Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu xử lý lún lệch của đường dẫn vào cầu Long Sơn ở Bến Lức - Long An

HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM --- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM MSHV: 7140127 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xử lý lún lệch đườ

TRƯỜNG ĐẠI BÁCH KHOA

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

NGUYỄN TRUNG HẬU NGHIÊN CỨU XỬ LÝ LÚN LỆCH CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU LONG SƠN Ở BẾN

TP Hồ Chí Minh, Tháng 06 / 2016

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS ĐỖ THANH HẢI

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….tháng … năm 2016 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: 1………

2………

3………

4………

5………

PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

-

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM MSHV: 7140127

I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu ở Bến Lức, Long II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ LÚN LỆCH ĐƯỜNG DẪN

VÀO CẦU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

- Chương 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN - Chương 3: THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ ĐẤT

TRỘN XI MĂNG - Chương 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN - Định hướng kết luận và kiến nghị - Tài liệu tham khảo

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ THANH HẢI

Ngày………tháng………năm 201

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XD

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS ĐỖ THANH HẢI PGS.TS LÊ BÁ VINH PGS.TS.NGUYỄN MINH TÂM

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên học viên xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô trong Bộ Môn Địa Cơ Nền Móng - Khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Đại Học Bách Khoa TP HCM đã luôn quan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báo trong thời gian học cũng như hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn thầy TS Đỗ Thanh Hải đã hướng dẫn học viên hoàn

thành luận văn này Các thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp dỡ học viên đưa ra nghiên cứu cụ thể, hỗ trợ nhiều tài liệu, kiến thứ quý báu trong quá trình học tập và nghiên cứu

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia Đình lòng biết ơn sâu sắc Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng như thời gian thực hiện, chắc chắn luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồng nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thực tiễn

Trân trọng cảm ơn!

Nguyễn Trung Hậu

TÓM TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU XỬ LÝ LÚN LỆCH CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU LONG

SƠN Ở BẾN LỨC, LONG AN”

Hiện tượng lún đường dẫn vào cầu đắp trên nền đất yếu rất phổ biến Không chỉ riêng ở Việt Nam Điểm khác biệt là các công trình ở Việt Nam độ lún lệch giữa cầu và đường có giá trị lớn hơn, thời điểm bắt đầu xảy ra hiện tượng lún lệch cũng sớm hơn Đã có nhiều đề tài trong và ngoài nước nghiên cứu về lún đường dẫn vào cầu Kết quả cho thấy sự cố trên được hình thành bởi nhiều nguyên nhân: từ giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công đến quản lý khai thác công trình… Vì vậy, cần phải có giải pháp xử lý nền dất yếu đểm giảm lún lệch giữa mố cầu và đường dẫn vào cầu

Đề tài này tiến hành thí nghiệm trộn xi măng với đất với các hàm lượng ximăng/đất (X/Đ) tương ứng với 150kg/m3, 200kg/m3 và 250kg/m3 từ đó đề xuất tỷ lệ hợp lý để đưa vào sử dụng xử lý lún lệch cho công trình Phần tính toán áp dụng thực tế đối với công trình đường dẫn vào cầu Long Sơn - Long An tác giả đề xuất áp dụng tỷ lệ (X/Đ) là 200kg/m3 để tiến hành thi công Qua kiểm tra lại bằng phần mềm Plaxis 2D Kết quả cho thấy, sau khi gia cố cột xi măng đất thì chênh lệch lún giảm từ 17.344cm xuống còn 6.685cm (giảm 61.5%)

ABSTRACT “RESEARCH ON TREATING DIFFERENT SETTLEMENT OF THE ROAD

EMBANKMENT TO LONG SON BRIDGE IN BEN LUC, LONG AN

PROVINCE”

Different settlement between road embankment on the soft soil and the bridge is very popular This matter is not only existing in Viet Nam but also in the other countries The only difference is the value of the different settlement of the road and the bridge in our country is bigger than the others, the time that the different settlement appears is also earlier There are many topics and researches on this matter The results showed that the problem is come from many reasons: incorrectly in soil investigation, designed, constructed and managed, operated Those problems must be treated to reduce the different settlement between the road embankment and the bridge

This Thesis experiments on the mixture of soil and cement with the different ratio of cement/soil (X/D): 150kg/m3, 200kg/m3, 250kg/m3 After all, giving the reasonable ratio to reducing the different settlement The result applied for the road embankment to Long Son – Long An After analyzed author suggest the ratio of cement/soil is 200kg/m3 to improve the soft soil under the road embankment Using the Plaxis 2D to check the result of two cases: the parameters with and without reinforced cement, the different settlement now is reducing from 17.344 cm to 6.685 cm (reducing about 61.5%)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luện văn thạc sĩ kỹ thuật “Nghiên cứu xử lý lún lệch của đường dẫn vào cầu Long Sơn ở Bến Lức, Long An” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu trong luận văn là trung thực

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

TP.HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

NGUYỄN TRUNG HẬU Học viên cao học khóa 2014 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm

Trường Đại Học Bách Khoac TP HCM

1.1 Tổng quan về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu: 4

1.2 Các giải pháp xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu: 5

1.2.1 Xử lý phần đất đắp 5

1.2.1.1 Xây dựng nền đất đắp theo giai đoạn 5

1.2.1.2 Xây dựng bệ phản áp hai bên nền đắp 5

1.2.1.3 Bố trí các lớp vải địa kỹ thuật 5

1.2.1.4 Giảm tải trọng nền đất đắp bằng vật liệu nhẹ 5

1.2.2.6 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật 8

CHƯƠNG 2 CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 19

2.1 Quan niệm tính toán cọc xi măng đất 19

2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc.[7] 19

2.1.1.1 Đánh giá ổn định cọc xi măng – đất theo trạng thái giới hạn 1 19

2.1.1.2 Đánh giá ổn định cọc xi măng đất theo trạng thái giới hạn 2 19

2.1.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương.[7] 19

2.1.1.4 Quan niệm hỗn hợp 20

2.1.1.4.1 Cách tính theo quy phạm Trung Quốc DBJ 08-40-94 20

a.Sức chịu tải của cọc đơn 20

b.Tính toán biến dạng 22

2.1.1.4.2 Cách tính toán của viện kỹ thuật Châu Á – AIT 22

a.Sức chịu tải cọc đơn 22

b.Khả năng chịu lực tới hạn của nhóm cọc xi măng đất 24

c.Tính toán biến dạng: 25

2.2 Độ lún của nhóm cọc trong đất rời: 29

CHƯƠNG 3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỰ PHÁT TRIỂN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ SỨC CHỐNG CẮT CỦA HỖN HỢP ĐẤT TRỘN XI MĂNG 31

3.2.2.1 Thiết bị trộn 34

3.2.2.2 Chế bị mẫu thí nghiệm 34

3.3 Thí nghiệm nén đơn (ASTM D2166) 36

3.3.1 Mục đích thí nghiệm nén đơn 36

3.3.2 Thiết bị thí nghiệm nén đơn 36

3.3.3 Tổ hợp mẫu thí nghiệm nén đơn 37

3.3.4 Thực hiện thí nghiệm nén đơn 38

3.3.5 Kết quả thí nghiệm nén đơn 39

3.3.6 So sánh cường độ chịu nén qu của hỗn hợp đất trộn ximăng 43

3.3.6.1 Cường độ nén qu của mẫu A ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 43

3.3.6.2 Cường độ nén qu của mẫu A ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 44

3.3.6.3 Cường độ nén qu của mẫu B ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 44

3.3.6.4 Cường độ nén qu của mẫu B ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 45

3.3.7 So sánh modun Young E50 của hỗn hợp đất trộn ximăng 46

3.3.7.1 E50 của mẫu A ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 46

3.3.7.2 E50 của mẫu A ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 47

3.3.7.3 E50 của mẫu B ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 47

3.3.7.4 E50 của mẫu B ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 48

3.4 Thí nghiệm cắt trực tiếp (TCVN 4199-2012) [11] 49

3.4.1 Mục đích thí nghiệm 49

3.4.2 Thiết bị thí nghiệm 49

3.4.3 Tổ hợp mẫu thí nghiệm 49

3.4.4 Thực hiện thí nghiệm cắt trực tiếp 51

3.4.5 Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp 51

3.4.6 So sánh lực dính không thoát nước (Cu) của hỗn hợp đất trộn ximăng 54

3.4.6.1 Cu của mẫu A ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 54

3.4.6.2 Cu của mẫu B ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 54

3.4.6.3 Cu của mẫu A ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 55

3.4.6.4 Cu của mẫu B ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 56

3.4.7 So sánh góc ma sát (u) của hỗn hợp đất trộn ximăng 56

3.4.7.1 u của mẫu A ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 56

3.4.7.2 u của mẫu B ở độ sâu 2m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 57

3.4.7.3 u của mẫu A ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 58

3.4.7.4 u của mẫu B ở độ sâu 4m tại thời điểm 7, 14, 28 ngày 58

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 59

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN XỬ LÝ LÚN LỆCH ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU LONG SƠN TỈNH LONG AN 63

4.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 63

4.1.1 Giới thiệu chung 63

4.1.2 Qui mô thiết kế: 63

4.2 ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH 64

4.2.1 Điều kiện địa hình 64

4.3 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT 64

4.7.1 Trình tự thi công 75

4.7.2 Phương pháp và thông số tính toán ằng phần mềm Plaxis ver 8.5 76

CHƯƠNG 5 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1

Hình 1.1 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ chịu nén của mẫu đất-xi

Hình 1.4 Ảnh hưởng của tuổi mẫu đất – xi măng (Endo, 1976) 10

Hình 1.5 Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu đến cường độ nén (Endo, 1976) 10

Hình 1.6 Ảnh hưởng của loại đất (Jang và Kaki, 1991) 11

Hình 1.7 Quan hệ giữa hàm lượng xi và hệ số cố kết của mẫu đất-xi măng (Bergado, 1996) 12

Hình 1.8 Quan hệ giữa độ chặt của mẫu đất-măng và cường độ nén đơn (White và Gnanendran, 2005) 12

Hình 1.9 Ảnh hưởng của loại đất đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn 13

Hình 1.10 Mối tương quan giữa cường độ nén 7 ngày và 28 ngày tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn 13

Hình 1.11 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn 13

Hình 1.12 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn 14

Hình 1.13 Ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn 14

Hình 1.14 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn 14

Hình 1.15 Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn 15

Hình 1.16 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng 15

Hình 1.17 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng của mẫu thử 14 ngày tuổi 16

Hình 1.18 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng của mẫu thử

28 ngày tuổi 16

Hình 1.19 Tương quan giữa cường độ nén đơn với độ ẩm của mẫu thử 14 ngày tuổi 16 Hình 1.20 Phân vùng ảnh hưởng của tỉ lệ N/XM và hàm lượng xi măng đến cường độ nén đơn của đất-xi măng 17

Hình 1.21 Các dạng bố trí cọc xi măng đất trộn khô 17

Hình 1.22 Hình ảnh thí trí cọc xi măng đất trộn ướt trên mặt đất 18

Hình 1.23 Hình ảnh thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên biển 18

CHƯƠNG 2 Hình 2.1 Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cột xi măng-đất 22

Hình 2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu xi măng-đất 23

Hình 2.3 Phá hoại khối 24

Hình 2.4 Phá hoại cắt cục bộ 24

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán biến dạng 25

Hình 2.6 Sơ đồ tải trọng truyền cho cột 27

Hình 2.8 Tính toán chênh lệch lún 29

CHƯƠNG 3 Hình 3.1 Máy trộn 34

Hình 3.2 hỗn hợp mẫu được cho vào máy trộn và trộn 34

Hình 3.3 Quá trính tạo mẫu nén đơn 35

Hình 3.4 Mẫu cắt trực tiếp 35

Hình 3.5 Bảo dưỡng mẫu 36

Hình 3.6 Thiết bị nén một trục ghi số liệu tự động tại phòng thí nghiệm Cơ Học Đất – bộ môn Địa Cơ Nền Móng – ĐH Bách Khoa TPHCM 36

Bảng 3.4 Thống kê số lượng mẫu chế bị dùng cho thí nghiệm nén đơn 37

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén đơn 40

Hình 3.8 Một số hình dạng phá hoại điển hình của mẫu X/Đ khi nén đơn 42

Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén qu và hàm lượng X/Đ ở vị trí A của mẫu đất sâu 2m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 43

Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén qu và hàm lượng X/Đ ở vị trí A của mẫu đất sâu 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 44

Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén qu và hàm lượng X/Đ ở vị trí B của

mẫu đất sâu 2m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 45

Hình 3.12 Biểu đồ quan hệ giữa cường độ nén qu và hàm lượng X/Đ ở vị trí B của mẫu đất sâu 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 45

Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ giữa E50 và hàm lượng X/Đ ở vị trí A của mẫu đất sâu 2m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 46

Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ giữa E50 và hàm lượng X/Đ ở vị trí A của mẫu đất sâu 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 47

Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ giữa E50 và hàm lượng X/Đ ở vị trí B của mẫu đất sâu 2m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 47

Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ giữa E50 và hàm lượng X/Đ ở vị trí B của mẫu đất sâu 4m ở 7, 14, 28 ngày tuổi 48

Hình 3.17 Các bộ phận trong hộp cắt 49

Hình 3.18 Máy cắt trực tiếp 49

Bảng 3.6 Thống kê số lượng mẫu chế bị dùng cho thí nghiệm cắt trực tiếp 49

Hình 3.19 Hình dạng phá hoại mẫu cắt trực tiếp 51

Hình 3.20 Báo cáo kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp 52

Bảng 3.7 Bảng tổng hợp kết quả cắt trực tiếp hỗn hợp đất –ximăng 53

Hình 3.21 Biểu đồ quan hệ giữa Cu và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 2m của vị trí A ở 7, 14, 28 ngày tuổi 54

Hình 3.22 Biểu đồ quan hệ giữa Cu và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 2m của vị trí B ở 7, 14, 28 ngày tuổi 54

Hình 3.23 Biểu đồ quan hệ giữa Cu và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 4m của vị trí A ở 7, 14, 28 ngày tuổi 55

Hình 3.24 Biểu đồ quan hệ giữa Cu và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 4m của vị trí B ở 7, 14, 28 ngày tuổi 56

Hình 3.25 Biểu đồ quan hệ giữa góc ma sát và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 2m của vị trí A ở 7, 14, 28 ngày tuổi 56

Hình 3.26 Biểu đồ quan hệ giữa góc ma sát và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 2m của vị trí B ở 7, 14, 28 ngày tuổi 57

Hình 3.27 Biểu đồ quan hệ giữa góc ma sát và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 4m của vị trí A ở 7, 14, 28 ngày tuổi 58

Hình 3.28 Biểu đồ quan hệ giữa góc ma sát và hàm lượng X/Đ ở độ sâu 4m của vị trí B ở 7, 14, 28 ngày tuổi 58

CHƯƠNG 4

Hình 4.1 Mặt cắt địa chất công trình 66 Hình 4.2 Sơ đồ xác định hoạt tải xe di chuyển 69 Hình 4.3 Mặt cắt mố cầu 70 Hình 4.4 Các Phase tính toán biến dạng nền đất khi mô phỏng bằng phần mềm

Plaxis ver 8.5, phương án đắp đất trên nền đất tự nhiên 74 Hình 4.5 Chuyển vị đứng của nền đất sau thời gian sử dụng 15 năm = 19.26cm 75 Hình 4.6 Các Phase tính toán biến dạng nền đất khi mô phỏng bằng phần mềm

Plaxis ver 8.5, phương án đắp đất trên nền đất gia cố bằng cọc xi măng đất dài L=6m, D=600mm, a=3D=1800mm 77 Hình 4.7 Các Phase tính toán ổn định nền đất khi mô phỏng bằng phần mềm Plaxis ver 8.5, phương án đắp đất trên nền đất gia cố bằng cọc xi măng đất dài L=6m, D=600mm, a=3D=1800mm 78 Hình 4.8 Chuyển vị đứng của nền đất sau thời gian sử dụng 15 năm = 8.601cm 79 Hình 4.9 Hệ số an toàn của nền đất đắp trên nền đất yếu được gia cố bằng cọc xi măng đất L=6m, D= 600mm, a=3D=1800mm; FS = 1.505 80 Hình 4.10 Các Phase tính toán biến dạng nền đất khi mô phỏng bằng phần mềm Plaxis ver 8.5, phương án đắp đất trên nền đất gia cố bằng cọc xi măng đất dài L=6m, D=600mm, a=2D=1200mm 82 Hình 4.11 Các Phase tính toán ổn định nền đất khi mô phỏng bằng phần mềm Plaxis ver 8.5, phương án đắp đất trên nền đất gia cố bằng cọc xi măng đất dài L=6m, D=600mm, a=2D=1200mm 83 Hình 4.12 Chuyển vị đứng của nền đất sau thời gian sử dụng 15 năm = 5.630cm 84 Hình 4.13 Hệ số an toàn của nền đất đắp trên nền đất yếu được gia cố bằng cọc xi măng đất L=6m, D=6 00mm, a=2D=1200mm; FS = 1.545 85

Hình 4.14 Biểu đồ quan hệ lún lệch khi không gia cố nền và khi gia cố với các

khoảng cách tim cọc là 1.2m và 1.8m 86

DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 3

Bảng 3.1 : Các thông số cơ lý của loại đất dùng trong thí nghiệm 32

Bảng 3.2 Kết quả kiểm tra tính chất cơ lý của ximăng 33

Bảng 3.3 Tỷ lệ hàm lượng các vật liệu dùng cho thí nghiệm 33

Bảng 3.4 Thống kê số lượng mẫu chế bị dùng cho thí nghiệm nén đơn 37

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén đơn 40

Bảng 3.6 Thống kê số lượng mẫu chế bị dùng cho thí nghiệm cắt trực tiếp 49

Bảng 3.7 Bảng tổng hợp kết quả cắt trực tiếp hỗn hợp đất –ximăng 53

CHƯƠNG 4 Bảng 4.1 Bảng thống kê tính chất cơ lý các lớp đất 67

Bảng ực nước lớn nhất ngoài ng tương ng ới t n ất thiết ế 68

Bảng ực nước thấp nhất ngoài ng tương ng ới t n ất thiết ế 68

Bảng 4.4.Các thông số của đất dùng trong tính tóan biến dạng bằng FEM 73

Bảng 4.5 Các thông số của đất dùng trong tính tóan biến dạng, phương án cọc XMD, D=600mm, a=1800mm 76

Bảng 4.6.Các thông số của đất dùng trong tính tóan ổn định bằng FE , phương án đắp đất trên nền thiên nhiên 77

Bảng 4.7.Các thông số của đất dùng trong tính tóan biến dạng, phương án cọc XMD, L=6m, D=600mm, a=1800mm 81

Bảng 4.8.Các thông số của đất dùng trong tính tóan ổn định bằng FE , phương án đắp đất trên nền thiên nhiên 82

Bảng 4.9.quan hệ lún lệch giữa nềnđất đắp không có gia cố và gia cố với các khoảng cách tim cọc 1.2m và 1.8m 85

MỞ ĐẦU 1 VẤN ĐỀ THỰC TIỄN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Một số công trình cầu đường trong quá trình khai thác đã và đang tồn tại hiện tượng khá phổ biến là lún lệch hai bên đầu cầu Sự lún lệch này là trở ngại lớn trong lưu thông, gây nên hiện tượng nảy, xốc đột ngột rất dễ xảy ra tai nạn Mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ lún lệch tại mỗi công trình Đồng thời phát sinh hàng loạt các vấn đề khác như làm giảm năng lực khai thác của công trình do phải giảm tốc độ khi đi qua những vị trí lún lệch, làm tăng mức độ hao phí (xăng dầu, hao mòn máy móc, …) của các phương tiện giao thông Những biện pháp đối phó thông thường để giảm thiểu sự lún lệch chỉ mang tính chất là một loại giải pháp tình thế (như bù lún bằng bê tông nhựa), đòi hỏi chi phí cao làm tăng tổng vốn đầu tư xây dựng và mất thời gian lâu dài Mặt khác vấn đề mỹ quan của công trình cũng không thể nào đảm bảo yêu cầu Để giải quyết những vấn đề trên, hiện nay trên thế giới và ở nước ta đã ứng dụng công nghệ đất trộn ximăng

Tại đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) nói chung và Tỉnh Long An nói riêng có hệ thống công trình nằm trong tầm nhìn chiến lược của quốc gia trong việc đảm bảo an ninh lương thực Đa phần đất yếu khu vực không đủ đáp ứng tốt cho việc xây dựng công trình nên trước khi xây dựng đất vùng này cần được gia cố để đảm bảo tính ổn định, kinh tế và tiến độ xây dựng Hiện nay phương pháp “đất gia cố ximăng” (ĐGCXM) đã và đang được các nước trên thế giới đánh giá cao Trong phương pháp ĐGCXM thì việc lựa chọn hàm lượng ximăng hợp lý là công tác rất quan trọng, chúng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, tiến độ và giá thành dự án

Do vậy đề tài “Nghiên cứu xử lý lún lệch của đường dẫn vào cầu Long Sơn ở

Bến Lức, Long An” có ý nghĩa khoa học và mang tính định hướng cho việc xử lý đất

yếu để hạn chế hiện tượng lún lệch cho khu vực Long An 2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

- Thiết lập được mối quan hệ giữa tỉ lệ đất và ximăng đến cường độ nén dọc trục có nở hông của từng lớp đất ở độ sâu 2m và 4m

- Tính toán độ chênh lệch lún trước và sau khi gia cố - Đánh giá phương án gia cố: kích thước cọc, chiều dài cọc, bố trí cọc hợp lý để có hiệu quả kinh tế

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết về đường đặc trưng quan hệ đất–xi măng

- Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm xác định các chỉ tiêu tính chất của đất; thí nghiệm xác lập đường cong đặc trưng quan hệ đất-xi măng với tỷ lệ và độ sâu khác nhau

- Nghiên cứu nhằm góp phần vào kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ ximăng đến cường độ của đất

- Quá trình nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu dựa trên các cơ sở sau: + Cơ sở pháp lý: các quy chuẩn, tiêu chuẩn về thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý và cơ học của đất

+ Cơ sở khoa học: lý thuyết toán học, lý thuyết cơ học đất, + Cơ sở thực tiễn: các công trình nghiên cứu tương tự đã được thực hiện và thu được kết quả ở Việt Nam cũng như trên Thế Giới

4 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học:

Nghiên cứu các kết quả thực nghiệm trên mẫu đất ở khu vực Bến Lức Long An về đường cong đặc trưng đất-xi măng, cường độ chịu nén Từ các kết quả rút ra trong nghiên cứu, đề tài sẽ ứng dụng để gia cố đất yếu trong khu vực Long An

Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu sẽ giúp cho việc dự báo sự ổn định của công trình

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Thời gian: 6 tháng kể từ ngày có quyết định làm đề cương luận văn - Không gian: Phòng thí nghiệm

- Đối tượng nghiên cứu: sự gia tăng cường độ của mẫu ĐGCXM ở khu vực Bến Lức Long An

6 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI

Đất là một loại có tính chất phức tạp, ứng xử khó lường, vì thế với mỗi loại đất khác nhau thì thể hiện những tính chất khác nhau Đề tài chỉ nghiên cứu cụ thể cho một loại đất yếu ở khu vực Bến Lức, Long An

Đề tài chỉ nghiên cứu được phần cường độ còn phần ứng xử của vật liệu này trong nền hỗn hợp (cố kết, tính thấm) thì chưa được đề cập

Các biến số trong bài toán thực nghiệm này còn hạn chế, ví dụ như : loại ximăng, tỷ lệ đất–ximăng, công nghệ trộn…

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ LÚN LỆCH ĐƯỜNG DẪN

VÀO CẦU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 1.1 Tổng quan về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu:

- Hiện tượng lún đường dẫn vào cầu đắp trên nền đất yếu rất phổ biến, không chỉ riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển Điểm khác biệt là tại các công trình cầu ở Việt Nam độ lún lệch giữa cầu và đường có giá trị lớn hơn, thời điểm bắt đầu xảy ra hiện tượng lún lệch cũng sớm hơn Đã có nhiều đề tài trong ngoài nước nghiên cứu về lún đường dẫn vào cầu Kết quả cho thấy sự cố trên được hình thành bởi nhiều nguyên nhân: từ giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công đến quản lý khai thác công trình…

- Lún nền đường đầu cầu dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường và mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc tuyến đường, thậm chí tạo thành những hố (rãnh) lún sâu sát mố cầu Hiện tượng này gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông, làm mất an toàn giao thông và làm tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng công trình

- Ở Cộng hòa Pháp, đã có những nghiên cứu đánh giá về xử lý đoạn đường đắp cao đầu cầu nhằm đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng, đảm bảo an toàn giao thông, bảo vệ ổn định nền đường đắp cao đầu cầu và bảo vệ công trình cầu

- Sau các nghiên cứu, đánh giá các chuyên gia đưa ra nhận định về những nguyên nhân có thể gây lún nền đường đắp cao kề giáp với mố cầu Cụ thể là do lún nền đất tự nhiên; Lún do chính bản thân nền đắp; lún do sự khó khăn trong đầm nén đất đắp sát mố và tường cánh dẫn đến hậu quả sau một vài năm khai thác đã xuất hiện lún gây sự chênh lệch cao độ giữa mặt đường và mố cầu

- Tại Cộng Hòa Liên Bang Đức, người ta không quá quan tâm đến mức độ chênh lệch lún giữa nền đường và cầu nhưng yêu cầu phải gia tải trước đoạn nền đường đầu cầu, cống rất nghiêm ngặt, khống chế cả độ lún cố kết và lún từ biến

- Trong “Quy phạm xây dựng đường trên đất yếu” ban hành năm 1990 của Bộ Giao Thông Vận Tải Đức đã quy định về việc gia tải trước như sau: Chiều cao gia tải trước và thời gian tác dụng phải bảo đảm trong suốt thời kỳ vận hành khai thác đường không làm cho đất yếu phải chịu tải quá tình trạng ban đầu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng xe chạy

- Tại Trung Quốc, đã có những tài liệu nghiên cứu về đặc điểm khu vực nền đường đầu cầu và hai bên cống như sau: thường là nền đắp cao; diện tích thi công hẹp, khó triển khai các loại máy lu lớn để đầm nén; thi công nền đường sau khi cầu đã làm xong nên thời gian ổn định ngắn; nền mặt đường là kết cấu mềm, trong quá trình sử dụng dễ dẫn đến biến dạng và lún, trong khi đó kết cấu cầu có độ cứng rất lớn, ít biến dạng, ít lún hoặc không lún

1.2 Các giải pháp xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu:

Việc xử lý lún lệch đường dẫn vào cầu có thể chia thành hai loại là: xử lý về phần đất đắp và xử lý đất nền bên dưới khối đất đắp Tùy điều kiện mà ta có thể xử lý một trong hai loại trên hoặc có thể kết hợp cả hai để có thể giải quyết tốt bài toán về kỹ thuật và kinh tế

Xử lý phần đất đắp

1.2.1.

Việc xử lý nền đất đắp ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau

1.2.1.1 Xây dựng nền đất đắp theo giai đoạn

Cường độ ban đầu của nền đất đắp rất thấp do vậy để cho nên đường ổn định cần phải tăng dần cường độ bằng cách đắp từng lớp một chờ một thời gian cường độ đất nền tăng lên ta sẽ đắp lớp tiếp theo

1.2.1.2 Xây dựng bệ phản áp hai bên nền đắp

Bệ phản áp được sử dụng khi cường độ chống cắt của nền đất nhỏ, không đủ để xây dựng nền đắp theo giai đoạn hoặc khi cần tiến độ thi công nhanh Nó có tác dụng như một đối trọng làm tăng ổn định giảm khả năng trồi đất ra hai bên

1.2.1.3 Bố trí các lớp vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật thường để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nước là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công, phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp Ngoài ra, vải địa kĩ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường nhằm bảo toàn các tính chất cơ lí của vật liệu đắp

1.2.1.4 Giảm tải trọng nền đất đắp bằng vật liệu nhẹ

Việc sử dụng vật liệu nhẹ nhằm làm giảm trong lượng bản thân của khôi đất đắp đang là giải pháp được sử dụng nhiều trong thời gian gần đây Các vật liệu có thể dùng làm đất đắp nền đường như đất trộn với vật liệu như: sợi tổng hợp, sơ dừa, rơm rạ, tro bay…, bê tông nhẹ, EPS,…

Xử lý phần đất nền [1]

1.2.2.

1.2.2.1 Đệm cát 1.2.2.1.1 Phạm vi áp dụng

Đệm cát thường sử dụng khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước như sét nhão; cát pha bão hòa nước, sét pha nhão; bùn; than bùn có chiều dày lớp đất cần thay thế không lớn lắm Người ta bóc bỏ các lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cát có khả năng chịu lực lớn hơn

Tuy nhiên, khi sử dụng biện pháp đệm cát cần phải chú ý đến trường hợp sinh ra hiện tượng cát chảy, xói ngầm trong nền do nước ngầm hoặc hiện tượng hóa lỏng do tác dụng của tải trọng động

1.2.2.2 Cọc cát 1.2.2.2.1 Phạm vi ứng dụng

Cọc cát được sử dụng trong các trường hợp sau đây : Công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày > 3m

- Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hoặc nền gia cố bằng cọc cứng Phần lớn độ lún của công trình diễn ra trong quá trình thi công, do vậy công trình nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định

Sử dụng cọc cát rất kinh tế so với cọc cứng (so với cọc bê tông giá thành giảm 50%, so với cọc gỗ giảm 30%), không bị ăn mòn, xâm thực Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi những thiết bị thi công phức tạp

1.2.2.3 Nén trước bằng tải trọng tĩnh 1.2.2.3.1 Phạm vi ứng dụng

Nén trước bằng tải trọng tĩnh sử dụng trong trường hợp gặp nền đất yếu như than bùn, bùn, sét và sét pha dẻo nhão… Mục đích của gia tải trước là :

1.2.2.3.2 Các tác dụng của nén trước bằng tải trọng tĩnh

- Tăng cường sức chịu tải của đất nền - Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho lún ổn định nhanh hơn

1.2.2.4 Giếng cát 1.2.2.4.1 Phạm vi ứng dụng

Giếng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hòa nước, có tính biến dạng lớn… khi xây dựng các công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền đường, sân bay, bản đáy các công trình thủy lợi…

1.2.2.4.2 Các tác dụng của giếng cát

- Giếng cát sẽ làm cho nước tự do trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải vì vậy làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình nhanh đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

- Nếu khoảng cách giữa các giếng được chọn thích hợp thì nó còn có tác dụng làm tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên

1.2.2.5 Bấc thấm

Đây là biện pháp mới được sử dụng ở nước ta và với những công trình đã được thoát nước theo phương thẳng đứng của bấc thấm chứng tỏ tốc độ cố kết của nền đất là nhanh so với các phương pháp khác Biện pháp này có thể được sử dụng rộng rãi vì theo kinh nghiệm nước ngoài, đây là biện pháp hữu hiệu trong bài toán giải quyết tốc độ cố kết của nền đất yếu

Công nghệ này thích dụng cho việc xây dựng nhà ở có số tầng 3 - 4 tầng được xây dựng trên nền đất mới lấp mà dưới lớp đất lấp là lớp bùn sâu

1.2.2.6 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật

Đối với nền đất đắp, việc đặt vào một hoặc nhiều lớp vải địa kỹ thuật sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đường chống lại sự trượt tròn Mặt khác, vải địa kỹ thuật còn có tác dụng làm cho độ lún của nền đất đắp được đồng đều hơn

1.2.2.6.1 Phạm vi áp dụng

Xử lý cục bộ sự mất ổn định của nền đất đắp, sử dụng nhiều trong các công trình giao thông hoặc nền gia cố bằng đệm cát, giếng cát, gia cường cho tường chắn, …

1.3 Tổng quan về giải pháp xử lý lún lệch bằng trụ đất trộn xi măng (CDM)

Sơ lược về lịch sử phát triển

1.3.1.

1.3.1.1 Trên thế giới

- Gia cố đất yếu bằng xi măng đã được sử dụng từ rất sớm Từ năm 1935, ở Johnsonville, South Carolina, USA, một công trình đã được cho là một trong những công trình đầu tiên ứng dụng công nghệ đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu (Das 1990)

- Năm 1976: Mitchell nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ kháng nén của mẫu đất-xi măng Kết quả là cường độ nén đơn tăng 40 lần đối với đất hạt mịn và 150 lần đối với đất hạt to Thêm vào đó, cường độ chịu nén của mẫu tăng theo tuổi ngày xi măng

Hình 1.1 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ chịu nén của mẫu đất-xi

măng (Mitchell 1976)

Hình 1.2 Quan hệ giữa tuổi ngày xi măng và cường độ nén đơn của mẫu đất-xi măng

(Mitchell 1976)

Theo Mitchell (1976):

(σc)d = (σc)d0 + Klog (d/do) (1 1) Với : (σc)d : Cường độ chịu nén tại tuổi ngày thứ d (psi)

(σc)d0 : Cường độ chịu nén tại tuổi ngày thứ d0 (psi) K = 70C cho đất hạt to, K=10C cho đất hạt mịn (C : Độ ẩm tự nhiên, %) - Năm 1976, Mitchell còn chỉ ra rằng lượng xi măng thêm vào còn ảnh hưởng đáng kể đến lực dính trong đất

Hình 1.3 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và lực dính của mẫu đất-xi măng (Mitchell

1976)

Theo Mitchell (1976):

c = 7.0 + 0.225(σc) (1 2) Với : (σc) : Cường độ nén đơn (psi)

c : Lực dính hữu hiệu (psi) - Năm 1976, Endo đã chỉ ra ảnh hưởng của tuổi từ 2-2000 ngày đối với đất sét biển gia cố bởi xi măng Portland

Hình 1.4 Ảnh hưởng của tuổi mẫu đất – xi măng (Endo, 1976)

- Năm 1976, Endo cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng nước tăng thì cường độ khối đất xi măng giảm

Hình 1.5 Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu đến cường độ nén (Endo, 1976)

- Clough 1958 và Balmer 1981 công bố góc ma sát trong là hằng số, không bị ảnh hưởng bởi hàm lượng và tuổi ngày xi măng trong hỗn hợp xi măng-đất Giá trị trung bình của góc ma sát trong từ 43.80 đến 36.10 lần lượt cho đất hạt thô và mịn Tuy

nhiên những nghiên cứu, báo cáo gần đây công bố rằng góc ma sát trong tăng đáng kể theo hàm lượng và tuổi ngày xi măng trong hỗn hợp đất-xi măng (Uddin et al 1997)

- Năm 1991, Kaki và Jang công bố kết quả nghiên cứu : nếu hàm lượng sét tăng thì hàm lượng xi măng cũng tăng, có thể là do với các hạt nhỏ thì diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa xi măng và các hạt đất tăng

Hình 1.6 Ảnh hưởng của loại đất (Jang và Kaki, 1991)

- Những nghiên cứu thử nghiệm ở Thái Lan năm 1984 cũng đưa ra kiến nghị với các nước Đông Nam Á khi sử dụng cột xi măng thì lượng xi măng cần thiết phải từ 180 ÷ 250kg/m3 [2]

- Năm 1996, Bergado công bố kết quả nén cố kết mẫu đất-xi măng, loại sét Băng Cốc Kết quả cho thấy hàm lượng xi măng tăng kéo theo hệ số cố kết của mẫu đất-xi măng tăng

Hình 1.7 Quan hệ giữa hàm lượng xi và hệ số cố kết của mẫu đất-xi măng (Bergado,

1996)

- Năm 2005, White và Gnanendran công bố rằng độ chặt của mẫu đất-xi măng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ nén đơn Kết quả độ chặt tăng 1% thì cường độ nén đơn tăng 200kPa

Hình 1.8 Quan hệ giữa độ chặt của mẫu đất-măng và cường độ nén đơn (White và

Gnanendran, 2005)

- Năm 2005, White và Gnanendran công bố rằng độ chặt của mẫu đất-xi măng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ nén đơn Kết quả độ chặt tăng 1% thì cường độ nén đơn tăng 200kPa

1.3.1.2 Tại Việt Nam

- Ở Việt Nam, nhiều tác giả cũng đã và đang nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, tuổi ngày mẫu đất-xi măng, độ pH, độ rỗng, … Đến cường độ chịu nén và chịu cắt của hỗn hợp đất-xi măng

- Năm 2009, tác giả Đậu Văn Ngọ công bố kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của mẫu đất-xi măng đối với công trình Đại lộ Đông Tây.[3]

Hình 1.9 Ảnh hưởng của loại đất đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn

Hình 1.10 Mối tương quan giữa cường độ nén 7 ngày và 28 ngày tại Đại lộ Đông Tây

Sài Gòn

Hình 1.11 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài

Gòn

Hình 1.12 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây

Sài Gòn

Hình 1.13 Ảnh hưởng của độ ẩm đến cường độ nén tại Đại lộ Đông Tây Sài Gòn

Hình 1.14 Ảnh hưởng của độ pH đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây Sài

Gòn

Hình 1.15 Ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ nén nở hông tại Đại lộ Đông Tây Sài

Gòn

- Năm 2007, tác giả Nguyễn Mạnh Thủy, Ngô Tấn Phong công bố một số kết quả nghiên cứu gia cố đất yếu khu vực quận 9, thành phố Hồ Chí Minh bằng vôi, xi măng.[4]

Hình 1.16 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng

- Năm 2014, tác giả Thái Hồng Sơn, Trịnh Minh Thụ, Trịnh Công Vấn công bố kết quả nghiên cứu lựa chọn hàm lượng xi măng và tỉ lệ nước- xi măng hợp lý cho gia cố đất yếu vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long.[5]

Hình 1.17 Tương quan giữa cường độ nén đơn với hàm lượng xi măng của mẫu thử

Hình 1.20 Phân vùng ảnh hưởng của tỉ lệ N/XM và hàm lượng xi măng đến cường độ

nén đơn của đất-xi măng

+ Kiểu dải: bố trí cọc theo kiểu dải để gia cố cho các hố đào, các công trình ổn định mái dốc, các công trình có lực ngang tác dụng lớn

+ Kiểu lưới và kiểu khối: thường được bố trí cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, các cọc được bố trí bên dưới móng công trình

Hình 1.21 Các dạng bố trí cọc xi măng đất trộn khô

Trong đó: 1 Bố trí kiểu dải 2 Bố trí lưới tam giác

2

3 Bố trí lưới ô vuông 4 Bố trí dạng khối

Hình 1.22 Hình ảnh thí trí cọc xi măng đất trộn ướt trên mặt đất

1 Kiểu tường 3 Kiểu khối 2 Kiểu kẻ ô 4 Kiểu diện

Hình 1.23 Hình ảnh thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên biển

Trong đó: 1 Kiểu khối 2 Kiểu tường 3 Kiểu kẻ ô 4 Kiểu cột 5 Cột tiếp xúc 6 Tường tiếp xúc 7 Kẻ ô tiếp xúc 8 Khối tiếp xúc

CHƯƠNG 2 CƠ SƠ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 2.1 Quan niệm tính toán cọc xi măng đất

Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc.[7]

2.1.1.

2.1.1.1 Đánh giá ổn định cọc xi măng – đất theo trạng thái giới hạn 1

Để móng cọc đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau: Nội lực lớn nhất trong một cọc: Nmax < Qult/Fs

Moment lớn nhất trong một cọc: Mmax < [M] của vật liệu làm cọc Chuyển vị của khối móng: y < [y]

Trong đó: Qult : Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất [M] : Moment giới hạn của cọc xi măng đất Fs : Hệ số an toàn

2.1.1.2 Đánh giá ổn định cọc xi măng đất theo trạng thái giới hạn 2

Tính toán theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng cọc không phát sinh biến dạng và lún quá lớn: Si < [S]

Trong đó: [S] : Độ lún giới hạn cho phép

Si :Độ lún tổng cộng của móng cọc Nói chung, trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa rõ ràng

Chính vì những lý do đó nên ít được dùng trong tính toán

2.1.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương.[7]

Công thức quy đổi tương đương tđ, Ctđ, Etđ dựa trên độ cứng của cột xi măng đất, đất và diện tích đất được thay thế bởi cột xi măng đất Gọi m là tỷ lệ giữa diện tích cột xi măng - đất thay thế trên diện tích đất nền

As : Diện tích đất nền cần gia cố Theo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra: - Tiêu chuẩn về cường độ: tđ , Ctđ của nền được gia cố phải thỏa mãn điều kiện sức chịu tải dưới tác dụng của tải trọng công trình

- Tiêu chuẩn biến dạng: Môđun biến dạng của nền được gia cố Etđ phải thỏa mãn điều kiện lún của công trình

2.1.1.4 Quan niệm hỗn hợp 2.1.1.4.1 Cách tính theo quy phạm Trung Quốc DBJ 08-40-94

a Sức chịu tải của cọc đơn

Lực chịu tải cho phép của cột đơn ximăng đất nên xác định thông qua thí nghiệm tải trọng cột đơn, cũng có thể tính theo công thức:

Hoặc Pa = UP  qsi i + AP qP (2.6) Trong đó:

Pa : lực chịu tải cho phép cột đơn (kN); fcu : trị số bình quân cường độ kháng nén (kPa) của mẫu thử xi măng - đất trong phòng (khối lập phương với chiều dài cạnh là 70,7mm) có công thức phối trộn xi măng đất như của thân cột, 90 ngày tuổi và trong điều kiện bảo dưỡng tiêu chuẩn;

i : chiều dày của lớp đất thử i xung quanh cột (m);

qP : lực chịu tải (kPa) của đất móng thiên niên mũi cột;

 : hệ số triết giảm lực chịu tải của đất móng thiên nhiên ở mũi cột, có thể lấy 0,4 ~ 0,6

Lực chịu tải đất móng hỗn hợp cột xi măng đất chịu lực nên thông qua thí nghiệm tải trọng móng tổ hợp để xác định, cũng có thể có ước tính theo công thức:

sp : lực chịu tải cho phép của móng tổ hợp (kPa);

s : lực chịu tải cho phép của đất móng thiên nhiên giữa các cột (kPa); m : tỷ lệ phân bố diện tích cột và đất;

 : hệ số triết giảm lực chịu tải của đất giữa cột Khi đất mũi cột là đất yếu, có thể lấy 0,5 ~ 1,0; khi đất mũi cột là đất cứng, có thể lấy 0,1 ~0,4 Cũng có thể căn cứ yêu cầu công trình đạt tới lực chịu tải cho phép của móng tổ hợp, tìm tỷ lệ phân bố diện tích cột và đất theo công thức:



A

Trong đó: n : tổng số cột; A : diện tích đáy nền móng (m2) Khi cột xi măng đất chịu lực có tỷ lệ phân bố đất và cột tương đối lớn (m>20%), đồng thời lại không bố trí theo hàng đơn, phải xem chùm cột xi măng đất với đất giữa cột là một móng nặng toàn khối quy ước Để kiểm tra cường độ lớp đất mềm yếu dưới đáy móng nặng toàn khối quy ước, áp dụng công thức:

11

fA

         (2.10) Trong đó:

fsp : lực nén mặt đáy móng nặng toàn khối quy ước (kPa); G : trọng lượng móng nặng toàn khối quy ước (kN); As : diện tích bề mặt bên móng nặng toàn khối quy ước (m2); qs : lực ma sát bình quân bề mặt bên móng nặng toàn khối quy ước (kPa); fs : lực chịu tải cho phép của đất móng ở cạnh mép móng nặng toàn khối quy ước (kPa);

A1 : diện tích mặt đáy của móng nặng toàn khối quy ước (m2); f : lực chịu tải cho phép của đáy móng sau khi chỉnh sửa mặt đáy móng nặng toàn khối quy ước (kPa)

b Tính toán biến dạng

Tính toán biến dạng của đất móng hỗn hợp cột xi măng đất chịu lực phải bao gồm tổng của biến dạng co nén của cụm cột xi măng đất và co nén biến dạng của lớp đất chưa gia cố dưới mũi cột Trong đó trị số biến dạng co nén của cụm cột có thể căn cứ kết cấu phần trên, chiều dài cột, cường độ thân cột v.v lấy 20 - 40 mm theo kinh nghiệm Trị số biến dạng co nén của lớp đất chưa gia cố dưới đầu cột ximăng đất tính toán như đất nền thiên nhiên chưa gia cố

2.1.1.4.2 Cách tính toán của viện kỹ thuật Châu Á – AIT

a Sức chịu tải cọc đơn

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn của cột xi măng đất đơn trong đất sét yếu khi đất phá hoại, theo tài liệu của D.T.Bergado [8]

Qgh, đất = (dHcột+2.25 d2)Cu (2.11)

Trong đó: d : đường kính của cột xi măng đất; Hcột : chiều dài cột xi măng đất;

Cu : độ bền cắt không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh, được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh và xuyên côn

Hình 2.1 Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cột xi măng-đất

Đường bao phá hoại tương ứng trên hình 2.1 Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày do cột xi măng đất bị phá hoại ở độ sâu z được tính từ quan hệ:

Qgh,cột xi măng đất=Acộtx(3.5 Ccột+3n) (2.12) Trong đó:

Ccột : lực dính kết của vật liệu cột xi măng đất

n : áp lực ngang tổng cộng tác động lên cột xi măng đất tại mặt cắt giới hạn

Giả thiết góc ma sát trong của đất là 30o Hệ số tương ứng hệ số áp lực bị động Kbkhi gh,cột xi măng đất=30o

Trong đó:

p : áp lực tổng của các lớp phủ bên trên Cu : độ bền cắt không thoát nước của đất sét không ổn định bao quanh Công thức này được dùng khi thiết kế có xét áp lực tổng của các lớp phủ bên trên, vì áp lực đất bị động thay đổi khi chuyển vị ngang lớn

Do hiện tượng rão, độ bền giới hạn lâu dài của cột xi măng đất thấp hơn độ bền ngắn hạn Độ bền rão của cột xi măng đất Qrão,cột xi măng đất từ 65% - 85% của Qgh, cột xi măngđất Giả thiết quan hệ biến dạng - tải trọng là tuyến tính cho tới khi rão như hình2.2

Có thể dùng quan hệ này để tính sự phân bố tải trọng rão,cột xi măng đất và môđun ép co của vật liệu cột xi măng đất tương ứng độ dốc của đường quan hệ Khi vượt quá độ bền rão, tải trọng ở cột xi măng đất được coi là hằng số

Hình 2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu xi măng-đất