Tiểu luận xử lý nền đất yếu ước tính độ lún của nền đắp được gia cố bằng bấc thấm ở sân bay quốc tế băng cốc 2

ƯỚC TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẮP ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG BẤC THẤM Ở SÂN BAY QUỐC TẾ BĂNG-CỐC II B Indraratna & I W Redana A S Balasubramaniam NỘI DUNG BÀI BÁO Tóm tắt: Nghiên cứu mô tả việc ước tính độ lún có kể đến tác động xáo động ba đắp thử nghiệm đất yếu gia cố bấc thấm công trường sân bay quốc tế Băng-Cốc II Trong trình phân tích, lời giải đối xứng trục cố điển cho toán cố kết theo phương đứng quy đổi thành toán phân tích biến dạng phẳng 2D tương đương Qua cho thấy kết luận tác động xáo động phân tích thoát nước chiều cải thiện việc cách đáng kể độ lún dự đoán đường tâm đắp 1.1 Giới thiệu Trong hai thập kỷ qua, cọc cát bấc thấm sử dụng rộng rãi nhằm mục đích cải tạo đất yếu Lời giải cổ điển thoát nước theo phương đứng chứng minh tốt (Barron, 1948; Hansbo, 1981) sử dụng phổ biến việc dự đoán độ lún có sử dụng biện pháp tiêu thoát nước theo phương đứng Do phát triển phương pháp phân tích phần tử hữu hạn biến dạng phẳng, nhiều mô hình với lời giải biến dạng phẳng tương đương giới thiệu (Cheung, 1991; Hird et al., 1992), Hird et al., 1992, mở rộng lời giải toán đối xứng trục thoát nước theo phương đứng có kể đến xáo động sang toán phân tích biến dạng phẳng 2D Indraratna and Redana (1997), tiếp nối Hird et al (1992) Hansbo (1981), mở rộng phương pháp phân tích biến dạng phẳng có đề cập cách rõ ràng đến ảnh hưởng việc xáo động xung quanh giếng cát, bấc thấm Sự xuất vùng xáo động tránh khỏi trình thi công giếng cát, bấc thấm dùi dẫn Barron (1948), đề xuất ý tưởng việc giảm hệ số thấm tương đương để giảm hệ số cố kết tổng quát Hansbo (1979) giới thiệu vùng xáo động với hệ số giảm hệ số thấm Trong nghiên cứu này, vùng xáo động xung quanh giếng cát, bấc thấm với hệ số chiết giảm hệ số thấm xác định cụ thể, chấp nhận phân tích biến dạng phẳng 2D Mô hình phân tích với lý thuyết Cam-Clay sử dụng để dự đoán độ lún áp lực nước lỗ rỗng thặng dư dọc đường tâm đắp 1.2 Mô hình biến dạng phẳng Indraratna and Redana (1997) bán kính R vùng ảnh hưởng giếng cát, bấc thấm chiều lấy tương đương bề rộng B biến dạng phẳng (Hình ), tỷ số toán biến dạng phẳng quy đổi hệ số thấm ngang vùng bị k 'hp xáo động hệ số thấm ngang vùng không bị xáo động k hp xác định bởi:   k k h  α + ( β ) 'hp + ( θ ) ( 2lz - z )  k hp   k hp = k n k  ln  ÷+  'h ÷l n ( s ) − 0.75 + π ( 2lz − z ) h qw  s   kh  () với: 2bs  bs bs2  α= − 1 − + ÷ B  B 3B  ; β= θ= b b − b w ) + s ( 3b 2w − bs2 ) ( s B 3B ; k 2hp  bw 1 − k Bq z  B ' hp  ÷  () () () Một nửa bề rộng thoát nước qui đổi b w nửa bề rộng vùng xáo động bs biến dạng phẳng diễn đạt sau: bw = πrw2 πr bs = s 2S 2S () Nếu ảnh hưởng vùng xáo động kháng giếng cát bỏ qua, tỷ số k hp toán biến dạng phẳng hệ số thấm xuyên tâm ngang k h toán đối xứng trục biểu diễn sau: k hp kh = 0.67 ln ( n ) − 0.75 () Nếu bỏ qua ảnh hưởng kháng giếng cát bấc thấm xét đến tác động xáo động hệ số thấm vùng bị xáo động k 'hp cho sau (Indraratna and Redana, 1997): k 'hp k hp = β  k hp   n   k h  ln  ÷+  ' ÷l n ( s ) − 0.75  − α kh   s   kh   () đó: rs - bán kính vùng bị xáo động; rw - bán kính giếng cát, bấc thấm; s = rs / rw ; n = R / rw ; S – khoảng cách giếng cát, bấc thấm; B – bề rộng phần tử đơn vị biến dạng phẳng (B = R); k h k 'h - hệ số thấm theo phương ngang bên bên vùng bị xáo động; Trong trường hợp sử dụng bấc thấm, đường kính thoát nước tương đương định nghĩa sau: d= a−b () đó, a – bề rộng bấc thấm b – bề dày bấc thấm Hình Chuyển đổi từ phần tử đơn vị đối xứng trục (a) sang biến dạng phẳng (b) (Indraratna and Redana, 1997) 1.3 Hiện trường thử nghiệm sân bay quốc tế Băng-Cốc II Ba đắp thử nghiệm (TS1, TS2 TS3) công trường sân bay quốc tế Băng-Cốc II cách Băng-Cốc 30 km hướng đông Các đặc trưng lớp đất bao gồm thông số Cam-Clay lịch sử ứng suất trường đắp trình bày Hình Lớp đất bên lớp đất sét phong hóa (dày 1.5 m) nằm lớp đất yếu dày 12 m Bên lớp đất yếu lớp sét cứng có độ sâu từ 20 ÷ 24 m so với bề mặt đất Trong mùa ẩm, khu vực thường xuyên bị ngập lụt nói chung lớp đất có độ ẩm cao Ba đắp thử nghiệm TS1, TS2 TS3 có kích thước mặt 40 m x 40 m với độ dốc mặt bên 3:1 xây dựng gia cố phương pháp có sử dụng bấc thấm Bấc thấm cắm vào đất theo kiểu hình vuông với độ sâu 12 m Có ba loại bấc thấm sử dụng Flodrain (FD4-EX), Castle Board (CS1) Mebra (MD-7007) Loại bấc thấm sử dụng khoảng cách bấc thấm trình bày bảng bên Các bấc thấm cắm dùi dẫn (125 x 45 mm) ấn liên tục vào đất với tải trọng tĩnh để giảm khả xáo động Nền đắp Loại bấc thấm Tiết diện bấc thấm Khoảng cách bấc thấm TS1 Flodrain 100 mm x mm 1.5 m TS2 Castle Board 94 mm x mm 1.2 m TS3 Mebra 100 mm x mm 1.0 m Hình Hồ sơ địa chất, thông số Cam-Clay điều kiện ứng suất sử dụng phân tích số, sân bay quốc tế Băng-Cốc II, Thái Lan (theo Asian Institute of Technology, 1995) Nền đắp thi công giai đoạn Tốc độ gia tải lịch sử xây dựng ba công trình đắp thể Hình 4a Tải trọng giai đoạn tương đương với ứng suất theo phương đứng 18 kPa, sau giai đoạn 45 kPa, giai đoạn 54 kPa giai đoạn 75 kPa Để trì ổn định đắp TS1, bờ đất rộng 5m cao 1.5 m bổ sung, tải trọng gia tăng từ 45 kPa đến 54 kPa Áp lực nước lỗ rỗng độ lún đo vòng năm Ứng xử đất yếu theo dõi thông qua bàn lún, nghiêng kế hàng loạt áp kế, kể ống đứng mở, áp kế chạy khí nén thủy lực kín Ứng xử lún đất sét tải trọng phân tích phương pháp phần tử hữu hạn, mở rộng tử CRISP nguyên (Britto and Gunn, 1987), với với mô hình CamClay hiệu chỉnh (Roscoe and Burland, 1968) Một phân tích sâu tiến hành dựa nhiều chương trình phát triển tác giả Hình 3b thể mô hình phần tử hữu hạn đắp, cấu tạo thành từ phần tử tam giác biến dạng tuyến tính có nút áp lực lỗ rỗng Do tính đối xứng, cần xét nửa đắp đủ Hệ số thấm theo phương đứng k v đo đất không bị xáo động cho Hình 2, biến dạng phẳng tương đương chuyển đổi biểu thức (6) (7) mô hình tác giả Trong vùng xáo động, hệ số thấm theo phương ngang lấy hệ số thấm theo phương đứng bên vùng xáo động, hệ số thấm theo phương ngang lấy 1.75 – lần hệ số thấm theo phương đứng (Bergado et al., 1991; Indraratna and Redana 1998a) Bán kính tương đương bấc thấm bán kính dùi dẫn (đối xứng trục) quy đổi biểu thức (8), tương ứng với rw = 0.03 m rm = 0.06 m Bán kính vùng xáo động lấy 0.3 m, khoảng lần bán kính dùi dẫn dựa nghiên cứu cố kết với quy mô lớn Kỹ thuật ước tính mở rộng vùng xáo động mô tả Indraratna and Redana, (1998a) Bề rộng vùng biến dạng phẳng tương đương giếng cát, bấc thấm vùng bị xáo động xác định biểu thức (5) Trong phân tích, thông số Cam-Clay λ lấy gần với giá trị κ hai giai đoạn đầu gia tải, áp lực tiền cố kết chưa bị vượt qua Lớp đất sét mô tả đặc điểm điều kiện thoát nước biên trên, diện lớp sét cứng bên độ sâu 12 m Kết phân tích biến dạng phẳng với độ lún đo được biểu diễn Hình cho tất đắp Sự phân tích dựa điều kiện thoát nước hoàn hảo (không có xáo động, tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng nhanh chóng) cho kết dự đoán lớn so với độ lún đo được, kể đến xáo động có cải thiện đáng kể đến kết dự đoán Riêng TS1 TS3, tương thích tốt hệ số thấm vùng xáo động hệ số từ đến Kiến nghị k 'hp tăng nhẹ với thực tế hệ số thấm vùng bị xáo động lớn so với giá trị đo phòng thí nghiệm với thiết bị cố kế tỷ lệ lớn (Indraratna and Redana, 1998a) Áp lực nước lỗ rỗng theo dự đoán đo dọc theo đường tim đắp độ sâu m bên mặt đất so sánh Hình Xu hướng diễn biến gia tăng áp lực nước lỗ rỗng dự đoán tốt giai đoạn 2, sau gia tải giai đoạn 3, kết dự đoán áp lực nước lỗ rỗng lớn so với kết đo Một lần khẳng định điều kiện xáo động phần tử cho dự đoán tốt giai đoạn 4, hệ số thấm vùng bị xáo động tăng nhẹ Như dự đoán, với điều kiện thoát nước hoàn hảo cho kết áp lực nước lỗ rỗng thấp so với thực tế Trong mô hình phần tử hữu hạn, việc tăng đột ngột áp lực nước lỗ rỗng tương ứng với đỉnh giai đoạn gia tải lúc phản ánh giá trị đo Lý thực tế, tải áp vào chậm không đều, áp lực nước lỗ rỗng tăng đột biến (như mô phân tích số) thường biểu 1.4 Kết luận Trong nghiên cứu này, đặc trưng ba đắp thử nghiệm gia cố theo phương pháp thoát nước theo phương đứng khảo sát với phương pháp phân tích biến dạng phẳng Qua cho thấy việc mô hình chi tiết với ảnh hưởng xáo động vùng lân cận giếng cát, bấc thấm cải thiện kể độ lún áp lực nước lỗ rỗng dự đoán trước cách đáng kể Mô hình với điều kiện thoát nước hoàn hảo cho kết dự đoán lớn so với độ lún quan trắc… Hình (a) Nền đắp điển hình với thoát nước theo chiều thẳng đứng; (b) Chia lưới mô hình phần tử hữu hạn vùng lân cận bấc thấm (Indraratna and Redana, 1998) Hình (a) Lịch sử gia tải; (b), (c) (d) độ lún bề mặt đường tâm đắp (TS1), (TS2) (TS3), SBIA (Indraratna and Redana, 1998b) ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT BÀI BÁO 2.1 Những đóng góp báo - Bài báo đưa phương pháp chuyển đổi từ toán đối xứng trục sang toán biến dạng phẳng để từ mô đầy đủ toán cần xét - Cho thấy ảnh hưởng vùng xáo động xung quanh giếng cát, bấc thấm mà cụ thể thay đổi hệ số thấm vùng bị xáo động, đến kết dự đoán độ lún áp lực nước lỗ rỗng - Đưa kiến nghị giải pháp xét tới xáo động tăng hệ số thấm vùng bị xáo động lên (2 – lần) so với kết thí nghiệm phòng 2.2 Những điều cần bổ sung - Nêu thành phần biểu thức chưa đầy đủ, cụ thể biểu thức (1) chưa nêu rõ ý nghĩa thông số q w , z l - Chưa đề cập đến việc lấy bán kính vùng bị xáo động khoảng lần so với bán kính dùi dẫn - Chưa đánh giá hiệu sử dụng loại bấc thấm có tiết diện khác cho đắp thử nghiệm phương diện độ lún áp lực nước lỗ rỗng MỤC LỤC 10 ... Hiện trường thử nghiệm sân bay quốc tế Băng- Cốc II Ba đắp thử nghiệm (TS1, TS2 TS3) công trường sân bay quốc tế Băng- Cốc II cách Băng- Cốc 30 km hướng đông Các đặc trưng lớp đất bao gồm thông số... tích số, sân bay quốc tế Băng- Cốc II, Thái Lan (theo Asian Institute of Technology, 1995) Nền đắp thi công giai đoạn Tốc độ gia tải lịch sử xây dựng ba công trình đắp thể Hình 4a Tải trọng giai đoạn... nói chung lớp đất có độ ẩm cao Ba đắp thử nghiệm TS1, TS2 TS3 có kích thước mặt 40 m x 40 m với độ dốc mặt bên 3:1 xây dựng gia cố phương pháp có sử dụng bấc thấm Bấc thấm cắm vào đất theo kiểu