Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng xử của nền đất yếu được xử lý bằng hút chân không kết hợp bấc thấm và đắp cát gia tải trước tại dự án Saigon sport city-Tp. Hồ Chí Minh

NGUYỄN THANH TÂM

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM

VÀ ĐẮP CÁT GIA TẢI TRƯỚC

TẠI DỰ ÁN SAIGON SPORT CITY- TP HỒ CHÍ MINH

RESEARCH ON THE BEHAVIOR OF SOFT SOIL TREATMENT BY VACUUM PRELOADING COMBINE PVDs

AND FILL SAND PRELOADING

AT SAIGON SPORT CITY PROJECT - HO CHI MINH CITYChuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Mã số: 60580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2021

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ BÁ VINH………

PGS.TS TÔ VĂN LẬN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁC KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : Nguyễn Thanh Tâm MSHV: 1770130 Ngày tháng năm sinh : 16/10/1990 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60580211 I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu ứng xử của nền đất yếu được xử lý bằng hút chân không kết hợp bấc thấm và đắp cát gia tải trước tại Dự án SAIGON SPORT CITY

TP Hồ Chí Minh II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1 Nghiên cứu sự khác biệt giữa mô hình 2D và mô hình 3D

2 Nghiên cứu sự khác biệt khi sử dụng mô hình bấc thấm lý tưởng và bấc thấm không lý tưởng

3 Phân tích đánh giá chiều sâu tối ưu của mũi bấc thấm so với đáy lớp đất yếu, trong trường hợp địa chất bên dưới lớp đất yếu là tầng cát

4 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp khai báo tải trọng hút chân không III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 22 tháng 02 năm 2021

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 13 tháng 06 năm 2021 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LỜI CẢM ƠN

Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin cảm ơn Thầy hướng dẫn PGS TS LÊ BÁ VINH, bộ môn Địa Cơ Nền Móng, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Thầy đã đóng góp ý kiến và tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện luận văn này Tôi xin cảm ơn các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa đã nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Công ty Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Quốc tế đã cung cấp tài liệu xử lý nền đất yếu của dự án Sài Gòn Sport City để tôi có dữ liệu thực tế để thực luận văn này Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã tin tưởng động viên và tạo mọi điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

TÓM TẮT

Ở Việt Nam hiện nay, có rất nhiều công trình xử lý nền đất yếu bằng giải pháp hút chân không kết hợp bấc thấm có hoặc không có đắp gia tải bổ sung (VCM) Tuy nhiên, các phương pháp tính toán đa phần là phương pháp giải tích chưa phản ánh hết ứng xử của nền đất được xử lý Vì thế, áp dụng các phần mềm phần tử hữu hạn (FEM) trong tình toán hút chân không trong điều kiện hiện nay là cần thiết Trong nghiên cứu này, phương pháp FEM, cụ thể là phần mềm Plaxis, được áp dụng để đánh giá ứng xử của nền đất đã được xử lý bằng VCM tại dự án Saigon Sport City - TP Hồ Chí Minh ở nhiều khía cạnh : (1) Nghiên cứu sự khác biệt của việc áp dụng mô hình 2D và 3D trong phân tích tính toán cho thấy: Mô hình 3D, có bấc thấm và áp lực hút được khai báo bằng phần tử Drain cùng với vùng xáo trộn và đất nền trong vùng xử lý được quy đổi thành lớp đất tương đương có hệ số thấm ngang tương đương (khe), chênh lệch độ lún với quan trắc thực tế nhỏ hơn 2.5% Khi đó các mô hình 2D và 3D khác cho thấy chênh lệch độ lún từ 7% đến 67% Bên cạnh đó, các mô hình đều phản ánh đúng hướng chuyển vị vào phía trong nền xử lý và có giá trị nhỏ hơn 30% đến 50% so với quan trắc (2) Nghiên cứu sự khác biệt giữa bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng đã chỉ ra rằng : Khi áp dụng mô hình bấc thấm không lý tưởng cho kết quả tương đồng với thực tế hơn trong khi đó mô hình bấc lý tưởng cho kết quả lún nhiều hơn so với thực tế là 6.1% đến 7% (3) Nghiên cứu chiều sâu tối ưu của mũi bấc thấm khi bên dưới nền đất xử lý là lớp cát thoát nước tốt cho thấy chiều cao vùng đất yếu không xử lý (hc), tính từ mũi bấc thấm đến đỉnh lớp cát, có giá trị từ 0.5m đế 1.0m thì độ lún của vùng nền đạt giá trị tối ưu Qua nghiên cứu này cho thấy khi áp dụng phần tử Drain trong mô phỏng lực hút, không phản ánh được tổn thất áp lực hút khi bấc thấm cắm vào lớp cát (4) Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp áp tải hút chân không đến độ lún của nền cho thấy mô hình tải hút chân không được khai báo bằng phần tử Drain có độ lún nhỏ hơn mô hình tải hút được quy đổi thành tải phân bố trên bề mặt từ 0.4 đến 0.52 lần và phản ánh đúng ứng xử chuyển vị, áp lực nước lỗ rỗng và lộ trình ứng suất theo thực tế thi công

ABSTRACT

In Vietnam today, there are many methods to treat soft soil by vacuum solution combined with PVDs with or without filling preloading (VCM) However, most of the calculation methods are analytical ones that do not fully reflect the behavior of the treated soil Therefore, it is necessary to apply finite element methods (FEM) in vacuum calculation under current conditions In this study, the FEM , specifically Plaxis software, is applied to evaluate the behavior of the ground that has been treated by VCM at the Saigon Sport City project in Ho Chi Minh City in many aspects: (1) Studying the difference of applying 2D and 3D models in computational analysis shows that 3D model, with PVDs and suction pressure declared by element Drain together with disturbance area and ground soil in the treatment area are converted into equivalent soil layer with equivalent transverse permeability coefficient (khe), settlement difference with actual monitoring is less than 2.5% Then other 2D and 3D models show settlement difference from 7% to 67% Besides, the models all reflect the correct displacement direction inwards of the treatment background and have values 30% to 50% smaller than observed (2) The study of the difference between ideal and non-ideal PVDs has shown that when applying the non-ideal PVDs model, the results are more similar to reality while the ideal PVDs model which gives the resulting settlement is 6.1% to 7% more than the real one (3) Research on the optimal depth of the infiltration PVDs when under the treated soil is a layer of well-drained sand, showing the height of the untreated soft soil (hc), calculated from the tip of the top PVDs to the top of the sand layer, with values from 0.5m to 1.0m, the settlement of the ground area reaches the optimal value Through this study, it was shown that when applying the Drain element in the suction simulation, the loss of suction pressure when the PVDs penetrates the sand is not reflected (4) Studying the influence of vacuum method on the settlement of the foundation shows that the vacuum load model declared by the Drain element has a smaller settlement than the suction load model, which is converted into a load distributed on the surface from 0.4 to 0.52 times and reflects the correct displacement behavior, pore water pressure and stress path according to actual construction

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ứng xử của nền đất yếu được xử lý bằng hút chân không kết hợp bấc thấm và đắp cát gia tải trước tại Dự án SAIGON SPORT CITY TP Hồ Chí Minh” là đề tài do chính tôi thực hiện Đề tài được thực hiện theo đúng nhiệm vụ luận văn thạc sĩ, không sao chép của cá nhân nào, các số liệu trong luận văn là hoàn toàn trung thực

Tôi xin cam đoan và chịu trách nhiệm về nội dung của luận văn này

TP.HCM, Ngày 06 tháng 08 năm 2021

NGUYỄN THANH TÂM Học viên cao học khóa 2017 Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

0.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

0.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

0.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

0.6 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ KIẾN 2

0.7 Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU 2

0.8 TỔ CHỨC LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG 41.1 Nền Đất Yếu 4

2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của phương pháp VCM 5

2.2 Các phương pháp cố kế hút chân không 6

2.2.1.Phương pháp hút chân không có màng kín khí 6

2.2.2.Phương pháp hút chân không không có màng kín khí 7

2.3 Trình tự thi công bấc thấm hút chân không 8

2.3.1.Lớp đệm cát 8

2.3.2.Công tác cắm bấc thấm 8

2.3.3.Đào rãnh và bể chứa máy bơm 10

2.3.4.Thoát nước ngang và thoát nước dọc 10

2.3.5.Lắp đặt ống thoát nước và máy bơm 11

2.3.6.Lắp đặt tấm bảo vệ 11

2.3.7.Tấm kín khí 11

2.3.8.Xử lý mép 12

2.3.9.Bơm thử 12

1.2 Tổng quan các yếu tố ảnh hưởng đến mô phỏng hút chân không 12

1.2.1.Ảnh hưởng của cách thức áp tải hút chân không 12

1.2.2.Ảnh hưởng của mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng 14

1.2.3.Ảnh hưởng của mô hình 2D và mô hình 3D 14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16

2.1 Giới thiệu 16

2.2 Nguyên lý và cơ chế của giải pháp hút chân không 16

2.3 Lộ trình ứng suất cho trường hợp cố kết chân không và gia tải đất đắp 18

2.4 Cơ sở lý thuyết bài toán cố kết một chiều 20

2.5 Cơ sở lý thuyết bài toán cố kết ba chiều 21

2.6 Các phương pháp dự đoán độ lún cuối cùng 24

2.6.1.Lý thuyết tính toán độ cố kết theo phương pháp Asaoka (Asaoka, 1978)242.6.2.Lý thuyết tính toán độ cố kết theo phương pháp Hyperbolic (Tan và Chew, 1996) 262.7 Phương pháp mô phỏng mô hình bấc thấm 27

2.7.1.Đường kính tương đương 27

2.7.2.Khả năng thoát nước 28

2.7.3.Vùng ảnh hưởng của giếng thấm 28

2.7.4.Vùng xáo trộn 29

2.7.5.Phương pháp khối đất tương đương 30

2.7.6.Phương pháp bài toán đối xứng trục 31

2.7.7.Phương pháp quy đổi tương đương sang bài toán phẳng 31

2.7.8.Điều kiện biên trong phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 32

2.8 Mô hình mô phỏng áp lực hút chân không 32

2.9 Mô hình Harderning Soil (HS) trong phân tích tính toán 33

2.9.1.Các loại phân tích ứng xử của đất nền 38

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ KHÁC BIỆT GIỮA MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ HÌNH 2D 41

3.4 Kết quả và thảo luận 60

3.4.1.Kết quả độ lún theo thời gian của mô hình 3D 60

3.4.2.Kết quả độ lún theo thời gian của mô hình 2D 63

4.3.3.Kết quả chuyển vị ngang 75

4.3.4.Kết quả độ lún của các mô hình thay đổi chiều sâu cắm bấc thấm 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thông số địa chất 44

Bảng 2: Thông số PVD và kiếm cấm được dùng trong dự án 47

Bảng 3: Trình tự thi công tại mặt cắt 1-1 48

Bảng 4: Hệ số thấm ngang tương đương của lớp 1A (mô hình 3D.A) 52

Bảng 5: Hệ số thấm ngang tương đương của lớp 1B (mô hình 3D.A) 52

Bảng 6: Hệ số thấm đứng tương đương của lớp 1A (mô hình 3D.B) 54

Bảng 7: Hệ số thấm đứng tương đương của lớp 1B (mô hình 3D.B) 54

Bảng 8: Hệ số thấm ngang của đất và vùng xáo trộn của lớp 1A (mô hình 2D.A) 58

Bảng 9: Hệ số thấm ngang của đất và vùng xáo trộn của lớp 1B (mô hình 2D.A) 58

Bảng 10: Hệ số thấm ngang của đất và vùng xáo trộn của lớp 1A (mô hình 2D.B) 59Bảng 11: Hệ số thấm ngang của đất và vùng xáo trộn của lớp 1B (mô hình 2D.B) 60Bảng 12: Chênh lệch độ lún giữa các mô hình với số liệu quan trắc (tại thời điểm 105 ngày) 64

Bảng 13: Chênh lệch độ lún giữa bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng 72

Bảng 14 Chênh lệch áp lực nước lỗ rỗng giữa mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng tại độ sâu quan trắc Z=-1.0m 73

Bảng 15 Chênh lệch áp lực nước lỗ rỗng giữa mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng tại độ sâu quan trắc Z=-4.0m 74

Bảng 16 Chênh lệch áp lực nước lỗ rỗng giữa mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng tại độ sâu quan trắc Z=-7.0m 74

Bảng 17 Thông số địa chất lớp đất thí nghiệm 78

Bảng 18 Hệ số thấm ngang tương đương của lớp 1A 80

Bảng 19: Độ lún và tỉ số độ lún giữa mô hình 3D.Drain/ mô hình 3D.QDT theo thời gian ở áp lực hút 60kPa 81

Bảng 20: Độ lún và tỉ số độ lún giữa mô hình 3D.Drain/ mô hình 3D.QDT theo thời

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 a) Mô hình chuyển vị ngang nền gia tải bằng đất đắp; b) Mô hình chuyển

vị ngang của nền gia tải bằng hút chân không (H Griffin and O’Kelly, 2013) 6

Hình 1.2 Mặt cắt ngang điển hình giải pháp VCM có màng kín khí (TCVN 9842:2013) 6

Hình 1.3 Sơ đồ giải pháp hút chân không không có màng kín khí (internet) 8

Hình 1.4 Cấu tạo bấc thấm và thiết bị neo 8

Hình 1.5 Thi công bấc thấm tại công trường 9

Hình 1.6 Thi công rãnh thoát nước 10

Hình 1.7 Thi công bấc thấm ngang 10

Hình 1.8 Thi công bấc thấm ngang và máy bơm 11

Hình 1.9 Thi công vải Địa kỹ thuật và màng kín khí 11

Hình 1.10 Thi công chôn lấp mép màng kín khí 12

Hình 1.11 Tải chân không được quy đổi thành tải phân bố trong mô phỏng VCM bởi phần mềm Plaxis 13

Hình 1.12 Áp lực hút chân không được khai báo thay đổi dọc lõi bấc thấm bằng phần mềm ABAQUS (B Indraratna et al., 2004) 13

Hình 1.13 Phần tử drain được khai báo bằng phần mềm Plaxis 3D (Ngo Nu Quynh Tram 2020) 14

Hình 2.1 Mô hình lò xo cho quá trình cố kết (a) Gia tải đất đắp, (b) Gia tải chân không 17

Hình 2.2 a) trạng thái ban đầu; b) gia tải đất đắp; c) gia tải chân không 18

Hình 2.3 Lộ trình ứng suất trên mặt p’-q 19

Hình 2.4 Mô hình thoát nước và các thông số cơ bản 22

Hình 2.5 Dự đoán độ lún cuối cùng theo phương pháp Asaoka 25

Hình 2.6 Đồ thị Hypebolic 27

Hình 2.7 Đường kính tương đương của bấc thấm 28

Hình 2 8 Sơ đồ bố trí bấc thấm trong nền 28

Hình 2.9 Vùng đất bị xáo trộn xung quanh ống Mandrel (Bergado, 1996) 29

Hình 2 10 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo hàm Hyperbolic trong thí nghiệm nén 3 trục thoát nước 34

Hình 2.11 Các đường cong dẻo ứng với các giá trị p khác nhau 35

Hình 2.12 Định nghĩa mô đun Eoedref trong thí nghiệm nén cố kết 36

Hình 2 13 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS 37

Hình 2.14 Mặt dẻo trong không gian ứng suất chính của mô hình HS 37

Hình 3.1 Sơ họa vị trí khảo sát đánh giá 41

Hình 3.2 Mặt bằng cao độ hiện trạng trước khi xử lý nền 42

Hình 3.3 Các mặt cắt quan trắc 42

Hình 3.4 Bình đồ quan trắc và trắc dọc địa chất 43

Hình 3.5 Mặt cắt điển hình bố trí thiết bị quan trắc 44

Hình 3.6 Thông số cơ lý của lớp đất yếu theo độ sâu 45

Hình 3.7 Tương quan hệ số thấm đứng và áp lực của Lớp bùn sét 1A 46

Hình 3.8 Tương quan hệ số thấm đứng và áp lực của Lớp bùn sét 1B 46

Hình 3.9 Tương quan hệ số thấm đứng và áp lực của Lớp 2 47

Hình 3.10 Biểu đồ áp lực hút chân không theo thời gian 48

Hình 3.11 Cao độ đắp cát gia tải theo thời gian 49

Hình 3.12 Sơ đồ quy đổi áp lực hút chân không cho bấc thấm không lý tưởng 49

Hình 3.13 Bấc thấm được bao quanh bởi vùng xáo trộn 50

Hình 3.20 Mesh lưới của mô hình 3D.C 55

Hình 3.21 a) Điều kiện biên chuyển vị; b) Điều kiện biên thấm 56

Hình 3.22 Mô hình 2D.A 57

Hình 3.23 Mesh lưới của mô hình 2D.A 57

Hình 3.24 Mô hình 2D.B 59

Hình 3.25 Mesh lưới của mô hình 2D.B 59

Hình 3.26 Độ lún theo thời gian của mô hình 3D.A 61

Hình 3.27 Độ lún theo thời gian của mô hình 3D.B 62

Hình 3.28 Độ lún theo thời gian của mô hình 3D.C 62

Hình 3.29 Độ lún theo thời gian của mô hình 2D.A 63

Hình 3.30 Độ lún theo thời gian của mô hình 2D.B 63

Hình 3.31 Tương quan áp lực nước lỗ rỗng của mô hình 3D.A so với kết quả quan trắc 64

Hình 3.32 Tương quan áp lực nước lỗ rỗng của mô hình 2D.B so với kết quả quan trắc 65

Hình 3.33 Kết quả chuyển vị ngang 66

Hình 4.1 Mô hình 3D 69

Hình 4.2 Mesh lưới của mô hình 3D 69

Hình 4.3 Sơ đồ áp lực hút chân không cho bấc thấm lý tưởng 70

Hình 4.4 Sơ đồ quy đổi áp lực hút chân không cho bấc thấm không lý tưởng 70

Hình 4.5 sơ đồ thay đổi chiều sâu cắm bấc thấm 71

Hình 4.6 a) Điều kiện biên chuyển vị; b) Điều kiện biên thấm 72

Hình 4.7 Biểu đồ lún của bấc thấm lý tưởng, không lý tưởng, và kết quả quan trắc 73Hình 4.8 Áp lực nước lỗ rỗng trong đất của mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng theo thời gian 74

Hình 4.9 Chuyển vị ngang của mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng 75

Hình 4.10 Độ lún theo thời gian khi chiều sâu cắm bấc thấm thay đổi 76

Hình 5.1 Mô hình 3D.Drain-Lực hút được khai báo trực tiếp trong phần tử Drain 79Hình 5.2 Mô hình 3D.QDT – Lực hút được quy đổi thành tải phân bố 79

Hình 5.3 Biểu đồ lún theo thời gian của các mô hình 3D.Drain và 3D.QDT 81

Hình 5.4 Sự chuyển vị của nền bởi các phương thức khai báo tải hút chân không (Imai, 2005) a) Tải hút được quy đổi thành tải phân bố b) Tải hút được khai báo trực tiếp bởi lực hút trong đất 82

Hình 5.5 Chuyển vị của mô hình 3D.Drain 83

Hình 5.6 Chuyển vị của mô hình 3D.QDT 83

Hình 5.7 Chuyển vị ngang uy của mô hình 3D.Drain 84

Hình 5.8 Chuyển vị ngang uy của mô hình 3D.QDT 84

Hình 5.9 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư của mô hình 3D.Drain 85

Hình 5.10 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư của mô hình 3D.QDT 85

Hình 5.11 Ứng suất tổng của mô hình 3D.Drain 86

Hình 5.12 Ứng suất hữu hiệu của mô hình 3D.Drain 86

Hình 5.13 Ứng suất tổng của mô hình 3D.QDT 87

Hình 5.14 Ứng suất hữu hiệu của mô hình 3D.QDT 87

Hình A.1 Bình đồ hố khoan địa chất đợt 1 94

Hình A.2 Bình đồ hố khoan địa chất đợt 2 94

Hình A.3 Mẫu địa chất hố khoan BH-R8 99

Hình A.4 Mẫu địa chất hố khoan BH-R9 99

Hình A.5 Mẫu địa chất hố khoan BH-R10 100

Hình B.1 Biểu đồ quy đổi áp lực hút chân không cho bấc thấm không lý tưởng (từ ngày 0 đến ngày 5) 104

Hình B.2 Biểu đồ quy đổi áp lực hút chân không cho bấc thấm không lý tưởng (từ ngày 6 đến ngày 10) 104

Hình B.3 Biểu đồ quy đổi áp lực hút chân không cho bấc thấm không lý tưởng (từ ngày 11 đến ngày 18) 104

Hình B.4 Biểu đồ quy đổi áp lực hút chân không cho bấc thấm không lý tưởng (từ ngày 18 đến ngày 105) 104

Hình B.5 Chuyển vị tổng của MH 3D.A (tại thời điểm ngưng hút chân không) 105

Hình B.6 Chuyển vị đứng của MH 3D.A (tại thời điểm ngưng hút chân không) 105Hình B.7 Chuyển vị ngang ux của MH 3D.A (tại thời điểm ngưng hút chân không) 106

Hình B.8 Chuyển vị ngang uy của MH 3D.A (tại thời điểm ngưng hút chân không) 106

Hình B.9 Kết quả áp lực nước lỗ rỗng thặng dư (tại thời điểm ngưng hút chân không) 107Hình B.10 Chuyển vị tổng của MH 3D.B (tại thời điểm ngưng hút chân không) 107Hình B.11 Chuyển vị đứng của MH 3D.B (tại thời điểm ngưng hút chân không) 108Hình B.12 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư (tại thời điểm ngưng hút chân không) 108Hình B.13 Chuyển vị đứng của MH 3D.C (tại thời điểm ngưng hút chân không) 109Hình B.14 Chuyển vị ngang ux của MH 3D.C (tại thời điểm ngưng hút chân không) 109Hình B.15 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư mô hình 3D.C (tại thời điểm ngưng hút chân không) 110Hình B.16 Mô hình 2D.A 110Hình B.17 Chuyển vị đứng của MH 2D.A (tại thời điểm ngưng hút chân không) 111Hình B.18 Chuyển vị ngang của MH 2D.A (tại thời điểm ngưng hút chân không) 111Hình B.19 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư mô hình 2D.A (tại thời điểm ngưng hút chân không) 112Hình B.20 Mô hình 2D.B 112Hình B.21 Chuyển vị đứng của MH 2D.B (tại thời điểm ngưng hút chân không) 113Hình B.22 Chuyển vị ngang của MH 2D.B (tại thời điểm ngưng hút chân không) 113Hình B.23 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư mô hình 2D.B (tại thời điểm ngưng hút chân không) 114

CHƯƠNG 0: MỞ ĐẦU 0.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Phương pháp bấc thấm hút chân không có kết hợp đắp đất gia tải hoặc không (VCM) là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng phổ biến ở Việt Nam và trên Thế giới Hiện tại, ở Việt Nam đang sử dụng lời giải giải tích cố kết một chiều để tính toán thiết kế xử lý nền là chủ yếu Với phương pháp tính này thì không phân tích được sự thay đổi áp lực nước lỗ rộng thặng dư trong nền, sự chuyển vị ngang của nền và không xét được sự thay đổi hệ số thấm của nền đất trong quá trình cố kết…

Để giải quyết các vấn đề nêu trên thì việc áp dụng phương pháp số, với các phần mềm như GeoStudio, ABAQUS, và Plaxis để tính toán xử lý nền đã được áp dụng phổ biến ở Thế giới Tuy nhiên vẫn chưa được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam Vì vậy việc nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn, cụ thể là phần mềm Plaxis, để tính toán xử lý nền nói chung và xử lý nền bằng hút chân không nói riêng cho Việt Nam hiện tại là cần thiết

0.2 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU

Tính toán mô phỏng bấc thấm kết hợp hút chân không xử lý nền đất yếu bằng phương pháp số chưa thật sự phổ biến tại Việt Nam Với sự phát triển nhanh của các cơ sở hạ tầng giao thông, khu công nghiệp, đê kè.v.v như hiện nay ở Việt Nam Các kỹ sư cần một công cụ tính toán nhanh và phản ánh đúng ứng xử thực tế là cần thiết Chính vì thế việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm Plaxis và lựa chọn ra mô hình phù hợp (mô hình 2D hay 3D; mô hình bấc thấm lý tưởng hay không lý tưởng) sẽ giúp các kỹ sư tiết kiệm được thời gian, tăng độ chính xác giữa thiết kế và thi công, và có một phương pháp tính toán phản ánh toàn diện trạng thái ứng suất, chuyển vị của nền đất so với thực tế thi công

0.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu sự khác biệt giữa mô hình 2D và mô hình 3D

2 Nghiên cứu sự khác biệt giữa mô hình bấc thấm lý tưởng và bấc thấm không lý tưởng so với kết quả quan trắc thực tế thi công

3 Nghiên cứu đánh giá chiều sâu tối ưu của mũi bấc thấm so với đáy lớp đất yếu, trong trường hợp địa chất bên dưới lớp đất yếu là tầng cát

4 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp khai báo tải trọng hút chân không 0.4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp số, cụ thể là ứng dụng phần mềm plaxis, được sử dụng để tính toán, phân tích, và nghiên cứu Các thông số địa chất và số liệu quan trắc thực tế tại công trình được thu thập và tổng hợp Các mô hình 2D, 3D được mô phỏng theo nhiều cách thức khác nhau nhằm đánh giá sự tương quan và hợp lý của mô hình so với kết quả quan trắc Từ đó tìm ra mô hình phù hợp cho quá trình mô phỏng xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết hút chân không kết hợp gia tải đắp bổ sung Bên cạnh đó, thực hiện các nghiên cứu mở rộng với số liệu địa chất giả định, nhằm tìm ra chiều sâu cắm bấc thấm tối ưu, cũng như cách thức khai báo tải hút chân không khi thực hiện mô phỏng bằng phương pháp số

0.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Vùng đất bùn sét ở Quận 2- Thành phố Hồ Chí Minh được phân tích nhằm đánh giá sự phù hợp và khả năng ứng dụng phần mềm Plaxis vào phân tích giải pháp xử lý nền đất yếu bằng VCM cho các vùng đất yếu trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh

0.6 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ KIẾN

Kết quả nghiên cứu dự kiến đưa ra giải pháp mô phỏng phù hợp bằng phần mềm Plaxis cho việc thiết kế VCM Đánh giá sự phù hợp của việc mô phỏng bằng bấc thấm lý tưởng hay không lý tưởng với thực tế thi công Đánh giá được chiều sâu cắm bấc tối ưu khi bên dưới đất yếu là cát Đánh giá và khẳng định được cách áp tải chân không trong mô hình tính toán phù hợp với thực tế thi công

0.7 Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU

Kết quả nghiên cứu khẳng định được tính khả thi của việc áp dụng phương pháp số trong việc mô phỏng tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không ở Việt Nam Kết quả nghiên cứu là tài liệu để tham khảo và áp dụng rộng

rãi phương pháp số, mà cụ thể là phần mềm Plaxis, trong việc toán xử lý nền đất yếu tại Việt Nam

0.8 TỔ CHỨC LUẬN VĂN

Luận văn được tổ chức gồm sáu chương chính và hai phụ lục

Chương 0: Mở đầu -luận văn giới thiệu các vấn đề liên quan về đề tài nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và kết quả nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan phương pháp cố kết hút chân không và vị trí khảo sát đánh giá – Trình bày tổng quan về công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cố kết hút chân không, nguyên lý và cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình mô phỏng cố kết hút chân không bằng phần tử hữu hạn Trình bày vị trí đánh giá xử lý tại Dự án Saigon Sport City, các thông số địa chất, quá trình và tiến độ theo thực tế thi công

Chương 2: Cơ sở lý thuyết – trình bày các cơ sở lý thuyết ứng dụng trong quá trình nghiên cứu

Chương 3: Nghiên cứu sự khác biệt giữa mô hình 3D và mô hình 2D – Trình bày Mô phỏng hút chân không kết hợp gia tải cát bổ sung bằng mô hình 2D, 3D và so sánh với kết quả quan trắc thực tế thi công

Chương 4: Nghiên cứu chiều sâu tối ưu của mũi bấc thấm và sự khác biệt giữa mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng – Trình bày mô phỏng hút chân không kết hợp gia tải cát bổ sung bằng mô hình 3D cho hai trường hợp bấc thấm lý tưởng, không lý tưởng Trình bày mô phỏng hút chân không kết hợp gia tải cát bổ sung bằng mô hình 3D với các chiều sâu cắm bấc thấm khác nhau, trong đó bên dưới vùng nền đất yếu được xử lý là tầng cát thoát nước tốt

Chương 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp khai báo tải hút chân không

Phụ lục A – Kết quả khảo sát địa chất – Trình bày các kết quả khảo sát địa chất tại khu vực xử lý

Phụ lục B- Kết quả tính toán- trình bày kết quả tính toán của các mô hình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG 1.1 Nền Đất Yếu

Khi xây dựng các công trình thì đặc tính chịu tải của nền đất có ý nghĩa quyết định đến sự ổn định của công trình trong quá trình vận hành dưới tác dụng của các tải trọng thường xuyên, tạm thời và cả tải trọng đặc biệt, tránh được các hậu quả khôn lường do các hiện tượng lún, lún không đều, sạt, trượt… Tuy nhiên do yêu cầu về dân sinh và giao thông, rất nhiều công trình không có khả năng lựa chọn linh hoạt địa điểm thi công như công trình xây dựng đô thị ven sông, ven biển, đường giao thông, đê điều, cầu, cảng… Các công trình này bắt buộc phải được xây dựng trên nền đất có đặc tính chịu tải kém, gọi chung là nền đất yếu (Nguyễn Chiến et al., 2011).

Có rất nhiều quan niệm khác nhau về nền đất yếu Nếu nền đất không đủ khả năng chịu tải, không đủ độ bền và có độ biến dạng lớn, cần phải gia cố mới có thể thi công và vận hành công trình thì gọi là đất yếu (Lê Xuân Mai et al., 2012) Đây là một quan niệm mang tính vận dụng cao, được chấp nhận rộng rãi, tuy nhiên quan niệm này lại không có hạn định rõ ràng vì đối với một số công trình, một nền cụ thể có thể coi là nền đất yếu, nhưng đối với một số công trình khác thì không Điểm này gây khó khăn cho việc quy hoạch xây dựng công trình

Một quan niệm khác cho rằng, đất yếu là đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng (50-100 kPa), có tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (E < 5000 kPa) (Nguyễn Quang Chiêu, 2012)

Đối với xây dựng đường ô tô, theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000, nền đất yếu có thể là đất sét, sét pha bụi mềm, bùn, than bùn và đất hữu cơ Tất cả các loại đất này được được bồi tụ trong nước một cách khác nhau, với đất sét mềm được bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển Ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e ≥ 1,5; đất sét pha e ≥ 1,0), cường

độ lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 15 kPa, góc ma sát trong < 100, hoặc cường độ lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 35 kPa Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rửa và phân hủy tạo ra các trầm tích hữu cơ lẫn trầm tích khoáng vật gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm (20-80)% Trong điều kiện tự nhiên than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún có thể đạt (3-8) kPa-1(22TCN-262, 2000)

Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức chống cắt không thoát nước Su và chỉ số xuyên tiêu chuẩn N như sau (Phạm Văn Long, 2005):

- Đất rất yếu: Su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2; - Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4

Tóm lại, nền đất yếu là nền đất không thuận lợi cho việc xây dựng công trình Xây dựng công trình trên nền đất yếu đòi hỏi phải xử lý nền thật tốt để đảm bảo an toàn cho việc xây dựng và vận hành (Nguyễn Chiến et al., 2011)

2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của phương pháp VCM

Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1952 bởi tiến sĩ W Kjellman Sau đó bài toán cố kết hút chân không được nghiên cứu bởi giáo sư J.M Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới Đến những năm 70, VCM được ứng dụng rộng rãi ở Nga và Nhật, nhưng ở giai đoạn này VCM được bao bởi tường chống thấm quanh khu vực xử lý Năm 1989, Công ty xây dựng Menard (Pháp) dựa trên các kết quả nghiên cứu và phát minh của giáo sư J.M Cognon lần đầu tiên áp dụng biện pháp hút chân không có màn kín khí cho diện tích 390 m2 của một trường huấn luyện phi công ở Ambes Từ đó về sau phương pháp này được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới (Nguyễn Chiến et al., 2011)

Hình 1.1 a) Mô hình chuyển vị ngang nền gia tải bằng đất đắp; b) Mô hình chuyển vị ngang của nền gia tải bằng hút chân không (H Griffin and O’Kelly, 2013)

Trái ngược với biện pháp gia tải bằng đất đắp làm cho nền thay đổi thể tích theo hướng chuyển vị ra khỏi vùng xử lý, gây ra mất ổn định cao Gia tải bằng hút chân không nền có xu hướng chuyển bị vào bên trong vùng xử lý, không làm gia tăng ứng suất tổng trong nền nên không gây ra ứng suất cắt phá hoại nền

2.2 Các phương pháp cố kế hút chân không 2.2.1 Phương pháp hút chân không có màng kín khí

Hình 1.2 Mặt cắt ngang điển hình giải pháp VCM có màng kín khí (TCVN 9842:2013)

Phương pháp VCM có màng được áp dụng phổ biến ở Việt Nam và các quốc gia trên thế giới Màng kín khí thông thường là lớp địa kỹ thuật PE được phủ kín toàn vùng xử lý Bên dưới lớp màng theo trình tự là lớp vỉa địa kỹ thuật bảo vệ, lớp cát hạt trung và các băng thấm ngang để hỗ trợ thoát nước ngang Để đảm bảo vùng xử lý được kín khí, lớp màn thường được chôn sâu xuống lớp đất bùn sét từ 1.0m đến 1.5m Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống, nước và không khí sẽ được rút ra khỏi nền Trong quá trình bơm hút có thể gia tải bổ sung để gia tăng tốc độ cố kết, giảm thời gian thi công hoặc không cần gia tải bổ Áp lực hút của giải pháp này có thể đạt từ -60 kPa đến -90kPa Đối với các địa chất phức tạp có xen lẫn các tầng đất có hệ số thấm cao như cát, có thế sử dụng tường kín để xử lý Qúa trình thi công có thể kéo dài từ 3 đến 7 tháng Tuy nhiên khi thi công theo phương pháp này cần chú ý các yêu cầu sau:

- Luôn kiểm tra và đo áp lực hút bên dưới lớp màng nhằm đảm bảo áp lực luôn được duy trì trong suốt quá trình bơm hút

- Kiểm tra sự rò rỉ của màng, đảm bảm rằng màng được chôn và giữa chặt ở lớp đất có hệ số thấm thấp (bùn sét)

- Luôn giữ cho lớp đất phía dưới lớp màng không bảo hoà nước đặt biệt khi thi công VCM trên lớp nền đã được san lấp bằng cát trước đó

- Giữa kín kín toàn diện tích xử lý, kiểm tra sự rò rỉ tại vị trí tiếp nối giữa màng và ống máy bơm, với các thiết bj quan trắc lún cũng như các thiết bị quan trắc khác

- Hạn chế dòng thống ngầm đi qua vùng xử lý bằng các tường kín khí 2.2.2 Phương pháp hút chân không không có màng kín khí

Được cải tiến từ phương pháp hút chân không có màng nhằm để tiết kiệm chi phí thi công và tận dụng vật liệu có hệ số thấm thấp (đất sét dẻo) có sẳn tại chỗ Các nhà khoa học đã cho ra đời giản pháp hút chân không không có màng kín khí (Fujii, 2002; Chai, 2008) Ở giải pháp này các màng kín khí được bỏ đi và thay vào đó lớp đất kín khí, các đầu bấc thấm sẽ được kết nối với nhau bằng các ống dẫn thông qua mũ chụp trên đỉnh bấc, sau đó được kết nối đến máy bơm chân không

2.3.2 Công tác cắm bấc thấm

- Bấc thấm này đóng vai trò là giếng giảm áp

- Sau công tác khảo sát định vị, tất cả các vị trí bấc thấm được định vị, lúc này độ lệch được quy định dao động trong khoảng 10mm

Hình 1.4 Cấu tạo bấc thấm và thiết bị neo

- Đưa giàn khoan bấc thấm đến những điểm đánh dấu Bấc được kéo ra khỏi cuộn bấc và đánh dấu vị trí mỗi 1m để phục vụ cho công tác kiểm tra sau này

- Tiếp theo đến công tác khoan thử, hiệu chỉnh máy giám sát và chiều sâu khoan thực tế

- Tiếp tục khoan thử để kiểm tra chiều dày xử lý, khoan thử được tiến hành ở mỗi vị trí lưới, kích thước lưới phụ thuộc vào tính chất phức tạp của địa tầng

- Cắt bấc chừa lại trên mặt đất trên mặt đất là 15cm để tránh hở khí - Trên công trường có thể có nhiều máy thi công cùng một lúc, các máy thi công được bố trí di chuyển tịnh tiến, tránh di chuyển cùng pha vì các máy có chiều cao rất lớn, không đảm bảo an toàn trong quá trình thi công, khoảng cách giữa các máy phải lớn hơn chiều cao của dàn công tác

- Máy di chuyển theo hướng lùi dần để tránh đè lên các vị trí bấc thấm đã được ép trước đó, mỗi vệt máy di chuyển có thể ép được nhiều hàng

- Nối bấc bằng mối nối măng sông, phần măng sông là 30cm và được kẹp lại chắc chắn bằng ghim bấm

Hình 1.5 Thi công bấc thấm tại công trường

2.3.3 Đào rãnh và bể chứa máy bơm

Sau khi thi công bấc thấm, tiến hành đào rãnh chiều sâu khoảng 30cm từ nền tạo phẳng, dùng cát hoặc đá dăm làm lớp đệm cho ống thoát nước, ống thoát nước này dẫn nước từ hệ thống thoát nước ngang và dọc đến máy bơm

Hình 1.6 Thi công rãnh thoát nước 2.3.4 Thoát nước ngang và thoát nước dọc

Thường được dùng là bấc thấm, được nối với nhau bằng ghim bịt đầu, nằm giữa chiều dày đệm cát

Hình 1.7 Thi công bấc thấm ngang

2.3.5 Lắp đặt ống thoát nước và máy bơm

Sau khi thi công đào rãnh, lắp đặt ống thoát nước có đục lỗ được bao quanh bởi tấm lọc, và đầu nối ống nước Trạm bơm chân không được thiết kế với loại máy bơm chân không chỉ cho phép hút khí và cả loại máy bơm hút cả nước và khí

Hình 1.8 Thi công bấc thấm ngang và máy bơm 2.3.6 Lắp đặt tấm bảo vệ

Sau khi lấp cát đắp, tấm bảo vệ được lắp đặt phủ toàn bộ khu vực được xử lý Tấm bảo vệ này thường là vải địa kỹ thuật

2.3.8 Xử lý mép

Sau khi lắp đặt màng kín khí, mép của màng được xử lý chôn sâu và đắp bằng đất sét để ngăn chặn rò rỉ Hoặc có thể xử lý bằng cách đào một con mương xung quanh vùng gia cố nền với chiều sâu trung bình khoảng 50cm bên dưới mực nước ngầm và cho đầy vữa Bentonite để làm kín chỗ giáp nối giữa đất nền và lớp màng phủ bên trên

1.2 Tổng quan các yếu tố ảnh hưởng đến mô phỏng hút chân không 1.2.1 Ảnh hưởng của cách thức áp tải hút chân không

Các phương pháp áp tải hút chân không trong mô hình số để tính toán VCM thường được áp dụng như sau:

- Tải chân không được quy đổi thành tải phân bố hoặc là lớp đất đắp tương đương Phương pháp này không phản ánh được chuyển vị ngang và trạng thái ứng suất trong nền cố kết (Nguyễn Thành Đạt et al., 2018)

Hình 1.11 Tải chân không được quy đổi thành tải phân bố trong mô phỏng VCM bởi phần mềm Plaxis

- Tải chân không được thực hiện bằng cách hạ mực nước ngầm trong toàn nền xử lý Phương pháp này không phản ánh được trạng thái ứng xuất trong nền cũng như thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong nền Theo kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của B Indraratna et al (2004) sự phân bố áp lực hút là chạy dọc và giảm dần theo lõi bấc thấm, nên việc mô hình hóa hạ mực nước ngầm toàn vùng nền xử lý là chưa hợp lý với điều kiện thực tế

Hình 1.12 Áp lực hút chân không được khai báo thay đổi dọc lõi bấc thấm bằng phần mềm ABAQUS (B Indraratna et al., 2004)

- Trong những năm gần đây với sự phát triển và cải tiến không ngừng của phần mềm Plaxis Tải chân không có thể thực hiện một cách đơn giản bằng cách hạ mực nước trực tiếp chạy dọc phần tử Drain Phương pháp này đã khẳng định được sự tối ưu, phản ánh được sự chuyển vị ngang, chuyển vị đứng và sự thay đổi ứng suất trong nền phù hợp với các số liệu quan trắc thực tế thi công (Ngô Nữ Qùynh Trâm 2020)

-

Hình 1.13 Phần tử drain được khai báo bằng phần mềm Plaxis 3D (Ngo Nu Quynh Tram 2020)

1.2.2 Ảnh hưởng của mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng

Mô hình bấc thấm lý tưởng là mô hình là ở đó áp lực hút chân không trong lõi bấc thấm là hằng số không đổi theo độ sâu Mô hình bấc thấm không lý tưởng là mô hình mà ở đó áp lực trong lõi bấc thấm được khai báo thay đổi theo độ sâu Tùy theo việc áp dụng công nghệ thi công tốt hay không mà ảnh hưởng đến áp lực hút trong lõi bấc thấm Với các kết quả phân tích của Lê Bá Vinh (2015) cho thấy rằng mô hình bấc thấm lý tưởng phù hợp với các công nghệ thi công tốt và đối với những công trình áp dụng các công nghệ thiết bị không thật sự tốt thì mô hình bấc thấm không lý tưởng là phù hợp

1.2.3 Ảnh hưởng của mô hình 2D và mô hình 3D

Việc lựa chọn mô hình 3D hay 2D để áp dụng trong phân tích bài toán VCM được các kỹ sư quan tâm hiện nay Tuy nhiên chưa có phân tích cụ thể nào bằng phần mềm Plaxis để đánh giá về vấn đề này ở nước ta Theo kết quả nghiên cứu của C Rujikiatkamjorn et al (2008) cho thấy mô hình 2D và 3D là cho kết quả phân tích

tương tự nhau Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu của Nguyen Trong Nghia (2019) cho thấy các kết quả phần tích mô hình 2D và 3D là không tương đồng nhau và cần được hiệu chỉnh thông qua giá trị tỉ số thấm Rs=kh/ks khác nhau, tương ứng với từng mô hình

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Giới thiệu

Chương này giới thiệu về nguyên lý cơ chế của giải pháp và các cơ sở lý thuyết được áp dụng để nghiên cứu, tính toán trong luận văn

2.2 Nguyên lý và cơ chế của giải pháp hút chân không

Nguyên lý và cơ chế của phương pháp cố kết chân không được diễn giải đầy đủ và rõ ràng trong các bài viết của Kjellman (1952), Bergado và cộng sự (1998), Chu và các công sự (2000), Indraratna và các cộng sự (2005)

Quá trình cố kết của đất dưới sự gia tải đã được tìm hiểu kỹ càng và dùng mô hình lò xo để mô tả như trong Hình 2.1-a Để tiện lợi trong việc giải thích vấn đề này, áp suất trong Hình 2.1 là một giá trị tuyệt đối và pa là áp suất khí quyển Như trong Hình 2.1-a, trường hợp khi gia tải p, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư chịu tải đó Vì thế, với đất bão hòa, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ban đầu u0 bằng với tải p Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán dần dần và tải trọng gia tải chuyển từ nước sang lò xo (lò xo như là cốt của đất) trong mô hình trong Hình 2.1-a Lượng gia tăng ứng suất hữu hiệu sẽ bằng với lượng áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán   pu (Hình 2.1-a) Khi kết thúc quá trình cố kết thì  u 0 và tổng lượng gia tăng của ứng suất hữu hiệu bằng với tải p (Hình 2.1-a) Nên chú ý rằng quá trình trên không bị ảnh hưởng bởi áp suất khí quyển pa

Cơ cấu của gia tải chân không có thể được mô tả bằng cách tương tự là dùng lò xo như trong Hình 2.1-b Khi tải chân không được đặt vào hệ thống như trong Hình 2.1-b, áp lực nước lỗ rỗng trong đất giảm xuống Ứng suất tổng không đổi, ứng suất hữu hiệu tăng lên Khi gia tải chân không,u, áp lực nước lỗ rỗng trong đất vẫn là pa Áp lực nước lỗ rỗng dần tiêu tán và lò xo bắt đầu bị nén lại, ứng suất hữu hiệu trong đất bắt đầu gia tăng Lượng gia tăng ứng suất hữu hiệu bằng với lượng áp lực nước lỗ rỗng giảm đi u , nhưng không vượt quá áp suất khí quyển pa

Hình 2.1 Mô hình lò xo cho quá trình cố kết (a) Gia tải đất đắp, (b) Gia tải chân không

Có thể hiểu rằng khi hút tạo áp lực chân không, thông qua hệ thống lõi thấm đứng, áp lực nước lỗ rỗng của các điểm trong nền đất sẽ chịu lực hút chân không Nước trong đất sẽ thấm ra ngoài theo hệ thống lõi thấm đứng và các ống dẫn để thoát ra khỏi nền Khi đó nền đất sẽ được cố kết

Hình 2.2 minh họa dưới dạng biểu đồ so sánh ứng suất thẳng đứng giữa điều kiện đất có tải chân không (đạt 100% hiệu suất) với điều kiện ban đầu và điều kiện gia tải đơn thuần

, w

  -khối lượng riêng của đất và nước h- chiều sâu lớp đất

a)

b) c)

Hình 2.2 a) trạng thái ban đầu; b) gia tải đất đắp; c) gia tải chân không Hình 2.2-b khi gia tải bằng đất đắp làm tăng ứng suất tổng từ đó tăng ứng suất hữu hiệu trong đất Hình 2.2-c khi gia tải bằng chân không làm giảm áp lực nước lỗ rỗng từ đó tăng ứng suất hữu hiệu mà không tăng ứng suất tổng

2.3 Lộ trình ứng suất cho trường hợp cố kết chân không và gia tải đất đắp Trong quá trình gia tải trước trong nền đất, lộ trình ứng suất của một điểm trong nền được biểu diễn trên biểu đồ (p’,q’) như Hình 2.3

Với ứng suất hữu hiệu p’

Trong đó '1

So sánh 2 lộ trình ứng suất ABC và AE ứng với 2 trường hợp trên ta thấy đường AE có ưu điểm hơn vì ngày càng xa đường phá hoại Kf, còn lộ trình theo đường ABC ở giai đoạn đắp đất, đường con AB có khuynh hướng tiến vào đường Kf nên sẽ hạn chế về tải trọng để tránh phá hoại Biện pháp khắc phục là phải phân nhỏ lớp đất đắp thành nhiều lớp, vừa đắp vừa chờ đất cố kết theo đường BC

Kỹ thuật hút chân không phù hợp nhất cho các loại đất yếu có mực nước ngầm cao và dễ mất ổn định cũng như tốt độ thi công bị hạn chế Vì phương pháp này tạo được sự cố kết đẳng hướng cho nên tránh được rủi ro do phá hoại trượt Điều nay cho phép gia tải gần như tức thời lên đất yếu mà nền vẫn ổn định Kinh nghiệm cho thấy chỉ cần sau vài ngày hút chân không là có thể cho chất tải Cố kết chân không thường

Cố kết gia tải

được kết hợp với phương pháp gia tải trước bằng đất đắp trong trường hợp áp lực gia tải cần thiết vượt quá áp lực chân không có thể tạo ra

2.4 Cơ sở lý thuyết bài toán cố kết một chiều

Khảo sát 1 phân tố đất dxdydz tại điểm (x, y, z) trong khối đất Vận tốc thấm v được phân tích thành 3 thành phần vx, vy, vz Theo định luật bảo toàn khối lượng thì độ chênh lệch của lượng nước vào và ra bằng độ thay đổi thể tích của phân tố đất

yy

Điều kiện cố kết như sau:

- Tải phân bố đều kín khắp gây ra gia tăng ứng suất không đổi theo chiều sâu

- Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ban đầu tại mỗi điểm trong lớp đất bằng với gia tăng ứng suất ngoài lên lớp đất

Giải phương trình (2.9) ta được giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại thời điểm t ở độ sâu z:

2( , )

2.5 Cơ sở lý thuyết bài toán cố kết ba chiều

Bài toán gia tải trước có sử dụng bấc thấm thoát nước thẳng đứng là bài toán cố kết ba chiều gồm thấm đứng và thấm xuyên tâm Phương trình vi phân có dạng: