Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tương quan giữa mô đun biến dạng (Ec) và cường độ chịu nén nở hông (Qu) của trụ đất xi măng để áp dụng tính toán cho công trình tại Tp. Vũng Tàu

Tính toán độ lún S của trụ đất xi măng sử dụng tương quan Ec/qu theo nghiên cứu của Mỹ, Nhật Bản và theo kết quả nghiên cứu của học viên ..... Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHẠM NGỌC BÌNH

NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA

ĐỂ ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH

TẠI TP VŨNG TÀU RESEARCH THE CORRELION BETWEEN YOUNG'S

CONSTRUCTION IN VUNG TAU CITY

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm

Mã số: 8580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG –HCM

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: PGS.TS LÊ BÁ VINH 2 Phản biện 1: PGS TS NGUYỄN ANH TUẤN 3 Phản biện 2: TS NGUYỄN TUẤN PHƯƠNG 4 Ủy viên: PGS TS VÕ PHÁN

5 Thư kí: TS LÊ TRỌNG NGHĨA

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

CHO CÔNG TRÌNH TẠI THÀNH PHỐ VŨNG TÀU

CONSTRUCTION IN VUNG TAU CITY

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1 Nhiệm vụ:

Thí nghiệm, tổng hợp, phân tích và đưa ra mối tương quan giữa mô đun biến dạng (Ec) và cường độ chịu nén nở hông (qu) của trụ đất xi măng thông qua thí nghiệm nén một trụ nở hông trong phòng, đưa ra phương trình tương quan Từ đó, đề xuất kiến nghị sử dụng biểu thức (Ec) và (qu) cho các thiết kế sơ bộ ban đầu cho các công trình ở Thành phố Vũng Tàu và ứng dụng kết quả nghiên cứu tính toán công trình thực tế tại Thành phố Vũng Tàu để đánh giá kết quả nghiên cứu

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :15/01/2024

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :20/05/2024

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS VÕ PHÁN

Họ tên học viên: PHẠM NGỌC BÌNH MSHV: 2070196 Ngày, tháng, năm sinh: 06/01/1997 Nơi sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình ngầm Mã số : 8580204

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp này, học viên xin chân thành cảm ơn

thầy PGS.TS Võ Phán đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy những kiến thức để hoàn thành

luận án được tốt nhất

Xin gửi lời biết ơn đến các thầy, cô trong bộ Môn Địa cơ nền móng – Khoa

kỹ thuật xây dựng - Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã hết lòng truyền đạt

những kiến thức quý báu trong những học kì đã qua

Cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty TNHH Something Việt Nam – nơi học viên

đang làm việc, đã quan tâm, tạo điều kiện, hỗ trợ học viên trong công việc và quá trình làm luận văn

Cảm ơn gia đình, bạn bè là chỗ dựa tinh thần vững chắc trong suốt thời gian qua

Do thời gian có hạn, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế Kính mong Quý thầy/cô, các chuyên gia, đồng nghiệp, những người quan tâm đến đề tài có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2024

Học viên

Phạm Ngọc Bình

Giá trị qu đóng vai trò quan trọng trong tính toán sức chịu tải cọc, còn giá trị Ec đóng vài trò mật thiết trong tính toán độ lún Mà trong thiết kế tính toán nền móng bằng trụ đất xi măng, sức chịu tải và độ lún nền là hai bài toán được đặt biệt quan tâm Từ đó việc đánh giá tương quan giá trị Ec và qu là rất cần thiết cho công tác thiết kế sơ bộ trong gia cố nền bằng trụ đất xi măng

Theo TCVN 9403:2012, phụ lục C giá trị Ec = (50 ÷ 100)Cu, với Cu là sức kháng cắt không thoát nước của vật liệu trụ, mà Cu = 0.5qu nên Ec= (25 ÷ 50)qu Theo sổ tay thiết kế cọc đất xi măng trộn sâu cho cho đường và móng công trình của Mỹ kiến nghị Ec = 300qu, Theo các nghiên cứu của Nhật Bản Ec = 350qu Vậy trong giai đoạn thiết kế ban đầu nên sử dụng giá trị tương quan giữa Ec và qu nào là hợp lý

Trong quá trình thực tế thi công, theo TCVN 9403:2012, Ec = 25 - 50qu là khá an toàn, phải tăng mật độ cọc, từ đó chưa tối ưu được bài toán về kinh tế

Kết quả thí nghiệm tại khu vực nghiên cứu cho thấy hàm lượng xi măng hợp lý 15% Qua kết quả nghiên cứu, thống kê 180 mẫu nén một trục nở hông từ 3 dự án ở khu vực TP Vũng Tàu, sử dụng phần mềm thống kê IBM SPSS Statistics cho thấy tương quan Ec và qu cho khu vực nghiên cứu có giá trị Ec = (180 – 200)quvới độ tin cậy 95% Giá trị này lớn hơn 4 - 5 lần Ec/qu theo TCVN 9403:2012 và nhỏ hơn 1.5 - 2 lần theo các nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản Áp dụng tương quan đã nghiên cứu để tính toán cho công trình nâng cấp mặt bãi tải trọng

200kN/m2 tại cảng Hạ lưu PTSC, TP Vũng Tàu bằng phần mềm Plaxis 3D V20 cho kết quả độ lún 5.06 cm, lệch 15% so với kết quả thử tĩnh cọc đơn tại hiện trường là 4.34cm Giá trị tính toán theo nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản lệch lần lượt là 6 – 9%, tuy nhiên lại nhỏ hơn độ lún thử tĩnh Giá trị độ lún tính TCVN 9403:2012 lệch 152% so với kết quả thí nghiệm Khi phân tích bằng Plaxis 3D tổ hợp hệ kết cấu trụ đất xi măng và mặt bãi là 8.5mm cho giá trị độ lún là 8.5mm lệch 8% so với kết quả thử tải nền hiện trường là 7.93mm Sử dụng tương quan theo nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản và theo TCVN lần lượt cho kết quả độ lún 6.6mm, 6.18mm và 17.6mm, tương ứng lệch 17%, 22% và 121% so với kết quả thử tải nền Từ đó kết luận có thể sử dụng tương quan Ec = 180qu cho các thiết kế sơ bộ ban đầu tại khu vực Thành phố Vũng Tàu trước khi có các số liệu chi tiết hơn cho dự án

qu value plays an important role in calculating pile bearing capacity, while Ecvalue plays an intimate role in calculating settlement In designing and calculating foundations with soil-cement column, bearing capacity and foundation settlement are two problems of special concern From there, evaluating the correlation of Ec and qu values is very necessary for preliminary design work in reinforcing the foundation with soil-cement column

According to TCVN 9403:2012, Appendix C, the value Ec= (50 ÷ 100)Cu, where Cu is the undrained shear resistance of the cylindrical material, and Cu = 0.5qu, so Ec= (25 ÷ 50)qu According to the American design manual for deep mixed cement soil piles for roads and construction foundations, Ec = 300qu is recommended, according to Japanese studies Ec = 350qu So in the initial design stage, which correlation value between Ec and qu should be used

During the actual construction process, according to TCVN 9403:2012, Ec = 25 - 50qu is quite safe, the piles must be increased, thereby not optimizing the economic problem

Test results in the study area show that the cement content is reasonable at 15% Through research results, statistical analysis of 180 uniaxial compression samples from 3 projects in Vung Tau City area, using IBM SPSS Statistics software shows that the

correlation Ec and qu for the research area is valuable Ec = (180 – 200)qu with 95% confidence This value is 4 - 5 times larger than Ec/qu according to TCVN 9403:2012 and 1.5 - 2 times smaller according to American and Japanese studies Applying the researched correlation to calculate the 200kN/m2 yard surface upgrade project at PTSC downstream port, Vung Tau city using Plaxis 3D V20 software results in a settlement of 5.06 cm, 15% deviation compared to single pile static test result in the field is 4.34cm The calculated values according to research from the US and Japan differ by 6 - 9%, respectively, but are smaller than the static test settlement The settlement value calculated according to TCVN 9403:2012 differs by 152% from the experimental results When analyzed with Plaxis 3D, the combination of the cement-soil structure system and the beach surface is 8.5mm, giving a settlement value of 8.5mm, 8% different from the field foundation load test result of 7.93mm Using correlation according to research from the US and Japan and according to TCVN, the settlement results were 6.6mm, 6.18mm and 17.6mm, respectively, 17%, 22% and 121% different from the foundation load test results From there, it is concluded that the correlation Ec= 180qu can be used for initial preliminary designs in the Vung Tau City area before having more detailed data for the project

LỜI CAM ĐOAN

Học viên xin cam đoan nội dung trong luận văn nay do chính học viên thực hiện, được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và phê duyệt của thầy PGS.TS Võ Phán Các số liệu kết quả trong luận văn là trung thực chính xác, có nguồn gốc rõ ràng Các lập luận kiến thức, hình ảnh, biểu đồ được trích dẫn được kế thừa từ các nghiên cứu khoa học trước đây, và các tài liệu chính thống Các kết luận được rút ra trong luận văn từ những cơ sở lý luận và quá trình nghiên cứu thực tiễn dự án mà học viên đã có cơ hội tham gia

Học viên hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài mình thực hiện

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2024

Học viên

Phạm Ngọc Bình

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu để để tài 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài 3

7 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG EC VÀ CƯỜNG ĐỘ NÉN NỞ HÔNG QU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG 4

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tương quan giữa Ec và qu trong xử lý nền đất yếu trong và ngoài nước 4

1.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng 10

1.2.1 Khái niệm về nền đất yếu 10

1.2.2 Khái quát sơ lược về trụ đất xi măng 11

1.2.3 Phạm vi ứng dụng 12

1.2.4 Ưu điểm, nhược điểm 13

1.2.5 Các kiểu bố trí 14

1.2.6 Công nghệ thi công trụ đất xi măng 16

1.2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc 19

1.2.8 Nhận xét Chương 1 19

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THỐNG KÊ MẪU, ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG 21

2.1 Lý thuyết thống kê mẫu 21

2.2 Lý thuyết về ứng suất biến dạng mẫu 23

2.3 Lý thuyết tính toán trụ đất xi măng 26

2.3.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng – đất làm việc như cọc 26

2.3.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương 27

2.2.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á 30

2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích ảnh hưởng trụ đất xi măng gia cố nền

đất yếu 33

2.4.1 Mô hình Mohr Columb (MC) 33

2.4.2 Mô hình Hardening Soil (HS) 33

2.5 Nhận xét chương 2 35

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM MẪU TRONG PHÒNG, TƯƠNG QUAN GIỮA MODULE BIẾN DẠNG (EC) VÀ CƯỜNG ĐỘ NÉN NỞ HÔNG (QU) CỦA TRỤ ĐẤT XI MĂNG 36

3.1 Thí nghiệm nén mẫu xi măng đất trong phòng 36

4.1 Giới thiệu về công trình 49

4.2 Điều kiện địa chất 49

4.3 Tính toán thiết kế trụ đất xi măng bằng phương pháp giải tích 52

4.3.1 Tính toán thiết kế trụ đất xi măng theo nghiên cứu tương quan Ec/qu theo Phụ lục C, TCVN 9403:2012 52

4.3.2 Tính toán độ lún S của trụ đất xi măng sử dụng tương quan Ec/qu theo nghiên cứu của Mỹ, Nhật Bản và theo kết quả nghiên cứu của học viên 58

4.4 Tính toán Mô Phỏng Plaxis 3D V20 mô hình toàn hệ kết cấu cọc và mặt bãi sử dụng tương quan Ec/qu =180 của nghiên cứu để tính toán 71

4.5 Kết luận chương 4 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM 87

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của Kawasaki et al (1991) 5

Hình 1 2 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của Terashi et al., (1977) 5

Hình 1 3 Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của Gallavresi 6 Hình 1 4 Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của F.L.F Chu & P.W.K Chung 7

Hình 1 5 Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của Yeong Lee (2005) 7

Hình 1 6 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của T.S Tan, T.L Goh, K.Y Yong (2002) 8

Hình 1 7 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của W.F Van Impe, R.V Flores (2006) 9

Hình 1 8 Quan hệ cường độ - Module đàn hồi theo thí nghiệm của TEDI 9

Hình 1 9 Phản ứng hóa học giữa đất sét, xi măng, xỉ lò và nước (Saitoh, 1985) 12

Hình 1 10 Các ứng dụng của trụ đất xi măng (CDM Association, 1991) 13

Hình 1 11 Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất 14

Hình 1 12 Bố trí trụ trộn ướt trên biển 15

Hình 1 13 Bố trí trụ trộn khô 15

Hình 1 14 Bố trí trụ trùng nhau theo khối 15

Hình 1 15 Trình tự công nghệ thi công trụ đất xi măng 16

Hình 1 16 Cánh trộn trụ đất xi măng được sử dụng tại Dự án Nâng cấp nền bãi 50T/m2cảng hạ lưu PTSC, Vũng Tàu (Ảnh chụp từ học viên) 18

Hình 2 1 Sơ đồ Biến đổi phân phối chuẩn X (trị trung bình µ, độ lệch chuẩn σ) thành phân phối chuẩn tắc Z (trị trung bình=0, độ lệch chuẩn=1) 22

Hình 2 2 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và các giá trị module biến dạng E 24

Hình 2 3 Phương pháp xác định E50 24

Hình 2 4 Sức chịu tải theo công thức Nhật Bản 28

Hình 2 5 Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng chưa vượt quá sức chịu tải cho phép của vật liệu trụ 29

Hình 2 6 Mô hình tính lún trường hợp A 31

Hình 2 7 a) Tải trọng truyền cho cọc b) Tải trọng truyền cho đất 32

Hình 3 1 Máy nén Phoenix và Tủ bảo dưỡng mẫu (Nguồn: Công ty TNHH Something Việt Nam) 36

Hình 3 2 Một số hình ảnh cho công tác thí nghiệm trong phòng (Nguồn: Công ty TNHH Something Việt Nam) 37

Hình 3 3 Công tác trộn xi măng đất trong phòng 38

Hình 3 4 Nén đơn trục không nở hông mẫu đất trộn xi măng 41

Hình 3 5 Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn theo các hàm lượng xi măng ứng với 14 ngày tuổi 43

Hình 3 6 Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn theo các hàm lượng xi măng ứng với 28 ngày tuổi 43

Hình 3 7 Biểu đồ phân tán các giá trị tương quan Ec và qu của 180 mẫu nén 44

Hình 3 8 Bước 1 : Từ bảng tổng hợp các thông số Ec và qu tương ứng đã thu thập được, tiến hành nhập thông số đầu vào 45

Hình 3 9 Bước 2 : Khảo sát tần xuất, các giá trị trung bình, trung vị của Ec/qu 45

Hình 3 10 Bước 3: Vẽ đồ thị và đánh giá kết quả 46

Hình 3 11 Tương quan Ec/qu theo phân tích từ phần mềm IBM SPSS Statistics 47

Hình 3 12 Đồ thị quan hệ Q-Q Plot Ec/qu 48

Hình 4 1 Tổng quan khu vực dự án 49

Hình 4 2 Mặt bằng bố trí lỗ khoan 50

Hình 4 3 Hình trụ hố khoan BH1 51

Hình 4 4 Minh họa tính sức chịu tải của nền đất theo quan điểm nền hỗn hợp 53

Hình 4 5 Minh họa phương pháp sức chịu tải theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc 55

Hình 4 6 So sánh độ lún S1 của khối gia cố theo các quan điểm tính toán Ec/qu 62

Hình 4 7 Sơ đồ bố trí thử tải cọc 63

Hình 4 8 Hình ảnh thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn tại hiện trường 63

Hình 4 9 Biểu đồ giữa tải trọng và độ lún (mm) 64

Hình 4 10 Thiết lập tổng thể mô hình bài toán 65

Hình 4 11 Khai báo thông số địa chất 65

Hình 4 12 Khai báo trụ đất xi măng 67

Hình 4 13 Mesh lưới phần tử 3D 67

Hình 4 14 Thiết lập các giai đoạn tính toán 68

Hình 4 15 Độ lún của trụ đất xi măng dưới tác dụng của P = 112.8 Tấn, S=10.92cm 68

Hình 4 16 Độ lún của trụ đất xi măng khi gia tải P = 112.8 Tấn, s= 4.1 cm 69

Hình 4 17 Độ lún của trụ đất xi măng khi gia tải P = 112.8 Tấn, s = 3.96cm 70

Hình 4 18 Độ lún của trụ đất xi măng khi gia tải P = 112.8 Tấn, s= 5.06 cm 70

Hình 4 19 Mô hình bài toán giai đoạn chất tải đến 24T/m2 73

Hình 4 20 Tổng độ lún của nền sau khi chất tải lên đến 24 T/m2 73

Hình 4 21 Sơ đồ bố trí thí nghiệm (mặt bên của hệ tải) 75

Hình 4 22 Sơ đồ bố trí thí nghiệm (mặt trước của hệ tải) 75

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng 19

Bảng 2 1 Mối tương quan theo kinh nghiệm giữa mô đun đàn hồi Es của đất cát với chỉ số xuyên tiêu chuẩn 25

Bảng 2 2 Mối tương quan theo kinh nghiệm giữa mô đun không thoát nước Eu cho đất sét với chỉ số cường độ kháng cắt không thoát nước 25

Bảng 3 1: Tổng hợp chuẩn bị mẫu đất trộn xi măng theo các hàm lượng ở tuổi 14 ngày và 28 ngày 39

Bảng 4 5 Thông số đầu vào mô hình Plaxis 66

Bảng 4 6 Thông số phần tử tấm thép tròn 67

Bảng 4 7.Bảng thông số vải địa kỹ thuật 71

Bảng 4 8 Các mặt phẳng làm việc của mô hình 71

Bảng 4 9 Bảng thông số của cọc CDM và lớp kết cấu mặt bãi 72

Bảng 4 10 Tổng hợp độ lún nền khi mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D theo các quan điểm tính toán Ec/qu 74

Bảng 4 11 Quy trình thí nghiệm 75

Bảng 4 12 Tổng hợp độ lún tổng S của nền cọc CDM và kết cấu mặt bãi theo các phương pháp tính toán 80

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thành phố Vũng Tàu là khu vực có tầng đất yếu tương đối dày và phân bố trên diện tích lớn làm công tác xây dựng gặp nhiều khó khăn, phải tiến hành xử lý nền để đảm bảo an toàn cho các công trình, đặc biệt là các công trình cảng biển có tải trọng lớn

Giải pháp xử lý nền bằng trụ đất xi măng là một trong những giải pháp hữu hiệu trong công tác xử lý nền Trong thiết kế tính toán nền móng bằng trụ đất xi măng, sức chịu tải và độ lún nền là hai bài toán được đặt biệt quan tâm

Độ lún của bản thân khối gia cố được tính bằng công thức:

Giá trị qu đóng vai trò quan trọng trong tính toán sức chịu tải cọc, còn giá trị Ec đóng vài trò mật thiết trong tính toán độ lún

Từ đó việc đánh giá tương quan giá trị Ec và qu là rất cần thiết cho công tác thiết kế sơ bộ trong gia cố nền bằng trụ đất xi măng

Theo TCVN 9403:2012, phụ lục C giá trị Ec = (50 ÷ 100)Cu, với Cu là sức kháng cắt không thoát nước của vật liệu trụ, mà Cu = 0.5qu nên Ec= (25 ÷ 50)qu Theo sổ tay thiết kế cọc đất xi măng trộn sâu cho cho đường và móng công trình của Mỹ kiến nghị Ec = 300qu, Theo nghiên cứu của Nhật Bản Ec = 350qu Vậy sử dụng giá trị tương quan Ec và qu nào là hợp lý cho các công trình ở khu vực TP Vũng Tàu trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ban đầu

Trong quá trình thực tế thi công, theo TCVN 9403:2012, Ec = (25 – 50)qu là khá an toàn, phải tăng mật độ cọc, từ đó chưa tối ưu được bài toán về kinh tế

Kết quả thí nghiệm tại khu vực nghiên cứu cho thấy hàm lượng xi măng hợp lý 15% Qua nghiên cứu thống kê 180 mẫu nén một trục nở hông từ 3 dự án ở khu vực TP Vũng Tàu, sử dụng phần mềm thống kê IBM SPSS Statistics cho thấy

tương quan Ec và qu cho khu vực nghiên cứu có giá trị Ec = (180 – 200)qu với độ tin cậy 95% Giá trị này lớn hơn 4 - 5 lần Ec/qu theo TCVN 9403:2012 và nhỏ hơn 1.5 - 2 lần theo các nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản Áp dụng tương quan đã nghiên cứu để tính toán cho công trình nâng cấp mặt bãi tải trọng 200kN/m2 tại cảng Hạ lưu PTSC, TP Vũng Tàu bằng phần mềm Plaxis 3D V20 cho kết quả độ lún 5.06 cm, lệch 15% so với kết quả thử tĩnh cọc đơn tại hiện trường là 4.34cm Giá trị tính toán theo nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản rất sát với kết quả thực tế, lệch lần lượt là 6 – 9%, tuy nhiên lại nhỏ hơn độ lún thử tĩnh cọc Giá trị độ lún tính TCVN 9403:2012 lệch 152% so với kết quả thí nghiệm Tính toán độ lún nền sử dụng tương quan Ec = 180qu khi phân tích bằng Plaxis 3D cho hệ kết cấu trụ đất xi măng và mặt bãi là 8.5mm lệch 8% so với kết quả thử tải nền hiện trường là

7.93mm

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu mối tương quan giữa giá trị Ec và qu nhằm, đề xuất phương trình tương quan, từ đó kiến nghị dùng tiêu chuẩn áp dụng phù hợp, tối ưu giữa bài toán kỹ thuật và kinh tế trong thiết kế và thi công trụ đất xi măng tại khu vực Ứng

dụng dụng kết quả nghiên cứu vào công trình cụ thể

3 Đối tượng nghiên cứu để để tài

Đối tượng đề tài tập trung vào phân tích, đánh giá kết quả công tác thí nghiệm mẫu trong phòng của các dự án đã thực hiện trong khu vực, từ đó đưa ra kết luận về tương quan giữa Ec và qu

4 Nội dung nghiên cứu

 Thí nghiệm, tập hợp kết quả của 180 mẫu nén một trục nở hông trong phòng, từ đó thống kê phân tích và đánh giá mối tương quan giữa Ec và qu Thiết lập phương trình tương quan Ec và qu

 Ứng dụng kết quả nghiên cứu để áp dụng cho công trình Nâng cấp nền bãi tải trọng 200kN/m2

tại cảng hạ lưu PTSC Vũng Tàu, tính toán bằng phương pháp giải tích, mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D, so sánh độ lún với kết quả bàn nén hiện trường và so sánh với các nghiên cứu tương quan theo

TCVN 9403:2012, các nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản để đánh giá kết quả nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập các tài liệu nghiên cứu trước đây, nghiên cứu các lý thuyết về thống kê mẫu để xử lý số liệu, lý thuyết về ứng suất, biến dạng và áp dụng vào tính toán trong công tác thí nghiệm mẫu trụ đất xi măng, các lý thuyết tính toán, độ lún của nền gia cố đất trộn xi măng,

 Thí nghiệm trong phòng: Sử dụng kết quả thí nghiệm của 180 mẫu nén trong phòng để tính toán, đánh giá mối tương quan giữa Ec và qu và đưa ra kết luận

 Mô phỏng tính toán: Trong nội dung của luận văn, sử dụng mô hình Plaxis 3D để mô phỏng trụ đất xi măng, áp dụng tính toán cho công trình ở TP

Vũng Tàu

 Thí nghiệm hiện trường: Thí nghiệm bàn nén hiện trường cho cọc đơn và

nhóm cọc kết hợp nền bãi để đánh giá độ lún của công trình so với tính toán

6 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Mối tương quan giữa Ec và qu có tầm quan trọng đặc biệt trong công tác thiết kế nền bằng phương pháp trụ đất xi măng Thực tế cho thấy, giá trị tương quan này ảnh hưởng lớn đến thiết kế sơ bộ ban đầu, từ đó làm ảnh hưởng đến dự toán giá thành thi công Qua công tác nghiên cứu, phân tích, mô phỏng và đánh giá giá kết quả, học viên đề xuất đưa ra tương quan giá trị Ec và qucho khu vực TP Vũng Tàu

Giá trị thực tiễn: Ứng dụng kết quả tương quan Ec/qu đã nghiên cứu được để tính toán, thiết kế cho công trình nâng cấp mặt bãi tải trọng 200kN/m2 tại cảng Hạ lưu PTSC, TP Vũng Tàu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA MÔ ĐUN BIẾN DẠNG EC VÀ CƯỜNG ĐỘ NÉN NỞ HÔNG QU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG

nền đất yếu trong và ngoài nước

Công nghệ trộn sâu (Deep Mixing – DM) được phát minh đồng thời tại Thụy Điển và Nhật Bản vào giữa những năm 70 của thế kỷ XX [1] Với sự phát triển lâu đời của công nghệ trụ đất xi măng, phương pháp tính toán toán và nghiên cứu cũng ngày càng được hoàn thiện nhằm tối ưu giữa bài toán kỹ thuật và kinh tế,

Các tính toán chỉ ra rằng, modun đàn hồi cọc có ảnh hưởng quyết định đến lún của nền đất xử lý bằng trụ đất xi măng, tuy nhiên xác định giá trị Ec phức tạp và khó chính xác Bên cạnh đó giá trị qu có thể xác định nhanh và chính xác

Giá trị qu đóng vai trò quan trọng trong tính toán sức chịu tải cọc, còn giá trị Ecđóng vài trò mật thiết trong tính toán độ lún Trong tính toán nền móng, sức chịu tải và độ lún nền là hai bài toán được đặt biệt quan tâm

Từ đó việc đánh giá tương quan giá trị Ec và qu là rất cần thiết cho công tác thiết kế sơ bộ trong gia cố nền bằng trụ đất xi măng

Đã có nhiều tính án đề xuất cho giá trị tương quan Ec và qu cho nhiều loại đất

yếu tại Việt Nam và trên thế giới, có thể kể đến như :

Nghiên cứu của Chen (1985) [2], nghiên cứu cho bùn sét Đài Loan đã đưa ra kiến nghị Ec = 105 - 390qu

Woo S.M (1990) [3] nghiên cứu cho đất bùn sét ở Đài Loan, đưa ra kiến nghị giá trị Ec= 200qu

Qua nghiên cứu đất sét biển Singapore, ứng dụng Jetgrouting trong việc xây dựng các đường hầm tại đường Race Course, công tác xây dựng nhà ga tại ga Clarke Quay và xây dựng Tuyến Vận tải Nhanh Đông Bắc ở Singapore, Dazhiwen (2005) cũng có một trong những kết quả đưa ra đó là Ec = 200qu [4]

Kawasaki et al (1991)[5], nghiên cứu đất sét của vùng Tokyto, Chiba , Kanagawa, Aichi, Osaka, Mie, Hiroshima, Fukuoka đã đưa ra tương quan giữa giá trị Module đàn hồi và cường độ chịu nén qu : Ec = 350 – 1000qu

Hình 1 1 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của Kawasaki et al (1991)

[5] Theo Terashi et al., 1977 [6] nghiên cứu cho đất sét biển tại Bến tàu Honmoku (sét có đặc tính wL = 92.3% and wp = 46.9%) và cảng Kawasaki (sét có đặt tính wL = 87.7% and wp = 39.7%) Kết quả chỉ ra rằng, tại vùng bến tàu Honmoku giá trị Ec = (75 - 200 )qu và Ec = (200 - 1000)qu tại vùng cảng Kawasaki

Hình 1 2 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của Terashi et al., (1977)

[6]

Qua nghiên cứu nén một trục không hạn chế nở hông (qu) của 2672 mẫu lõi khoan lấy từ trụ đất xi măng bằng phương pháp trộn ướt, Navin và Filz tìm ra tương quan Ec= 300qu [7]

Theo đó, sổ tay thiết kế trụ đất xi măng trộn sâu cho nền đường và móng công trình của Mỹ, tiêu chuẩn Mỹ [8] kiến nghị lấy: Ec = 300qu cho trụ đất xi măng trộn ướt, Ec= 150qu cho phương pháp trộn khô

Theo JSG Association of Japan (1986) đề nghị mối tương quan Ec = 100 ÷ 300qu [8]

Từ các nghiên cứu trụ đất xi măng theo phương pháp Jetgrouting tại Thổ Nhĩ Kì ,Gallavresi đã rút ra một trong những kết quả tương quan Ec = 280–1000qu [9]

Hình 1 3 Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của

Hình 1 4 Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của F.L.F

Chu & P.W.K Chung [12]

Theo nhóm các nhà nghiên cứu Fook-Hou Lee, Yeong Lee, Soon-Hoe Chew, và Kwet-Yew Yong nghiên cứu cho vùng sét biển của Singapore, đã đưa ra đề xuất tương quan Ec = (80–200)qu [13]

Hình 1 5 Quan hệ giữa Ec và qu của mẫu nén 28 ngày tuổi theo nghiên cứu của Yeong

Lee (2005) [13]

Theo nghiên cứu của Tan et al [14] cho sét biển Singaporevới đặc tính chung của đất sét này có độ dẻo cao với giới hạn chảy và giới hạn dẻo thường dao động từ 65 - 85 và 38 - 55 Trọng lượng riêng trung bình là 15,2 + 0,6 kN/m3 và độ ẩm tự nhiên khoảng 50- 69% Lớp sét bên trên có tính dẻo cao với giới hạn chảy và dẻo tương ứng từ 76 -101 và 45 - 69 Trọng lượng riêng trung bình là l6,3 + 0,5 kN/m3 và độ ẩm tự nhiên khoảng 60% - 92% Nghiên cứu đã chỉ ra tương quan Ec = (350 – 800)qu

Hình 1 6 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của T.S Tan, T.L Goh,

K.Y Yong (2002) [14]

Theo nghiên cứu của Van Impe and Flores (2006) [15], với đất được nghiên cứu ở trầm tích hạt mịn, là kết quả của quá trình lắng đọng kéo dài ở tuyến đường thủy trong bến cảng Antwerp, Bỉ Đặc tính cơ lý cơ bản của lớp đất yếu với hàm lượng nước tự nhiên khoảng 115%, chỉ số dẻo 77 và hàm lượng hữu cơ khoảng 6% Một trong những kết luận của nghiên cứu đưa ra tương quan giữa Ec = (110 –714)qu

Hình 1 7 Tương quan giữa giá trị Ec và qu theo nghiên cứu của W.F Van Impe, R.V

Hình 1 8 Quan hệ cường độ - Module đàn hồi theo thí nghiệm của TEDI [17]

Tổng hợp tương quan Ec và qu của các tác giả nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng 1.2.1 Khái niệm về nền đất yếu

Đất yếu xét khái niệm về định tính là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập…

Về định lượng, đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém, dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể: Dựa vào chỉ tiêu vật lý

 Dung trọng : γW ≤ 17 kN/m3  Độ bão hòa : Sr ≥ 0,8

 Độ ẩm W ≥ 40% Dựa vào các chỉ tiêu cơ học [1]

 Sức chịu tải: R = 50 ÷ 100 kN/m2

 Modun biến dạng : E0 ≤ 500 kN/m2  Hệ số rỗng e > 1

 Hệ số nén tương đối ao > 0.05 - 0, 1 cm2/kG  Góc nội ma sát : φ = 5 - 100

 Lực dính (đối với đất dính): c = 5 ÷ 10 kN/m2

Theo [18] Terzaghi và Peck (1967) định nghĩa sét rất yếu khi cường độ nén đơn nhỏ hơn 25kPa và yếu khi nó lớn hơn 25kPa và nhỏ hơn 50kPa Cũng có 1 số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có su < 40kPa

Các loại nền đất yếu thường gặp  Đất sét mềm : Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão

hòa nước, có cường độ thấp  Đất bùn : Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả

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

phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy hay gần bờ sông  Cát chảy : Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha

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 thấm nước cao, dễ bị lún sụt

Theo nghiên cứu của Ths Phan Văn Tuyến - Liên đoàn quy hoạch và điều tra tài nguyên nước Miền Nam [19], với điều kiện địa chất công trình, địa mạo trên cơ sở bản đồ địa chất công trình 1/50.0000, đặc biệt tầng cấu trúc trên của tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu gồm các trầm tích Holocen Đó là lớp trên cùng của cấu trúc Cenozoi có bề dày không quá lớn (<40m) Chúng được cấu thành bởi 3 tập trầm tích tương ứng với 3 mức tuổi Holocen sớm - giữa(Q21-2), Holocen giữa - muộn(Q22-3), Holocen muộn(Q23) Trầm tích giữa muộn và muộn có khả năng chịu tải kém (<1kG/cm2) thuộc loại đất yếu nên không thuận lợi cho làm nền thiên nhiên xây dựng các công trình

1.2.2 Khái quát sơ lược về trụ đất xi măng

Trụ đất xi măng là trụ tròn bằng hỗn hợp đất - xi măng, hay đất – vữa xi măng được chế tạo bằng cách trộn cơ học xi măng hoặc vữa xi măng với đất tại chỗ [18]

Xi măng được sử dụng là xi măng Portland thông thường hoặc xi măng xỉ lò cao Xi măng sẽ phản ứng thủy hoá với nước trong vữa trộn ( trường hợp sử dụng vữa xi măng - phương pháp trộn ướt) hoặc với nước tồn tại trong lỗ rỗng của đất (trường hợp sử dụng bột xi măng khô - phương pháp trộn khô) tạo nên sự kết dính của các

thành phần hạt trong đất, cải thiện đáng kể các đặc tính cơ lý của đất

Hạt xi măng Portland là một hợp chất bao gồm Tricalcium Silicate (3CaO.SiO2), Bicalcium Silicate (2CaO.SiO2), Tricalcium Aluminate (3CaO.Al2O3) và các chất rắn hòa tan như Tetracalcium Alumino-Ferrit (4CaO.Al2O3.Fe2O3) Bốn phần tử chính này tạo nên sản phẩm hỗn hợp tạo độ bền chủ yếu

Hình 1 9 Phản ứng hóa học giữa đất sét, xi măng, xỉ lò và nước (Saitoh, 1985) [20] Theo một số kết quả thí nghiệm vật liệu đất – xi măng trong phòng thí nghiệm, trụ đất xi măng có các đặc tính sau: Cường độ chịu nén nở hông qu thường từ 4.08 – 40.08 kg/m2, cường độ chịu kéo σ1= 0.15 - 0.25qu , lực dính kết c = 0.2 - 0.3qu, góc ma sát trong φ = 20 - 30o, module biến dạng khi ứng suất của đất trộn xi măng đạt đến 50% trị số phá hủy E50 = 120 - 150qu, hệ số thấm k = 10-7 – 10-6 cm/s [21]

1.2.3 Phạm vi ứng dụng

Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp trụ đất xi măng giúp cải tạo nền đất yếu dưới nền đường vào cầu: việc thi công công trình trên nền đất sét mềm hoặc hữu cơ có

sự cố do biến dạng lớn Bằng cách sử dụng trụ đất xi măng thì các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất có thể được cải thiện một cách rất đáng kể và nhanh chóng

 Làm chặt lại nền đất yếu phục vụ các công trình giao thông, các bãi container, công trình thủy lợi…

 Gia cố mái taluy công trình  Làm móng vững chắc cho công trình nhà cao tầng, công trình công nghiệp,

làm tường chắn đất, làm bờ kè  Gia cố thành hố đào, đặc biệt là nhưng hố đào sâu, yêu cầu chống thấm cao

Hình 1 10 Các ứng dụng của trụ đất xi măng (CDM Association, 1991)[6]

1) Đường bộ, ổn định/lún 2) Ổn định đê cao 3) Mố cầu

các công trình lân cận

6) Chống nâng đáy hố đào

7) Chống chuyển dịch ngang của móng cọc

1.2.4 Ưu điểm, nhược điểm Ưu điểm :

 Khả năng sử lý các lớp đất sâu (có thể lên đến độ sâu 50m)

 Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt bên dưới

 Kỹ thuật thi công không quá phức tạp, hiệu quả kinh tế  Thi công được trong điều kiện chật hẹp, cầu đường, đô thị, mặt bằng ngập

nước, ven sông…  Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến

các công trình lân cận  Dễ dàng điều chỉnh cường độ bằng cách điều chỉnh lượng xi măng khi thi công

xây dựng  Hạn chế được ô nhiễm trong quá trình xử lý nền đất  Thi công nhanh, thời gian đất đạt yâu cầu kỹ thuật xử lý ngắn, đẩy nhanh được

tiến độ cải tạo đất nền

Hình 1 11 Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất [16] 1)Kiểu tường, 2) Kiểu kẻ ô, 3) Kiểu khối, 4) Kiểu diện

Hình 1 12 Bố trí trụ trộn ướt trên biển [16] 1) Kiểu khối, 2) Kiểu tường, 3) Kiểu kẻ ô, 4) Kiểu cột, 5) Cột tiếp xúc,

6) Tường tiếp xúc, 7) Kẻ ô tiếp xúc, 8) Khối tiếp xúc

Hình 1 13 Bố trí trụ trộn khô [16] 1) Dải; 2) Nhóm, 3) Lưới tam giác, 4) Lưới vuông

Hình 1 14 Bố trí trụ trùng nhau theo khối [16]

1.2.6 Công nghệ thi công trụ đất xi măng

Hình 1 15 Trình tự công nghệ thi công trụ đất xi măng Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất đến độ sâu thiết kế cần gia cố được kéo lên và quay ngược lại Trong quá trình khoan hoặc dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất và dần dần đông cứng tạo thành trụ đất xi măng (Bằng áp lực từ khí nén đối với phương pháp trộn khô hoặc bằng bơm vữa đối với phương pháp trộn ướt)

a/ Phương pháp trộn khô:

Là quá trình xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột xi măng khô với đất có hoặc không có phụ gia Bột xi măng sẽ được bơm bằng áp lực khí nén và sẽ hút nước trong đất để tạo phản ứng thủy hóa Yêu cầu độ ẩm trong đất >20%, thích hợp cho đất loại sét (có thể dùng cho đất rời xốp để ngăn hiện tượng hóa lỏng)

Một số đặc điểm của phương pháp trộn khô:

 Thiết bị đơn giản  Không quản lý chặc chẽ tỉ lệ Nước/ Xi măng  Lượng xi măng thất thoát lớn >10%

 Khó thi công khi thời tiết xấu, không khí ẩm  Thiết bị khoan 1 cọc nên không thi công được tường vây

Lưỡi khoan trộn có cầu tạo đơn giản chỉ có 02 cánh trộn cơ học Do lưỡi trộn ít nên phải nâng hạ mũi nhiều lần nếu muốn trộn đều dẫn đến tăng thời gian thi công và

không thể chế tạo cọc có chiều sâu lớn (<20m) vì sẽ ảnh hưởng đến quá trình ninh kết của xi măng ở phần cọc bên trên

Loại lưỡi trộn này đều là lưỡi động, cùng xoay theo một chiều nên trong đất có tính dính sẽ tạo ra một lõi đất bám xung quanh lưỡi nên giảm khả năng xáo tơi đất

b/ Phương pháp trộn ướt

Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia Dựa vào thiết bị và cách trộn , phương pháp này có 2 loại : Trộn cơ học và Trộn tia

b.1 Trộn cơ học

Công tác cắt trộn đất với vữa xi măng được thực hiện bằng cánh trộn theo thép theo phương pháp cơ học như phương pháp trộn khô Tuy nhiên đã có sự cải tiến mũi trộn nhằm nâng cao khả năng trộn và rút ngắn thời gian thi công

Lưỡi khoan gồm 2 phần chính - Cánh động : trong khi khoan cánh động xoay theo cần khoan - Cánh tĩnh : trong khi khoan cánh tĩnh đứng yên có nhiệm vụ giữ đất ngay tại lưỡi

khoan đứng yên Cánh tĩnh và cánh động kết hợp với nhau giúp cho lưỡi khoan xé đất, không cho lõi đất quay theo lưỡi khoan

Đặc điểm của Phương pháp trộn ướt cơ học:

 Không yêu cầu độ ẩm của đất

 Có hệ thống thiết bị cân đo tự động, hàm lượng xi măng thất thoát nhỏ (<5%)

 Thi công được khi trời mưa

 Chất lượng cọc đồng đều, thi công nhanh chóng

b.2 Trộn tia

Là công nghệ trộn xi măng với đất dưới sâu bằng tia áp lực cao phụt ra ở đầu mũi khoan, vừa bơm vữa vừa xoay cần khoan rút lên Tia nước và vữa phun áp suất cao từ 200 đến 400atm làm cho các phần tử đất xung quanh bị tơi ra, hòa với vữa sau đó đông cứng lại thành 1 trụ đất xi măng đồng nhất Hiện nay trộn tia có 3 công nghệ :

Công nghệ đơn pha S

Sử dụng cần khoan nòng đơn phụt vữa với vận tốc đến 100m/s Đường kính cọc tạo ra khi dùng công nghệ này từ 60-80 cm tùy vào loại đất, chiều sâu cọc đến 25m

Công nghệ 2 pha D

Sử dụng cần khoan nòng đôi, lõi trong bơm vữa, lõi ngoài bơm khí Lỗ phun kép có 2 vòng, vòng trong phun vữa, vòng ngoài phun khí Hỗn hợp vữa được bơm ở áp suất cao (> 200atm) phun ra ở vòng trong, đông thời bơm khí nén (> 20atm) phun ra ở vòng ngoài

Tia khí nén sẽ bao bọc quanh tia vữa làm giảm ma sát, cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất, do vậy tạo ra trụ đất xi măng có đường kính lớn Theo công nghệ này, thông thường đường kính cọc tạo ra từ 80 cm đến 150 cm tùy vào loại đất Khả năng tạo chiều dài cọc đến 45m, đây là thiết bị phố biến hiện nay

Công nghệ ba pha T:

Sử dụng cần khoan nòng 3 Đầu mũi khoan gắn 2 lỗ phun, lỗ phun đơn phía đưới đề phun vữa, lỗ phun kép nằm phía trên đề phun nước và khí Nước được bơm dưới áp suất cao, kết hợp với dòng khí nén xung quanh tia nước có tác dụng phá vỡ đất sơ bộ Vữa được bơm qua một vòi riêng biệt nằm dưới lắp đầy vữa vào các phần tử đất vữa được phá vỡ Thông thường đường kính cọc tạo ra từ 100 đến 500 cm tùy vào loại đất, khả năng tạo chiều dài cọc đến 65m

Hình 1 16 Cánh trộn trụ đất xi măng được sử dụng tại Dự án Nâng cấp nền bãi

50T/m2 cảng hạ lưu PTSC, Vũng Tàu (Ảnh chụp từ học viên)

1.2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cọc

Chất lượng của trụ đất xi măng ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, ngoài các yếu tố về khả năng thi công và kinh nghiệm của nhà thầu, sự phát triển của cường độ trụ đất xi măng chịu tác động khách quan của phản ứng hóa học giữa đất và vữa xi măng Các yếu tố đó có thể kể đến Theo Terashi (1997) như bảng sau :

Bảng 1 1 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng [5]

1 Thành phần của chất tạo ổn định  Loại đất tạo ổn định

 Chất lượng

 Trộn nước và phụ gia 2 Thành phần và điều kiện của đất

(đặc biệt quan trọng đối với đất sét)

 Những đặc tính hóa học tự nhiên và khoáng vật của đất

 Hàm lượng hữu cơ

 pH của nước lỗ rỗng

 Hàm lượng nước

 Thời gian trộn

 Khối lượng của chất tạo ổn định

 Thời gian dưỡng hộ

Xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng có quá trình lịch sử lâu đời, ngày càng hoàn thiện về công nghệ cùng với những ưu điểm vượt trội là giải pháp phổ biến hiện

nay Việc nghiên cứu tương quan giữa 2 giá trị Ec và qu là rất cần thiết để có cơ sở tính toán thiết kế sơ bộ ban đầu

Trên thế giới và tại Việt Nam cũng có nhiều nghiên cứu về tương quan Ec và quđể tối ưu cho công tác thiết kế, cân bằng giữa bài toán kỹ thuật và kinh tế, tuy nhiên giữa các tiêu chuẩn của các nước còn nhiều khác biệt Các nghiên cứu của các tác giả trên thế giới chỉ ra tương quan Ec/qu có giá trị dao động từ 100 ÷ 1000, đặc biệt theo các nghiên cứu của Mỹ đã kiến nghị lấy giá trị Ec=300qu và theo các nghiên cứu của Nhật đã kiến nghị sử dụng Ec=350qu để thiết kế Giá trị tương quan Ec và qu của các nghiên cứu của ThS Trịnh Viết Linh tại Việt Nam là Ec = 359 ÷ 833qu Giá trị này vẫn cao hơn so với theo tiêu chuẩn Việt Nam, đặc biệt chưa có nghiên cứu cụ thể cho từng vùng tại địa phương Giá trị đề xuất này giữa tiêu chuẩn TCVN và các nghiên cứu của Mỹ, Nhật Bản có sự khác biệt lớn, cần được xem xét đánh giá

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THỐNG KÊ MẪU, ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG

2.1 Lý thuyết thống kê mẫu

Phân phối chuẩn (Normal distribution) được nêu ra bởi một người Anh gốc Pháp tên là Abraham de Moivre (1733) Sau đó Gauss, một nhà toán học ngưới Đức, đã dùng luật phân phối chuẩn để nghiên cứu các dữ liệu về thiên văn học (1809) và do vậy cũng được gọi là phân phối Gauss Theo từ điển bách khoa về khoa học thống kê, vào thời đó người ta cho rằng mọi hiện tượng tự nhiên được coi như có phân phối chuẩn nhưng thật ra còn có những luật phân phối khác Tuy vậy hầu hết lý thuyết thống kê được xây dựng trên nền tảng của phân phối chuẩn

Hai thông số quan trọng trong một phân phối là giá trị trung tâm hay gọi là trung bình μ và phương sai σ2 (hoặc độ lệch chuẩn σ) và thường biểu thị bằng X ~ N (μ,σ2) (N viết tắt từ normal)

Ứng dụng: Phân phối chuẩn là một phân phối quan trọng trong thống kê, định

lý hội tụ trung tâm (central limit theorem) nói rằng phân phối của trung bình mẫu mẫu sẽ tiến tới phân phối chuẩn khi ta tăng cỡ mẫu Phân phối chuẩn thường được dùng trong thống kê suy luận dùng suy luận trung bình tổng thể và kiểm định giả thiết thống kê

Cho mẫu ngẫu nhiên (X1, X2,…Xn) kích thước n, đặc trưng X

Với: π = 3,14159

e = 2,71828 µ: trị số trung bình

 : độ lệch chuẩn

Hình 2 1 Sơ đồ Biến đổi phân phối chuẩn X (trị trung bình µ, độ lệch

chuẩn σ) thành phân phối chuẩn tắc Z (trị trung bình=0, độ lệch chuẩn=1) Phương trình đường cong chuẩn tắc theo Z sẽ là :

Theo đó, để nhận biết một phân phối chuẩn trong SPSS, có một số phương pháp sau : - Đơn giản nhất là xem biểu đồ với đường cong chuẩn (Histograms with normal

curve) với dạnh hình chuông đối xứng với tần số cao nhất nằm ngay giữa và các tần số thấp dần nằm ở 2 bên Trị trung bình (mean) và trung vị (mediane) gần bằng nhau và độ xẹp (skewness) gần bằng zero

- Vẽ biểu đồ xác suất chuẩn (normal Q-Q plot) Phân phối chuẩn khi biểu đồ xác suất này có quan hệ tuyến tính (đường thẳng)

- Dùng phép kiểm định Kolmogorov-Smirnov khi cỡ mẫu lớn hơn 50 hoặc phép kiểm Shapiro-Wilk khi cỡ mẫu nhỏ hơn 50 Được coi là có phân phối chuẩn khi mức ý nghĩa (Sig.) lớn hơn 0,05

Xác định kích thước mẫu trong nghiên cứu

Theo Harris (1985)[23] cho rằng cỡ mẫu phù hợp để chạy hồi quy đa biến phải bằng số biến độc lập cộng thêm ít nhất là 50

Hair và cộng sự (2014)[24] cho rằng cỡ mẫu tối thiểu nên theo tỷ lệ 5:1, tức là 5 quan sát cho một biến độc lập Như vậy, nếu có 2 biến độc lập tham gia vào hồi quy, cỡ mẫu tối thiểu sẽ là 5 x 2 = 10 Tuy nhiên, 5:1 chỉ là cỡ mẫu tối thiểu cần đạt, để kết quả hồi quy có ý nghĩa thống kê cao hơn, cỡ mẫu lý tưởng nên theo tỷ lệ 10:1 = 20 mẫu hoặc 15:1 = 30 mẫu

Đối với kích thước mẫu tối thiểu cho phân tích hồi quy, Green (1991)[25] đưa ra hai trường hợp

Trường hợp một, nếu mục đích phép hồi quy chỉ đánh giá mức độ phù hợp tổng quát của mô hình như R2, kiểm định F … thì cỡ mẫu tối thiểu là 50 + 8m (m là số lượng biến độc lập hay còn gọi là predictor tham gia vào hồi quy)

Trường hợp hai, nếu mục đích muốn đánh giá các yếu tố của từng biến độc lập như kiểm định t, hệ số hồi quy … thì cỡ mẫu tối thiểu nên là 104 + m (m là số lượng biến độc lập)

Đối với thông kê các mẫu trụ đất xi măng để đánh giá tương quan giữa giá trị Module đàn hồi Ec và cường độ chịu nén nở hông qu, Ec và qu là 2 biến cần quan tâm, từ đó kích thước mẫu tối thiểu để đủ tin cậy nhất đánh giá 2 giá trị này:

Từ thí nghiệm nén đơn trục, dựa vào định luật Hooke, ta có mối quan hệ giữa ứng suất σ và biến dạng ε của mẫu đất là:

σ = E x ε

Với E là modun biến dạng của mẫu, là tỷ số giữa ứng suất tác dụng lên mẫu thí nghiệm và biến dạng của mẫu tương ứng hay là độ dốc của đường cong quan hệ ứng suất và biến dạng Module biến dạng E được chia thành hai loại ứng với hai giai đoạn của biểu đồ gồm: module biến dạng đàn hồi Edh, ứng với giai đoạn quan hệ ứng suất biến dạng là tuyến tính và module biến dạng dư Edư [18]

Hình 2 2 Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và các giá trị module biến dạng E

Modun biến dạng tổng quát E0 là tỷ số giữa ứng suất với biến dạng tổng quát (gồm cả biến dạng đàn hồi và biến dạng dư)

Modun biến dạng E (kN/m2) cho biết khả năng của đất chống lại tác dụng nén lún của tải trọng tác dụng Giá trị E càng nhỏ thì đất càng yếu và biến dạng lún càng lớn Ngược lại, giá trị Module E càng lớn thì đất càng lớn thì biến dạng lún sẽ nhỏ Giá trị Modun biến dạng E được xác định từ biểu đồ quan hệ giữa cường độ chịu nén qu và biến dạng ε theo định luật Hook

Hình 2 3 Phương pháp xác định E50