gia tăng lực kéo lưới ĐKT Lớp lưới ĐKT có tác dụng phân bố áp lực lên đỉnh trụ XMĐ, giảm áp lực truyền xuống đất dẫn đến giảm lún lệch phạm vi gia cường 16 CHƯƠNG THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ NỀN ĐƯỜNG ĐẦU TRÊN NỀN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG TRỤ XI MĂNG ĐẤT KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT 4.1 Vị trí lắp đặt thiết bị quan trắc Tiến hành lắp đặt thiết bị quan trắc áp lực đất, biến dạng lưới địa kỹ thuật, áp lực nước lỗ rỗng, quan trắc mực nước ngầm, quan trắc lún bề mặt độ lún theo chiều sâu đường đầu cầu bên mố M1 cầu số Thiết bị đo áp lực đất EA1 EA8 đặt lớp lưới ĐKT, thiết bị đo áp lực đất cịn lại đặt lưới Hình 4.2 Mặt bố trí thiết bị quan trắc 4.2 Các thiết bị thí nghiệm 4.2.1 Thiết bị đo biến dạng lưới ĐKT (strain gage), đầu đo GeoSense Mục đích xác định độ giãn dài lưới địa kỹ thuật trình chất tải, kết hợp với biện pháp quan trắc khác để xác định hiệu ứng vòm ảnh hưởng độ cứng lưới ĐKT Hình 4.5 Lắp đặt thiết bị đo biến dạng lưới ĐKT trường Sơ đồ quy trình lắp đặt: 12 cảm biến quan trắc cho 02 vùng, vị trí đo tim đường hàng trụ XMĐ thứ (tính từ mố cầu) 17 4.2.2 Đo áp lực đất, đầu đo GeoSense (Earth Pressure) Mục đích quan trắc tổng áp lực (áp lực đất hữu hiệu) vị trí đỉnh trụ xi măng đất, tâm trụ xi măng đất (mơ hình chiều), tâm trụ xi măng đất (mơ hình chiều) gây tĩnh tải hoạt tải đường Để đảm bảo độ xác tránh rủi ro q trình thi cơng, 08 thiết bị quan trắc áp lực đất sử dụng Hình 4.6 Thiết bị đo áp lực đất (Earth Pressure) Sơ đồ quy trình lắp đặt: Vị trí đo tim đường hàng trụ XMĐ thứ (tính từ mố cầu) Lắp đặt 04 cụm 02 vùng độ sâu 0,5m phía lớp lưới ĐKT theo trình tự 4.2.3 Các thiết bị quan trắc khác Quan trắc chuyển dịch ngang theo chiều sâu; áp lực nước lỗ rỗng; lún bề mặt; lún sâu; mực nước ngầm Bảng 4.1 Tổng hợp khối lượng quan trắc Stt Thiết bị Đơn vị Khối lượng Chu kỳ Đo ứng suất lưới ĐKT 12 11 Đo áp lực đất lần/ ngày Đo áp lực nước lỗ rỗng 11 Đo lún sâu nhện từ 10 11 chu kỳ Đo lún mặt 12 lần/ ngày Đo nghiêng 11 chu kỳ Quan trắc mực nước ngầm 11 chu kỳ 18