Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát ứng dụng cho tuyến đường tránh nhà máy nhiệt điện Long Phú, tính Sóc Trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PPNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRAN THANH TÂM

Chuyên ngành: DIA KỸ THUẬT XÂY DUNG

Mã số: 60 58 02 04

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI VAN TRUONG

HÀ NỘI - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bat kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được

thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Trần Thanh Tâm

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin cám ơn các thầy cô giảng dạy trong bộ môn, khoa Công trình, khoa sau đại

học- Trường Đại học Thủy Lợi.

Tôi xin chân thành cám ơn, PGS TS Bùi Văn Trường là người hướng dẫn khoa học

đã hết sức tận tâm nhiệt tình giúp tôi hoàn thành luận văn này.Tôi xin cám ơn sự quan tâm góp ý của các Giáo sư, Phó Giao sư, Tiến sĩ trong bộ môn Dia kỹ thuật, khoa

Công trình, trường Đại học Thủy Lợi.

Tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của lãnh đạo công ty, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian thực hiện luận văn.

il

MỤC LỤC

M.9J28)10/90000)20.0) 0015575 V

DANH MỤC CÁC TU VIET TAT VÀ GIẢI THÍCH THUAT NGỮ ix

1.1 Khái quát về nền đất yeu cccceccccccscscscscscscscssescscscscscscscscscsseesssesescssssesscseeees 4

1.2.1 Khái niệm COC Cắt - - c0 KH 6

1.3 Kết luận chương Ì - - ¿52562 SE2E2E2E£EEE£EEEEEE SE 3 1217171111111 11111 eE 28

CHUONG II CƠ SỞ LÝ THUYÉT TÍNH TOÁN, THIET KE VÀ THI CONG COC 2v 30

2.1 Trình tự tính toán cỦa COC Cát -c cv ve 31

2.2.Tính toán, thiết kế của COC Cát ¿xxx E 1E S1 11 1 1E S3 1v vn cưng ưa 32 2.2.1 Xác định hệ số rong enc của nền đất sau khi được nén chặt bằng coc cat: 32 2.2.2 Xác định diện tích nền được nén chat .c.ccccccescsecssesssssessscscesescscessevseeeeevees 33

2.2.7 Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát 42

ill

CHUONG III TÍNH TOÁN UNG UNG XỬ LY NEN BẰNG COC CAT CHO

TUYẾN DUONG TRANH NHÀ MAY NHIET ĐIỆN LONG PHU, TINH SOC

¡79c -::1ÍÍÍl 49

3.1 Khái quát chung về công trìnhh - + + + 2S 2£ £E£E£E£E£E£E+EeEeEerrererersree 49

E20 0 1n Ả 51

3.2.2 Chiều cao đắp và tải trọng tính toán c.ccceccccscscsesesesesscscscscscsescseseseseeeeeeseeees 58 2.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật của công trình cccecccssscsesesesesesscsescscsesescseseseeeeeeseeees 60

3.3.1 Thiết kế xử lý phân đoạn từ Km 0+750 đến Km 2+300 -¿-5- 5-52 61 3.3.2.Thiết kế xử lý phân đoạn từ Km2+300 đến Km 3+000 ¿-2-5- 5-52 64 3.3.3 Thiết kế xử lý phân đoạn từ Km0+000 đến Km0+750 5-5-5-5¿ 67

3.4.1 Phương pháp tính tOán - - -.c 1 0111321111133 1111911111811 1111812111 key 70

3.4.3 Mô hình tính toán - - - - 2 21333333333 3335555 555555555555553555555 555 72

3.5 Kết luận chương 3 csceccecessssscscscscscsescsesececscscscscscscscsescsessescscscscsescscscseseseseeseeces 88

1V

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ diện tích thay thế trên đường cong thời gian lún của nền

cải tIẾN HH HH HH HH He 24

Hình 1.4 Ảnh hưởng của tập trung ứng suất đến hiện tượng cố kết - 25

Hình 2.4: Biểu đồ xác định khoảng cách giữa cọc cát ¿©-¿©cs+cxccxczxzrxsred 36 Hình 2.5: Lưới tam giác đều -¿- +¿©++2+++EE+2EE22EE22E127112212112711271211 2112 ee 41

Hinh 2.6 : Trinh tur thi cOng COC v0 44

Hình 2.7: Mũi coc bang đệm gỗ và bang mũi cọc có bản lề -2-5 : 45

Hình 3.4: Mặt cắt ngang A-A xử lý nền bằng cọc cát phân đoạn Km0+750 — Km2+30064 Hình 3.5: Sơ đồ bó trí cọc cát phân đoạn Km2+300- Km 3+0.00 - 67

Hình 3.6: Mặt cắt ngang B-B xử lý nền bằng cọc cát phân đoạn Km2+300- Km

E00 0 3 67

Hình 3.8: Mặt cắt ngang C-C xử lý nền bằng cọc cát phân đoạn Km0+000 — Km0+75070 Hình 3.9 Mô hình Plaxis mô phỏng khối đắp và nền đã được xử lý gia cố bang cọc cát

cho phân đoạn đường Km0+750 —Km2+30 - c6 + 3 2211991131 vn re 73

Hình 3.10 Mô hình Plaxis mô phỏng khối đắp và nền đã được xử lý gia cố bằng cọc

cát cho phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 -22©22222 +£x£zzzzz+ced 73

Hình 3.11 Mô hình Plaxis mô phỏng khối đắp và nền đã được xử lý gia cố bằng cọc

Hình 312 Chuyển vị Mới tong giai đoạn thi công cọc cát và độm cá phin đoạnHình 3.18 Lún nền trong giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 ~Km2230078Hình 3.19 Lin mặt đường trong giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 ~Kin2s300 78Hình 3.20 Chuyển vị lưới trong giai đoạn thi công cọc cát và đệm cát phân đoạn

đường Km2+300 đến Km 3+000' 79

Hình 321 Lin nền trong giủi đoạn thi công cọc cất và đếm cấtphân đoạn đường Km2+300 đến Km 34000 79

Hình 3.22 Chuyển vị lưới trong giai đoạn thi công dip đất phân đoạn đường

vị lưới trong giai đoạn thi công cọc cát và độ

DANH MỤC DANH MỤC BANG BIEU

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

DHTL Đại học Thủy lợiLVTh§ Luận văn Thạc sĩ

MỞ DAU

1 Tính cắp thiết của

“rong thực té xây dựng hiện nay tại đồng bằng Sông Cửu Long, giải pháp xử lý nền đất yêu bằng biện pháp lên chat đất bằng cọc cát nhằm đảm bảo sự ôn định lâu đi về nên móng công trình là giải pháp được ứng dụng khá phổ biển Tuy nhiên vấn đề tinh toán, thiết kế xử lý nn đất yếu bằng cọc cất, đặc biệt là độ lún của nén móng còn có những hạn chế chưa phủ hợp với thực tẾ gây tốn kém lãng phí, ảnh hưởng đến én định công trình Với các công trình xử lý nén đất yéu bằng cọc cất, cần xác đình các thông số như hệ số rỗng của đt, diện tích nền được nén chặt, số lượng

sạe, Vi vậy việc nghiên eit lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp, đảnh giá

dy đủ các hông số đất nén đưa vio tinh tính toán, thiết kế để có được để xuất gi pháp công trình phù hợp trong điều kiện xây dựng ở địa phương, đảm bảo sự an

toàn én định lâu đãi của công trình là việc làm cần th bách, có ÿ nghĩa

khoa học và thực tiễn. 3 Me đích của đề tài

Mục đích của đề tài luận văn là trên cơ sở nghiên cứu, tính toán lý thuyết và thực nghiệm tại hiện trường để lựa chọn phương pháp, thông số thiết kể giải pháp xử lý nền bằng cọc cát phủ hợp với đặc điểm nên đắt yêu, đảm bảo yêu cầu kính tế kỹ thuật 3 Đắi tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là tính toán, thiết kể xử lý nền dt yêu bằng cọc

cát, ứng dụng cho công trình ở Sóc Trăng.

.4 Nội dung nghiên cứu

Để dat được mục tiêu của đ ti, Luân văn sẽ tập trung nghiên cấu những nội dung

~ Nghĩ

lý nền đất yếu bằng cọc cát,

cửu cơ sở lý thuyết, phương pháp tinh toán, lựa chon các thông sổ thiết kế xử

~ Ung dụng thiết kế xử lý nền bằng cọc cát cho công trình thực tế tuyến đường tránh.

nhà máy nhiệt điện Long Phú, tinh Sóc Trăng;

- Ngh

cát, từ đồ kiến nghị lựa chọn tinh toán thie kể phủ hợp, nhằm đảm bảo hiệu quả kinh

tụ phân tích đánh giá khi năng làm việc của nền sau khỉ gia cổ bing cọctế - kỹ thuật của giải pháp.

5ch tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

ĐỀ tải sử đụng tổ hợp các phương pháp sau:

- Phương pháp tổng hợp, phân tích, tinh toán lý thuyết để thu thập, tổng hợp tai liệu

địa chất, phân tích các phương pháp tinh toán gia cỗ nền bằng cọc cát; xứ lý và lựa

~ Nắm được phương pháp tính toán, thiết kế xử lý bằng cọc cất phù hợp đặc điểm na đất yếu ở địa phương;

ng dạng thiết kể xử lý bằng cọc cất cho công tình cụ thé là tuyển đường trắnh nhà

mmáy nhiệt điện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng.

CHUONG I TONG QUAN VE DAT YEU VA COC CAT

Ở Việt Nam, vùng đất yếu có chiều day lớn phân bố ở các tinh thuộc đồng bang sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long, vùng bồi tích miền Trung và những vùng cửa sông

ven biển Thường những vùng nay có mật độ dân cư lớn, kinh tế xã hội, các cơ sở hạ tầng, hệ thống công trình đang ngày càng phát triển Như vậy việc nghiên cứu xây dựng các công trình trên nên đất yếu là việc làm mang lại lợi ích rất to lớn cho xã hội, tạo sự phát triển, đây nhanh quá trình hội nhập phát triển kinh tế Tuy nhiên việc xây dựng công trình trên nên đất yếu là rất phức tạp, đặc biệt là trong van đề xử lý nền

móng công trình.

Hiện nay, để xây dựng công trình trên nền đất yếu, có một số các phương pháp xử lý

nên đât yêu như sau:

Xử lý nền băng cơ học (Phương pháp làm chặt bằng đầm, bằng chấn động, bằng các loại cọc; Phương pháp thay đất; Phương pháp nén trước sau đó mới xây dựng công

Xử lý nền bằng vật lý (Phương pháp hạ mực nước ngầm; Phương pháp giếng cát; Phương pháp điện thắm);

Xử lý nền bằng hoá học

Trong số các phương pháp đã nêu trên, ứng với mỗi một công trình ta có thể áp dụng

với một phương pháp cụ thé sao cho phù hợp với điều kiện địa chất tại nơi xây dựng công trình Tuy nhiên cũng cần phải lựa chọn phương pháp xử lý nền sao cho thoả

mãn được cả hai yêu cầu về mặt kỹ thuật va kinh tế của công trình Với tình hình đất yếu ở nước ta hiện nay, trong số các phương pháp xử lý nền đất yếu nêu trên thì

phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát là một trong những phương pháp xử lý nền tốt, mang lại hiệu quả kinh tế cao và an toàn cho công trình, phù hợp với điều kiện xây dựng nước ta Phương pháp này có những tác dụng đối với công trình như sau:

Lam tăng độ chat cua dat nên dan đên sức chịu tai của nên tăng lên dang kê;

Tăng nhanh tốc độ cô kết của đất nền, do đó làm cho công trình xây ở trên đó nhanh chóng đạt đến giới hạn về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng

Việc nghiên cứu và tính toán phương pháp cọc cát xử lý nền đất yếu đã trải qua một thời gian dài với nhiều những nghiên cứu khác nhau về phương pháp này, các nghiên cứu đều nhằm một mục đích là hoàn thiện hơn phương pháp Trong tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát hiện nay, đã có một số các tài liệu phản ánh được đầy đủ cả hai tác dụng tăng sức chịu tải và tăng nhanh tốc độ cô kết thoát nước đất nên, trong tính toán quan niệm nên và cọc làm việc độc lập Đề đơn giản hóa,

thuận tiện trong tính toán, nghiên cứu này đưa ra phương pháp tính toán cọc cát theo

quan điểm nền tương đương với bộ thông số nền tương đương bao gồm các đặc trưng xét đến sự tăng nhanh sức chịu tải của nền và tăng nhanh tốc độ cố kết của nền (ọ, c, E, k ) với mục đích áp dụng được bộ thông sỐ này vào việc tính toán các công trình

trong thực tế được đơn giản và thuận tiện hơn.

1.1 Khái quát về nền đất yếu

Đất yếu là một thuật ngữ được sử dụng khá phô biến trong lĩnh vực xây dựng Hiện nay, tồn tại một số quan niệm khác nhau về đất yếu Dựa trên các tiêu chuẩn hiện

hành của Việt Nam như TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000, tham khảo các tiêu

chuẩn phân loại đất của ASTM, BS, theo đất yếu là loại đất có một số đặc điểm cơ bản

sau đây:

- Là loại đất có khả năng chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ hơn 1,0kG/cm2), mô đun biến

dạng nhỏ (E0 < 50kG/cm2);

- Dễ bị biến dạng khi có tai trọng tác dụng, có độ lún lớn (thường hệ số rỗng ban au e0

>1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuan N: SPT <5

búa, sức kháng xuyên đơn vị qc < 10kG/cm.

- Là loại đất được hình thành tạo từ các vật liệu trầm tích trẻ (từ 10.000 đến 15.000 năm tuôi vẫn đang trong quá trình cố kết trong điều kiện môi trường khác nhau

(bôi tích ven biên, đâm phá, cửa sông, đâm lây ).

Trên cở sở các đặc điểm về địa chất công trình (thành phan, tinh chat cơ lý ), đất yếu

có thê được chia ra các loại chính sau:

(1) Đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, cửa sông, đồng bằng tam giác châu thé ) loại này có thé lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thé lên tới 10% - 12%) Đối với loại này, được xác định là đất yếu ở trạng thái

tự nhiên, độ âm của chúng gần bang hoặc cao hon giới han nhão, hệ sé rong lớn (sét e" > 1,5; á sét e” > 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước Cu < 35 kG/cmŸ, góc nội ma sát @ < 10°.

(2) Than bùn và đất hữu cơ có nguồn gốc đầm lây, nơi tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao Tại đây, xác của các loài thực vật bị thối rữa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các khoáng vật từ vật liệu Loại này thường được gọi là đất

dam lay, than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20% - 80%, thường có màu xám đen hay nâu xam, cau trac không min (vì lẫn các tan do thực vật) Trong điều kiện tự

nhiên, than bùn có độ âm rất cao trung bình W = 85% - 95% Than bùn là loại đất

thường xuyên nén lún lâu dài, không đều, hệ số nén lún có thé đạt 3-10 cm /daN,

vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 — 50cm Đất yếu đầm lầy than bùn còn đuợc phân theo hàm lượng hữu cơ của

- Hàm lượng hữu cơ từ 20% - 30%: đất nhiễm than bùn - Hàm lượng hữu cơ từ 30% - 60%: dat than bùn.

- Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn.

(3) Bun là các lớp đất mới được hình thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (< 200um) Đặc điểm về thành phần và kết cấu của nó là thành phần khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10% Đất bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phan tan min bang con đường co học hoặc hóa hoc ở tai day biển hoặc vũng vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nước hoặc bãi bồi của sông Vì vậy thường

phân biệt bùn biên, bùn vũng, bùn hô, bùn lây và bùn bôi tích Bùn luôn no nước và rât

lu lực Cường độ của bùn nhỏ, biển dạng lớn, mô đun biển dạng chỉ vào.

khoảng 1-SkG/cm” với bùn sét; từ 10-25kG/em” với bùn pha cát và bùn cát pha sét; hệ số nén lũn chỉ có thé đạt lên tới 2-3emÏ/đaN Như vậy, bùn là loại trim tích nén chưa

chặt, bị thay đổi kết cấu tự nhiên, Do vậy khi xây dựng công tình trên đắt nền là

bùn cần áp dụng các biện pháp xử lý nén phù hợp.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng cọc cát

idm coc cát

Coe cát xuất phit ừ cột Ballast là loi cọc được cấu to từ vậ igu rồi dat rong đất tham gia cùng dit nén chẳng đỡ ti rong công trình, đã gọi là cọc, nên bản thân cọc cát phải được tạo thành từ những loại cát đồng nhất, tiết điện liên tục theo chiều sâu, sức chịu tải của cát được chon phải lớn hon đất nhiều in so với đất nn tự nhiên Vật liệu làm cọc không thé hòa lẫn vio đt (chim din vào đắt yêu), Do đó, không phải loi đất yéu bắt kỹ nào cũng có thé sử dụng cọc cát để sử lý.

Cin phải phân biệt cọc cát với các cọc cứng khác như cọc bằng bé tông cốt thép, bằngthếp cọc cứng là một bộ phận của kết cẩu móng làm nhiệm vụ chuyển tải trọng

công trinh xuống nén đất cin cọc cất làm nhiệm vụ lên chặt và thoát nước cho nền đất

làm tăng sức chịu tải cho nền.

Việc sử dụng cọc cát được nhà bác học Nga M.X Voikow dé nghị dau tiên vào nim

1840 và sau đó là giáo si V1 kurdyumov năm 1886, Qua hơn một thập kỷ phương

pháp này đã được iẾp tục nghiên cửu, bd sung và được ứng dung ở nhiễu nước trên

„ Anh, Pháp, Hà Lan và Mỹ:

thể giới như Liên Xô, Trung Q

1.22 Đặc điễm, diều hign làm việc cũ cọc cát

Khi xây đơng ông tinh chia ải rọng lớn trên nền đất yu, cổ chiều đầy lớn tì nền

chặt đất bing cọc cát là một phương pháp đem lại hiệu quả cao cho công tinh Khi chiều day lớp dat yếu lớn hơn 3,0 m có thể dùng cọc cát dé nén chat dat trong nền, Coc

cit la phương pháp áp dụng thích hợp và đem lại hiệu qủa nén chat cho ác lớp đất yếu

có chiều diy lớn như các loại đắt cát nhỏ, cát bụi rời ở trang thái bão hoà nước, các đất

“Trong trường hop đất quá nhão yẾ rn chặt được đắt (khi hệ

dưới đầy móng nhỏ hơn„ lưới cọc cát không th

số rồng nén chặt lớn hơn 1) hoặc khi chiều diy lớp đất

3,0m thì không nên đùng cọc cắt

“Tác dụng củ cọc cất à lâm cho độ rỗng, độ m của nÈn giám di, trọng lượng th tích,

mô dun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên.

Khi xử lý nền bằng cọc cát, nén dit được nền cht li, do d sức chịu tải của nền được

tăng ln, độ lún và biến dang không đồng đều của nền đắt dưới để móng các công trình)

giảm đi một cách đáng kể

Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng,

lâm việc đồng thoi; đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc,

Do một số các đặc điểm kể trên nên tính chất làm việc của cọc cát khác với các loại cọc cứng mà chúng ta thường gặp như cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông, bê tông cốt

Do vậy tính wu việt của cọc cát được thể hiện qua các mặt sau

~ Khi ding cọc cá, tr số mô đun biển dạng của cọc cát cũng như ở các ving đất được nn chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm Vì vậy sự phân bổ ứng suất trong nén dat được nén chặt bằng cọc cát có thé xem như là nền thiên nhiên Tính chất này là hoàn toin không thể có được khi dũng các loại cọc cũng Đối với nên trong đó dùng

coe cứng, mô đơn biến dạng của vật liệu làm cọc cứng lớn hơn nhiễu lin so với mô

đun biển dang của dat xung quanh thân cọc (khoảng 1000 l ), đo đó toàn bộ tải trọngcủa công trình do mồng tiếp thu sẽ truyền lên các cọc, các lớp đắt ở dưới mũi cọc và

xung quanh cọc Trong trường hợp nay, đắt ở giữa các cọc hầu như không tham gia

chịu lực vi độlún của móng phụ thuộc vào tinh nền của các lp đất dưới mũi cọc ~ Khi ding cọc cát, quá trình cổ kết của nền đắt diễn biến nhanh hơn nhiều so với nền đất hiên nhiền hoặc nén đắt dking cọc cứng Khi trong nén đắt cỏ cọc cá thi lúc này

sắc cọc cất ngoài ác dang nén chat nén đất, còn làm việc như các giếng cát thoát

ước, nước rong dit cỏ điều kiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dựng của tải trong ngoài, do đổ cải thiện được tỉnh hình thoát nước của nền dit, điều này là

ê có được đối với at thiên nhiên hoặc là đối với

không tl số si đụng các loại

sọ cứng Phin lớn độ lún của nền dit có cọe cắt thường kết thúc trong quá tình thi công do đó tạo điều kiện cho công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định.

Tinh ưu việt của cọc cát còn được thé hiện về mặt kinh “at liệu làm.cu thể là

cọc Vật liệu cát dùng lâm cọc là loại vật liệu rẻ hơn nhiều so với các loại vật liệu làm

các loại cọc cứng như: gỗ, Ul và không bịnước ngầm có tính xâm thực,

‘VE mặt thi công, cọc cát có phương pháp thi công tương đối đơn giản, không đỏi hỏi

những thiết bị phức tạp.

Do những ưu điểm nêu trên nên có thé nói rằng giá thảnh xây dựng cọc cát thường rẻ

hơn so với một số các phương án cọc khác như gỗ, bê tông, bê tông cốt thép.

Theo kinh nghiệm các nước phát triển và sự tích lũy từ các công trình đã xây dựng thì

mặc đủ số lượng cọc cát dùng có lớn hơn so với các loại cọc cứng (số lượng dùng lớn

hơn khoảng 3065

thành giảm khoảng 2 lẫn; so với cọc gỗ giá thành giảm khoảng 30%.

6) nhưng giá thành lại rất rẻ So với cọc bê tông cốt thép, giá

6 Việt Nam, điều này cũng đã được chứng mình bằng một số các công tỉnh thức tcó sử dung cọc eit Theo các số liệu đã được tổng kết, kinh phí xây dựng giảm khoảng

40% so với dùng cọc bê tông và giảm hơn 20% so với ding phương án đệ:

*Cọc cát có những đặc điểm mang tính wu việt sau đây

= Khi dùng cọc cát trị số môđun biển dang trong cọc cát cũng như ở vùng đất đượcnén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm Vi vậy sự phân bổ ứng suất trong nén

đất được nén chặt đắt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên.

- Khi ding cọc cát, qua trình cổ kết của nền đắt di biến nhanh hơn nhiễu so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng Bởi vì lúc này cọc cát làm iệc như các

7g thoát nước, nước trong đất có diéu kiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới

gi

trong quả tình thi công, do đồ ạo điều kiện cho công tình mau chống đạt đến giới

"hạn én định

= Sử dung cọc cát vé mặt kinh tế ré hơn so với khi sử dụng các phương ẩn cọc Khác như: cọc gỗ, cọc bitông cọc batting cốt thép Vật lig lim cọc cát rẻ hơn nhiều so với sỗ, thép, b#ông cốt thép ding tong cọc cứng và không bị ăn mồn nếu nước mgm có tính xâm thực Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản, không đôi hỏi những thiết bị phúc tạp

1.2.3.Tinh hình nghiên cứu cục cát1.2.3.1 Giới thiệu chưng.

Phuong pháp nén chặt đắt bằng cọc cát đối với đắt rời để nhằm lam tăng sức chịu tải của nỀn Lin đầu tiên được nhà bác học người Nga M X Voikov đề nghỉ vào năm 1840

và tip đồ là gio sw V 1, Kuryumov năm 1886, Kế từ đồ đến nay, trải qua một thời

sian dai hơn một thể kỷ, phương php này đã và đang được nghiên cầu, bổ sung và ấpcdụng cho nhiễu công trinh xây dựng ở khắp các nơi trên thể giới như: Liên Xô, Trung

'Quốc, Nhật Bản, Anh, Y, Hà Lan và Mỹ

“Trong đó, Nhật Bản được biết đến như một quốc gia có nhiều những nghiên cứu về

phương pháp này Ké từ những năm 1950 -1960, khi tại Nhật Bản, kỹ thuật cọc cát

dằm chặt xử lý nền đất yếu xuất hiện, đã có rất nhiều những nghiên cửu được thực

hiện trong các trường đại học, các viện nghiên cứu, các công ty tư vẫn ở Nhật Bản."Những nghiên cứu này đã chỉ ra những đặc điểm về sức chịu ti và biễn dang của nỀn

hỗn hợp bao gồm cọc cát và đất xung quanh cọc, các nghiên cứu về áp lực đất, sức kháng theo phương ngang của nền đất được cải tạo, ngăn chặn hóa lỏng cũng được

đề cập

1.2.3.2 Curing độ chẳng cắt của nền đắt hỗn hợp

“Cường độ chống cắt của nên đắt hỗn hợp trong đó bao gồm đất sét và cọc cát, chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tổ chẳng hạn như: những đặc điểm của ứng suất- biển dạng trong đất ớt và cọc cát, hiệu ứng tập trung ứng sud, đường kính và khoảng cách cọc cất Nghiên cứu đầu tiên về cường độ chống cất của nén đắt hỗn hợp được thực hiện bởi Tgaba (8), rong đó một loạt các thi nghiệm cất trực tiếp đã được thực

9

đất của nên dit hỗn hợp bao gồm đất sét và cọc cát, Trong các thí nghiệm, loi đắt,

diện tích thay thế và ứng suất thẳng đứng đã được thay đổi để xem xét tác động cia

ching đến những đặc điểm của cường độ chồng cắt Cùng với các thí nghiệm nay, tác giả đã đề xuất công thức xác định cường độ chống cit theo biểu thúc (1), đồ fi sự kết hợp tập trung ứng suất trên cọc cát như hình 1 Trong biểu thức (1) chỉ ra rằng cường độ chống cất của đất sét và cọc cát được huy động cùng lúc đồng thời cũng tính toắn ng sud thing đúng trên nên đắt yếu và cọ cát là ø, và ơ, bằng ý thuyết din dẻo

` + Ast

= Acco # 6 tanh.) + A tan, an

Trong đó,

‘Acs din tích mặt cắt ngang của nền đất sét; Align tích mặt cit ngang của cọc ct

Matsuo và nnk [13] đã thực hiện một loạt các thí nghiệm nén 3 trục trên nền đất hỗn hop và đưa ra ké luận rằng cường độ chống cắt của nén đắt hỗn hợp có thể được đánh

giá bing tổng trọng cường độ chống cắt của đất sét và cọc cát huy động ở cùng mức độ

biển dang và được chỉ ra trong biễu thức (2) Và nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng

cường độ chống cắt huy động trên toàn bộ cọc cát là nhỏ hơn hoặc bằng cường độ chống cit trên một cọc Nghiên cứu đã giới thiệu thông số a, để kết hợp các mức độ "huy động của sức chống cắt trên cọc cát Nghiên cứu đã đưa ra kết luận rằng biga thúc (2) đã cung cấp một ước lượng tin cậy của các kết quả thí nghiệm với a = 0,5 cho sơ đồ thí nghiệm cắt đắt không cổ kết không thoát nước (UU) và với ơ = 1,0 cho sơ đồ thi nghiệm cổ kết đẳng hướng không thoát nước (CU), Điều này có nghĩa là sức chống cắt lớn nhất của nền đất sét và cọc cát không huy động đồng thời Hiệu ứng tập trung ng suất không được kết hợp trong đề nghị của nghiên cửu,

(6, =6))2À, +6 =8,).À,

(6-6), d2)“Trong đồ;

A diệntích mặt cắt ngang của nén đắt hỗn hợp:

Ac dig th mặt cắt ngang của nén dt set;

Ac điện tích mặt cắt ngang của cọc cất:

.ơ: thông số liên quan đến độ huy động ứng suất trên cọc cát; (04 - ø:),„,: độ lệch ứng suất huy động trong nén hỗn hợp;

(6, = 63) độ lệch ứng suất huy động trong nén củ(ới ,),: độ ch ứng suất huy động trong nên đất sét

Yagi và nnk [S1] đã thực hiện một loạt các thi nghiệm sức kháng đơn giản và thi

nghiệm cắt trực tiếp để nghiên cứu hiệu quả của tỉ diện tích thay thé và số lượng của cọc cất đến đặc điểm cia cường độ chống cắt trên nén đắt hỗn hợp Nghiên cứu đã chỉ ra ring cường độ chống cắt trên nén đắt hỗn hợp không những chịu ảnh hưởng của t cdiện tích thay thé mà còn chịu ảnh hướng của số lượng của cọc cát Và nghiên cứu đã

kết luận rằng lý do xây ra hiện tượng này là đo sự phân bổ sức không không đồng đều

trong các cọc cất

‘Yoshikuni và nnk [S0] đã thực hiện những thí nghiệm nén 3 trục không thoát nước trên

nin dit hỗn hợp và kết luận ring điều kiện thoát nước trong mẫu thí nghiệm gây ra hiệu ứng kích thước mẫu của cường độ chống cắt.

Enoki và nnk [82] thực hi

ring cọc cát và đất sót không bị phá hoại đồng thời nhưng bị phá hoại riêng rẽ Nghiên

thi nghiệm trong phòng với nên đắt hỗn hợp và kết luận cứu đã đề xuất cường độ chồng cắt của nền hỗn hợp nên được đánh giá là một vật liệu không ding hướng c-p dựa trên tiêu chí cường độ chống cất riêng rẽ của đt sé và cọc

Asaoka và nk [94, 107] đã thực hiện các thí nghiệm nén 3 trục rên nền đất hỗn hợp ất luận rằng cường độ chống cắt của nén hỗn hợp là phụ thuộc vào điều kiện thoát

nước của cọc cit, Nghiên cứu chỉ ra rằng cường độ chống cắt của cọ cất trong điều

kiện không thoát nước cao hơn nhiều so với điều kiện thoát nước Nghiên cứu để xuất cường độ chẳng cit của nén hỗn hợp là tổng cường độ ching cắt thoắt nước của cọc cát và cường độ chống cắt không thoát nước của dat sét, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trong của việc xem xét điều kiện thoát nước của cọc cát khi đánh giá sức chị tả của nỀn được cải tạo bằng cọc cất

1.2.3.3 Sức chịu tải va én định của nén đắt được cải tạo

* Sức chịu tải của cọc đơn

“rong những nghiên cứu về sức chịu tải và én định của nên đắt được cải tạo, sự phân

bố ứng suất trong nền đất yếu va cọc cất là một vấn để quan trong để đánh giá, Một trong những nghiên cứu đầu tiên, Murayama (1957) đã xem xét sự gia tăng sức chịu tải của nền đất yếu được gây ra bởi khả năng thoát nước của cọc cát và sự có mặt của cọc cát, Năm 1962, tác giả này đã công thức xác định sức chịu tải cho né

được cải tạo có sự kết hợp của hiệu ứng tập trung ứng suất trên cọc cắt

Murayama [5] đã nghiên cứu sức chịu tải và ứng xử lồn của nén đắt được cải tạo bằng sọc cất dim chit, và đưa 1a các công thức (3) đến (5) cho việc tinh toán sức chịu tả

của một cọc cất bằng gi thit trạng thải cân bằng giới hạn chủ động cũa cọc cất và trang thấi cân bằng giới hạn bị động của nén đất xung quanh cọc (hình 2) Nguyên tắc trong tinh toán của ông đã dựa trên giả thit rằng cọc cất và đất xung quanh cọc đã

chịu biển dang thẳng đứng Trong biểu thức (6) một ứng suất trên nền đất sét oy đã

cược đưa ra, Ong đã tước tỉnh ơ, = 0,7 bằng cách xem xét rằng không có biển dạng tử biến diễn ra trong dit sé xung quanh, trong đỏ q là cường độ chẳng cắt nỡ hông

A diệntích mặt cắt ngang của nén đắt hẳn hợp:

Ac dlign tích mặt cắt ngang của nên đất set

Ac điện tích mặt cắt ngang của cọc cất:

.ø: ứng suất trung bình trên nên dat hỗn hợp;

n: hệ số tập trung ứng suất,P: sức chịu tf

se ứng sắt thing đứng của nền đất st;

4: ứng suất thẳng đứng của cọc cát;

‘64; ứng suất theo phương ngang của cọc cất; ‘ou: ứng suất trên nền đất sét;

4 g6e ma sit trong của đất cát

Hình 1.2 Minh họa cho nền dit được cải tạo.

Aboshi và nnk [23] đã có những phản hồi về giả thiết của Murayama liên quan đến

điều kiện ứng suất của nề đất sốt xung quanh Họ đã chi ra rằng những giá thiết của

‘Murayama có nghĩa là biển dạng theo phương ngang là lớn hơn so với biến dang theo

phương đứng, thậm chí ngay cả khi có lực dọc.

Một vai những thí nghiệm gia tải được đưa ra bởi Niimi và nnk [10] và các thí nghiệmmô hình được đưa ra bởi Hughes và Withes [172] để xem xét sức chịu tải của một cọccát thực nghiệm

* Sức chịu ti và én định của nền đất được cải tạo bằng nhóm cọc cất

Mé hình thí nghiệm trong phòng đầu tiên được nghiên cứu vio năm 1969 để xem xét sức chịu tải của nền đất được cải tạo, trong đó sức chịu tải phá hoại được chỉ ra trong.

một vai cọc cát [20]

Sức chịu tai của nền đất được cải tạo bằng cọc cát đầm chặt với nhóm cọc cát được

phân tích vòng cung trượt

n cứu bằng mô hình số theo 2 phương pháp tiép cận: lý thuyết của Tezraghi và

Phương pháp lý huyết của Tezraghi dùng cho thực hinh thiết kế, sức chị tải của các

cặc cất và đt sắt được tinh toán riêng r theo biểu thúc (6) và sức chị ti của nỀ đất được cải tạo bằng cọc cát đầm chặt được tính toán bằng sức chịu tải trung bình của các sit chi tải như biễu thức (a), rong đồcó kết hợp với tỉ diện tích thay thé a,

ay: tỉ điện tích thay t

A diệntích mặt cất ngang của nén đắt hỗn hop B: chigu rộng của móng;

z cường độ chống eit không thoát nước của đắt sét giữa các cọc cất D: chiều sâu chôn mồng:

F.:hg số an toàn (bằng 2,5 với điễu kin nh và bằng 2,0 với điều kiện động);

Nc: hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào lực dinh;

Nụ: hệ số sức chịu tải phụ thuộc vào tải trọng bên;

Nc hệ số sức chịu ti phụ thuộc vio góc mã sắt trong;

P: sức chịu tả:

qa: sức chịu tải của nền đất được cải tạo;

«ga sức chịu ải của nền đất cất đồng nhất có cũng tính chit như các cọc cát

dst sức chịu tải của nền đất sét;

I: hệ số hình dang của mồng;¿ trọng lượng thé tích của cắt.

Bằng cách tp cận phương pháp phân tích vòng cung trượt, Murayama (3) đã chỉ ra được ứng xử của sức chịu ti và độ lún trong nên đất hỗn hợp.

Ông đã để xuất công thức xác định thành phần lực chống trượt của cưởng độ chẳng cắt trong nên đất được cải tạo bằng cục cát dim chặt theo biể thức (8), như hình 3

NEV cos (18a)

“TEN tanộ, + e„ (A-A,) see (8b)

Trong đó:

A diện tích mặt cất ngang của nền dit hỗn hợp:

.A,¿ diện tích mat cắt ngang của cọc cát;

se: cường độ chống cắt huy động của dt st trên mặt trượt khi cọ cát và đi đồng thời kháng cắt

ÁN: lực pháp tuyến trên mặt trượt;

Ts lực chống cắt huy động trong nề đất hỗn hợp:

V: lực thẳng đứng trên mặt trượt,|: gốc nghiêng trên mặt trượt;

2 góc ma sit trong huy động của cọc cát trên mặt trượt

‘Matsuo và nnk [20] và Matsuo [21] đã đề xuất phương pháp phân tích phân mảnh theo mặt trượt try tron để xem xét sức chịu tai của nền đất được cải tạo bằng cọc cát dim chặt, Trong đề xuất của nghiên cứu này, 2 hệ số an toàn được tính toán riêng biệt bởi

các cung trượt tròn đi qua coe cát và nền đất sét và thông qua các mảnh đơn, hệcùng thu được bằng cách tinh toán lặp di lặp lại sự thay đổi vị trí đường kính

của vịng rên trượt cho đến khi 2 hệ số an tồn trừng nhau Các tác gi đã tính tốn site chịu ải bằng cách phân tích một cặp ving cung trượt cũng với sự phân bổ ứng suất theo lý thuyết của Kogler, và chi ra rằng kết quả mơ hình thí nghiệm đã cung cấp một ước tinh tốt.

Bên cạnh những phân tích v8 mặt trượt trụ trồn, Nakanadou [57], Ishizaki [95,108]

Asaoks và nnk (88, 94] đã nghiên cứu phân tích phương pháp phần từ hữu hạn din đảo Ishizaki [95,108] đã phân ch sức chịu ải của loại nhơm cọc được cải tạo bằng

và 3d tổ đa liên

phân tích phần tử hữu hạn 2 chỉ để chứng minh

cho việc ứng dụng mơ hình tinh tốn sức chị tải của mình Asaoka và mk (88, 94]

phan tích phương pháp phần tir hữu hạn để nghiên cứu điều kiện thốt nước của cọc cắt và nhắn mạnh sự quan trong trong điều kiện thốt nước của cọc cát khi đảnh giá sức chị tải của nên đắt được cải tạo bằng cọc cát đầm chật

1.3.3.4 Tht lập cơng thức cho tịnh tộn én định trong nén dit sé được gu cổ bằng

sọc cit

Cùng với nhiều những nghiên cứu vé mơ hình số và mơ hình vật lý, cơ

cường độ chồng cắt và phân tí th về cung trượt trịn đã được nghiên cứu để thi

các phương pháp thiết ké thực tổ Murayama [5] đã nghiên cứu ứng xử của sức chịu tải

vi độ lún của nn dit được cải ạo bằng cọc cát dim và đề x t cơng thức xác địnhcường độ chống cắt chống lại sự phá hoại trượt theo biểu thức (8)

đất‘Taguchi [11] đã cung cắp một phương pháp tính tốn mơmen chống trượi của n

được cải tạo bằng cọc cất dim, trong dé sự gia tăng cường độ chống cất của đất sét và hiệu ứng tập trung ứng suất trên cường độ chống cắt của cọc cát đã được dé cập đến “rong tính ton này, hiệu quả của việc tập trang ứng suất đã được thơng qua các phụ tải bên ngồi Tác gia đã dé xuất một phương pháp thiết ké đặc biệt cải tạo nền đắt trên.

‘co sở xem xét phân bổ ứng suất của phụ tải bên ngoải.

Matsuo và nnk [20] và Matsuo [21] đã đề xuất phương pháp phân ích vịng cung trượt

phan mảnh để xem xét sức chịu tải của nền đất được cải tạo bằng cọc cát đầm chặt

“Trong dé xuất của nghiên cứu nảy, 2 hệ số an toản được tinh tốn riêng biệt bởi các

củng thu được bằng cách tính ton lặp đi lập lại sự thay đổi vị trí đường kính của

“cung trượt trồn đi qua cọc cát và nén đất sét và thơng qua các mảnh đơn, hệ số an tồn

7

vòng tròn trượt cho đến khi 2 hệ số an toàn trùng nhau Các tác giả đã tinh toán ổn

định bằng cách phân tích một cặp vòng cung trượt cùng với sự phân bổ ứng suất theo

lý thuyết của Kogler, và chỉ ra rằng kết quả mô hình thí nghiệm đã cung cấp một ước tính tốt.

Mic đủ đã có một sé bảo cáo cho rằng cường độ chống cắt trong các cọc cát và đít sế không được huy động đồng thời (13), các giả định vé sự huy động diy đủ của cường độ chống cắt cả trong cọc cát và đắt sét đã thường được áp dụng cho việc thiết lập các phương pháp thiết kế thực tế Nakayama [18] đề xuất một công thứ vòng độ chống

cắt cho nền đất được gia cổ bằng cọc cát dim chặt như phương trình (9) theo các giả định đã được nêu ở trên (hình 4) Trong phương trình, cường độ chống cắt tăng lên do sur cổ kết bởi ứng suất bên ngoài được đưa vào tỉnh toán Ông đã cung cắp một biểu đổ để tinh toán các vin đề ổn định mái đốc của nền dit được gia cổ bằng cọc cát dim chặt

để sử dung cho thiết kế thực.

ve: tong lượng thể tích của các,8: gốc nghiêng của mặt trượt,

cứng suất thẳng dũng trên nền hỗn hợp; cứng suit thing đồng tên nên đt st;

của được cải to;

bc: góc ma sát trong của đất sét,

‘gy: gốc ma sit trong của cọc cát;

Kuno và Nakayama [I9] dựa trên những nghiên cứu của Nakayama [IS] và đã tiến

ảnh nghiên cứu tham số của phân tích trượt tròn phân mảnh trên các bài toán ôn định.

mái dốc Ho đã xét đến ảnh hưởng của các thông số của đất như cường độ của đất st,

sốc nội ma sắt của cọc các t lệ tập trung ứng suất rong hệ s6 an toàn ca việc tinh

oán trượt tron phân mảnh Ho cũng cung cắp vị tí tối ưu nén đắt được gia cổ bing ge cát dim chặt dựa trên phân tích trượt tròn phân mảnh Một tính toán tương tự đã

được thực hiện bởi Nakanodo vả nnk [57] bằng cách phân títrượt tn phân mảnhvà phân tich phần tử hữu hạn din hồi - déo, Họ phát hiện ra rằng vị tí hiệu quả nhất

của đất được gia cổ có đôi chút khác so với kết quả của hai phân tích khác.

Nakayama và nnk [28] đã tinh toán các hệ số an toàn cho 15 trường hợp trước đó bằng

việc phân tích trượt tn phân mảnh kết hop với công thúc cường độ chống cắt đã được đề xuất như phương tình (10) Phương trình (10) đã không đưa vào tính tin cường độ chống cắt tăng thêm của đất sét do ti bên ngoài Ho kết luận rằng việc phân tích trượt trim phân mảnh kết hợp với phương trinh đã đề xuất có thể đánh giá chính

xác sự én định của nền đắt được gia cỗ bằng cọc cát dim chặt

z: độ sâu tính toán;

‘ye: trọng lượng thể tích của cát;6: góc nghiêng của mặt trượt

‘tc: cường độ chống cất của nền đất được cai tao;lộ, gốc ma sit trong của cọc cát,

Những khảo sit này đã được đặc trưng bởi công thúc cường độ chống cắt cia Murayama và Ibaragi đề xuất và sự phân bổ ứng suất được tinh theo lời giải din hồi

của Boussinesd,Sogabe [43] tóm.

đến (11e) và các số iệu thống kê của việc áp dụng công thức đó trong thiết kế thực tế các công thức cường độ chẳng cắt như trong phương tỉnh (112) để xây dụng cơ sở vật chất cho cảng và bến cảng Hình $ minh họa cường độ chống cất của đắt được gia cổ cho công thứ (1), Ông cũng so sảnh các hệ số an toàn được tính bằng mỗi công thức cường độ chống cắt Những nghiên cứu tương tự sau đó đã

được thực hiện bởi Kanda và Terashi [87]

20702 + lu, Âø,)tanộ, cosl0 (ile)

T;=eụ the

“Trong đó;

a: ti diện tích thay thĩ;

co: cường độ chống cắt của đắt sĩt bE mặt; culp tg gia tăng cường độ chống cất

ke tg gia tăng cường độ chống cắt của đắt sĩt theo chiều

0: góc nghiíng của mặt trượt;

ố tập trung ứng suất trín cọc cât vă trín nền đất sĩt do tai trong ngoăi;

Tza=Da,

.Ø,: ứng suất thing đứng

„ứng suthing đứng t

+: cường độ chéng cắt của nền đất cải tạo; 4: góc ma sắt trong của dat cat;

lộ: BÓC ma sắt trong của cọc cất,

tan (41 tanộ,) on

lộ: gốc ma sắt trong của cọc cát;

Năm 1985, một thí nghiệm gia tai đúng kích thước thực đã được tiến hành tại Cảng

Maizuzu, Kyoto Perfecture Các thí nghiệm cho thấy sức chịu tải của đất được cải

thiện có thể được đánh giá một cách chính xác bing cách phân ích theo phương pháp.

mật trượt trụ tron theo phương pháp Fellenius kết hợp với công thức cường độ chống cất (biểu thức 11a) và phương pháp phân bổ ứng suất

Kanda và Terashi [87] dã nghiên cứu lại các trường hợp trước đó bằng việc lựa chọn

các công thức thiết kế và thực hiện các nghiên cứu tham số về ảnh hưởng của các

thông số thiết kế đến hệ số an toàn Terashi và Kitazume [85] và Terashi và nnk [84]đã thực hiện một loạt 1 í nghiệm mô hình bằng máy ly tâm trên khả năng chịu lực củađất được cải 1 và phát hiện ra rằng các phân tích trượt tròn phân mảnh với công

h xác của các kết quả

thức cường độ chống cắt (biễu thức 11a) cung cắp wae tính ch

thí nghiệm Shinsha và nnk [90] cũng xác nhận trong các thí nghiệm mô hình máy ly

tâm của họ rằng tinh toán trượt tron phân mảnh với công thức cưởng độ chống cắt

(biểu thức 11a) đã áp dụng đối với sự ôn định của nền đường dip trên đất được gia cổ

ết hop với công thức sie kháng cắt (1) (bi thức 11a) đã được chuẫn hóa trong thiết kế thực

cảng [140.173]

bằng cọc cát dim chặt Theo các xác nhận này, phân tích trot tròn phân mãnh 18 cho cơ sở vật chất của cảng và

Việc lựa chọn các thông số thiết kế là một vin đề quan trong để đánh giá chính xác về sức chịu tải và sự ồn định của nền đắt được gia cổ bằng cọc cát đầm chặt Yabushita và nnk [57] cung cắp một loại tiêu chuẫn giá tr về tỷ lệ gia tăng ứng suất và góc nội ma

sit của cọc cất trong một vải ty trường hợp từ trước đó.Iehimoto và nnk [44] đã nghiên cứu lựa chọn các thông số thết kế theo các trường hợp

trước đó của thiết ké thực tế va do đạc hiện trường Ảnh hưởng của các thông số thiết kế (thông số của dit) đã được kết hợp trong công thức cường độ chẳng cắt trên hệ số

an toin đã được khảo sát nhiều kin (19, 48, 87)1.2.3.5 Độ lin của nén được gia cổ

Khi phương pháp cọc cất dim chặt mới bắt đầu phát triển, hiện tượng cổ kết của nén được gia cổ bing cọc cát dim chặt được giã định giống như nên được gia cổ bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng (giếng cat) và quá trính cổ kết của nén được cải thiện có thể

duge tính toán dựa vio phương trình của Barron [5],

Matsuo và nok [13] chỉ ra rằng quá trình cố kết của nén được cải thiện bằng cọc cát im chit có thé được đánh giá dy đủ trong thực tễn bởi lý thuyết của Barron cung sắp hệ số cổ kết của đất sét đã được ước tinh đúng din

Ogawa và Ichimoto [6] tích lũy trường dữ liệu về độ lún của nền và thấy rằng độ lún cca nền đã bị giảm do sự tập trung ứng suất trên các cọc cát và tác dung cổ kết của

việc lắp dat cọ cát

Matsuo và nnk [13,15] đã tiến hanh một loạt các thí nghiệm nén ba trục vả thí nghiệm.mô hình trong phòng thí nghim trên đất hỗn hợp và thấy ring các bệ số cổ kết thay đổi trong suốt quả trình cổ kết và hình dang của đường cong cổ kết là khác với lý thuyết của Barron Ho cho rằng hiện tượng này được gây ra bởi tác dụng trương nở của các cọc cát Takada và Nogawa [45] cũng tìm thấy một hiện tượng tương tự trong sắc thử nghiệm mô hình của họ ring hình dạng của đường cong độ lún cổ kết của nỀn được gia cố bằng cọc cát dim chặt có một độ cong vừa phải trong sơ đồ bán logarit

như thể hiện trong hình 6, điều này Khác với đường cong theo lý thuyết của Barron

5]:

Yoshikuni [41] xuất phát từ công thúc lý thuyết cho hiện tượng cố kết của lý thuyết đàn hỏi, trong đó đã kết hợp tác dụng tập trung ứng su:

Hình 7 cho thấy một vi dụ điển hình của hiện tượng cố

mô đun kháng cắt của cọc cát là lớn hơn so với đất sét xung quanh 13 lần Con số này cho thấy sự cố kết diễn ra nhanh hơn trong đất được cải thiện với việc gia tăng củn sự tập trung ứng suất Nó cũng cho thấy rằng các đường cong độ lún theo thời gian của nên đất được cải thiện bằng cọc cát đầm chặt có xu hướng thoải hơn so với phương trình của Barron Ông nhẫn mạnh tim quan trong vé hiệu quả của vige tập trung ứng t vào sự có kết, Tính chính xác của công thức lý thuyết của họ đã được khẳng định bằng các phép do độ lún hiện trường của các bể chữa dầu [31].

Hình 1.4 Ảnh hưởng của tập trung ứng suất đến hiện tượng cé kết

Như đã mô tả ở trên, tính toán lý thuyết và một số thí nghiệm trong phòng đã chỉ ra

rằng hiện tượng có kết diễn ra nhanh hơn trong nền đất được cải thiện bằng cọc cát đầm chặt so với dự đoán của lý thuyết của Barron Tuy nhiên, các trường dữ liệu được tích lũy đã chỉ ra những hiện tượng ngược lại rằng, tốc độ có kết của nền đất được cải thiện bằng cọc cát đầm chặt là chậm hơn so với ước tính bằng phương trình của

Barron, đó được coi là do hiệu ứng xáo trộn đât.

Oda va Matsui [139] đã tiến hành các phân tích mô hình phan tử hữu hạn đàn hồi -déo

- nhớt trên nền đất hỗn hợp cô kết một chiều và so sánh kết quả với kết quả của mô hình thí nghiệm của ho Họ phát hiện ra rang điều kiện ứng suất trong nền dat bi ảnh hưởng bởi hiệu ứng trương nở của cọc cát và các đặc tính nén của đất sét Đồng thời

chỉ ra rằng lý thuyết của Barron có thé dự đoán được thời gian cố kết chính xác tính

thắm và tính nén chặt của đất sét đã được thay đồi cho phủ hợp trong quá trình có kết.

Trong thực tế thiết kế [140,173], tam quan trọng của độ lún cô kết trong nền đất được

cải thiện được tính bằng cách nhân độ lún cố kết của nền đất ban đầu (chưa được cải thiện) và một hệ sỐ giảm độ lún, và độ cô kết được tính toán cùng với lý thuyết của

Barron với việc sửa đôi các hệ sô cô két.

25

1.2.3.6 Tỉ số tập trung ứng suất

Ty sô tập trung ứng suât là một thông sô quan trọng cho việc thiệt kê sức chiu tải, ôn

định và độ lún và đã được nghiên cứu bởi nhiêu nhà nghiên cứu Tuy nhiên, cân có

những nghiên cứu thêm dé làm rõ nó về cả hai lĩnh vực thực nghiệm và lý thuyết.

Ở Việt Nam, tính đến thời điểm hiện nay, thiết kế xử lý nền đất yếu dựa vào các tiêu chuẩn như: 22TCN 262 - 2000 - quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô trên đất

yếu trong ngành giao thông; TCVN 9355 — 2012 — gia cố nền đất yếu bằng bắc thấm

thoát nước Trong các tiêu chuẩn này tập trung đề cập đến thiết kế xử lý nền đất yếu theo phương pháp thoát nước thắng đứng (giếng cát, bắc thâm) Một số phương pháp thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát, cọc đất gia cố, cọc bê tông cốt thép - sàn giảm tải chưa được đề cập đến trong Tiêu chuẩn thiết kế nền đất yếu ở nước ta mà chỉ được đưa ra trong một số Chỉ dẫn kỹ thuật, hướng dẫn thiết kế của nước ngoài của các

tổ chức như Hiệp hội cầu đường Nhật Ban (JRA), Tổ chức đường bộ Nhật Bản (JHC),

Hội Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGS)

1.2.4.Tình hình ứng dụng của cọc cát

Cọc cát là một trong những phương pháp xử lý nền đất yếu có tác dụng làm tăng sức chịu tải của nền và đồng thời làm cho tốc độ thoát nước, cố kết trong nền cũng được cải thiện, giúp công trình nhanh chóng đạt được giới hạn én định về lún Do vậy, phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng trên thế

Tại Ý, năm 1967, khi xây dựng hai bể chứa bằng thép trên nền đất yếu đã dùng

phương pháp nén chặt dat bằng cọc cát Mỗi bể có đường kính 20m, chiều cao 16m Đất nền là loại cát bụi ở trạng thái bão hòa nước Ở chiều sâu 12-15m kể từ mặt đất thiên nhiên là lớp cát trung ở trạng thái chặt vừa Tải trong của bé chứa tác dụng lên nền đất là 1,7 kG/cm” Nếu đặt các bê chứa này trên nền đất thiên nhiên với cường độ

tai trọng như trên thì không đảm bảo về phương diện 6n định, đặc biệt là lún không

đều Cơ quan thiết kế đã quyết định dung phương án cọc cát dé xử lý trong trường hợp này Ở đây đã dùng 2 loại cọc cát có đường kính như nhau (32cm) nhưng chiều dai khác nhau (4,5m và 6,0m), khoảng cách giữa các cọc là 1,0m và 1,2m Ở phía ngoài bê

26

chứa dùng loại cọc cát có chiều dài lớn hơn ở phía trong Sau 20 ngày chất tải trọng toàn bộ, độ lún của các bề chứa không lớn hơn 6,0cm và sự khác nhau về trị số độ lún ở các điểm dưới bé chứa không vượt quá 2,5cm Toản bộ hai bề chứa cho đến nay vẫn ở trạng thái ồn định.

Tại Hàn Quốc, cọc cát được ứng dụng lần đầu tiên vào năm 1984 cho dự án Kwang Yang cách thủ đô Sê Un 300 km về phía Nam, trên vùng đồng băng tạo bởi sông Sum Jin và sông Su Oh VỊ trí này được chọn cho xây dung dự án vì nó nối liền trực tiếp với biển rất thuận lợi cho việc nhập khâu nhiên liệu thô và xuất khẩu sản phâm chế biến từ cá Với địa chất đất nền rất yếu, nhưng dự án này vẫn được tiến hành xây dựng

và thành công với việc xử lý nền băng cọc cát, với chiều dài cọc trung bình là 25m, đường kính giếng 0,7m với tông diện tích phải xử lý là 1.450.000 mổ, số lượng cát sử

dụng cho công trình là 1 1.600.000 m’.

Đối với nước ta, sau khi hoà bình được lập lại, chỉ trong một thời gian ngắn, mặc dù là một nước có nền xây dựng còn gặp nhiều khó khăn về kinh nghiệm thiết kế và thi công nhưng đã mạnh dạn áp dụng phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát.

Lan đầu tiên phải kế đến công trình dân dụng liên hợp 3,4 và 5 tang N.Q ở Hà Nội vào

năm 1963, đây là công trình được xây trên vùng tam giác châu thổ sông Hong, với khu 3 tang nằm trên nền đất yếu là lớp bùn có dạng thấu kính, do đó không thé đặt trực tiếp móng trên nền thiên nhiên, cần phải có biện pháp xử lý Cơ quan thiết kế đã quyết định dùng phương án cọc cát với 566 cọc trên diện tích cần xử lý có đường kính 40cm, dài 4,5m, bố tri cách nhau 70cm theo lưới đỉnh của tam giác đều Sau khi nén chặt bằng

cọc cát, bằng những kết quả thí nghiệm cho thấy chỉ tiêu cơ lý của đất tốt hơn nhiều so với trước khi gia cô.

Trong những năm gần đây, rất nhiều các công trình xây dựng trong nước đã sử dụng

phương pháp cọc cát dé xử lý nền nhờ tính ưu việt của vật liệu Đối với khu vực đồng

bằng sông Cửu Long, cát là loại vật liệu rẻ tiền và dé kiếm, phương pháp thi công nhanh va đơn giản Các công trình xây dựng có sử dụng cọc cát dé xử lý nền phải ké đến như: công trình nhà máy ximăng Câm Phả - Quảng Ninh, công trình xử lý nền đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh — Trung Lương đoạn nối từ Tân Tạo đi chợ

27

Đệm (km 0+200 đến km $200), công trình chỉnh trị hạ lu sông Tắc, Quin Trường,

Khánh Hỏa, dự án mở rộng đường Lắng, Hoa Lạc doan qua huyện Chương Mỹ, Thành

phố Hà Nội, công trinh xử lý nỀn đắt yêu bằng đường cao tốc Cầu Gié - Ninh Bình

(am 23+200 đến km 248+0.0) Phương pháp cọc cát dim chặt (SCP) đã được kiến nghị thay thé cho phương pháp cọc đất gia cổ xi măng và sản giảm tải khi xử lý các

đoạn đường dip co trên nén đắt 1.3 Kết luận chương 1

6 chương 1 tác giả đã trinh bày chỉ tết v8 đặc điểm cơ bản vé cọc et, lịch sử phát

triển và ứng dụng cọc cát ở trên thé giới, Việt Nam Trong chương nay tác gid cũng đã rút ra được những vẫn dé côn tổn tạ liên quan đến yếu tổ ảnh hưởng dén chất lượng cọc cát nói chung và trong gia có nén đắp trên đất yêu nói riêng ở nước ta.

CChương này cũng tiễn để cho việc phân ích, lựa chọn bổ thé coe cat cho các ving địa

chất yêu dién bình ở Sóc Trăng Cụ thé là Công trình tuyến tránh nhà máy nhiệt điện

huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng Vi dụ như các ưu và nhược điểm khi xử lý cọc cát

-Uu điểm:

+ Phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát sẽ làm tăng sức chịu tải của đất nền đối với đất rời.

+ Coe cát làm cho độ lỗ rỗng, độ ắm của nền đất giảm và góc ma sát trong tăng lên Vì nin đất được nén lại nên sức chịu tải của đắt nén tăng lên, độ hin và biển dạng không đều của đất đưới đáy móng công tri giảm đi đáng kể

+ Khi diing cọc cát, quá trình cổ éu so với nền.

đất thiên nhiên hoặc có cọc cátdit ding cọc cứng, Phần lớn độ lún của nên đi

thường kết thúc trong quả trình thi công Do đó tạo điều kiện cho công trình mau

chống đạt đến giới han én định Bởi vi lúc này cọc cát làm việc như các giếng thoát

nước, nước trong đất có điều kiện thoát nước ra nhanh theo chiều dải cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài Điễu này không thể có được đối với nén đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cho cọc cứng.

+Cá rẻ hơn nhiềdũng tong cọc là loi vật so với gỗ, thép, bể tông ct thép

ding trong cọc cứng và không bị ăn mòn nếu nước ngim có tinh xâm thực.

+ Không những thé, quá trình thi công cọc cát tương đối đơn giản, không đòi hỏi

những thiết bị phúc tạp

~ Nhược điểm:

+ Đỗ sản sinh cơ ngột trong quá tình thi công và khai thấc

+ Độ chặt của đắt phụ thuộc vio kich thước ông lỗ

+ Cần trang bị các thiết bị thi công nặng và di

+ Tn kêm, thời gia thi công kéo đãi gây xáo trộn cấu trúc nỀn dắt và khó

+ Tuy nhiên, kỹ thuật thi công cọc cát khá phức tạp, đòi hỏi phải có thiết bị

chy dụng và phải xế đến ảnh hưởng xấu tới các công trình lân cận.