Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng giếng cát xử lý nền đường dẫn vào cầu dự án phát triển cơ sở hạ tầng tỉnh Cà Mau (đọan Cái Nước - Cái Đôi Vàm)

Nhiệm vụ luận van:Mớ đầu Chương 1: Tổng quan phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nềnđất yếu Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

4 màu by

BUI TRONG PHUOC

UNG DUNG GIENG CAT XU LY NEN DUONG DAN VAOCAU DU AN PHAT TRIEN CO SO HA TANG TINH CA MAU

(DOAN CAI NUOC - CAI DOI VAM)

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựngMã so : 60.58.61

LUAN VAN THAC SI

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HOC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa hoc: PGS TS VO PHÁN

5 Uy viénXac nhan cua Chu tich Hoi đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý

TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMPHONG ĐÀO TẠO SDH Độc Lập — Tự Do — Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày thang năm 2015NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : BÙI TRỌNG PHƯỚC MSHV: 12860428Ngày sinh : 22/08/1986 Nơi sinh: Ninh BìnhChuyên ngành : Dia Kỹ Thuật Xây Dựng MS: 60 58 61I Tên đề tài:

Ứng dụng giếng cát xứ lý nền đường dẫn vào cầu dự án Phát trién co sở hạtầng tỉnh Cà Mau (Đoạn Cái Nước - Cái Đôi Vàm)

II Nhiệm vụ luận van:Mớ đầu

Chương 1: Tổng quan phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nềnđất yếu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nềnđất yếu

Chương 3: Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước dé xử lý nền đất yếu dướinền đường đầu cầu Kinh My tại Cà Mau

Chương 4: Phân tích ảnh hưởng của các đường kính, chiêu dai, khoảng cách củagiếng cát và độ xáo trộn của nền quanh giếng cát đến mức độ có kết của nền đấtyếu dưới nên đường đầu cầu Kinh My tại Ca Mau

Kết luận và kiến nghịIII Ngày giao nhiệm vụ : Ngày tháng năm 2015IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Ngày tháng năm 2015V Họ và tên cán bộ hướng dẫn: Pøs Ts Võ Phán

Nội dung và dé cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

Cán bộ hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn Khoa quản lý

Pgs Ts Võ Phan Ts Lé Ba Vinh

-II-LOI CAM ONTôi xin được cảm on quý Thay Cô trong bộ môn địa co nền móng, quý Thay Côđã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu và sâu sắc trong 3 học kỳ qua

Tôi xin chân thành cám ơn Thay PGs Ts Võ Phan, người Thay đã tận tình hướngdẫn, giúp tôi đưa ra hướng nghiên cứu cụ thé, hồ trợ nhiều tài liệu, kiến thức quý báutrong quá trình học tập và nghiên cứu.

Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn các Thầy PGs.Ts Châu Ngọc An, Ts Lê

Bá Vinh, Ts Bùi Đức Vinh, Ts Bùi Trường Sơn, Ts Nguyễn Minh Tâm, Ts Lê

Trọng Nghia, Ts Trần Tuan Anh, Ts Đỗ Thanh Hai đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề,đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi học tập và nghiên cứu khoa học, luôn tận tâm giảngdạy và cung cấp cho tôi nhiều tư liệu cần thiết

Xin chân thành — cam ơn các Thây, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng Quản lýKhoa học — Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôitrong suốt quá trình học tập

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lòng biết ơn sâu sắc

TP Hô Chi Minh, ngày tháng năm 2015

Học viên thực hiện

Bùi Trọng Phước

TÓM TAT

Bai luận văn của tôi trình bày vấn đề ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước déxử lý nền đất yếu dưới nên đường dẫn vao câu Trong quá trình nghiên cứu tôi áp dụngcác cơ sở lý thuyết đã có dé tính toán và phân tích bài toán băng phương pháp giải tíchvà mô phỏng phan tử hữu hạn (bằng phần mềm Plaxis 2D với mô hình MohrCoulomb) dé so sánh độ có kết và độ lún nền đất yếu dưới nền đường dẫn vào cauKinh My ở tinh Cà Mau

Ngoài ra trong luận văn tôi còn tiễn hành phân tích sự thay đối của các thông sốnhư đường kính, chiều dài, khoảng cách và mức độ xáo trộn của giếng cát ảnh hưởngnhư thê nào đên mức độ cô kết và độ lún của nên đât yêu tại dự án này.

My dissertation presents problems combined application sand wells preloading tohandle soft ground under embankment leading to the bridge During the research Iapplied the theoretical basis has to calculate and analyze the problem by means ofanalytical and finite element simulation (using software Plaxis 2D with MohrCoulomb model) to compare cohesion and soft ground subsidence of roads leading tothe bridge in the background in the province of Ca Mau Kinh My.

Also in the thesis I analyzed the change of parameters such as diameter, length,distance and degree of disturbance of sand well how to influence the degree ofconsolidation and the settlement of the background weak ground in this project.

MỤC LỤC987100 4 1

1 TINH CAP THIET CUA DE TAL wieeeecececcceccccscsescscsscscssssescssscssssssesssssesssssseensseseeen |2 MỤC DICH NGHIÊN CỨU ¿2E 2 SE+E+EEEE£EEEEEEEEEEEEE15E1211115 217151111 cXe, 23 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - + 252 SE SE+ESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE 1E rkee 24 Y NGHĨA KHOA HỌC VÀ THUC TIỂN ¿-¿- 52 +E+E+EE£E+E£EE£E+EeErkrrersreee 35 PHAM VI NGHIÊN CỨU VA HAN CHE CUA DE TÀI ¿- - 2 s+s+c=cs¿ 3CHƯƠNG 1: TONG QUAN PHƯƠNG PHÁP GIENG CÁTT <- 41.1 KHÁI QUÁT DAT YÊU KHU VUC TINH CA MAU 25 +s+s+£+e+escse 41.2 TONG QUAN VỀ PHƯƠNG PHAP GIA TAI TRƯỚC - ¿5555 s£s£scs£ 51.2.1 Giới thiệu chung phương pháp gia tải trUOC cc ccccceessesesssscceeeeeceeeeeeeeesenaes 51.2.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng - c1 S119 5E 111v grret 61.2.3 Biện pháp thi cÔng - 00001000111 11111111 111199333111 1k n0 0566 kh 61.3 TONG QUAN VE GIENG CAT DE XỬ LÝ NEN DAT YÊU - +: 61.3.1 Lich sử phat triỂn - - - k9 9E SE Tc c1 T111 1111 1111111111 rreg 71.3.2 Đặc điểm tac dụng và phạm vi áp dụng của giếng cắt -¿-5- ssssesesescee 71.3.3 Phương pháp thi cÔng - - - (<< << 000111111111111199933 1111111 110000551 kg 81.3.4 Tổng quát lớp đệm cát trên mặt của giếng Cat ssssssssescsesestsscececsssserevens 101.4 Nhan xét CHUNG 4 ao 10CHƯƠNG 2: CO SỞ LY THUYET TINH TOÁN GIENG CÁT 122.1 Cơ sở lý thuyết tính toán bài toán cố kết thấm -¿- - s+E+EsEsEeEEEvkrkexeeeed 122.1.1 Khái niệm - - 2 5S SEEEEEE 1E 1 15 1115112151111 1511151111111 1111111 122.1.2 Bài toán cố kết cơ bản - ¿E521 E9 E3 15E1E111511111111 1111111111111 11.1111 122.2 Lý thuyết tính toán độ lún ôn định của nên ¿66k E+E#E#E+EsEeEeEEerkrkeeeeeed 142.2.1 Kiểm tra ôn định nền đất yeu - - + + s33 E111 1E Exckrkrkred 142.2.2 Độ lún ôn định của nền đất yếu ¬— 152.3 Lý thuyết tính toán giếng cát kết hợp gia tải trước - - -ccsccxvecxcxexeeeed 202.3.1 Khái niệm phương pháp xử lý nền đất yếu bang giếng cát ¿-5-555c5¿ 202.3.2 Sự cỗ kết của giếng cát - - - t1 E119 515 11111011111 H111 10 1 Tri 202.4 SỬ DUNG PHƯƠNG PHAP PHAN TỬ HỮU HAN DE PHAN TÍCH 23

2.4.1 Lich sử hình thành phương pháp phần tử hữu hạn - 2 2- + £s£s+x+xs+z 232.4.2 Giới thiệu sơ lược về phương pháp phan tử hữu hạn - << s5ssxsxzxexẻ 242.4.3 Mô phỏng bai toán giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu 252.4.4 Các bước mô phỏng bài toán trong pÏAXIS: - << <5 555133 +++SSSSSSsssssssa 272.5 Nhận xét chung về phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước -: 28CHƯƠNG 3: UNG DUNG GIENG CAT KET HỢP GIA TAI TRƯỚC DE XULY NEN DAT YEU DUOI DUONG DAN VÀO CÂU KINH MY 293.1 GIOL THIEU CONG TRINH 01 293.1.1 GiGi thigu CHUNG oo 293.1.2 Quy mô và các thông số kỹ thuật của công trình - - sex sxcxzxsxexd 293.1.3 Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng -<<<<<sssssseeeess 303.2 TINH TOÁN ĐỘ LUN CUA NEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH 313.2.1 Xét trong trường hợp nên tự nhiên không xử lý ¿-2- <2 2+e+x+x+Esrerecxd 313.2.2 Xét trong trường hop xử lý nền đất yếu băng giếng cát kết hợp gia tải trước 383.2 TINH TOÁN ĐỘ LUN CUA NEN DAT YEU DƯỚI NEN DUONG BANGPHAN MEM MO PHONG PHAN TU HỮU HẠN -:-7c5ccccccsrvsrrsrvee 4]3.3 KET LUẬN CHUONG 3 5c tt rrrrrrie 46CHƯƠNG 4: PHAN TÍCH ANH HUONG CUA CÁC ĐƯỜNG kKÍNH, CHIEUDAI, KHOANG CACH CUA GIENG CAT VA DO XAO TRON CUA NENQUANH GIENG CAT DEN MUC ĐỘ CO KET CUA NEN DAT YEU DƯỚINEN DUONG .cssssssssscsesssscscsescsessscssscssssssssssscsssessscsssessscsesessscsssssssssnscsssesseesesssneeseess 474.1 PHAN TICH ANH HUONG CUA DUONG KINH GIENG CÁT 474.1.1 Phương pháp g1ải tÍCH: - (<< << 10000 111111111111199931 111111 1H00 5561 ke 474.1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn - (+ + S3 SE EESESEExEkrkrkrkeeekeed 504.2 PHAN TÍCH ANH HUONG CUA KHOẢNG CÁCH GIENG CÁT 524.2.1 Phân tích bang phương pháp giải tich 0 esescsesesesssececscssesssevevscscsssececscsenens 524.2.2 Phân tích băng phương pháp phần tử hữu hạn - 2-2 +E+E+E+EeEeEEEE£Ezxexexeed 554.3 PHAN TÍCH ANH HUONG CUA CHIEU SAU GIENG CÁT 574.3.1 Phân tích anh hưởng của chiều sâu giếng bang giải tích 5-5 56ssxc5ẻ 574.3.2 Phân tích ảnh hưởng của chiều sâu giếng băng phương pháp phan tử hữu hạn: 594.4 PHAN TÍCH ANH HUONG CUA ĐỘ XÁO TRỘN cSccc na se sesersea 61

AA.l Xét truOng hop: kpy/k.=2.5 e 4 624.4.2 Xét trường hợp: ki/k,Ổ.S HH TT SH 0000 0 1 TT 0 05661 kg 634.4.3 Xét trường hợp: kh/k¿4.S HH HS 000 0 1k n0 0 566kg 65KẾT LUẬN VÀ KIEN NGHỊ, 2 << << 99929299 eEeEexcxcvcvcs cu xe 68L KẾT LUẬN 5-5251 SE 12 1 1115111151511 11511111111 111111 0111111111 1101 111111 111g 68II KIÊN NGHỊ, G5 5c SE SE 3 15 1 151111151511 1115 1111151111111 1111101111111 11g 68TÀI LIEU THAM KHÁO 2 5-5-5 5< S5 S55 S4 4 S9Es£EeE 9 EsES£EeEs sex cscse 69

MỤC LỤCMO ĐẦU s5 5< 4H HH1 714714704744 704704 79479179494 9seksee 1CHUONG 1: TONG QUAN PHƯƠNG PHAP GIENG CÁTT -s- 4Hình 1.1 Bo tri lưới giéng cát theo sơ đồ tam giác GEU «+ set st+t+teeeesesese 8Hình 1.2 Bo tri lưới giếng cát theo sơ đồ hình VUON veccccccesssscscsssssssscsescssssstessssssevens 8Hình 1.3 Thi công giếng cát bằng phương pháp khí nén, xói nước tạo lổ 9Hình 1.4 Thi công giếng cat bằng phương pháp ép Ong sắt tạo lỗ s-: 10CHUONG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN GIENG CÁT 12Hình 2.1 Biểu đô xác định hệ số chịu tải Ne của nên dap có chiều rộng B trên nên đấtVEU CÓ CHIEU MAY FỈ, cv TH TH TT TH TH TH HH TH TH ng 15Hình 2.2 Toán đô Osferb©FE - scsstctctStStSkE1E11111515151 1111111111111 1111111111 11111 17Hình 2.3 Sơ đô các bài toán CO kết cơ bản cecccccccecrtertrrtrritrtrrrrirrrrrrrrrrre 19Hình 2.4 Xử lý nên dat yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước 20Hình 2.5 Sơ đồ bài toán phang tương đương (Indraratna và Redana, 1997) 26CHƯƠNG 3: UNG DUNG GIENG CAT KET HỢP GIA TAI TRƯỚC DE XULY NEN DAT YEU DUOI DUONG DAN VÀO CÂU KINH MY 29Hình 3.1 Mặt bằng vị tri công IFÌHÌh cv TT TT TH 11111 tru 29Hình 3.2 Mat cắt hỗ khoan HK1-MA và HK4-ÁMB -.oc-cccccccsreerrrrsrerrrerree 31Hình 3.3 Mặt cắt ngang nên đường phạt vi Ì Ầ 7IM cv +keEketsksrsrerererees 32Hình 3.4 Mặt bằng bố trí giếng cát phạm vi Ì Ầ 7H cv +keeketsesrsrererrees 39Hình 3.5 Biéu đô độ cô kết theo thời gian sau 180 ñØày 6S ScceceetsesEsrsrererees 40Hình 3.6 Biểu đô độ lún theo thời gian sau 180 H8ày - Set ct‡tetetsrsrerererees 40Hình 3.7 Mat cắt nên xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải tru -c«cccscccecec: 43Hình 3.8 Mô hình lưới phan tử xử lý nên bằng giếng Cát -c-c-cccccesesesrsrerrees 44Hình 3.9 Tổng chuyến vị của nên sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày 44Hình 3.10 Tổng chuyền vị ngang của nên sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày 45Hình 3.11 Ap lực nước lỗ rỗng của nên sau khi xử ly bằng giếng cát sau 180 ngày 45CHUONG 4: PHAN TÍCH ANH HUONG CUA CAC DUONG KÍNH, CHIEUDAI, KHOANG CACH CUA GIENG CAT VA DO XAO TRON CUA NENQUANH GIENG CAT DEN MUC ĐỘ CO KET CUA NEN DAT YEU DƯỚINEN 8019) 47

Hình 4.1 Biéu đô quan hệ U-t khi thay đổi đường kính giếng cát cs sec: 46Hình 4.2 Biéu đô quan hệ S, -t khi thay đổi đường kính giếng cáit -scscscsc: 46Hình 4.3 Biéu đô tông chuyển vi sau 180 ngày của nên đất yếu ứng với d„=0.3m 50Hình 4.4 Biéu đô tông chuyển vị sau 180 ngày của nên đất yếu ứng với d„=0 5m 50Hình 4.5 Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nên đất yếu dưới nên đường khithay doi đường kính giêng dy (Theo mô hình DỈAXIS) c ch ve veerey 51Hình 4.6 Biểu đô quan hệ U-t khi thay đổi khoảng cách giéng cát c- 5-5-5: 54Hình 4.7 Biểu đô quan hệ St-t khi thay doi khoảng cách giếng cát - 5-5-5: 55Hình 4.8 Biéu đô tông chuyển vi sau 180 ngày của nên dat yếu ứng với L=2.0m 55Hình 4.9 Biéu đô tông chuyển vị sau 180 ngày của nên đất yếu ứng với L=2.Šm 56Hình 4.10 Biéu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nên đất yếu dưới nên đường khithay doi khoảng cách giêng cát L (Theo mô hình Plaxis) - S52 s+2 56Hình 4.11 Biéu đô quan hệ U-t khi thay đồi khoảng chiều sâu giếng cát 58Hình 4.12 Biéu đô quan hệ St-t khi thay đổi chiếu sâu giếng cát cscsccecec: 59Hình 4.13 Biéu đô tông chuyển vị sau 180 ngày của nên đất yếu ứng với H=12.0m 60Hình 4.14 Biéu đô tông chuyển vị sau 180 ngày của nên đất yếu ứng với H=17.0m 60Hình 4.15 Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nên đường khithay đối chiều dài giếng cát H (Theo mô hình plaxis) + + + x+x+x+E+x+xeeseseee 61Hình 4.16 Biéu đô quan hé U-t khi thay đổi độ xáo tr ON cecccccscsccscsccscscsscsesscsssecscsscseseens 63Hình 4.17 Biéu đô quan hé St-t khi thay Oi AG XGO UV ON ceccecccscsccscsscscsssscsssscsesscscsecscsees 63Hình 4.18 Biéu đô quan hé U-t khi thay đổi độ xáo tr ON cecccccscsccscsccscscsscsesscsssecscsscseseens 64Hình 4.19 Biéu đô quan hé St-t khi thay Oi AG XGO UV ON ceccecccscsccscsscscsssscsssscsesscscsecscsees 65Hình 4.20 Biéu đô quan hệ U-t khi thay đổi độ xáo tr ON cecccccscsccscsccscscsscsesscsssecscsscseseens 66Hình 4.21 Biéu đô quan hệ St-t khi thay /18:/8771211171/WNNHaaa 66KẾT LUẬN VA KIEN NGHỊ, 2 << << 99929299 eEeEexcxcvcvcs cu xe 685000/0157 688.4000 60— 68TÀI LIEU THAM KHÁO 2 5-5-5 5< S5 S55 S4 4 S9Es£EeE 9 EsES£EeEs sex cscse 69

MỤC LỤC

08710077 1

CHUONG 1: TONG QUAN PHƯƠNG PHAP GIENG CÁTT - 4

CHUONG 2: CO SỞ LY THUYET TINH TOÁN GIENG CÁT 12

Bảng 2.1 Độ có kết U, dat được tùy thuộc nhân tố thời Ø1an ÏYy -+2 14CHƯƠNG 3: UNG DUNG GIENG CAT KET HỢP GIA TAI TRƯỚC DE XULY NEN DAT YEU DUOI DUONG DAN VÀO CÂU KINH MY 29

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật đường vào cầu Kinh My ¿556 5s+x+x+x+eeesescse 30Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất khu vực xây dựng công trình 30

Bảng 3.3 Thông số kết cau áo đường - - - - x31 9ES SE SE grrreg 32Bảng 3.4 Bảng xác định chiều sâu chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp 33

Bảng 3.5 Tính độ lún của nên theo phương pháp tông lớp phân tố -: 35

Bảng 3.6 Các thông số thiết kế giếng Cat -G- - s13 SE SE rerree 38Bang 3.7 Độ có kết và độ lún theo thời gian của nền khi xử lý bang giếng cát 39

Bảng 3.8 Số liệu đầu vào dé mô phỏng bai toán . - + + 5s Sex eEeeeeeesree 42CHƯƠNG 4: PHAN TÍCH ANH HUONG CUA CAC DUONG KÍNH, CHIEUDAI, KHOANG CACH CUA GIENG CAT VA DO XAO TRON CUA NENQUANH GIENG CAT DEN MUC ĐỘ CO KET CUA NEN DAT YEU DƯỚI)¡28›1/9)/02 275757 Ô 47Bang 4.1 Bảng tính độ cố kết theo phương ngang đất nền khi thay đối đường kính5711 0 48Bảng 4.2 Bảng tính độ cô kết và độ lún đất nền khi thay d6i đường kính giếng cát 49

Bang 4.3 Bang tính độ cố kết theo phương ngang của đất nên khi khoảng cách giếngin 0 53Bảng 4.4 Bang tính độ cô kết và độ lún của đất nền khi khoảng cách giếng thay d6i 53

Bảng 4.5 Bảng tính độ có kết đất nền khi thay đổi chiều sâu giếng cát - 57

Bảng 4.6 Bang tính độ lún đất nền khi thay đôi chiều sâu giếng cat 58

Bang 4.7 Bang tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét độ xáo trộn (k„/k;=2.5) 62

Bảng 4.8 Bảng tính độ có kết và độ lún đất nền khi xét độ xáo trộn (k„/k,=3.5) 64

Bảng 4.9 Bang tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét độ xáo trộn (k„/k;=4.5) 65KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊỊ, 2 5-5-2 <5 S5 EsESE E3 sEsESeEEscseseseeersrsrsesee 74

L KẾT LUẬN IL KIÊN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO

-XIIHI-MOT SO KI HIỆU ĐƯỢC SU DỤNG TRONG DE CƯƠNG LUẬN VĂN

aay (m7/kKN)Ag (m7/kKN)C (kg/m)

(m)H (m)

ky (m/s)

ky (m/s)

Hệ số nén;Hệ số nén thé tích;Lực dính của đất;Lực dính của đất nền trong điều kiện không thoát nước;Chỉ số nén;

Chỉ số nở;Hệ số cô kết theo phương đứng:Hệ số cô kết theo phương ngang:Hệ số cô kết theo phương ngang hướng tâm;Hệ số có kết theo phương z phụ thuộc đặc tính của dat:Đường kính ảnh hưởng của giếng cát;

Đường kính giếng cát;

Đường kính vùng bị xáo trộn;Khoảng cách giữa các trục giếng cát;Hệ số rỗng:

Hệ số rỗng ứng với thời điểm trước khi xây dựng;Hệ số rỗng của lớp đất thứ ¡ ở trạng thái tự nhiên ban đầu(Chưa dap nên bên trên);

Hệ số rỗng khi có tải trọng ngoài;Modul biến dang;

Chiều cao đắp nên;Chiều dài đường thâm trong đất;Chiều dày lớp đất có giếng cát;Hệ số thắm theo phương đứng:Hệ số thắm theo phương ngang:

(kPa)(kPa)

(m)

(m)(m)(m)

Hệ số sức chịu tai:Ứng suất hữu hiệu trung bình do trọng lượng bản thân gây ra;

Tải trọng giới hạn;Lưu lượng thâm của giếng ứng với gradient băng 1;Độ lún cố kết thắm;

Độ lún theo thời gian;Độ lún tức thời;Độ lún cô kết thứ cấp — lún do từ biến;Độ lún 6n định;

Khoảng cách giữa các tim cát;Sức chống cat không thoát nước;

Độ xáo trộn;Nhân tổ thời gian đối với sự thoát nước ngang trong trườnghợp biên dạng phăng:

Nhân tố thời gian;

Thời gian;Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất;Ap lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính toán t;

Áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm ban đầu;

Độ cố kết theo thời gian;Độ có kết theo phương ngang:Độ có kết theo phương đứng;Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;

(%)(%)(%)(kN/m?)(kN/m”)

(độ)(kN/m)(kN/m”)

(kN/m')

Bán kính giếng:Bán kính giếng cát;

Bán kính vùng xáo trộn;Độ am;

Giới hạn chảy:Giới hạn dẻo;Dung trọng của nước;Dung trọng khói đất đắp;Góc ma sát trong của đất;

Dung trọng tự nhiên;Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất phía trên gây raở độ sâu H,;

Ứng suất do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu H,;

MỞ ĐẦU1 TINH CAP THIET CUA DE TÀI

Trong những năm gan đây xây dung ha tang giao thông nhăm thúc day phát triểnkinh tế xã hội tại tỉnh Cà Mau đang được trién khai mạnh mẽ Việc xây dựng các côngtrình cầu đường phù hợp với tĩnh thông thuyền là van dé thiết yếu, kéo theo việc phảidap cao tại các vị trí đường dẫn vào cầu Ngoài ra do mồ cầu và đường dẫn có tốc độlún khác nhau dẫn đến sự lún lệch bất thường và kéo dai tại vị trí tiếp giáp với mồ cau,gây mất an toàn khi lưu thông

Vì vậy khi xây dựng các công trình giao thông trên nền đất yếu thì việc xử lý nềnmóng là hết sức cần thiết Trong những trường hợp như vậy, yêu cầu đặt ra khi thicông công trình là phải rút ngắn thời gian lún của nền để sau khi hoàn thành việc xâydựng và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó không vượt quá giới hạncho phép theo quy phạm thiết ké

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt lưu vực sôngHồng và sông Mê Kông Tỉnh Cà Mau nằm hoàn toản trong vùng đồng bằng sông CửuLong nên gần như toàn bộ diện tích của tỉnh là nền đất yếu với những điều kiện hết sứcphức tạp của đất nền Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các côngnghệ thích hợp và tiên tiến dé xử lý nền đất yếu tại tỉnh Việc xử lý nền đất yếu là vandé bức thiết và quan trọng hàng dau trong ngành Xây dựng của tỉnh Xử lý nền đất yếunhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nên đất, cải thiện một số tính chất cơ lý củanên đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số môđunbiến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất đảm bảo điều kiện khai thác bình thườngcho công trình.

Một số phương pháp dùng dé xử lý nền đất yếu như: Gia tải trước, tầng đệm cát,gia cố nền đường, bệ phản ap, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia có nền đất,nền đất bang vật liệu nhẹ); thay băng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều day lớp bùnkhông sâu); thoát nước cô kết (bắc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm,dự ép chân không, chân không chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức tạp (hạ cọc bêtong, ha cọc bang chan dong, coc xi mang đất, cọc đất — vôi — xi mang, cọc bê tông cólân bột than); cọc cứng (cọc ông mỏng chê tao tại chO); cọc cu tram hoặc cọc tre

Có rất nhiều biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới nền đường nhưng để đảm bảocả về mặt kinh tế và kỹ thuật thi sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước dé xử nên đấtyếu dưới nên đường là phương án khả thi nhất để ứng dụng tại tỉnh Cà Mau.

Đề biết được hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giải pháp giếng cát kếthợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu tại tỉnh Cà Mau, đề tài sẽ tiến hành tính toán vàso sánh Ngoài ra, ảnh hưởng của các tham số như đường kính giếng, khoảng cáchgiếng, chiều sâu giếng, độ xáo trộn của giếng đến độ cố kết và độ lún của nên đất yếucũng được nghiên cứu và phân tích chỉ tiết

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨUNhững van đề tồn tại được trình bay như trên cũng là mục đích nghiên cứu củadé tài này Do đó, trong đề tài nay tôi tập trung nghiên cứu các van dé sau:

- Tính toán va so sánh hiệu quả của việc sử dung và không sử dụng giếng cát déxử lý nên đất yếu

- Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính giếng tới mức độ cô kết của đất nên.- Nghiên cứu ảnh hưởng khoảng cách giữa các giếng cát tới mức độ cô kết củađất nên

- Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu giếng đến hiệu quả sử dụng giếng cát.- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ xáo trộn đất nền khi thi công giếng cát đến mứcđộ cô kết của nên đất

- So sánh kết quả mô phỏng ảnh hưởng của các tham số với cơ sở lý thuyết.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu và cơ sở lý thuyết trong và ngoài nước về giảipháp xử lý nên đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước, các cơ sở lýthuyết tính toán giếng cát

- Sử dụng phương pháp phan tử hữu hạn dé mô phỏng bài toán giếng cát kết hợpgia tải trước.

- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D V8.6 để khảo sát ảnh hưởng của đường kínhgiếng cát, khoảng cách giữa các giếng cát và chiều sâu giếng cát đến hiệu quả làm việccủa giếng

- Sử dụng phần mém Plaxis 2D V8.6 để khảo sát ảnh hưởng của độ xáo trộn đất

- Mô hình tính toán vật liệu theo Morh — Coulomb dé tinh lún nên đất yếu sudụng giếng cát kết hop gia tai trước.

- Dùng giải tích để khảo sát ảnh hưởng của các tham số: đường kính giếng,khoảng cách bố trí giếng cát, chiều sâu giếng và độ xáo trộn của đất nên đến sự làmviệc của giếng cát

- So sánh các kết quả thu được từ các phương pháp, đề xuất các giải pháp thiết kếphù hợp.

4 Y NGHĨA KHOA HỌC VÀ THUC TIEN- Về mặt khoa học: Khi dùng giếng cát sẽ giúp cho nền đất yếu thoát nước nhanh,làm hệ số rỗng giảm lại làm cho nền có kết, làm tăng tốc độ lún

- Về mặt thực tiễn: Sử dụng giếng cát giúp nền đường lún nhanh hơn, tăng cườngsức chịu tải của nên đất yếu Do đó giếng cát còn tiết kiệm chi phí vì có giá thành vậtliệu rẻ hơn các vật liệu khác, biện pháp và thiết bị thi công đơn giản

- Ngoai ra việc phân tích tốc độ có kết (dẫn đến độ lún) của nền đường bằng phanmềm Plaxis với các thông số thực tế giúp mang lại kết quả nhanh chóng và chính xác

cao.

5 PHAM VI NGHIÊN CỨU VA HAN CHE CUA DE TÀIDé tai chi dừng lại ở việc nghiên cứu su cô kết của đất nền khi sử dung phươngpháp giếng cát kết hợp gia tải trước có xét đến ảnh hưởng của các tham số như: đườngkính giếng, khoảng cách giếng chiều sâu giếng và có xét đén độ xáo trộn đất nên khuvực lễ khoan Ứng dụng tính toán cho công trình cụ thể tại công trình Đường dẫn vàocầu Kinh My ở tỉnh Cà Mau Qua đó có thé rút ra những kết luận nhăm cải thiện điềukiện làm việc của giếng cát, giúp day nhanh hơn nữa tốc độ có kết của đất nền theođúng yêu cau thiết kế về mặt kinh tế cũng như kỹ thuật

Đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số của giếng cát như: đường kínhgiếng khoảng cách giếng, chiều sâu giếng và độ xáo trộn của đất nền, còn các tham sốkhác ảnh hưởng đến sự làm việc của giếng cát như: bién dạng của giếng, mức độ cảnthấm của giếng, sơ đô bố trí giéng tac giả chưa dé cập đến, đây là hạn chế của dé tàinày và cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo

Đề tài chưa có số liệu quan trắc của công trình thực, cho nên chỉ có thể so sánhvới lý thuyết cỗ kết thắm, nên kết quả nghiên cứu chưa thuyết phục lam

CHƯƠNG 1: TONG QUAN PHƯƠNG PHAP GIENG CAT KET HOP GIA TAI

TRƯỚC DE XỬ LÝ NEN DAT YEU1.1 KHAI QUAT DAT YEU KHU VUC TINH CA MAU

Tỉnh Cà Mau năm trên lưu vực đồng bang sông Mê Kông Đây là khu vực cótang đất phù sa khá dày và tập trung đất yếu:

* Đặc trưng vật lý:- Dung trọng tự nhiên: y <17kN/m3- Hệ số rỗng lớn (e >1);

- Độ sệt lớn (l¡>]);- Hệ số nén lún: a> 0,01 m2/kN- Độ bão hòa: Sr>0,8

* Đặc trưng cơ học:

- Góc ma sát trong nhỏ (@ <10';- Lực dính theo kết qua cat nhanh không thoát nước c = 0,5 — 1 KN/m’;- Lực dính theo kết qủa cắt cánh hiện trường c„< 3,5 kN/m#;

- Sức chỗng mũi xuyên tỉnh q, < 0.1 Mpa:- Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N< 5.- Mô dun biến dạng : E<50kN/m2* Các loại đất yếu:

- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bãohòa nước, có cường độ thấp;

- Dat bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trư-òng nư-ớc, thành phan hạt rấtmin, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu luc:

- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, đ-ược hình thành do kết quaphân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu co từ 20 -80%);

- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cau hat rời rac, có thé bị nén chặt hoặc phaloãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọilà cát chảy;

- Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thắmnước cao, dé bị lún sụt

* Đặc trưng nên đất yếu khu vực Cà Mau:

- Lop đất ở trên mặt: Day khoảng 0,5m - 1,5m, gồm những loại đất sét hạt bụiđến sét cát, có màu xám nhạt đến màu xám vàng Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xámden Lớp này có nơi năm trên mực nước ngầm, có nơi nằm dưới mực nước ngầm.

- Lớp sét hữu co: Năm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều day thay đôi từ3.0m - 4.0m Chiều day lớp này tăng dan về phía biển; thường có màu xám đen, xámnhạt hoặc vàng nhạt, có các đặc trưng vật lý sau:

- Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterite và vỏ sò hoặc lớp cát: Lớp này dàykhoảng 3.0m ~ 5.0m, thường năm chuyền tiếp giữa lớp sét hữu co với lớp sét khônghữu cơ.

- Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày xuất hiện ở những độ sâukhác nhau Lớp đất ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy Đất chưa được nén chặt, hệ sốrỗng lớn, dung trọng nhỏ Sức chống cat thấp, có màu xám vàng hoặc vàng nhạt

1.2 TONG QUAN VE PHƯƠNG PHAP GIA TAI TRƯỚC1.2.1 Giới thiệu chung phương pháp gia tải trước

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lýnền đất yếu Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếngthoát nước thăng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép.Tải trọng gia tải trước có thể băng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai.Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đất đắp dé gia tảiđược dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra

Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền mộtcách chỉ tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định băng các phương pháp thôngthường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan laymẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc vàđánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nên tiếp tục bị lún và công trìnhbị hư hỏng.

Việc gia tải trước sẽ ảnh hưởng tới các yếu tô sau:- Độ lún tức thời.

- Độ lún cố kết sơ cấp.- Độ lún cô kết thứ cấp.- Sức chống cắt không thoát nước của đất

Tuy nhiên trong thực tế chúng ta chỉ xét đến độ lún cố kết sơ cấp khi sử dụngbiện pháp gia tải

1.2.2 Đặc điểm và phạm vỉ áp dụngDùng phương pháp này có các ưu điểm sau:- Tăng sức chịu tải của nên dat:

- Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ồn định theo thời gian.Đề đạt được các yêu cầu trên người ta thường dùng các biện pháp sau để gia tải:

- Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá ) băng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dựkiến thiết kế trên nên đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng côngtrình.

- Dùng giếng cát hoặc bắc thâm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quátrình cố kết của đất nên, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian

Tuy yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chỉ của nơixây dựng mà dùng đơn lẻ hoặc cả hai biện pháp trên.

Phương pháp này có thé sử dụng dé xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùnsét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hòa nước.

Phương pháp này chỉ thực sự hiệu quả cho những vùng có chiều dày lớp đất yếunhỏ.

1.2.3 Biện pháp thi côngKỹ thuật gia tải trước có 2 dang:- Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng công trình;- Chất tải trước theo từng cấp tải trọng

Đề gia tải nén trước ta có thể dùng hai cách sau:- Cách 1: Chất tải trọng nén trước lên mặt đất tại vị trí xây dựng nền đường hoặcmóng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún 6n định rồi dỡ tải sau đó xây dựngcông trình.

- Cách 2: Có thể xây dựng móng trước, sau đó chất tải lên móng để móng lúnđến trị số 6n định, sau đó đỡ tải va xây dựng kết cau bên trên

Lưu ý: Chất tải tăng theo từng cấp, mỗi cấp tăng từ 15 — 20% tổng tải trọngcông trình Cần bồ trí mốc dé quan trac lún trong suốt thời gian gia tải dé quan sát xemđộ lún đã đạt yêu cầu không, dé có biện pháp xử lý kịp thời

1.3 TONG QUAN VE GIENG CAT DE XU LÝ NEN DAT YEU

1.3.1 Lịch sử phát triểnTrên thế giới phương pháp gia cô nên đất yếu bang trụ vật liệu rời, cũng nhưgiếng cát, nó gan liền với kết quả công trình nghiên cứu vẻ cô kết thâm của đất sét nonước và người đầu tiên dé cập là Terzaghi khi ông tìm ra phương trình vi phân cố kếtthấm 1 chiều năm 1925,

Phương pháp giếng cát là một phương pháp tương đối cô điển dùng để xử lý nềnđất yếu và đã được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ, Nhật, Mặc dù là phương pháp cô điểnnhưng nó vẫn được ứng dụng cho tới ngày nay vì nhưng ưu điểm về kỹ thuật và kinhtế Phương pháp nay được sử dụng vào nước ta từ những năm 1975

1.3.2 Đặc điểm tác dụng và phạm vi áp dụng của giếng cát* Tác dụng chính:

- Dưới tác dụng của gia tải, áp lực nước lỗ rỗng của đất tăng cao tạo chênh lệchcột áp (i-gradien thủy lực) nước sẽ chảy từ nơi có áp lực cao sang nơi có áp lực thấp.Do đó, nước trong đất sẽ thoát đến giếng cát theo phương ngang (cự ly giếng cátthường nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dày của lớp đất yếu (thường > 10 m) Sau đó,nước thoát tự do dọc theo giếng cát theo phương đứng đến đệm cát dưới nền đường vàthoát ra ngoài, tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu làm giảmđộ rỗng, độ âm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nềnđất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nên đất đạt độ lún quy định trong thời gian chophép.

- Nếu khoảng cách của giếng bố trí thích hợp thì nó còn làm tăng độ chặt của nềndo đó sức chịu tải của nền tăng lên

- Tăng khả năng chống trượt khi công trình chịu tải trọng ngang.* Khi sử dụng phương pháp giếng cát cần chú ý vẫn đề sau:- Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình tải trọng trung bình và chiều dày lớp đấtyếu không lớn

- Thời gian thi công kéo dài.* Sơ đồ bồ trí giếng cát:- Dạng lưới tam giác:

Hình 1.1 Bo trí lưới giếng cát theo sơ đồ tam giác déu- Dạng lưới hình vuông:

Hình 1.2 Bo trí lưới giếng cát theo sơ đồ hình vuông* Nhược điểm:

- Cát được sử dụng trong giếng cát phải được chon lựa kỹ lưỡng dé có hệ số thấmtôt nhât, cho nên phải vận chuyên từ nơi xa tới công trường.

- Ngoài ra, khi thi công giếng cát rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn khôngđảm bảo vai trò thoát nước do thi công bât cân hoặc do chuyên vị ngang của đât nên

1.3.3 Phương pháp thi công1.3.3.1 Trình tự thi công

- Thi công lớp đệm cát (nếu có)

- Định vị vị trí giếng cát.- Vận chuyển cát (hạt trung, hạt lớn) đến vị trí.- Hạ cọc ống thép (rỗng) đúng vi trí và cao độ thiết ké.- Đồ cát vào day cọc.

- Rút cọc ống, để lại giếng cát trong đất yếu

1.3.3.2 Biện pháp thi côngDé thi công giếng cát có hai phương pháp dé thi công là:- Phương pháp hạn chế chuyén vị của đất: Trong phương pháp này chúng ta tiễnhành tạo lô băng máy khoan hoặc xói nước áp lực, khí nén.

- Phương pháp ép đất chuyền vị: Trong phương pháp này chúng ta tạo lỗ băngcách dùng một ống thép bịt nhọn đầu ép vào dat

1.3.4 Tổng quát lớp đệm cát trên mặt của giếng cát.Đề đảm bảo nước trong đất có thể thoát ra ngoài theo phương thăng đứng khidùng hệ thống giếng cát, người ta thường thiết kế kết hợp với lớp đệm cát ở trên mặthệ thống giếng cát Lớp cát đệm cát thường có chiéu day tối thiểu 50cm và phải lớnhơn độ lún dự báo từ 20-40cm Bè rộng mặt tầng đệm cát phải rộng hơn day nền daptôi thiểu là 0,5-1,0m.

Cát để làm lớp đệm cát phải là cát thô hoặc cát hạt trung với yêu cầu sau:- Tỉ lệ cỡ hạt lớn hơn 0,5 mm phải chiếm trên 50%;

- Tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0,14 mm không quá 10%;- Hệ số thắm của cát không nhỏ hơn 10 m/s;- Hàm lượng hữu cơ không quá 5%.

1.4 Nhận xét chung- Xử lý nên đất yếu dưới nền đường bằng phương pháp giếng cát kết hop gia tảitrước giúp cho nước trong đất thoát ra nhanh làm tăng tốc độ cố kết của nền, dé nềnsớm đạt đến độ lún ồn định

- Vật liệu thi công sẵn có và thiết bị và phương pháp thi công đơn giản phù hợpvới địa phương như Cà Mau.

- Cần có sự so sánh giữa giải tích và số liệu quan trắc thực tế kết hợp với kết quảphân tích từ phần mềm plaxis để đưa ra những kết luận và kiến nghị chính xác trongquá trình thiết kế và thi công Giúp ích trong việc ứng dụng phương pháp này cho cáccông trình khác tại Cà Mau.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LY THUYET TÍNH TOÁN GIENG CAT KET HOP

GIA TAI TRƯỚC DE XU LÝ NEN DAT YEU2.1 Cơ sở ly thuyết tính toán bài toán cố kết thấm

2.1.1 Khái niệmCố kết là quá trình nền đất lún xuống theo thời gian và dan chặt lại Quá trình cốkết chia làm hai giai đoạn:

+ Có kết sơ cấp: là quá trình nước trong đất thoát ra ngoài, lỗ rỗng trong đất thuhẹp lại, làm cho đất dần chặt lại

+ Có kết thứ cấp: là quá trình nước trong đất đã thoát hết ra ngoài nhưng các hạtđất vẫn tiếp tục di chuyền trượt lên nhau đến vị trí 6n định hon

2.1.2 Bài toán cổ kết cơ bản2.1.2.1 Các giả thiết của Terzaghi

Dựa vào bài toán lún cô kêt một chiêu của Terzaghi, thiệt lập phương trình cô ketthấm dựa vảo các giả thiết sau:

- Đất nền đồng nhất và bão hòa nước, hạt đất và nước lỗ rỗng không bị nén.- Độ thay đổi thể tích AV của phân tô đất là bé so với thé tích ban đầu của đất.- Sự thấm trong đất tuân theo định luật Darcy

- Hệ số thâm là hằng số trong suốt quá trình cỗ kết.- Từ biến không xuất hiện trong quá trình lún.- Đất đăng hướng thấm theo các trục x, y, Z.- Gia tai Ao được đặt tức thoi.

2.1.2.2 Bài toán cố kết cơ banKhảo sát một phân số dxdydz tại điểm (x, y, z) trong khối đất Vận tốc thấm vđược phân tích thành 3 thành phần V,, Vy, V, Theo định luật bảo toàn khối lượng thiđộ chênh lệch của lượng nước vào va ra bang độ thay đối thé tích của phân tô đất:

0OF — ÔN LÊ 2) ydydz (2.1)

k Ou k, Ou | k, Ou

v= 4; v= ==x » ~~ » Vv, ~~ (2.3)y„ Ox "7, Oy Y, OZ

Vi phân (2.3) thay vào (2.2), sau khi biến đổi ta được:

2 2 2

On IE SH SU SH (2.4)Ot ay, Ôx 3y 3z

_ k(1+e)aw

Dat C, - gọi là hệ số có kết, ta có được phương trình vi phân cố kết

thẫm ba chiều:

Ou _ Oru Oru Oru

Mig CHỊC CU Ot “Oxr ”ây `” Az? (2.9)eG ou 2.5

Phương trình (2.7) là phương trình vi phân cố kết thấm một chiều theo lý thuyếtcô kết của Terzaghi (1943)

Dạng lời giải của phương trình này tùy thuộc vào điều kiện ban đầu và điều kiệnbiên thoát nước của lớp đất có kết

Trong sơ đỗ cô kết có các điều kiện 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 mọi điểm trong lớp đất băng với giatăng ứng suất ngoài lên lớp đất

Thì giải phương trình (2.7) ta sẽ được giá trị áp lực lỗ rỗng thặng dư tại thời điểmtở độ sâu z là:

Ue) = » = sin = *exp(—M°T_) (2.8)

n=)

Với M= 2 (2m +1)

Ct

TS 2.9)trong đó H — là chiều dai đường thoát nước

Và độ có kết ở thời điểm t của cả bề dày lớp cô kết là:

Khi U>60% > T,, =1.781-0.933 log (100-U)

Hoặc có thé tra các trị số U, theo T, trong bang 2.1 hay trên đồ thị Uz= f(T,).Bang 2.1 Độ cô kết U, đạt được tùy thuộc nhân tô thời gian Ty

Ty 0,004 0,008 0,012 0,020 0,028 0,036 | 0,048U, 0,080 0,104 0,125 0,160 0,189 0,214 | 0,247Ty 0,060 0,072 0,100 0,125 0,167 0,200 | 0,250Uy 0,276 0,303 0,357 0,399 0,461 0,504 | 0,562Ty 0,300 0,350 0,400 0,500 0,600 0,800 1,000Uy 0,631 0,650 0,698 0,764 0,816 0,887 | 0,931

Ty 2,000U 0,994=<

2.2 Ly thuyết tinh toán độ lún 6n định của nền

2.2.1 Kiếm tra ồn định nền dat yếuDo nên đất yếu có khả năng chịu tải thấp nên dưới tải trọng của đất đắp thì nềnđất yéu bên dưới có thé không chịu nỗi tai trọng dẫn đến nền mất 6n định Vì vậy cầnkiểm tra chiều cao dap dé cho nền đất yếu không bị phá hoại

Dang phá hoại chủ yếu của nên đất yếu là dạng trượt sâu, khối đất nền xungquanh bị trôi.

Ap dung lý thuyết cân bang giới hạn dé kiểm tra 6n định trượt:- Điều kiện dé khối đất yếu dưới nền đất đắp không bị trượt:

Hình 2.1 Biéu đồ xác định hệ so chịu tai Ne của nên dap có chiếu rộng B trên nên dat

yếu có chiếu dày Hy,- Chiều cao lớp đất đắp thực tế là:

Độ lún ôn định của một nền công trình bao gồm 3 thành phan:

S=S;+S,.+S,=mS, (2.15)

Trong đó: m=1.1+1.7Nếu có biện pháp hạn chế đất nở hông dưới tác dụng của tải trọng dap thì có théchọn m=1.1+1.2 Nếu chiều cao dap càng lớn va đất càng yếu thì nên chọn trị số mcàng lớn.

* Xác định chiêu sâu vùng chịu nén Ha dưới nên dap.Vùng hoạt động chịu nén có thể xác định theo ứng suất gây lún tại vị trí đó khônglớn hơn 15% ứng suất do trọng lượng bản thân đất nên

a- Toán đồ để xác định ứng suất nén thẳng đứng do nén đắp gây ra trong dat.

ợớ.c

=<a

one

H=

ate

BaosaesM4

—?

_—

_—_—7

|VAL

4z4

0,30 at

2z WA

a Oat 2

`N

F4

0,20 = Z

a Z a,b

AY IITs0,10

- Cho đất cô kết trước nặng (OCR>1, pọ+Ap<p,)

S = H,,lo {2 Pott) (2.22)

Po

Ite,

- Cho đất cô kết trước nhẹ (OCR>1, po†Ap>p.)

S= C Sell 2+ a SoH log PAP) (2.23)

l+e, Po) 1+2, P-.2.2.2.3 Độ lún cố kết thứ cap

S =—*_.H (Alog?) (2.24)l+e,

Trường hợp lớp đất yếu chịu tác dụng tải trọng phan bó đều q đặt tải tức thời vàothời điểm t=0, mặt biên lớp đất z=0, z=h được xem như thắm nước

Biết ứng suất trong cốt đất ở thời điểm bat kỳ t, có thé xác định độ lún S(t) tạithời điểm đó Phương trình biểu diễn độ lún theo thời gian của một lớp đất có bề day hcó dạng sau:

SứŒ)= (22 o'dz (2.28)Jina,“ “Tre, 5

u,(2t)=24 9 A sinZexp-S* (2.29)

To W ¡-123,.Ï h P h’ )

Đặt phương trình (2.15) vào phương trình (2.16) ta có:

= _— —exp(- tl+e 77 >a p\ h7 )

Hoặc lưu ý độ lún cuối cùng của lớp đất S=aqh/(1+e), phương trình (2.30) có thébiểu diễn dưới dạng như sau:

S(Đ=S„.U, (2.31)U,: Được gọi là mức độ cố kết, Ut thay đối từ 0+1 khi t thay đối từ 0+œ

*Các lời giải cho những trường hợp đặc biệt khi xử lý nền đất yếu: Sơ đồ tínhtoán thường gặp:

sy = 41 8 Tuy SI 0

l+e lM” ¡123 h (2.32)

+ Sơ đồ 1: Tải trọng tăng theo độ sâu áp lực tăng dan va phân bố theo hình tamgiác Trường hợp này tương ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân đất chứ khôngphải do tải trọng ngoài Dat này còn non trẻ (cố kết do trọng lượng ban thân đất), cóthé tính toán cho công trình san lap, đường dẫn vào cầu hoặc mở rộng xây dựng, san

lấp mặt bang cho cac khu vuc thap Su dung cac diéu kién bién va diéu kién ban dau,ta xác định được biéu thức độ lún theo thời gian như sau:

NỀN ĐẮP GIA TẢI

2,bà

LỚP ĐẤT ———>—>—->—-— —-— ——-—-————*‡

LLLLLL

Hình 2.4 Xử lý nên đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước

Giêng cát làm tăng nhanh quá trình cô két của nên dat yêu băng cách giảm chiêudai đường thoát nước trong dat

2.3.2 Sự có kết của giếng cát

2.3.2.1 Trường hợp lý tướngBarron (1948) đã đưa ra lời giải cho bài toán cố kết của trụ đất có chứa một giếngcát ở giữa Lý thuyết của ông dựa trên việc đơn giản hóa các giả thuyết của lý thuyết cốkết một hướng Terzaghi (1943) Lý thuyết của Barron có khả năng giải quyết bài toán cốkết với hai điều kiện sau đây:

- Giả thiết biễn dạng đều cho răng mặt cắt ngang của khối trụ vẫn phăng suốt trongquá trình cô kết

- Gia thiết bién dang tự do cho răng biến dang của đất nên phát triển tự nhiêntheo sự tiêu tán của áp lực nước lỗ rỗng.

Barron cũng giả thiết là hệ số thấm của giếng đủ lớn không gây can trở đángkế nào cho quá trình thoát nước và quá trình thi công không làm cho đất xung quanhgiếng bị xáo trộn Trong trường hợp lý tưởng với những giả thiết như trên có kết quảnhư sau:

Trong trường hợp biến dang bang nhau, phương trình vi phân quá trình cô kết cóđạng:

Trong quá trình thi công khoan lỗ tạo giếng, khi hạ các ống thép vào đất nên sẽlàm cho vùng đất nên lân cận giếng bị xáo trộn và hệ số thắm của vùng xáo trộn cũnggiảm đi đáng ké Vì vậy trong quá trình phân tích bai toán cố kết thấm đối xứng trụccủa giếng thấm phải xét đến độ xáo trộn của đất cũng như độ cản thấm của giếng cátvà chấp nhận những giả thiết sau đây:

- Biến dạng nên trên từng mặt cắt ngang của khối đất hình trụ là đồng đều.- Đất nền hoàn toàn bão hòa nước

- Giéng thấm có dạng hình trụ tròn, đường kính là dự.- Giêng thấm có độ cản thấm nhất định

- Quá trình thi công giếng thấm gây cho vùng đất xung quanh bị xáo trộn và cóhệ thấm nhỏ hơn so với đất nên nguyên dạng Đường kính vùng bị xáo trộn xungquanh giếng tham là d,.

- Định luật Darcy van còn áp dụng

- Ảnh hưởng của thấm theo phương đứng giữa các giếng thâm được bỏ qua.Độ có kết theo phương ngang:

U, = lap Tế", (2.40)

F

Fˆ=(@)+hF, +1, (2.41)Trong trường hợp tỷ số n>20 thì hệ số ảnh hưởng khoảng cách F(n) như sau:

DdF(n) =In( 2-5 (2.42)

Trường hợp giếng thấm một dau:

q1, (2.49)Cat

2.4.1 Lịch sử hình thành phương pháp phan tử hữu hanPhương pháp phan tử hữu han được bắt nguồn từ những yêu cầu giải các bài toánphức tạp về lý thuyết đàn hồi, phân tích kết cấu trong xây dựng và kỹ thuật hàngkhông Nó được bắt đầu phát triển bởi Alexander Hrennikoff (1941) và RichardCourant (1942) Mặc dù hướng tiếp cận của những người đi tiên phong là khác nhaunhưng họ đều có một quan điểm chung, đó là chia những miễn liên tục thành nhữngmiễn con rời rac Hrennikoff rời rac những miền liên tục bằng cách sử dụng lưới tươngtự, trong khi Courant chia những miễn liên tục thành những miền có hình tam giác chocách giải thứ hai của phương trình vi phân từng phan Elliptic, xuất hiện từ các bài toánvề xoăn của phan tử thanh hình trụ Sự đóng góp của Courant là phát triển, thu hút mộtsố người nhanh chóng đưa ra kết quả cho phương trình vi phân toàn phan Elliptic đượcphát triển bởi Rayleigh, Ritz, va Galerkin Sự phát triển chính thức của phương phápphân tử hữu hạn được bắt đầu vào nửa sau những năm 1950 trong việc phân tích kếtcầu khung máy bay và công trình xây dựng, và đã thu được nhiều kết quả ở Berkeley

trong những năm 1960 trong ngành xây dựng Phương pháp nay được cung cấp nêntảng toán học chặt chẽ vào năm 1973 với việc xuất bản cuốn "Strang" và tong kếttrong "An Analysis of The Finite element Method" và kế từ đó phương pháp phan tửhữu hạn được tong quát hóa thành một ngành của toán ứng dung, một mô hình số họccho các hệ thống tự nhiên, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật, ví dụ như điện từhọc và động lực học chất lỏng.

Sự phát triển của phương pháp phan tử hữu hạn trong cơ học kết cau đặt cơ sởcho nguyên lý năng lượng, ví dụ như: nguyên lý công khả di, phương pháp phan tửhữu hạn cung cấp một cơ sở tổng quát mang tính trực quan theo quy luật tự nhiên, đólà một yêu cầu lớn đối với những kỹ sư kết cẫu

2.4.2 Giới thiệu sơ lược về phương pháp phan tử hữu hạnPhương pháp phân tử hữu hạn thường được dùng trong các bài toán Cơ học (cơhọc kết cau, cơ học môi trường liên tục, cơ học đất ) để xác định trường ứng suất vàbiến dạng của vật thê

Trong những năm 60 -70 cơ học truyền thống chia những bài toán ra làm hainhóm Nhóm thứ nhất bao gồm những bài toán xác định khả năng chịu tải của mong,ôn định của mái dốc, của khối đất dap, cua dap, cua cac ham và bể ngâm; áp lực lêntường chắn Nhóm thứ hai gồm các bài toán tính lún của nền đất dưới tải trọng ngoàivà các công trình khác, trong đó có kế đến có kết thắm, bài toán tiếp xúc về tác dụngtương hỗ giữa công trình và đất

Phép giải bài toán nhóm thứ hai dựa trên giả thuyết về mối liên hệ tuyến tínhgiữa ứng suất và biễn dạng trong đất; điều đó tạo cơ sở vận dụng các phương pháp củalý thuyết đản hồi khi phân tích biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng Do rấtkhó thu được lời giải đàn hồi, các bài toán bién dang của cơ học đất thường được thựchiện với nhiều giả thiết đơn giản hóa Điều đó cho phép vận dụng lời giải đã biết củacác bai toán đơn giản nhất, bỏ qua một số thành phan của ten-so ứng suất khi tính biếndạng.

Khi giải các bài toán nhóm thứ nhất, biến dạng của đất không được xét đến vàđược giả thiết là vừa đủ để huy động toàn bộ sức kháng Ở nhóm bài toán thứ hai, ứngsuất và biến dạng được giả thiết là khá nhỏ, vùng trạng thái giới hạn còn chưa hìnhthành hoặc nhỏ đến mức có thể bỏ qua Khi độ lớn vùng dẻo nhỏ thì người ta bỏ qua