báo cáo chuyên đề nền đất yếu & hướng dẫn sửdụng phần mềm plaxis tính toán thiết kế công trình trên nền đất yếu

Nền đất yếulà nền đất không đủsức chịu tải, không đủ độbền và bịbiến dạng nhiều, do vậy không thểxây dựng công trình lên trên nếu không có biện pháp xửlý thích hợp. Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xửlý nền móng cho phù hợp đểtăng sức chịu tải của nền đất, giảm độlún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Trong thực tếxây dựng, do không đánh giá chính xác được các tính chất cơlý của nền đất đểlàm cơsở đềra các giải pháp xửlý nền móng phù hợp, hoặc do không có những biện pháp xửlý hiệu quả đã dẫn đến có nhiều công trình bịlún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu. Đây là một vấn đềhết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽgiữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế đểgiải quyết, giảm được tối đa các sựcố, hưhỏng của công trình. Nền đất yếulà một trong những đối tượng nghiên cứu và xửlý khá phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán công phu. Để xửlý đất yếu đạt hiệu quảcao cũng phải có yếu tốtay nghềthiết kếvà bềdày kinh nghiệm xửlý của Đơn vịTưvấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý.

Nha Trang, tháng 6 - 2014

CÔNG TY CP TƯ VẤN XÂY DỰNG ĐIỆN 4

TRUNG TÂM TƯ VẤN XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN

NỀN ĐẤT YẾU & HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

CÔNG TY CP TƯ VẤN XÂY DỰNG ĐIỆN 4

TRUNG TÂM TƯ VẤN XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN

NỀN ĐẤT YẾU & HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

GĐ Trung tâm : Vương Anh Dũng

Người lập báo cáo : Trần Minh Kha

Nha Trang, tháng 11 - 2013

MỤC LỤC

Chương 1 : NỀN ĐẤT YẾU 1

1.1 THẾ NÀO LÀ ĐẤT YẾU? 1

1.2 CÁCH PHÂN BIỆT ĐẤT YẾU 1

1.2.1 Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý của đất 1

1.2.2 Phân biệt theo nguyên nhân hình thành 1

1.2.3 Sự phân bố của đất yếu 2

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 2

1.3.1 Tổng quan 2

1.3.2 Nhóm biện pháp xử lý về kết cấu công trình 2

1.3.3 Nhóm biện pháp xử lý về móng 3

1.3.4 Nhóm biện pháp xử lý về nền 3

1.3.5 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu thường dùng 5

1.4 PHÂN LOẠI XỬ LÝ VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG 11

1.4.1 Phân loại xử lý 11

1.4.2 Phạm vi áp dụng và các biện pháp 11

1.5 NHẬN XÉT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 13

1.6 CÁC CÔNG TRÌNH CÓ NỀN ĐẤT YẾU ĐÃ ĐƯỢC XỬ LÝ Ở VIỆT NAM 14 1.7 CÁC TÀI LIỆU QUI CHUẨN LIÊN QUAN 15

Chương 2 : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PLAXIS 16

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 16

2.1.1 Xuất xứ 16

2.1.2 Các phiên bản 16

2.1.3 Khả năng tính toán và phân tích các phiên bản phần mềm PLAXIS 16

2.1.4 Yêu cầu kỹ thuật và cài đặt phần mềm PLAXIS 17

2.2 CÁC TÍNH NĂNG CƠ BẢN CỦA PHẦN MỀM 18

2.2.1. Tính năng Input (Nhập dữ liệu) : 18

2.2.2. Tính năng Calculation (Tính toán) : 19

2.2.3. Tính năng Output (Biểu diễn kết quả tính) : 19

2.2.4. Tính năng Curves (Biểu diễn các đường cong của kết quả tính) : 19

2.3 TỔNG QUAN GIAO DIỆN PHẦN MỀM PLAXIS V.8 – 2D 20

2.3.1 Giới thiệu chung 20

2.3.2. Giới thiệu Menu chính 22

Chương 3 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS 28

3.1 MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN CƠ BẢN ỨNG DỤNG GIẢI BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS V.8 28

3.2 BÀI TOÁN PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG HỐ DÀO CHỐNG ĐỠ BẰNG CỪ CÓ

THANH CHỐNG NEO 28

3.2.1 Nội dung bài toán 29

3.2.2 Trình tự giải 30

3.2.2.1 Bước 1: Thiết lập tổng thể bài toán 30

3.2.2.2 Bước 2: Xây dựng mô hình hình học 32

3.2.2.3 Bước 3: Khai báo tải trọng 34

3.2.2.4 Bước 4: Thiết lập điều kiện biên 35

3.2.2.5 Bước 5: Khai báo đặc trưng vật liệu 36

3.2.2.6 Bước 6: Chia lưới phần tử 38

3.2.2.7 Bước 7:Thiết lập điều kiện về mực nước 39

3.2.2.8 Bước 8: Thiết lập giai đoạn & Tính toán 43

3.2.2.9 Bước 9: Xem và xuất kết quả 48

3.3 TỔNG KẾT TRÌNH TỰ VÀ CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TOÁN PLAXIS 53

3.4 VẤN ĐỀ AUTOCAD TRỢ GIÚP VẼ MÔ HÌNH 54

3.5 VẤN ĐỀ VẼ MÔ HÌNH TỪ MỘT BẢNG TỌA ĐỘ CÓ SẴN 56

Chương 4 : BÀI TOÁN ĐẮP ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 59

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 59

4.2 TRÌNH TỰ GIẢI 60

4.2.1 Thiết lập tổng thể bài toán 60

4.2.2 Xây dựng mô hình hình học 60

4.2.3 Khai báo tải trọng 61

4.2.4 Thiết lập điều kiện biên 61

4.2.5 Khai báo các tính chất vật liệu 61

4.2.6 Chia lưới phần tử 62

4.2.7 Thiết lập điều kiện ban đầu 62

4.2.8 Thiết lập các giai đoạn & Tính toán 64

4.2.9 Xem và xuất kết quả 71

4.2.10 Phân tích cập nhật lưới 81

Chương 5 : PHẦN MỀM PLAXIS - NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA 84

5.1 ỔN ĐỊNH MÁI DỐC – CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 84

5.2 CÁC BÀI TOÁN KỸ THUẬT ĐƯỢC GIẢI BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 85

Chương 6 : KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• PLAXIS Version 8 - Tutorial Manual ;

Lum (Plaxis AsiaPac, Singapore) & Dr Phung Duc Long (VSSMGE, Hanoi, Vietnam)

GHI CHÚ VỀ ẤN BẢN

Trong ấn bản tháng 6/2014 này, tác giả đã hiệu chỉnh và bổ sung một số

vấn đề mà Hội đồng xét nâng ngạch ký sư của Công ty đã đóng góp ý

kiến trong buổi tổ chức họp báo cáo chuyên đề ngày 21/6/2014

Chương 1 : NỀN ĐẤT YẾU

1.1 THẾ NÀO LÀ ĐẤT YẾU?

N ền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và bị biến dạng

nhiều, do vậy không thể xây dựng công trình lên trên nếu không có biện pháp xử lý

thích hợp

Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào

tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng

phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm

độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Trong thực tế xây dựng, do không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý

của nền đất để làm cơ sở đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp, hoặc do

không có những biện pháp xử lý hiệu quả đã dẫn đến có nhiều công trình bị lún,

sập khi xây dựng trên nền đất yếu Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự

kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết,

giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình

N ền đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý khá phức tạp,

đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán công phu Để

xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh

nghiệm xử lý của Đơn vị Tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý

1.2 CÁCH PHÂN BIỆT ĐẤT YẾU

1.2.1 Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý của đất

Về mặt chỉ tiêu cơ lý của đất ở trạng thái tự nhiên, đất được gọi là đất yếu khí:

- Môđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2);

- Sức chịu tải bé (R ≈ 0,5 – 1 daN/cm2)

- Độ ẩm gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy ;

- Hệ số rỗng lớn (ε >1);

xuống hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0,35daN/cm2

Có thể định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước (su ) và trị

số xuyên tiêu chuẩn (N), như sau:

- Đất rất yếu : su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2

1.2.2 Phân biệt theo nguyên nhân hình thành

Đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ:

- Loại có nguồn gốc khoáng vật: Thường là sét hoặc á sét trầm tích trong

nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng

- Loại có nguồn gốc hữu cơ: Hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng

thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa

phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật

1.2.3 Sự phân bố của đất yếu

Ở nước ta, đất yếu xuất hiện ở nhiều nơi, đặc biệt lưu vực sông Hồng và lưu

vực sông Cửu Long Đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven

sông, biển) hoặc ở các thung lũng thuộc vùng núi… Từ các khu vực châu thổ Bắc

bộ, Thanh - Nghệ Tĩnh, ven biển Trung bộ, đến đồng bằng Nam Bộ đều có những

vùng đất yếu

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

1.3.1 Tổng quan

Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện

một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún,

tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất Đối

với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất,

đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Các phương pháp xử lý nền đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện địa

chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục Kỹ thuật cải tạo nền đất

yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp

thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại

công trình khác nhau

Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình xây dựng

trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của

nó Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện

như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất Với từng điều kiện cụ thể mà

người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý Có nhiều biện pháp xử lý nền đất

yếu, được phân thành các nhóm như sau:

• Biện pháp xử lý về kết cấu công trình

• Biện pháp xử lý về móng

• Biện pháp xử lý nền

1.3.2 Nhóm biện pháp xử lý về kết cấu công trình

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện

biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải

bé Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền

hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình Người ta thường dùng các

biện pháp sau:

• Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả

năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công

trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng

• Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết

cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử

được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều

• Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng

lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả

năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán

xuất hiện ứng suất cục bộ lớn

1.3.3 Nhóm biện pháp xử lý về móng

Khi xây dựngcông trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương

pháp xử lý về móng thường dùng như:

• Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải

của nền; Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng

thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; Đồng

thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt

hơn, ổn định hơn Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2

yếu tố kinh tế và kỹ thuật

• Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp

lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như

điều kiện biến dạng của nền Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được

áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình Tuy nhiên đất có

tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp

• Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất

công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè

hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng

thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn

thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng,

tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng

cường khi móng bản có kích thước lớn

1.3.4 Nhóm biện pháp xử lý về nền

1 Phương pháp thay nền Đây là một phương pháp ít được sử dụng, để khắc

phục vướng mắc do đất yếu, nhà xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu

trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như

làm gối cát, đệm cát Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài,

áp dụng được với mọi điều kiện địa chất Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học

bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp

2 Các phương pháp cơ học Là một trong những nhóm phương pháp phổ

biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương

pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không

thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt

bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ), phương pháp vải

địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học

Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như

dùng máy đầm rung, đầm lăn Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ

chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng Sử dụng hệ thống lưới nền

cơ học chủ yếu áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường bộ

và đường sắt Sử dụng thuốc nổ sâu tuy đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn,

nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây

dựng

pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm

hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí

nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu Phương pháp này

chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn Phương pháp đòi

hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan

ý trong vòng 40 năm trở lại đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất

như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt

phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất

tương đối tiện lợi và phổ biến Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những

nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất Sử dụng thủy tinh ít phổ

biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít

dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ

sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất

công trình Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công

tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế

7 Các phương pháp thủy lực Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng

cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm

chân không, sử dụng điện thẩm Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm

một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng

tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế Nhóm hai ngoài mục đích

trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công

nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể

đâm xuyên, bơm cát…

1.3.5 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu thường dùng

1. Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát

Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước

(sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ

hơn 3m

Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp

lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt

Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:

• Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát

đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng

xuống các lớp đất yếu bên dưới

• Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng

suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát

• Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm

móng

• Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể

tiếp nhận được

• Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác

dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt

chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình

• Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng

tương đối rộng rãi

Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m Không nên

sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ

tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định.

2. Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt (cố kết đóng)

Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng có độ ẩm nhỏ thì có thể sử dụng

phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm tăng cường độ chống cắt của đất và làm

giảm tính nén lún

Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng như một tầng đệm đất,

không những có ưu điểm như phương pháp đệm cát mà cón có ưu điểm là tận dụng

được nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng đào đắp

Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau, thường

hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp này quả đầm

trọng lượng 1 - 4 tấn (có khi 5 - 7 tấn) và đường kính không nhỏ hơn 1m Để hiệu

quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra không nhỏ

hơn 0,2kG/cm2 với loại đất sét và 0,15kG/cm2 với đất loại cát

Cố kết đóng cho phép tăng cường độ sức chịu tải và giảm độ lún của nền

Công nghệ được dùng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phòng và TP HCM

Quả đấm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên

bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10-15m để đầm chặt nền Khoảng cách

giữa các hố đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt cố kết

động được tính bằng:

HW

¦5

• H - Chiều cao rơi quả đấm (m )

Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần cát và đá được đổ đầy hố đầm

Phương pháp cố kết đóng để gia cố nền đất yếu đơn giản và kinh tế, thích hợp với

hiện tượng mới san lấp và đất đắp cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt

trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố khoan

3. Phương pháp bệ phản áp

Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền

đường hoặc nền đê trên nền đất yếu Phương pháp đơn giản song có giới hạn là

phát sinh độ lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản

áp Chiều cao và chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức

kháng cắt của đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản

áp Bệ phản áp cũng được sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi và cát sủi

4. Phương pháp gia tải nén trước

Trong một số trường hợp, phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát

nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép Tải

trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai

Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đất đắp để gia

tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra Phương pháp này có thể sử

dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát

pha bão hoà nước Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:

• Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất;

• Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian

Các biện pháp thực hiện:

• Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công

trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình

• Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng

nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian

Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ

văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc

kết hợp cả hai biện pháp trên

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý

nền đất yếu Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát

đất nền một cách chi tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các

phương pháp thông thường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ

rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia

tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình,

đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng

Phương pháp gia tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung

ương (Hà Nội), Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải

Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam.

5. Gia tải trước với thoát nước thẳng đứng

Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để

xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng do sử dụng cọc cát

hoặc bằng thoát nước Cọc cát được đóng bằng công nghệ rung ống chống để

chiếm đất, sau đó cát được làm đầy ống và rung để đầm chặt Cọc cát có đường

kính 30-40cm Có thể được thi công đến 6-9m Giải pháp cọc cát đã được áp dụng

để xử lý nền móng một số công trình ở TP Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Hải Phòng,

Hà Nội

Bộ phận thoát nước thẳng đứng là bản nhựa được dùng để xử lý nền đất yếu

của Việt Nam từ thập kỷ 1980 Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được sử dụng

để thi công bản nhựa Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời

gian cố kết

Tại ven sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thước hình học

đường kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000tấn Nền công trình là đất yếu có

chiều dày lớn được xử lý nền bằng bản nhựa thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia

tải bằng hút chân không Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m Kết quả độ lún thực tế sau

2 lần gia tải là 3,26m (lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau độ lún bằng 0,86m), ở

đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính Sự khác nhau có thể do quá trình

tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt ven

sông

Trong công nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thoát nước thẳng đứng rất

cần thiết đặt hệ quan trắc lún

6. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với

gia tải trước Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có

thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết Phương pháp này thường

dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu Phương pháp bấc thấm (PVD) có

tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của

đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá

trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy

định trong thời gian cho phép Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập,

nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết

hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao

thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia

tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền

đắp không gia tải

Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao

ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay

Polyesie không dệt…) Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau:

• Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc

ngoài vào lõi chất dẽo

• Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra

ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước

Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay

vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung

quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị

Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho

nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn Nếu so sánh hệ số

thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm

của đất sét ( k = 10 x 10-5 m/ngày đêm) Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén

tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài.

7. Gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ

Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến

25cm Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun Cọc

nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho các công trình nhà, đường sá, đất đắp và

các dạng kết cấu khác Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu vì mang

lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu,

thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất yếu hơn,

giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình

Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý

nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu, nền đất luôn luôn ở trạng thái

ẩm ướt Cọc tràm và tre có chiều dài từ 2,5-6m được đóng để gia cường nền đất

với mực đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún Theo kinh nghiệm,

thường 25-30 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2 Tuy vậy nên dự tính sức

chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán

theo thông lệ Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không

hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ

8. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đá đầm chặt

được sử dụng.Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công

nghệ đầm trong ống chống Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để xây dựng

một số công trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng và Vũng Tàu Sức chịu

tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc Theo Broms

(1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có sức chịu tải

tới hạn là 60 kN Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể được sử dụng Khác với các loại

cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc cừ tràm, cọc tre ) là một bộ

phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền,

mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát

Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm

nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá

trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất được ép chặt do ống thép

tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị

ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý;

Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng

các loại vật liệu khác Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều

dày > 3m

9. Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc xi măng đất

Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn,

bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng

sau:

• Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20%

làm cho đất xung quanh nén chặt lại

• Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm

cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt

• Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của

đất giảm 5-8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5 - 3 lần

Việc chế tạo cọc xi măng đất cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô

chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ

vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước

đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun Hàm lượng ximăng có thể từ 7-15% và

kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả

cao hơn đất bùn gốc sét

Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên

từ 4-5 lần so với khi chưa gia cố Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất-ximăng này để

xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất-ximăng

này để gia cố nền là rất tốt

Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được dùng để chế tạo cùng đất xi măng

và đất vôi Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và áp dụng hiện trường

cho thấy:

- Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nước và gia cường nền Đây là giải

pháp công nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu

- Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm

lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng

- Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện Việt Nam so với vôi Tỷ lệ phần

trăm thường dùng là 8 – 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 – 15% trọng

lượng khô của đất

- Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng

- Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc

- Cọc đất xi măng được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp, nền

đê

-Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất vôi

1.4 PHÂN LOẠI XỬ LÝ VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

1.4.1 Phân loại xử lý

Thông thường việc phân loại xử lý căn cứ vị trí tầng đất, phương pháp xử lý

và được phân loại như sau:

- Vị trí tầng đất được xử lý: xử lý lớp mặt, xử lý tầng nông, xử lý tầng sâu

- Phương pháp xử lý: chất tải nén trước, tầng đệm cát, gia cố nền đường, bệ

phản áp, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia cố nền đất, nền đất bằng vật

liệu nhẹ); thay bằng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều dày lớp bùn không sâu);

thoát nước cố kết (bấc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm, dự ép

chân không, chân không chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức hợp (hạ cọc bê

tông, hạ cọc bằng chấn động, cọc xi măng đất, cọc đất – vôi – xi măng, cọc bê tông

có lẫn bột than); cọc cứng (cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ); cọc cừ tràm hoặc cọc

tre

- Xử lý không thêm vật liệu gia cố và thêm vật liệu gia cố:

+ Không thêm vật liệu: phương pháp cố kết đất (bấc thấm, gia cố chân

không); đầm nén đối với đất hạt rời (gia cố động, đầm chấn động)

+ Thêm vật liệu: Thêm vật liệu tự nhiên (cọc cát, đắp đá, cọc đá); thêm

vật liệu nửa cứng (cột vữa xi măng, phụt vữa…)

1.4.2 Phạm vi áp dụng và các biện pháp

1 Xử lý nền bằng cọc tre và cọc cừ tràm: xử lý nơi nền đất yếu có chiều sâu

nhỏ

2 Chất tải nén trước (gia tải trước): dùng để xử lý lớp đất yếu, có thể sử dụng

đơn độc hoặc có thể kết hợp với thoát nước cố kết, sử dụng liên hợp một cách phức

hợp

3 Tầng đệm cát: sử dụng nhiều ở lớp mặt nền đất yếu, thường kết hợp với

thoát nước theo chiều thẳng đứng

4 Gia cố nền đường: dùng cho các dạng đất yếu để nâng cao độ ổn định, giảm

bớt biến dạng không đều

5 Bệ phản áp: dùng để tăng độ ổn định và chống trượt lở công trình

6 Gia cố nền đường bằng chất vô cơ (vôi, sợi tổng hợp): sử dụng khi hàm lượng

nước lớn, cường độ chịu cắt thấp

7 Nền đường chất dẻo (sử dụng bọt khí FPS gia cố nền đất, trọng lượng FPS

ở đất là 1/50 ¸ 1/100): làm giảm tải trọng nền đường, giảm độ lún thích hợp lớp đất

có hàm lượng nước lớn, lớp đất yếu có độ dày lớn

8 Nền đường gia cố bằng hoá chất: khi phun hoá chất, nước và bọt khí qua

hỗn hợp trộn xong hình thành vật liệu sợi, trọng lượng có thể đạt 1/4 trọng lượng

đất, thích hợp với lớp đất có hàm lượng nước lớn, độ dày đất yếu lớn

9 Thay thế lớp đất yếu: dùng xử lý tầng nông, dùng ở lớp đất mỏng, độ dày

không lớn và phụ thuộc đất bùn

10 Bấc thấm, giếng bao cát: sử dụng xử lý lớp bùn đất, bùn sét, độ sâu xử lý

không vượt quá 25m

11 Cột cát, giếng cát, cọc đá dăm: sử dụng ở lớp bùn, bùn đất sét, nhưng dễ

sản sinh co ngót

12 Dự ép chân không: sử dụng với bùn đất, nền móng thuộc lớp bùn đất dính

13 Chân không - chất tải dự ép liên hợp: liên kết chân không và chất tải dự ép

sử dụng với đoạn đường đắp cao và đường đầu cầu, sử dụng chân không chất tải

dự ép nên sử dụng trong nền móng có bố trí giếng cát hoặc bấc thấm và bản thoát

nước, ép chân không có độ chân không nhỏ hơn 70 kPa

14 Ép cọc bê tông: sử dụng trường hợp không thoát nước, chống cắt lớn hơn

10 kPa

15 Hạ cọc bằng chấn động: sử dụng không thoát nước, cường độ chống cắt

lớn hơn 15 kPa

16 Cọc xi mămg (cọc xi măng - đất): bao gồm cọc phun vữa xi măng sử dụng

để gia cố nền đất yếu có cường độ chống cắt không nhỏ hơn 10 kPa, sử dụng cọc

phun bột xi măng (khô hoặc ướt) để gia cố nền đất yếu có độ sâu không vượt quá

15m

17 Cọc CFG (cọc bê tông có lẫn bột than): thích hợp với lớp đất có cường độ

chịu tải lớn hơn 50 kPa

18 Cọc cứng: thích hợp với khu vực đất yếu ở độ sâu lớn hơn nền đường cũ

1.5 NHẬN XÉT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

Các phương pháp cổ điển dùng giếng cát thoát nước thẳng đứng và cọc cát

làm chặt đất kết hợp với việc chất tải tạm thời là phương pháp đơn giản nhất nhưng

vẫn đạt hiệu quả cao cả về kỹ thuật, thời gian và kinh tế Theo phương pháp này,

người ta thường dùng giếng cát đường kính 50-60 cm, được nhồi vào nền đất yếu

bão hoà nước đến độ sâu thiết kế để làm chức năng những kênh thoát nước thẳng

đứng, nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết nền đất yếu Do đó, phương pháp này luôn

phải kèm theo biện pháp gia tải trước để tăng nhanh quá trình cố kết Lớp đất yếu

bão hoà nước càng dầy thì phương pháp giếng cát càng hiệu quả về độ lún tức thời

Trong thực tế, phương pháp này đã được ngành Giao thông vận tải áp dụng phổ

biến từ năm 1990 để xử lý nền đất yếu Công trình có quy mô lớn đầu tiên áp dụng

giếng cát để xử lý nền đất yếu được triển khai trên đường Thăng Long - Nội Bài

(Hà Nội) và đoạn Km 93 QL5 (đoạn Cảng Chùa Vẽ, Hải Phòng), sau này được áp

dụng đại trà trên nhiều tuyến Quốc lộ khác nữa, trong đó có đường Láng - Hoà Lạc

đường Pháp Vân - Cầu Giẽ

Từ năm 1960 trở lại đây phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật được các nước

trên thế giới áp dụng rộng rãi trong xử lý đất yếu Đặc biệt từ những năm 1990 trở

lại đây, các nước ASEAN đã áp dụng phổ biến vải địa kỹ thuật với 6 chức năng cơ

bản, là: ngăn cách, lọc nước, gia cường đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất

nền, làm lớp bảo vệ và ngăn nước Phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật cũng đã

được áp dụng lần đầu tiên tại Việt Nam từ cuối những năm 90 của thế kỷ 20 trên

QL5, QL51, QL10 và đường Láng - Hoà Lạc (Hà Nội)

Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc đất - vôi/ xi măng (XM) là một

công nghệ mới được thế giới biết đến và áp dụng từ những năm 1970 nhưng đạt

được công nghệ hoàn chỉnh và phát triển mạnh mẽ phải tính từ những năm 1990

trở lại đây Phương pháp cọc đất - vôi / XM có thể được chia ra làm 2 loại :

phương pháp trộn khô, phun khô và phương pháp trộn phun ướt - mà thực chất

phương pháp này là phun vữa Đối với Việt Nam, công nghệ cọc đất - vôi/ XM lần

đầu tiên được Thuỵ Điển chuyển giao công nghệ cho Bộ Xây dựng vào những năm

1992-1994, sử dụng trong gia cường nền nhà và công trình xây dựng dân dụng Tại

nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng công nghệ cọc đất - vôi / XM cho gia cố nền

đất yếu trong các dự án đường bộ, đường sắt đã cho hiệu quả rất cao Do vậy, nếu

nghiên cứu để áp dụng cho các dự án đường bộ đắp trên nền đất yếu khu vực đồng

bằng sông Cửu Long thì rất có thể sẽ là một trong các phương pháp hiệu quả góp

phần giải quyết tình trạng lún kéo dài và kém ổn định của nền đường tại khu vực

này

Từ những năm 90 của thập kỷ trước, cạnh phương pháp cổ điển, lần đầu tiên

công nghệ mới xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm thoát nước thẳng đứng

(PVD) kết hợp gia tải trước đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trên thế giới Tại

Việt Nam, công nghệ mới bấc thấm này đã được sử dụng trong xử lý nền đất yếu

cho Dự án nâng cấp QL5 trên đoạn Km 47 - Km 62 vào năm 1993, sau đó dùng

cho QL51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu) và đường Láng - Hoà Lạc Từ 1999 -

2004, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để xử lý đất yếu trong các dự án

nâng cấp và cải tạo QL1A, QL18, QL60, QL80 Theo báo cáo về các sự cố công

trình nền đường ôtô xây dựng trên vùng đất yếu trong những năm gần đây, các vấn

đề mắc phải của nền đường đắp trên đất yếu trong thời gian qua ở Việt Nam chủ

yếu dưới dạng nền đường bị lún sụt - trượt trồi và ở dạng lún kéo dài ảnh hưởng

lớn đến chất lượng khai thác đường Gần đây nhất, nhiều đoạn nền đường đắp trên

đất yếu tuyến Pháp Vân - Cầu Giẽ trên QL1A (đoạn cửa ngõ Hà Nội), mặc dù đã

được xử lý và không xuất hiện các vết nứt nhưng biến dạng lún vẫn còn kéo dài

Theo số liệu đo đạc quan trắc cho thấy, sau một năm đưa vào khai thác, nền vẫn

lún thêm khoảng 40-60 cm, ảnh hưởng lớn đến khai thác

Về nguyên tắc, mỗi một phương pháp xử lý đất yếu đều có phạm vi áp dụng thích

hợp; đều có những ưu điểm và nhược điểm nói riêng Do đó, căn cứ vào điều kiện

cụ thể của nền đất yếu, địa hình, điều kiện địa chất, phương pháp thi công và kinh

nghiệm của tư vấn thiết kế mà có thể lựa chọn ra phương pháp hợp lý nhất Tiêu

chuẩn cho phép lún của nền đường ôtô sau khi đưa đường vào khai thác cũng cần

phải được xem xét theo quan điểm kinh tế - kỹ thuật Trong đó, phải lựa chọn và so

sánh theo các quan điểm hoặc là sử dụng các biện pháp đắt tiền để tăng nhanh độ

lún tức thời hoặc là hãy chấp nhận một độ lún nhất định bằng việc sử dụng các

biện pháp rẻ tiền và đơn giản hơn để rồi sau đó cho thông xe và theo thời gian tiến

hành bù lún bằng rải bù lớp mặt đường Thực tế đã cho thấy, nếu lún nhiều mà

không nứt, không xảy ra trượt trồi thì việc tổ chức kịp thời rải bù mặt đường cũng

sẽ không gây ảnh hưởng gì lớn đến khai thác

1.6 CÁC CÔNG TRÌNH CÓ NỀN ĐẤT YẾU ĐÃ ĐƯỢC XỬ LÝỞVIỆT

NAM

Trong những năm qua, các công trình giao thông được nâng cấp cải tạo và

xây dựng mới Cùng với sự phát triển công nghệ, các dự án xây dựng giao thông

đã áp dụng hầu hết các phương pháp trên thế giới để xử lý nền đất yếu như:

- Quốc lộ 1A: sử dụng cọc cát, bệ phản áp (đầu cầu Phù Đổng), bấc thấm, vải

địa kỹ thuật (đoạn Cà Mau – Năm Căn)…

- Quốc lộ 5: sử dụng bấc thấm kết hợp vải địa kỹ thuật, tầng đệm cát, vét

bùn…

- Quốc lộ 18,10: sử dụng cọc cát, tầng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật, bấc

thấm

- Dự án đường Hồ Chí Minh (giai đoạn 1): thay đất yếu, làm rãnh ngầm hạ

mực nước ngầm, thả đá hộc (Km89 – Km92)

- Dự án đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương: cầu cạn, vét bùn thay đất,

giếng cát, bấc thấm, sàn giảm tải

- Những công nghệ mới như cọc xi măng - đất áp dụng để xử lý nền móng sân

bay Trà Nóc (TP Cần Thơ), đường vào khu khí điện đạm Cà Mau

- Hút chân không áp dụng để xử lý nền móng nhà máy khí điện đạm Cà Mau

Việc đưa ra một số các biện pháp xử lý nền đất yếu mới góp phần làm phong

phú các phương pháp xử lý nền móng trong công tác xây dựng nền đường qua

vùng địa hình có địa chất yếu từ đó có cơ sở để lựa chọn những biện pháp tối ưu để

áp dụng cho công trình đường Hồ Chí Minh một cách có hiệu quả

1.7 CÁC TÀI LIỆU QUI CHUẨN LIÊN QUAN

Cho đến nay, ở nước ta vẫn chưa xây dựng được những tiêu chuẩn riêng của

Việt Nam về tính toán thiết kế hoặc quy trình công nghệ thi công để xử lý nền dất

yếu Những tài liệu về thiết kế và thi công tại Việt Nam đang áp dụng dưới đây đều

biên soạn và dịch từ các tài liệu của nước ngoài chuyển giao:

- Tiêu chuẩn Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất ximăng (TCVN 9403:2012);

-Tiêu chuẩn Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước (TCVN

9355:2012);

- Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường:

22TCN 244-98;

- Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩnthiết kếthi

công và nghiệm thu: 22TCN 248-98;

- Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn

thiết kế: 22TCN 262-2000;

- Chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công trình thuỷ lợi

(ban hành kèm theo 1871 NN-KHCN/QĐ ngày 04/11/1996 của bộ NN&PTNT);

- Bảng tiêu chuẩn vải địa kỹ thuật không dệt

Các tài liệu nói trên, tác giả đã thu thập và lưu tại địa chỉ:

\\P9_Khatm\Giao luu\TAI LIEU

Chương 2 : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PLAXIS

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.1.1 Xuất xứ

Sự phát triển phần mềm PLAXIS được bắt đầu từ năm 1987 tại Đại học Kỹ

thuật DELFT, đây là một sáng kiến của Bộ Công chính và Quản lý nước của Hà

Lan Phiên bản PLAXIS v.1 đầu tiên được thành lập do GS R.B.J Brinkgreve và

P.A Vemeer khởi xướng Quá trình nghiên cứu phần mềm này đã hình thành cầu

nối giữa các kỹ sư địa kỹ thuật và các chuyên gia lý thuyết Mục tiêu phần mềm

nhằm mục đích phân tích các bài toán ổn định đê biển và đê sông tại các vùng bờ

biển thấp trên nền đất yếu của Hà Lan

Năm 1993 Công ty PLAXIS BV được thành lập để chuyên nghiên cứu và

phát triển phần mềm PLAXIS Từ năm 1998, PLAXIS được xây dựng theo

phương pháp phần tử hữu hạn và được mở rộng để bao trùm hầu hết các lĩnh vực

khác của địa kỹ thuật.

2.1.2 Các phiên bản

Đến nay phần mềm PLAXIS đã được phát triển và hoàn thiện dần theo từng

phiên bản, cụ thể như sau:

2.1.3 Khả năng tính toán và phân tích các phiên bản phần mềm PLAXIS

1) PLAXIS v.8 – 2D : Phân tích biến dạng và ổn định các bài toán địa kỹ

thuật theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM - Finite element method)

2D trong trường hợp đất bão hòa và không bão hòa; biến dạng đàn dẻo;

các loại mô hình đất tiên tiến; phân tích ổn định, cố kết; phân tích độ an

toàn; cập nhật lưới và đường mực nước trong trạng thái ổn định

2) PLAXIS 2D Dynamics: Môđun này xây dựng theo FEM – 2D, có khả

năng phân tích các dao động trong đất (do các lực động nhân tạo và động

đất gây ra) và ảnh hưởng của chúng tới các công trình lân cận Áp lực

nước lỗ rỗng dư được phân tích Tuy nhiên, yếu tố hoá lỏng chưa được

xem xét do sự phức tạp của quá trình vật lý liên quan và sự hạn chế của mô

hình Plaxis về khía cạnh này Các phiên bản trong tương lai sẽ nghiên cứu

kỹ và chi tiết hơn vấn đề hoá lỏng này

PLAXIS Phiên

bản v.1 v.2 v.3 v.4 v.5 v.6 v.7 Dynamics Tunnel 3D

v.8-2D PlaxFlow Found 3D

3D version

2 Năm 1987 1989 1990 1991 1993 1995 1998 2000 2001 2002 2003 2004 2006

3) PLAXIS PlaxFlow - v.1: Môđun này có khả năng phân tích thêm trong

môi trường đất đá theo FEM – 2D với các bài toán thấm ổn định và không

ổn định, môi trường đẳng hướng và bất đẳng hướng

PlaxFlow có thể được tích hợp với Plaxis 2D để phân tích các bài toán về

ứng suất và biến dạng (dòng thấm ổn định)

4) PLAXIS 3D Tunnel - v.2: Pphân tích biến dạng và ổn định theo bài toán

3 chiều trong thiết kế đường hấm theo FEM Môđun này chủ yếu dùng cho

phân tích các công trình ngầm, nhưng nó còn có khả năng phân tích các

vấn đề địa ký thuật khác Lưới FEM 3D với độ chính xác yêu cầu được

phát sinh khi tính toán Chương trình 3D Tunnel có khả năng kết hợp

nhiều yêu cầu, bao gồm: phân tích biến dạng đàn dẻo tĩnh, các mô hình đất

tiến tiến, phân tích ổn định, cố kết, phân tích an toàn, cập nhật lưới và

đường mực nước ổn định

5) PLAXIS 3D Foundation: Phân tích biến dạng và ổn định các bài toán

móng bè, móng cọc, công trình biển theo FEM Chương trình 3D

Foundation có khả năng kết hợp nhiều yêu cầu tương tự như 3D Tunnel

2.1.4 Yêu cầu kỹ thuật và cài đặt phần mềm PLAXIS

1) Yêu cầu kỹ thuật đối với máy tính cài đặt:

Để cài đặt và chạy được phần mềm PLAXIS, các thông số kỹ thuật của máy

tính phải đạt yêu cầu tối thiểu như sau:

Cài đặt bình thường như những phần mềm đã được Crack thông thường khác

Quá trình cài đặt nếu có xảy ra sự cố, có thể cài đặt lại

3) Khởi động phần mềm:

Sau khi cài đặt xong, nên đưa Logo phần mềm ra màn hình Desktop để thuận

tiện trong sử dụng Thực hiện như sau:

- Click vào Start ở Task bar (đáy màn hình)

- All Programs \ …\1- Plaxis Input

- Right Click vào 1- Plaxis Input, chọn Send to, chọn Desktop (Create

shortcut ) Xem hình 2.1 trang sau

Hình 2.1 Đưa Logo phần mềm ra màn hình Desktop

2.2 CÁC TÍNH NĂNG CƠ BẢN CỦA PHẦN MỀM

Phần mềm PLAXIS V.8.2 gồm 4 tính năng cơ bản: Input, Calculation,

Output và Curves

2.2.1 Tính năng Input (Nhập dữ liệu) :

Biểu tượng Module Input (Nhập dữ liệu) như hình bên

Khi khởi động phần mềm PLAXIS V.8.2, mặc định tính năng Input sẽ hiện

ra và trên thanh công cụ ở góc trên trái của màn hình chỉ còn hiển thị biểu tượng

của 3 tính năng: Cal, Output và Curves như hình sau :

Bi ểu tượng các

tính n ăng

Tính năng Input được dùng để:

- Tạo mặt cắt ngang mô hình hình học (Graphical input of cross section

models) Chức năng này cho phép nhập các lớp đất đá công trình, quá trình xây

dựng, điều kiện tải trọng và điều kiện biên dựa trên các công cụ vẽ tương tự như

trong môi trường AutoCad, cho phép vẽ đạt mức độ chi tiết và chính xác mặt cắt

ngang hình học của mô hình

- Tạo lưới tự động (Automatic Mesh Generation) Phần mềm PLAXIS V.8.2

cho phép tự động tạo ra số lượng hữu hạn phần tử lưới cho toàn bộ mô hình hoặc

cho các phần tử cục bộ Lưới 2D thông thường là lưới hình tam giác

- Tạo mô hình đường hầm (Tunnel) Phần mềm PLAXIS 3D cho phép tạo ra

các mô hình đường hầm có mặt cắt ngang hình dạng bất kỳ bằng các cung tròn,

đường thẳng và các góc Có thể tạo ra các mặt cắt tiếp xúc giữa vỏ chống và đất đá

xung quanh

- Tải trọng tác dụng phân bố hoặc tập trung (Distributed or point loads) Cho

phép gán các loại tải trọng tác dụng lên mặt cắt mô hình có dạng phân bố hoặc tập

trung

- Phần tử tấm (Plates) Các phần tử dạng tấm đặc biệt được sử dụng để thể hiện

mô hình vỏ chống hầm, vỏ khiên đào, tường trong đất và các cấu trúc dạng mỏng

khác

- Thiết lập các điều kiện ban đầu (Initial conditions)

2.2.2 Tính năng Calculation (Tính toán) :

Sau khi nhập đầy đủ các dữ liệu đầu vào của mô hình hình học, tính năng

Calculaion (tính toán) sẽ thực hiện chức năng tính toán để cho ra kết quả theo điều

kiện ban đầu đã nhập

Trong tính năng này có thể xác định kết quả tính theo từng Phase (bước ,

giai đoạn) của tiến trình thi công

2.2.3 Tính năng Output (Biểu diễn kết quả tính) :

Tính năng này cho phép biểu diễn các kết quả tính toán như chuyển vị, ứng

suất, biến dạng…của đất đá xung quanh công trình theo dạng không gian 2 chiều

2.2.4 Tính năng Curves (Biểu diễn các đường cong của kết quả tính) :

Tính năng này cho phép biểu diễn các quan hệ ứng suất, biến dạng, chuyển

vị & lực tại các thời điểm thi công khác nhau tại các điểm bất kỳ của mô hình tính

(dưới dạng đồ thị, bảng biểu…)

2.3 TỔNG QUAN GIAO DIỆN PHẦN MỀM PLAXIS V.8 – 2D

2.3.1 Giới thiệu chung

Sau khi Double click vào

Logo của phần mềm, sẽ xuất hiện

hộp thoại Create/Open Project,

trong đó mục Open có 2 lựa chọn

Create/Open Project., nếu chọn

New project , sẽ xuất hiện hộp

thoại General settings (thiết lập

thông tin chung) như hình 2.3;

trong đó có 2 Tab là Project và

Dimensions (mặc định hiện ra

Tab Project trước):

- Tab Project : Gồm các khai báo

tổng quan về tên file, tiêu đề,

Commebts (ghi chú), Model (kiểu): Plainstrain/Axisymmetry,

Elements (phần tử):15-Node/6

Node , Earth gravity (gia tốc trọng

trường)…

- Tab Dimensions : Gồm các khai báo về Units (đơn vị), Geometry dimensions

(kích thước hình học), Grid (lưới)

Ghi chú: Chấp nhận hệ thống đơn vị đã

được thiết lập:

+ Chiều dài: mét + Lực: kN

+ Thời gian: ngày (24h) Khi đã chấp nhận hệ thống đơn vị như trên,

Úng suất sẽ được tính theo kN/m 2, khối

lượng tính theo kN/m 3

Sau khi thực hiện xong các khai báo trong hộp thoại General settings, sẽ xuất

hiện cửa số giao diện Module Input phần mềm Plaxis như hình 2.6 như sau:

- Vùng vẽ là nơi thể hiện mô hình hình học của dự án, được vẽ bằng cách

dùng chuột click vào vị trí cần vẽ hoặc có thể vẽ bằng phương pháp Manual input

(Nhập tọa độ điểm: Giá trị tọa độ x và y của điểm được nhập tại dòng Point on

geometry line ở đáy màn hình Giữa x và y cách nhau bằng một khoảng trắng

space hoặc dấu chấm phẩy ;)

Khi cửa sổ giao diện hiện ra như hình 2.6, có thể Double Click vào vùng

thước ngang hoặc thước đứng, sẽ xuất hiện hộp thoại General Settings như đã thể

hiện ở hình 2.5

2.3.2 Giới thiệu Menu chính

1. Menu File :

a) New: Tạo dự án mới (Có thể dùng biểu

t ượng trên thanh công c ụ).

b) Open: Mở dự án đã có trên đĩa (Có thể

dùng bi ểu tượng trên thanh công c ụ).

c) Save: Lưu giữ một dự án với tên đã có (Có

th ể dùng biểu tượng trên thanh công

c ụ).

d) Save as: Lưu giữ một dự án với tên mới

e) Print: In dự án với máy in được chọn (Có

th ể dùng biểu tượng trên thanh công

c ụ).

f) Work directory: Thiết lập thư mục làm việc mặc định- nơi dự án sẽ được

lưu

g) Import: Nhập dữ liệu hình học từ kiểu file khác, gồm:

− Kiểu file *.shn (Plaxis 6)

− Kiểu file *.geo (Geo Slope)

h) General settings: Thiết lập thông tin chung

i) Exit: Thoát ra khỏi cửa sổ Input

2. Menu Edit :

a) Undo : Hủy bỏ lệnh, trở về trạng thái trước đó

(Có thể dùng biểu tượng trên thanh công cụ

a) Zoom in: Phóng to (Có thể dùng biểu

t ượng trên thanh công c ụ)

b) Zoom out: Thu nhỏ (Có thể dùng

bi ểu tượng trên thanh công c ụ)

c) Reset view : Xem lại toàn bộ vùng

vẽ

d) Table: Hiển thị bảng tọa độ các điểm

(Coordinate table) trong vùng vẽ

Coordinates table - trên thanh công

c ụ) Khi bảng hiện ra, có thể hiệu

chỉnh giá trị tọa độ các điểm, đồng thời vị trí các điểm tương ứng trên vùng vẽ sẽ được cập nhật theo

trên và biên trái màn hình

f) Crosshair: Hiển thị hoặc ẩn lưới ngang và đứng tại vị trí con trỏ

g) Grid: Hiển thị hoặc ẩn lưới trong vùng vẽ

h) Axes: Hiển thị hoặc ẩn gốc tọa độ

i) Snap to grid: Hiển thị hoặc ẩn chức năng truy bắt điểm

j) Point numbers: Hiển thị hoặc ẩn tên (số thứ tự) điểm

4. Menu Geometry (Mô hình hình học) :

a) Geometry line: Chức năng này dùng để tạo điểm và đường trong vùng vẽ Bằng cách

click chuột tại vị trí tọa độ tương ứng (như

AutoCad) hoặc bằng cách nhập tọa độ điểm tại dòng đáy màn hình (Chi tiết xem trang 32)

(Có thể dùng biểu tượng trên thanh công c ụ)

b) Plate: Chức năng này dùng để thể hiện tường cừ (Có thể dùng biểu

t ượng trên thanh công c ụ)

c) Geogrid : Thể hiện vải địa kỹ thuật trong mô hình hình học (Có thể dùng

bi ểu tượng trên thanh công c ụ)

d) Node-to-node anchor: Sử dụng để tạo ra liên kết neo giữa các cấu kiện

(Có th ể dùng biểu tượng trên thanh công c ụ)

e) Fixed-end anchor: Sử dụng để tạo ra kiểu liên kết neo giữa cấu kiện với

đất nền (Có thể dùng biểu tượng trên thanh công c ụ)

f) Interface : Sử dụng để tạo mô hình hóa sự tương tác giữa kết cấu và đất

(Có th ể dùng biểu tượng trên thanh công c ụ)

g) Tunnel : Tạo mô hình hình học cho đường hầm, cống ngầm (Có thể

dùng bi ểu tượng trên thanh công c ụ)

h) Hinge and Rotation Spring: Tạo ra một kết nối khớp (một điểm nơi đầu

dầm, có thể quay tự do Có thể dùng biểu tượng trên thanh công c ụ)

nước lỗ rỗng dư lấy bằng 0 Lựa chọn này được dùng khi phân tích cố

kết thấm hoặc tính dòng thấm của nước dưới đất (Có thể dùng biểu

t ượng trên thanh công c ụ)

lượng bị rút đi từ nguồn hoặc bù vào khối đất (Có thể dùng biểu tượng

trên thanh công c ụ)

5. Menu Loads (tải tọng) :

Gồm các chức năng chính : a) Standard fixities : Thiết lập điều kiện

biên của bài toán (Có

th ể dùng biểu tượng

trên thanh công

c ụ)

b) Standard earthquake boundaries : Thiết lập điều kiện biên của động đất

c) Standard absorbent boundaries (dynamics) : Thiết lập điều kiện biên hấp

thụ (trong bài toán động)

d) Set Dynamic load system : Thiết lập hệ thống tải trọng trong bài toán

động

e) Total fixities : Tổng hợp các điều kiện biên

f) Vertical fixities : Điều kiên biên theo phương đứng

g) Horizontal fixities : Điều kiên biên theo phương ngang

h) Rotation fixities (plates) : Quay điều kiện biên (phần tử tấm) (Có thể

dùng bi ểu tượng trên thanh công c ụ)

i) Absorbent boundaries : Điều kiện biên hấp thụ

j) Prescribed displacements (static) : Tạo ra chuyển vị cưỡng bức (Có thể

dùng bi ểu tượng trên thanh công c ụ)

k) Distributed load – static load system A: Thiết lập lực phân bố loại A

(Có th ể dùng biểu tượng trên thanh công c ụ)

l) Distributed load – static load system B: Thiết lập lực phân bố loại B (Có

th ể dùng biểu tượng trên thanh công c ụ)

m) Point load - static load system A: Thiết lập lực tập trung loại A (Có thể

dùng bi ểu tượng trên thanh công c ụ)

n) Point load - static load system B: Thiết lập lực tập trung loại B (Có thể

dùng bi ểu tượng trên thanh công c ụ)

6. Menu Materials (vật liệu) :

Gồm các chức năng chính :

a) Soil & Interfaces… : Để khai báo / sửa đổi tính

chất các loại vật liệu đất nền & cấu kiện

b) Plates… : Để khai báo / sửa đổi tính chất vật liệu tấm

c) Geogrids… : Để khai báo / sửa đổi tính chất vật liệu vải địa kỹ thuật

d) Anchor… : Để khai báo / sửa đổi tính chất vật liệu thanh neo

Khi click vào biểu tượng, sẽ xuất hiện hộp thoại như hình 2.14 cho phép khai báo

(New), sửa đổi (Edit) các tính chất của một lớp vật liệu hoặc của một loại vật liệu

nào đó

7. Menu Mesh (lưới phần tử) :

Gồm các chức năng chính :

a) Basic element type : Kiểu phần tử cơ bản Khi click vào mục này sẽ tái

xuất hiện hộp thoại General settings như đã trình bày ở hình 2.4 trang

20

b) Global coarseness : Độ thô lưới Khi click vào mục này sẽ xuất hiện hộp

thoại Mesh generation setup như hình 2.15 Trong danh sách xổ xuống

Element distribution gồm các mức độ làm mịn lưới phần tử: Very coarse

(rất thô), Coarse (thô), Medium (trung bình), Fine (mịn) và Very fine

(rất mịn)

8. Menu Initial (điều kiện ban đầu):

Menu này chỉ gồm một chức năng Initial conditions Có thể click vào biểu

9. Menu Help :

Menu này gồm các chức năng trợ giúp tương tự như các phần mềm khác

Chương 3 : HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS

3.1 MỘT SỐ DẠNG BÀI TOÁN CƠ BẢN ỨNG DỤNG GIẢI BẰNG PHẦN

MỀM PLAXIS V.8

Một số dạng bài toán ứng dụng giải bằng phần mềm Plaxis V.8 như sau :

- Phân tích lún của móng tròn trên cát ;

- Phân tích biến dạng móng băng ;

- Phân tích biến dạng kết cấu - đất làm việc đồng thời ;

- Phân tích biến dạng của chuyển vị đê đập ;

- Phân tích biến dạng hố đào ;

- Phân tích ổn định giếng nước thải ;

- Phân tích ổn định công trình âu ụ tàu ;

- Phân tích động của công trình nhà chịu ảnh hưởng của động đất ;

- Một số bài toán có mô hình tương tự khác…

Nhìn chung, khả năng tính toán và phân tích của phần mềm PLAXIS V.8 rất

đa dạng và phong phú, đáp ứng hầu hết các bài toán địa kỹ thuật trong thực tế xây

dựng công trình trên nền đất yếu Trong khuôn khổ của một Báo cáo chuyên đề

(nhằm phục vụ công tác xét nâng ngạch kỹ sư), tác giả không có tham vọng và

cũng không đủ năng lực để trình bày toàn bộ những dạng bài toán địa kỹ thuật nêu

trên mà chỉ xin tập trung vào một bài toán cụ thể sau đây :

3.2 BÀI TOÁN PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG HỐ DÀO CHỐNGĐỠBẰNG

CỪ CÓ THANH CHỐNG NEO

Nội dung bài toán dưới đây được trích dịch từ cơ sở nguyên bản tiếng Anh

trong tài liệu TUTORIAL MANUALS của phần mềm PLAXIS Version 8 (trong

thư mục cài đặt\Manuals\English); đồng thời tác giả trình bày chi tiết cách giải và

có viết thêm các phần lưu ý quan trọng

3.2.1 Nội dung bài toán

Hố đào rộng 30 m, sâu 20 m Hố đào ở vị trí gần sông, để thi công khô cần

sử dụng tường cừ chống thấm sâu 30 m với các thanh chống đặt cách nhau 5 m

Tải trọng trên bề mặt hố đào cách vị trí tường chắn 2 m là tải trọng phân bố đều

trong phạm vị bề mặt 5m xung quanh hố đào Xem hình dưới đây

Thông số Ký hiệu Đất sét Cát chặt Đơn vị

Mô hình vật liệu Model Coulomb Mohr- Coulomb Mohr- -

Trọng lượng riêng trên MN ngầm γunsat 16.00 17.00 kN/m3

Trọng lượng riêng dưới MN ngầm γsat 18.00 20.00 kN/m3

Hệ số thấm theo phương ngang kx 0.001 1.00 m/day

Hệ số thấm theo phương đứng ky 0.001 1.00 m/day

Moduyn đàn hồi (const) Eref 10 000 40 000 kN/m2

Phạm vi chiều sâu ảnh hưởng của hố móng khoảng 40 m, phạm vi ảnh

hưởng theo chiều ngang có thể xét như hình vẽ trang trước Hố đào được chia làm

3 giai đoạn thi công Tường chắn là cừ thép, thanh chống được mô hình bởi phần

tử đàn dẻo, có các đặc trưng thông số như bảng sau:

TƯỜNG CHẮN (CỪ) THANH CHỐNG Đơn vị

Mô hình vật liệu Material type Elastic Elastic -

3.2.2.1 Bước 1: Thiết lập tổng thể bài toán

Sau khi khởi động chương trình Plaxis 8.2 sẽ xuất hiện hộp thoại Create/Open

Poject Chọn New Project

như hình 3.2

project

Click <OK> Xuất hiện hôp thoại General Settings như hình 3.3

Trong thẻ Project của hôp thoại General Settings, đặt tên bài toán trong

vùng Title, trong Model chọn Plain strain và chọn kiểu Element là loại 15 nút

(hình 3.3)

Hình 3.3 Các mục chọn trong thẻ Project của hộp thoại General Settings

Chuyển sang thẻ Dimesions của hôp thoại General Settings, các mục chọn

như hình sau:

- Trong Units: Giữ nguyên các đơn vị đã mặc định (Chiều dài = m, Đơn vị

lực = kN, Thời gian = day)

- Trong Grids: Giữ nguyên các giá trị đã thiết lập về khoảng chia lưới

(Spacing =1; Number of intervals=1)

- Trong Geometry dimensions: Chọn các kích thước Left và Right lần lượt là

0 và 45; kích thước Bottom và Top lần lượt là 0 và 40

Chọn OK để tắt hộp thoại General settings, đồng thời mở ra cửa sổ giao

diện để thực hiện các tác vụ xây dựng mô hình hình học

Ghi chú:

- Vì m ặt cắt ngang hố đào (hình 3.1) có tính đối xứng, do đó theo phương

ngang c ần 45 m và phương đứng cần 40 m

- Khi c ần gọi hộp thoại General settings để hiệu chỉnh các thông số, vào

menu File s ẽ nhìn thấy mục này Ngoài ra, còn có thể double click chuột

trong vùng th ước đứng hoặc thước ngang (bên trái hoặc bên trên vùng vẽ)

3.2.2.2 Bước 2: Xây dựng mô hình hình học

Sau khi thiết lập tổng thể xong và nhấn OK trong hộp thoại General settings,

màn hình giao diện sẽ mở ra như hình 2.6; để vẽ đường (line), trên menu chính,

vào mục Geometry\Geometry Line hoặc chọn biểu tượng

Xây dựng mô hình hình học theo một trong hai cách sau:

• Phương pháp click chuột :

Màn hình giao diện hình 2.6 có thể hiện vị trí con trỏ chuột tương tự như

màn hình AutoCad Sau khi chọn lệnh vẽ (ví dụ vẽ đường bao - Geometry Line), di

chuyển con trỏ đến gốc toạ độ (0; 0), click chuột Lúc này trên màn hình sẽ xuất

hiện một điểm có toạ độ (0; 0) Di chuyển con trỏ về bên phải (nhìn vào thanh

trạng thái ở đáy màn hình sẽ thấy các giá trị toạ độ (x; y) thay đổi tương ứng với vị

trí con trỏ trên màn hình – tương tự như AutoCad), đến vị trí toạ độ (45; 0) click

chuột Tương tự click chuột ở các vị trí (45; 40), (0; 40) Cuối cùng quay về điểm

đầu tiên (gốc toạ độ), click chuột và click chuột phải để kết thúc

• Phương pháp nhập toạ độ điểm :

Hoàn toàn tương tự như trong môi trường AutoCad, sau khi chọn lệnh vẽ,

nhập toạ độ điểm tại dòng đáy màn hình (Point number and coordinates) Lưu ý

toạ độ điểm được nhập theo cú pháp (x; y) hoặc (x _ y) (giữa x và y cách nhau dấu

chấm phẩy hoặc khoảng trắng) Nhấn Enter, điểm sẽ xuất hiện tương ứng trên màn

hình Nhấn ESC kết thúc lệnh

Chú ý:

− N ếu dùng phương pháp click chuột, kết thúc lệnh vẽ bằng click chuột phải

− D ấu chấm là dấu phân cách thập phân của giá trị toạ độ

2) Vẽ đường phân lớp địa tầng

Tương tự như trên, dùng menu lệnh Geometry Line hoặc công cụ để vẽ

đường ngang phân chia giữa lớp đất sét và lớp cát chặt (bằng phương pháp click

chuột hoặc phương pháp nhập toạ độ điểm) Đường phân chia lớp địa tầng đi

ngang qua 2 điểm có toạ độ (0; 20) và (45; 20)

Tương tự như trên, dùng menu lệnh Geometry Line hoặc công cụ để vẽ

đường ngang phân chia giữa các giai đoạn thi công (bằng phương pháp click chuột

hoặc phương pháp nhập toạ độ điểm) Đường ngang phân chia giữa các giai đoạn

thi công gồm 2 đường: Đường trên đi ngang qua 2 điểm có toạ độ (30; 38) và

(45; 38) Đường dưới đi ngang qua 2 điểm có toạ độ (30; 30) và (45; 30)

Dùng menu lệnh Geometry Plate hoặc dùng công cụ để mô hình hoá

kết cấu từng cừ (bằng phương pháp click chuột hoặc phương pháp nhập toạ độ

điểm như đã trình bày ở trên) Tường cừ đi qua 2 điểm có toạ độ: (30; 40) và

(30; 10)

Vì tường cừ là dạng bề mặt, cần khai báo bề mặt (phần tử tương tác) như

sau:

chuột đến vị trí đỉnh tường (30; 40), click chuột, di chuyển con trỏ chuột xuống vị

trí đáy tường (30; 10), click chuột Theo hướng mũi tên đi xuống, phần tử tương

tác được tạo phía trái tường Tương tự như vậy, theo hướng mũi tên đi lên, click

chuột tại đáy tường rồi dịch chuyển con trỏ lên phía đỉnh tường, click chuột, click

chuột phải để kết thúc

Dùng menu lệnh Geometry\

Fixed end anchor hoặc dùng công cụ

để mô hình hoá thanh chống

Thanh chống gắn vào tường cừ tại

điểm (30,39) Di chuyển con trỏ đếm

điểm này và click chuột, hộp thoại

Fixed end anchor sẽ xuất hiện Nhập

chiều dài thanh neo 15 m (một nửa bề

rộng đào do tính chất đối xứng của

mặt cắt) và nhấn nút OK (chấp nhận

góc định hướng là 0o )

Chú ý:

Trong quá trình xây d ựng mô hình hình học, để có được chức năng tự động

b ắt dính điểm (như trong AutoCad), cần chọn:

- Click chuột vào menu View, sau đó chọn Grid (hoặc bấm Ctrl + G);

- Click chuột vào menu View, sau đó chọn Snap to grid (hoặc bấm Ctrl + S);

- Khi t ạo điểm rất gần với đường, điểm này thường bắt dính vào đường, bởi

vì vi ệc tạo lưới (the mesh generator) không thể nhận biết điểm không trùng

kh ớp với đường khi có khoảng cách nhỏ

- Nói chung ch ỉ có điểm tồn tại trong hệ toạ độ hiện hành và chỉ có đường

t ồn tại giữa 2 điểm (In general, only one point can exist at a certain

coordinate and only one line can exist between two points) Điểm hoặc

đường trùng khớp sẽ tự động hiểu là một điểm hoặc một đường (Coinciding

points or lines will automatically be reduced to single points or lines) Th ủ

đường) thừa (The procedure to drag points ontoexisting points may be used

to eliminate redundant points (and lines))

3.2.2.3 Bước 3: Khai báo tải trọng

Trước tiên cần vẽ tải trọng

Dùng menu lệnh Loads\ Distributed load – static load system A hoặc dùng

công cụ để vẽ tải trọng Click chuột tại 2 điểm có toạ độ (23; 40) và (28; 40),

click chuột phải để kết thúc lệnh vẽ Khai báo tải trọng bằng cách click chuột vào

vi có tải trọng, hộp thoại Select sẽ hiện ra bên cạnh mô hình

Hộp thoại Select có 2 lựa chọn, click chuột vào mục Distributed Load

(system A) , nhấn OK , hộp thoại Distributed load – static load system A xuất hiện

Nhập vào 2 ô Y-value cùng một giá trị - 5 kN/m2 (vì là lực phân bố đều nên 2 giá

trị Y này bằng nhau) Xem hình dưới đây:

Ghi chú:

Nh ằm thuận lợi hơn trong việc khai báo tải trọng, cần chọn công cụ Zoom in

, quét ch ọn khu vực lực phân bố vừa vẽ (thao tác tương tự như trong môi

tr ường AutoCad) để phóng to hình dạng lực phân bố lên, sau đó mới dùng

công c ụ Selection để double click chuột vào đường mặt đất trong phạm

vi có t ải trọng.

3.2.2.4 Bước 4: Thiết lập điều kiện biên

Dùng menu lệnh Loads\ Stanđard fixities hoặc công cụ để thiết lập điều

kiện biên Kết quả là chương trình tạo cố định tại đáy và thanh cuộn đứng tại các

phương đứng Điều kiện biên này thích hợp trong mô hình đối xứng tại đường biên

phải (đường tâm hố đào)

Mô hình hình học sau khi thiết lập như hình sau: