Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến độ cố kết nền công trình xử lý bằng giếng cát

Mặc khác, khi mô phỏng, hệ số thấm thực tế của đất từ thí nghiệm trong khu vực xử lý băng giếng cát được quiđối dé đưa vào mô hình plaxis dựa trên nghiên cứu của hai tác giả Hird và Indr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYEN HOÀNG TÂN

ANH HUONG CUA VUNG XÁO TRON DEN ĐỘ CÓ KET NEN

CONG TRINH XU LY BANG GIENG CAT

CHUYÊNNGÀNH : KY THUẬT XÂY DUNG CONG TRÌNH NGAMMÃ SỐ NGÀNH : 60.58.02.04

LUẬN VAN THẠC SĨ

TP.HO CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2014

Công trình được hoàn thành tại: Trường Dai Hoc Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS NGUYEN MINH TAM

Cán bộ cham nhận xét 2 : TS TRAN TUẦN ANH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày 15 tháng | năm 2015

Thành phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 GS.TS.TRAN THỊ THANH

2 TS BÙI TRƯỜNG SƠN3 TS NGUYEN MINH TAM4 TS TRAN TUAN ANH5 TS TRUONG QUANG THANHXác nhận của Chu tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ Môn quản lýchuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÓNG TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG

GS.TS TRAN THỊ THANH TS NGUYEN MINH TAM

TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIET NAMPHÒNG ĐÀO TAO SDH Độc Lập - Tự Do — Hạnh Phúc

Tp.HCM, ngày thang nam 201

NHIEM VU LUẬN VAN THAC SĨHo tén hoc vién : NGUYEN HOANG TAN Phá :NamNgày, thang , năm sinh : 07 /02 / 1990 Noi sinh : Tp.Hồ Chi MinhChuyên ngành : KT XÂY DUNG CONG TRINH NGAM MSHV : 13093084I- TEN DE TÀI:

ANH HUONG CUA VUNG XÁO TRỘN DEN ĐỘ CO KET NEN CÔNG TRÌNH XỬ

LY BANG GIENG CATI- NHIEM VỤ VÀ NOI DUNG :

1- NHIEM VU:

Nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến độ có kết của nên xử lý bằng giếng cát

2- NOI DUNG:

Mở đầuChương 1: Tổng quan về đất yếu và biện pháp xử lý bằng giếng cát.Chương 2: Lý thuyết tính toán giếng cát trong xử lý đất yếu và vùng xáo trộn của

giếng cát.Chương 3 : Ứng dụng giếng cát dé xử lý nền bãi chứa vật liệu - Nhà máy chế tạo ống

thép có xét đến vùng xáo trộn ở tỉnh Tiên Giang.Kết luận và kiến nghị

II- NGÀY GIAO NHIỆM VU : — Ngày 07 tháng 07 năm 2014IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VỤ : Ngày 08 tháng 12 năm 2014V- CÁN BO HUONG DAN : — PGS.TS VO PHAN

Nội dung Luận Văn Thạc Sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA KTXD

PGS.TS VÕ PHÁN TS LÊ BÁ VINH TS NGUYÊN MINH TÂM

LỜI CÁM ƠNLuận Văn Thạc Sĩ bản tóm tắt những kiến thức đã học được của bản thân trongsuốt 2 học kì của chương trình Sau Đại Học tại trường Bách Khoa Tp.HCM.

Dé hoàn thành Luận Văn Thạc Sĩ ngoài những cô găng của bản thân, can phải kéđến sự hướng dẫn, giúp đỡ Thay /Cô trong bộ môn Nén Móng Công Trình , đặc biệt làThầy PGS.TS.V6 Phan

Tôi xin cảm on Thay PGS.TS.V6 Phan đã tận tình hướng dẫn, chi bảo, giúp tôi

đưa ra hướng nghiên cứu và hoàn thành Luận Văn này.

Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Nền Móng đã tận tình giảng dạy,giải đáp các thắc mac về kiến thức , tạo điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình học tập,giúp tôi có đủ kiến thức dé thực hiện Luận Văn

Tôi cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn ở bên cạnh, động viên, giúp đỡ tôi

trong suốt quá trình học tập

Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201

Học viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Tân

TOM TAT LUẬN VĂN

Luận văn trình bày nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến nên côngtrình xử lý băng giếng cát có gia tải trước Phương pháp phần tử hữu hạn được thựchiện trong nghiên cứu này thông qua việc mô phỏng công trình bằng phần mềm plaxis

2D với hai mô hình : Mohr-Coulomb và Hardening Soil Mặc khác, khi mô phỏng, hệ

số thấm thực tế của đất (từ thí nghiệm) trong khu vực xử lý băng giếng cát được quiđối dé đưa vào mô hình plaxis dựa trên nghiên cứu của hai tác giả Hird và Indraratna.Từ kết quả so sánh của hai mô hình plaxis , so sánh cách qui đổi hệ số thắm của hai tácgiả Hird và Indraratna để đưa ra những đánh giá về độ lún, áp lực nước lỗ rỗng,chuyền vị ngang tai chân mái taluy đất gia tải, độ cô kết nền đất yếu Kết quả cho thay,khi ảnh hưởng ving xáo trộn tăng làm tăng chuyền vị ngang, thời gian tiêu tán áp lựcnước lỗ rỗng kéo dài hơn, ảnh hưởng nhiều đến thời gian thi công xử lý nên công

trình.

ABSTRACT

Thesis is presented a study about the effect of smear zones of soil to groundtreated by sand drain with preloading Finite element method is conducted in thisstudy, PLAXIS 2D program is used with two models : Mohr-Coulomb and HardeningSoil Moreover, when the simulation, the permeability of the soil (from experiments)in zone treated by sand drain is converted, it is based on research by two authors : Hirdand Indraratna, then this permeability of the soil is inputed Plaxis 2D models Fromcomparing of the two PLAXIS models, comparing method of converting permeabilityfrom two authors: Hird and Indraratna to make conclusions about the settlement,excess pore pressure, horizontal displacement at the foot of embankment, theconsolidation of soft soil The results showed that, when the influence of smear zonesincrease, so the horizontal displacements increase, dissipating time of excess porepressure is longer This affect the processing time of construction.

MUC LUC

0009.100057 |1 Van dé thực tiễn và tính cấp thiết của dé tài: ¿5-5-5255 2c cx2terrxrrerxrerreee l

2 Mục tiêu nghiÊn CỨU: - . <5 1930511191001 vn 23 Phương pháp nghién CỨU:: - - - << G5 E119 1 1 199 0301 re 2

4 Ý nghĩa dé tài: - +5 E1 E5 123 1515151111 111115 111111151111 11 0110111010111 11 111110 Hy 25 Phạm vi nghiên cứu để tài: ¿5+ 256 S+S£SE+E#EEEE£EEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrkrerrees 2CHƯƠNG | : TONG QUAN VE DAT YEU VA BIEN PHÁP XỬ LÝ BANG

©0619 000777 3Nai 0/0 31.1.1 Khái niệm về đất yếu: -. ¿+ 252292221 E93 123911212111 21 1112111 cxye 3

1.1.2 Một số đặc điểm của đất yếu: ` 3

1.2 Tổng quan về xử lý đất YẾU: .- ¿5-5222 SE E32 E233 1211121211111 1 11x 41.2.1 Mục đích của việc xử lý nền đất yẾu: ¿5+ 252252 Se2x+Erzrerererrerreo 41.2.2 Các biện pháp xử lý nền thông thường: - ¿55 2 s+s+s+s+x+zecs2 41.3 Tổng quan về biện pháp xử lý đất yêu băng giếng cát: . - 5

IV2.2.3 Vùng ảnh hưởng của giếng cát: ¿+ - 25622 2E+ESEEEEeEkrkrkrrererreee 182.3 Độ cố kết chung của nÊN: - - ¿52652522393 SE2E9EEE2E9EE212111 2121112111122 192.4 Độ lún CỦa nỀN:: -G- G6 56919191 3 519191 1 1E 9111111 9 1101811111 11g11 re 19

2.4.1 Độ lún tức thời: s0 Tre 19

2.4.2 Độ lún cố Kết sơ CAP? -¿-¿- 5+5 22221219 2121511211111 21111111 192.4.3 Độ lún thứ CAD: ¿6-5222 S221 19112121211 212111 2111112111111 1 1x re 20

2.4.4 Độ lún theo thời giant (<< 5 0030119990 9 ng re 21

2.5 Vùng xáo trộn của giẾng Cát : - ©2222 Set 3 E2 12 1211111111111 ke 212.6 Chuyén đổi bài toán giếng cát hình trụ (3D) sang dang phang (2D) dé mô hình

VAO 8d Ea ©¡Ê 21

2.6.1 Theo Hird (1992) : - - c9 re 222.6.2 Theo Indraratna và Redana (1997) : - E233 11111113 1 s2 23“00 0 áằ ằ (‹-+⁄1ÍAAAA nh 26

CHUONG 3 : UNG DUNG GIENG CAT DE XỬ LÝ NÊN BAI CHUA VATLIEU-NHA MAY ONG THEP, CO XET DEN VUNG XAO TRON O TINH TIEN

hình Mohr-Coulomb) : - - 55110000 221111111101 101111 111111 và 33

3.3.1 Thông số đầu vào: - +52 SE 2193 EE2E9E2 1211121211111 2111111111 343.3.1.1 Tính toán hệ số thắm tương đương lớp đất yếu theo Hird : 343.3.1.2 Tính toán hệ số thâm lớp đất yếu trong vùng xáo trộn và vùng

không xáo trộn theo Indraratna và Redana : - 35

3.3.1.3.Các thông số trong mô hình Plaxis 2D - 2 5555255552 36

3.3.2 Phân tích kết quả bài toán: c.cccceccscscssssessssssessesssesscsesessesesessesesesseseseessseeeeees 383.3.2.1 Độ lún của cả nền theo Hird , Indraratna và so sánh : 383.3.2.2 Chuyén vị ngang của điểm tại chân mai dat đắp theo Hird ,

Indraratna và SO sánh : - - - << 9 4]

3.3.2.3 Ap lực nước lỗ rỗng tại điểm giữa lớp đất yếu ( lớp 2 ) theo Hird ,

Indraratna và SO sánh : - cọ 45

3.4 Tính toán xử lý nền bằng giếng cát theo phương pháp phan tử hữu hạn (mô

hình Hardening Soll) : - œ1 nen 52

3.4.1 Thông số dau vào mô hình Hardening Soil: - 2 55+ 2 s+s+se552 523.4.1.1 Thông số cường độ : ¿- ¿6 5252 2E+ESE‡ESEEEEEErxrrerrkrrerred 523.4.1.2 Thông số biến dạng : ¿+ 52522222 SE2ESEEE‡EvErrrerrkrrerered 533.4.1.3.Thông SỐ nâng cao (nên dùng gia tri mặc định) + 533.4.1.4.Các thông số trong mô hình Plaxis 2D 2 - + 5555255552 543.4.2 Phân tích kết quả bài toán: ¿-¿- + +5 + 2 +E+E+EE£E£EeEEErrererrrrrerree 553.4.2.1 Độ lún của cả nền theo Hird , Indraratna và so sánh : 553.4.2.2 Chuyên vị ngang của điểm tại chân mái đất đắp theo Hird ,

A.Tính toán xử lý nền đất yếu bằng giếng cát có gia tải trước |

B.Tính toán E„„; m6 hình Mohr - Coulomb << + << << <<<<sssss 17

C.Tính toán ETM 5.4 mô hình Hardening Soil 2-5 25s ecs+secxzeecxeẻ 20

MUC LUC HINH ANH

CHƯƠNG | : TONG QUAN VE DAT YEU VA BIEN PHAP XỬ LY BANG

Hình 2.3 — Dòng thắm một chiều qua phân t6 đất lăng trụ : - 12

Hình 2.4— Tải phân bố đều lớp mở và phân bố đều lớp nửa đóng : 14

Hình 2.5 — Lăng trụ cô kết có xét vùng xáo trộn và cản thấm : c-<ss+sssce¿ 17Hình 2.6 — Dang bố trí giếng Cat : ocececccccccsescesssessssesessesesessesessesesessesesessesesesseseseesesen 18Hình 2.7 — Qui đối 3D sang 2D của giếng tham ccccccccsescessseesssssesseseseseseseeseeee 22Hình 2.8— Qui đổi 3D sang 2D theo Indraratna và Redana -5- +: 24CHUONG 3 : UNG DUNG GIENG CAT DE XỬ LÝ NÊN BAI CHUA VATLIEU-NHA MAY ONG THEP, CO XET DEN VUNG XAO TRON O TINH TIENGIANG Woe — 27

Hinh 3.1 — Mat cat dia chat CONG trim : c9 ng 28Hình 3.2 — Mặt cắt giẾng cát : - 2:2 St 2121 1121121211111121111 01111111 1x1 grye 3lHình 3.3 — Các Phase tính tOán : << 00.0 ke 36Hình 3.4— Mô hình phân tích bài toán băng Plaxis 2D : -2-555 37

Hình 3.5 — Mô hình xử ly đất yếu băng giếng cát theo Hird : - 37

Hình 3.6 — Mô hình xử ly đất yếu băng giếng cát theo Indraratna và Redana : 37Hình 3.7 — Vị trí điểm khảo sát độ lún (điểm B) - - 2 2 5+s+e+eszcersreee 38

ViiHình 3.8 — Biểu đồ độ lún của nên theo thời gian theo Hird khi thay đối vùng xáo

Hình 3.17— So sánh chuyển vị ngang theo độ sâu S=3 , S = 4 - 44

Hình 3.18 — Vị tri điểm khảo sát áp lực nước lỗ rỗng (điểm A) -. - 45

Hình 3.19 — Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian theo Hird khi thay đốivùng XáO TỘN Họ re 46Hình 3.20 — Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian theo Indraratna khi thayđối vùng xáo trộn -: -5+Sc+tS+Stv E2 reterrrưư 46Hình 3.21 — Biéu đồ độ cô kết lớp đất yếu theo thời gian theo Hird khi thay đốivùng XáO (TỘN SG S ọọ nrre 49Hình 3.22 — Biểu đồ độ có kết lớp đất yếu theo thời gian theo Indraratna khi thayđối vùng xáo trộn -: -5+Sc+tS+Stv E2 reterrrưư 49Hình 3.23 — Biéu đỗ độ có kết lớp đất yếu theo thời gian khi S=l 50

Hình 3.24— Biểu đỗ độ có kết lớp đất yếu theo thời gian khi S=2 50

Hình 3.25 — Biểu đỗ độ có kết lớp đất yếu theo thời gian khi S=3 51

Hình 3.26 — Biểu đỗ độ có kết lớp đất yếu theo thời gian khi S=4 51

Hình 3.27 — Biểu đồ độ lún của nên theo thời gian theo Hird khi thay đổi vùngXAO CLON ỷ:tyadtdd 55

VillHình 3.28 — Biểu đỗ độ lún của nên theo thời gian theo Indraratna khi thay đối

VUNG XAO ẨTỘN Gv 35

Hình 3.29 — So sánh độ lún của nên theo thời gian giữa Hird, Indraratna và Giải

tích khi không xét đến vùng xáo trộn (SÏ) - «s2 56Hình 3.30 — So sánh độ lún của nên theo thời gian giữa Hird, Indraratna và Giải

tích khi xét đến vùng xáo trỘn (S2) HH ngư 56Hình 3.31 — Biểu đồ độ lún của nên theo thời gian theo Hird và Indraratna

Khi SH] G9 Họ vn 57

Hình 3.32— Biểu đỗ độ lún của nên theo thời gian theo Indraratna khi s=2 57

Hình 3.33 — Biểu đỗ độ lún của nên theo thời gian theo Hird khi s=2 58

Hình 3.34 — So sánh chuyên vị ngang tại C theo độ sâu khi thay đôiVUNG XAO (TỘN G ọ re 59Hình 3.35 — So sánh chuyén vi ngang theo độ sâu theo Hird -. - +: 60

Hình 3.36 — So sánh chuyển vi ngang theo độ sâu theo [ndrarafna -. 6lHình 3.37 — Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo Hird khi thay đổi vùng xáo trộn 62

Hình 3.38 — Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo Indraratna khi thay đối vùng xáo0: 35 62

Hình 3.39 — Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theoHird , Indraratna khi thay doi vùng;c:190ii:0 63

Hình 3.40— Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo Hird khi vùng xáo trộn s=2 64

Hình 3.41 — Biểu đỗ áp lực nước lỗ rỗng theo Indraratna khi vùng xáo trộn s=2 64

Hình 3.42— Biểu đỗ độ có kết lớp đất yếu theo thời gian khi S=l 66

Hình 3.43 — Biéu đỗ độ có kết lớp đất yếu theo thời gian khi S=2 67

Hình 3.44 — Biểu đồ cố kết lớp đất yếu theo Hird , Indraratna khi không có vùng;c:190ii:0 67

Hình 3.45 — Biểu đỗ cô kết lớp đất yếu theo Hird khi vùng xáo trộn s=2 68

Hình 3.46 — Biểu đỗ cô kết lớp đất yếu theo Indraratna khi vùng xáo trộn s=2 68

Hình 3.47 — Biểu đỗ cô kết lớp đất yếu theo Indraratna khi vùng xáo trộn s=3 69

IXMỤC LUC BANG BIEUCHƯƠNG | : TONG QUAN VE DAT YEU VA BIEN PHAP XỬ LY BANG

Bảng 3.4- Thông số các lớp đất : - + +52 + St EEEtEEEEEErrrkrrrrrrree 32Bảng 3.5 - Giá trị hệ số thâm trong vùng xáo trộn của các tác giả : 33Bảng 3.6 - Thông số tính toán giếng cát theo Hird : 5-5-2 s+s+csscse2 34Bảng 3.7 - Hệ số thắm t ơng đ ong lớp đất yếu (lớp 2) theo Hird : 34Bảng 3.8 - Thông số tính toán giếng cát theo Indraratna: - 25s: 35Bảng 3.9 - Hệ số thấm qui đổi trong vùng xáo trộn và không xáo trộn lớp đất yếu

lớp đất yếu (lớp 2) theo Indraratna : - - + 5©5+sscs+escscs¿ 35Bảng 3.10 - Bảng tong hợp các thông số đầu vào của bài toán : 36Bảng 3.11 - Độ cô kết lớp đất yếu theo Hird : - + 555552 5s+s+cccsccee 41Bảng 3.12 - Độ cô kết lớp đất yếu theo Indraratna : -5- 25555: 46Bang 3.13 - Độ cô kết lớp đất yếu theo Giải tích : -. 555525555+: 48Bảng 3.14- Bảng tong hợp các thông số đầu vào của Hardening Soil : 34Bang 3.15 - Độ cô kết lớp đất yếu theo Hird (mô hình HS) : - 65Bảng 3.16 - Độ cô kết lớp đất yếu theo Indraratna (mô hình HS) : 66

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIET TAT

MC : Mơ hình Mohr - CoulombHS : Mo hình Hardening Soil

C (kN/m”) : Lực dính của đất

C, (m/ngày) : Hệ số cố kết theo phương đứngCụ (m’/ngay) : Hệ số cố kết theo phương ngangCy ave(m’/ngay): Hệ số cĩ kết trung bình của lớp đất theo phương đứngCy ave(m’/ngay): Hệ số cơ kết trung bình của lớp đất theo phương ngangC : Chỉ số nén của dat

C, : Chỉ số nở của datCy : Chỉ số nén thứ cấp dựa trên phan nén thứ cap thí nghiệm e - logt.e : Hệ số rỗng của đất

ep : Hệ số rỗng của đất sau khi kết thúc lún cơ kết sơ cấp.k, (m/ngay) : Hệ số thấm của đất theo phương đứng

k, (m/ngay) : Hệ số thấm của đất theo phương ngang trong vùng khơng xáo trộnk,(m/ngày) : Hệ số thấm của đất theo phương ngang trong vùng xáo trộn.my (m/KN) : Hệ số nén tương đối hay hệ số biến đổi thé tích

I, : Chi số nhão (độ sệt)ly (%) : Chỉ số dẻo

Te (m) : Bán kính vùng ảnh hưởng của giếng cátTw (m) : Bán kính của giếng cát

r, (m) : Bán kính vùng xáo trộn của giếng cátP (ø.)(KN/m'): Áp lực tiền cơ kết

Po (kN/m7) Ap lực do trọng lượng bản thân lớp đất

Ap(Aø) (kN/m'): Ap lực do tải ngồi

Q„ (m) : Lưu lượng giếng cát trong mơ hình phăng (2D)

qu (m) : Lưu lượng giếng cát trong mơ hình đối xứng trục (3D)S (m) : Độ lún sơ cấp của nên

S; (m) : Độ lún theo thời gian của nênS, (m) : Độ lún thứ cấp của nên

S =TTw : Hệ sơ mở rộng vùng xáo trộn

W (4)Yw (KN/m?)yx (KN/m”)

@ €)

Ever (KN/m7)Eso (kKN/m”)Eu (KN/m')Eoea (KNÑ/m) :Th

Tyu (kKN/m’)Uy (KN/m”)U, (%)Un (%)

U (%)

XI

: Độ âm tự nhiên

: Dung trọng tự nhiên: Dung trọng khô: Góc nội ma sát

: Module đàn hôi của dat: Module cát tuyến lộ trình nén trong thí nghiệm 3 trục

: Độ cô kêt thâm chung của nên

_|-MO DAU1 Van dé thực tiễn và tinh cấp thiết của đề tài :

Với xu hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước nhằm thúc day đời sốngkinh tế xã hội , cũng như đáp ứng nhu cau hội nhập kinh tế quốc tế đòi hỏi nước ta phảiđầu tư phát triển mạnh mẽ cơ sở hạ tang và xây dựng các khu công nghiệp hiện đại , nhấtlà ở các khu vực kinh tế trọng điểm

Một trong những khu vực kinh tế trọng điểm của khu vực phía nam chính là TiềnGiang Tiền Giang là tỉnh thuộc cửa ngõ của miền Tây Nam bộ Trong những năm gầnđây , hoạt động công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp ở tỉnh Tiền Giang từng bước pháttriển, phát huy tốt vai trò, vi trí của cửa ngõ vùng đồng bằng sông Cửu Long Đến nay,tỉnh Tiền Giang đã triển khai xây dựng 5 khu, cụm công nghiệp: thu hút 53 dự án đấu tư,tong vốn đăng ký 225 triệu USD và trên 1.600 tỉ đồng, qua đó giải quyết việc làm cho hon14 nghìn lao động Tốc độ tăng trưởng trong lĩnh vực công nghiệp - tiểu thủ công nghiệpcủa tỉnh Tiền Giang năm qua tăng 20%, đạt doanh thu trên 7 nghìn tỷ đồng Hiện nay,tỉnh Tiền Giang còn tiếp tục xây dựng 4 khu công nghiệp ở Tân Phước và Gò Công Đông,kêu gọi tiếp 117 dự án mời gọi đầu tư trên các lĩnh vực với tổng số vốn lên đến 10 tỉUSD Điều đó cho thấy nỗ lực của lãnh đạo và nhân dân tỉnh Tiền Giang quyết tâm đổimới cơ chế quản lý, phát huy nội lực, đồng thời với thực hiện đồng bộ các giải pháp tăngtốc, nhăm tiễn nhanh trên con đường đối mới và hội nhập

Tuy nhiên, phan lớn khu vực đồng bằng sông Cửu Long đều nằm trên khu vực đấtyếu Do đó , dé đáp ứng yêu cau về mặc kĩ thuật , cũng như rút ngăn thời gian thi công thìviệc xử lí nền đất yếu là yêu cầu cần thiết Hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lí nền đấtyếu như giếng cát , bắc thấm kết hợp bơm hút chân không, cọc vật liệu rời , cọc xi măngđất mỗi biện pháp đều có mặt ưu điểm riêng

Giêng cát là một biện pháp xử lí nền hiệu quả , đơn giản , thông dụng và kinh tế.Giêng cát được thiết kế nhằm tăng tốc độ cố kết của nên , việc bố trí giếng cát dựa trêntính toán thiết kế Tuy nhiên, trong quá trình thi công có những tác động gây ảnh hưởng ítnhiều đến tốc độ có kết của nên Vì vậy, mục tiêu của đề tài là mong muốn tìm hiểu rõ

hơn về ảnh hưởng của vùng xáo trộn gây ra bởi quá trình thi công đên tôc độ cô kêt của

_2-nên đất yếu dé từ đó có thé sử dụng hiệu quả phương pháp giếng cát trong xử lí nền dat

yêu.

2 Mục tiêu nghiên cứu :

- Ảnh hưởng vùng xáo trộn xung quanh giếng cát đến độ cố kết của nên đất yếu.- Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng ảnh hưởng độ cố kết của nên đất yếu khi ảnhhưởng của vùng xáo trộn xung quanh giếng cát tăng ; bằng việc thay đối khoảng cáchvùng xáo trộn theo hệ số thắm ngang

- Độ lún của nên đất yếu khi tăng ảnh hưởng của vùng xáo trộn xung quanh giếng

cát.

3 Phương pháp nghiên cứu :

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bang giếng cát.- Sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis, mô hình Mohr —Coulomb và Hardening Soil để mô phỏng ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến nên đất yếu ,

từ đó đưa ra nhận xét và đánh giá.

4 Y nghĩa của đề tai:Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến độ cô kết nên, từ đó ta cónhững biện pháp xử lí phù hợp trong quá trình thi công để đảm bảo yêu câu trong thiếtkế và thời gian thi công công trình

5 Phạm vi nghiên cứu đề tài :Lời giải bài toán giếng cát phụ thuộc nhiều vào các tham số : sơ đồ bố trí giếng,kích thước giếng cát, đặc điểm nên xử lí Việc nghiên cứu các tham số sẽ giúp choviệc thiết kế giếng cát đạt hiệu quả cao Trong bài này, học viên chỉ nghiên cứu thamsố là ảnh hưởng của vùng xáo trộn của giếng cát đến độ có kết công trình, bỏ qua cảncủa giếng Từ kết quả nghiên cứu sẽ học viên sẽ đưa ra những kết luận, kiến nghị về

ảnh hưởng của vùng xáo trộn.

_3-CHUONG 1 : TONG QUAN VE DAT YEU VA BIEN PHÁP XỬ LÝ BANG

GIENG CAT

1.1 Tổng quan về đất yếu :1.1.1 Khái niệm về đất yếu:

Đất yếu là đất có sức chịu tải nhỏ và có tính nén lún lớn, có hệ số rỗng lớn, nên

biến dạng nhiều, do vậy không thé làm nên thiên nhiên cho công trình xây dung.Dat yếu gồm các loại đất sét mềm có nguén gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầucủa quá trình hình hành đá sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn và các trầm

tích bị mùn hóa, than bùn hóa, v.v.

1.1.2 Một số đặc điểm của dat yếu :

- Hệ số rỗng tự nhiên của đất: e>1- Độ âm tự nhiên của đất: w> 40%- Độ sệt của dat: Ƒ, >I

- Các đặc trưng cơ học:

- Modul biến dạng: E < 5000 kN / m?- Lực dính của đất: c<5kN/ nm?- Góc ma sát trong của đất: ø< 5"- Sức chịu tải cực hạn của nên : g, =25+50 kN /r?Các vùng đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là những tầng trầm tích mới được tạothành trong kỉ thứ tư , chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở vùng đồngbằng, trong đó hai đồng băng lớn nhất là đồng băng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ

+ Các tang đất yếu ở đồng bang Bắc Bộ : Chủ yếu là loại trầm tích tam giácchâu cũ và tam giác châu thé của hai sông lớn là sông Hồng, sông Thái Binh và các chilưu của chúng Xét về mặt địa hình, địa mạo thì đây là miễn đồng băng thuộc loại địahình bồi tụ

+ Đồng băng Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh : Có những khu vực bồi tụ, màimòn xen kẽ nhau Các trầm tích ở đây cũng rat đa dạng, có trầm tích bồi tụ tam giác châu,

có loại trầm tích bôi tụ ven biên.

_4-+ Miễn đồng bang ven bién miền Trung : Là đồng bang mài mòn bôi tụ điểnhình Tram tích kỷ thứ tư thường là loại phù sa bồi tích Vùng duyên hải thuộc loại tramtích phát triển trên các đầm phá cạn dan: bồi tích trong điều kiện lăng đọng tĩnh

+ Đồng bằng Nam Bộ :Khu vực có lớp đất yếu dày 1 — 30 m, bao gồm các vùng ven thành phố HỗChí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Có Tây, Vam Cỏ Đông phía tây Đồng ThápMười, ria quanh vùng bảy núi cho tới vùng ven biến Hà Tiên, Rạch Giá, ria Đông Bacđồng băng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa

Khu vực có lớp đất yéu dày 15 — 300 m, chủ yếu thuộc lãnh thổ các tinhCửu Long, Bến Tre tới duyên hải các tỉnh Minh Hải, Hậu Giang, Tiền Giang

Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm , bùn và than bùn Ngoài ra ở một sốvùng còn gặp loại đất có ở nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất Badan ở TâyNguyên và thỉnh thoảng còn gặp các vỉa cát chảy là những loại đất sét yếu có những đặc

diém riêng biệt.

1.2 Tổng quan về xứ lý đất yếu :1.2.1 Mục đích của việc xứ lý nên đất yếu :

Xử lý nên đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nên đất, làm tăng tốc độthoát nước của nên, giup nén nhanh chong dat dén d6 lin 6n dinh

Đối với công trình thủy lợi, việc xử ly nền đất yếu còn làm giảm tinh thấm của dat,đảm bảo ổn định cho khối đất dap

1.2.2 Các biện pháp xử lý nền thông thường :Các biện pháp cơ học : Bao gồm các phương pháp làm chat bang đầm, đầm chanđộng, phương pháp làm chặt băng các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc balat, cọc VOl ) ,phương pháp thay dat ( đệm vật liệu rời), phương pháp nén trước V V

Các biện pháp vật lý : Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương phápdùng giếng cát, bắc thắm, điện thắm v v

_5-Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết dat bằng xi măng, vữa xi

mang, phương pháp silicat hóa, phương pháp điện hóa v V

Ngoài ra còn có các biện pháp gia cố nên băng lưới địa kĩ thuật, vải địa kĩ thuật

1.3 Tổng quan về biện pháp xứ lí đất yếu bằng giếng cát :

1.3.1 Giới thiệu :

Lun cô kết luôn gây ra nhiều van đề đối với nền móng công trình, khi chiều dày củalớp đất yếu rat dày hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ, tốc độ có kết của nền đất yếu có thérat chậm Một biện pháp có hiểu quả nhăm rút ngăn thời gian cô kết là dùng biện phápgiếng cát cộng với phương pháp gia tải trước.Ý kiến đầu tiên đề xuất việc làm đườngthâm thăng đứng bằng giếng cát là dựa trên lý thuyết cố kết thắm của Tezaghi năm 1925.Từ năm 1930 bat dau triển khai làm các đường thấm thăng đứng đầu tiên, cho đến nayhàng năm trên thế giới người ta làm hàng triệu mét đường thấm thăng đứng, điều đóchứng tỏ sự ưu việt của kĩ thuật này trong việc cải thiện tốc độ cô kết của nên đất yếu

Dưới tác dụng của gia tải, gradient thủy lực của nước trong lỗ rỗng gia tăng làm chonước thắm theo phương ngang vảo giếng cát, sau đó nước sẽ thấm tự do một cách nhanhchóng lên trên bề mặt Do đó, dùng giếng cát sẽ rút ngăn chiều dài đường thắm nên thờigian có kết cũng rút ngắn theo ; mặt khác hệ số thắm theo phương ngang lớn hơn phươngđứng nên thời gian cô kết sẽ được rút ngắn nhanh hơn

Giêng cát có 3 công dụng :- Rút ngăn thời gian cố kết.- Tăng nhanh sức chồng cat để nền công trình 6n định hơn, tăng module biến

dạng, giảm độ lún nên.Giêng cát có 2 loại :

- Giêng cát thông thường

- Ciêng cát bọc vải.

Hình 1.1 : Mặt cắt nên xử lý băng biện pháp giếng cát

1.3.2 Ưu, khuyết điểm của giếng cát :Ưu:

- Giảm mức độ biến dạng và biến dạng không đồng đều của đất nên.- Tăng khả năng chịu tải của đất nền

- Dùng giếng cát, tốc độ có kết nên dat tiễn triển nhanh hơn

- Gia thành rẻ.

Khuyét :- Cát được sử dụng trong giếng cát phải được chọn lựa kĩ dé có hệ số tham tốt nhấtnên phải vận chuyền cát ở những nơi xa vị trí công trường

- Khi thi công giếng cát, giếng cát có khả năng bị đứt đoạn do thi công bat can hoặcchuyển vị ngang của nên khá lớn

- Chỉ hiệu quả cho công trình có tải trọng trung bình và nền đất yếu không lớn

1.3.3 Trình tự thi công giếng cát :

- Thi công lớp đệm cát (nếu có).Dinh vi vi trí giéng cat

Van chuyén cát (hạt trung, hat lớn) đến vị trí

Hạ cọc ống thép (rỗng) để tạo lỗ trong đất yếu đúng vi trí và cao độ thiết kế

Ong thép | : Giá búa

- Tạo lỗ băng phương pháp nỗ mìn dài : ( dùng cho đất dính )

_09 Khoan lỗ băng máy khoan cơ học - Khoan lỗ băng xói nước : Ở các nước phát triển thường dùng phương pháp nảy.Nguyên lí của phương nay : ống xói mà dau dưới là một vòng được nối liền với máy bom,bơm nước với lưu lượng thích hợp với áp lực tôi đa khoảng 700 kPa Vòng ống xói sẽ tiễndan theo dau buy phụt nước của ông xói Nước sẽ dâng lên theo bề mặt kéo theo bùn datvừa xói Cuối lỗ khoan thì giảm áp lực nước còn 400 kPa dé rửa sạch lỗ

3/_ Á Ất cà 2k ^ thâm của | dụng cho các

m 7h.Ap suât từ | kéo ông khoan lên thành vách | hat lớn hon 20

500-2500 kPa | hoặc sau khi khoan | , lạ ait thay đôi mm

XONG.

Các lỗ khoan ® 200 | Thích hợp k

k ps 4h Duong tham " đên 300 mm thị với đât không phải

Giéng Cat Khoan lô băng công băng chân mém với độ song pial

k L ọ z HÀ 2 3x „ | luôn được liênông khoan chân | động được lap đây | âm gân giới nap

R XS HA z a tuc.D6 thamđộng (hoặc dap) | cat ngay khi kéo hạn > ES

k ^ x , ^ của thànhông khoan lên hoặc | chảy.Không , Fe

x ; vách thay đôi

sau khi khoan xong | cân nước

Thành váchCác 16 được lắp day Thích hợp nhãn nhưng

x Ly 2 + với các loại | không nguyênKhoan lô băng cát ngay khi kéo k ; 2 t2

n, x | & A _ | datngayca | vẹn có khakhoan ruột gà | ông khoan lên hoặc | „¿Q - 4.3 › +ĂẰ-.

sau khi khoan xong dat có nhiêu | năng bị phá

-11-CHƯƠNG 2: LÝ THUYET TÍNH TỐN GIENG CAT TRONG XU LÝ ĐẤT YEU

VA VUNG XAO TRON CUA GIENG CAT

Quá trình cố kết là quá trình phải mat một thời gian dé nước tham khỏi dat và áplực nước lỗ rỗng bị tiêu tán Bởi vậy tốc độ cơ kết chủ yếu phụ thuộc vào tính thắm củađất

2.1 Lý thuyết cố kết của Tezaghi :2.1.1 Các giả thiết được đưa ra :

- Đất bão hịa hồn tồn và đồng nhất.- Cả nước và hạt đất đều khơng chịu nén.- Dùng định luật Dacy cho dịng thấm.- Sự thay đổi thé tích là một chiều theo hướng của ứng suất tác dụng.- Hệ số thấm theo hướng này là hăng số

- Sự thay đổi thé tích tương ứng với sự thay đổi hệ số rỗng và " luơn là hăng số

Oo

2.1.2 Lý thuyết :Một lớp sét chịu độ tăng ứng suất tong đột ngột là Ao, phân bố đều trên vùng bán vơhạn Vào lúc chất tải ( thời gian băng khơng ), áp lực nước lỗ rỗng trong lớp sẽ tăng giốngnhau là up ( ở đây Up = Aøn) trên tồn bộ bề dày H của lớp đất Sau thời gian t, sự thốt

nước vào các lớp cát năm trên và phía dưới sẽ làm cho áp lực nước lỗ rơng dư giảm.

Tai trong phan b6 Heir

-

]2-Xét một vi phân lớp đất cĩ bé dày là dz , kích thước là dx, dy

Dong thite rack {- # +$ (- #)4+Ìø ce

`

|

Deng tham và-4(—$^ )dy da

Hinh2.2: Déng một chiếu qua phân tố đất lăng trụ

Sự thốt nước qua mẫu là một chiều theo hướng z với gradient thủy lực là ~hOZTheo dinh luat Dacy :

- Dong tham ra : Gig =VA=k,iA voi A là diện tích dịng thâm qua

oh=—k, —dx dy

OZ

oh Oo oh

- Dong tham vao » Ga = —k, bz dx dy + k, Ốc CS) dz dx dy

Do vậy lưu lượng thực của dịng thấm khi ra khỏi phân tố :

Oh ,—k, sơ dx dy dz với k, là hệ số thấm phương đứng.- Thể tích 16 rỗng trong phân tổ là :

_—— dyxdyd:

l+e

Oh 6e 1"Oz ổtl+e

Độ có kết : U,=——=l—— (2.2)

U, Ui,

: CytHệ số thời gian : 7, = he (2.3)

Trong đó : h là chiều dài đường thắm

-14-Khi lớp thoát nước tự do ở cả mặt trên và mặt dưới thì được gọi là lớp mở và chiềuđài đường thắm băng nửa bé dày đất Nếu thoát nước tự do chỉ xảy ra ở một biên thì đượcgọi là lớp nửa đóng và chiều dài đường thắm băng bê dày lớp dat

2.1.3 Độ cố kết trung bình của nền :Trong bài toán xử lý nền có gia tải trước thường là tải phân bố đều rộng khắp trên nên

Tailrong g phinbd cei

Xưuytv yee tty

T,

Ị|;

Ù

_- (fang diy

4)

Hình 2.4: Tải phân bố đều lớp mở và phân bố đều lớp nửa đóng trích TLTK [5]

a Tải phân bố đều lớp mở (thoát nước 2 biên).b Tải trọng phân bố đều lớp nửa đóng ( thoát nước | biên )

-l5-Độ cố kết trung bình của nên :

S = 5U,xl-—-e 4"

2.2 Ly thuyết tính toán giếng cát :2.2.1 Lời giải lăng trụ có kết của Barron (1948) :

Phương pháp dự đoán độ cô kết của lăng trụ lần đầu tiên được đưa ra bởi Barron(1948) Phương pháp này dựa trên sự mở rộng lý thuyết cố kết ban đầu của Tezaghi(1925) Barron đã đưa ra các giả thiết sau :

- Tất cả tải đứng ban dau sẽ truyền vào áp lực nước thang dư, u ( đất bão hòa nước)- Tải tác dụng là phân bố đều và lực nén truyền vào dat theo phương thang đứng.- Vùng ảnh hưởng của giếng cát được cho là hình trụ tròn đối xứng

- Hệ số thắm của giếng là rất lớn so với dat.- Tuân theo định luật thấm của Dacy

- Giả thiết bién dạng đều cho rằng mặt cắt ngang của khối trụ vẫn phang suốt trongquá trình cô kết

- Giả thiết biến dang tự do cho rang biến dang của đất nên phát triển tự nhiên theo

sự tiêu tán áp lực dư lỗ rong.

Phương trình cô kết thấm theo phương ngang :

Ou ldu ổu

+——)=—

C _

_ ror ot

Độ có kết thấm theo phương ngang :

2.2.2 Lời giải lăng trụ có kết của Hansbo (1981b) :

Trường hợp lời giải Barron (1948) đưa ra là trường hợp lí tưởng Tuy nhiên trong

quá trình thi công giếng cát có tác động vào đất xung quanh giếng cát, làm cho đất xungquanh giếng cát bị xáo trộn và hệ số thắm trong vùng xáo trộn giảm một cách đáng kể.Ngoài ra một số giếng cát có khả năng thoát nước chậm( độ cản của giếng )

Do đó, khi xét bài toán cô kết thâm đối xứng trục của giếng cát phải xét đến độ xáo

trộn cũng như độ cản thâm.

Hình 2.5 : Lăng trụ cô kêt có xét vùng xáo trộn và cản thâm.

Phương trình áp lực nước lỗ rỗng trung bình khi xét xáo trộn và cản giếng :

— O€

H= hư —2k, otTheo Tezaghi

OE rom Ou

—— — 1h, —— _-—-— : ——

Ot Ot OtTừ đó ta có phương trình áp lực nước lỗ rỗng trung bình :

— = Ou

Vùng ảnh hưởng của giếng cát được xem là có dạng lăng trụ tròn Bán kính ảnhhưởng của vùng xáo trộn thay đổi tuy theo cách bồ trí giếng cát.

Dạng lưới 6 vuông Dạng Lưới tam giác

Hình 2.6 : Dạng bố trí giếng cát

-10-Dạng bố trí giếng cát theo lưới ô vuông : D, =1.135 (2.14)Dang bố trí giếng cát theo lưới tam giác : D, =1.05S (2.15)Trongđó :S — là khoảng cách giữa 2 giếng cát

D, — là đường kính ảnh hưởng của giếng cát.2.3 Độ cố kết chung của nên đất :

Theo Carrilo (1942) :

U =\1-(d-U,)d-U,) (2.16)2.4 Độ lún của nên đất :

Độ lún của nên bao gom 3 loại độ lún : Độ lún thức thời (S,) ; độ lún so cấp (S.) ; độlún thứ cấp (S,)

- Đất cô kếttrướcnhẹ : P„< Pp <P,+Ap (OCR > 1)

tác dụng đáng ké xuong nên đất bên dưới, đặc biệt là vùng đất xung quanh thiết bị thi

công Kết quả là vùng đất xáo trộn được hình thành.Xác định vùng xáo trộn mở rộng đến đâu vẫn đang được nghiên cứu Hiện tại, vẫnchưa có con số cụ thé nao dé giới hạn vùng xáo trộn, cũng có nhiều nghiên cứu tiến hànhxác định giới hạn này chủ yếu thông qua phương pháp thí nghiệm với mô hình large-scale Indraratna và Redena (1998) đưa ra đề xuất rằng giới hạn vùng xáo trộn có thể băng4 đến 5 lần đường kính của giếng cát

2.6 Chuyến đổi bài toán giếng cát hình tru (3D) sang dạng phang (2D) để mô hình

vào PLAXIS :

Trong thực tế quá trình cô kết của giếng cát là một bài toán đối xứng hình trụ (3D)nhưng khi sử dụng phương pháp phân tử hữu hạn thì để đơn giản trong việc mô phỏng bàitoán , thường chuyền bài toán về dạng phang (2D)

Việc chuyển từ 3D sang 2D bằng cách xem giếng cát như một tường thắm phăng.Từ đó, tính quy đối hệ số thắm ngang của dat trong mô hình đối xứng hình trụ sang hệ sốthâm ngang tương đương của đất trong mô hình phăng

_22-tT

Ỉ lÍl Hay bi Dw

|_R UB J

Trong mô hình dạng phẳng xét cả ảnh hưởng của vùng xáo trộn và ảnh hưởng cản

nước của giêng.

Ảnh hưởng cản giếng được xem là độc lập

kha — Hệ số thắm ngang của đất của vùng không xáo trộn trong mô hìnhđối xứng hình trụ.

k,, — Hệ số thắm ngang của đất của vùng xáo trộn trong mô hình đối

xứng hình trụ.Khi xét ảnh hưởng của vùng xáo trộn s # | , còn khi không có ảnh hưởng của vùngxáo trộn this =1.

Với n= — Ss =~Trong đó :r - bán kính vùng ảnh hưởng của giếng cát trong đối xứng hình trụ

ty - bán kính của giếng cát trong đôi xứng hình trụ

r,- bán kính vùng xáo trộn của giêng cát trong đôi xứng hình trụ.

2.6.2 Theo Indraratna và Redana (1997) :

B là phân nửa bé rộng của mô hình dạng phăng, R là bán kính vùng ảnh hưởng củagiếng cát trong mô hình đối xứng trụ và B = R

Độ cố kết trung bình ở bất kì độ sâu và thời điểm nào của mô hình đối xứng trụ (3D)và dạng phăng (2D) là bằng nhau

Phương pháp này xem xét cả 2 nhân tố là hệ số thấm của đất và khoảng cách củagiếng cát, vùng xáo trộn được mô hình một cách rõ ràng Trong mô hình dạng phăng thì

cùng một lớp đât sẽ có 2 giá trị hệ sô thâm là trong vùng xáo trộn và vùng không xáo trộn.

_24-T iq) min WA _24-T

lữ |⁄ mone ⁄4 Smear Y\

dn(—) + —“In(s) —-— + Zz(3Íz — z“)—*“)sk, 4 q,,

Hệ số thâm tương đương của dat trong mô hình dạng phang (chỉ xét anh hưởng của

_25-Hệ số thấm tương đương của dat trong mô hình dang phang trong vùng không xáo

trộn được tính theo công thức của Hird el at.1992 với B = R và s =Ïl.

Trong do: knp— Hệ số thấm ngang qui đối của dat trong mô hình dạng phăng

trong vùng không xáo trộn.

knp- Hệ số thấm ngang qui đổi của dat trong mô hình dạng phăng

Trong đó :r - bán kính vùng ảnh hưởng của giếng cát trong đối xứng hình trụ

ty - bán kính của giếng cát trong đối xứng hình trụ

r,- bán kính vùng xáo trộn của giéng cát trong đôi xứng hình trụ.