Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ổn định đường vào cầu bằng vật liệu Geofoam

TÓM TẮT: Nghiên cứu ổn định và tìm giải pháp gia cố nền đường giao thông bằng vật liệu nhẹ Geofoam Vật liệu nhẹ Geofoam được sử dụng khá nhiều trên thế giới trong các công trình xây dựn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

************

NGUYỄN VIỆT SÔ

NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐƯỜNG VÀO CẦU

ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 10 tháng 01 năm 2018

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ Chủ tịch hội đồng 2 TS Lê Trọng Nghĩa Thư ký hội đồng 3 PGS.TS Bùi Trường Sơn Phản biện 1 4 PGS.TS Tô Văn Lận Phản biện 2 5 PGS.TS Nguyễn Thành Đạt Ủy viên Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

-

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

-oOo -

Tp HCM, ngày 31 tháng 01 năm 2018

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN VIỆT SÔ MSHV: 1570162 Ngày, tháng, năm sinh: 10/07/1979 Nơi sinh: Hậu Giang Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

Chương 2: Nghiên cứu quy trình hướng dẫn tính tóan thiết kế nền đường sử dụng Geofoam của Ban Nghiên Cứu Giao Thông của Mỹ

Chương 3: Phương án thiết kế và tính tóan với Geofoam sẽ được tiến hành cho công trình nền đường dẫn vào Cầu Cây Dương Hiệu quả kinh tế-kỹ thuật-xã hội của phương án đề nghị sẽ được so sánh với phương án đắp trên nền đất yếu có xử lý (gây sự cố) và phương án thêm nhịp cầu dẫn đã được lựa chọn khi khắc phục sự cố

Kết luận và kiến nghị

PGS.TS Nguyễn Minh Tâm PGS.TS Lê Bá Vinh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu ổn định đường vào

cầu bằng vật liệu GEOFOAM”, tôi xin được chân thành gửi lời cảm ơn đến:

PGS TS Nguyễn Minh Tâm, người đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình để tôi có thể hiểu rõ phương pháp khoa học và nội dung đề tài, từ đó hoàn chỉnh đề cương luận văn này

Quý thầy cô trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chi Minh, đặc biệt là các thầy cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu làm nền tảng vững chắc để hoàn thành luận văn cũng như phục vụ cho công việc sau này

Xin cảm ơn phòng đào tạo sau Đại học và trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành khóa học cao học

Cuối cùng, tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình người thân, cơ quan đồng nghiệp và bạn bè đã quan tâm, hỗ trợ, chia sẻ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành chương trình học tập của mình

Với những hiểu biết của bản thân, chắc chắn không tránh khỏi những sai sót khi thực hiện luận văn, kính mong Quý Thầy Cô, bạn bè góp ý chân thành để tác giả hoàn thiện thêm kiến thức của mình

Xin chân thành cảm ơn

Tác giả luận văn

Nguyễn Việt Sô

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: luận văn này là đề tài nghiên cứu thực sự của tác giả, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Tất cả số liệu, kết quả tính toán, phân tích đánh giá trong luận văn là hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan chịu trách nhiệm về sản phẩm nghiên cứu của mình

TP Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 01 năm 2018

Học viên thực hiện

Nguyễn Việt Sô

TÓM TẮT: Nghiên cứu ổn định và tìm giải pháp gia cố nền đường

giao thông bằng vật liệu nhẹ Geofoam

Vật liệu nhẹ Geofoam được sử dụng khá nhiều trên thế giới trong các công trình xây dựng, nhất là trong lĩnh vực công trình giao thông EPS là một dạng vật liệu geofoam với nhiều ưu điểm có thể áp dụng vào việc thi công nền đường như khối lượng thể tích rất nhỏ, dễ vận chuyển, dễ chế tạo, thân thiện môi trường Bên cạnh đó, tại Việt Nam EPS được dung trong các công trình xây dựng làm tấm vách ngăn, cách nhiệt, cách âm và tấm 3D v.v Tuy nhiên cho đến nay, việc sử dụng vật liệu EPS áp dụng vào các công trình nền đường giao thông Việt Nam vẫn còn rất hạn chề Vì thế nội dung chính của luận văn này là nghiên cứu ứng dụng vật liệu EPS như là vật liệu nền đường cho các công trình giao thông tại Việt Nam

Để thực hiện nội dung này, các phương pháp truyền thống tính toán đánh giá ổn định nền đường cũng như phương pháp tính toán đánh giá ổn định của GPS đã được tìm hiểu dựa trên các kết quả nghiên cứu trước để làm cơ sở tính toán so sánh hiệu quả kinh tế của các giải pháp kỹ thuật đề nghị từ đó đúc kết ra các kết luận Đồng thời, một số thí nghiệm trong phòng cũng đã được thực hiện trên vật liệu EPS nhằm tìm hiểu rỏ các đặc tính của vật liệu này cũng như các yếu tố ảnh hướng đến chúng từ đó làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế hợp lý hơn

Qua kết quả nghiên cứu tính toán cho công trình cầu Cây Dương nhận thấy rằng giải pháp sử dụng vật liệu EPS cho nền đường có thể áp dụng được và đãm bảo cả về ổn định lẫn hiệu quả kinh tế Qua so sánh với phương pháp xử lý cầu cạn truyền thống, phương pháp sử dụng EPS giảm thời gian thi công và giảm giá thành công trình xuống từ 30% đến 40% Thêm nữa từ các kết quả thí nghiệm, tính chất vật liệu EPS ổn định thể tích ở nhiệt độ 400C, có khối lượng thể tích rất nhỏ, cường độ chịu nén đạt giá trị 22 – 27 Kpa, cường độ chịu uốn đạt giá trị 45 Kpa và modun đàn hồi là 250 – 270 Kpa

ABSTRACT: Research and stabilize road solutions

Traffic by lightweight Geofoam

Geofoam is known as materials for construction and transportation in many countries EPS is kind of geofoam with many advantages such as low density, easy manufacturing, delivery and environment etc Also, EPS has been used as materials for wall, heat resistant panel, 3D panel ect in Vietnam However, application of EPS in transportation construction is still limitted so far Therefore, this research is conducted to find out the suitable method to apply in transportation in Vietnam

To perform this content, comment methods used to calculate and evaluate the stabilization of embankment as well as new calculation method for EPS material are made overview Concurrently, a series of testing on EPS material were conducted to learn in detail the characteristics of EPS as well as influenced factors

The using EPS for pavement is observed the economical efficient and stabilitation by application on Cay Duong bridge It can be reduce duration and the cost up to 40% to compare to traditional design method From the experienment, the EPS has the characteristics such as stable volume at 400C, 22-27 Kpa compressive strength, 45 Kpa flexural strength and 250-270 Kpa elastic modulus

MỞ ĐẦU……….……… 1

1 Tính cấp thiết của đề tài……….……….1

2 Mục tiêu nghiên cứu………… ……… … 3

3 Phương pháp nghiên cứu……….……….……… ….3

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài……… ………4

4.1 Ý nghĩa khoa học……….……… ……….4

4.2 Ý nghĩa thực tiễn……….………4

5 Phạm vi nghiên cứu………4

6 Hạn chế của việc nghiên cứu……….………….5

7 Hướng phát triển của đề tài……….5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU FEOFOAM 6

1.1 GIỚI THIỆU……… ….…… 6

1.1.1 Lịch sử sử dụng vật liệu EPS trong công trình giao thông………… … 6

1.1.2 Tính chất của vật liệu EPS……….7

1.1.3 Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật dùng trong một số công trình điển hình…… 8

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng geofoam trên thế giới………… …….13

1.3 Tình hình sử dụng vật liệu nhẹ và geofoam ở việt nam……….……16

1.4 Những phương pháp xây dựng nền đường đắp cao trên đất yếu hiện đang được sử dụng phổ biến ở việt nam……….……… 17

1.4.1 Nhóm giải pháp tác động đến bản thân nền đắp………… ………… …19

1.4.1.1 Đào và thay thế đất yếu bằng vật liệu có khả năng chịu lực tốt… 19

1.4.1.2 Thi công theo giai đoạn……… ….……19

1.4.1.3 Bệ phản áp……….…….…… 20

1.4.1.4 Vải địa kỹ thuật……… ……….20

ện pháp xử lý bản thân nền đất yếu bằng đường thấm thẳng đứng 21

2.1.2 Tính toán thiết kế nền đường sử dụng geofoam……… …… …37

2.1.2.1 Công Trình Nền Đường sử dụng Geofoam……… ……37

2.1.2.2 Quy trình Tính Toán theo Ban Nghiên Cứu Đường Bộ Mỹ (Transportation Research Board TRB)………38

2.2 Đặt tính cơ học và vật lý của geofoam……… ……… 42

2.2.1 Cường độ chịu nén……… ……… 42

2.2.2 Cường độ chịu uốn……… …… 42

2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thể tích eps……….……….43

2.2.4 Ứng suất và biến dạng……… ………44

2.2.5 Modun đàn hồi……….……….47

2.3 Đánh giá kết quả……….……….49

4.1.giới thiệu về công trình và địa chất……….………… …… 50

4.1.1.giới thiệu……… ……….…… 50

4.1.2.điều kiện tự nhiên……… ……….………51

4.1.2.1.địa hình……….……… …51

4.1.2.2.địa chất……… ……… 51

4.2.phương án thiết kế và xây dựng ban đầu……… ……….……52

4.2.1.thiết kế đường dẩn vào cầu cây dương……… … 52

4.2.1.1 Thiết kế được duyệt……….……… 52

4.2.1.2 Sự cố công trình……… ……… 54

4.2.2 Phân tích hiện tượng mất ổn định tại công trình……….… 56

4.2.2.1 Mất ổn định lún……….56

4.2.2.2 Mất ổn định trượt trồi chung cho cầu……… …….………56

4.2.2.3 Sự sụp đổ của các vách tường bao che hai bên mang cầu………56

4.2.3 Các giải pháp khắc phục……… ……… 56

4.2.3.1 Nhóm giải pháp thứ nhất: xử lý nền……… 56

4.2.3.2 Nhóm giải pháp thứ hai: ……… 57

4.2.3.3 Giải pháp thứ 3 đề nghị: hộc cát……… … …… 58

4.3 Phương án cầu cạn giải quyết sự cố công trình……… …………63

4.4 Giải pháp kiến nghị sử dụng geofoam……….……… 63

Bước 7: kiểm tra ổn định do đẩy nổi của nước ……….……… 79

Bước 8: kiểm tra ổn định do trượt theo phương ngang do nước đẩy … ……80

Bước 9: kiểm tra ổn định do trượt và lật theo phương ngang…….….… ……82

Bước 10 kiểm tra tải trọng nền đường ………….……….….…………84

Bước 11: chọn lớp áo đường và kiểm tra lại …….… ……… …… …91

Bước 12: tìm áp lực của đường dần vào cầu tác dụng lên mố trụ cầu .92

Bước 13: kiểm tra ổn định nền dường bằng phần mềm plaxis.……….……….93

Bước 14: kiểm tra ổn định nền đường bằng slope/w……….………101

4.5 Đánh giá và so sánh hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và xã hội 104

4.5.1 Trường hợp giải pháp sàn giảm tải + tường chắn 104

4.5.1 Trường hợp giải pháp cầu cạn 104

4.5.2 Trường hợp giải pháp sử dụng geofoam 104

Hình 1.1 Một số sơ đồ điển hình của giải pháp sử dụng Geofoam 8

Hình 1.7 Giảm tải lên công trình ngầm 10

Hình 1.8 Tạo bậc ngồi trong sân vận động 10

Hình 1.9 Khối đắp nâng nền 10

Hình I.10 Khối Geofoam tại nơi sản xuất 11

Hình 1.11 Bản thép liên kết và cố định khối Geofoam trong thi công 11

Hình 1.12 Vật chuyển khối Geofoam 11

Hình 1.13 Cắt khối Geofoam tại công trường bằng dây điện trở 11

Hình 1.14 Lắp ghép khối Geofoam tạo nền đắp 12

Hình 1.15.Vách hông thắng đứng của khối Geofoam 12

Hình 1.16 Lắp lưới thép cho bản bêtông phân bố tải trên mặt khối geofoam 12

Hình 1.17 Đổ bêtông cho bản phân bố tải trên mặt khối Geofoam 12

Hình 1.18 Dùng geocomb đắp nền đường đầu cầu ở Pháp 13

Hình I.19 Công nghệ chế tạo tấm EPS 13

Hình 1-20 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu EPS 15

Hình 1.21 Biểu đồ thi công theo giai đoạn 19

Hình 1.22 Sơ đồ bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu nền đường 20

Hình 1.23 Sơ đồ bệ phản áp làm xoải taluy 20

Hình 1.24 Sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật dưới nền đắp 21

Hình 1.25 Sơ đồ cấu tạo giếng cát 22

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán theo Phương pháp Mặt trượt trụ tròn 26

Hình 2.2 Sơ đồ xác định tâm quay mặt trượt nguy hiểm nhất 28

Hình 2.3 sơ đồ tính toán mặt trượt trụ tròn theo Bishop 29

Hình 2.4 Các quy định khác nhau về mức độ phát triển vùng biến dạng dẻo 30

Hình 2.5 Sơ đồ tính ứng suất trong đất nền dưới tải trọng tam giác 31

Hình 2.6 Sơ đồ tải trọng giới hạn và các vùng cân bằng giới hạn 32

Hình 2.7 Sơ đồ tính PP Jocghenxon 32

Hình 2.8 Toán đô Mandel 33

Hình 2.9 Toán đồ Pilot – Moreau 33

Hình 2.10 Cấu trúc chương trình của PLAXIS 34

Hình 2.11 Cấu trúc chương trình của SLOPE/W 36

Hình 2.12 Kết cấu mặt cắt ngang công trình sử dụng EPS 38

Hình 2.13 Sơ đồ tiến trình thiết kế nền đường bằng khối EPS 39

Hình 2.14 Sơ đồ tiến trình kiểm tra thiết kế 40

Hình 2.15 Sơ đồ tiến trình sữa chữa thiết kế (tiếp theo) 41

Hình 2.16 Cường độ chịu nén của EPS theo các cấp gia tải 42

Hình 2.17 Quan hệ giữa cường độ chịu uốn và biến dạng của EPS 43

Hình 2.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến ổn định thể tích của EPS 44

Hình 2.19 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng với các cấp gia tải khác nhau 45

Hình 2.20 Quan bệ giữa ứng suất và biến dạng tại vùng đàn hồi 45

Hình 2.21 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ở trạng thái bão hòa nước 46

Hình 2.22 Quan hệ giữa Modun đàn hồi và biến dạng với cấp gia tải khác nhau 47

Hình 2.23 Quan hệ modun đàn hồi và biến dạng ở trạng thái bão hòa 47

Hình 2.24 Quan hệ giữa ứng suất và modun đàn hồi 48

Hình 2.25 So sánh giá trị modun đàn hồi với nghiên cứu khác 48

Hình 1 Mất ổn định trượt trồi của cầu 60

Hình 2 Sự sụp đổ các vách tường bao che 2 bên mang cầu 61

Hình 3 Mất ổn định trượt trồi của cầu 62

Hình 4 Giải pháp học cát 63

Hình 3.2 Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu 64

Hình 3.3 Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu 64

Hình 3.4 Thiết kế kết cấu đường dung EPS 65

Hình 3.5 Lớp phủ mặt ngoài 66

Hình 3.6 Trắc ngang thiết kế đại diện 66

Hình 3.7 Mặt cắt tính toán của nền đường 67

Hình 3.8 Phân chia vùng tính ứng suất nền đường 68

Hình 3.9 Mô hình tính toán ứng suất vùng 1 69

Hình 3.10 Mô hình tính toán ứng suất vùng 2 69

Hình 3.11 Mô hình tính toán ứng suất vùng I tại mép đường 70

Hình 3.12 Mô hình tính toán ứng suất vùng 2 tại mép đường 71

Hình 3.13 Mô hình tính toán ứng suất vùng 3 tại mép đường 71

Hình 3 14 Biểu đồ tra hệ số an toàn dựa vào bề dày của lớp EPS và sức chống cắt không thoát nước của nền đất và bề rộng của nền đường, và hệ số mái dốc 3:2 77

Hình 3.15 Mô hình tính ổn định lật 78

Hình 3.16 Mô hình kiểm tra đẩy nổi 79

Hình 3.17 Mô hình kiểm tra ổn định trượt theo phương ngang 81

Hình 3.18 Mô hình kiểm tra ổn định trượt và lật theo phương ngang 82

Hình 3.19 Mô hình kiểm tra tải trọng lên nền đường 84

Hình 3.20 Xác định hoạt tải tác dụng lên khối EPS 87

Hình 3.21 Mô hình xác định tỉnh tải tác dụng lên khối EPS 88

.23 Mặt cắt dự kiến nền đường thiết kế 91

Hình 3.24 Mô hình kiểm tra áp lực của nền đường 92

Hình 3.25 Mô hình tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn………… ……….98

Hình 3.26 Áp lực nước lỗ rỗng……… …………98

Hình 3.27 Ứng suất có hiệu……… ………… 99

Hình 3.28 Kết quả chuyển vị của nền đường theo phương đứng……… 100

Hình 3.29 Xác định hệ số Kmin……….101

Hình 3.30 mô phỏng nền đường đắp bằng vật liệu cát………103

Hình 3.31 mô phỏng nền đường đắp bằng vật liệu Geofoam……….103

Bảng 2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến thể tích EPS 43

Bảng 3.1 Bảng Số liệu tính độ lún sơ cấp tại tim đường 73

Bảng 3.2 Bảng Số liệu tính độ lún sơ cấp tại mép ngoài của nền đường 74

Bảng 3.4 Thông số thiết kế khối EPS 77

Bảng 3.5 Thông số kiểm tra đẩy nổi khối EPS 80

Bảng 3.6 Thông số kiểm tra ổn định trượt theo phương ngang 82

Bảng 3.7 Đặc trưng của cát san lấp 94

Chữ viết tắt

EPS Vật liệu GEOFOAM (Expanded Polystyrene) ASTM Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ (American

Society for Testing and Materials) NRRL Viện Nghiên Cứu Đường Bộ Nauy

TRB Ban Nghiên Cứu Đường Bộ Mỹ (Transportation

γphủ kN/m3 Trọng lượng riêng của đất phủ

Qp kN Tải trọng tập trung theo phương đứng

Qs kN Tải trọng tập trung theo phương ngang

Dung trọng trên mực nước ngầm

υur - Hệ số poison khi dở tải và gia tải

Chữ viết tắt

EPS Vật liệu GEOFOAM (Expanded Polystyrene) ASTM Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ (American

Society for Testing and Materials) NRRL Viện Nghiên Cứu Đường Bộ Nauy

TRB Ban Nghiên Cứu Đường Bộ Mỹ (Transportation

γphủ kN/m3 Trọng lượng riêng của đất phủ

Qp kN Tải trọng tập trung theo phương đứng

Qs kN Tải trọng tập trung theo phương ngang

Dung trọng trên mực nước ngầm

υur - Hệ số poison khi dở tải và gia tải

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài:

Ở nước ta phần lớn đô thị và trung tâm kinh tế lớn nằm ở khu vực đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long Đây là các khu vực có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho giao thương nhưng xét về khía cạnh xây dựng thì bất lợi vì các lớp nền là trầm tích sông biển có cấu tạo phức tạp, trong đó có những lớp đất yếu phân bố trên diện rộng và bề dày lớp có thể lên tới 40 - 50m Xây dựng trên nền đất yếu phải thực hiện xử lý nền vì vậy chi phí xây dựng công trình công trình có thể tăng thêm 10 - 20% Mặt khác kết quả đạt được của việc xử lý nền đất yếu trong một số trường hợp chưa đạt yêu cầu

Nền đất yếu là nền có độ nén lún lớn, lực kháng cắt nhỏ, sức chịu tải nhỏ, hệ số rỗng lớn,… Cho nên, những công trình xây dựng trên nền đất yếu không đảm bảo các yêu cầu về giới hạn độ lún, ổn định công trình, sức chịu tải,…và thường xuyên xảy ra xự cố công trình Vậy trước khi xây dựng công trình cần phải có các biện pháp xử lý nền nhằm gia tăng sức chịu tải, hay cải thiện chỉ tiêu cơ lý của đất nền để đảm bảo điều kiện khai thác bình thường của công trình

Đối với nền đất yếu, nhiều phương pháp gia cố nền đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng Khi lựa chọn phương án thích hợp cho mỗi công trình, người thiết kế phải xem xét các yếu tố liên quan đến đất nền đối tượng xử lý, vật liệu và trang thiết bị thi công phương tiện xử lý, giá thành yếu tố kinh tế, ảnh hưởng đối với khu vực lân cận môi trường Một số sự cố công trình xây dựng xảy ra trong thời gian qua cho thấy sai sót trong đó nguyên nhân chủ yếu là phương án xử lý nền chưa phù hợp với đặc thù của công trình

Để khống chế và kiểm soát độ lún của công trình, nguyên tắc chung của các phương pháp xử lý nền thông dụng hiện nay là làm tăng cường độ và làm giảm tính nén lún của đất nền Mục tiêu này có thể đạt được bằng cách:

+Gia tải để làm tăng độ chặt của đá có thể kết hợp với cọc cát hoặc bấc thấm để đẩy nhanh quá trình cố kết;

+Bổ sung chất kết dính để tạo hỗn hợp với đất để cải thiện mô đun biến dạng và cường độ của đất;

+Sử dụng móng cọc để truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất tốt nằm ở độ sâu lớn

Bên cạnh các phương pháp nêu trên, một trong những cách khống chế độ lún của công trình là hạn chế sự gia tăng của ứng suất hữu hiệu trong đất bằng cách khống chế tải trọng của công trình Khi ứng suất hữu hiệu tác dụng lên đáy khối móng lớn hơn ứng suất hữu hiệu do cột đất tạo ra, thì khối móng sẽ xuất hiện hiện tượng lún Nếu ta thay thế khối đất trong lòng móng bằng vật liệu nhẹ thì gây nên ứng suất hữu hiệu tương đối nhỏ, áp lực chủ động của khối vật liệu thay thế tác dụng lên mố cầu và tường chắn giảm từ 50 đến 100 lần Như vậy, khi thay thế đất đắp đường dẫn đầu cầu bằng vật liệu nhẹ, độ lún của nền đất và áp lực ngang tác dụng lên mố, tường chắn chỉ còn phụ thuộc vào bề dày của lớp cấu tạo mặt đường

Geofoam là một trong số các loại vật liệu nhẹ, được trung tâm nghiên cứu GEOFOAM nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều ở Mỹ Đến nay Geofoam được ứng dụng rất phổ biến trên thế giới và được đánh giá là giải pháp đem lại hiệu tốt nhất về kinh tế-kỹ thuật và xã hội

Geofoam là tên gọi chung cho vật liệu xốp có trọng lượng thấp khoảng 2)% trọng lượng của đất, chủ yếu là xốp nhựa tổng hợp, sử dụng làm vật liệu đắp cho công trình xây dựng Ưu điểm của giải pháp sử dụng vật liệu siêu nhẹ Geofoam trong nền đường và công trình đắp cao trên nền đất yếu là:

(1-+Rút ngắn rõ rệt tiến độ thi công, giảm thiểu tác động của công tác xây dựng công trình đến môi trường và sinh họat xã hội

+Giảm thiểu hoặc lọai bỏ việc xử lý nền đất yếu dưới công trình Giảm thiểu ảnh hưởng (lún, áp lực ngang) của công trình đối với các công trình lân cận Giảm chi phí di dời các công trình ngầm lân cận hoặc cắt ngang tuyến đường/ công trình đắp

+Giảm chi phí kinh tế so với phương án thêm nhịp dẫn +Giảm thiểu diện tích chiếm dụng của công trình so với nền đắp thông thường

+Giảm thiểu hoặc lọai bỏ áp lực ngang lên mố cầu dẫn đến giảm chi phí xây dựng mố và móng mố

Dựa vào ưu điểm là một vật liệu nhẹ nhưng có cường độ cao, Geofoam được ứng dụng trong các công trình giao thông (Đường đầu cầu, đường đắp cao, ổn định mái dốc, đường trên nền đất yếu…) ở một số quốc gia trên thế giới Do vậy, đề tài

này tác giả “Nghiên cứu ổn định đường vào cầu bằng vật liệu Geofoam” mục

đích là nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nhẹ nhằm làm giảm tải trọng tác dụng lên nền, giảm khả năng biến dạng phá hoại nền đối với các công trình trên nền đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung và ở Hậu Giang nói riêng

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu giới thiệu tổng quan giải pháp kỹ thuật bao gồm: vật liệu, tính toán thiết kế, thi công và đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật

Phương án thiết kế và tính toán điển hình với Geofoam sẽ được tiến hành cho

công trình nền đường dẫn vào cầu Cây Dương-Tuyến đường tránh thị trấn Cây

Dương, huyện Phụng Hiệp, tỉnh Hậu Giang Hiệu quả kinh tế-kỹ thuật-xã hội của

phương án đề nghị sẽ được so sánh với phương án đắp trên nền đất yếu có xử lý (gây sự cố) và phương án thêm nhịp cầu dẫn đã được lựa chọn khi khắc phục sự cố

3 Phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp thực nghiệm:

Thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu cơ học của vật liệu xốp nhựa tổng hợp (EPS) sản xuất trong nước; đánh giá khả năng sử dụng làm vật liệu đắp nền cho công trình giao thông

 Mô phỏng thực nghiệm:

Sử dụng phần mềm Plaxis để đánh giá hệ số ổn định của công trình đường dẫn vào cầu và các công trình tương tự

Sử dụng phần mềm GeoSlope sử dụng để tính toán cung trượt trụ tròn

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 4.1 Ý nghĩa khoa học:

Đề tài nghiên cứu, phân tích và giải trình quy trình tính toán thiết kế của Ban Nghiên Cứu Giao Thông của Mỹ đối với công trình nền đường sử dụng vật liệu Geofoam

Ngoài ra, đề tài còn sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn như: phần mềm

Plaxis đánh giá hệ số ổn định của công trình đường dẫn vào cầu và các công trình

tương tự Phần mềm Geo SLOPE/W để tính toán cung trượt trụ tròn Geo Slope/W

dùng lý thuyết cân bằng các lực và momen để tính toán hệ số an toàn chống lại sự phá hủy

4.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Đề tài làm rõ ưu nhược điểm của vật liệu siêu nhẹ Geofoam, làm cơ sở ứng dụng hiện tại và trong tương lai phục vụ cho nhu cầu xây dựng mạng lưới giao thông ở các thị trấn, thành phố, nơi tập trung đông dân cư….tại Việt Nam

Kết luận về khả năng sử dụng vật liệu Geofoam sản xuất trong nước làm vật liệu đắp siêu nhẹ cho công trình nền đường giao thông

Kết luận về hiệu quả kinh tế của giải pháp sử dụng vật liệu Geofoam cho nền đường đắp cao trên đất yếu trong điều kiện nền đất yếu tại Việt Nam

Nghiên cứu dựa trên các tài liệu nghiên cứu của các nước tiên tiến (chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết)

Trong nước chưa có trung tâm nghiên cứu về quy trình sản xuất và kiểm định vật liệu Geofoam cũng như chưa có các ứng dụng thực tế và thi công công trình đắp bằng vật liệu Geofoam nên không có điều kiện nghiên cứu thực nghiệm

Kinh phí nghiên cứu còn hạn chế nên không có điều kiện nghiên cứu sâu cấu trúc bên trong và ảnh hưởng của vật liệu Geofoam khi làm việc chung với vật liệu nền khác

7 Hướng phát triển của đề tài:

Xu thế sử dụng các sản phẩm vật liệu công nghệ mới thay thế cho các sản phẩm công nghệ lạc hậu, lỗi thời gây nhiều tác động đến môi trường, con người, xã hội là tất yếu Vật liệu siêu nhẹ đĩa kỹ thuật sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý và gia cố các công trình giao thông hện nay

Nghiên cứu này sử dụng như một tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư thiết kế và chủ đầu tư trong việc tính toán và lựa chọn phương án xử lý nền đất yếu tại Việt Nam, đồng thời quy trình thi công nhanh, đơn giản, an toàn, giảm giá thành XD, mang lại hiệu quả kinh tế

Với điều kiện địa chất của Việt Nam việc sử dụng vật liệu nhẹ là hướng có nhiều triển vọng, đặc biệt là khi xây dựng đường giao thông trên nền đất yếu và xử lý lún công trình xây dựng Để có thể áp dụng tại Việt Nam cần phải tiếp tục nghiên cứu thêm với điều kiện địa chất, điều kiện tự nhiên cũng như biên soạn các tiêu chuẩn thiết kế thi công

- Có khả năng ứng dụng và phát triển thành công nghệ sản xuất và thi công hàng loạt với qui mô lớn ở các công trình giao thông và xử lý nền móng công trình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA

VẬT LIỆU GEOFOAM

1.1 GIỚI THIỆU:

1.1.1 Lịch sử sử dụng vật liệu EPS trong công trình giao thông

- Trong công trình nền đường và công trình đắp, trọng lượng bản thân của khối đắp là một tải trọng tính tóan quan trọng tác động lên nền và/hoặc công trình chắn Giảm thiểu thành phần tải trọng này là mục tiêu chính của việc nghiên cứu và triển khai ứng dụng vật liệu nhẹ và siêu nhẹ cho khối đắp

- Expanded Polystyrene (EPS), một dạng xốp nhựa tổng hợp, có trọng lượng rất nhẹ, được phát minh ra từ năm 1950 Vật liệu EPS được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và dân dụng khác nhau Geofoam, hay xốp địa kỹ thuật, là vật liệu EPS sản xuất đảm bảo một số chỉ tiêu cơ lý đặc thù để sử dụng lảm vật liệu đắp trong công trình xây dựng Một hình thức khác của vật liệu đắp siêu nhẹ từ nhựa

tổng hợp đã và đang được phát triển gần đây là Geocomb

- Geofoam có trọng lượng riêng trong khoảng 10 kg/m3 đến 30 kg/m3, chỉ bằng 1%-2% trọng lượng riêng của đất, đá hay bêtông Geofoam nhẹ hơn nhiều lần so với những vật liệu nhẹ khác đã được dùng trong công trình đắp như bêtông tạo bọt, vỏ xe, vụn gỗ và kể cả geocomb (Miki, H, 1996) Với trọng lượng như như vậy, Geofoam có tỷ lệ cường độ/trọng lượng rất cao và có thể chịu được ứng suất nén dài hạn đến 100kPa, tương đương với các lọai đất đắp nền thông dụng Với cường độ đó, khi được thiết kế và thi công phù hợp, nền đắp bằng Geofoam có đủ khả năng chịu tải trọng xe, tàu hỏa, máy bay và thậm chí các kết cấu chịu tải trọng tương đối lớn

Geofoam hiện đã được sử dụng thành công ở một số quốc gia trên thế giới Một số các nước này là Na Uy, Hà Lan, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Đức và Malaysia

Tại Na Uy dự án cách đường đầu tiên với EPS geofoam được thực hiện vào năm 1965 (Aabee, 2000) và lần đầu tiên dự án kè đường sử dụng EPS geofoam được hoàn thành vào năm 1972 (Frydenlund, 1991) Tại Hà Lan vật liệu EPS geofoam đầu tiên được ứng dụng bắt đầu những năm 70 (Van Dorp, 1996) Tiếp sau đó, EPS geofoam được phát triển trong một số các ứng dụng ở Hoa Kỳ Khối lượng lớn nhất của EPS geofoam trong một dự án khoảng 100.000 mét khối ở Salt Lake City Các ứng dụng EPS geofoam đầu tiên tại Nhật Bản dùng để làm vật liệu đắp từ năm 1985 (Miki, H., 1996) nơi 470 mét khối đã được sử dụng trong dự án EPS

geofoam đắp cao 15m là xây dựng (Yamanaka, et al., 1996) Tại Đức, mặc dù EPS được sử dụng lần đầu tiên trong những năm 1960, nó lần đầu tiên được sử dụng trong xây dựng đường cao tốc vào tháng 03 năm 1995 (Hillmann, 1996) Geofoam EPS một vật liệu lấp nhẹ lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1992 tại Malaysia (Mohamad, 1996)

- Khả năng ứng dụng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật đã được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khác nhau và đưa ra cơ chế làm việc khi xử lý các công trình (Elias 2001) Tác giả Stark và cộng sự đã hoàn thiện kỹ thuật sử dụng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật trong tài liệu “Hướng dẫn sử dụng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật dùng cho công trình đường giao thông” (Stark và cộng sự, 2004)

1.1.2 Tính chất của vật liệu EPS

- Tính nhẹ của vật liệu: Vật liệu EPS có trọng lượng thể tích rất nhẹ, dao động từ 11 đến 30 kg/m3 làm cho vật liệu có khả năng nổi trong môi trường nước Các công trình xây dựng có thể khống chế lực đấy nối này có thể dùng vật liệu EPS neo vào đất giống như sử dụng sàn betong neo vào đất (Ninomiya và Makoto, 1996) hay dung nó làm vật liệu địa kỹ thuật (George, 2000)

- Khả năng chịu tác dụng của lực tập trung: Vật liệu EPS rất dễ bị xuyên thủng do đó phải thiết kế vật liệu tránh sự tiếp xúc trực tiếp với lực tập trung Trong đa số các trường hợp, các khối đắp bằng vật liệu EPS được thiết kế với một bản bê-tông cốt thép 8÷10cm bảo vệ bên trên Bản bê-tông bảo vệ này còn tăng đáng kể độ cứng và cải thiện điều kiện làm việc tòan khối của khối vật liệu EPS (Nishi và cộng sự, 1996)

- Khả năng bền hóa học: vật liệu EPS không bền trong môi trường có chứa dầu hỏa hay chất lỏng khác Để tăng độ bền của vật liệu trong môi trường ăn mòn hóa học, giái pháp là sử dụng vật liệu nhựa bọc xung quanh khối EPS hay dùng betong bảo vệ bên ngoài (Negussey and Elragi, 2000)

- Dựa trên nghiên cứu về tính chất của vật liệu EPS, Tsukamoto đã xây dựng tài liệu hướng dẫn sử dụng EPS trong ổn định mái dốc và các công trình giao thông

vào năm 1996 Vật liệu EPS đã được Hiệp hội nghiên cứu đường và giao thông FGSV đưa vào tiêu chuẩn từ năm 1995 tại Đức

1.1.3 Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật dùng trong một số công trình điển hình

Một số giải pháp đắp nền bằng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật EPS đã được ứng dụng cho các công trình giao thông như chỉ ra từ Hình 1.1 đến Hình 1.4

Hình 1.1 Một số sơ đồ điển hình của giải pháp sử dụng Geofoam để đắp nền đường

giao thông trên đất yếu (Stark et al, 2004)

Hình 1.2 Nền đắp trên sườn dốc (Stark et al, 2004)

Hình 1.3 Nền đắp sau mố cầu (Wano et al, 1996)

Hình 1.4 Nền đắp trên sườn dốc với tường chắn (Stark et al, 2004) Bên cạnh đó vật liệu EPS còn được sử dụng dưới nền công trình nhà, giảm áp lực đắp trên công trình ngầm, khối đắp nâng nền (hình I.5 ÷ hình I.9)

Hình 1.5 Móng công trình (Stark et al, 2004)

Hình 1.6 Tường chắn (Stark et al, 2004)

Hình 1.7 Giảm tải lên công trình ngầm (Stark et al, 2004)

Hình 1.8 Tạo bậc ngồi trong sân vận động (Stark et al, 2004)

Hình 1.9 Khối đắp nâng nền (Stark et al, 2004) Vật liệu Geofoam và phụ kiện: (AFM Corporation Inc, 2009)

Hình I.12 Vật chuyển khối Geofoam

Hình 1.13 Cắt khối Geofoam tại công trường bằng dây điện trở

Hình 1.14 Lắp ghép khối Geofoam tạo nền đắp

Hình 1.15.Vách hông thắng đứng của khối Geofoam

Hình 1.16 Lắp lưới thép cho bản bêtông phân bố tải trên mặt khối geofoam

Hình 1.17 Đổ bêtông cho bản phân bố tải trên mặt khối Geofoam

Hình 1.18 Dùng geocomb đắp nền đường đầu cầu ở Pháp (Horvath, 1999)

GIỚI:

- Lịch sử ra đời của vật liệu nhẹ địa kỹ thuật được nghiên cứu từ rất lâu, khoảng từ năm 1960 với ưu điểm là khối lượng thể tích nhỏ hơn đất nền hơn 100 lần Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật được nghiên cứu trên cơ sở sử dụng các hạt vật liệu nhẹ, cĩ khối lượng thể tích nhẹ, cĩ khả năng liên kết với nhau hay liên kết với chất kết dính khác nhau để tạo thành vật liệu mới Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật cĩ nhiều loại khác nhau: cĩ thể chế tạo từ các hạt polystyrene hay bọt nhẹ hay các vật liệu nhẹ khác

Hình 1.19 Cơng nghệ chế tạo tấm EPS (theo Dukov, 1995)

Nhựa, nước, chất tạo khí

EPS foamĐổkhuôn

Chưng cấtHóa cứng

Giản nởtrước

Chưng cất

Không khí

- Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật (Geofoam) được bắt đầu đưa vào sử dụng trong các công trình địa kỹ thuật, trước cả những vật liệu tổng hợp khác như bấc thấm, vải địa kỹ thuật…Các công trình đầu tiên sử dụng Geofoam chủ yếu làm vật liệu cách nhiệt Khi đó Geofoam chủ yếu được sử dụng ở những nước ôn đới và hàn đới là nơi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các mùa hoặc trong ngày khá lớn Geofoam đã được sử dụng dưới nền đường, nền đường băng sân bay, nền công trính nhà hoặc nền của các bồn chứa lớn

- Chỉ đến những năm 1970 thì Geofoam mới bắt đầu được sử dụng như là vật liệu đắp siêu nhẹ, khởi đầu bởi ở Viện Nghiên Cứu Đường Bộ Nauy (NRRL) Với sự chia sẽ và công bố rộng rãi kết quả nghiên cứu và hiệu quả ứng dụng của NRRL cùng với sự thành công của hội nghị quốc tế đầu tiên về sử dụng Geofoam vào 1985, một kỹ nguyên mới đã mở ra cho các công trình nghiên cứu và triễn khai ứng dụng Geofoam làm vật liệu đắp siêu nhẹ Nhật Bản là nước thứ hai sau Nauy góp phần vào sự phát triển mạnh ứng dụng của Geofoam, trước khi giải pháp này được triển khai hàng loạt ở nhiều nước trên thế giới bao như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Hà Lan, Singapore, Malaysia…

-Trên thế giới, một số nghiên cứu đã thiết lập tương quan về mối quan hệ giữa các tính chất cơ học của vật liệu EPS như ứng suất, biến dạng và thời gian sử dụng Mặc dù các nghiên cứu đã thu được nhiều kết quả nhưng ứng xử của vật liệu EPS vẫn còn chưa đầy đủ để cung cấp thông số cho thiết kế trong lĩnh vực địa kỹ thuật và công trình Các nghiên cứu đưa ra được kết quả sử dụng của vật liệu EPS trong trường hợp coi vật liệu chịu biến dạng nhỏ, tương ứng với thời gian sử dụng là 30 năm, trong khi thực tế, vật liệu EPS với ứng xử biến dạng lớn còn chưa được nghiên cứu đầy đủ (Hemanta Hazarika, 2006)

Tác giả Preber và nnk (1994) đã phát triển qui luật cơ bản của vật liệu EPS trên cơ sở của các thí nghiệm nén 3 trục và thí nghiệm gia tải liên tục Trong đó, xác định ảnh hưởng của dung trọng EPS và ứng suất đến biến dạng của vật liệu, đồng thời hệ số poision là một thành phần của ứng suất Tương tự như vậy, tác giả Chun và nnk (1998, 2004) đã tìm ra mối quan hệ toán học trên cơ sở của thí nghiệm nén 3 trục với dung trọng khác nhau của vật liệu EPS Trong đó, hệ số poison quan hệ

tuyến tính với tỷ trọng và ứng suất của vật liệu Theo nghiên cứu này, qui luật ứng xử được xây dựng trên các thành phần ứng suất chính và biến dạng cũng giống như mối quan hệ giữa tỷ trọng và ứng suất Horvath (1997), Hazarika (2001), Tsukamoto và nnk (2001, 2002) cho thấy rằng khi vật liệu EPS được sử dụng như vật liệu có biến dạng lớn, ví dụ như dung làm tấm đệm cứng, thì thành phần độ cứng của vật liệu là một tính chất rất quan trọng Độ cứng của vật liệu EPS bị ảnh hưởng bởi các cấp áp lực và giai đoạn gia tải, khi đó ứng xử của vật liệu trên cơ sở dẻo – nhớt

- Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của EPS đã được các nghiên cứu trước đây đưa ra mô hình (Horvath, 1995) Trong đó, vật liệu EPS có biến dạng dẻo khi biến dạng đạt giá trị từ 10% đến 60% Vùng ứng suất tái bền xảy ra khi biến dạng đạt từ 60% đến 90%

Hình 1.20 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu EPS (Horvath, 1995) - Vật liệu Geofoam vẫn được nghiên cứu và phát triển để xác định các tính chất và khả năng ứng dụng trong các công trình xây dựng ( tác giả Refsdal, 1985; Duskov, 1991; Skuggedal and Aaboe, 1991; Frydenlund, 1991; McDonald và Brown, 1993) Tiêu chuẩn phân loại về vật liệu EPS cũng đã được xây dựng dựa trên cơ sở các nghiên cứu này, chủ yếu phân loại theo khối lượng thể tích theo các cấp 12, 15, 19, 22, 29, 39 và 46 kg/m3

biến dạng nén (%)

1.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU NHẸ VÀ GEOFOAM Ở VIỆT NAM:

Từ những năm 60 của Thế kỷ 20, nhiều phát minh về Bê tông nhẹ đã được các chuyên gia Mỹ, Nhật và Châu Âu nghiên cứu, áp dụng trong thực tế Tới nay, Bê tông nhẹ đã được phổ biến hầu như trên toàn Thế giới (chỉ trừ một số nước chậm phát triển như Việt Nam)

Từ khi có Bê tông nhẹ để sử dụng thay thế gạch nung trong xây dựng, gạch nung (nguyên liệu lấy từ đất tự nhiên) ở các nước tiên tiến đã bị nghiêm cấm sử dụng nhằm mục đích bảo vệ môi trường sinh thái Quốc gia Ngoài ra loại Bê tông nhẹ với cấu trúc được làm từ bọt tạo sẵn (còn gọi là Bê tông bọt ) cũng được nhiều Quốc gia có nền khoa học công nghệ cao như Mỹ, Đức, Pháp, Nhật… ứng dụng trong xử lý nhiều vấn đề địa kỹ thuật quan trọng như làm nền cho đường cao tốc, chống lún trượt ở những vùng đồi núi hoặc những vùng đất yếu với hiệu quả kỹ thuật - kinh tế vô cùng to lớn

Xưa nay, vật liệu xây dựng làm tường bao che chủ yếu ở Việt Nam vẫn là loại gạch nung (lấy nguyên liệu từ đất tự nhiên) Hàng năm, theo thống kê gần đây, cả nước sử dụng tới trên dưới 60.000.000/m3 gạch nung trong đó 70-80% là gạch nung thủ công (nguyên liệu đốt là củi, gỗ lấy từ rừng) gây nên những phá hoại nghiêm trọng về môi trường (Có thể tính tương đương 1.000 trận bom B52/năm) Trước tình hình đó, Thủ tướng Chính Phủ đã có quyết định 115/2001 ngày 01/08/2001 trong đó khẳng định chủ trương “tiến tới xoá bỏ việc sử dụng gạch nung thủ công tại ven các đô thị vào năm 2005 và trên phạm vi toàn quốc vào năm 2010” Đây là một cơ sở pháp lý vô cùng quan trọng cho những người quan tâm nghiên cứu phát triển sản xuất Bê tông nhẹ tại Việt Nam Đặc biệt, xu hướng xây nhà cao tầng gần đây ngày càng tăng, Việt Nam lại có nhiều khu vực có nền đất yếu, việc sử dụng Bê tông nhẹ sẽ mang lại hiệu quả hết sức to lớn:

- Giảm tải cho công trình, dẫn tới giảm kinh phí xử lý nền móng và hệ thống kết cấu của nhà Giảm tác động tiêu cực của việc sử dụng gạch nung đồng thời góp phần giảm tổng mức đầu tư xây dựng công trình 7÷10%

- Các Block Bê tông nhẹ thường có kích thước lớn hơn viên gạch nung nhiều lần nên có thể góp phần tăng tốc độ thi công và hoàn thiện phần bao che của công trình từ 2÷5 lần

- Khả năng cách nhiệt của Bê tông nhẹ cao hơn nhiều lần so với gạch nung hoặc Bê tông thường,nên khi sử dụng làm tường bao che hoặc chống nóng cho mái sẽ làm cho ngôi nhà ấm vào mùa đông, mát vào mùa hạ, góp phần tiết kiệm điện năng dùng cho sưởi hoặc điều hòa không khí

- Mặt khác, Bê tông nhẹ làm từ bọt khí tạo trước còn được ứng dụng trong việc xử lý các vấn đề địa kỹ thuật như làm nền đường, giảm tải mố cầu, chống lún cho nền đất yếu ở các nước phát triển như Anh, Mỹ, Pháp, Nhật…và mang lại những hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, xã hội vô cùng to lớn

- Vật liệu EPS đã được ứng dụng trong các công trình xây dựng tại Việt Nam Tấm EPS được dùng trong kiến trúc xây dựng lót hay ốp tường có công dụng cách âm cách nhiệt tốt Gia công sản xuất tấm 3D dùng trong xây dựng Nhà ở dạng biệt thự hay cao tầng thay thế cho vật liệu truyền thống vì nó có ưu điểm là vật liệu Nhẹ và có tính năng cách nhiệt tốt nên tiết kiệm được chi phí điện năng sinh hoạt Dùng trong tàu, xe có trang bị thiết bị bảo ôn (đông lạnh) Kho lạnh Dùng cách nhiệt nền kho lạnh Hầm đông.hầm nước đá Các loại ống bảo ôn Bao bì điện tử, sanh sứ thủy tinh, rau quả, thủy hải sản và bao bì chống va đập Phương pháp thi công đơn giản, tiện lợi mang lại hiệu quả cao, tấm EPS được các công ty xây dựng, các nhà thầu chọn làm giải pháp chống nóng cho mái tole, vách tole của các Khu Công nghiệp, Khu Chế xuất; các tòa cao ốc, khách sạn, dùng để cách âm - cách nhiệt cho Hệ thống điều hòa Trung tâm của các công trình điện lạnh,

ĐẤT YẾU HIỆN ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM:

Tiêu chí quan trọng nhất thể hiện mức độ đáp ứng của công tác nền móng đối với yêu cầu sử dụng là độ lún công trình Để đảm bảo điều kiện ổn định của đường khi xây dựng trên nền đất yếu tránh sụt lở, trượt trồi, lún sụp, biện pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường phải thoả mãn các yêu cầu:

- Đảm bảo ổn định và biến dạng toàn khối cho nền đường, kích thước hình học và hình dạng của nền đường trong mỗi hoàn cảnh không bị phá hoại hoặc biến dạng gây bất lợi cho việc thông xe trong quá trình sử dụng và khai thác Các hiện tượng mất ổn định toàn khối chủ yếu là trượt lở mái taluy nền đào hoặc đắp như trượt trồi, lún sụp nền đắp trên đất yếu

- Biện pháp thi công khả thi, phù hợp với kinh nghiệm và thiết bị hiện có của các đơn vị thi công

- Đảm bảo các yếu tố về môi trường - Đáp ứng thời gian yêu cầu đưa công trình vào sử dụng - Đảm bảo tính kinh tế, giá thành xây dựng hợp lý

Hiện nay có khá nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường Trong đó, một số biện pháp nhằm vào mục đích tăng sự ổn định của nền đường đắp; một số biện pháp nhằm vào mục đích tăng cường độ đất yếu; các biện pháp còn lại nhằm vào mục đích tăng nhanh tốc độ cố kết hoặc giảm độ lún tổng cộng

Để tăng cường sức chịu tải (tải trọng giới hạn) của nền đất yếu, thì giải pháp công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu có thể chia làm 2 nhóm biện pháp chính:

trọng như đào thay toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu đắp tốt; bố trí xây dựng thi công theo giai đoạn; xây dựng bệ phản áp; gia tải trước; giảm tải trọng của nền đắp (đắp bằng vật liệu nhẹ); bố trí thêm các lớp vải hoặc lưới địa kỹ thuật ở đáy và thân nền đường đắp…

như; hút chân không; cột balát, giếng cát và bấc thấm; cột đất gia cố vôi hoặc xi măng; điện thấm; đóng cọc

- Để lựa chọn các giải pháp áp dụng cho một công trình nền đắp cụ thể cần xem xét tới các tiêu chí dưới đây:

+ Khả năng thực hiện tại chỗ như điều kiện về vật liệu, thiết bị, tay nghề; + Tác động của quá trình thi công đến môi trường xung quanh;

+ Thời hạn thi công tối đa có thể có; + Có đáp ứng được các yêu cầu khai thác sử dụng lâu dài hay không;

+ Chi phí đắt hay rẻ - Nguyên tắc lựa chọn giải pháp thường là: trước hết nên đề cập đến giải pháp đơn giản, tiếp đó là các giải pháp xử lý nông rồi mới đến các giải pháp xử lý sâu [8]

Như vậy, có rất nhiều giải pháp để lựa chọn xử lý nền đất yếu và tăng cường sức chịu tải hay tải trọng giới hạn

Trong các nhóm giải pháp đã nêu trên, một số giải pháp thường được sử dụng có tính khả thi cao, có thể tóm lược như sau:

1.4.1 Nhóm giải pháp tác động đến bản thân nền đắp 1.4.1.1 Đào và thay thế đất yếu bằng vật liệu có khả năng chịu lực tốt:

Lớp đất yếu dưới nền khối đắp được đào bỏ và thay bằng vật liệu tốt như cát Do sức chống cắt của lớp cát lớn nên nền đường tăng cao khả năng chống trượt so với khi đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên Thường trên đất yếu có thể áp dụng phương pháp này để gia cố nền, kết hợp sử dụng lại đất đào bỏ để đắp phần kết cấu thân đường phía trên

1.4.1.2 Thi công theo giai đoạn

Cường độ đất nền ban đầu của đất yếu thường rất thấp, nên không thể đắp một lần đến cao độ thiết kế Hình 1.21 thể trường hợp gia tải theo thời gian cho nền đắp bằng cách phân chia giai đoạn đắp thành từng lớp một, để đảm bảo cho đất nền ổn định, đồng thời chờ đất nền cố kết, tăng dần sức chịu tải cho đến khi đắp được các lớp tiếp theo

Hình 1.21 Biểu đồ thi công theo giai đoạn

I

IIIII

Đây là biện pháp xử lý đơn giản nhất nhưng thời gian kéo dài, nên phối hợp cùng các biện pháp khác nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết

1.4.1.3 Bệ phản áp

Khi thời gian cố kết kéo dài so với thời hạn thi công công trình thì có thể sử dụng biện pháp bệ phản áp Trong sơ đồ tính, bệ phản áp sẽ đóng vai trò đối trọng ở chân taluy, làm tăng độ ổn định công trình, từ đó cho phép tăng chiều cao đắp đất theo giai đoạn Nhờ đó, thời gian cố kết sẽ rút ngắn và giảm bớt và số lần đắp đất theo giai đoạn

Về lý thuyết, bệ phản áp có thể được tính toán theo dạng làm tăng độ chôn sâu của nền đường hoặc theo dạng làm xoải taluy nền đường theo hình 1.23 ÷ hình 1.24

- Dạng làm tăng độ chôn sâu của nền đường

Hình 1.22 Sơ đồ bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu nền đường

- Dạng làm xoải taluy

Hình 1.23 Sơ đồ bệ phản áp làm xoải taluy

1.4.1.4 Vải địa kỹ thuật

Hình 1.25 thể hiện nền đắp có gia cố vải địa kỹ thuật nhằm làm tăng sức chống cắt, đảm bảo ổn định cho nền đường Do đó, có thể tăng chiều cao đắp đất