Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Ứng dụng Geocell (Neoweb TM) gia cố nền đường khu vực đảo Phú Quốc tỉnh Kiên Giang

- Hé s6 kha nang chiu taiNụ Lượt Số trục xe tính toánP KN Tải trọng trục xePr KPa Phan luc Ds KPa Ap luc tac dungPrs KPa Tổng áp luc nên gia cô geocell q % Hệ s6 tăng trưởng hàng nămr m

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẢN ĐÌNH LƯƠNG

UNG DỤNG GEOCELL (NEOWEB TM) GIA CONEN DUONG KHU VUC DAO PH QUỐC

TINH KIEN GIANG

Chuyén nganh: DIA KY THUAT XAY DUNGMã số: 605860

LUẬN VÁN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 1 năm 2014

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

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

Cán bộ chấm phản biện : TS PHAM VAN HUNG

Cán bộ chấm chấm phản biện : TS NGUYEN MANH TUẦN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại Học Quốc GiaTp HCM ngày 08 tháng 01 năm 2014.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)1.GS TS TRAN THỊ THANH

2.PGS.TS VÕ PHÁN.3 TS PHAM VAN HÙNG.4 TS NGUYEN MANH TUẦN.5 TS LE TRONG NGHIA.Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV va Trưởng Khoa quan lý chuyênngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có) :

CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HO CHÍ MINH CỘNGH A XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp.HCM, ngày 22 tháng 11 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRAN DINH LƯƠNG Phái: NamNgày, tháng, năm sinh: 12-02-1984 Nơi sinh: BAC LIEU.Dia chỉ mail: trandinhluongcons @ gmail.com Điện thoại: 0933.138.678Chuyên ngành: ĐỊA KY THUAT XÂY DỰNG K2012 MSHV: 12090373

I.

Il.IV.

TEN DE TAI:UNG DUNG GEOCELL (NEOWEB'TM) GIA CO NEN DUONG KHU VỰCDAO PHU QUOC, TINH KIEN GIANG

NHIEM VU VA NOI DUNG:

TP HCM, ngày 22 thang 11 năm 2013CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS TS VÕ PHÁN PGS TS VÕ PHÁN

TRUONG KHOA KY THUẬT XÂY DUNG

LOI CAM ONTrước tiên, tac gia xin chan thành cám ơn Ban giám hiệu nhà trường, trường Daihọc Bách Khoa Thành Phó Hỗ Chí Minh Đặc biệt là quí thầy cô trong Bộ môn Dia cơ- Nền móng, đã nhiệt tình hướng dẫn trong suốt quá trình học tập, quan tâm giúp đỡ,tạo mọi điều kiện tốt nhất trong thời gian tôi tham gia học tập tại trường.

Luận văn Thạc sĩ là sản phẩm tong hop của chương trình đào tạo hệ sau đại họccủa trường Bách khoa Qua luận văn thạc sĩ, các thay cô có thé đánh giá lại một cáchtong quát nhất về trình độ kỹ thuật chuyên môn của học viên, còn học viên cũng quađó cũng nhìn lại về bản thân trong quá trình học tập nghiên cứu tại trường Bách Khoa

Luận văn Thạc Sĩ hoàn thành đảm bảo nội dung và đúng thời hạn qui định là nhờ

phần lớn sự giúp đỡ tận tình và nhiệt huyết của PGS.TS VÕ PHÁN Tác giả xin bày

tỏ lòng tri ân chân thành nhất đến PGS.TS VÕ PHÁN.Em xin chân thành cám ơn các Thầy PGS.TS Châu Ngoc An, PGS.TS TranXuân Tho, TS Bùi Trường Sơn, TS Nguyễn Minh Tâm, TS Trần Tuan Anh, TS.Lê Bá Vinh, TS Đỗ Thanh Hai , TS Lê Trọng Nghĩa Quý Thay Cô trong bộ môn

day nhiệt huyết và lòng yêu nghé, đã tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập và hoàn

thành luận văn.Cuối cùng xin bày tó lòng ghi ơn và tri ân sâu sắc nhất đến gia đình đã luônquan tâm, đôn đốc, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian thực hiệnLuận Văn.

HỌC VIÊN

TRAN ĐÌNH LUONG

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨTên dé tài:

Ung dụng geocell (Neoweb TM) vào gia có nền đường khu vực đảo Phú Quốc,tỉnh Kiên Giang.

Tóm tắt:Geocell có tên thương mai NeowebTM, là một loại kết cấu dạng ba chiều tổ ongđược sử dung dé gia cố đất yếu, nền đường, tường chan, ôn định mái dốc từ nhữngnăm 1970 Đề tải này đã thu hút nhiều chuyên gia địa kỹ thuật nghiên cứu, phân tích,tính toán các nhân t6 ảnh hưởng tới độ cứng khả năng chịu luc, tính chịu tai trọng lặp,độ chặt, góc truyền ứng suất, etc của nên gia có geocell trên nền đất cát, đất yếu Trongđó chủ yếu có hai phương pháp là thực nghiệm kết hợp và phương pháp phần tử hữuhạn để giải quyết các bai toán trên

Trong luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu các nhân tổ ảnh hưởng tới ứng xửnên gia cô geocell thông qua phân tích kết quả thực nghiệm bàn nén tải tinh và tải lặptác dụng lên nên gia cô geocell trên nên cát được Pokharel 2010 ({1]) thực hiện taitrường đại học Kansas US và hội thảo chuyên ngành địa kỹ thuật Geotech Hanoi 2011({2]) Kết hợp phân tích kết quả mô phỏng bang phương pháp phan tử hữu hạn (Plaxis3DF) dé xác định hệ số tăng cường module cho nền gia có geocell

Số lượt tải trọng lặp, chiều cao của geocell, các đặc trưng cơ lý vật liệu chèn lấpvào geocell và chiều day của lớp kết câu nên đường là các biến số dùng để hiệu chỉnhthiết kế lớp kết cấu của nên đường Ứng dụng thiết kế kết cấu áo đường cho dự ánSunset Sanato tỉnh Kiên Giang được thể hiện trong dé tài nay

Đề tài còn nêu lên các ưu điểm và hạn chế của geocell Từ đó, cung cấp chonhững ai quan tâm đến lĩnh vực thiết kế va thi công gia cố nền đường băng giải phápgeocell các kiến thức can thiết dé áp dụng vào công trình khác tại địa phương

ABSTRACTGeocell is a three-dimensional honeycomb type of geosynthetics used toreinforce weak soils, base courses of roads, retaining walls, stability slope since the1970s This subject has attracted many geotechnical experts to research, analysis,calculate the affect factors of stiffness, bearing capacity, the repeated load, density,stress transmission angle, etc on the reinforcement geocell for sandy soil, soft soil.Two main methods are experimental and finite element methods to solve the abovetopics.

In the thesis, the author focused on the factors that influence the behaviorreinforced geocell by empirical analysis of experimental results static load andrepeated loads acting on the reinforced sand based geocell by Pokharel 2010 ({1])conducted at the University of Kansas U.S., geotechnical seminars Geotech Hanoi in2011 ({2]) The enhancement factor for the reinforcement module geocell isdetermined with analysis of simulation results using the finite element method (Plaxis3D Foundation).

The repeated load times, height geocell, the physical characteristics of thebackfill material and the thickness of the layer geocell texture of the road is thevariable used to correct structural design of road base layer Applications designed forpavement structure Sunset Sanato project, Kien Giang Province is shown in this topic.

The subject raised on the advantages and limitations of geocell From there, givethose who are interested in the field of geocell method in design and constructionknowledge needed to apply to the other works in the area.

MỤC LỤCý i99 |

1 _ Tính cấp thiết của dé tài - 5c c t2 111 121211211111 21111110111 rk |2 Mục tiêu dé tài ch HH HH Hàn nà nh |3 Phương pháp nghiÊn CỨU (<< <5 11931010111 199990301 ve l4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của để tầi tt HH gen 23 Giới hạn phạm vi nghi€n CỨU - << 55 3000301199990 0 ke 2CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ GEOCELL VA UNG DỤNG VÀO CÁC CONGTRINH GIAO THONG 611157 41.1 Giới thiệu chung về hệ thống 6 địa kỹ thuật geocell: cccccecccseseeeeeseeeseeeeee 41.2 Các ứng dụng của Ø€OC€ÌÏ, «œ0 0 0 0 nọ 61.2.1 Gia cô kết cầu áo đường 5-5: t2 v3 2211112111111 tk 61.2.2 Tăng 6n định cho nền đường khi đi qua nền đất yếu: - 71.2.3 Tăng cường sức chịu tải cho móng đường sắt: - 2 2555555552 81.2.4 Gia cô chống xói mồ trụ CAUL eececececccccsesssesessesesscsssesscsssesscsesesseseseeseseseeeees 81.2.5 Gia cố mái dỐC + SE HE 2211 T1 Tre 91.2.6 Gia cố đáy các bé chứa lớn, đáy kênh dẫn nước - s55: 101.2.7 Ung dung làm tường chan trong IWC ccecccescssssessesesessescsesessesesesseseeeesesees II1.2.8 Ứng dụng làm tường chan tao mảng xanh cho môi trường 121.3 Trinh tự thi công, phân tích ưu điểm của hệ thống geocell ứng dụng trong cáccông trình giao thông trong điều kiện Việt Nam - - + 52 222+E+E+£z£zereresree 131.3.1 Trình tự thi công Øð€OC€ÌÏL 00 131.3.2 Phân tích ưu điểm nên gia cỗ geocell ccceccscscssessssssessesssesessssesssseseeeseseees 1514 Các thông số của Øe€OCelÌ: - - +2 5£ SE+E9EEEEEEE E3 1211111211111 17I.5_ Nhận xét chương Ì - - < G G S0 nọ 19CHUONG 2: CO SO LY THUYET VE GEOCELL DE GIA CO NEN DUONG 202.1 Chia nhỏ ứng suất dưới đất nền vào hệ thống các 6 ngăn Geocell 202.2 Hệ thống geocell ứng xử như màng chịu kéo, tạo sức kháng Ôn định thành 6 ngănlàm giảm chiều sâu ảnh hưởng của tải trọng ngoài xuống lớp móng: 212.3 Tạo lực dính tương đương trong thành 6 ngăn geocelÏ: <5 212.4 Phân tích nền gia cố geocell bằng giải tích theo Ling Zhang, Minghua Zhao,Caijun Shi, Heng Zhao 2010 ({ HŨ]) - Ăn ngờ 23

2.5 Xác định chiều dày lớp nên gia cố geocell + ¿2 +5 s+s+s£++x+xerszxersred 252.6 Nhận xét chương È: - - << 0 27CHƯƠNG 3: PHAN TÍCH THÍ NGHIEM BAN NEN TAI TĨNH VÀ TAI LẶP VEGIA CO NÊN SỬ DỤNG GEOCCEL, - 6 s31 EE9E E2 EeEgE vs ceegvekes 293.1 Thí nghiệm bàn nén tải tinh lên nền được gia cố geocell Pokharel 2010 ([1]) 293.1.1 Sơ đồ và trình tự thí nghiệm bàn nén tải tĩnh - << << «<< <++2 293.1.2 Kết quả thí nghiệm bàn nén tải tĩnh - + 555 2 +s+£+£+ezxeeezscsee 333.1.2.1 Ảnh hưởng của số lượng 6 geocell: - ¿+5 s+sz s+x+xezezxsrsred 333.1.2.2 Ảnh hưởng của hình dạng, vật liệu cầu tạo øeocelÏ: 343.1.2.3 Ảnh hưởng loại vật liệu và độ chặt lớp vật liệu lap vào geocell 353.1.2.4 Anh hưởng chiều cao geocell trên vùng nền được gia cố 373.2 Thí nghiệm bàn nén gia tải lặp, tác dụng lên nên đất được gia cô geocell Pokharel“0010000010777 5Ầ1 383.2.1 Sơ đồ thí nghiệm - + ©5626 E+ E213 15151511 21111111511 1111111111 xe 383.2.2 Dụng cụ thí nghiệm - 00 0 ng 383.2.3 Thí nghiệm va kẾt quả: +- + 2+ 2 22+ £E+E+EE£E£EvEEEErkrrerererrees 403.2.3.1 Biến dang trong lớp móng và lớp nền theo số lần gia tải 4]3.2.3.2 Ứng suất tại vị trí mat tiếp xúc giữa lớp móng và nên: 453.3 Nhận xét kết qua thí nghiệm: - ¿+ - + +92 SE +E+EEE£E#EEEEESEEEErkrrererkrrerrreo 46CHƯƠNG 4: UNG DỤNG GEOCELL VÀO GIA CO NEN DUONG, ÁP DỤNGGIA CÔ NEN DUONG DỰ AN SUNSET SANATO TINH KIÊN GIANG 484.1 Tổng quan về dự ấn: cccececccecccscsessssessssesesscsssesscsesesscsesesscsesesscsssssssesssessssesesssseeeeees 464.1.1 Giới thiệu về dự án: ¿- - + St St SE E231 1211112121111 484.1.2 Các thông số ban đầu về kết cầu áo đường của dự ấn: .- 514.1.2.1 Số liệu CHUNG voces cscccscscscscescscscscscsscscscsssesssscscscssscsssssscssssesseess 514.1.2.2 Tai trọng thiết KẾ ¿5+ SE E9 E523 15151511 111111111 11111111 514.1.2.3 Module đàn hi yêu câu: ccccccccccsesscsesessssesesscsesessssesessssesesssseseesesesen 514.2 Đánh giá module biến dạng của lớp vật liệu chèn lấp, chiều cao geocell gia cốthông qua hệ số tăng cường module MIF (Module improvement Factor) - 51

4.2.1 Mô phỏng xác định quan hệ MIF theo module vật liệu geocell 514.2.2 Xác định ảnh hưởng của chiều cao geocell lên nền được gia cô 564.2.3 Nhận xét kết quả mô phỏng: - ¿+ + 2+2 ££+E+E+£e+E+Eererxererererree 57

4.3 Xác định chiều dày nền gia cô geocell chèn lắp cát - + 5 55+ s52 594.3.1 Xác định chiều cao san lap, số lượt chịu tải lặp ứng với nên gia cô geocell

831.007 :.1 59

4.3.1.1 Tính số lượt tải trong lặp tác dụng nền 17cm gia cố geocell 59

4.3.1.2 Xác định chiều cao nền không gia cố geocell ứng với số lượt tải trọnglặp tác Ụng cọ Họ 604.3.1.3 Xác định số lượt tải trọng tác dụng lên nền không gia cô dày 17cm 61

4.3.1.4 Nhận xét kết quả tính toán - ¿+ + 2+ + + +E+E+E£E+EeErxrrerererrerees 614.4 Ứng dung geocell vào thiết kế kết cầu áo đường mềm dự án Sunset Sanato 61

4.4.1 Tính toán kết cau áo đường không gia CO eccecccsesssesesssseseesssesestsseseeseees 614.4.1.1 Cau tạo kết cầu áo đường: ¿tt S* St 1 1111111111111 1k rkg 614.4.1.2 Điều kiện độ võng đàn hồi KCAD bình thường - 62

4.4.1.3 Điều kiện chịu cắt trượt trong nên đất, lớp vật liệu kém dính kết 63

4.4.1.4 Kiểm tra điều kiện kéo uốn của lớp bê tông nhựa chặt loại I 64

4.4.2 Tính toán kết cầu áo đường gia cỗ geocell ¿55 +2 cs+s+cccscsee 654.4.2.1 Phương pháp tính toán áo đường gia cỗ geocell - 65

4.4.2.2 Phương án geocell chèn cát thay thé lớp cấp phối đá dam loại II 66

a Lựa chon KCAD gia cố geocell chèn cát thay thé đá dăm 66

b Độ võng đàn hồi KCAD gia cô geocell chèn cát đầm chặt 66

c Diéu kién chiu cat truot trong nén, lop vat ligu kém dinh két KCAD giaCO geocell chèn CAt ecccccccccssessesssessesssessssesessssessssssessessseseeseseseessseseeseseseeeeeee 67c Kéo uốn trong lớp bê tông nhựa chặt loại II (đá dim 50%) 68

4.4.3 Nhận xét kết quả tinh toán KCAD gia cố geocell và không gia cố 70KET LUAN uiecccccecececscecescscecscscececssvecscscecsccevacsceceesevavacacecssvavavacucecssvevacacuceesavaceceseeaacees 71KIÊN NGHỊ & HƯỚNG NGHIÊN CUU TRONG TƯƠNG LAI 5<: 71TAI LIEU THAM KHẢO G3911 569191 1E 911111 5 5181515113 E181 1e ki 72

DANH MỤC CÁC HÌNHHình 1.1: Hệ thống geocell ¿5-5632 E293 12391212111 1111 2111111111111 re 4Hình 1.2: Các giai đoạn khác nhau của geocell - << s s1 1 99311 9 ke 5Hình 1.3: Các loại vật liệu chèn lap vào ô ngăn geocell - - 2 c2 s+s+s+escee: 5Hình 1.4: Mặt cắt điển hình kết cau áo đường gia cố geocell -¿-55+s+cscs¿ 6Hình 1.5: Ung dụng đường cao tốc ở Sïberia - + 5252 Set e‡EvEErkerrxrrererered 7

Hình 1.6: Ưng dung làm đường ở Anh - -¿- ¿5c +22 * 2213311 1311411215111 E1 7

Hình 1.7: Kết cau áo đường trên nên đất yếu mà không phải đào bỏ lớp đất yếu 8

Hình 1.8: Ứng dụng thiết gia có nút giao thông đường sat và đường bộ 8

Hình 1.9: Gia cỗ ôn định chồng XÓI M6 frỤ CAU -GG G122 3121 1E E111 re rkeo 9Hình 1.10: Gia cố 6n định mái dốc có độ dốc lớn - ¿c2 + k2 EsE+E£E+E+E£eEseseexei 9Hình 1.11: Gia cỗ đáy kênh ở Nam Phi, trải vải địa, geocell lên lớp móng sau khi đãđược xử lý đầm chặt - - + S621 tt 1 3 1 1511111111111 111111 01111111 010111110101 01 02c 10Hình 1.12: Gia cỗ đáy kênh ở Nam Phi, đỗ bê tông chèn vào geocell 10

Hình 1.13: Gia cỗ đáy kênh ở Nam Phi, đỗ bê tông chèn vào geocell 11

Hình 1.14: Chén lap vật liệu vào từng lớp geocell dé gia cô tường chan dat 1]

Hình 1.15: Tường chan đất gia cô geocell đã hoàn chỉnh - + 555525255252 12Hình 1.16: Căng chỉnh geocell gia cỗ cho mái dốc dé trồng cây -. -: 12

Hình 1.17: Geocell gia cô mái dốc được trồng cây bên trên tạo cảnh quan 13

Hình 1.18: Chuan bi mặt băng thi công lớp móng trên va trải vải địa kỹ thuật 13

Hình 1.19: Dinh vi hệ thong geocell bang e9 14

Hình 1.20: Định vị bang cách chèn vat liệu vào ô xung quanh (hình trái), dùng khungđịnh hình sẵn (hình D00 14

Hình 1.21: Kéo giãn hệ thống geocell cho phù hợp với các vị trí cong 14

Hình 1.22: Nối các tam geocell sử dụng súng ban ghim chuyên dung 14

Hình 1.23: Tong quan trình tự thi công hệ thống geocell gia có nền đường 15

Hình 2.1: Ứng xử nên dat gia cố và không gia cô geocell Pokharel 2010 ([1]) 20

Hình 2.2: Lực kéo, nén 6n định thành ô ngăn ([6 ]) - - + 22 555+£+cz£z£szszescze 21Hình 2.3: Tao sức khang bi động lên thành 6 ngan([6]) - << «<< <<<++<<ss 21Hình 2.4: Vòng tròn Mohr và biểu đô bao tới hạn nền gia cô và không gia cô hệ thốnggeocell theo Bathust and Karpurapu 1993 ({SŠ]) - c SH nh ke 22Hình 2.5: Ảnh hưởng sức kháng bên tác dụng lên thành ô ngăn geocell 24

Hình 2.6: Lớp đệm geocell làm tăng diện truyền tải ra vùng rộng hơn 24

Hình 2.7: Lớp đệm geocell ứng xử như màng chịu KéO «55+ << +ssssxs 24Hình 3.1: Quan hệ ứng suất — biến dạng geocell ([14]) - - 2 cesses 29Hình 3.2: Mô hình thí nghiệm geocell đơn trong hộp chứa cát . 31

Hình 3.3: So đồ thí nghiệm hộp B hệ nhiều geocell - + 52 2 25s+s+£z£ecszs2 31Hình 3.4: Hộp A geocell don và hộp B hệ thông geocell được lap day cát 32

Hình 3.5: Khung 212 tẢI - cọ nọ và 32Hình 3.6: Quan hệ áp lực- chuyền vị trên nền không gia cô, nền được gia cố geocellđơn lẻ, nền được gia cô hệ nhiều geocell ¿- + 5s 2 ++s+S£££+E+Ez£++x+xezezxerersred 33Hình 3.7: Quan hệ chuyển vi- áp lực theo đặc trưng vật liệu cầu tạo geocell 34

Hình 3.8: Quan hệ giữa module đàn hồi geocell và hệ SỐ tăng cường khả năng chịu lực,hệ số tăng cường module của nền được gia CỐ -.- + - + 2222252 S*+E+E£E‡teEererrerered 35Hình 3.9: Ảnh hưởng của vật liệu lap vào hệ thống geocell -. - 5+ s52 36Hình 3.10: Anh hưởng của độ chat vật liệu lap vào hệ thống geocell 36

Hình 3.11: Ảnh hưởng tỷ lệ chiều cao geocell (h) trên vung nên được gia cố (đ) 37

Hình 3.12: Sơ đỗ thí nghiệm - ¿+ 5222225223232 232121 21111212111 11111111 re 38Hình 3.13: So đô tải trọng lặp theo thời gian từ hệ thong gia tải MTS 39

Hình 3.14: Dé bàn nén - + ©++++eEkSEkEEkEEkEE 01.111 111.1rkrrrkrerked 39Hình 3.15: Hộp do áp LUC - -GG Q0 ng ng 39Hình 3.16: Bộ đo chuyển vị theo phương đứng - 2-55-5252 2+2 ‡e+e+xezezxerereo 40Hình 3.17: Thiết bị đo biến dạng (Strain Ø4Ø©S) - HH re 40Hình 3.18: Nên day 15cm không gia cô bị phá hoại sau N= 35 vòng gia tải 4]

Hình 3.19: Nên day 15cm, geocell cao 10cm, bi phá hoại sau N=73 vòng gia tai 4]

Hình 3.20: Mặt bang đường bao phá hoại của nên gia cố geocell -. - 42

Hình 3.21: Lớp đệm geocell ứng xử như dam trên nên đàn hồi -42

Hình 3.22: Nên dày 23cm không gia cố, bi phá hoại sau N=62 lần gia tải 43

Hình 3.23: Nên dày 23cm, geocell cao 15cm, bị phá hoại sau N=149 lần gia tải 43

Hình 3.24: Nên dày 30cm không gia cố, bi phá hoại sau N=130 lần gia tải 44

Hình 3.25: Nên dày 30cm, geocell cao 2x10cm, bi phá hoại sau N=1039 lần gia tải 44

Hình 3.26: Ứng suất theo phương đứng tại mặt tiếp xúc giữa lớp móng và lớp nên sauchu kỳ gia tải đầu tiÊn ¿6 5221239 121 3911232111 21111 211111111111 11 111111111111 r 45

Hình 3.27: Ứng suất theo phương đứng tại mặt tiếp xúc giữa lớp móng và lớp nên tạithời điểm nền phá hoại - - - 2 E56 EE E2 SEEEEE9E9 E1 E1E11151511 1111115111111 1511k r 45Hình 3.28: Quan hệ góc phân bố ứng suất — số lần tác dụng tải lặp 46Hình 4.1: VỊ trí dự án - - - - 1 1111010110100 222 1111111110111 11T nh 48Hình 4.2: Mặt cắt địa chất điển hình trong dự án << c s s ng v 49Hình 4.3: Mặt cắt ngang điển hình đường trong dự án . -. 555 2 5s+s+cecs2 50Hình 4.4: Sơ đỗ thí mô phỏng xác định hệ số tăng cường module MIEF 52Hình 4.5: Mô hình thí nghiệm geocell trong Plaxis 3DÏE «s4 53Hình 4.6: Cac phase tinh toán trong Plaxis 3DÏE S9 ng 53Hình 4.7: Quan hệ áp lực (%)- chuyển vị (mm) lên nền gia cỗ geocell loại II cóE=350MPa và nền không gia CỐ - 5-5232 SE E2 1232111211311 21111 11111111 re 54Hình 4.8: Quan hệ áp lực (%)- chuyển vị (mm) lên nền gia cỗ geocell loại I cóE=210MPa và nền không gia CỐ 6-5-5232 3E 39111 2311112111111 re 55Hình 4.9: Quan hệ áp lực (%)- chuyển vị (mm) lên nền gia cô geocell loại II cóE=455MPa và nền không gia CỐ - ¿2-5-5223 SE S332 239121231111 21111 11111111 re 55Hình 4.10: Quan hệ áp lực (%) - chuyển vị (m) lên nền gia cô geocell có E=350Mpa,chiều cao nền 12cm, 17cm, 22cm gia cô geocell 10em,I5em, 20cm tương ứng 57Hình 4.11: Quan hệ MIF theo module đàn hồi vật liệu øeoceelÌÏ -««««ss<<+2 58Hinh 4.12: Quan hé MIF theo chiéu cao Ø€OCÏÏÏ, ng vớ 59Hình 4.13 : So sánh các phương án KCAD gia cố geocell + 25555 5sccccscse 73

DANH MỤC CÁC BANGBang 1.1: Các đặc trưng cơ lý của ửđẹOCGỳ, (<< 99001 ng nen 17Bang 1.2: Các đặc trưng vật lý của geocell - << s0 ng ke 17Bang 1.3: Hệ số sức chịu tải tinh của vật liệu 5599100 18Bang 1.4: Độ bên quang hóa, hóa học của QeOCEl] ec cecesesssssesseseseesesessssssssessesesesseseseees 18Bang 1.5: Độ giãn nở dưới tác dung do nhiệt cua vật liệu ụeocell 18Bang 1.6: Các loại geocell thông thường - - -< s9 ke 18Bang 2.1: Hệ số MIF nên gia cố geocell cho cát vùng Kansas theo Han 2010 ([13]) 27Bang 3.1: Tắnh chat cơ lý của geocell PRS Mediterranean, Inc, Israel ([14]) 29Bang 3.2: Hệ số tăng cường độ cứng và kha năng chịu lực của nền gia cô geocell hìnhellipse và hình tròn so với nền không gia CỐ + 2 525222252 2E2E+EặEcEeErxrrerered 35Bảng 4.1: Các thông số cơ lý đất nền - - + ẹ6++ 22393 2x3 E121 2111111 re 50Bảng 4.2: Hệ số rỗng ứng với cấp áp lực nén - + + 2 ẹ++c2 s+x+Eặe+xerererrerered 50Bang 4.3: Thông số vật liệu đất Aap ccccccccsesscsesesscscsesscsssessssesesssesecsssesesssseseesesseeess 51Bảng 4.4: Thông số của geocell -Ư-Ư- + Ư56s StSE+EEEEEEEE 2311121111111 11 re 52Bảng 4.5: Các thông số trong mô hình Plaxis 3DF xác định MIF - 52Bảng 4.6: Các thông số trong mô hình Plaxis 3DF xác định ảnh hưởng chiéu caogeocell lên nền được Bia CỐ -Ư- 5-5922 SE E93 3239111231121 2111111 21111111111 re 56Bang 4.7: So sánh MIF thực nghiệm và mô phỏng với geocell cao [5em 57Bang 4.8: So sánh MIF giữa thực nghiệm và mô phỏng theo chiều cao geocell, vớigeocell có E=350MIPPa - - cọ nọ kh 60Bảng 4.9: Cau tạo KCAD bình thường -Ư- 552525252 2EẬEEEẬEvEcEErkrrerersrrerreo 62Bảng 4.10: Kết quả tắnh đổi E, 2 lớp một từ dưới lên KCAD không gia cố 62Bảng 4.11: Kết quả tắnh đổi E,, 2 lớp một từ dưới lên KCAD không gia cố 63Bảng 4.12: Kết quả tắnh đối Ex, 2 lớp 2+3 về một lớp KCAD không gia cố 64Bảng 4.13: Kết cau áo đường, gia cô geocell cao 2xI5em, chèn cát đầm chặt thay thélớp cấp phối đá dăm loại ỳI Ư- - ƯE52 SE+EEEặEặEặEEEEặEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkrrrkrrerrreo 66Bang 4.14: Kết quả tắnh đổi E, 2 lớp một từ dưới lên, KCAD sử dung geocell 66Bang 4.15: Kết quả tắnh đổi E,, 2 lớp một từ dưới lên, kết cau áo đường gia cố geoellschèn cát đầm chặt - k1 11 128v S9 511191 1E 911111111 9 0111111111 11g ree 67Bảng 4.16: Kết quả tắnh đổi Ej, 2 lớp 2+3 về một lớp KCAD gia cố geocell chèn cátđầm chặt - Ư+ 5< 2121EE 2191521239111 211111 2111111111111 1111111111 11111111 11.11110111 Hr 69

BANG CHÚ THÍCH CHUNGKí hiệu Đơn vị Tên gọi

[1] - Tài liệu tham khảo sé 1

Hiệp hội giao thông vận tải Hoa Ky- AmericanAASHTO - Association of State Highway and _ ‘Transportation

OfficialsHDPE - High Density PolyethylenceKCAD Kết câu áo đường

MIF - Hệ sô tăng cường module- Module Improvement FactorNPA - Neoloy Polymetric Alloy- Nano composite alloy of

polyester, polyamide nano fibers.b; m Bê rộng tải trọng tác dụng

CBR % Chỉ sô CBR lớp nên- CBR base courseCBR¿„ % Chỉ số CBR lớp móng- CBR subgrade

C KPa Luc dinhC, KPa Lực dính tương đương nên gia cô geocellCụ MPa Lực dính không thoát nước

d m Đường kính bàn nénEmin - Hệ sỐ rỗng nhỏ nhấtEpereif) MPa Module dan héi nén được gia côEbc(unrei) MPa Module dan hôi nên không được gia cô

Eục MPa | Module đàn hôi lớp nênEos MPa Module đàn hồi lớp móng

E, MPa Module sức khang kéo geocellEi (212 MPa | Module đàn hôi lớp dat thứ i

Fyc MPa Module dan hồi yêu câuk - Hệ sô điêu chỉnh

he m Chiêu cao lớp đệm geocellJ MPa Module 6n dinh 16 réngk, KPa Chi sô áp lực bi động

M MPa Module dan hỗi vật liệu geocellN Luot Số lượt tác dụng của tải trọngN - Hé s6 kha nang chiu taiNụ Lượt Số trục xe tính toán

P KN Tải trọng trục xePr KPa Phan luc

Ds KPa Ap luc tac dungPrs KPa Tổng áp luc nên gia cô geocell

q % Hệ s6 tăng trưởng hàng nămr m Bán kính vùng anh hưởngRe - Ty số module đàn hôi lớp nên/ lớp móng

T KN Lực kéo

Oo Độ Góc tạo bởi lực kéo T và phương ngang0 Độ Góc ma sát vật liệu chèn lap vao geocellOc Độ Góc truyền ứng suất

Ya KN/m° | Dung trọng khô

Ygeocell KN/m° Khối lượng riêng của geocell

Vw KN/m” | Dung trọng tự nhiên@ Độ Góc ma sát trong

Hệ sô chuyên đổi giữa điêu kiện trong phòng và hiện

n - trường

Vv - Hệ số poison

8 - Bién dang doc trucƠi KPa Ung suất theo phương đứng63 KPa Ung suat theo phuong ngangAp KPa Ứng suất tăng lên do sự truyén ứng suất ra diện rộngAp> KPa Ứng suất tăng lên do lực kéo

Ao3 KPa Ung suất không nở hông tăng lên khi gia cô geocell

MỞ ĐẦU1 Tinh cấp thiết của đề tài

- Sự phát triển của nền kinh tế, xã hội thúc day sự phát triển nhanh cơ sở hạ tangđặc biệt trong khoảng những năm 2000 Theo tài liệu thống kê của tổ chức ASSHTOnăm 2000, trên thế giới có khoảng 20% đường có kết cau bị suy giảm về cường độ cầnđược bảo trì, cải tạo Do đó, nhu cầu sử dụng vật liệu để xây dựng, bao trì, cai tạo cosở hạ tầng ngày càng tăng cao, trong khi nguồn tài nguyên thiên nhiên có giới hạn dẫntới việc bảo trì, sửa chữa những công trình đã xuống cấp hoặc thi công mới sẽ gặp khókhăn về vấn đề vật tư Đề giải quyết vấn đề trên, chúng ta cần thiết phải nghiên cứucông nghệ mới, vật liệu mới để thay thế

- Geocell là loại 6 địa kỹ thuật ba chiều dạng tô ong được dùng để gia cô nén đất

và nền đường được nghiên cứu từ những năm 1970 Tuy nhiên, những công nghệ kỹthuật này còn hạn chế do thiếu phương pháp thiết kế có độ tin cậy Nhăm phát triểnphương pháp thiết kế có độ tin cậy cao đòi hỏi sự hiểu rõ về các đặc trưng địa kỹ thuậtcủa ô địa kỹ thuật geocell.

2 Mục tiêu đề tài- Phan tích, đánh giá những nhân tố ảnh hưởng liên quan tới biến dạng của nênđược gia cố geocell dựa vào các phân tích kết quả thí nghiệm bàn nén sử dụng tải tĩnhvà tải lặp được thực hiện tại trường đại học Kansas US Đồng thời kết hợp với mồphỏng bằng Plaxis 3D Foundation để xác định hệ số tăng cường module MIF (ModuleImprovement Factor) của nền được gia cô geocell

- Thiết lập phương pháp thiết kế sử dụng geocell gia cố cho nền đất, đưa bài toán

về dạng tính toán thiết kế kết cau áo đường theo tiêu chuẩn ngành 22TCN 211-06 (I3)Ung dụng thiết kế kết cau áo đường gia cố geocell cho dự án Sunset Sanato huyện PhúQuốc, tỉnh Kiên Giang

3 Phương pháp nghiên cứu- Dựa vào kết quả thí nghiệm bàn nén tác dụng lên nên gia cố geocell được thựchiện tại trường đại học Kansas cho vùng đất cát sông Kansas, kết quả báo báo địa kỹthuật Geotech Hanoi 2011, mô phỏng Plaxis 3DF cho nên gia cố geocell chèn vật liệucụ thê của dự án Từ đó đưa ra môi quan hệ giữa hệ sô tăng cường module của nên gia

cô geocell và module vật liệu cầu tạo geocell ứng với vật liệu chèn lấp đã được chọntrước.

- Phân tích, tính toán chiều cao, số lượt tải trọng lặp tác dụng lên nền được gia côgeocell và không gia cô bằng phương pháp giải tích dựa vào các công thức thựcnghiệm.

- Vì các kết quả thí nghiệm đều không được thực hiện theo điều kiện địa chất và

địa kỹ thuật ở Việt Nam nên can khi thiết kế tại từng địa phương nên hiệu chỉnh lại hệ

số tăng cường module của nên gia cô sao cho phù hợp băng thí nghiệm bàn nén Từ đóđưa bài toán thiết kế geocell thành bài toán thiết kế kết cầu áo đường thông thườngtheo 22TCN 211-06.

4 Ý nghĩa khoa học va tính thực tiễn của đề taiY nghĩa khoa học:

- Geocell gia cỗ nền làm tăng độ cứng và sức chịu tải của nên Nền gia cỗ geocellsẽ có module đàn hồi tăng lên theo hệ số MIF (Module improvenmet factor)

- Hệ thống geocell làm tăng góc truyền ứng suất xuống nên, từ đó làm giảm chiềusau ảnh hưởng của tải trọng xuống móng của nên đường, giúp nền phân bố tải trọng ramột diện tích rộng hơn Do đó làm giảm độ lún tổng, hạn chế lún cục bộ do tải tập

trung.

Y nghĩa thực tiễn:- Tăng khả năng chịu tải trọng lặp của nên, từ đó làm kéo dài tudi thọ của lớp kếtcầu áo đường

- Thay thé hoặc làm giảm chiều dày cho các lớp kết cầu áo đường như đá dam, lớpsan lap

5Š _ Giới hạn phạm vi nghiên cứuGeocell được nhiều nước trên thế giới sử dụng từ những năm 1970, ứng dụnggeocell rất đa dạng:

- Gia cô kết cầu áo đường- Tăng 6n định cho nên đất yếu.- Tang cường sức chịu tải cho kết cầu móng băng, đáy hồ nước, kênh dẫn.- Gia cô ôn định mái dốc

- Xây dựng tường chăn đất

- Gia cô mồ trụ câu chống xói.- Gia cô mái dốc kết hợp tạo cảnh quan băng cách chèn đất trồng vào các ô ngăngeocell.

Trong dé tai này, tap trung ứng dụng của geocell vào gia cô kết cau áo đường(địa chất khu vực đảo Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang), cụ thể dự án Sunset Sanato tỉnhKiên Giang Với điều kiện ban đầu lớp móng của nên đảm bảo các yêu cau về cườngđộ, biến dạng

NOI DUNGCHUONG 1: TONG QUAN VE GEOCELL VA UNG DUNG VAO CAC CONG

TRINH GIAO THONG1.1 Giới thiệu chung về hệ thong 6 dia kỹ thuật geocell:

Hệ thống 6 ngăn hình mạng geocell (tên thương mại Neoweb 'TM) là công nghệ

phân tách, ôn định và gia cố nên được phát triển, sản xuất và thương mại hóa bởi tập

đoàn toàn cầu PRS- Israel, đã được ứng dụng vào nhiễu dự án hơn 40 quốc gia trên thé

SIỚI.Hệ thống ô địa kỹ thuật geocell là mạng lưới các ô ngăn hình mạng dạng tổ ongđược đục lỗ và tạo nhám được tạo ra từ một hỗn hợp polyme sắp xếp một cách đồngbộ Tùy theo điều kiện cụ thể, hệ thống geocell có thể được kết hợp với các thanhgiằng để tăng độ ôn định, độ cứng cho toàn hệ

Synthetic tendon ——- ATRA”TM Clip

ene `

SG SỐ Never 9/6).

° ` ` `

ere SieQ

®% đØ(c2QOC

or

ohareÍ `

Theo PRS nhà sản xuất geocell thì các ô ngăn geocell thông thường được làmbăng vật liệu HDPE, NPA (Neoloy Polymetric Alloy- Nano composite alloy ofpolyester, polyamide nano fibers) Các ô geocell đơn được liên kết lại với nhau bằngđường han dé tạo thành hệ lưới geocell

Ngoài ra trên thành các 6 ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ dé tăng tính ma sát giữa vậtliệu chèn lấp vào và thành ô ngăn Hơn nữa khi sử dụng vật liệu rời để chèn lấp vàogeocell thì tạo thành một lớp có tính thoát nước theo phương ngang tốt phù hợp vớicác vùng đất chịu ảnh hưởng thường xuyên của triều cường

Tổng quan về trình tự vận chuyển, căng geocell trên nền cần gia có, chèn lấp vậtliệu vào các ô ngăn, đầm nén sau khi chèn vật liệu vào được thê hiện hình sau:

Geocells được xếp thành kiện

Chèn lấp vật liệu vào geocell Đâm nén sau khi chèn vật liệu

Hình 1.2: Các giai đoạn khác nhau của geocellKhi chèn lấp vật liệu vào sẽ tạo thành một kết cấu liên hợp địa kỹ thuật với cácđặc trưng cơ lý, địa kỹ thuật được tăng cường Tùy theo yêu cầu thiết kế của công trìnhmà có thé chọn loại geocell có module đàn hồi, chiều cao và vật liệu chèn lấp vào nhưđá dam, cuội sỏi, cát, bê tong, đất, xỉ than, etc sao cho phù hợp

Chèn lắp bêtông

Chen lap cát Chen lap đá dim (cuội sôi) Chen lấp dat trồng

Hình 1.3: Các loại vật liệu chèn lấp vào 6 ngăn geocell

Với sự đa dạng trong vật liệu chèn lấp và module đàn hồi vật liệu cau tao geocelllớn nên nên gia cỗ geocell được ứng dung da dang từ cấp tai trọng nhỏ như các đườngnội bộ, đường nông thôn đến các nên có tải trọng lớn như các đường cao tốc, đườngray xe lửa, đường phục vụ quân sự với tải trọng rất lớn.

Geocell được nhiều tác giả nghiên cứu từ những năm 1970, chủ yếu vào gia cốkết cau áo đường Lớp geocell dùng gia cố kết cau áo đường được đặt bên trên lớpmóng đường.

Tai trọng trục xe

—

Ap lực phân bôđưới áp lực trục xe Gia cô geocell

Vài địa kỹ thuậtLớp bề tông nhựa

tăng độ cứng, sức chịu tải của nền so với nền không gia cố Góc phân bố ứng suấttrong nên gia cỗ geocell được tăng lên, giúp truyền tải trọng ra diện rộng hơn Nên giacô có chiều dày nhỏ với độ cứng và module lớn.Từ đó, hạn chế lún cục bộ dưới tácdụng của tải trọng tập trung Ngoài ra, geocell còn được sử dụng dé 6n định mái dốc,tường chan dat, gia cỗ nên cho hỗ chứa, kênh dẫn nước

Theo hội nghị Chuyên Ngành Địa kỹ thuật 2011 (I2])., Địa kỹ thuật 2009 ([6])tại Việt Nam, geocell gia cố nền sẽ làm cho nên tăng kha năng chịu lực, giảm độ lúncục bộ, giảm ứng suất tác dụng theo phương đứng xuống móng đường

1.2 Các ứng dụng cua geocell1.2.1 Gia cố kết cầu áo đường

Geocell dùng thay thế lớp móng đá dăm gia cố xi măng, hạn chế việc sử dụngnguồn vật tư ngày cảng cạn kiệt, hiện tượng nứt truyền như lớp móng có đá dăm gia

Lá^

co.

Các công trình đường ứng dụng giải pháp gia cỗ geocell như sau:

F3

Hình 1.6: Ung dụng làm đường ở Anh

1.2.2 Tang on định cho nền đường khi đi qua nền đất yếu:Góc truyền ứng suất được tăng lên, phân bố tải trọng rộng hơn xuống nên đất,tăng sức chịu tải cho nên đường trên nên đất yếu

Thoát nước tốt, tăng độ cố kết, giảm thời gian chờ lún và rút ngắn các giai đoạnthi cong.

Giảm thiêu các yêu cầu cân phải xử ly nền đất yếu như cọc cát hay bắc thấm, cóthé làm sàn công tác tam cho công trình đất dap trên nên đất yếu

Hình 1.7: Kết cấu áo đường trên nên đất yếu mà không phải đào bỏ lớp đất yếu.

1.2.3 Tang cường sức chịu tải cho móng đường sắt:Tăng độ ôn định cho đường sắt

1.2.4 Gia cô chong xói mo trụ cau:Gia cô ôn định, chong xói mô trụ câu, bảo vệ kêt câu móng câu cũ

Hình 1.9: Gia cô ôn định chông xói mo tru câu.1.2.5 Gia cô mái doc

Ung dụng geocell vào gia cô các mái dôc có độ doc lớn

1.2.6 Gia cố đáy các bể chứa lớn, đáy kênh dẫn nướcỨng dụng geocell gia có đáy kênh dẫn nước ở Nam Phi

Hình 1.11: Gia có đáy kênh ở Nam Phi, trải vải địa, geocell lên lớp móng

sau khi đã được xu ly đâm chặt

Hình 1.12: Gia cô đáy kênh ở Nam Phi, đồ bê tông chèn vào geocellHệ thông geocell kết hợp bê tông chèn vào có thể chịu tải trọng lớn Trên hình 1.11 và

1.12 geocell được ứng dụng gia có cải tạo đáy kênh dẫn nước ở Nam Phi

1.2.7 Ung dụng làm tường chắn trọng lựcỨng dụng geocell làm tường chắn có rất ít nghiên cứu về đề tài này Tuy nhiên, trênthực tế công ty PRS Geocell đã thực hiện được nhiều dự án tường chăn gia cô geocellnhu sau:

Hình 1.13: Ung dung geocell làm tường chắnHình 1.13: Căng geocell, kết hợp các cọc neo, thanh giăng bằng thép xây dựng, cânchỉnh hệ lưới geocell theo từng lớp với độ dốc thiết kế

Hình 1.14: Chèn lấp vật liệu vào từng lop geocell dé gia cô tường chắn đấtHình 1.14: Chèn lấp đá dim vào tạo 6n định cho từng lớp trước khi lắp lớp bên trên

`

vao.

Hình 1.17: Geocell gia cô mái dốc được trong cây bên trên tạo cảnh quan13 Trình tự thi công, phân tích ưu điểm cua hệ thống geocell ứng dụng trong

các công trình giao thông trong điều kiện Việt Nam1.3.1 Trinh tự thi công geocell

Thi công lớp móng dưới: theo phương pháp thi công thông thường.Thi công lớp nên, lớp được gia cô hệ thống geocell:

- Chuẩn bị mặt băng và trai lớp vải địa kỹ thuật

Hình 1.18: Chuẩn bị mặt bằng thi công lớp móng trên và trải vải địa kỹ thuật.- Trai geocell lên mặt lớp móng dưới, kéo căng và định vị hệ thống geocell: raigeocell bang thu công, kéo căng va định vi băng các cọc neo tạm, hoặc có thể kéo căngvà định vị bang cách chèn lap đất ở các ô xung quanh hay dùng khung định hình sẵn

Hình 1.20: Định vị bằng cách chèn vat liệu vào ô xung quanh (hình trái), dùng

khung định hình sẵn (hình phải).- Thi công hệ thống geocell tai vi trí đường cong: hệ thống geocell được điều chỉnhphù hợp với vị trí đường cong bang cách thay đối mức độ kéo giãn của các 6 ngăn, cóthể kéo giãn theo chiều ngang hoặc chiều dọc, theo tiêu chí kỹ thuật vật liệu geocell độgiãn không được vượt quá 3%.

Direction of

Under-expand Geoweb section

the outer cells expansion

Hình 1.21: Kéo giãn hệ thong geocell cho phù hợp với các vi trí cong.- Nối các tam geocell: tam geocell (kích thước thông thường 2.5x8.0m) sau khiđược căng và định vi được nôi với nhau bang súng băn ghim chuyên dụng.

Hình 1.22: Noi các tấm geocell sử dung súng bắn ghim chuyên dụng

- San lấp vật liệu chèn vào các 6 geocell: sử dụng máy ủi hoặc máy xúc dé san lapvật liệu vào 6 geocell Thi công tiễn dan về phía trước, san lấp vật liệu đến đâu xe thicông có thé đi lên trên dé san lap khu vực tiếp theo Nhăm đảm bảo ổn định hệ geocellbên dưới, lớp vật liệu san lap còn lại trên bề mặt ô geocell tối thiểu là Sem trước khi lulèn.

Lá

Hình 1.23: Tổng quan trình tự thi công hệ thong geocell gia cô nên đường.1.3.2 Phân tích ưu điểm nền gia cố geocell

Về mặt kỹ thuật:- Kết cau áo đường có áp dụng giải pháp gia cô nên geocell là một kết câu áođường có cường độ cao với chiêu dày nhỏ

- Hệ thống geocell sau khi chèn lap vật liệu sẽ hoạt động, ứng xu như lớp đệm bachiều có cường độ chịu uốn và độ cung cao gIúp nên đất phân bồ tải trọng ra một diệntích rộng hơn Do đó làm giảm độ lún tổng, hạn chế lún cục bộ, cải thiện sức chồng cắtvà tăng cường sức chịu tải cho nên được gia cô

- Khả năng đảm bảo sức chịu tải và cường độ tốt kế cả trong điều kiện nền đườngbị ngập nước hay 4m do ảnh hưởng thường xuyên của thủy triều hoặc nước ngầm.Geocell là kết cấu t6 ong dạng ba chiều giống như những rãnh xương cá bên trong kết

cầu áo đường giúp cải thiện khả năng thoát nước ngang, đảm bảo lượng nước xâmnhập vào được thoát ra dễ dàng.

- Đối với công trình gia cố mái dốc và đồng thời tạo cảnh quan cho môi trườngxung quanh thì giải pháp gia cô geocell là một giải pháp “xanh” vừa đảm bảo ốn địnhmái dốc và cảnh quan

VỀ mặt kinh tế:- Việc 4p dụng giải pháp geocell sẽ giúp làm giảm chiều dày lớp vật liệu yêu caudo đó làm giảm chỉ phí đầu tư xây dựng công trình

- Tùy theo cường độ yêu cau, có thé tận dụng vật liệu địa phương hay vật liệu chấtlượng kém để giảm chi phí

- Giảm thời gian thi công, đặc biệt với nền đường dat quá yếu ở gần lớp mặt và lớpmặt, nếu áp dụng gia cô nền đường theo giải pháp cấp phối đá dim truyền thống thimat rất nhiều thời gian vì phải đào bỏ lớp đất quá yếu trên mặt Trong khi đó giải phápgeocell có thé giải quyết được van dé này Từ đó, rút ngăn được thời gian công, giảmđược chi phí công trình.

- Công trình gia cô geocell ôn định có tuổi thọ cao do độ bên vật liệu geocell là từ50- 100 năm và được bảo hành chất lượng trong 20 năm theo PRS Geocell Solution([7]) Do đó sẽ giảm chi phí duy tu sửa chữa sau này.

- Đối với các công trình đường tam, nhà xưởng tam thì giải pháp gia cố geocell ratkinh tế vì sau thời gian sử dụng khi can di dời công trình thì có thé tiễn hành tháo dởvà thu lại được geocell.

- Với tình hình kinh tế khó khăn như hiện nay, giải pháp gia cố geocell phát huytốt tác dụng về kinh tế đối với các công trình đường giao thông nông thôn Từ đó, chủđầu tư có thể phân khúc đầu tư, đầu tư theo từng giai đoạn mà vẫn có thể đưa nênđường vào sử dụng được.

Về mặt thi công:- Công nghệ thi công đơn giản.- Không đòi hỏi máy móc thiết bi thi công đặc biệt, cũng như yêu cầu về tay nghềcủa công nhân không cao.

- Thời gian thi công nhanh.Về môi trường:

- Do giảm chiều dày lớp vật liệu yêu cầu và công nghệ thi công đơn giản làm giảmthời gian thi công và số lượt thi công nên giảm các ảnh hưởng, tác hại đến môi trườngxung quanh.

- Hệ thống geocell có thể chồng chịu được các điều kiện của môi trường, sự thayđối nhiệt độ, và xâm thực của nước mặn với độ bén cao

- Vật liệu geocell không gây hại đến môi trường va đã đạt được các giải thưởng làmột kêt câu “xanh” thân thiện với môi trường.

1.4 Các thông số của geocell:Các đặc trưng kỹ thuật, đặc trưng cơ lý của geocell được lấy theo nhà cung cấp PRSSolutions ([7]) thê hiện từ bảng 1.1dén 1.6 như sau:

Bang 1.1: Các đặc trưng cơ ly của geocell

Chiêu cao geocell

STT | Đặc trưng Don vị

100mm | 150mm | 200mm | 250mm

Lực kéo KN 2.44 3.66 4.88 6.1

Ung suat kéo MPa 14.5

2 Độ giãn dai tới han % 593.6

3 Lực cat KN 2.52 3.78 5.04 63Trong kết quả bang 1.1 lực kéo và ứng suất kéo tới hạn ứng với khi đường han (seam)giữa các geocell bị phá hoại.

Bang 1.2: Các đặc trưng vat lý của geocell

Tính chất Mô tả Phương pháp thí Don vị

nghiệmMôđun tích luỹ tại

8% bién dang 17 MPa12% bién dang 21 MPa Tốc độ biến dang

20%⁄%/phút

Miền nhiệt độ khai thác

Cao nhất +90 °C ISO 6721-1 (°C)Cao nhat -70 °C (DMA)

Bang 1.3: Hệ số sức chịu tải tinh của vật liệu geocellTinh chat Mô tả Phương pháp | Đơn vị

Tính chất Mô tả Phương pháp | Don vị

thí nghiệmSức kháng UV Sau 10,000 giờ, không có ISO 4892-3

(PDLT - tuổi thọ duới ánh dấu hiệu thay đôi màu sắc | Phương pháp C

sáng) 49 và mức độ mat cường độ

kéo nhỏ hơn 25%

OLT (Thời gian bị oxi hoá) >20 ISO 11357-6 phut

Bang 1.5: Độ giãn nở đưới tac dung do nhiệt cua vat liệu geocellTinh chat Mô tả Phương pháp | Don vị

thí nghiệmHệ số giãn nở nhiệt (CTE) 70 x 105 /°C ISO 11359-2 | ppm/°C

được do trong miền nhiệt độ từ 20 — 80 (TMA)

ÚC

Bang 1.6: Các loại geocell thông thường.

Kích thước ô ngăn ©) Kích thước tam

Tên Khoảng : :NeoloyTM | ¢ ách mối ( O độ mở tiêu chuan, + 3%) ( Độ mở tiêu chuan, +

-th Kích Chiêu cao SO các Kích -thước | Diện tích

thước (mm) ô/m” (m) (m’)(mm)

PRS 330 330 250 x 210 39 2.50 x 8.00 20PRS 356 356 260 x 224 | 50, 60, 75, 35 2.71 x 7.40 20

PRS 445 445 340 x 290 HOU, chau 22 2.81 x 10.7 30

150, 200

PRS 660 660 500 x 420 10 2.50 x 16.00 40PRS 712 712 508 x 475 8 2.71 x 14.80 40

1.5 Nhận xét chương 1Geocell được ứng dụng vào nhiều công trình như: nền đường ô tô đường cao tốc,đường sat, kênh dẫn nước, tường chăn đất, ôn định mái dốc.

Tùy khả năng chịu lực của công trình, ứng dụng geocell có thé tận dụng tối đađược nguồn vật tư tại địa phương, giảm chi phí vận chuyển do vật liệu chèn lấp vàocác ô ngăn đa dạng.

Các công trình thường xuyên bị ngập nước hoặc năm trong vùng có triều cườngcao, thì giải pháp gia cố geocell giúp thoát nước tốt theo phương ngang Do đó giảipháp này cần được cân nhắc khi thiết kế các nền đường thường xuyên bị ngập nước

Với tính năng kỹ thuật và những ưu điểm của geocell so với các vật liệu làm nênđường như đá dăm, đá dim gia cố xi mang, đất gia cố xi măng , các nước trên thégiới đã sử dụng nhiều vào gia cô đường, mái dốc, tường chắn, kênh dẫn nước từ nhữngnăm 1970 nhằm thay thé dan các loại vật liệu ngày càng khan hiếm

Ở nước ta vẫn chưa ứng dụng geocell vào gia cố các công trình giao thông, chỉđược đưa ra trong những hội thảo chuyên ngành như Geotech 2009, Geotech Hanoi2011 Dự án sử dụng geocell gia cố nền đường dự án Sunset Sanato huyện Phú Quốctỉnh Kiên Giang vẫn ở dạng dự án đang trong quá trình trình duyệt

Với những tính năng ưu việt mà geocell mang lại khi gia cỗ cho các công trìnhmà các nước trên thế giới đã, đang sử dụng Chúng ta cần có những nghiên cứu, ứngdung dé đưa điều kiện địa kỹ thuật của công trình gia cố geocell về điều kiện trong tiêuchuẩn Việt Nam đang hiện hành để có thể có cơ sở áp dụng, kiểm tra

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET VE GEOCELL DE GIA CO NEN DUONG2.1 Chia nhỏ ứng suất dưới dat nên vào hệ thống các 6 ngăn Geocell

Trường hợp thông thường (không bố trí hệ thống geocell), dưới tác dung của tảitrọng khi đạt đến trạng thái giới hạn vật liệu nền đất hoặc các lớp vật liệu kém dính bịphá hoại do cắt trượt, đây trồi làm cho mất sức chịu tải

Khi nền đất được tăng cường băng hệ thong các ô dia kỹ thuật geocell, tai trọngthăng đứng sẽ truyền lên lớp vật liệu chèn lap trong các 6 ngăn, chuyển hóa một phan

ứng suất thành ứng suất ngang tác dụng lên thành các ô ngăn Từ đó phân bố truyền

ứng suất sang các ô kê bên dẫn đến làm giảm ứng suất trong các vật liệu chèn lap, đảmbảo cho vật liệu chèn lấp này không bị phá hoại, làm tăng sức chịu tải, giảm độ lún củadat nên.

Tai trong

` PA

NEN KHONG GIA CO

" ¬ Tao phan lực theo phueng dung

Chong nd Fong theo phuang ngang ~

| V | T

Pit i ¡ BH ES an ¡ | Jc=el

` ⁄

NÊN GIA CÓ GEOCELLS

Hình 2.1: Ung xử nên đất gia cô va không gia cô geocell Pokharel 2010 ([1])Geocell có kết cau ba chiều dạng tổ ong, ứng suất thang đứng do tải trọng ngoàisẽ được chuyển hóa một phần thành ứng suất theo phương ngang trong ô geocell vàtruyền lên các ô kề bên bằng hai cách:

(1) Lực ma sát giữa vật liệu chèn lấp và thành của ô geocell,(2) Nền gia cố geocell ứng xử như lớp đệm hạn chế sự day trồi của nên trong khuvực gia cô Từ đó làm giảm chiều sâu ảnh hưởng vùng gây lún do tải trọng ngoài gây

ra.

2.2 Hệ thống geocell ứng xử như màng chịu kéo, tạo sức kháng 6n định thành 6ngăn làm giảm chiều sâu anh hưởng của tai trọng ngoài xuống lớp móng:

Hệ thống geocell là hệ thống các ô ngăn có kết cau ba chiêu, vật liệu chèn lấpđược nén chặt và chăn giữ trong kết cau các ô ngăn (các ô ngăn được đục lỗ tạo masát) tạo ra cặp lực chịu kéo và nén tác dụng lên thành ô ngăn nhằm cân bang va 6nđịnh các 6 ngăn bên trong.

Hình 2.2: Lực kéo, nén 6n định thành 6 ngăn ([6])Việc tăng cường kết cau ô ngăn hình mạng geocell làm hạn chế sự nở hông củađất nên, áp lực bị động trong lớp vật liệu chèn lấp tác dụng lên thành ô ngăn

Từ đó làm giảm chiều sâu ảnh hưởng của tải trọng ngoài tác dụng xuống lớpmóng trong nên

2.3 Tạo lực dính tương đương trong thành 6 ngăn geocell:Dự tính lực dính tương đương C, theo Bathust and Karpurapu 1993 ([8])

- ([8]) tiễn hành trên thí nghiệm nén ba trục trên mẫu đất nền được gia cố geocellvà được lấp đây bởi vật liệu rời Thí nghiệm chứng tỏ răng sự ảnh hưởng không nởhông của geocell làm tăng cường độ đất nên, giảm lún cho nên

- Vật liệu chèn lấp vào geocell, thành ô ngăn như phân tích bên trên đã 6n địnhnhờ vào áp lực bị động, thêm vào đó thành các ô ngăn được đục lỗ để tăng thành phânma sát giữa vật liệu chèn lấp và thành ô ngăn Khi đó sẽ huy động thêm một lực dính

tăng lên trong nên gia cơ geocell ([8]) đưa ra cơng thức dự tính lực dính tương đươngC, của nên gia cơ geocell theo hình sau:

Thanh 6 ngăn geocells

Gia cơ geocell

: t ơya Khơng gia cơ geocell

— > a * Ậ+4 ce 7⁄7 Vong Mohr nên gia cơ geocell

xo `

va mae3 `

bp `5 À

Khi tăng Aơx trong nén khơng gia cố

Ơ3 Œ3 + Ao; Ơi d'

Ứng suất pháp (KPa)

2—

Hình 2.4: Vịng trịn Mohr và biểu đồ bao tới hạn nên gia cơ và khơng gia cơ hệ thống

geocell theo Bathust and Karpurapu 1993 ([8]).Với C, lực dính tương đương trong nên gia cố geocell

C, = 3 tan aio

2 4 2(2.1)Trong đĩ:

Ao3: ứng suất khơng nở hơng phương ngang tăng lên khi gia cĩ geocell

®: gĩc ma sát vật liệu lap vào ơ geocell

- Khi nên gia cơ geocell, với áp lực bị động giúp 6n định thành 6 ngăn và lực masát giữa vật liệu chèn lấp và thành ơ ngăn, sẽ làm tăng khả năng chịu áp lực ngangtrong nên lên 1 đoạn Aø3 Khi đĩ lực dính trong nên gia cơ sẽ tăng lên, tạo vịng Mohrtương đương cho nên gia cĩ

Dự tính C, theo Madhavi Latha năm 2007 ([9])

- [Madhavi Latha] đưa ra mơ hình tinh tốn lực dính tương đương C, theo giả thiếttất cả ứng suất ngang khơng nở hơng truyền lên thành ơ ngăn của geocell và gĩc nộima sát trong lớp geocell được lấy theo gĩc ma sát của vật liệu chèn lấp vao ơ ngăngeocell và đưa ra cơng thức du tính lực dính như sau:

(2.3)Trong đĩ:

C, : lực dính tương đương trong nên gia cơ geocellAø: ứng suất khơng nở hơng phương ngang tăng lên do gia cố geocellM: module đàn hồi của vật liệu cầu tao geocell

Do: đường kính ban dau của 6 ngăn geocelleạ: biến dang dọc trục theo chiều cao ơ ngăn geocellk,: chỉ số áp lực bị động của vật liệu lấp vao ơ ngăn.Dự tính module đàn hồi nền gia cơ geocell:

- Theo Madhavi Latha nam 2007 ({9]), thực hiện trên thí nghiệm nén ba trục nêngeocell được lap day cát, tác giả đưa ra cơng thức quan hệ giữa module nên khơng giacơ và nên gia cơ như sau:

Evol reint orcement ) — (4A Ø; là (E orcement ) + 200M °°) (2.4)

Trong đĩ:Ede (reinforcement): module đàn hồi nền được gia cỗ geocell.Ede (unreinforcement) : Module dan hồi nền khơng gia cơ.Ao3: ứng suất khơng nở hơng phương ngang tăng lên do gia cơ geocell.M: module đàn hồi của geocell

2.4 Phân tích nền gia cố geocell bang giải tích theo Ling Zhang, Minghua Zhao,Caijun Shi, Heng Zhao 2010 ({10])

Geocell là kết câu các 6 ngăn ba chiều, khi được chèn lap vật liệu vào tao suckháng bên trong thành các ơ ngăn (ứng suất theo phương ngang), ma sát giữa thành ơngăn và vật liệu chèn lấp vào Từ đĩ làm tăng module trong lớp gia cố geocell, giảmchiều sâu ảnh hưởng của tải trọng thăng đứng xuống lớp mĩng

Theo ([10]) ứng xử của nền gia cố geocell dưới tác dụng của tải trọng được théhiện theo hình sau:

Hình 2.6: Lớp đệm geocell làm tăng điện truyền tải ra vùng rộng hơnDưới tác dụng của tải trọng, lớp đệm geocell ứng xử như màng chịu kéo, làmgiảm ứng suất theo phương đứng tác dụng xuống lớp móng, làm giảm biến dạng, tăngkhả năng chịu lực của nên.

= cL : we Of `Tcosg~= - b “c7 COSCHình 2.7: Lớp đệm geocell ung xu nhu màng chịu kéo.Phân tích khả năng chịu lực của nên được gia cô geocell

Từ hình 2.6, phan lực dưới lớp đệm geocell p, được theo công thức sau:

_ (6, +2h, tanØ )

— ch (2.5)

P,

Trong đó:

pr: phản lực dưới lớp đệm geocellbạ:bề rộng tải trọng ngoài p,h„: chiều cao lớp đệm gia cô geocell0,: góc truyền ứng suất của lớp đệm geocellDo đó, ứng suất tăng lên khi nền được gia cố geocell do sự phân tán ứng suất radiện rộng hơn:

2h tan 0.

TRỢ NỈ ác ae (2.6)Mang geocell chịu kéo làm tăng kha năng chịu lực cua nền được xác định theocông thức sau:

e: biến dạng dưới tác dụng của lực kéo Th„: chiều cao thành ô ngăn hệ thống geocellKhi đó khả năng chịu tải trọng của nên gia cố geocell:

2h tang, 2T.sinø

b, b, (2.9)

DĐ„ = p,+Ap= p,+Ap, +Ap, = p,+

2.5 Xác định chiều dày lớp nền gia cố geocellGiroud and Han 2004a & b ([{11], [12]) đưa ra công thức dự tính chiều dày lớpnên như sau: