Nghiên Cứu Ứng Dụng Cọc Hạt Rời Bọc Vải Địa Kỹ Thuật Trong Cải Tạo Nền Đất Yếu .Pdf

Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là đất nước vớinhiều khu vực có nền đất yếu, trong đó tập trung chủ yếu ở lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông Phần lớn các khu đô thị, khu công nghiệp đi cùng với hệ thống hạ tầng về đường sá, đê điều được hình thành và phát triển trênnền đất yếu ở lưu vực hai dòng sông này

Xây dựng công trình trên nền đất yếu luôn là vấn đề hết sức khó khăn, thử thách và tiềm ẩn các rủi ro đối với các nhà khoa học cũng như các kỹ sư thiết kế Trong thực tế xây dựng ở Việt Nam cũng như trên thế giới, nền đất yếu là nguyên nhân gây lên tình trạng sụt lún, độ lún dư vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến hư hại các công trình xây dựng bên trên Phần lớn các sự cố xảy ra là do thiếu hiểu biết thấu đáo cũng như kinh nghiệm về nền đất yếu cụ thể như: không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất, các sai sót trong thiết kế, thi công dẫn đến việc lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu không phù hợp, không hiệu quả như mong muốn Để có thể hạn chế các sự cố xảy ra đối với công trình xây dựng trên nền đất yếu đòi hỏi phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu khoa học và kinh nghiệm thực tế để từ đó có thể đưa ra và lựa chọn phương pháp cải tạo đất yếu phù hợp nhất cho từng khu vực

Cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT là phương pháp mới, ưu việt hơn cọc hạt rời không bọc, giảm biến dạng ngang và lún nền, nâng cao sức chịu tải Phương pháp này phù hợp với đất yếu Su < 15 kN/m2, cần thiết cho công trình tải lớn, tải động, đòi hỏi ổn định cao như kho cảng, nhà máy, đường cao tốc Ưu điểm của phương pháp là giảm khối lượng đất đắp, tận dụng nguyên liệu địa phương, tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường.

Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy, nhưng tại Việt nam hầu như chưa có bất cứ hình thức nghiên cứu đầy đủ nào về phương pháp này Do đó, để có thể áp dụng phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT vào điều kiện Việt Nam thì cần phải nghiên cứu một cách có hệ thống về lý thuyết, mô hình tính toán và thực nghiệm là vô cùng cần thiết Chính vì vậy,

Đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu ứng dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật trong cải tạo nền đất yếu" do NCS thực hiện cùng tập thể cán bộ hướng dẫn đã được lựa chọn.

Đối tượ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u

Đối tượ ng nghiên c ứ u

Khu vực nền đất yếu xây dựng nhà máy Vifon II tại Long An được gia cố bằng cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT.

Ph ạ m vi nghiên c ứ u

Áp dụng mô hình lăng trụ để nghiên cứu về ứng xử biến dạng cọc hạt rời thông thường và cọc bọc vải ĐKT sử dụng trong để cải tạo nền đất yếu (tức là nghiên cứu tính toán ở trạng thái giới hạn thứ 2) với các giả thiết sau:

- Mô hình được mô phỏng trong điều kiện thoát nước để đảm bảo không có áp lực nước lỗ rỗng được tạo ra trong quá trình gia tải.

- Lún đầu cọc và đất là như nhau

- Bỏ qua ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc.

- Bỏ qua ảnh hưởng lún lớp đất chịu lực dưới mũi cọc.

- Cọc ở trạng thái áp lực chủ động

- Đất yếu xung quanh cọc ở trạng thái tĩnh.

- Vải ĐKT có ứng xử đàn hồi tuyến tính.

Mục đích của luận án

Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của việc xử lý nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT so với cọc hạt rời thông thường.

Những luận điểm bảo vệ

- Cọc hạt rời bọc vải ĐKT có ưu điểm vượt trội so với cọc hạt rời không bọc vải ĐKT trong cải tạo nền đất yếu, cụ thể là: giảm biến dạng ngang của cọc, ổn định biến dạng, qua đó nâng cao sức chịu tải, giảm được biến dạng lún của cọc

- Tính hiệu quả của việc áp dụng mô hình lăng trụ trong thực hành mô phỏng, tính toán, đánh giá ứng xử của đất nền và cọc khi gia cố nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT, cụ thể là: mô phỏng bài toán xử lý nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT đơn giản, tiết kiệm thời gian tính toán chạy mô hình, độ chính xác gần giống với kết quả thí nghiệm

-3- hiện trường, có thể tính kết quả bằng phương pháp giải tích với công cụ tính toán đơn giản.

Nội dung nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu tổng quan về cọc hạt rời bọc vải ĐKT

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cọc hạt rời bọc vải ĐKT.

- Nghiên cứu phân tích và đánh giá ứng xử biến dạng của mô hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính toán theo phương pháp số với kết quả thực nghiệm ngoài hiện trường.

- Nghiên cứu phân tích và đánh giá ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính toán bằng phương pháp giải tích và phương pháp số

- Nghiên cứu phân tích và đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế, các chi tiêu cơ lý của vật liệu cọc đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT bao gồm: Khoảng cách cọc, đườngkính cọc, bề dày lớp đất yếu, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cọc.

Phương pháp nghi ên c ứ u c ủ a lu ậ n án

- Tổng hợp các tài liệu, tham khảo và kế thừa có chọn lọc kết quảđã nghiên cứu của các tác giảtrong và ngoài nước

- Sử dụng ứng dụng khoa học công nghệ thông qua sử dụng các phần mềm chuyên ngành để mô hình hóa bài toán thực tế

- Sử dụng kết quả quan trắc lún thực tế, thí nghiệm bàn nén tại hiện trường

- Tham khảo ý kiến chuyên gia

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phân tích tính toán cụ thể và đối sánh với kết quả thực nghiệm hiện trường.

Nh ững điể m m ớ i v ề m ặ t khoa h ọ c c ủ a lu ậ n án

- Thực hành các phương pháp tính toán giải tích và phương pháp số kết hợp với kiểm chứng kết quả thực nghiệm ngoài hiện trườngtrong các nội dung nghiên cứu Các kết quả phân tích, tính toán cho thấy cọc hạt rời bọc vải ĐKT có nhiều ưu điểm hơn so với cọc hạt rời thông thường như độ lún của nền gia cố giảm từ 30 ÷ 40% tùy thuộc vào việc lựa chọn các thông số thiết kế như cường độ chịu kéo của vải ĐKT, khoảng cách giữa các cọc, đường kính và vật liệu cọc

- Áp dụng mô hình lăng trụ trong thực hành giải bài toán cải tạo, xử lý nền bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT đơn giản, tiết kiệm thời gian mô phỏng và tính toán, có đủ độ tin cậy và phù hợp với sự làm việc thực tế của cọc ngoài hiện trường.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học

- Cải tạo đất sử dụng cọc hạt rời bọc vải ĐKT chính là phương pháp mở rộng của phương pháp cải tạo đất bằng cọc hạt rời thông thường Do đó, phương pháp đã kế thừa được cơ sở lý thuyết của phương pháp cải tạo đất bằng cọc hạt rời thông thường Nghiên cứu của luận án đã góp phần làm rõ tính hiệu quả của việc áp dụng mô hình lăng trụ trong thực hành tính toán đối với phương pháp giải tích và phương pháp số Các nghiên cứu này có thể sử dụng làm tài liệu phục vụ công tác giảng dạy trong trường Đại học, tài liệu tham khảo cho các đơn vị tư vấn thiết kế chuyên ngành.

- Thông qua nghiên cứu ứng xử biến dạng của nền và cọc hạt rời bọc vải ĐKT sẽ giúp NCS và người đọc hiểu rõ hơn về cơ chế truyền lực cọc hạt rời bọc vải ĐKT và đất xung quanh vùng ảnh hưởng Hiểu rõ được ưu điểm và ảnh hưởng của vải ĐKT đến nâng cao sức chịu tải và giảm biến dạng lún của cọc.

Ý nghĩa thực tiễn

- Phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT khắc phục được các hạn chế của phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời thông thường do có thể áp dụng để cải tạo nền đất yếu có cường độ kháng cắt không thoát nước Su < 15 kN/m 2

- Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có tính thực tiễn cao, có thể áp dụng cho các công trình có tính chất quan trọng như: nền đường giao thông, hệ thống đê kè, hệ thống cảng biển, nhà máy có tải trọng lớndo thiết bị thi công không quá phức tạp, tận dụng được các nguyên liệu làm cọc sẵn có tại địa phương và thân thiện với môi trường

- Dựa trên kết quả nghiên cứu của luận án sẽ đóng góp thêm một phương pháp cải tạo nền đất yếu, tạo nên sự đa dạng trong lựa chọn các phương pháp cải tạo nền đất yếu hiện có tại Việt Nam.

Cơ sở tài li ệ u c ủ a lu ậ n án

Luận án được phát triển trên cơ sở kế thừa kết quả từ các đề tài nghiên cứu khoa học, báo cáo

-5- khoa học, bài báo khoa học đã được công bố trong các hội nghị, các tạp chí trong và ngoài nước Các nghiên cứu do NCS tự thực hiện hoặc là đồng tác giả thực hiện đã được công bố dưới dạng bài báo trong nước và quốc tế Sử dụng hồ sơ thiết kế khu vực nhà máy Vifon II, NCS áp dụng mô hình lăng trụ Raithel and Kempfert (2000) đề xuất sử dụng trong tính toán giải tích và phương pháp số (phần mềm PLAXIS v2018 bản quyền) với các thông số địa chất vào được lấy từ báo cáo khảo sát địa chất công trình khu vực nhà máy Vifon II Để phân tích được ưu điểm của cọc hạt rời bọc vải ĐKT, NCS đã sử dụng kết quả tính toán của 4 loại đường kính cọc, 4 loại khoảng cách cọc, 4 loại chiều dài cọc (chiều sâu lớp đất yếu), 3 loại vật liệu làm cọc, 5 loại vải ĐKT chịu tải trọng tăng dần theo 6 cấp Các kết quả tính toán bằng phương pháp giải tích và PLAXIS sử dụng mô hình đất “Mohr – Coulomb” và mô hình đất “Soft Soil” được so sánh với báo cáo quan trắc lúntại 4 vùng và báo cáo thử tảitĩnh của

3 cọc bằng phương pháp bàn nén hiện trường khu vực nhà máy Vifon II Các góp ý tại các buổi bảo vệ chuyên đề và các buổi hội thảo cũng đã giúp NCS hoàn thiện cuốn luận án này.

C ấ u trúc c ủ a lu ậ n án

- Chương 1: Tổng quan về cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết về cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật

- Chương 3: Phân tích và đánh giá ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật theo các phương pháp tính toán

- Chương 4: Phân tích và đánh giá ảnh hưởng các thông số thiết kế đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật

- Kết luận và kiến nghị

T Ổ NG QUAN V Ề C Ọ C H Ạ T R Ờ I B Ọ C V ẢI ĐỊ A K Ỹ THU Ậ T

T ổ ng quan v ề c ọ c h ạ t r ờ i b ọ c v ải đị a k ỹ thu ậ t

1.1.1 Phương pháp cải tạo đất yếu sử dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật

Như đã đề cập ở phần mở đầu, để giải quyết những hạn chế của phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rờithông thường, các nhà khoa học đã nghiên cứu và xử lý bằng cách bao bọc cọc hạt rời bằng vải ĐKT có cường độ chịu kéo cao Cọc hạt rời bọc vải ĐKT có thể được sử dụng cho những nền đất rất yếu (Su < 15 kN/m 2 ) như bùn /đất sét rất mềm [1] Điều kiện để lựa chọn phương pháp cải tạo đất bằng cọc bọc vải ĐKT: Bao gồm địa hình, vị trí địa lý, cấu tạo địa chất, bề dàycủa lớp đất yếu, sức chịu tải của đất, tuổi của tầng đất, thành phần, cấp phối của lớp đất yếu và mực nước ngầm Chủng loại đất, cấp phối các thành phần hạt của đất là điều kiện cần thiết để lựa chọn sơ bộ phương pháp cải tạo đất được trình bày trong hình 1.1 [2]

Hình 1.1 Đồ thị lựa chọn phương pháp cải tạo đất dựa trên cấp phối của đất yếu [2]

Hình 1.2 minh họa phương pháp gia cố nền đường cao tốc bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT Tải trọng do nền và hoạt tải được truyền vào cọc hạt rời sau đó truyền vào lớp vải bọc xung quanh cọc [3]

Hình 1.2 Minh họa ý tưởng gia cố nền đường bằng cọc bọc vải ĐKT [3]

Hình 1.3 Công trình cải tạo đất nhà máy Airbus, Đức 2002 [1]

Hình 1.3 minh họa công trình mở rộng nhà máy Airbus tại Đức sử dụng phương pháp cải tạo đất bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT Khu vực cải tạo có lớp đất yếu là bùn dày từ 4-14 m, cường độ kháng cắt không thoát nước từ 0.4 – 10 kN/m 2 , bên dưới lớp bùn là lớp cát chịu lực

2500 m đê bao quanh nhà máy được thi công bằng 60000 cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính 80 cm, chiều dài từ 4-14 m, cường độ chịu kéo của vải ĐKT từ 1700 – 2800 kN/m Theo kế hoạch cũ, công trình mở rộng nhà máy sẽ được đóng tạm bằng tường cừ, nâng cao độ lên

5.5 m so với mực nước biển bằng cách đổ cát, sau thời gian cố kết là 3 năm sẽ nâng cao độ của đê bao lên thành 9.0 m để kiểm soát ngập nước Tuy nhiên phương pháp này đã được thay đổi bằng việc sử dụng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với kết quả đạt được như sau [1]:

- Tiết kiệm được 35,000 tấn thép do không cần sử dụng tường cừ.

- Tiết kiệm 1.1 tỷ m 3 cát san lấp do không phải tạo mái dốc cho đê

- Giảm ô nhiễm tiếng ồn so với phương pháp sử dụng máy đóng cọc tường cừ.

- Giảm thời gian thi công từ 3 năm xuống còn 8 tháng

- Độ lún giảm và tỉ lệ lún tương đương với các phương pháp thoát nước đứng khác

Ngoài công trình kể trên, còn có rất nhiều công trình đường sắt cao tốc, đường cao tốc, đê kè tại Đức, Hà Lan và Thụy Điển, mà nền đất yếu được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT từ cuối thập kỷ trước

Hình 1.4 Công trình cải tạo đất vùng đầm lầy [3]

1.1.2 Phương pháp thi công cọc hạt rời bọc vải ĐKT

Hình 1.5 Phương pháp thi công nén rung [4]

Phương pháp thi công nén rung trình bày ở hình 1.5 đượcthực hiện bằng cách dùng cần khoan dạng ống, mũi khoan nhọn xuyên vào nền đất yếu, sau đó đưa vải ĐKT được dệt tròn vào với cát hoặc sỏi/ đá Đầu mũi khoan được mở ra, cần khoan được kéo lên với độ rung tối ưu được

-9- thiết kế để đảm bảo độ nén của vật liệu làm cọc Phương pháp nén rung thường được sử dụng cho các loại đất cực kỳ yếu (ví dụ: Su 1), mô đun biến dạng thấp E < 5000 kN/m 2 , sức chống cắt gần như không đáng kể Đất yếu bao gồm đất sét, sét pha cát trạng thái chảy dẻo đến chảy, bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha có lẫn hoặc không lẫn hữu cơ, than bùn hóa và than bùn Đất có độ ẩm bằng hoặc lớn hơn độ ẩm giới hạn chảy, hệ số rỗnglớn (đất sét e >1.5, sét pha e > 1, lực kháng cắt Su≤ 15 kN/m 2 , góc ma sát trong φu= 0, độ sệt B > 0.9) [5]

Vật liệu làm cọc hạt rời bọc vải ĐKT thường là vật liệu tự nhiên hoặc đã qua xử lý như đất, cát, đá hoặc hỗn hợp Phân loại vật liệu cọc dựa theo hàm lượng các nhóm hạt, đặc tính đường cong cấp phối Đối với đất mịn, cần xem xét cả giới hạn chảy, giới hạn dẻo và chỉ số dẻo.

Tác giả Brown (1977) đã đề xuất cách lựa chọn vật liệu cọc dựa trên độlắng đọng của vật liệu trong nước được tính toán bằngcông thức (1-1) và hướng dẫn lựa chọnloại vật liệu cọc dựa theo hướng dẫn ở bảng 1.2 [2]

(1-1) Ở đây D50, D20 và D10 là kích cỡ các loại hạt với đơn vị là mm tương ứng với hàm lượng bụi mịn là 50%, 20% và 10%

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn lựa chọn vật liệu cọc hạt rời [2]

Xếp hạng Rất tốt Tốt được kém không phù hợp

Ngoài ra, hệ thống phân loại đất hiện nay chủ yếu dựa trên các tiêu chuẩn:

- ASTM – D2487 – Tiêu chuẩn của Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ

- USCS – Tiêu chuẩn Hệ thống phân loại đất thống nhất của Hoa Kỳ.

- ASSHTO – Tiêu chuẩn của Hiệp hội đường cao tốc Hoa Kỳ.

- TCVN 9362: 2012 - Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

- TCXDVN 5747:1993 - Tiêu chuẩn về đất xây dựng - Phân loại

- TCVN 8217:2009 - Tiêu chuẩn về đất xây dựng công trình thủy lợi – phân loại

Bảng 1.3 trình bày các thông số vật liệu điển hình được một số tác giả sử dụng để mô phỏng mô hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong tính toán bằng phương pháp số [4]

Bảng 1.3 Các thông số vật liệu sử dụng để mô phỏng cọc [4]

Tác giả 𝜙𝜙 c ( 0 ) ψ c ( 0 ) E c (kN/m 2 ) ν (-) γ sat (kN/m 3 ) Malarvizhi và llamparuthi (2007) 48 4 9 0.3 16

Trong đó: Ec: Mô đun biến dạng; γ sat: trọng lượng riêng bão hòa; ν: hệ số poisson; ϕ c: góc nội ma sát; ψ c: góc trương nở

Vật liệu cọc phải sạch, không chứa tạp chất hữu cơ hay độc hại, có độ cứng cao và không vượt quá 45% hao hụt cốt liệu theo tiêu chuẩn "Los Angeles" Kích thước hạt dao động từ 12 đến 75 mm Thí nghiệm độ chặt tương đối của đá không được tiến hành thường xuyên nhưng có thể thay đổi tùy theo chiều dài cọc Độ chặt của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tối thiểu là 75% Góc ma sát cọc (ϕc) có giới hạn tối đa là 50 độ, đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả xử lý nền đất yếu của loại cọc này.

Mô đun biến dạng của vật liệu cọc bọc vải ĐKT thường có giá trị từ 25000 đến 100000 kN/m 2 và thay đổi tùy theo loại vật liệu sử dụng cũng như giá trị của áp lực nén

Vải ĐKT có thể được mô hình hóa như một màng chịu kéo linh hoạt nhưng không chịu ứng suất nén và không kể đến chiều dày của vải Vải bọc ứng xử như vật liệu đàn hồi thường được lựa chọn để bọc cọc với cường độ chịu kéo của vải từ 0- 6000 kN/m [4] Ứng suất chịu kéo thường đạt được đối với chu vi biến dạng khoảng 5–10%, có nghĩa là độ bền có giá trị từ 100 – 300 kN/m [6] Ứng suất kéo được thể hiện ở công thức (1-2) và được so sánh với ứng suất kéo lớn nhất mà vải ĐKT có thể chịu được trong dài hạn [4]

- F 0 là Ứng suất kéo tới hạn trong thí nghiệm nhanh Wide strip test.

- RF f là hệ số giảm do từ biến

- RF dm là hệ số giảm do hư hại cơ khí.

- RF amb là hệ số giảm do hư hại bởi môi trường và hóa chất

- RF joint là hệ số giảm do mối nối (nếu có)

- FOS là hệ số không chắc chắn do sản xuất và ngoại suy số liệu

Một số tính năng của vải ĐKT, chẳng hạn như từ biến và hư hại trong quá trình thi công thường đượcxem xét thông qua các hệ số suy giảm Trong các tính toán bằng phương pháp số gần đây, vật liệu vải ĐKT được mô hình hóa như một phần tử liên tục có độ dầy không đáng kể, để đảm bảo rằng vải ĐKT không chịu ứng suất nén và mômen uốn [7] Thường ít chú ý đến hệ số Poisson của vải ĐKT (ng), nhưng hệ số này có ảnh hưởng quan trọng đến kết quả tính

-14- toán [8] Vật liệu vải ĐKT phổ biến để bọc cọc là loại vải dệt, đối với vải dệt, hai hướng của vải hoạt động gần như độc lập; vì vậy, có vẻ hợp lý khi sử dụng các giá trị của hệ số Poisson gần bằng không Soderman và Giroud (1995) đề xuất giá trị ng = 0.1 cho vải ĐKT dệt và ng 0.35 đối với vải không dệt [4] [9]

Lựa chọn vải bọc ĐKT cần có các đặc điểm như sau [2]:

- Không khớp nối hoặc đường may

- Cường độ chịu kéo cao

- Hệ số giảm từ biến thấp

- Ít hư hỏng khi lắp đặt.

- Chịu được hóa chất và vi sinh vật cao

Các tiêu chuẩn quy định về lựa chọn, thí nghiệm vải ĐKT: Tiêu chuẩn TCVN 9844: 2013 – Yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu; và các tài liệu viện dẫn: ASTM D4595; D4884; TCVN 8220 – 8222; 8871-1 –8871-6.

T ổ ng quan v ề các nghiên c ứ u trên th ế gi ớ i và Vi ệ t nam

Van Impe và Silence là những tác giả đầu tiên nhận ra rằng các cọc hạt rời có thể bọc được bằng vải ĐKT; trong khi phương pháp tính toán giải tích đối với sức chịu tải và độ lún của nền đất yếu gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT dựa trên lý thuyết đàn hồi được đề xuất đầu tiên bởi Ghionna và Jamiolkowski vào năm 1981 Các tác giả này đã đưa ra lời giải giải tích để đánh giá yêu cầu về độ bền của vải ĐKT khi làm việc ở trạng thái giới hạn, trong đó biến dạng của cọc không kể đến ảnh hưởng biến dạng của vải ĐKT Năm 2000, tác giả Raithel và Kempfert đã công bố một phương pháp tính toán giải tích tổng thể cho cọc bọc vải ĐKT làm việc ở trạng thái giới hạn dựa trên mô hình lăng trụ để đánh giá độ lún của cọc và đất yếu xung quanh cọc Phương pháp của các tác giả này có kể đến ảnh hưởng biến dạng của vải ĐKT đến biến dạng của cọc, tuy nhiên phương pháp này còn dựa trên nhiều giả thiết như cọc và đất có độ lún như nhau khi chịu tác động của tải trọng dọc trục, bỏ qua ảnh hưởng vùng tiếp xúc giữa cọc và vải ĐKT, vải ĐKT và đất xung quanh, vải ĐKT có ứng xử đàn hồi tuyến tính [4] [10] Wu và cộng sự (2009) đã phát triển một quy trình tính toán giải tích để nghiên cứu ứng xử của ứng suất – biến dạng dọc trục đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKT trên cơ sở áp dụng mô hình Duncan và

Chang nhằm mô tả đặc điểm cơ học của vật liệu cọc [4] [10] [11]; Zhang và cộng sự (2011) đã phát triển lời giải giải tích dựa trên lý thuyết đàn hồi, áp dụng mô hình lăng trụ để tính toán chuyển vị và ứng suất của nền đất yếu gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT Pulko và cộng sự (2011) đã cập nhật và đề xuất một lời giải đàn hồi-dẻo đối với cọc hạt rời được bọc hoàn toàn bằng vải ĐKT Castro và Sagaseta (2011) nghiên cứu mức độ giảm lún và khả năng tăng tốc độ cố kết gây ra bởi cọc hạt rời bọc vải ĐKT, các tác giả kết luận rằng cọc được gia cố đã bỏ qua ảnh hưởng đàn hồi và chỉ bắt đầu hiệu quả sau khi cọc biến dạng [4] [10] [12] [13] [14] Các tác giả trên đã bỏ qua ảnh hưởng của áp lực ngang ở các vị trí khác nhau dọc theo độ sâu chôn cọc Zhang và Zhao (2015) đã phát triển phương pháp tính toán đối với cọc hạt rời và cọc hạt rời không bọc vải ĐKT Trong tính toán của tác giả Zhang và Zhao có đưa vào lực ma sát trượt giữa đất và cọc hạt rời, tuy nhiên phương pháp này không phù hợp với trường hợp biến dạng lớn [4] [13] [14] [15] Raithel và Kempfert đã thực hiện tiếp nghiên cứu đề xuất của họ về cọc hạt rời bọc vải ĐKT với các mô hình tính toán số và giải tích vềhệ cọc cát bọc vải ĐKT Trong nghiên cứu của họ, thể tích cọc cát không đổi và biến dạng ngang đồng nhất trên toàn bộ chiều dài, áp lực ngang từ đất xung quanh được coi là áp lực đất bị động Tuy nhiên, theo Lee và cộng sự (2007), Khabbazian và cộng sự (2009), Murugesan và Rajagopal (2010) thì dưới tác dụng của tải trọng dọc trục ở đỉnh cọc sẽ gây ra một biến dạng nén dọc trục và thường đi kèm với biến dạng ngang gần đỉnh cọc Do đó, thể tích của cọc sẽ thay đổi và biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT sẽ không đồng nhất với tải trọng dọc trục Vì vậy, các đặc điểm biến dạng của cọc hạt rời theo phương pháp nén dọc trục đi kèm với biến dạng ngang đã được các tác giả đưa vào tính toán [4] [10] [16] [17] [18] [19] Briaud (2013) đã trình bày một lời giải để dự đoán sức chịu tải của một cọc đơn bọc vải ĐKTcó tính đến ảnh hưởng của cường độ chịu kéo của vải ĐKT và chiều cao mực nước ngầm để dự đoán sức chịu tải của cọc [4] [10] [20] Ngoài các phương pháp giải tích được nghiên cứu và phát triển bởi các tác giả trình bày ở trên Một số lời giải giải tích đơn giản dựa trên lý thuyết lực kéo hoop cũng đã được phát triển bởi nhiều nhà nghiên cứu như Van Impe vào năm 1989, Ayadat và Hana vào năm 2005, Murugesan và Rajagopal vào năm 2010 [10] [21] Tác giả Hongyang Cheng và công sự năm 2017 đã đề xuất một lời giải giải tích mới đối với cọc đất bọc vải ĐKT dựa trên hiểu biết toàn diện tính toán về phương pháp số được thực hiện bằng phương pháp rời rạc hóa phần tử Bằng cách khảo sát ma sát vùng tiếp xúc giữa vải và đất, sự phân bố ứng suất chính, và quan hệ ứng suất - biến dạng của mô hình đất và vải ĐKT trong tính toán bằng phương pháp rời rạc phần tử, một bức tranh hoàn chỉnh về tính chất cơ học của cọc đất bọc vải ĐKT chịu áp lực nén một trục lần đầu được nghiên cứu Với các hiểu biết mới này, các giả định chính được kiểm định và phát triển đối với phương pháp giải tích Trong tính toán bằng phương pháp rời rạc hóa phần tử,một đường gần

-16- trạng thái phá hủy cho biết dự đoán tương đối tỉ số ứng suất lớn nhất khi phá hủy tương ứng với biến dạng lệch đượcxác định là duy nhất Mức độ giãn nở được tìm thấy có liên quan đến tỉ số ứng suất thông qua tương quan tuyến tính đơn bất kể cường độ chịu kéo của vải ĐKT Từ các phát hiện này, các giả thiết về sự phát triển của trạng thái ứng suất và sự phát triển tương ứng của quan hệ ứng suất – giãn nở và do đó cọc đất bọc vải ĐKT có thể mô hình dưới dạng Mohr-Coulomb đàn dẻo với sự phát triển tỉ số ứng suất và giãn nở Sự phát triển của mô hình giải tích đã thể hiện cách tiếp cận sáng tạo do đã tận dụng những ưu điểm đối với mô hình giải tích có vật liệu ĐKT phức tạp Mô hình giải tích đã được kiểm chứng với kết quả mô hình của phương pháp rời rạc hóa phần tử đối với đất bọc vải ĐKT chịu nén một trục với cường độ chịu kéo của vải khác nhau [22]

Yang Zhou và cộng sự (2021) đã nghiên cứu bằng cách tiếp cận lời giải giải tích để dự đoán ứng xử của cọc hạt rời bọc vải ĐKT gia cố nền đất dưới khối đất đắp Nghiên cứu có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng vòm của đất trong lớp đất đắp và ứng xử phi tuyến của cọc đá Mô hình vật liệu hạt rời cấu thành dựa trên ứng xử đàn hồi phi tuyến và đàn hồi dẻo, các ứng xử phi tuyến bao gồm cả độ lún và biến dạng ngang cũng được xem xét tính toán Biến dạngcủa cọc hạt rời bọc vải ĐKT, đất xung quanh và khối đất đắp là tương thích bằng cách áp dụng tính liên tục của ứng xuất và biến dạng thể tích ở đáy của khối đất đắp Phương pháp nàyđược kiểm định thông qua so sánh với dữ liệu tổng hợp từ các nghiên cứu khác và với phương pháp số Các tác giả cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số bao gồm: cường độ lớp vải bọc, góc ma sát của vật liệu cọc đối với sự làm việc của khối đất đắp Việc bỏ qua ảnh hưởng của ứng xử phi tuyến của cọc dẫn đến tỉ số ứng suất giữa cọc và đất đã vượt quá dự đoán, điều này sẽ phù hợp hơn nếu các đặc tính phi tuyến của cọc được đưa vào tính toán đối với các công trình gia cố nền đất đắp bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT [23]

Các nghiên cứu lý thuyết tính toán giải tích về cọc hạt rời bọc vải ĐKT có thể nói rằng đã được hoàn thiện một cách chặt chẽ từ 1981 đến 2021 Trong luận án này NCS sử dụng các công thức đề xuất bởi Raithel và Kempfert để tính toán đồng thời kiểm chứng lại sự làm việc giữa đất và cọc thông qua 2 bài toán: i) thử tải tĩnh – tải trọng chỉ đặt lên đầu cọc và ii) Gia tải toàn bộ nền – tải trọng đặt lên cả đất và cọc

Tổng hợp một số nghiên cứu cọc hạt rời bọc vải ĐKT bằng phương pháp số được liệt kê trong bảng 1.4 Các nghiên cứu này chỉ so sánh sự làm việc của của cọc đá bọc vải DKT bằng cách thay đổi các thông số thiết kế như đường kính cọc (dc), sơ đồ bố trí cọc, khoảng cách giữa các cọc (S), cường độ chịu kéo của vải ĐKT Trong nội dung nghiên cứu của luận án, NCS đã khảo sát tất cả các thông số kể trên trong tính toán giải tích cũng như trong mô phỏng số để

-17- đánh giá toàn diện ảnh hưởng của các thông số đến hiệu quả làm việc của cọc hạt rời bọc vải ĐKT

Bảng 1.4 Tổng hợp các nghiên cứu cọc bọc vải ĐKT bằng phương pháp số [4]

Tác giả thực hiện Mô hình tính toán Trường hợp xem xét T hông số nghiên cứu

Murugesan và Rajagopal (2006) Lăng trụ 2D Mô hình lý thuyết d c , J, H em

Yoo và Kim (2009) Lăng trụ 2D; 3D Mô hình thực So sánh 2D & 3D Khabbazian và cộng sự (2010) Lăng trụ 3D Mô hình lý thuyết d c , J, ф c , L enc , L col

Yoo (2010) Lăng trụ 2D; 3D Mô hình thực J, a E , H em , L enc

Tandel và cộng sự (2012) Lăng trụ 3D Mô hình lý thuyết J, E c , d c , E s

Keykhosropur và cộng sự (2012) Lăng trụ 3D Mô hình thực d c , J, ф c , E c

Almeida và cộng sự (2013) Lăng trụ 2D Mô hình lý thuyết J, H em , H s

Khabbazian và cộng sự (2015) Lăng trụ 3D Nguyên mẫu σ 3 , d c , sơ đồ bố trí cọc Mohapatra và cộng sự (2017) Lăng trụ 2D, 3D Mô hình lý thuyết σ v , δ h , δ v

Ngoài các nghiên cứu về giải tích và phương pháp sốthì nhiều nghiên cứu về thí nghiệm trên cọc hạt rời bọc vải ĐKTđã được thực hiện Theo các tác giả Raithel và Kirchner thí nghiệm đầu tiên về sức chịu tải của cọc hạt rời bọc vải ĐKT được thực hiện tại Đức năm 1994 [10]

Nghiên cứu của Bauer và Nabil (1996) chỉ ra rằng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật (ĐKT) có cường độ chịu kéo cao hơn cọc không bọc vải ĐKT Theo đề xuất của Alexiew và cộng sự (2003) dựa trên kết quả thử nghiệm, cọc hạt rời bọc vải ĐKT nên được thi công với tỷ số diện tích thay thế từ 10-20% đối với cọc đường kính 0,8m Thí nghiệm của Shamar và cộng sự (2004) cho thấy vải ĐKT dạng lưới cải thiện sức chịu tải và giảm biến dạng ngang của cọc cát Nghiên cứu của Ayadat và Hanna (2005) cung cấp mô hình lý thuyết để dự đoán khả năng chịu tải và độ lún của cọc hạt rời trong đất sét nhão Nghiên cứu của Kempfert và Gebreselassie (2006) chỉ ra ảnh hưởng của mực nước ngầm đến khả năng chịu tải của cọc hạt rời.

-18- ngầm Các tác giả kết luận rằng do sự hỗ trợ áp lực ngang của cọc nên biến dạng do nén thay đổi ít khi thay đổi chiều cao của mực nước ngầm [2] [26] Wu và Hong (2009) đã thực hiện một loạt các thí nghiệm nén ba trục trong phòng thí nghiệm (đường kính 140mm × 70mm cao) đối với cọc cát bọc và không bọc vải ĐKT (độ chặt tương đối 60% & 80%) Các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của vải bọc ĐKT khi gia tăng ứng suất lệch và giảm thể tích Các thí nghiệm này cho thấy sự huy động của lực dính và góc nội ma sát tương ứng với các dạng biến dạng dọc trục khác nhau để diễn giải hiệu quả gia cố của cọc hạt rời bọc vải ĐKT [10] [11].Murugesan và Rajagopal (2007) ( 2010) đã thực hiện thí nghiệm trên cọc đơn và nhóm cọc để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số: đường kính, cường độ chịu kéo của vải ĐKT, chiều dài bọc vải đến sức chịu tải của cọc hạt rời bọc vải ĐKT Các tác giả kết luận rằng vải bọc ĐKT giúp tăng cường khả năng chịu tải của cọc hạt rời.Đồ thị ứng suất – biến dạng của cọc biểu thị ứng xử tuyến tính và không cho thấy bất kỳ sự phá hủy nào khác so với cọc hạt rời thông thường [10]

[19] [29] Năm 2009, Gniel & Bouazza đã thực hiện một loạt các thí nghiệm với mô hình thu nhỏ đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKT đơn và nhóm cọc với mục đích khảo sát và đánh giá ứng xử của cọc hạt rời được bọc vải ĐKT bán phần Các tác giả đã kết luận, khi tăng chiều dài bọc đốivới cọc hạt rời đơn và nhóm thì biến dạng đứng giảm ổn định (hình 1.8), biến dạng ngang xuất hiện ngay bên dưới phần bọc vải ĐKT Theo phương pháp này, độ cứng cọc hạt rời tăng lên và biến dạng cọc hạt rời giảm nhiều khi cọc hạt rời được bọc toàn phần bằng vải ĐKT [26]

[30] Araujo và cộng sự (2009) cũngđã nghiên cứu đánh giá ứng xử của cọc hạt rời bọc và không bọc vải ĐKT cho trường hợp ổn định bờ đê trên nền kết cấu đất xốp không bão hòa Thí nghiệm đã sử dụng cát và sỏi làm vật liệu cọc và các loại vải ĐKT khác nhau (vải –loại dệt và lưới), đo biến dạng bên trong cọc hạt rời bằng đồng hồ đo biến dạng Ứng xử của cả hai loại cọc thông thường (cát và sỏi) và cọc bọc vải ĐKT (cát và sỏi) được khảo sát bằng phương pháp gia tải tại chỗ Để khảo sát ảnh hưởng của vải ĐKT đối với ứng xử của cọc bằng cách thí nghiệm tạo sự phá hủy cục bộ của nền đất với việc thực hiện bơm nước từ đỉnh cọc Các tác giả cho rằng tùy thuộc vào vật liệu sử dụng, khả năng chịu tải của cọc hạt rời bọc vải ĐKT vượt trội so với cọc hạt rời không bọc vải ĐKT Ngoài ra, sự phá hủy nền đất cũng giảm do ảnh hưởng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT [26] [31] Yoo và Lee (2012) đã tiến hành thí nghiệm với độ lớn của tải trọng tương đương ngoài thực địa để khảo sát hình dạng biến dạng, khả năng chịu tải và mức độ giảm lún của cọc hạt rời được bọc bằng vải ĐKT Ngoài ra, ảnh hưởng độ dài vải bọc ĐKT đến biến dạng cọc hạt rời cũng đã được thực hiện trong nghiên cứu Các thí nghiệm được thực hiện với cọc hạt rời có cùng đường kính là 760 mm; chiều dài lần lượt là L = 5.4 m và 8.0 m Các tác giả chỉ ra rằng vải bọc ĐKT cung cấp bổ sung áp lực ngang, do đó góp phần làm giảm độ lún của nền đất yếu và tăng độ cứng của cọc hạt rời Hơn nữa, đối với trường hợp cọc hạt

-19- rời bọc bán phần biến dạng ngang của cọc hạt rời xảy ra ngay bên dưới đáy của vải ĐKT Các tác giả cũng tuyên bố rằng chiều dài vải bọc ĐKT góp phần quan trọng vào việc cải thiện hiệu suất làm việc của cọc hạt rời [26] [32] Ali và cộng sự (2014) đã nghiên cứu ứng xử của cọc hạt rời bọc và không bọc vải ĐKT bằng thí nghiệm với các cọc được thi công và bố trí với các dạng hình học khác nhau Trong nghiên cứu này, mô hình thí nghiệm đã được thực hiện đối với: cọc treo, cọc đơn chịu lực mũi, nhóm cọc Các thí nghiệm đã được thực hiện để đánh giá sự liên quan về sự cải thiện ứng suất phá hủy của nền móng gia cố với các dạng hình học bố trí cọc Ở đây, các cọc đã được đào lên để nghiên cứu hình dạng biến dạng qua đó hiểu được cơ chế phá hủy đối với các loại cọc được bố trí hình dạng hình học khác nhau Các tác giả cho rằng lưới ĐKT là loại vải tổng hợp tốt nhất dùng cho cọc chống hoặc cọc treo [26] [33] Năm 2015, Chen và cộng sự đã công bốkết quả thí nghiệm trong phòng và mô phỏng số bờ kè được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT Kết quả nghiên cứu cho thấy nguyên nhân gây ra phá hủy cọc hạt rời là do cọc hạt rời bị biến dạng uốn Độ ổn định của kè được đánh giá bằng mô hình 2D và 3D Dựatrên các kết quả thu được, các tác giả đã kết luận rằng mô hình 3D cung cấp kết quả gần đúng với kết quả các thí nghiệm trong phòng hơn so với mô hình 2D [26] [34] Năm 2017, tác giả F Ou Yang và cộng sự đã nghiên cứu đặc điểm của ứng suất và biến dạng đối với tổ hợp cọc bọc vải ĐKT và đất nền trên cơ sở các thí nghiệm với mô hình có kích thước mẫu lớn Kết quả nghiên cứu cho thấy, tổ hợp cọc bọc vải ĐKT với đất nền có sức chịu tải cao hơn, và cọc được bọc toàn bộ thì có tỉ số tập trung ứng suất cao hơn, biến dạng ngang đều và nhỏ hơn, tải trọng trên đỉnh cọc được truyền hơn 50% xuống mũi cọc Tác giả cũng cho rằng biến dạng của tổ hợp là do chọc thủng lớp đệm ở trên đầu cọc hơn là do biến dạng ngang của cọc Ngoài ra, tác giả cũng cho rằng ứng xử của cọc bọc vải ĐKT cóứng xử tương tự cọc liên kết nửa cứng [35] Năm 2018, tác giả Jianfeng Xue và cộng sự đã thực hiện hàng loạt các thí nghiệm ba trục trên mẫu có kích thước lớn đối với các cọc đá thông thường và cọc đá bọc vải ĐKT với mục đích nghiên cứu cơ chế phá hủy và ứng xử của cọc đá Mười sáu cọc đá được bọc với bốn loại vải ĐKT khác nhau có cường độ kéo lần lượt là 33, 43, 52 và 65 kN/m, bốn cọc đá thông thường có đường kính 300 mm và chiều dài cọc là 600 mm đã được thí nghiệm dưới áp lực lần lượt là

50, 100, 150 và 200 kPa Kết quả cho thấy vải ĐKT có thể được xem như là một đóng góp vào lực dính biểu kiến hoặc áp lực nén của cọc đá thông thường Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của cọc đá bọc vải ĐKT đã được mô tả là sự chồng chất của mô hình hyperbolic và mô hình tuyến tính đã được sử dụng để mô hình hóa ứng xử của cọc đá thông thường trong thí nghiệm nén 3 trục và cọc đá bọc vải ĐKT trong thí nghiệm nén 1 trục Mô hình đã cho biết rõ ứng xử trước khi bị phá hủy của cọc đá bọc vải ĐKT Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là đã bỏ qua biến dạng thể tích và không thể mô hình ứng xử mềm hóa của cọc đá bọc vải ĐKT sau

-20- khi đạt ứng xuất cực đại [36] Năm 2020, tác giả Ling Zhang và công sự đã thực hiện hàng loạt thí nghiệm với mô hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT để nghiên cứu ứng xử của cọc hạt rời bọc vải ĐKT dưới tác động của tải trọng có chu kỳ Thí nghiệm cũng đã đo đạc sự phân bố ứng suất trên cọc và đất yếu xung quanh, tích lũy lún của tấm thép chịu tải, áp lực nước lỗ rỗng trong đất yếu xung quanh và biến dạng ngang của cọc hạt rời Kết quả thí nghiệm cho thấy ứng suất trong cọc sẽ tăng lên khi chiều dài bọc vải ĐKT tăng lên, và sẽ giảm khi đường kính đường kính cọc tăng, độ lớn và tần số của tải trọng Sự gia tăng ứng suất của đất yếu xung quanh có xu hướng làm gia tăng tích lũy lún của tấm thép chịu tải và áp lực nước lỗ rỗng, trong khi sự gia tăng ứng suất trong cọc lại làm cho biến dạng ngang của cọc lớn lên [37] Tác giả Chungsik Yoo và Qaisar Abbas cũng đã thực hiện các thí nghiệm để khảo sát ứng xử của cọc hạt rời bọc vải ĐKT được đặt trong cát dưới tác động của tải trọng động Nghiên cứu cho thấy tải trọng phân bố cho cọc chịu tải trọng động nhỏ hơn tải trọng phân bố cho cọc chịu tải trọng tĩnh và có xu hướng giảm đi 25%của tỉ sốứng suất tập trung Vải bọc ĐKT đã cải thiện hiệu quả làm việc của cọc khi chịu tải trọng có tần số thấp hoặc độ lớn của tảitrọng nhỏ Vùng biến dạng ngang của cọc chịu tải trọng động có xu hướng mở rộng hơn so với cọc chịu tải trọng tĩnh, do đó các tác giả đã đề xuất bọc toàn bộ chiều dài cọc đối với cọc chịu tải trọng động [38] Thí nghiệm của các tác giả đi trước đã cho thấy ưu điểm của cọc hạt rời bọc ĐKT, tuy nhiên trong điều kiện hiện tại NCS chưa thể thực hiện thí nghiệm cụ thể cho đất yếu tại Việt Nam cũng như sử dụng vật liệu hiện có ở Việt Nam để làm vật liệu cọc Đây sẽ là hướng phát triển của để tài này trong tương lai.

Tại Việt Nam, một số nghiên cứu về cọc hạt rời đã được công bố Nghiên cứu của Lê Bá Vinh và Lê Bá Khánh (2017) đã áp dụng các phương pháp giải tích, mô phỏng số và phân tích ngược để xác định độ lún của cọc đá Kết quả cho thấy các phương pháp giải tích khá chính xác trong khi mô phỏng số cho kết quả cao hơn Nghiên cứu còn chỉ ra cơ chế phá hủy của cọc đá là do cắt Ngoài ra, nghiên cứu của Lương Phương Hợp (2017) đã giới thiệu tổng quan về phương pháp cọc cát đầm và các tính toán liên quan, còn nghiên cứu của Đỗ Mạnh Hùng (2015) đã tập trung vào đặc điểm nền đất yếu.

K ế t lu ậ n

NCS đã trình bày tổng quan về cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật, các ứng dụng đối với công trình thực tế, tổng quan về đất yếu và vải địa kỹ thuật, các loại vật liệu hạt rời thông dụng sử dụng làm cọc hạt rời bọc vải ĐKT, phương pháp thi công cọc bọc vải địa kỹ thuật cũng như các thiết bị và đường kính cọc được áp dụng hiện nay Ngoài ra, trên cơ sở đánh giá, phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước như đã trình bày ở trên, NCS thấy rằng nghiên cứu của các tác giả hầu hết đều có chung giới hạn đó làdựa trên cơ sở mô hình lăng trụ, vật liệu làm việc tuân theo lý thuyết đàn hồihoặc sử dụng duy nhất một phương pháp nghiên cứu để giải quyết một vấn đề nào đó, áp dụng cho một vùng cụ thể ngoài Việt nam Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng cho thấy ở thời điểm hiện tại Việt nam hầu như chưa có bất kỳ nghiên cứu hay ứng dụng nào về cọc bọc vải ĐKT sử dụng trong gia cố nền đất yếu Trong phần trình bày nội dung luận án, NCS đã sử dụng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau trong nghiên cứu bao gồm:

- Tính toán bằng phương pháp giải tích

- Tính toán bằng phương pháp số

- Kiểm chứng bằng phương pháp Asaoka

- Đối sánh các kết quả nghiên cứu tính toán, mô phỏng với kết quả quan trắc và thí nghiệm hiện trường Đây chính là những điểm nổi bật của nghiên cứu với mục đích làm rõ tính khả thi của việc áp dụng cọc hạt rời bọc vải ĐKT gia cố nền đất yếu trong điều kiện Việt Nam

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

Lý thuy ế t v ề c ọ c h ạ t r ờ i v ải đị a k ỹ thu ậ t

2.1.1 Khái ni ệm về mô hình lăng trụ

Hình 2.1 Mô hình lăng trụ [2] [43]

Hình 2.1 mô tả mô hình lăng trụ, đây là một trong những mô hình được tiếp cận phổ biến trong gia cố cải tạo đất yếu bằng cọc hạt rời Mô hình này được các nhà nghiên cứu sử dụng rộng rãi trong phát triển lý thuyết và tính toán của các phương pháp tính toán giải tích và phương pháp số Mô hình lăng trụ về cơ bản gồm hai phần [2] [43]:

(ii) Phần đất xung quanh trong vùng ảnh hưởng của cọc hạt rời

Với các đặc điểm: i) Tải trọng và hình dạng hình học là đối xứng trục ii) Điều kiện biên là: ứng suất cắt bằng 0, không biến dạng ngang, không thoát nước biên iii) Tổng ứng suất tác dụng nằm lên đỉnh lăng trụ mặc dù sự phân bố ứng suất giữa cọc và đất có thể thay đổi theo độ sâu. iv) Mô hình lăng trụ cho phép cọc biến dạng ngang và biến dạng ngang này ảnh hưởng đến độ lúnvà tốc độ cố kết của nền đất cải tạo bằng cọc hạt rời.

Trong tính toán địa kỹ thuật, có hai điều kiện về tải trọng và chuyển vị lý tưởng đó là: cân bằng ứng suất và cân bằng biến dạngđược trình bày ở hình 2.2 Điều kiện cân bằng biến dạng tồn tại bên dưới tĩnh tải, trong khi đó cân bằng ứng suất tồn tại ở dưới dạng hoạt tải Cọc hạt rời sử dụng để gia cố nền đất yếu chịu ứng suất cao hơn so với đất yếu ở điều kiện cân bằng biến dạng (lún giữa cọc Sclvà đất Sslnhư nhau) do mô đun độ cứng giữa cọc và đất khác nhau

Tỉ lệ ứng suất giữa cọc hạt rời và đất được xác định là hệ số tập trung ứng suất (n), phản ánh sự truyền tải ứng suất giữa cọc và đất Tuy nhiên, khi đạt trạng thái cân bằng ứng suất, cọc và đất chịu ứng suất bằng nhau (n = 1) nhưng độ lún giữa hai thành phần này lại khác nhau (Ssl > Scl) Sự chênh lệch độ lún dẫn đến cơ chế truyền lực giữa cọc hạt rời và đất yếu nằm giữa trạng thái cân bằng biến dạng và cân bằng ứng suất.

Hình 2.2 (a) Cân bằng biến dạng-tĩnh tải; (b) Cân bằng ứng suất – hoạt tải [2]

Cọc được sử dụng chủ yếu để chịu tải trọng thẳng đứng, nhưng đôi khi cọc được sử dụng để tăng khả năng chống cắt của đất yếu Trong những trường hợp nhất định, cọc là đối tượng của tải trọng ngang và tải trọng động và cọc sẽ bị phá hủy khi mà tải trọng lớnhơn cường độ chịu lực của vật liệu cọc Các dạng phá hủy của cọc sẽ khác nhau khi chịu tác động của tải trọng ở các điều kiện khác nhau Cọc chịu tác động của tải trọng nén thẳng đứng sẽ truyền tải qua đất xung quanh bằng ma sát bên hoặc áp lực ngang [2] [26] Theo một số nghiên cứu cho thấy cơ chế phá hủy của cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT là tương tự nhau, phần đầu cọc bị biến dạng ngang như trình bày ở hình 2.3 Tuy nhiên mức độ biến dạng giữa cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT là khác nhau Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT sẽ được hạn chế do có sự hỗ trợ áp lực ngang gây ra bởi lực kéo của vải ĐKT Biến dạng ngang ở vùng đầu cọc xuất hiện ở giai đoạn đầu của quá trình chịu tải trọng nén dọc trục, đất yếu xung quanh sát với phần trên của cọc bị trượt do biến dạng cắt gây ra bởi chuyển vị dọc trục của cọc hạt rời dẫn đến một phần của cọc bắt đầu phình ra khỏi vị trí ban đầu Vùng đầu

-25- cọc sẽ xuất hiện phá hủy trượt chỉ khi ứng suất cắt của đất yếu xung quanh vượt quá sức chống cắt của nó xung quanh phần đầu cọc Chuyển vị ngang không phân bố đều dọc theo chiều dài cọc là do sự phân phố không đều ứng suất dọc trục của cọc và áp lực nén ngang của đất dọc theo chiều dài cọc [44]

Hình 2.3 Dạng phá hủy biến dạng ngang của cọc hạt rời [2] [26]

Biến dạng ngang của cọc phát triển nhanh chóng là do các thành phần hạt của vật liệu cọc gần như không có sự liên kết Quá trình biến dạng sẽ dừng lại khi đất yếu xung quanh và vải ĐKT cung cấp đủ áp lực ngang để chống lại áp lực ngang chủ động gây ra trong cọc khi cọc chịu tải trọng nén dọc trục Biến dạng ngang của cọc xuất hiện khi chịu tải trọng dọc trục dẫn đến vải ĐKT bị kéo căng và tạo ra ứng suất kéo chu vi, ứng suất này của vải ĐKT cung cấp áp lực ngang bổ sung lên cọc Với giả thiết ứng xử của vải ĐKT là đàn hồi tuyến tính, lực kéo của vải có thể chuyển đổi thành ứng suất nén ngang Ứng suất nén tác động vào cọc gồm hai phần: Ứng suất nén ngang do lực kéogây ra trong vải ĐKT và ứng suất nén ngang cung cấp bởi đất yếu xung quanh Biến dạng ngang của cọc hạt rời được xem xét nghiên cứu cho cả cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT Vùng biến dạng ngang lớn nhất tập trung chủ yếu ở khoảng cách 1-3D tính từ đầu cọc và tùy thuộc vào độ dài của cọc, chuyển vị ngang lớn nhất đạt được ở giữa của vùng biến dạng và giảm đi khi cường độ kéo của vải ĐKT tăng lên [44]

Có thể thấy biến dạng ngang của cọc thay đổi và giảm dần theo độ sâu Theo công bố của M.S.S Almeida và cộng sự vào năm 2013, sự thay đổi hình dạng biến dạng ngang liên quan đến sự phân bố ứng suất cắt của cọc bọc vải ĐKT Trong thực tế, sự phân bố ứng suất cắt phù hợp

-26- với những gì đã biết về ứng xử của vùng chịu nén và vùng giãn nở (vùng trượt) trong thí nghiệm nén 3 trục với chiều cao gấp đôi đường kính và 7 lần đường kính trình bày tại hình 2.4, hiện tượng này cũng đã được nghiên cứu kỹ bởi tác giả Rowe và Barden vào năm 1964, theo tác giả thì góc nghiêng của vùng giãn nở tương đương với góc của mặt trượt Các tác giả cũng kết luận rằng ứng suất kéo gây ra ở vải ĐKT là lớn nhất khi ứng suất cắt là lớn nhất, và nhỏ nhất ứng với vùng nén [45]

Hình 2.4 Ứng xử của vùng chịu nén và vũng giãn nở [45]

Phương pháp giả i tích

Mô hình sử dụng trong tính toán giải tích cho cọc hạt rời bọc vải ĐKT gia cố nền đất yếu là mô hình lăng trụ được đề xuất bởi Raithel và Kempfert năm 2000 được trình bày tại hình 2.5

Mô hình tính toán cho cọc hạt rời bọc vải ĐKT được phát triển dựa trên các mô hình tính toán đối với cọc đá thông thường Yếu tố khác biệt cơ bản của mô hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT so với mô hình cọc hạt rời thông thường là tính đến sự đóng góp vào áp lực ngang của cọc do vải bọc ĐKT gây ra.

Ngoài các điều kiện biên được mô tả trong hình 2.5, các giả thuyết sau đây được áp dụng cho mô hình [1] [2] [16] [46]:

- Độ lớn của tải lớn hơn nhiều so với bề dày nền đất yếu, do vậy ứng suất do ngoại lực phân bốđều theo độ sâu

- Độ lún của đầu cọc hạt rời và đất yếu là như nhau

- Bỏ qua lún của lớp đất chịu lực bên dưới mũi cọc

- Cọc ở trạng thái áp lực đất chủđộng

- Áp lực đất ở trạng thái tĩnh:

- Sử dụng phương pháp khoan đào𝐾𝐾 𝑠𝑠 =𝐾𝐾 0,𝑠𝑠 = 1− 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝜙𝜙 𝑠𝑠 (𝜙𝜙 𝑠𝑠 góc nội ma sát của đất)

- Sử dụng phương pháp nén rung thì 𝐾𝐾 𝑠𝑠 = 𝐾𝐾 0,𝑠𝑠 (hệ số áp lực đất)

- Vải ĐKT có ứng xửđàn hồi tuyến tính

- Thiết kế dựa trên điều kiện thoát nước

Hình 2.5 Mô hình lăng trụ cho cọc hạt rời bọc vải ĐKT [1] [2] [16]

2.2.3 Các bước tính toán ứng xử biến dạng

Sử dụng các phương trình đối với cọc hạt rời thông thường trong đó bổ sung thêm ảnh hưởng của lớp vải bọc ĐKT Các phương pháp tính toán truyền thống cho nền móng có thể được sử dụng cho tính toán lún và cố kết [1] [2] [16] [46]

Ngoại lực ∆𝜎𝜎 𝑧𝑧 được đặt tức thời trên đỉnh khối lăng trụ, khi đó cọc hạt rời bọc vải ĐKT và đất xung quanh sẽ chịu tác động của ngoại lực theo phương trình cân bằng giữa ngoại lực và ứng suất dọc trục của đất và cọc hạt rời:

𝛥𝛥𝜎𝜎 𝑠𝑠 𝐴𝐴 𝑠𝑠 + 𝛥𝛥𝜎𝜎 𝑐𝑐 𝐴𝐴 𝑐𝑐 = 𝛥𝛥𝜎𝜎 𝑧𝑧 𝐴𝐴 𝑒𝑒 (2-1) Áp lực ngang trong cọc hạt rời và đất được phân bổ bởi ứng suất ban đầu của cọc hạt rời/đất và áp lực bổ sung được trình bày bởi công thức sau:

𝜎𝜎𝑧𝑧0,𝑐𝑐 : ứng suất ban đầu của bản thân cọc hạt rời (kPa)

𝜎𝜎𝑧𝑧0,𝑠𝑠 : ứng suất ban đầu của đất (kPa)

∆𝜎𝜎 𝑐𝑐 : ứng suất của cọc do ngoại lực tác động (kPa)

∆𝜎𝜎𝑠𝑠 : ứng suất của đất do ngoại lực tác động (kPa)

𝐾𝐾 𝑎𝑎,𝑐𝑐 : hệ số áp lực đất chủ động của cọc hạt rời

𝐾𝐾 0,𝑠𝑠 : hệ số áp lực đất nghỉ của đất

𝑎𝑎 𝑠𝑠 là tỉ số diện tích thay thế, được tính theo công thức:

𝐴𝐴 𝑐𝑐 : diện tích tiết diện ngang của cọc hạt rời

𝐴𝐴𝑒𝑒 : diện tích tiết diện ngang của vùng ảnh hưởng d c : đường kính cọc s : khoảng cách giữa hai cọc tính từ cọc

C : hệ số phụ thuộc vào sơ đồ bố trí cọc

Raithel and Kempfert (2000) giả thiết rằng vải ĐKT có ứng xử đàn hồi tuyến tính với cường độ chịu kéo (J) Do đó ứng suất kéo là:

∆𝑟𝑟 𝑔𝑔 : số gia bán kính của vải bọc ĐKT

𝑟𝑟 𝑔𝑔 : bán kính của vải bọc ĐKT (m)

Số gia biến dạng ngang tương ứng của bán kính cọc hạt rời là:

-29- Ứng suất gây ra trên vải ĐKT tương đương với ứng suất kéo Hoop là:

∆𝑟𝑟𝑐𝑐 : số gia bán kính của cọc hạt rời (m)

𝑟𝑟𝑐𝑐 : bán kính của vải bọc ĐKT (m)

Khi tiến hành gia tải, do đất yếu không thể huy động đủ áp lực ngang ngay lập tức nên xuất hiện một ứng suất chênh lệch giữa cọc hạt rời và đất yếu Ứng suất chênh lệch này gây ra biến dạng ngang của cọc hạt rời và biến dạng này sẽ dừng lại khi áp lực đất được bổ sung tương ứng (áp lực đất bị động) để đưa các áp lực ngang về trạng thái cân bằng Ứng suất chênh lệch được thể hiện bởi công thức sau:

∆𝜎𝜎𝑟𝑟 =𝜎𝜎𝑟𝑟,𝑐𝑐 − 𝜎𝜎𝑟𝑟,𝑠𝑠 − 𝜎𝜎𝑟𝑟,𝑔𝑔 (2-8) Ứng suất chênh lệnh này là nguyên nhân gây ra biến dạng ngang của cọc hạt rời Biến dạng ngang ∆𝑟𝑟 𝑐𝑐 và lún của lớp đất yếu 𝑆𝑆 𝑠𝑠 được tính toán dựa trên công thức Ghionna và Jamiolkowski

𝐸𝐸𝑠𝑠 : là mô đun biến dạngcủa đất (kPa)

𝑣𝑣 𝑠𝑠 : là hệ số Poisson của đất

Thay thế công thức (2-7) và (2-8) vào công thức (2-9), kết quả thu được công thức của biến dạng ngang ∆𝑟𝑟𝑐𝑐 như sau :

Chênh lệch ứng suất dẫn đến biến dạng ngang của cọc hạt rời, độ lún của đất yếu 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑎𝑎, có thể thu được theo Ghionna và Jamiolkowski 1981 như sau:

Trong đó: h : bề dàycủa đất hoặc là độ dài của cọc

𝐷𝐷𝑠𝑠 : Mô đun biến dạng của đất, bằng 1/𝑚𝑚 𝑣𝑣,𝑠𝑠 (kPa)

𝑚𝑚 𝑣𝑣,𝑠𝑠 : hệ số nén thể tích của đất

Dựa trên giả thiết thể tích không đổi, công thức tính lún của cọc hạt rời được thiết lập như sau:

Trên cơ sở giả thiết về điều kiện cân bằng biến dạng giữa cọc hạt rời và đất yếu (𝑆𝑆𝑐𝑐𝑎𝑎 = 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑎𝑎

=𝑆𝑆 ′ ), công thức cân bằng được thiết lập như sau:

Thay thế công thức (2-10) vào công thức (2-17), kết quả là phương trình có duy nhất một ẩn

∆𝜎𝜎 𝑠𝑠 và phương trình một ẩn sẽ được giải bằng phương pháp lặp.

2.2.4 Các bước tính toán sức chịu tải

Các tác giả Murugesan and Rajagopal 2010 xem xét áp lực nén ngang bổ sung của vải ĐKT đối với sức chịu tải tới hạn của cọc đơn do biến dạng ngang của cọc với biến dạng ngang bằng

4 lần đường kính cọc như sau [2] [19]:

Sức chịu tải tới hạn của tổ hợp cọc và đất xung quanh dựa trên cơ sở sức chịu tải của đất và bản thân cọc, và tỉ số diện tích đất thay thế sử dụng phương trình như sau [2]:

Hệ số an toàn được tính như sau:

𝜎𝜎𝑟𝑟0 : ứng suất ngang của đất gây ra bởi ứng suất của lớp đất phía trên tại trung điểm của chiều dài biến dạng ngang của cọc

𝐾𝐾 𝑝𝑝 : hệ số áp lực chủ động vật liệu của cọc

𝑐𝑐 𝑢𝑢 : sức kháng cắt không thoát nước của đất

𝑞𝑞𝑢𝑢𝑎𝑎𝑗𝑗,𝑠𝑠 : sức chịu tải tới hạn của đất xung quanh cọc

𝑎𝑎𝑠𝑠 : tỉ số diện tích thay thế

Phương pháp số – ph ầ n m ề m PLAXIS

Plaxis là một phần mềm được xây dựng theo phương pháp phần tử hữu hạn, được phát triển chuyên biệt cho tính toán biến dạng, ổn định, dòng chảy ngầm trong địa kỹ thuật Các lý thuyết được sử dụng trong phần mềm plaxis bao gồm: Lý thuyết biến dạng, lý thuyếtdòng chảy ngầm, lý thuyết cố kết, bên cạnh đó là lý thuyết phần tử hữu hạn và các quy tắc lấy tích phân cho các loại phần tử khác nhau [47]

Phần mềm Plaxis 2D-2018 cho phép sử dụng các mô hình đất khác nhau như là Mohr- Coulomb, Soft-Soil model, Hardening – Soil model, Cam-Clay model Các giai đoạn thi công, sử dụng các phần tử dầm để mô phỏng kết cấu cọc, thoát nước đứng, mô phỏng gia cố phần tử vải ĐKT, phần tử tiếp xúc Bên cạnh đó tạo ra áp lực nước lỗ rỗng ban đầu và áp lực nước thặng dư do quá trình thi công [47] Phần mềm gồm có hộp thoại khai báo đầu vào và hộp thoại kết quả đầu ra Hộp thoại đầu vào cho phép mô hình hóa bài toán bao gồm: khai báo kích thước hình học, thông số vật liệu, điều kiện biên, mô hình đất, thông số địa chất, các phần tử phục vụ cho tính toán thuận lợi như là phần tử dầm, phần tử tấm, phần tử tiếp xúc, phần tử địa kỹ thuật, phần tử thoát nước đứng Hộp thoại đầu vào cũng cho phép lựa chọn việc chia lưới phần tử tổng thể hoặc cục bộ ở dạng thô, rất thô, mịn hoặc rất mịn…tuy thuộc vào yêu cầu và mục đích tính toán mà người dùng sẽ lựa chọn cho phù hợp [47]

2.3.1 Các Mô hình đất trong Plaxis

2.3.1.1 Mô hình Mohr – Coulomb Đây là mô hình đàn hồi và dẻo hoàn toàn, tức là đất chỉ làm việc trong giai đoạn đàn hồi, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính, quan hệ này tuân theo định luật Hooke kết hợp với tiêu chuẩn phá hoại Mohr-Coulomb Khi trạng thái đất vượt qua giaiđoạn làm việc đàn hồi thì coi như đất bị phá hoại hoàn toàn, tức là biến dạng phát triển đến vô cùng trong khi ứng suất không tăng [48] [49]

Trong mặt phẳng, tiêu chuẩn phá hoại của mô hình Mohr-Coulomb như sau:

Mô hình này biểu thị trạng thái ứng suất phẳng của một điểm, vòng tròn ứng suất của điểm đó chưa vượt ra khỏi đường bao phá hoại thì vật liệu làm việc đàn hồi Sự phá hủy của vật liệu chỉ xuất hiện khi vòng tròn ứng suất tại một điểm bất kỳ trong vật liệu tiếp tuyến với đường bao phá hoại.

Trong không gian ứng suất, mặt phá hoại Mohr – Coulomb có hình dạng đượctrình bày ở hình 2.6

Phương trình mặt chảy dẻo trong không gian ứng suất có dạng:

Các thông số đầu vào của mô hình Mohr – Coulomb bao gồm: E mô đun đàn hồi của vật liệu (kN/m 2 ); ν hệ số Poisson; φ góc nội ma sát ( 0 ); c lực dính (kN/m 2 ); ψ góc dãn nở của vật liệu ( 0 )

Hình 2.6 Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb trong không gian ứng suất [48]

Mô hình tăng bền dựa trên lý thuyết dẻo cổ điển, mô tả ứng xử của đất không hồi phục, hiện tượng chảy dẻo và trương nở khi chịu trượt Mô hình này cho phép mô tả ứng xử không đàn hồi phức tạp và các điều kiện tiếp xúc khác nhau trong Plaxis, phù hợp với các điều kiện địa chất và đặc tính đất đa dạng.

Mô hình tăng bền là mô hình đa mặt dẻo Cụ thể đó là một mô hình hai mặt dẻo kết hợp, mặt dẻo trượt và mặt dẻo hình chóp mũ Sự tăng bền phụ thuộc vào biến dạng dẻo và biến dạng thể tích Khác với mô hình đàn hồi dẻo lý tưởng, mặt chảy dẻo của mô hình tăng bền không cố định trong không gian ứng suất chính mà nó dãn ra do biến dạng dẻo Có thể phân ra thành hai loại tăng bền đó là tăng bền trượt và tăng bền nén Tăng bền trượt được dùng để mô phỏng biến dạng không phục hồi do ứng suất lệch gây ra, đặc trưng bởi mô đun biến dạng trong thí nghiệm nén ba trục và được mô phỏng bằng mặt dẻo trượt Trong khi đó tăng bền nén được dùng để mô phỏng biến dạng không hồi phục do ứng suất nén đẳng hướng gây ra được đặc trưng bởi mô đun biến dạng trong thí nghiệm nén cố kết và được mô hình bằng mặt dẻo hình chóp mũ Mặt dẻo trượt sử dụng quy luật chảy dẻo không tích hợp và mặt dẻo chóp mũ sử dụng quy luật chảy dẻo tích hợp Mô hình này có thể khắc phục được nhược điểm của mô hình Mohr –

Coulomb trong mô tả ứng xử của đất nền khi làm việc chịu tải – dỡ tải – gia tải lại Tuy nhiên, hạn chế của mô hình là không giải thích được sự giảm bền do đặc tính chảy của đất Nó là mô hình tăng bền đẳng hướng, nên không mô phỏng được các bài toán tải trọng tuần hoàn và đặc tính cản chấn, cũng như đặc tính bất đẳng hướng của đất [48] [49] Các thông số đầu vào của mô hình tăng bền bao gồm:

-34- i) Các thông số giống mô hình Mohr – Coulomb ii) Các thông số cơ bản cho độ cứng của đất: E ref 50 độ cứng cát tuyến trong thí nghiệm ba trục; E ref oed độ cứng tiếp tuyến trong thí nghiệm Oedometer; m số mũ biểu thị quan hệ ứng suất – độ cứng iii) Các thông số cải tiến: E ref ur độ cứng dỡ/tái chất tải (E ref ur=3 E ref 50); p ref ứng suất chọn để tính độ cứng (mặc định p ref = 100 đơn vị ứng suất); K nc 0 giá trị nén có kết thường (K nc 0

= 1-sinφ); Rf tỉ số phá hoại (Rf = 0.9) iv) Các thông số thay thế: Cc chỉ số nén; Cs chỉ số nở; einit độ rỗng ban đầu

Mô hình đất yếu được sử dụng để mô phỏng các loại đất yếu, có hệ số nén lớn như đất sét, than bùn Mô hình đất yếu dựa trên đồng thời cả hai mô hình Mohr – Coulomb và mô hình Cam-Clay Tuy nhiên, mô hình này có hiệu chỉnh so với hai mô hình mà nó dựa vào [48] [49] Hàm dẻo có phương trình như sau: ƒ = ƒ− 𝑝𝑝 p (2-21)

Trong đó hàm trạng thái ứng suất (p’:q) và áp lực tiền cố kết pp ƒ = 𝑞𝑞 2

Các thông số chủ yếu của mô hình đất mềm gồm: Chỉ số nén hiệu chỉnh λ * ; Chỉ số nở hiệu chỉnh κ * ; φ góc nội ma sát ( 0 ); c lực dính - cường độ kháng cắt (KN/m 2 );ψ góc giãn nở của vật liệu ( 0 ); νurhệ số Poisson trong trường hợp không gia tải; K nc 0hệ số áp lực ngang của đất cố kết thường; M thông số quan hệ với K nc 0

Hình 2.8 Mặt chảy dẻo của mô hình đất yếu trong không gian ứng suất [48]

2.3.2 Mô hình hóa bài toán trong Plaxis Để sử dụng phần mềm Plaxis phân tích một công trình, người dùng cần tạo ra mô hình phần tử hữu hạn, chỉ rõ những thuộc tính và điều kiện biên Một mô hình hình học bao gồm đại diện cho tầng đất, các cấu kiện kết cấu, các giai đoạn xây dựng và tải trọng Mô hình phải đủ lớn để không ảnh hưởng đến kết quả bài toán Mô hình hình học bao gồm: điểm, đường thẳng và miền.

Hình 2.9 Phần tử tam giác 6 nút và 15 nút Sau khi mô hình hình học được tạo ra, các mô hình phần tử sẽ được tự động tạo ra dựa trên kết cấu các miền và các đường trong mô hình hình học, chương trình nhận dạng 3 loại bộ phận được trình bày ở hình 2.9 gồm [47] [48]:

- Phần tử: Trong các hệ mạng lưới, các miền được chia thành các phần tử tam giác Phần mềm cho phép lựa chọn dạng phần tử 6 nút hoặc 15 nút.

Nút là thành phần của phần tử, bao gồm 6 hoặc 15 nút phân bố trên các phần tử Các phần tử liền kề liên quan đến nhau thông qua các nhóm nút Trong tính toán phần tử hữu hạn, các chuyển vị (ux và uy) được tính tại các nút.

- Điểm ứng suất: Ứng suất và sức căng thường được tính toán thông qua các điểm tích phân

Gause độc lập hơn là qua các nút Các phần tử tam giác 15 nút chứa 12 điểm ứng suất Các phần tử tam giác 6 nút chứa 3 điểm ứng suất

Plaxis 2D phân tích bài toán theo hai mô hình: Biến dạng phẳng và đối xứng trục

Hình 2.10 Mô hình bài toán a) biến dạng phẳng; b) đối xứng trục

Dạng bài toán sử dụng phần tử tam giác 6 nút và 15 nút được thể hiện như bảng 2.1 sau đây:

Bảng 2.1 Dạng bài toán sử dụng phần tử 6 nút & 15 nút

Phần tử 6 nút Phần tử 15 nút

Biến dạng phẳng Tải trọng phá hoại Hoạt tải Sức chịu tải tới hạn Đối xứng trục

Kết luận

NCS đã trình bày các nội dung cơ bản về:

- Các khái niệm về mô hình lăng trụ, cơ chế truyền lực giữa cọc và đất xung quanh, các giả thiết áp dụng đối với mô hình

- Cơ sở lý thuyết cùng với các phương trình tính toán giải tích, các giả thiết đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKT

- Cơ sở lý thuyết được áp dụng để xây dựng phần mềm Plaxis, cách xây dựng mô hình, lý thuyết về các loại mô hình đất và các bài toán áp dụng trong Plaxis

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ Ứ NG X Ử BI Ế N D Ạ NG C Ủ A C Ọ C H Ạ T R Ờ I BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT THEO CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

So sánh k ế t qu ả tính toán theo phương pháp số v ớ i k ế t qu ả th ự c nghi ệ m ngoài hi ệ n trườ ng

NCS thực hiện các nội dung sau:

- So sánh các kết quả lún cuối cùng giữa nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT và nền đất gia cố bằng cọc hạt rời không bọc vải ĐKT Nền và cọc đượcmô phỏng, tính toán bằng phương pháp số trong điều kiện thoát nước và phương pháp Asaoka dựa trên các số liệu đo đạcquan trắc ngoài hiện trường

- So sánh kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc ngoài hiện trường với kết quả mô phỏng thí nghiệm bằng phương pháp số.

- Phân tích hiệu quả của cọc bọc vải ĐKT trong gia cố nền đất yếu bằng cách thêm phần tử GEOGRID vào mô hình nén tĩnh và mô hình gia tải toàn bộ nền

3.1.2 So sánh k ết quả tính toán độ lún bằng phương pháp số và phương pháp Asaoka

3.1.2.1 Trình tự quan trắc lún ngoài hiện trường

Toàn bộ diện tích xử lý sẽ được chia ra 10 vùng Mỗi vùng sẽ được thi công theo các bước sau [47]:

- Bước 1: San gạt mặt bằng

- Bước 2: Thi công lớp cát thứ nhất dầy 0.5 m

- Bước 3: Thi công cọc đá

- Bước 4: Thi công lớp cát thứ 2 dầy 0.5 m.

- Bước 5: Thi công lớp cát gia tải dày 1.3 m

Hình 3.1 thể hiện các mốc quan trắc được thiết lập theo dạng lưới ô vuông có kích thước cạnh là 20 m để đo đạc số liệu lún trong thời gian gia tải Độ lún thực tế sẽ được quan trắc và đo đạc với tần suất tương ứng theo đề cương thiết kế và yêu cầu của chủ đầu tư Kết quả quan trắc lún theo thời gian cho các vùng S7, S8, S9, S10 được ghi nhận trong 4 tuần liên tục [50]

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống lưới quan trắc lún [50]

3.1.2.2 Mô phỏng theo phương pháp số

Mô hình lăng trụ đối xứng trục được mô phỏng tương tự nhưđã trình bày ởchương 2 Kích thước hình học của lăng trụ được mô phỏng riêng biệt cho từng vùng cọc với kích thước cọc và khoảng cách cọc cụ thể.

- Vật liệu cọc được mô phỏng theo mô hình Mohr – Coulomb

- Đất yếu được mô phỏng cho 2 trường hợp để kiểm chứngsự phù hợp của mô hình đất đó là:

Bảng 3.1 trình bày các thông số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của vật liệu cọc và đất yếu được đưa vào tính toán mô phỏng bằng phương pháp số

Bảng 3.2 trình bày tổng hợp các thông số về kích thước hình học được đưa vào để xây dựng mô hình hình học và tính toán mô phỏng Để mô hình hình học mô phỏng giống với kích thước cọc thực tế ngoài hiện trường thì NCS đã lựa chọn các số liệu dựa trên kết quả đo đạc thực tế ngoài hiện trường trong quá trình thi công cọc và được NCS tham khảo từ tài liệu hồ sơ thi công thí nghiệm cọc công trình nhà máy Vifon II

Bảng 3.1 Thông số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của vật liệu cọc và đất yếu sử dụng mô phỏng trong Plaxis

Mô tả Đơn vị Đất yếu Đất yếu Cọc đá

Loại ứng xử - Drained Drained Drained

Mô hình đất - Mohr-Coulomb Soft Soil Mohr-Coulomb

Dung trọng tự nhiên kN/m 3 18.54 18.54 20

Dung trọng bão hòa kN/m 3 18.97 18.97 20

Mô đun biến dạng E kN/m 2 2400 - 48000

Mô đun biến dạng E oed kN/m 2 3852 - 64620

Hệ số nén C c - - 0.249 - Áp lực tiền cố kết kN/m 2 - 117 -

Bảng 3.2 Tổng hợp các thông số hình học đưa vào tính toán mô phỏng [50]

Chiều cao lớp gia tải (m)

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

Các hình từ 3.2 đến 3.9 trình bày kết quả độ lún cuối cùng của các vùng gia cố bằng cọc đá được tính toán theo phương pháp số đối với hai trường hợp đất yếu được mô phỏng theo mô hình Mohr-Coulomb và Soft Soil

-40- Hình 3.2 Kết quả lún vùng S7– đất yếu mô phỏng theo mô hình Mohr-Coulomb

Hình 3.3 Kết quả lún vùng S7– đất yếu mô phỏng theo mô hình Soft Soil

-41- Hình 3.4 Kết quả lún vùng S8– đất yếu mô phỏng theo mô hình Mohr-Coulomb

Hình 3.5 Kết quả lún vùng S8– đất yếu mô phỏng theo mô hình Soft Soil

-42- Hình 3.6 Kết quả lún vùng S9– đất yếu mô phỏng theo mô hình Mohr-Coulomb

Hình 3.7 Kết quả vùng S9– đất yếu mô phỏng theo mô hình Soft Soil

-43- Hình 3.8 Kết quả lún vùng S10– đất yếu mô phỏng theo mô hình Mohr-Coulomb

Hình 3.9 Kết quả lún vùng S10– đất yếu mô phỏng theo mô hình Soft Soil

3.1.2.3 Phương pháp phân tích Asaoka

Hình 3.10 mô tả phương pháp Asaoka Kết quả của phương pháp phân tích biểu đồ này cho phép dự đoán được lún cố kết tổng và tốc độ lún từ các số liệu đo lún thực tế trong suốt quá trình gia tải, được đưa ra bởi Asaoka (1978) Phương pháp Asaoka chỉ áp dụng cho trường hợp tải trọng không đổi nên độ lún của nền sẽ được quan trắc ngay sau khi hoàn thành gia tải [50] [54] Độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào khoảng thời gian Δt = ti-ti-1không đổi, khoảng thời gian càng Δt lớn thì độ chính xác càng cao Quy trình thực hiện theo phương pháp Asaoka như sau: a Quan trắc độ lún của nền đất yếu pi theo các khoảng thời gian Δt bằng nhau b Thiết lập đồ thị quan hệ đường cong lún biểu diễn các điểm pi tương ứng với thời gian ti như hình 3.10a c Xác định đường xu hướng của các điểm pi-pi-1, các điểm này nằm trên cùng một đường thẳng theo phương trình:

+ β0, β1 không phụ thuộc vào khoảng thời gian Δt

+ β0 là tung độ của đường thẳng

+ β1 là hệ số góc của đường thẳng d Một đường thẳng được vẽ qua các điểm trên và sẽ cắt với đường thẳng 45 0 xuất phát từ gốc tọa độ Điểm giao cắt đó cho giá trị độ lún cố kết tổng, p∞ như hình 3.10b e p∞= β0/(2- β1)

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn lún theo thời gian và dự đoán lún theo Asaoka [50] [54]

Kết quả quan trắc các vùng được đưa vào tính toán theo phương pháp Asaoka cho dự đoán độ lún cuối cùng tại các vùng S7, S8, S9, S10 lần lượt là 12.1, 8.65, 19.95, 7.6 mm được trình bày ở hình 3.11

Hình 3.11 Độ lún nền các vùng quan trắc S7, S8, S9, S10

3.1.2.4 So sánh độ lún của nền tính toán theo phương pháp số và phương pháp Asaoka Đồ thị hình 3.12 trình bày so sánh độ lún của nềnđất các vùng được tính toán theo phương pháp Asaoka và phương pháp số Đồ thị cho thấy sự khác nhau về độ lún của nền quan trắc thực tế ngoài hiện trường tính toán theo phương pháp Asaoka với nền gia cố bằng cọc đá mô phỏng, tính toán theo phương pháp số

Hình 3.12 Đồ thị so sánh độ lún của các vùng theo phương pháp Asaoka và phương pháp số

Vùng quan trắc ĐỘ LÚN TÍNH THEO PP ASAOKA

ASAOKA PLAXIS - SS PLAXIS - MC

Chênh lệch độ lún của nền đất gia cố bằng cọc đá từng vùng với đất yếu được mô phỏng theo mô hình Mohr Coulomb cao hơn so với đất yếu được mô phỏng theo mô hình Soft Soil từ 54.3% đến 55.2%

Độ chênh lệch lún giữa phương pháp tính toán Mohr – Coulomb và độ lún thực tế đo ngoài công trường theo phương pháp Asaoka khá lớn ở nền đất yếu gia cố bằng cọc đá Cụ thể, vùng S9 chênh lệch 33,6%, các vùng S7, S8, S10 chênh lệch từ 58,8% đến 64,9% Trong khi đó, phương pháp tính toán Soft Soil cho độ chênh lệch thấp hơn, cụ thể các vùng S7, S8, S10 chênh lệch từ 8,3% đến 22,8%, vùng S9 thì chênh lệch tới 32,5%.

Từ đồ thị hình 3.12 và kết quả tính toán cho thấy trường hợp đất yếu mô phỏng sử dụng mô hình Soft Soil cho kết quả lún gần với kết quả lún tính toán theo phương pháp Asaoka Trong khi đó độ lún của nền mà đất yếu sử dụng mô hình Morh-Coulomb cho kết quả khác biệt rất lớn với thực tế quan trắc Khi so sánh kết quả độ lún của nền theo mô phỏng số mà đất yếu sử dụng mô hình Soft Soil và kết quả độ lún theo phân tích Asaoka chênh lệch là nhỏ nhất với 8.3% đối với vùng S7 Kết quả này là đáng tin cậy nên NCS tiếp tục mô phỏng cọc được bọc vải ĐKT gia cố đất vùng S7 với cường độ kéo của vải từ 1000 đến 5000 kN/m để tính toán độ lún của nền Kết quả mô phỏng số cọc bọc vải ĐKT sử dụng gia cố nền đất yếu vùng S7 được thể hiện từ hình 3.13 đến hình 3.17

Hình 3.13 Kết quả lún nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT vùng S7 với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 3.14 Kết quả lún nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT vùng S7 với với cường độ chịu kéo của vải ĐKT 2000 kN/m

Hình 3.15 Kết quả lún nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT vùng S7 với cường độ chịu kéo của vải ĐKT 3000 kN/m

Hình 3.16 Kết quả lún nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT vùng S7 vớicường độ chịu kéo của vải ĐKT là 4000 kN/m

Hình 3.17 Kết quả lún nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT vùng S7 với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 5000 kN/m

-49- Đồ thị hình 3.18 trình bày độ lún của nền đất vùng S7 gia cố bằng cọc đá và cọc đá bọc vải ĐKT theo phương pháp số

Hình 3.18 Đồ thị lún của nền đất gia cố bằng cọc đá và cọc đá bọc vải ĐKT

Từ đồ thị và tính toán cụ thể cho thấy khi áp dụng cọc đá bọc vải ĐKT vào gia cố nền đất yếu thì kết quả độ lún có cải thiện Với mức tải trọng nhỏ hơn 100 kN/m 2 thì chênh lệch độ lún của nền gia cố bằng cọc đá và nền gia cố bằng cọc bọc vải ĐKT không đáng kể chỉ từ 0.2% đến 3.2% Với nền đất khu vực này cọc bọc vải ĐKT chỉ phát huy tác dụng ở mức tải trọng lớn hơn

So sánh kết quả ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật bằng phương pháp gi ải tích và phương pháp số

NCS sử dụng phương pháp giải tích và phương pháp sốdựa trên cơ sở lý thuyết đã trình bày ở chương 2 để tính toán và so sánh kết quả ứng xử biến dạng của nền đất và cọc hạt rời

NCS tiếp tục sử dụng các thông số đầu vào dựa trên điều kiện địa chất của công trình nhà máy Vifon II tại tỉnh Long An Cảhai phương pháp đều áp dụng mô hình lăng trụ Các thông số sử dụng trong mô phỏng và tính toán đối với cọc hạt rời bao gồm: Đường kính cọc dc = 0.65 m; cường độ chịu kéo của vải ĐKT từ 0 ÷ 5000 kN/m; theo kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 thì tải trọng dọc trục phải lớn hơn 200 kN/m 2 thì cọc hạt rời bọc vải ĐKT mới phát huy tác dụng, do đó NCS sử dụng cấp tải trọng dọc trục là 205 kN/m 2 tương tự như thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trường ; chiều dài cọc Lc = 3.5 m; khoảng cách cọc S được lấy bằng 2 lần đường kính cọc là 1.3 m, cọc được bố trí theo lưới ô vuông, với bán kính vùng ảnh hưởng re= 0.565S = 0.565 x 1.3 = 0.73 m

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Độ lú n củ a c ọc (mm)

Tải trọng nén (kN/m2) Độ lún cọc đá (FEM-SS) Độ lún cọc bọc J00 kN/m (FEM-SS) Độ lún cọc bọc JP00 kN/m (FEM-SS)

3.2.3.1 Ứng xử biến dạng của cọc hạt rời từ tính toán giải tích

Mô hình sử dụng trong tính toán giải tích được trình bày ở hình 2.5 chương 2 Trình tự tính toán độ lún, biến dạng ngang của cọc và lực kéo căng của vải ĐKT được trình bày như sau:

- Mô đun biến dạng của đất có xem xét đến ảnh hưởng của cọc là:

- Tỉ số diện tích thay thế:

- Hệ số áp lực đất đối với đất yếu và cọc được tính toán như sau:

- Ứng suất do tải trọng dọc trục là: Δσ z = 205 kN/m 2

- Ứng suất do trọng lượng lớp đất yếu gây ra tại điểm giữa của lớp đất dầy 3.5 m: σ’ z0,s = (γ s – γ w )z = (18.54 – 9.81) x 3.5

- Ứng suất gây ra bởi trọng lượng cọc ở giữa lớp đất yếu là: σ’ z0,c = (γ c – γ w )z = (20 – 9.81) x 3.5

- Áp lực ngang gây ra trong cọc là : σ r,c = (1 as Δσ z - 1-as as Δσ s ) K a,c + σ’ z0,c K a,c

- Áp lực ngang gây ra bởi đất yếu là :

- Số gia bán kính của cọc sau khi chịu tải trọng của lớp gia tải:

- Áp lực ngang gây ra bởi vải địa kỹ thuật là: σ r,g = J Δr c -(r g -r c ) r g 2 = 1000 x 0.011282-0.00007496Δσ s

- Chênh lệch áp lực ngang giữa cọc và đất yếu xung quanh là: Δσ r = σ r,c – σ r,s – σ r,g = 226.2947 – 0.868Δσ s - 0.577Δσ s - 8.815 - 106.8118 + 0.709Δσ s

- Dựa trên điều kiện cân bằng lún giữa cọc và đất: Δσ s

- Giải phương trình trên bằng phương pháp lặp sử dụng phần mềm excel, thu được kết quả: Δσ s = 101.5 kN/m 2 , Δr c = 3.843 mm và độ lún cuối cùng S = 81.3 mm

- Lực kéo của vải địa kỹ thuật:

Tính toán tương tự như ở trên, tác giả thu được giá trị độ lún của nền/cọc, biến dạng ngang và lực kéo của vải địa kỹ thuật khi giá trị cường độ kéo của vải ĐKT thay đổi giá trị từ 0 đến

Bảng 3.6 Kết quả tính toán biến dạng của cọc sử dụng phương pháp AM

Cường độ kéo v ải Đ KT kN/m 0 1000 2000 3000 4000 5000

L ực kéo căng củ a v ải ĐKT kN/m 0 11.825 20.297 26.673 31.646 35.637

3.2.3.2 Ứng xử biến dạng của cọc hạt rời mô phỏng và tính toán bằng phương pháp số

3.2.3.2.1 Mô phỏng mô hình cọc

Mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKTtrong nghiên cứu trình bày ở hình 3.31 Mô hình có trục đối xứng trùng với tâm của cọc, các vật liệu liên quan gồm: vật liệu cọc, đất yếu xung quanh cọc, vải bọc ĐKT và các điều kiện biên Mô hình được khống chế chuyển vị ngang Mũi cọc được đặt trên lớp đất tuyệt đối cứng và cọc được cố định theo phương đứng và theo phương ngang

Hình 3.31 Mô hình lưới phần tử cọc hạt rời bọc vải ĐKT mô phỏng trong Plaxis

Tải trọng dọc trục mô phỏng bằng tải trọng phân bố đều đặt trên đỉnh lăng trụ Trên đỉnh lăng trụ được mô phỏng một phần tử thép tấm để đảm bảo đất xung quanh và cọc có độ lún như nhau Bài toán được phân tích theo mô hình đối xứng trục với phần tử tam giác 15 nút được sử dụng để mô tả phần tử đất Vải ĐKT được xác định bằng phần tử 5 nút, trong phần mềm Plaxis được mô phỏng bởi phần tử geogridvới độ cứng dọc trục.Mô hình đối xứng trục được sử dụng trong phần mềm plaxis, cho phép tính toán ứng suất và biến dạng đối với vải ĐKT ở độ sâu bất kỳ, cũng như tính toán riêng độ lún của cọc và đất Đất yếu, vật liệu cọc được mô phỏng sử dụng bằng mô hình Mohr-Coulomb Vải ĐKT được mô phỏng là vật liệu đàn hồi Đất yếuđược

-63- mô phỏng theo mô hình Soft Soil trong điều kiện thoát nướcđể xét đến biến dạng lâu dài trong quá trình gia tải.

3.2.3.2.2 Thông số đầu vào Plaxis

Các thông số chỉ tiêu có lý cơ bản của đất yếu và vật liệu cọc trình bày trong bảng 3.7 là đầu vào Plaxis

Bảng 3.7 Thông số chỉ tiêu cơ lý của đất yếu và vật liệu cọc đầu vào Plaxis

Mô tả Đơn vị Đất yếu Cọc đá

Loại ứng xử - Drained Drained

Mô hình đất - Soft Soil Mohr-Coulomb

Dung trọng tự nhiên kN/m 3 18.54 20

Dung trọng bão hòa kN/m 3 18.97 20

Mô đun biến dạng E kN/m 2 2400 48000

Mô đun biến dạng E oed kN/m 2 3852 64,620

3.2.3.2.3 Kết quả tính toán bằng phương pháp số Đánh giá ảnh hưởng của vải ĐKT đến độ lúncủa nền đất từ hình 3.32 đến 3.37 kết quả tính toán từ phần mềm Plaxis cho thấy khi không có vải thì độ lún đạt giá trị lớn nhất uy = 57.62 mm, khi bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải là 1000 kN/m thì độ lún uy = 49.62 (mm), khi bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải là 2000 kN/m thì độ lún uy = 44.82 (mm), khi bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải là 3000 kN/m thì độ lún uy = 42.11 (mm), khi bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải là 4000 kN/m thì độ lún uy = 40.42 (mm), khi bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải là 5000 kN/m thì độ lún có giá trị là nhỏ nhất uy = 40.04 (mm) Kết quả cho thấy độ lún của nền đất yếu giảmđiđáng kể do tác dụng hỗ trợ của vải bọc ĐKT Hình 3.38 và hình 3.39 thể hiện sự phân bố biến dạng ngang của cọc hạt rời theo chiều dài cọc Đồ thị cho thấy với cọc được bọc bằng vải ĐKT có cường độ chịu kéo cao thì biến

-64- dạng ngang của cọc sẽ càng nhỏ và ngược lại Biến dạng ngang có xu hướng giảm dần theo chiều dài cọclà do ứng suất dọc trục giảm dần theo độ sâu chôn cọc

Hình 3.32 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường

Hình 3.33 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 3.34 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 2000 kN/m

Hình 3.35 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 3000 kN/m

Hình 3.36 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 4000 kN/m

Hình 3.37 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 5000 kN/m

Hình 3.38 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT theo chiều dài cọc

J = 0 kN/m J00 kN/m J 00 kN/m J000 kN/m J@00 kN/m JP00 kN/m

Hình 3.39 biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT từ kết quả Plaxis

Hình 3.40 trình bày lực kéo gây ra trong vải ĐKT do chịu tác động của tải trọng dọc trục và hình 3.41 trình bày lực kéo gây ra trong vải ĐKT theo kết quả tính toán từ phần mềm Plaxis

Biến dạng ngang của cọc (mm)

-68- với giá trị cường độ chịu kéo của vải ĐKT khác nhau từ 1000 đến 5000 kN/m Tương tự như biến dạng ngang, lực kéo gây ra trong vải ĐKT tương ứng cũng phân bố dọc theo chiều dài cọc và giảm dần theo độ sâu Đồ thị cho thấy giá trị lực kéo sinh ra trong vải ĐKT tỉ lệ thuận với giá trị của cường độ chịu kéo và tỉ lệ nghịch với biến dạng ngang và độ lún

Hình 3.40 Lực kéo gây ra trong vải ĐKT phân bổ theo chiều dài cọc

J00 kN/m J 00 kN/m J000 kN/m J@00 kN/m JP00 kN/m

Hình 3.41 Lực kéogây ra trong vải ĐKT từ kết quả Plaxis

Lực kéo vải ĐKT (kN/m)

J = 0 kN/m J = 1000 kN/m J = 2000 kN/m J = 3000 kN/m J = 4000 kN/m J = 5000 kN/m

Hình 3.42 Mật độ điểm dẻo của cọc tương ứng với cường độ chịu kéo của vải ĐKT từ 0 ÷

Hình 3.42 trình bày hình ảnh các điểm dẻo tương ứng với cường độ chịu kéo của vải ĐKT từ 0 đến 5000 kN/m từ kết quả tính toán bằng phần mềm Plaxis Có thể thấy mật độ các điểm dẻo giảm đi khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên

3.2.3.3 So sánh độ lún của nền và ứng xử biến dạng của cọc bọc vải ĐKT từ kết quả tính bằng phương pháp giải tích và phương pháp số

Kết quả trên đồ thị hình 3.43 cho thấy độ lún tính toán bằng phương pháp số đều nhỏ hơn so với tính toán bằng phương pháp giải tích

Bảng 3.8 Kết quả độ lún và chênh lệch lún giữa AM và FEM

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m) 0 1000 2000 3000 4000 5000

Ghi chú: Lún AM = S 1 ; Lún FEM = S 2

Kết quả tính toán trình bày ở bảng 3.8 cho thấy chênh lệch kết quả lún giữa tính toán bằng phương pháp giải tích cao hơn so với tính toán bằng phương pháp số từ 40.7% giảm xuống

18.9% tương ứng với cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên từ 0 đến 5000 kN/m Kết quả cũng cho thấy độ lún của cả hai phương pháp có xu hướng giảm đi khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên.

Hình 3.43 So sánh độ lún lớn nhất giữa phương pháp AM và FEM 3.2.3.3.2 So sánh biến dạng ngangcủa cọc

Hình 3.44 thể hiện sự khác biệt về biến dạng ngang lớn nhất tính toán bằng phương pháp số và phương pháp giải tích Cũng tương đồng với độ lún, biến dạng ngang của cọc tính toán theo phương pháp số thấp hơn so với tính toán biến dạng ngang tính toán bằng phương pháp giải tích Biến dạng ngang có cùng xu hướng giảm với độ lún khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên đối với cả hai phương pháp tính toán

Hình 3.44 Đồ thị so sánh biến dạng ngang lớn nhất giữa AM và FEM

Hình 3.45 trình bày so sánh sự thay đổi biến dạng ngang theo chiều dài cọc giữa phương pháp số và phương pháp giải tích Kết quả biến dạng ngang của cọc giữa hai phương pháp khá

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

Bi ến d ạn g nga ng lớ n nh ất (m m )

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

K ế t lu ậ n

Thông qua các kết quả thực hiện các nội dung nghiên cứu, tính toán NCS có thể rút ra các kết luận như sau:

Sử dụng mô hình lăng trụ để mô phỏng bài toán thực tế với mô hình đất lựa chọn là Soft Soil thì kết quả tính toán từ mô hình mô phỏng gần giống với điều kiện làm việc thực tế của đất nền và cọc ngoài thực địa Do đó, đối với nền đất khu vực nghiên cứu, đất yếu sử dụng mô hình Soft Soil là phù hợp hơn so với mô hình Mohr-Coulomb Ngoài ra, nghiên cứu đã chứng minh ưu điểm vượt trội của cọc hạt rời bọc vải ĐKT so với cọc hạt rời thông thường trong cải tạo nền đất yếu cụ thể là:

Trong quá trình gia cố nền đất yếu bằng tải trọng, cọc đá bọc vải ĐKT cho thấy hiệu quả giảm lún so với cọc đá không bọc tới 24,2% ở tải trọng 200 kN/m2 và cường độ chịu kéo vải ĐKT là 5000 kN/m.

- Đối với thí nghiệm nén tĩnh, cọc đá bọc vải ĐKT gia cố nền đất yếu thấp hơn về độ lún so với cọc đá thông thường lên đến 50.9% với tải trọng dọc trục ở mức 600 kN/m 2 và cường độ chịu kéo của vải ĐKT bằng 5000 kN/m Độ lún của nền đất và biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính theo phương pháp số luôn thấp hơn so với phương pháp giải tích cụ thể là độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính toán theo phương pháp số thấp hơn sovới tính toán theo phương pháp giải tích từ 18.9% đến 40.7%, cường độ chịu kéocủa vải ĐKT càng lớn thì chênh lệch giữa hai phương pháp sẽ giảm xuống. Áp dụng mô hình lăng trụ để mô phỏng bài toán xử lý nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT là đơn giản, tiết kiệm thời xây dựng mô hình và thời gian tính toán, độ chính xác gần giống với kết quả thí nghiệm hiện trường, có thể tính toán trực tiếp ứng xử của đất nền, cọc cũng như vải ĐKT bằng phương pháp giải tích với công cụ tính toán đơn giản như phần mềm Excel

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ ĐẾ N Ứ NG X Ử BI Ế N D Ạ NG C Ủ A C Ọ C H Ạ T R Ờ I B Ọ C V ẢI ĐỊ A K Ỹ THU Ậ T

N ộ i dung nghiên c ứ u

NCS thực hiện mô phỏng mô hình bằng phần mềm Plaxis để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT như: đường kính cọc, khoảng cách cọc, bề dày lớp đất yếu, thông số vật liệu cọc Các thông số đầu vào dựa trên đặc điểm và điều kiện địa chất của công trình nhà máy VIFON II tại tỉnh Long An NCS sử dụng mô hình lăng trụ để mô phỏng cọc và đất trong điều kiện thoát nước để đánh giá độ lún cuối cùng.

Đặc điể m khu v ự c nghiên c ứ u

Tổng diện tích mặt bằng dự án xây dựng nhà máy Vifon II là khoảng 64.000 m 2 , gồm có 6 phân xưởng: xưởng mì, xưởng gạo, xưởng sa tế, xưởng bột canh, xưởng nước tương, xưởng thịt hầm Trong luận án này NCS nghiên cứu khu vực hai phân xưởng chính là phân xưởng bột mì và phân xưởng gạo diện tích xây dựng lên đến 33000 m 2 Tổng mặt bằng bố trí nhà máy được thể hiện trên hình 4.1 [39]

Hình 4.1 Mặt bằng bố trí tổng thể nhà máy Vifon II [39]

Điề u ki ện đị a ch ấ t

Dựa theo kết quả Báo cáo khảo sát địa chất, nền đất trong khu vực công trình đến độ sâu 35 m bao gồm các lớp đất sau [50]:

Lớp 1: Sét xám trắng – nâu đỏ, vàng dẻo mềm

Lớp 2: Sét xám trắng, dẻo cứng

Lớp 3: Sét pha xám trắng, dẻo cứng

Lớp 4: Cát pha nâu trạng thái dẻo.

Mực nước ngầm bằng cao trình mặt đất tự nhiên

Các lớp đất được mô tả chi tiết trong hình 4.2 và thông số địa chất được trình bày tại bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPT được thể hiện trong hình 4.3, giúp cung cấp thông tin về đặc tính cơ học của đất.

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của các lớp đất [39] [50]

Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4

Bề dày các lớp đất H m 3.5 3.6 5.8 > 25

Dung trọng tự nhiên γw kN/m 3 18.54 19.75 20.3 19.4 Dung trọng bão hòa γsat kN/m 3 18.97 20.5 24.8 20.4

Góc ma sát trong φ độ 25 o 20 o 25’ 24 o 39’ 22 o 12’

Chỉ số nén Cc - 0.249 0.161 0.167 0.078 Áp lực tiền cố kết σ’c kN/m 2 117 224 258 248

Hệ số cố kết đứng cv cm 2 /s 0.734 x10 -3 0.348 x10 -3 0.603 x10 -3 2.7 x10 -3

Mô đun biến dạng E kN/m 2 2400 12500 14400 -

Hệ số thấm ngang kh m/ngày 3 x10 -4 6 x10 -5 1.2 x10 -4 -

Hệ số thấm đứng kv m/ngày 1 x10 -4 3 x10 -5 4 x10 -5 -

-77- Hình 4.2 Hình trụ hố khoan [50]

Dự án: Nhà máy VIFON II Địa chỉ: Long An, Việt nam

Hố khoan: HK5 Độ sâu hố khoan: 35 m

Sét vàng- xám trắng, dẻo cứng

Sét vàng - xám trắng, dẻo mềm

Cát pha sét - xám trắng- vàng, dẻo cứng

Sét pha cát, nâu vàng, dẻo

Sét hữu cơ Sét Cát pha sét Sét pha Cát

-78- Hình 4.3 Biểu đồ thí nghiệm xuyên tĩnh CPT [50]

Biểu đồ thí nghiệm CPT -03 và SPT

R f Trung bình Min, Max Rf q c Trung bình Min, Max q c

Mô phỏng mô hình

Mô hình được xây dựng đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKT được trình bày ở hình 4.4 Mô hình có trục đối xứng trùng với tâm của cọc, các vật liệu liên quan gồm: vật liệu cọc, đất yếu xung quanh cọc, vải bọc ĐKT và các điều kiện biên Mô hình được khống chế chuyển vị ngang Mũi cọc được đặt trên lớp đất tuyệt đối cứng và cọc được cố định theo phương đứng và theo phương ngang Lớp đất gia tải được mô phỏng bằng tải trọng phân bố đều đặt trên đỉnh lăng trụ Trên đỉnh lăng trụ được mô phỏng một phần tử thép tấmvô cùng cứngđể đảm bảo đất xung quanh và cọc có độ lún như nhau Thông số đầu vào của tấm thép như sau: cường độ kháng nén EA 99 x 10 9 (kN/m), cường độ kháng nén kháng uốnEI = 99 x 10 6 (kN.m 2 /m) và có bề dày là 0.11 (m) Bài toán được phân tích theo mô hình đối xứng trục với phần tử tam giác 15 nút được sử dụng để mô tả phần tử đất Vải ĐKT trong phần mềm Plaxis được mô phỏng bởi phần tử geogrid với độ cứng dọc trục Đất yếu được mô phỏng theo mô hình Soft Soil và cọc được mô phỏng theo mô hình Mohr-Coulomb

Hình 4.4 Mô hình mô phỏng lưới phần tử cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong Plaxis

Mô hình đối xứng trục được sử dụng trong phần mềm Plaxis, cho phép tính toán ứng suất và biến dạng đối với vải ĐKT ở độ sâu bất kỳ, cũng như tính toán riêng độ lún của cọc và đất Mô

-80- hình được mô phỏng trong điều kiện thoát nước để đảm bảo không có áp lực nước lỗ rỗng được tạo ra trong quá trình gia tải.

Ngoài ra, kết quả nghiên cứu ở Chương 3 cho thấy rằng tải trọng tác dụng lên nền đất khu vực này khi áp dụng gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT phải lớn hơn 200 kN/m 2 thì mới phát huy được hiệu quả rõ rệt khi so sánh với cọc hạt rời thông thường Do đó NCS đã lựa chọn 205 kN/m 2 là cấp tải được lựa chọn theo thí nghiệm nén tĩnh để mô phỏng tải trọng trong mô hình Chiều dài cọc được lấy bằng độ dày nền đất yếu cần cải tạo là 3.5 m với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm tính nén lún của nền, đường kính 0.65 m được lấy theo lựa chọn trong hồ sơ thiết kế và khả năng của thiết bị thi công

Các thông số đầu vào Plaxis được trình bày trong bảng 4.2

Bảng 4.2 Thông số đầu vào Plaxis

Mô tả Đơn vị Đất yếu Cọc đá Vải ĐKT

Loại ứng xử - Drained Drained Elastic

Mô hình đất - Soft Soil Mohr-Coulomb Geogrid

Dung trọng tự nhiên kN/m 3 18.54 20 -

Dung trọng bão hòa kN/m 3 18.97 20 -

Mô đun biến dạng E kN/m 2 2400 48,000 -

Mô đun biến dạng E oed kN/m 2 3852 64,620 -

Hệ số thấm ngang m/day 3 x10 -4 - -

Hệ số thấm đứng m/day 1 x10 -4 - -

Cường độ chịu kéo vải ĐKT kN/m - - 0-5000

K ế t qu ả nghiên c ứ u

4.5.1 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai cọc Để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách bố trí cọc đến độ lún của nền đất được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT và biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT NCS đã lựa chọn đường kính cọc là 0.65 m, đây là đường kính thực tế đã được sử dụng để thiết kế cọc hạt rời gia cố nền đất yếu nhà máy Vifon II Khoảng cách cọc (S) được khuyến cáo lựa chọn lớn hơn 2 lần đường kính để hạn chế sự xáo trộn của đất xung quanh cọc, do đó NCS đã lựa chọn khoảng cách bố trí cọc thay đổi lần lượt từ 2, 3, 4, 5 lần đường kính cọcđể khảo sát ứng xử của cọc đối với các loại khoảng cách này Tương ứng với khoảng cách thay đổi, bán kính lăng trụ được tính thông qua công thức re=0.565xS Các cọc được bố trí dạng lưới ô vuông, các thông số sử dụng trong tính toán và mô phỏng mô hình đối với lăng trụ và cọc hạt rời bọc vải ĐKT được trình bày cụ thể trong bảng 4.3

Bảng 4.3 Các thông số dùng trong mô phỏng kích thước hình học lăng trụ Đường kính cọc (m)

Tải trọng dọc trục (kN/m 2 )

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

Bán kính lăng trụ re

0.73; 1.1; 1.46; 1.83 Đồ thị trên hình 4.5 trình bày mối quan hệ giữa độ lún của nền đất được gia cố bằng cọc hạt rời và cường độ chịu kéo của vải ĐKT tương ứng với cọc có khoảng cách khác nhau Đồ thị cho thấy độ lún của nền đất tăng lên với cọc có khoảng cách lớn và ngược lại Độ lún của nền đất có xu hướng giảm đi khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên

Chênh lệch độ lún giữa nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường với nền đất gia cố bằng cọc bọc vải ĐKT có cùng khoảng cách nhưng cường độ chịu kéo của vải ĐKT thay đổi lần lượt từ 1000 kN/m đến 5000 kN/m được trình bày ở bảng 4.4 Độ lún giữa nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường so với nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT cao hơn từ 1.2% đến 31% tùy theo cường độ kéo của vải ĐKT và khoảng cách cọc Kết quả cũng cho thấy chênh lệch lún giữa nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường và nền đất gia cố bằng cọc bọc vải ĐKT giảm dần khi khoảng cách cọc tăng lên. Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với các khoảngcách khác nhau theo kết quả tính toán từ phần mềm Plaxis được

-82- trình bày từ hình 4.6 đến hình 4.9 Đồ thị trên hình 4.10 trình bày mối quan hệ giữa biến dạng ngang lớn nhất đối với từng cọc có khoảng cách khác nhau Đồ thị cho thấy biến dạng ngang lớn nhất của cọc và khoảng cách giữa hai cọc có cùng xu hướng tương tự độ lún Đó là biến dạng ngang sẽ tăng lên khi khoảng cách giữa hai cọc tăng và ngược lại biến dạng ngang sẽ giảm xuống khi khoảng cách giữa hai cọc giảm Kết quả cũng cho thấy biến dạng ngang sẽ giảm xuống khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên

Hình 4.5 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời có khoảng cách khác nhau

Bảng 4.4 Chênh lệch độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT có cùng khoảng cách

Chênh lệch lún (%) Khoảng cách S 0 /S 1000 S 0 /S 2000 S 0 /S 3000 S 0 /S 4000 S 0 /S 5000

Ghi chú: S 0 ; S 1000 ; S 2000 ; S 3000 ; S 4000 ; S 5000 – độ lún của nền gia cố bằng cọc bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải ĐKT lần lượt là 0, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 kN/m

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

Hình 4.6 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S = 1.3 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.7 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S = 1.95 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.8 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S = 2.6 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.9 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S =3.25 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.10 Biến dạng ngang lớn nhất của cọc hạt rời có khoảng cách khác nhau

Hình 4.11 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT, cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với khoảng cách cọc khác nhau

Bi ến dạ ng ng ang lớ n nhấ t ( m m )

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

Biến dạng ngang dọc trục của cọc (mm) S=1.3m S=1.95m S=2.6m S=3.25m

Hình 4.12 Biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT có khoảng cách khác nhau với cường độ chịu kéo vải ĐKT là1000 kN/m theo kết quả từ Plaxis Đồ thị hình 4.11 trình bày biến dạng ngang theo chiều dài của cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với khoảng cách thay đổi Tương tự như vậy, hình 4.12 trình bày kết quả biến dạng ngang theo kết quả tính toán từ Plaxis Đồ thị cho thấy ứng suất dọc trục giảm dần theo chiều dài của cọc nên biến dạng ngang của cọc cũng thay đổi và giảm dần tương ứng với ứng suất theo chiều dài cọc Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất tính từ đỉnh cọc với khoảng cách thay đổi được thể hiện trên hình 4.13 Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất nằm trong khoảng 0.47dc < H < 1.5dc Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất ứng với cọc có S =1.3 m sẽ là nhỏ nhất và độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất sẽ tăng tương ứng khi khoảng cách tăng lên Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất của cọc với S=1.95; 2.6; 3.25 m không chênh lệch nhiều

Hình 4.13 Độ cao biến dạng ngang lớn nhất của cọc hạt rời có khoảng cách khác nhau

0 1000 2000 3000 4000 5000 Độ ca o bi ến d ạn g nga ng lớ n nh ất (m )

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

Bảng 4.5 Kết quả tính toán và chênh lệch tỉ số diện tích thay thế

Tỉ số diện tích thay thế a s 0.196 0.087 0.049 0.031

Ghi chú: a 1.3 ; a 1.95 ; a 2.6 ; a 3.25 là tỉ số diện tích thay thế của cọc có khoảng cách lần lượt là 1.3; 1.95; 2.6; 3.25 m

Kết quả nghiên cứu của NCS về tỉ số diện tích thay thế ở bảng 4.5 cũng phù hợp với các nghiên cứu của các tác giả Rao, L.; Madhira vào năm 2010, Ling Zhang và Minghua Zhao vào năm 2015 khi nghiên cứu khoảng cách giữa hai cọc gấp 2 đến 4 lần đường kính cọc Các tác giả cũng cho rằng khi khoảng cách giữa cọc tăng lên sẽ dẫn đến độ lún đầu cọc và biến dạng ngang của cọc sẽ tăng lên và ngược lại khi khoảng cách giữa cọc giảm đi thì độ lún đầu cọc và biến dạng ngang giảm đi Khoảng cách cọc sẽ có ảnh hưởng nhỏ tới biến dạng ngang lớn nhất khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT lớn [15] [52] Ngoài ra, theo tác giả Rao, L; Madhira công bố nghiên cứu năm 2010thì nếu khoảng cách nhỏ hơn 2 lần đường kính cọc sẽ không khả thi theo quan điểm thi công và kinh tế, các tác giả kể trên cũng đã đề xuất thực hiện thí nghiệm để tìm ra khoảng cách hữu hiệu nhất cũng như thực hiện thí nghiệm kiểm tra sức chịu tải của cọc để tối ưu hiệu quả kinh tế của dự án [52] Theo nghiên cứu của Jie-Han thì tỉ số diện tích thay thế hợp lý trong khoảng từ 10%-20%, nếu tỉ số nhỏ hơn 10% thì có thể không đảm bảo khả năng gia cố nền, tỉ số lớn hơn 20% thì không hiệu quả về mặt kinh tế [2]

4.5.2 Ảnh hưởng của đường kính cọc Để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước đường kính cọc đến độ lún của nền và biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT, NCS đã lựa chọn đường kính cọc lần lượt là 0.65; 0.8; 1.0; 1.2 m Kích thước đường kính cọc bằng 0.65 m đã được sử dụng thiết kế và thi công cọc hạt rời thông thường trong thực tế gia cố nền đất yếu nhà máy Vifon II Các đường kính còn lại được lựa chọn phù hợp với thiết bị và trong thực hành thiết kế và thi côngthực tế Các cọc được bố trí dạng lưới ô vuông, khoảng cách bố trí cọc S được lựa chọn bằng 3.25 m để đảm bảo khi đường kính cọc tăng lên sẽ không ảnh hưởng đến sự xáo trộn đất xung quanh vùng ảnh hưởng của lăng trụ Các thông số sử dụng trong tính toán và mô phỏng mô hình đối với lăng trụ và cọc hạt rời bọc vải ĐKT được trình bày trong bảng 4.6

Bốn mô hình lăng trụ được mô phỏng đối xứng trục bao gồm cọc với bán kính lần lượt là 0.325; 0.4; 0.5 và 0.6 m và đất yếu xung quanh tương ứng với bán kính lăng trụ là re= 1.83 m Chiều cao lăng trụ bằng 3.5 m tương ứng với chiều dài của cọc.

Bảng 4.6 Các thông số dùng trong mô phỏng kích thước hình học lăng trụ Đường kính cọc (m)

Tải trọng dọc trục (kN/m 2 )

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m)

Kết quả độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với các đường kính cọc khác nhau được thể hiện từ hình 4.14 đến hình 4.17 Khi đường kính cọc d = 0.65 (m) thì độ lún của nền đất bằng 122.3 (mm); khi đường kính cọc d = 0.8 (m) thì độ lún của nền đất bằng 113.1 (mm); khi đường kính cọc d = 1.0 (m) thì độ lún của nền đất bằng 100.7 (mm); khi đường kính cọc d = 1.2 (m) thì độ lún của nền đất bằng 86.52 (mm)

Hình 4.14 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính d = 0.65 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.15 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính d = 0.8 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.16 Độ lún của nền gia cố bằng cọc bọc vải ĐKT với đường kính là 1.0 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.17 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính là 1.2 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m

Hình 4.18 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời có đường kính khác nhau

Cường độ chịu kéo của vải ĐKT (kN/m) d=0.65m d=0.8m d=1.0m d=1.2m

-91- Đồ thịtrình bày ở hình 4.18 cho thấy độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời cóđường kính bằng 0.65m là lớn nhất và độ lún sẽ giảm khi đường kính cọc gia cố tăng lên Độ lún của nền đất với mỗi loại cọc đường kính cọc gia cố sẽ giảm đi khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời thông thường cao hơn so với độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT từ 1.2% đến 23.1% tùy thuộc vào đường kính và cường độ chịu kéo của vải ĐKT Kết quả tính toán trình bày trong bảng 4.7, cho thấy chênh lệch độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời thông thường và nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với các loại đường kính khác nhau nhưng có cùng cường độ kéo là không lớn trong phạm vi nghiên cứu.

Bảng 4.7 Chênh lệch độ lún giữa nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT có cùng đường kính

Chênh lệch lún (%) Đường kính

Ghi chú: S 0 ; S 1000 ; S 2000 ; S 3000 ; S 4000 ; S 5000 – độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời có cường độ chịu kéo vải ĐKT lần lượt là 0, 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 kN/m Đồ thị trên hình 4.19 trình bày mối quan hệ giữa biến dạng ngang lớn nhất tương ứng với từng cọc có đường kính thay đổi Đồ thị cho thấy biến dạng ngang lớn nhất của cọc và đường kính cọc có cùng xu hướng Biến dạng ngang tăng khi đường kính của cọc tăng là do ứng suất được huy động ở phần đỉnh cọc gây lên, đây cũng là nguyên nhân dẫn đến độ lún dọc trục lớn ở vùng đầu cọc Kết quả cũng cho thấy biến dạng ngang sẽ giảm xuống khi cường độ chịu kéo của vải ĐKT tăng lên

Biến dạng ngang theo chiều dài của cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m và đường kính cọc thay đổi được trình bày trên hình 4.20; Hình 4.21 trình bày kết quả hình dạng biến dạng ngang của từng cọc bọc vải ĐKT với đường kính thay đổi theo kết quả tính toán từ Plaxis

Hình 4.19 Biến dạng ngang lớn nhất của cọc có đường kính khác nhau

Hình 4.20 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với các đường kính khác nhau

Bi ến dạ ng ng ang lớ n nhấ t ( m m )

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m) d=0.65m d=0.8m d=1.0m d=1.2m

Biến dạng ngang dọc trục của cọc (mm) d=0.65m d=0.8m d=1.0m d=1.2m

Hình 4.21 Biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính khác nhau và có cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m theo kết quả tính toán từ Plaxis Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất của cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính cọc thay đổi được trình bày ở hình 4.22 Có thể thấy độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất nằm trong khoảng từ 0.8dc < H < 1.5dc đường kính cọc Độ sâu của biến dạng ngang sẽ là nhỏ nhất ứng với cọc có đường kính dc = 1.2 m và tăng lên tương ứng với đường kính lần lượt là dc = 1.0; 0.8 và 0.65 m

Hình 4.22 Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất với cọc có đường kính khác nhau

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỉ số diện tích thay thế có ảnh hưởng đáng kể đến độ lún của cọc và nền đất Bảng 4.8trình bày kết quả tính toán tỉ số diện tích thay thế với các loại đường

0 1000 2000 3000 4000 5000 Độ ca o bi ến d ạn g nga ng lớ n nh ất (m )

Cường độ chịu kéo vải ĐKT (kN/m) d=0.65m d=0.8m d=1.0m d=1.2m

-94- kính cho thấy khi đường kính cọc tăng lên thì tỉ số diện tích thay thế (a s ) sẽ tăng lên từ 0.031 đến 0.107 tức là tăng từ 34% đến 71% làm cho lún của cọc nền đất được gia cố gia cố giảm đáng kể Các kết quả này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu bằng phương pháp giải tích của tác giả Pulko và cộng sự vào năm 2011, Ling Zhang và Minghua Zhao vào năm 2015, tác giả Yogendra K Tandel và cộng sự vào năm 2014 Các tác giả kết luận rằng tăng đường kính cọc hoặc giảm khoảng cách giữa hai cọc sẽ làm tăng tỉ số diện tích thay thế dẫn đến độ lún của nền gia cố sẽ giảm đi [10] [13] [15]

Bảng 4.8 Kết quả tính toán tỉ số diện tích thay thế với đường kính khác nhau Đường kính cọc d c (m) 0.65 0.8 1.0 1.2

Tỉ số diện tích thay thế a s 0.031 0.048 0.074 0.107

Ghi chú: a 0.65 ; a 0.8 ; a 1.0 ; a 1.2 là tỉ số diện tích thay thế của cọc có đường kính d= 0.65; 0.8; 1.0; 1.2 m

K ế t lu ậ n

NCS đã thực hiện nghiên cứu khảo sát ứng xử biến dạng của cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT bằng phương pháp số Các thông số đường kính cọc, khoảng cách cọc, bề dày lớp đất yếu, thông số vật liệu cọc, tải trọng dọc trục, cường độ chịu kéo của vải ĐKT với điều kiện địa chất thực tế đã được đưa vào tính toán Kết quả thu được trong phạm vi nghiên cứu được kết luận như sau:

- Với đường kính cọc 0.65 m, chiều dài cọc 3.5 m, khoảng cách cọc 1.3 m, tải trọng dọc trục ≥ 205 kN/m 2 , cường độ chịu kéo của vải ĐKT 5000 kN/m, thì độ lún của nền được gia cố bằng cọc hạt rời thông thường cao hơn đến 31% đến 40.3% so với độ lún của nền được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT tương ứng với loại vật liệu cọc có mô đun biến dạng lần lượt là 48000 kN/m 2 và 120000 kN/m 2

- Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất của cọc nằm trong khoảng từ (0.47 ÷ 1.92)*dc Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đó như tác giả Lee và cộng sự (2007) khi thực hiện thí nghiệm mô hình và quan sát thấy rằng biến dạng ngang lớn nhất ở độ sâu bằng từ 1-2.5 lần đường kính cọc [17]; Khabbazian và cộng sự (2009) đã báo cáo rằng biến dạng ngang xuất hiện từ đầu cọc đến tới độ sâu tương đương 3 lần đường kính cọc [18]; Tác giả Ling Zhang và Minghua Zhao (2015) cho rằng biến dạng ngang lớn nhất ở phần đầu cọc và giảm dần ở độ sâu tương ứng với 3 lần đường kính cọc [15]

- Tỉ số diện tích thay thế của cọc và đất xung quanh ảnh hưởng đến diện tích chịu tải trọng Độ lún sẽ tăng hoặc giảm khi tỉ số diện tích thay thế tăng hoặc giảm và tỉ số này trong khoảng từ 10% đến 20% là hợp lý.

- Nghiên cứu đã cho thấy ảnh hưởng và tầm quan trọng của cường độ chịu kéo vải ĐKT đến việc giảm đáng kể độ lún, tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu cọc bọc vải ĐKT chỉ phát huy tác dụng khi tải trọng lớn hơn 200 kN/m 2

Quá trình thực hiện tính toán tiếp tục chothấy tính hiệu quả của việc áp dụng mô hình lăng trụ đó là mô hình mô phỏng đơn giản, không mất nhiều thời gian tính toán trong khi vẫn cho phép thay đổi nhiềuthông số thiết kế để đánh giá ứng xử của đất nền và cọc bọc vải ĐKT.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

K ế t lu ậ n

Thông qua các nội dung nghiên cứu đã giải quyết được các luận điểm của luận án cụ thể là:

Luận điểm 1: Kết quả đã chứng minh cho thấy rõ ưu điểm vượt trội của cọc hạt rời bọc vải ĐKT so với cọc hạt rời thông thường trong việc giảm biến dạng và ổn định biến dạng ngang, nâng cao sức chịu tải, giảm độ lún, đối với nền đất yếu được cải tạo Với nền đất yếu khu vực nghiên cứu cho kết quả như sau: a) Đất yếu sử dụng mô hình Soft Soil là phù hợp hơn so với mô hình Mohr-Coulomb, vì kết quả tính toán gần với kết quả quan trắc và thí nghiệm hiện trường b) Có sự khác biệt về kết quả tính toán giữa phương pháp giải tích và phương pháp số Trong đó độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính toán theo phương pháp số thấp hơn so với tính toán theo phương pháp giải tích từ 18.9% đến 40.7%, cường độ chịu kéo của vải ĐKT càng lớn thì chênh lệch giữa hai phương pháp sẽ giảm xuống c) Ảnh hưởng của các thông số thiết kế:

- Với đường kính cọc là 0.65 m, chiều dài cọc là 3.5 m, khoảng cách cọc là 1.3 m, tải trọng dọc trục ≥ 205 kN/m 2 , cường độ chịu kéo của vải ĐKT 5000 kN/m, thì độ lún của nền được gia cố bằng cọc hạt rời thông thường cao hơn đến 31% đến 40.3% so với độ lún của nền được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT tương ứng với mô đun biến dạng của vật liệu cọc lần lượt là 48000 kN/m 2 và 120000 kN/m 2

- Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất của cọc nằm trong khoảng từ (0.47 ÷ 1.92)dc

- Tỉ số diện tích thay thế của cọc và đất xung quanh ảnh hưởngđến độ lún và trong khoảng từ 10% đến 20% là hợp lý.

- Trong phạm vi nghiên cứu cọc hạt rời bọc vải ĐKT chỉ phát huy tác dụng khi tải trọng lớn hơn 200 kN/m 2

Luận điểm 2: Kết quả tính toán khẳng định tính hiệu quả của việc áp dụng mô hình lăng trụ để mô phỏng bài toán xử lý nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT là tiết kiệm thời gian tính toán, chạy mô hình, độ chính xác gần đạt tương đương với kết quả thí nghiệm hiện trường, có thể tính kết quả bằng phương pháp giải tích với công cụ tính toán đơn giản

Kiến nghị

Để làm rõ hơn cơ sở lý thuyết, cũng như các ưu điểm và hạn chế của phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT, cần tiếp tục nghiên cứu các vấn đề sau đây:

- Nghiên cứu, đánh giá và so sánh ứngxử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT khi áp dụng với các mô hình đất khác nhau.

- Nghiên cứu, so sánh và đánh giá ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong điều kiện thoát nước và không thoát nước.

Nghiên cứu này mở rộng tìm hiểu về sự biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT với các loại vật liệu khác nhau và các tính chất cơ lý khác nhau Qua đó, giúp đánh giá toàn diện hơn về hiệu suất của loại cọc này trong các điều kiện nền đất khác nhau.

Nghiên cứu tiến hành ứng dụng mô hình hóa 3D nhằm đánh giá ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật (ĐKT) Kết quả mô hình được so sánh với dữ liệu thí nghiệm trong phòng và tại hiện trường, cho thấy mô hình có độ tin cậy cao trong việc dự đoán ứng xử của cọc hạt rời bọc vải ĐKT.

Kết quả nghiên cứu trong luận án có thể được sử dụng để phục vụ công tác giảng dạy trong trường Đại học, cũng như áp dụng vào thực tế cải tạo nền đất yếu tại Việt nam trong thời gian tới

DANH M ỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG B Ố

1 Pham Tien Bach, Vo Dai Nhat, Le Quan, "Geosynthetic Encased Column – An Alternative of Techinical Solution in Soft Soil Improvement for Construction Works in Vietnam," Modern Enviromental Science and Engineering, vol 5, no 10, pp 933-939, Octorber 2019

1 Le Quan, Vo Dai Nhat, Nguyen Viet Ky, Pham Tien Bach, "Comparision of settlement between granular columns with and without geosynthetic encasement," Sci Tech Dev J

– Engineering and Technology, vol 2, no 2, pp 115-121, 2019

2 Pham Tien Bach, Vo Dai Nhat, Le Quan, Nguyen Viet Ky, "Maxwell model for geosynthetic encased column (GEC) in soft ground improvement for construction works in Vietnam," Sci Tech Dev.J.- Engineering and Technology, vol 4, no 1, pp 747-757,

3 Le Quan, Vo Dai Nhat, Pham Tien Bach, Nguyen Viet Ky, "Deformation behaviour of granular column reinforced by geosynthetic encasement," Sci Tech Dev.J.- Engineering and Technology, vol 4, no 2, pp 948-954, 2021

Kỷ yếu hội nghị quốc tế

1 Vo Dai Nhat, Le Quan, Phu Nhat Truyen, Nguyen Viet Ky, Vo Dinh Uy, "Soft soil improvement by encased granular column: Analytical and Numerical Analyses," in The

16th South East Asian Technical University Consortium, Kuala Lumpur, 2022

2 Quan Le, Dai Nhat Vo, and Nhat Truyen Phu, "Evaluation of The Efectiveness of Geosynthetic Encased Granular Column in Soft Soil Improvement by Numerical Method and Field Experiment," in The Third International Conference on Sustainable Civil

Engineering and Architecture, Da Nang, 2023

Kỷ yếu hội nghị trong nước

1 Le Quan, Vo Dai Nhat, Nguyen Viet Ky, Pham Tien Bach, "A study on geosynthetic encased granular column materials," in VIETGEO, Vinh Long, 2019

[1] Kempfert, H G and Gebreselassie, B, Excavations and foundations in soft soils, Springer Science & Business Media, 2006

[2] Han, J, Principles and practice of ground improvement, John Wiley & Sons, 2015 [3] Alexiew, D, Kuster, V and Assinder, P, “An Introduction to Ground Improvement using Geotextile Encased Columns (GEC),” in Proceedings of the Fifteenth African Regional

Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Maputo, Mozambique (CD-ROM), 2011

[4] de Almeida, M D S S, Riccio Filho, M V, Babaei, I H and Alexiew, D, Geosynthetic Encased Columns for Soft Soil Improvement, 1st ed., London: CRC press, 2018, p 164 [5] Vũ Ngọc Bình, “Tóm tắt luận án: Nghiên cứu ảnh hưởng đặc tính xây dựng của đất loại sét yếu vùng đồng bằng sông Cửu Long đến chất lượng gia cố nền bằng xi măng kết hợp với phụ gia trong xây dựng công trình,” Viện khoa học thủy lợi, 2018

[6] Alexiew, D and Raithel, M, “Geotextile-Encased Columns: Case Studies over Twenty Years Embankments with Special Reference to Consolidation and Other Physical Methods,” pp 451-477, 2015

[7] Liu, K W, Rowe, R K, Su, Q, Liu, B and Yang, Z, “Long-term reinforcement strains for column supported embankments with viscous reinforcement by FEM,” Geotextiles and

[8] Castro, J, “Modeling stone columns,” Materials, vol 10, no 7, p 782, 2017

[9] Soderman, K L and Giroud, J P, “Relationships between uniaxial and biaxial stresses and strains in geosynthetics,” Geosynthetics International, vol 2, no 2, pp 495-504,

[10] Tandel, Y K, Solanki, C H and Desai, A K, “Field behaviour geotextile reinforced sand column,” Geomech Eng., Int J, vol 6, no 2, pp 195-211, 2014

[11] Wu, Cho-Sen, Yung-Shan Hong and Hsien-Chin Lin, “Axial stress–strain relation of encapsulated granular column,” Computers and Geotechnics, vol 36, no 1-2, pp 226-

[12] Zhang, Y, Li, T and Wang, Y (2011), “Theoretical elastic solutions for foundations improved by geosynthetic-encased columns,” Geosynthetics International, vol 18, no 1, pp 12-20, 2011

[13] Pulko, B, Majes, B and Logar, J, “Geosynthetic-encased stone columns: analytical calculation model,” Geotextiles and Geomembranes, vol 29, no 1, pp 29-39, 2011 [14] Castro, J and Sagaseta, C, “Deformation and consolidation around encased stone columns,” Geotextiles and Geomembranes, vol 29, no 3, pp 268-273, 2011

[15] Zhang, L and Zhao, M, “Deformation analysis of geotextile-encased stone columns,”

International Journal of Geomechanics, vol 15, no 3, p 04014053, 2015

[16] Raithel, M and Kempfert, H G, “Calculation models for dam foundations with geotextile coated sand columns,” in ISRM International Symposium OnePetro, Melbourne, 2000

[17] Lee, D, Yoo, C and Park, S, “Model tests for analysis of load carrying capacity of geogrid encased stone column,” In The Seventeenth International Offshore and Polar Engineering

[18] Khabbazian, M, Kaliakin, V N and Meehan, C L, “3D numerical analyses of geosynthetic encased stone columns,” In Contemporary Topics in Ground Modification,

Problem Soils, and Geo-Support, pp 201-208, 2009

[19] Murugesan, S and Rajagopal, K, “Studies on the behavior of single and group of geosynthetic encased stone columns,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental

[20] Briaud, J L, Geotechnical engineering: unsaturated and saturated soils, New jersey: John Wiley & Sons., 2013

[21] Ayadat, T and Hanna, A M, “Encapsulated stone columns as a soil improvement technique for collapsible soil,” Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Ground

[22] H Y K T Y W Hongyang Cheng, “An analytical solution for geotextile - wrapped soil based on insights from DEM analysis,” Geotextiles and Geomembranes, vol 45, no 4, pp 361-376, 2017

[23] G K J Z L W Q Y Yang Zhou, “Analytical solusions for geosynthetic - encased stone column - supported embankments with emphasis on nonlinear behaviours of columns,”

Geotextiles and Geomembranes, vol 49, no 5, pp 1107-1116, 2021

[24] Raithel, M, Kirchner, A, Schade, C and Leusink, E, “Foundation of constructions on very soft soils with geotextile encased columns-state of the art,” Innovations in Grouting and

[25] Bauer, G E and Al-Joulani, N, “Laboratory and analytical investigation of sleeve reinforced stone columns,” In Proceedings of the First European Geosynthetics

[26] N R Alkhorshid, Artist, PhD Thesis: Analysis of geosynthetic encased columns in very soft soil [Art] Department of Civil and Environmental Engineering, Faculty of technology, University of Brasilia, 2017

[27] Alexiew, D, Horgan, G J and Brokemper, D, “Geotextile encased columns (GEC): load capacity & geotextile selection In BGA International Conference on Foundations: Innovations, observations, design and practice,” in Proceedings of the international conference organised by British Geotechnical Association, Dundee, Scotland, 2003

[28] Sharma, R S, Kumar, B P and Nagendra, G, “Compressive load response of granular piles reinforced with geogrids,” Canadian Geotechnical Journal, vol 41, no 1, pp 187-

[29] Murugesan, S and K Rajagopal, “Model tests on geosynthetic-encased stone columns,”

Geosynthetics International, vol 14, no 6, pp 346-354., 2007

[30] Gniel, J and Bouazza, A, “Improvement of soft soils using geogrid encased stone columns,” Geotextiles and Geomembranes, vol 27, no 3, pp 167-175, 2009

[31] Araujo, G L S, Palmeira, E M and Cunha, R P, “Behaviour of geosynthetic-encased granular columns in porous collapsible soil,” Geosynthetics International, vol 16, no 6, pp 433-451, 2009

[32] Yoo, C and Lee, D, “Performance of geogrid-encased stone columns in soft ground: full- scale load tests,” Geosynthetics International, vol 19, no 6, pp 480-490, 2012

[33] Ali, K, Shahu, J T and Sharma, K G., “Model tests on single and groups of stone columns with different geosynthetic reinforcement arrangement,” Geosynthetics International, vol 21, no 2, pp 103-118, 2014

[34] Chen, J F, Li, L Y, Xue, J F and Feng, S Z, “Failure mechanism of geosynthetic-encased stone columns in soft soils under embankment,” Geotextiles and Geomembranes, vol 43, no 5, pp 424-431, 2015

[35] F O Y e al, “Characteristics of the stress and deformation of geosynthetic - encased column composite ground based on large - scale model test,” Geosynthetics International, vol 24, no 3, pp 242-254, 2017

[36] Z L J C Jianfeng Xue, “Triaxial compressive behaviour of geotextile encased stone columns,” Computers and Geotechnics, vol 108, pp 53-60, 2018

[37] Z X S Z Ling Zhang, “Vertical cyclic loading response of geosynthetic-encased stone column in soft clay,” Geotextiles and Geomembranes, vol 48, no 6, pp 897-911, 2020 [38] Q A Chungsik Yoo, “Laboratory investigation of the behavior of a geosynthetic encased stone column in sand under cyclic loading,” Geotextiles Geomembranes, vol 48, no 4,

[39] L B K Le Ba Vinh, “Study on the settlement and the load-bearing capacity of Long An soft ground reinforced by the stone columns,” in International Mini Symposium IMS-

[40] L P Hợp, “Cải tạo nền đất sét yếu theo phương pháp cọc cát đầm,” Thông tin KSKT Tedi,

[41] Đ M Hùng, “Nghiên cứu áp dụng cọc cát để gia cố nền đường trên đất yếu tại Hải phòng,” Trường Đại học Dân lập Hải phòng, 2015

[42] L V Hoàng, “Luận văn thạc sĩ "Nghiên cứu ứng xử của nền gia cố bằng cọc đá tại một công trình thực tế",” ĐHXD Hà nội, 2021

[43] Das, A K and Deb, K, “Response of cylindrical storage tank foundation resting on tensionless stone column-improved soil,” International Journal of Geomechanics, vol

[44] X T a M Zhao, “Deformation and Failure Behavior of the Isolated Single Stone Column with and without Geosynthetic Encasement,” in Proceedings of the 2nd International

Symposium on Asia Urban GeoEngineering, Springer Series in Geomechanics and Geoengineering, 2018

[45] Almeida, M S S, Hosseinpour, I and Riccio, M, “Performance of a geosynthetic-encased column (GEC) in soft ground: numerical and analytical studies,” Geosynthetics international, vol 20, no 4, pp 252-262, 2013

[46] Recommendations for design and analysis of earth structures using geosynthetic reinforcements-EBGEO, John Wiley & Sons, 2012

[47] PGS TS Đỗ Văn Đệ, Phần mềm Plaxis: Ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công, Nhà xuất bản Xây dựng, 2008

[48] Ths Lương Tấn Lực, Bài giảng Plaxis– Khoa Xây dựng, Đại học Duy Tân

[49] Ti, K S, Huat, B B, Noorzaei, J and Jaafar, M S, “Ti, K S., Huat, B B., NoorzaeiA review of basic soil constitutive models for geotechnical application,” Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 14, vol 14, pp 1-18, 2009

[50] “Báo cáo kết quả thi công thí nghiệm cọc, Báo cáo kết quả thử tải, Báo cáo quan trắc lún, Thuyết minh tính toán công trình nhà máy Vifon II”

[51] L M M Rao, “Evaluation of Optimum Spacing of Stone Columns,” Indian Geotechnical

[52] V D J a H D Sivarkumar, “Triaxial tests on model sand columns in clay,” Canadian

[53] Malarvizhi, S N and Ilamparuthi, K, “Comparative study on the behavior of encased stone column and conventional stone column,” Soils and foundations, vol 47, no 5, pp 873-885, 2007

[54] Asaoka, “Observation procedure of settlement prediction,” Soil & Foundation - Japanese

Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering, vol Vol.18, no No.4, Sept.1978

JOB No DOC No REV

REV DATE PAGE DESCRIPTION PREP’D CHK’D APP’D

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC ĐÁ

JOB No DOC No REV

2 Tài liệu cơ sở 6 2.1 Tiêu chuẩn sử dụng 6 2.2 Vật liệu sử dụng 6 Phần I TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC ĐÁ 7

1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP CỌC ĐÁ 7 1.1 Trình tự kỹ thuật của thiết kế 7 1.2 Quy cách cọc đá sử dụng cho công trình 7

4 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 10

5 TÍNH TOÁN 12 5.1 Các giả thiết thiết kế 12 5.2 Các biểu thức sử dụng cho tính toán lún cố kết 12 5.2.1 Ước tính độ lún cố kết 12 5.2.2 Ước tính thời gian cố kết 13 5.3 Kết quả tính toán 14 5.3.1 Độ lún cố kết của nền khi không có cọc đá (tính điển hình cho tải trọng 2T/m 2 ) 14 5.3.2 Trường hợp tải trọng 1 T/m 2 15 5.3.3 Trường hợp tải trọng 1.5 T/m 2 16 5.3.4 Trường hợp tải trọng 2 T/m 2 17 5.3.5 Trường hợp tải trọng 2.5 T/m 2 18 5.3.6 Trường hợp tải trọng 3 T/m 2 19 5.3.7 Trường hợp tải trọng 3.5 T/m 2 20 5.3.8 Trường hợp tải trọng 4 T/m 2 21 5.4 Tính toán lún từ biến 23 5.5 Sức chịu tải của cọc đá 24

6 KẾT LUẬN 24 Phần II TÍNH TOÁN SÀN NHÀ MÁY 25

2 TÍNH TOÁN SÀN 25 2.1 Nguyên lý tính toán 25 2.2 Tải trọng và hệ số tải trọng 25 2.3 Hệ số nền 25 Khai báo dữ liệu 26

JOB No DOC No REV

2.4 Kết quả tính toán nội lực 26 2.5 Kết quả bố trí thép 27 2.6 Kiểm tra chọc thủng .27

JOB No DOC No REV

Thuyết minh này trình bày kết quả tính toán gia cố nền bằng phương pháp cọc đá cho Cụm xưởng gạo và Cụm xưởng Mì-gia vị của dự án Nhà máy chế biến thực phẩm Vifon II, xã Đức Hòa Hạ, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An, Việt Nam

Thuyết minh này bao gồm hai phần:

 Phần tính toán gia cố nền

 Phần tính toán bản sàn bê tông cốt thép

Các phần khác thuộc phần móng của kết cấu công trình và móng máy do nhà thầu khác đảm nhiệm

Các tài liệu sử dụng cho thiết kế này bao gồm:

 Các bản vẽ mặt bằng công trình, bố trí các phân xưởng và cao độ thiết kế do Chủ đầu tư công trình cấp

 Giá trị tải trọng sử dụng do Chủ đầu tư công trình cấp

 Cao trình sàn trệt hoàn thiện là +3.1 do Chủ đầu tư cung cấp

 Cao trình đất nền hiện hữu là +1.73 m (theo bản vẽ hiện trạng) do Chủ đầu tư cung cấp

 Báo cáo khảo sát địa chất ngày 15 tháng 01 năm 2010

 Bề dày sàn là 150mm nằm trên lớp đệm đá dày 300mm  chiều cao cát đắp từ mặt đất tự nhiên đến đáy lớp đệm đá là 0.92m

 Độ lún cho phép là 5cm

 Tiêu chuẩn 22TCN 262 – 2000: Quy trình khảo sát và thiết kế cho nền trên đất yếu

 Tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động, tiêu chuẩn thiết kế

 Tiêu chuẩn DTU 13.2 của Cộng hòa Pháp

 Tiêu chuẩn TCVN 356 – 2005: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

 Tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995: Tải trọng và tác động, tiêu chuẩn thiết kế