Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng giếng cát kết hợp với gia tải trước tính lún nền đất yếu của đường tránh đường Nam Sông Hậu - huyện Long Phú - tỉnh Sóc Trăng

Trong quá trình phân tích học viên nghiên cứu co sở lý thuyếttính toán giếng dé tiễn hành phân tích bài toán bang phương pháp giải tích và môphỏng phân tử hữu hạn plaxis 2D với mô hình M

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHI MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

000

C3

NGUYEN THỊ YEN NHI

CHUYEN NGANH: KY THUAT XAY DUNG CONG TRINH NGAM

MASONGANH : — 60.58.02.04

LUAN VAN THAC SI

TP.HO CHI MINH, Thang 6 Nam 2015

Công trình được hoàn thành tại: Trường Dai học Bách Khoa - ĐHQG - HCM

4 Thư ký : TS LE BA KHÁNH5 Ủy Viên : TS NGUYEN KE TƯỜNGXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý

chuyền ngành sau khi luận văn được sửa chữa ( nêu có )

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA KTXD

GS.TS TRAN THỊ THANH TS NGUYÊN MINH TÂM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAMPHONG ĐÀO TẠO SDH Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học vién:NGUYEN THỊ YEN NHI MSHV:13091303

Ngày sinh: 05/06/1989 Nơi sinh: Hậu GiangChuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã so: 60580204

LTEN DE TÀIUng dung giếng cát kết hợp với gia tải trước tính lún nền đất yếu của

đường tránh đường Nam Sông Hậu - huyện Long Phú - tỉnh Sóc Trăng.

H.NHIỆM VỤ LUẬN VĂNMớ đầu

Chương 1: Tổng quan về giếng cát kết hợp gia tải trước xử lý nền đất yếu dưới nền

Kết luận và kiến nghị.Ill NGÀY GIAO NHIEM VỤ: Ngày 19 tháng 01 năm2015IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày14 tháng 6 năm 2015V.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: PGS.TS VÕ PHÁN

Tp HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015

CÁN BO CHỦ NHIEM BQ MON QUAN KHOA QUAN LÝ CHUYỂNHUONG DAN LY CHUYEN NGANH NGANH

(Ho tén va chit ky) (Ho tén va chit ky)

PGS.TS VO PHAN TS LE BA VINH TS NGUYEN MINH TAM

LỜI CÁM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Ứng dụng giếng cát kết hợp với gia tảitrước tính lún nên đất yêu của đường tránh đường Nam Sông Hậu - huyện LongPhú - tỉnh Sóc Trang” được thực hiện với kiến thức tác giả thu thập trong suốt quátrình học tập tại trường Cùng với sự cô găng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên củacác thầy cô, bạn bẻ, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình học tập và thực hiện

luận văn.

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thay cô bộ môn Địa Cơ - Nền Móng, nhữngngười đã tạo điều kiện cho tôi tiếp cận được những kiến thức và kinh nghiệm quýbáu trong suốt quá trình học tập và công tác

Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng côngtrình ngầm khóa 2013, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá

Học viên

Nguyễn Thị Yến Nhi

TOM TAT LUẬN VANLuận văn trình bay van dé ứng dung giếng cát kết hop gia tải trước dé tinhlún cho nên đất yé u Trong quá trình phân tích học viên nghiên cứu co sở lý thuyếttính toán giếng dé tiễn hành phân tích bài toán bang phương pháp giải tích và môphỏng phân tử hữu hạn (plaxis 2D) với mô hình Mohr Coulomb để so sánh độ lúnnền đất yếu dưới nền đường của công trình đường Tránh Đường Nam Sông Hậu -

Huyện Long Phú- Tỉnh Sóc Trăng.

Trong luận văn học viên còn tiễn hành phân tích ảnh hưởng của các thông sốnhư đường kính, chiều dai, khoảng cách và mức độ xáo trộn của giếng cát đến nềnđường để đánh giá sự thay đồi về mức độ có kết của nền đất dẫn đến thay doi độ lún

ôn định dưới dat nền.

ABSTRACTThesis presentation application problems sand wells combined to calculatesubsidence preloading for soft ground In the process of analyzing research studentscalculate the theoretical basis for the analysis wells problem analytical method andfinite element simulation (2D plaxis) Mohr Coulomb model to compare settlementplatform soft soil under the roadbed of the road project South River Road AvoidLong Phu District Hau- Soc Trang Province.

In the thesis students have analyzed the influence of parameters such asdiameter, length, distance and degree of disturbance of the sand to the road-wells toevaluate the change in the level of ground consolidation changes resulting stablesettlement under ground.

TRƯỚC XU LY NEN DAT YEU DƯỚI NEN ĐƯỜNG <ccsec<«e 51.1 Khái quát về nên đất yOu vc cccccscsecscsccscssssssssscscscsesesesscecececasssavsvevevenenseeen 51.2 Tổng quan về phương pháp gia tải tƯỚC «c6 *E‡E#EEEeEeEererererees 61.2.1 Giới thiệu về phương pháp gia tải tTƯỚC - c6 +s+k+E#EeEeEsEsEerererees 61.2.2 Pham vi áp dụng và đặc I0 6

I6?) 9:00 i00 21177 - 7

1.3 Tổng quan về giếng cấtt - - - tt E1 91119151 111111111 111111111111 11 1111 xe 71.3.1 Lịch sử phát trién của giếng cát «sex gEgEsrrrerees 71.3.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng của giếng cát - -¿- -ccsscsesesrsrererees 81.3.3 Biện pháp thi công giéng cátt - tt 1E Errxrves 91.3.3.1 Trình tự thi công giẾng cátt - - tt SE HH reereg 9

1.3.3.2 Biện pháp thi CONG c0 111111111 1111902351111 11 re 10

1.3.4 Sơ lược về lớp đệm cát trên mặt của giếng cát - - +cscscsrereree 111.4 Nhận xét va phương hướng của dé tai cseeeeescsesesescscscecessssrsvevevevetseeen 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN GIENG CAT KET HỢPGIA TAI TRƯỚC CHO NEN DAT YEU 2 5-5-5 5< S5 Ss£seseSsSs£seseseescscse 13

2.1 Cơ sở lý thuyết về baitodn cố kết thẫm - - + ckekevekeeeeeree 132.1.1 Khái niệm va giả thuyết về bài toán cỗ kết thấm - 5-5 +s+csescse 132.1.2 Bài toán cô kết cơ bản - - + set 1E T1 11151511 1111111511 1111111 xe 142.2 Lý thuyết tính toán về độ lún ôn định của nén + 65656 +x+x+E+xeeeesese 17

2.2.1.Kiểm tra ổn định nên dat yếu dưới nền đường + + 2xx cv sEvEvEvErxrerxsre 17

2.2.2 Độ lún ôn định của nền đất yếu ¬ 15

2.2.3 Độ lún nền đất yếu dưới nên đường theo thời gian - - s+ssssss¿ 192.3 Lý thuyết tính toán về giếng cát kết hợp với gia tải trước - - - -sscscscee 222.3.1 Khái niệm cơ bản về giếng cát kết hợp gia tải trước - -s-sssscscse 222.3.2 Sự cỗ kết của giếng cát «s11 119151111111 1 111v greg 222.4 Tính toán độ lún băng mô phỏng phan tử hữu hạn ¿52s s+s+s+escse 25

“¡c0 27

CHUONG 3: UNG DỤNG GIENG CAT KET HỢP GIA TAI TRƯỚC DETINH LUN CHO NEN DAT YEU DƯỚI NEN DUONG TRANH NAM SONG

TAU i 293.1 Giới thiệu công trÌnh cccccccesessssesssnseceeeeeeceeeeeeseeeesssaeeeeeeeeeeeeeeeseeeaaas 293.1.1 Giới thiệu Vi trí tính fOắñ - . - 1111132111 1113191 1111118111111 1 1 8g ckg 29

3.1.2 Đặc điểm về điều kiện địa hình,khí hậu, thủy văn và địa chất 303.1.3 Thông số của nền đắp - - «s11 119191515 1111111 1 11v ng greg 323.2 Tính toán độ lún của nền đường băng phương pháp giải tích 323.2.1 Tính toán độ lún gia tải trước kết hợp với giếng cát - - cccscs: 343.2.2 Tính toán độ lún theo thời gian khi sử dụng giếng cát kết hợp với gia tải

011/98109721)750531:ì0510i011707Ẽ7575787e7 = a 38

3.2.2.1 Các thông số về giếng cát - ch E1 9111515151511 1xx ckrkd 383.2.2.2 Tính toán độ lún theo thời gian khi sử dụng giếng cát - 39

3.3 Ứng dung phần mềm mô phỏng phan tử hữu hạn dé tính lún cho nền đất yếu

ð0VUN919i89100U:150nP a'.®Ổ 403.4 8289:6177 44

CHUONG 4: PHAN TICH VA SO SANH ANH HUONG CUA CHIEU DAI,DUONG KINH, KHOANG CACH VA DQ XAO TRON CUA GIENG CAT

DEN MỨC ĐỘ CO KET CUA NEN DAT YEU DƯỚI NEN DUONG 45

4.1 Phân tích ảnh hưởng của chiều dài giếng cát đến độ lún nên dat yếu dưới nền đường

4.1.1 Phương pháp giải tich - - - c2 3 2221111122531 111115 1111151011 111g 11kg rệt 45

4.1.2 Phương pháp phan tử hữu han ¿2-2 + SEEEEEEEEE2ESEEEEEEEEEEEESEEEEEEEEErEkrkekrreree 47

4.2 Phân tích ảnh hưởng của đường kính giếng cát đến độ lún nên dat yếu dưới nền

A.2.1 Phuong phap 83ii0i 1777 šg5šýỚ3 Ả 49

4.2.2 Phương pháp phân tử hữu hạn - 6k k+E+E+ESESESEEEkEEvkckekekeereeerree 504.3 Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách giếng cát bằng phương pháp giải tích 53

4.4 Phân tích ảnh hưởng của độ xáo trộn của nên đât yêu dưới nên đường đên

mức độ có kết bang phương pháp giải tíchh ¿-¿- - + S+E+ESESEEEEEvkckekekekeeeeeeeree 554.4.1 Trường hợp số kh/k=2.5 - - «sex E1 918151515 11111111111 ckgxgxrerreg 564.4.2 Trường hợp 86 ky/ke=3 ccccccccscsssssssscscsesesesesececscsssssvevsvevevsesececscscacacavavavens 594.4.3 Trường hợp 86 ki/k¿=ỗ - - -cscstcx cv 111191515 1111111 11x ng greg 60

4.5 Nhận xét chương 4 00011111111 00000 11 1k0 05561 kg 63

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊỊ + 2E SE SE SE E E111 1111111511111 1e 64TÀI LIEU THAM KHẢO G2 ta S138 9858181585818 E5E5818 1511118151111 EEEE55 E5 Ee se ó6

MỤC LUC HÌNH ANHCHƯƠNG 1: TONG QUAN VE GIENG CAT KET HỢP VỚI GIA TAI

TRUOC XU LY NEN DAT YEU DƯỜI NEN DUONG -.<5-< «<< << 5

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình tam giấc èu 8Hình 1.2.Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vuông eee eeeeeeeeeeeeeeeecccceeeees 9Hình 1.3.Thiét bị thi công giếng cát bằng cọc đóng ccằ: 10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN GIENG CAT KET HOPGIA TAI TRƯỚC CHO NEN DAT YÊU 5- 5 5< S5 S5 sSsSEseseesesersesersese 13Hình 2.1.8 đ 6 phân tố đất trong quá trình cố kẾt scsssss: 14Hình 2.2.Biéu đồ xác định hệ số sức chịu tải Nc của nền đất

yếu có bề dày H dưới diện chịu tải có bề rộng B -cccncssss«: 17Hình 2.3 Sơ đồ các bài toán cố kết cơ bản -ccc c2: 21Hình 2.4 Xử lý nền băng giếng cát kết hop gia tải trước 22Hình 2.5.8 đ 6 bài toán phắng tương đương(Indraratna và Redana,1997) 26CHƯƠNG 3:ỨNG DỤNG GIENG CAT KET HỢP GIA TAI TRƯỚC DETINH LUN CHO NEN DAT YEU DUOI NEN DUONG TRANH NAM SONG

TAU i 29

Hình 3.1.Mặt cat ngang nén đường va so đồ bồ trí quan trac lún 33Hình 3.2 Mặt cat nền đường - k1 E1 1191511111111 11 11g gen greg 34Hình3.3 Biểu đỗ độ lún theo thời gian sau 180 ngày <5 sxexeeeeeesree 39Hình 3.4 Lưới phan tử trong trường hop chưa xử lý nên -s-«+©+£x++erxeevreed 42Hình 3.5.Mô hìnhử ới phan tử giếng cát xử lý nền ccccc: 43Hình 3.6.Tổng chuyển vị của nên đất sau 180 ngày se 43

CHƯƠNG 4: PHAN TÍCH VA SO SANHANH HUONG CUA CHIEU DAI,DUONG KÍNH, KHOANG CÁCH VA ĐỘ XÁO TRON CUA GIENG CAT DENMUC DO CO KET CUA NEN DAT YEU DƯỚI NEN ĐƯỜNG 5 5-2 45

Hình 4.1 Biểu đồ mức độ cô kết theo thời gian của nền đất yêu dưới nền đường khithay đôi chiều dai giẾng cát - c1 S1E1111151 31111111111 1111111111001 xrvr 46Hình 4.2 Biéu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khithay đôi chiều dai giẾng cát - - - tt ST 1111111111111 T11 nen greg 46Hình 4.3.Tổng chuyển vị về sau 180 ngày của nền đất ứng vớiL =10m 47Hình 4.4.Téng chuyển vị vé sau 180 ngày của nền đấtvớiL =12m 48

Hình 4.5.Téng chuyển vị vẻ sau 180 ngày của nền đấtvớiL =14m 48Hình 4.6 Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường

khi thay đối chiều dài giếng cát của mô hình plaxis - + 22s + +Ee£E+k+E+xsree 49Hình 4.7 Biểu đồ mức độ cô kết theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khithay đối đường kính giéng cấtt s11 11915 111111111 11v greg 50Hình 4.8 Biéu đồ độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi thay

đối đường kính giếng cát G1111 915151111 11111 1 1111011111111 50Hình 4.9.Tổng chuyển vị vềsau 180 ngày của nền đấtứngvớid „=0.4m 51Hình 4.10.Tổng chuyển vị vềsau 180 ngày của nền đấtứngvớid „=0.5m 5lHình 4.11.Tổng chuyển vị về sau 180 ngày của nền đất ứng void „=0.6m 52Hình 4.12.Biéu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường

khi thay đôi đường kính giếng cát của mô hình pÏaXIS « ceceeeererrrerrriee 52Hình 4.13.Biéu đồ SO sánh mức độ cô kết của nền đất yếu dưới nên đường khi thayđối khoảng cách giẾng cátt cv 119191915151 11111 1 1 1111111110111 1xx 53

Hình 4.14 Biéu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đườngkhi thay đôi khoảng cách giếng cát + SE k+E SE EEE 1E 1111131111111 1k xe 53Hình 4.15 Biéu đồ mối quan hệ giữa mức độ cô kết theo thời gian khi xét đến

mức độ xáo trộn của nền trong trường hợp khi/kz”2.Š .- - - c1 212v 2 vn Hee 57Hình 4.16 Biéu đồ thé hiện mối quan hệ giữa độ lún theo thời gian giữa các độ xáo

trộn khác nhau trong trường hợp kh/K¿—2.Š - c2 1120112112211 121 120111 11181 11 8k Hee 58

Hình 4.17 Biểu đồ mối quan hệ giữa mức độ cô kết theo thời gian khi xét đến mức

độ xáo trộn của nên trong trường hợp kh/ks” 3 - S1 2122211211 cớ 59

Hình 4.18 Biéu đồ mối quan hệ giữa độ lún theo thời gian giữa các độ xáo trộn

khác nhau trong trường hợp kh/ks” 3 - S1 221222112311 E112211 8111 111 1 811 81g ri 60

Hình 4.19 Biéu đồ mối quan hệ giữa mức độ cô kết theo thời gian khi xét đến mức

độ xáo trộn của nên trong trường hợp kh/ks” Š S1 212221 2v Hee 61

Hình 4.20 Biéu đồ mối quan hệ giữa độ lún theo thời gian giữa các độ xáo trộn

khác nhau trong trường hợp kh/Ks” Š - c1 c1 221222112311 E11 121118111 111 1 811 g1 HH xi 62

MỤC LUC BANG BIEU

CHUONG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN GIENG CAT KẾT HỢP

GIA TAI TRƯỚC CHO NEN DAT YÊU 5< 5< s<sserkserkserkserksedie 13

Bảng 2.1 các giá tri Uz, Va Ty oo ce cece cee ce nce n eee eee e HH HH KH kh nh nh kh nh sa 16

CHUONG 3: UNG DUNG GIENG CAT KET HỢP GIA TAI TRƯỚC DETINH LUN CHO NEN DAT YEU DUOI NEN DUONG TRANH NAM SONGHAU- TINH SOC TRĂNG 5< «set EYeExEESEEAeErerserkerrerserksrrsersee 29Bảng 3.1 Thông số địa chất _ SH nen net 3lBang3.2: Thông số áo đường HS ng nhe 32

Bảng 3.3 Kết quả tính toán về chiều sâu vùng hoạt động chịu nén 35

Bảng 3.4 Kết quả độ lún cô kết của nền đường khi chưa có giếng cát nn 36Bảng 3.5 Thông s6 giếng cát _ ĐH ng nhe 38Bảng 3.6 Độ lún theo thời gian của nền đường khi sử dụng giếng cát —_ 39Bang 3.7 Số liệu thông số đầu vào của các lớp đất _ - 4]

CHUONG 4: PHAN TÍCH VA SO SANHANH HUONG CUA CHIEU DAI,DUONG KÍNH, KHOANG CÁCH VA ĐỘ XAO TRON CUA GIE NG CAT DENMUC DO CO KET CUA NEN DAT YEU DƯỚI NEN ĐƯỜNG 5 5-2 45

Bang 4.1 Kết qua về độ có kết và độ lún của nên khi thay đổi chiều dài571.0 45Bảng 4.2.Kết quả về độ cô kết và độ lún của nền khi thay doi đường kính

BIEN CẤT LH TH TT TT TT TT TT TT 49Bảng 4.3 Kết quả về mức độ cố kết và độ lún khi thay đôi khoảng cách

BIEN CẤT LH TH TT TT TT TT TT TT 53Bang 4.4 Giá trị hệ số thắm trong vùng xáo trộn của cdc tac gid _ 55Bảng 4.5 Độ có kết và độ lún của nền đất khi xét đến độ xáo trộn với

Bảng 4.6.Độ có kết và độ lún của nền đất khi xét đến độ xáo trộn với

Ciel) “<4ẢAẢA 59

Bảng 4.7.Độ có kết và độ lún của nền đất khi xét đến độ xáo trộn với

Ta EEE EEE E ERED EEE EE SEEDED EEE; EERE EERE EERE EE EE EE EE EES 61

MOT SO Ki HIEU ĐƯỢC SỬ DUNG TRONG DE CUONG LUẬN VĂN

a, dy

ag

XI

(m7/KN) Hệ số nén;(m7/KN) Hệ số nén thể tích;(kg/m’)

(kPa)

(m)

(m)

(Kpa)(m)(m)

(m/s)(m/s)

Lực dính của dat:Lực dính của đất nền trong điều kiện không thoát nước;Chỉ số nén;

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

Đường kính giếng cát;Đường kính vùng đất bị xáo trộn;Hệ số rỗng:

Hệ sô rong ứng với thời điêm trước khi xây dung;

Hệ số rỗng của lớp dat i ở trạng thái tự nhiên ban dau (chưadap nền 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:

(m/s)

(kPa)(kPa)

(m)

(m)(m)(m)(m)

Hệ số sức chịu tai:Khoảng cách giữa các trục của giếng cát;Ứng suất hữu hiệu trung bình do trọng lượng bản thân gây ra;

Khoảng cách giữa các tim cát;

Sức chống cắt không thoát nước;

Uh Độ có kết theo phương ngang:Uy Độ có kết theo phương đứng;R (m) Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;r (m) Bán kính giếng:

Ty (m) Ban kinh giéng cat;

Is (m) Bán kính vùng xáo trộn;R (m) Bán kính ảnh hưởng:

W (%) Độ am:

WL (%) Giới hạn chảy:Wụ (%) Giới hạn dẻo;

Vw (kN/m*) Dung trong của nước;Yaa (kN/m*) Dung trọng khối dat đắp;@ (độ) Góc ma sát trong của đất;Y (kN/m*) Dung trọng tự nhiên;Ont (kN/m*) Ứng suất do trọng lượng ban thân các lớp đất phía trên gây

ra ở độ sâu H,;

gl (kN/m*) Ứng suất do tải trong dap gây ra ở độ sâu H,;

MỞ ĐẦU1 TINH CAP THIET CUA DE TÀITrong nÏlững năm gan đây, nước ta ngày càng phát triển theo hướng công

nghiệp hoá hiện đại hóa, các công trình xây dựng khu công nghiệp, các khu đô vì vậy

việc xây mới và mở rộng tuyến đường để phương tiện có thể lưu thông thuận lợi phụcvụ cho vận chuyền đi lại ở khắp các khu vực từ thành thị đến nông thôn ngày càngnhiều Nhưng điều kiện địa chất ở nước ta không thuận lợi đặc biệt là ở khu vực đồngbăng Sông Cửu Long nói chung và ở khu vực sóc trăng nói riêng có địa chất phức tạpvới lớp đất yếu có chiêu dày lớn nên việc xử lý nền đường dé giảm độ lún dé đảm baocho công trình hoạt động tốt và an toàn là đều rất quan trọng

Khi xây dmg nền đường dap trên đất yếu thì nền đường có khả năng bị biếndạng lớn do quá trình có kết Vấn dé về độ lún có kết gây ra rất nhiều thiệt hại về kinhtế, gây can trở giao thông và có thể nguy hiểm đến tính mạng của người dân Tuynhiên nguyên nhân gây lún an chưa được nghiên cứu hệ thống hóa một cách day đủcác giải pháp bù lún, chờ lún, xử lý phần nền của kế cấu công trình là những giải phápgây mat thời gian, tốn kém và hiệu quả không cao Vi vậy, van đề đặt ra là phải có giảipháp xử lý nhằm tăng độ 6n định của nền dap trên đất yếu, tăng nhanh độ lún có kết vàrút ngăn quá trình thi công, giảm độ lún của nên trong quá trình khai thác Trong xây

dựng hiện nay việc ước lượng chính xác độ lún tức thời và độ lún lâu dài công trình

đường đắp trên đất yếu theo thời gian là vẫn dé quan trọng đối với người kỹ sư Điềunày cho phép tính toán chính xác khối lượng vật liệu xây dựng trong khi xây dựng vàđưa vào sử dụng công trình ở những thời điểm hợp lý giúp đảm bảo điều kiện làm việcồn định Cũng cân thay răng, thực tế hiện nay trong xây dựng đường và công trình dapở vùng xa, do rất hạn chế về kinh phí nên nên đất yếu dưới nền đường và nền đườngkhông phải luôn được thiết kế với các biện pháp xử lý hợp lý do giá thành cao vànguồn vật liệu tốt khan hiễm

Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp vàtiên tiến dé xử lý nên đường trên đất yếu nhằm mục dich làm tăng sức chịu tải của nềnđường, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độchặt, tăng sức chống cắt, tăng sức chịu tải của nền đảm bảo điều kiện thi công va

khai thác sử dụng bình thường.

Ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nền đường để tăng nhanh quátrình lún có kết cho đất yếu rất hiệu quả như bắc thấm kết hợp với gia tải trước,phươngpháp bơm hút chân không lết hợp gia tải trước, vãi địa kỹ thuật, giếng cát kết hợp gia

tải trước Các phương pháp này qua thử nghiệm đã có tác dụng tăng nhanh quá trình

cô kết của nền đất yếu, tăng nhanh quá trình lún của nền, tạo độ lún trước, rút ngănthời gian thi công và tăng sức chống cat của đất Từ đó, làm tăng khả năng chịu tai củađất yếu

Có nhiều biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới nền đường nhưng để đảm bảo cảvề mặt kinh tế và kĩ thuật thì sử dụng giếng cát dé gia cô nên đường là phương án hợplý và có tính kB thi dễ thi công và chi phí lại thấp nên dé tài được đưa ra là “Ứngdụng giếng cát kết hop gia tải trước dé tinh lún nên đất yếu cua đường tránh đường

Nam Sông Hậu - huyện Long Phu - tinh Sóc Trăng”.

Việc sử dụng giếng cát kết hợp với gia tải trước giúp làm tăng nhanh thời gianlún cô kết của nền đất nhưng để biết được hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụnggiếng cát khác nhau như thé nào về thời gian lún cố kết của nền, trong dé tài sẽ giúphiểu rõ hơn để so sánh được lợi ích từ việc sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước trongquá trình lún d kết Bên cạnh đó còn có các thông số của giếng cát như đường kính,chiều dài và khoảng cách của giếng cát cũng ảnh hưởng tới quá trình thoát nước và tốcđộ có kết của nền đất cũng được xem xét Tuy nhiên, khi thi công giếng cát sẽ làm chonên đất xung quanh giếng cát sẽ bị xáo trộn ảnh hưởng tới nên đất bị xáo trộn và hệ sốthấm của vùng đất bị xáo trộn giảm một cách đáng kế có thé dẫn đến dự đoán sai độ lúncòn lại sau khi đưa công trình vào khai thác sử dụng Tất cả các vấn đề trên cần đượcxem xét dé đưa ra phương pháp nào tốt nhất mang lại hiệu qua cao cho công trình

2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU

Các van đề được đề cập trên là mục tiêu nghiên cứu của đề tài này và được

phân ra thành những nội dung sau:

- Phân tích độ lún cô kết của nên đất trước và sau khi sử dụng giếng cát kết hợpgia tải trước dé gia cố nền đường

- Ảnh hưởng khoảng cách của giếng cát tới độ cô kết của nền đường.- Phân tích ảnh hưởng đường kính giếng cát tới độ cô kết của nền đường- Nghiên cứu chiêu dài của giếng cát ảnh hưởng đến độ có kết của nền đất.- Xét anh hưởng của vùng xáo trộn đến hệ số thắm của giếng cát

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tong hợp co sở lý thuyết về tính toán và thiết kế giếng cát.- Sử dụng phần mềm plaxis dé tính toán mô phỏng quá trình cố kết va lún 6nđịnh của giếng cát

- So sánh giữa lún trong tính toán lý thuyết với kết quả mô phỏng.4 TÍNH KHOA HỌC VÀ THUC TIEN

- Tính khoa học: khi dùng giếng cát sẽ giúp cho nên đất yếu thoát nước nhanhlàm cho hệ số rỗng giảm lại giúp cho nên cô kết, làm tăng tốc độ lún nhanh hơn nhiễuso với nền thiên nhiên hoặc nền được gia cố bằng cọc cứng

- Thực tiễn: sử dụng dụng giếng cát giúp nền đường lún nhanh hơn, tăng cườngsức chịu tải của nền đất yếu Ngoài ra giếng cát còn tiết kiệm chi phí vì có giá thành vậtliệu rẻ hơn các loại vat việu khác và giếng cát còn dùng để gia cỗ nền có chiều day lớnhơn 3m Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi các thiết bị phức tạp

- Bên cạnh đó việc phân tích tốc độ lún của nền đường bằng phần mềm plaxisvới các thông số thực tế mang lại kết quả nhanh chống và có độ chính xác cao Vì vậy,kết quả thu được mang tính khoa học và thực tiễn

5 HAN CHE CUA DE TÀI (GIỚI HAN NGHIÊN CỨU)

- Chỉ có thể phân tích độ lún và thời gian lún theo thời gian trong quá trình chất

tải chờ cô kêt, còn sự thay đôi của nên dat thì chưa được xét đền.

- Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ phân tích được độ lún băng việc tính toán lýthuyết, mô phỏng băng phần tử hữu hạn để so sánh

- Chỉ tính toán và so sánh được đất ở khu vực sóc trăng nên chưa khái quát

được cho tât cả các loại đât trong cả nước.

- Chỉ sử dụng mô phỏng bằng phương pháp phân tử hữu hạn với phần tử 2D

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE GIENG CAT KET HỢP VỚI GIA TAI TRƯỚC

XỬ LY NEN DAT YEU DƯỚI NEN DUONG

1.1 Khai quat vé nén dat yéu

Các đặc trung vat ly:

> Dung trọng tự nhiên: y < 1,7g/cm’> Hệ số rong tự nhiên của dat: « >1> Hệ số nén lún: a> 0.lemˆ /kg> Độ bão hòa của đất: S >0,8

Các đặc trung cơ học:

> Modul bién dạng: E <50kg/cm”> Lực dính của đất: C < 0,1kg/cm?> Góc ma sát trong của dat: ø<10”

Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp:- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc a sét tương đối chặt, ở trạng thái bão

hòa nước, có cường độ thấp;

- Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phan hat rat min,ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;

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

- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rac, có thể bị nén chặt hoặcpha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy

gọi là cát chảy:

- Đất Bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thắm

nước cao, dé bị lún sụt.

1.2 Tong quan về phương pháp gia tai trước1.2.1 Giới thiệu về phương pháp gia tai trước

Gia tải trước là quá trình nén trước nên đất trước khi xây dựng công trình Nếu

như tai trọng nén trước tác dụng tạm thời lớn hơn tải trọng thường xuyên của công

trình thì phần chênh lệch được gọi là gia tải

Nền sét yếu dưới tác dụng của tải trọng nén trước có ba loại lún như sau:

- Lún tức thời

- Lun cỗ kết sơ cấp- Lun cô kết thứ cấpThông thường người ta chỉ xét đến độ lún cô kết sơ cấp trong quá trình gia tải.1.2.2 Phạm vi áp dụng và đặc điểm

- Độ lún của công trình do bién dạng nén cô kết của nền đất là sét yếu hoặc cátrời thường gây ra những hư hỏng nền móng và công trình Để làm giảm nguy cơ nàyngười ta thường dùng biện pháp gia tải trên nền đất dé tạo độ lún trước rồi dỡ tải đi và

xây dựng công trình.

- Đối với nền cát rời có tính tham nước mạnh hoặc xốp trên mực nước ngâm,nên độ lún dưới gia tải diễn ra nhanh chống trong vòng vai tuần lễ hoặc vai tháng.Trong khi đó, nền sét yếu thoát nước kém thời gian lún do cô kết dưới tác động của giatải có thể kéo dải đến vài năm thậm chí vài chục năm Trong trường hợp này để rútngắn thời gian cố kết, các thiết bị được sử dụng kèm theo để thoát nước nhanh là giếng

cát, bâc thâm rãnh cát

- Gia tải trước thường được dùng trong kĩ thuật nền móng là nhằm làm cho nềnđất yếu lún trước, đất nền giảm độ rỗng tương ứng với gia tải trên mặt đất, sức chịu tảisẽ gia tăng Đối với đất rời va đất yếu không bảo hòa nước thì thời gian đạt độ lún ồn

định ngắn, còn với đất sét bão hòa nước thì thời gian lún sẽ phụ thuộc vào tốc độ cố

- Dùng géng cát hoặc bản giấy thấm dé thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá

trình cô kêt của đât nên.1.2.3 Biện pháp thi công

Kỹ 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

Có hai cách gia tải nén trước:

- Chất tải trọng nén trước ngay trên mặt đất tại vị trí sẽ xây dựng nền đường hoặcmong, đợi một thời gian theo yêu cầu dé độ lún ôn định, sau đó dỡ tải đi và xây dựng

- Có thê xây móng, sau đó chat tải lên móng cho lún ôn định, rồi dỡ tải và xâykêt câu bên trên.

Lưu ý: chất tải tăng theo từng cấp Mỗi cấp tăng 15 -20% tong tải trọng Cầntiến hành theo dõi, quan trắc độ lún để xem xét độ lún có đạt yêu cầu không, nếukhông đạt yêu cau thì cần có biện pháp tích cực hơn dé tiếp tục cho nước thoát ra.1.3 Tổng quan về giếng cát

1.3.1 Lịch sử phát triển của giếng cát

- Trên thế giới phương pháp gia có nền đất yếu bang tru vật liệu rời, cũng nhưgiếng cát, nó gan liền với kết quả công trình nghiên cứu về có kết thấm của đất sét nonước và người dau tiên dé cập tới là Terzaghi khi ông tìm ra phrong trình vi phân ©kết thấm 1 chiều năm 1925

- Ở các nước Mỹ, Pháp phương pháp giếng cát cũng được nghiên cứu ở mặt kĩthuật và phương pháp thi công được gia cố nền đường và bến cảng

- Ở Nhật, do tính hữu ích của giếng cát mang lại nên nhiều công ty đã ứng dụngphương pháp này Chỉ tính riêng một công ty ở Nhật trước năm 1996 đã sử dụng tổngchiều dải giếng cát để gia cô nên đất yếu bảo hoà nước nén lún mạnh trên đất liền là 15triệu mét và dưới đáy biến là 40 triệu met dé thoát nước nên công trình Phương phápgiếng cát thăng đứng dé cố kết thoát nước và giếng cát làm chặt nền đất bao hoà nướcphục vụ xây dựng công trình dé làm 6n định nền đường sân bay, đê chắn sóng Ví dụ

như sân bay quôc tê kansal, cảng Kôbê, nhà máy nhiệt điện Matsura

1.3.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng của giếng cát

Giéng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với cácloại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hòa nước có tính biến dang lón khi xây dựng công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền

đường, sân bay, bản đáy công trình thủy lợi

- Giêng cát có tác dụng chính là:+ Giếng cát sẽ làm cho nước trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải vìvậy làm tăng nhanh tốc độ cô kết của nên, làm cho công trình đạt đến giới hạn ôn địnhvề lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

+ Nếu khoảng cách của giếng được chọn thích hợp thì nó còn làm tăng độ chặtcủa nên và do đó sức chịu tải của nên tăng lên

+ Tăng khả năng chống trượt khi công trình chịu tải ngang

- Bên cạnh những ưu điểm nêu trên khi sử dụng giêng cát cũng cân phải chú ýnhững van đê sau:

+ Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình tải trọng trung bình và chiều dày lớp đấtyếu không lớn

+ Thời gian thi công (gia fai) lầu.

+ Không hiệu qua cho đất nền có k <10-8 cm/s* So đồ bồ trí giếng cát thường có hai dạng chủ yếu:= Dạng lưới tam giác đều

vùng ảnh hưởng về thoát

/ nuec xung quanh ging cat

" Dạng lưới hình vuông

vùng ảnh hưởng về thoát

Gié - / nuoc xung quanh giêng cat

© ©® ©

s khoảng cách lươi giếng cit

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vuông

Tuy nhiên, khi sử dụng giếng cát cũng có nhiều nhược điểm nhất định Cát sử dụngtrong giếng cát phải được lựa chọn kỹ lưỡng để có hệ số thấm tốt nhất, cho nên phải vậnchuyền cát từ những nơi xa vị trí công trường Ngoài ra, trong khi thi công giếng cát rất cókhả năng giếng cát rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn không đảm bảo vai trò thoátnước do thi công bất can hoặc chuyển vị ngang của nền khá lớn Dé tránh hiện tượng đứtđoạn người ta có thé cho cát vào ruột bằng vải có đường kính chừng 50mm và cam vào

nên sét yêu làm vai trò thâm nước giông như một bâc thâm băng cát.

1.3.3 Biện pháp thi công giếng cát

1.3.3.1 Trình tự thi công giếng cát-Thi công lớp đệm cát (nếu có).- Định vị vị trí giếng cát

- Vận chuyển cát đến vị trí làm giếng cát.- Hạ cọc ống thép( rỗng) dé tạo lỗ trong đất yếu đúng vị trí và cao độ thiết kế.- Đồ cát vào day cọc

- Rút cọc ông và đê lại giêng cát.

1.3.3.2 Biện pháp thi công

Trong thi công géng cát có hai cách dé thi công giếng cát là: một cách khônglàm cho đất chuyển vị và một cách khác làm cho đất chuyển vị lớn

- Phương pháp thi công làm choad không chuyền vị lớn là người ta tạo 16băng cách khoan vào đất bằng máy khoan hoặc vòi nước áp lực,phương pháp nàykhông gây nhiều xáo trộn cho đất nên

- Phương pháp thi công làm cho at chuyên vị lớn, người ta tạo lỗ băng cáchdùng một ống thép bịt đầu ép vào đất, phương pháp này gây xáo trộn đáng kế đối vớiđất sét yếu và nhạy

1.3.4 Sơ lược về lớp đệm cát trên mặt của giếng cát

Đề đảm bảo nước trong đất có thé thoát ra ngoài theo phương thang đứng khidùng hệ thống giếng cát, người ta thường thiết kết hợp với lớp đệm cát ở trên mặt củahệ thống giếng cát Lớp đệm cát thường có chiều dày tối thiểu là 50em và phải lớn hơnđộ lún dự báo từ 20-40 cm Bè rộng mặt tang đệm cát phải rộng hơn day nền dap tôithiểu là 0.5-1 m

Cát dé làm lớp đệm cát phải là cát thô hoặc cát hạt trung với các yêu cầu sau:

- Tỉ lệ cỡ hạt lớn hơn 0.5mm phải lớn hơn 509%;- Tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0.14mm không quá 10%;

- Hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 10 m/sec;

- Hàm lượng hữu cơ không quá 5%;

1.4 Nhận xét và phương hướng của đề tài

- Khi sử dụng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước dé xử lý nền đườnggiúp cho nước trong đất thoát ra nhanh làm tăng tốc độ cô kết của nền đường

- Vật liệu sử dụng trong quá trình thi công dễ tìm và thi công đơn giản phùhợp với điều kiện địa phương

- Cần so sánh kết quả tính toán giữa giải tích và số liệu quan trắc thực tế kếthợp với kết quả phân tích từ phần mềm Plaxis để hi vọng đưa ra những kết luận có íchtrong quá trình thiết kế và thi công sau này của những công trình khác thuộc dạng này

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN GIENG CAT KET HỢP GIA

TAI TRƯỚC CHO NEN ĐẤT YEU2.1 Cơ sở ly thuyết về baitoan có kết tham

2.1.1 Khái niệm và giả thuyết về bài toán cố kết thấm

Khi nén chặt đất dưới tác dụng của lực ngoài, các hạt ran cau tạo nên cốt đất xitlại gần nhau và thé tích lỗ rỗng giảm đi Khi đó hỗn hợp khí nước lấp day trong các lỗrỗng bị nén ép và chuyển động theo hướng về biên thoát nước và về khu vực có áp lực

nước 16 rong bé hơn.

Quá trình nén lún aia đất dưới tác dung của tải trọng ngoài trong đa % trườnghợp là quá trình nén chặt đất Trong một số trường hợp, lún mặt đất do đất nền bên

dưới bị trượt ngang, đặc biệt khi diện gia tải bé Dưới tác dụng của tai trọng ngoài, các

hat được sắp xếp lại, thé tích lỗ rỗng trong đất giảm xuống, độ chặt của dat tăng lên

Đối với đất có hệ số thắm lớn (dat hat thd), quá trình 6 kết sẽ hoan tất trongmột khoảng thời gian rất ngăn và kết quả là quá trình lún hầu như kết thúc hoàn toànkhi kết thúc thi công Tuy nhiên đối với đất dính có hệ số thắm nhỏ (dat loại sét), quatrình này chếm một khoảng thời gian rất lớn, độ lún xảy ra rất chậm và kéo dài theothời gian Hiện tượng biến dạng thể tích do sự thoát ra rất chậm của dung dịch từ cáclỗ rỗng trong đất loại sét dưới tác động của tải trọng ngoài (trong lượng của công trìnhlên trên đất nên) được gọi là cô kết

Lý thuyết về tốc độ thời gian cố kết trong bài toán một chiều lần đầu tiên đượcdé nghị bởi Terzaghi (7925) Những giả thiết cơ bản của bài toán cố kết thấm mộtchiêu:

- Đất bão hòa nước;- Hat đất và nước 16 rỗng không bị nén;- Độ thay đổi thé tích AV của phân tổ dxdydz là bé so với thể tích ban đầu của

dxdydz;

- Thắm trong cô kết tuân theo định luật Darcy;- Định luật Darcy được tông quát hóa trong môi trường thấm không dang hướng:- Đất đăng hướng theo các trục x, y, Z;

- Gia tai Ao được đặc tức thời;

2.1.2 Bài toán cỗ kết co bản

Khảo sát một phân số dxdydz tại điểm (x, y, z) trong khối đất Vận tốc thấm vđược phân tích thành 3 thành phân V,, V,, V, Theo định luật bảo toàn khối lượng thiđộ chênh lệch của lượng nước vào và ra bang độ thay đối thé tích của phân tô đất:

lộov _ (Os nà `: ng

Ot Ox Oy OZlộ

Oe _ (+0 + Ay My

Ot Ox Oy ở

Định luật tham Darcy tong quát có dạng:

hou kau ik ow

` Ox” "„ ay? ˆ y, &

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

Ce l+e Oru Oru Oru

—— — v 5 + k, 5 + k, —~Ot ay, ÔX 3y Oz

ẬN

A V.+(AS&)dz

| =vvy,+(3/⁄3)dy: oe |v.+(4/)dx-—*-E*~ ——*

kC,, =

AYVới hệ tọa độ tru, phương trình (2.5) trở thành

a =C, a Phân thâm thang đứng.

Nếu bai toán thấm xem xét trong điều kiện chỉ có thấm thăng đứng, phươngtrình thấm một chiều có dạng:

Ou Oura CL, Em (2.7)

Phương trình (2.7) là phương trình vi phân cố kết thấm một chiêu theo lý thuyếtcô kết của Terzaghi (7943)

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

Trong sơ đồ cô kết có các điều kiện sau:- Tải phân bố đều kín khắp gây ra gia tăng ứng suất không đổi theo chiêu sâu;- Áp lực nước 16 rỗng thang dư ban đầu tai mọi điểm trong lớp đất bang vớigia tăng ứng suất ngoài lên lớp đất

Khi giải phương trình (2.7) ta sẽ được giá trị áp lực lỗ rỗng thặng dư tại thời

Và nhân tố thời gian 7, = — (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:

15 0.0177 65 0.34220 0.0314 70 0.403

25 0.0491 15 0.47730 0.0707 80 0.56735 0.0962 85 0.684

40 0.126 90 0.848

45 0.159 95 1.12950 0.196 100 œ

2.2.Lý thuyết tính toán về độ lún On định của nền2.2.1.Kiém tra ốn định nền đất yếu dưới nền đường

Do nên đất yếu dưới nền đường có khả năng chịu tải thấp nên dưới tải trọng củađất đắp trên nền đường thì nền đất yếu bên dưới có thể không chịu nỗi tải trọng dẫn đến

nên mat ôn định Vi vậy can kiêm tra chiêu cao dap dé cho nên đường không bị phá hoại.

Dạng phá hoại chủ yếu của nền đất yếu là dạng trượt sâu.khối đất nền xungquanh bi trượt trôi

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

Hình 2.2 Biéu dé xác định hệ số sức chịu tai Nc của nên đất yếu có bề dày H

dưới diện chịu tải có bề rộng B.Chiều cao lớp đất đắp thực tế là:

đẹp

max +48

hag Shy, —

Y da

2.2.2 Độ lún On định của nền dat yếu

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

S=S,+S¢+S5, =mS, (2.14)

Trong đó : m= 1.1 — 1.7 Nếu có biện pháp hạn chế đất nở hông dưới tac dụngcủa tai trong dap thì có thé chọn m=1.1- 1.2 Nếu chiều cao dap càng lớn và đất càng

yêu thì nên chọn trỊ sô m càng lớn.

+ Xác định chiêu sâu vùng chịu nén H, dưới nên dap

Vùng hoạt động chịu nén có thể xác định theo ứng suất gây lún tại vi trí đókhông lớn hơn 15%ứng suất do trọng lượng bản thân đất nên :

Øu¡ = 0.150Øp; (2.15)

Ope = À,⁄¡.h (2.16)

Ứng suất Ø„¡ được xác định từ công thứcøy; = 2l.ahạ (2.17)I: là hệ số được xác định từ toán đỗ Osterberg phụ thuộc vào hệ số - va ;a/ Độ lún tức thời

S;=(m-1) (2.18)

b/ Độ lún do cô kết sơ cấpTùy thuộc vao áp lực tiền cô kết

OCR = D (2.19)

- Cho đất cô kết thường (OCR=1)

g=-C©—_ log ft?) (2.20)+e, : Po

- Cho đất cố kết trước nặng (OCR>]1,po+App,)

$% = Tapa — [CÍ log (= 2) + Cỉ log (2) (2.25)

Trong đó

Hila bề day lớp đất tính lún thứ i (phân thành n lớp có các đặc trưng biến dạngkhác nhau), i từ 1 đến n lớp; Hi<2,0 m;

C! chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún (biểu diễn dưới

dang e ~ log ø)trong phạm vi G >Øj, của lớp dat i.

€zlà chỉ sô nén lún hay & dôc của đoạn đường cong nén lún nói trên trongphạm vio'<o,, (còn gọi là chỉ sô nén lún hôi phục ứng với quá trình dỡ tải).

đằ„, oF Onz Oz 1a áp lực (ứng suất nén thang đứng) do trọng lượng bảnthân các lớp đất

tự nhiên năm trên lớp i, áp lực tién cố kết ở lớp i và áp lực do tải trọng dap gây ra ở lớp i

(xác định các trị số dp lực này tương ứng vớiđộ sâu z ở chỉnh giữa lớp dat yếu i)

2.2.3.Độ lún nền đất yếu dưới nền đường theo thời gian

Phương trình vi phân cô kết thắm một chiêu theo lý thuyết của Terzaghi:

Ou Oru

wo w

a” Cae? (2.26)

Giải phương trình (2.24) với các điều kiện biên ban đầu và điều kiện biên có kếtcủa lớp đất thoát nước, ta sẽ tìm được lời giải bài toán độ lún theo thời gian trongtrường hợp bài toán cô kết tham một chiều.

Trường hợp lớp đất yếu chịu tac dụng tai trong phân bố đều q đặt tải tức thời vàothời điểm t = 0, mặt biên của lớp đất z = 0, z= h được xem như thấm nước

Biết ứng suất trong cốt đất ở thời điểm bất 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 h

có dạng sau:

h , h hao a a

S(t)= dz = dz = —u)d: 2.27) re, - Anh - ire, {4 uaz ( )

44 cl Cinu,,(z,t)}=— >) —sin——exp(-—-—1?) (2.28)

Ỷ Ỷ ^

“/Ứ (22

Sơ Đồ 0 Sơ Đồ 1Hình 2.3 Sơ đô các bài toán cô kết cơ bản.Sơ đồ 0: Tải trọng có dạng phân bố đều, vậy biểu đồ áp lực nên phân bố theochiều sâu có dạng hình chữ nhật (bài toán một chiều) Sử dụng các điều kiện biên vàđiều kiện ban dau, ta xác định được biểu thức độ lún theo thời gian như sau:

anh 7F“ ¡-1A.

(2.31)

Sơ đồ 1: Tải trọng tăng theo độ sâu, áp lực tăng dần va phân bố theo hình tamgiác Trường hợp nảy tương ứng với ứng suất do trọng lượng bản thân đất chứ khôngphải do tải trọng ngoài Đất nay còn non trẻ (cô kết do trọng lượng bản thân đất), có thétính toán cho công trình san Lắp, đường dẫn vào cầu hoặc mở rộng xây dung, san lap chonhững khu vực thấp băng vật liệu địa phương Công thức độ lún theo thời gian như sau:

S(t) = agh 1-22 -exp| - ee t

2(1+e) Ml ¡Ýta 3Ì Ah

(2.32)

2.3.Lý thuyết tính toán về giếng cát kết hợp với gia tải trước2.3.1.Khái niệm cơ bản về giếng cát kết hợp gia tải trước

GIA TẢI TRƯỚC

Hình 2.4 Xử lý nền băng giếng cát kết hop gia tải trướcChiều dày lớp đêm cát và các thong số của giéng cát

2.3.2 Sự có kết của giếng cát

a/ Trường hợp lý tưởng

Barron giả thuyết rang là hệ số thắm của giếng đủ lớn không gây cản trở đáng kénào cho quá trình thoát nước và quá trình thi công giếng cát không làm cho đất xungquanh giéng cát bị xáo trộn Trong trường hợp lý tưởng như trên, lời giải không xét

dén độ can trở của giêng cũng như độ xáo trộn cua dat như sau:

Phương trình cô kết thắm theo phương ngang:

ôU 8 2U 1 ôU

—=C, >+—.

ot or r or

(2.33)

Trong đó : u— áp lực nước lỗ rỗng ứng với thời gian t;

r — khoảng cách theo phương bán kính từ tâm khói đất hình trụ đến điểm

trình tính toán thường dùng công thức sau:

C, =(2+5)C” (2.36)

+ F(n) là nhân xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bố trí giếng cát, được xác

định tùy thuộc vào n=D,/d„ theo công thức:

- Biến dạng nên trên từng mặt cắt ngang của khối đất hình trụ là đồng déu

- Đât nên hoàn toàn bão hòa nước.

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

- Quá trình thi công ging thắm 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 thắm 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,= Nha (2.38)

PB

F=F(n)+F +, (2.39)

Trong đó: - F: hệ số kể đến anh hưởng do khoảng cách giữa các giếng cát,

- F,: hệ số ảnh hưởng xáo trộn của nên đất xung quanh giếng thắm,- F,: hệ số ảnh hưởng độ cản thấm của bản thân giếng thắm

Trong trường hợp ty số » = 20 thì hệ số ảnh hưởng khoảng cách F(n) như sau:

Dd

Hệ số F, thay đối theo độ sâu z Trong trường hợp gan đúng xem tỷ số (k, /g„)không đôi theo độ sâu thì hệ số F, có thé tính trung bình cho cả chiều chiều dài củagiếng thấm như sau:

Trường hợp giếng thấm một dau:

pat pp ke (2.43)

3,Trường hop giếng thấm ở hai dau:

k

E,==—t (2.44)

6 đ,c/ Anh hướng của độ có kết theo phương đứng

Thông thường chiều dài của giếng cát đủ lớn dé có thé bỏ qua ảnh hưởng của sựcô kết thâm theo phương đứng của nền đất năm giữa các giếng cát Tuy nhiên, ditượng nghiên cứu của quá trình nén trước nên đất có giếng cát là độ cỗ kết của nền saumột thời gian nào đó cho nên trong quá trình tính toán có thé kế đến ảnh hưởng của cỗkết thâm theo phương đứng Trong trường hợp đó, độ có kết được giải theo lời giải củaCarrilo (1942) cho độ có kết tong hop Uy» của thấm đứng U, và tham ngang:

Uy =1-(d-U,)d-U,) (2.45)2.4 Tính toán độ lún bang mô phỏng phan tir hữu han

Có nhiều phương pháp dé tính độ lún của nền đất yếu một cách chính xác,mộttrong những phương pháp đó là tính toán bang phan tử hữu hạn mà phần mềm phổ biếnvà được sử dụng tương đối hiệu quả là mô phỏng Plaxis giúp cho kết quả nhanh chống

Khi sử dụng phần mềm có ưu điểm là giúp người dùng mô phỏng được ứng suấtbiến dạng của chuyền vị đê sông, phân tích độ lún của móng tròn trên nền cát, chuyểnvị của đất nên Trong phan mém con giúp cho người dùng lựa chọn loại vật liệu cósan tương ứng với thực tế công trình mang lại kết quả tính toán chính xác hơn Ngoàira, còn giúp người kĩ sư có thể so sánh giữa tính toán lý thuyết và mô phỏng giúp choquá trình thiết kế nhanh và chính xác về trạng thái ứng suất ban dau, độ lún, thời gianthi công cho phù hợp với yêu câu thực tế Trong dé tai này, lựa chọn mô hình plaxisđể mô phỏng quá trình lún của nền đường khi sử giếng cát kết hợp gia tải trước giúptăng nhanh quá trình có kết trong đất dưới nền đắp như thé nao

Dé giải bài toán về giếng cát trong thực tế, người ta thường chuyển bài toán khônggian đối xứng trục về bài toán phăng tương đương, sử dụng phương pháp phan tử hữuhạn Hird và nnk (1992), Indraratna và Redana (1997) đã phân tích bài toán biến dạngphăng tương đương cho giếng đơn dựa trên lý thuyết của Hansbo (1981)

phăng được tính như sau:

— "„ 87,U mp =1-£=1-exp(-—”) (2.46)

Hà p

Trong đó:Cit k

hề Un