Giải pháp sử dụng cọc để xử lý nền đất yếu đã được nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới và ở nước ta từ những năm 1980 với những giải pháp công nghệ như cọc đất xi măng, đất gia cố vôi, cọc tiết diện nhỏ như cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép. Các giải pháp này thường kết hợp với sàn giảm tải bê tông cốt thép nhằm mục đích truyền toàn bộ tải trọng đất đắp và giao thông xuống cọc để đảm bảo đất yếu dưới phần đất đắp không phải chịu tải trọng, không gây biến dạng lún mặt đường.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật xây dựng đường ô tô Mã số: 8580205 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÀN TRUYỀN TẢI MỀM XUỐNG CỌC GIA CƯỜNG ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG LƯỚI ĐỊA KỸTHUẬT Học viên thực Cán hướng dẫn khoa học : Bùi Việt Hùng : TS Nguyễn Thị Loan TS Nguyễn Văn Quang Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật xây dựng đường ô tô Mã số: 8580205 Ngày giao luận văn Ngày nộp luận văn : : Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SÀN TRUYỀN TẢI MỀM XUỐNG CỌC GIA CƯỜNG ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT Học viên thực : Bùi Việt Hùng Lớp: K2CH2DO21 Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Loan; TS Nguyễn Văn Quang Đơn vị : Bộ mơn Đo đạc khảo sát cơng trình - Khoa Cơng Trình Trường Đại học Cơng nghệ Giao Thông Vận Tải Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, đáng tin cậy chưa cơng bố cơng trình khác Học viên Bùi Việt Hùng LỜI CÁM ƠN Trong q trình học tập hồn thành luận văn này, tơi nhận hướng dẫn tận tình thầy, cô giáo công tác môn Đường bộ, môn Đo đạc khảo sát công trình trường Đại học Cơng nghệ Giao Thơng vận tải Trước hết, xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo cơng tác khoa: Cơng trình, trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải tận tình dạy bảo cho tơi suốt q trình học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Loan, TS Nguyễn Văn Quang người dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp đỡ tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè người thân động viên khích lệ tơi suốt q trình học tập thực luận văn Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý báu thầy cô, đồng nghiệp bạn Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Bùi Việt Hùng DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTCT Bê tông cốt thép B Độ sệt ĐXM Đất xi măng ĐKT Địa kỹ thuật GRPS Cọc kết hợp vật liệu ĐKT (Geosynthetics Reinforced Pile Supported) LTP Lớp truyền tải (Load Transfer Platform) MC Mơ hình đất Mohr – Coulomb SCP Cọc xi măng đất DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tải trọng truyền vào cọc từ thực nghiệm Zaeske (2001) Bảng 2.2 Bảng hệ số Ω theo phương pháp Colin Bảng 2.3 Bảng hệ số riêng phần cho vât liệu cốt Bảng 2.4 Bảng hệ số riêng phần cho thiết kế đắp đất yếu có cọc hỗ trợ Bảng 2.5 Hệ số vòm cho đắp Bảng 3.1 Thông số cọc DƯL D300-loại A Bảng 3.2 Giá trị môđun đàn hồi theo giá trị SPT Bảng 3.3 Giá trị mơđun đàn hồi theo thí nghiệm phòng Bảng 3.4 Giá trị môđun đàn hồi kiến nghị Bảng 3.5 Bảng thông số đầu vào phần mềm Plaxis Bảng 3.6 Các đặc trưng mặt cắt cọc mũ cọc đơn Bảng 3.7 Các đặc trưng mặt cắt tương đương Bảng 3.8 Thông số đặc trưng lưới ĐKT Tenax TT090 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Kí Đơn hiệu vị ε1, ε2 % ε % εc % α độ αι độ δa,k độ γ γω kN/m kN/m Giải thích ý nghĩa Độ dãn dài tương đối theo phương m dài Độ dãn dài cốt ĐKT Biến dạng tương đối cọc theo phương thẳng đứng Góc nghiêng cạnh vòm đất Góc nghiêng mặt trượt phân tố với mặt phẳng nằm ngang Góc ma sát chủ động trường hợp đắp cọc Trọng lượng thể tích đất đắp Trọng lượng thể tích nước độ Góc ma sát hữu hiệu đất đắp ϕ’cv1 độ Góc ma sát lớp đất phía cốt ĐKT ϕ’cv2 độ ϕi độ θP độ σ’v kPa ϕ’cv Ω Góc ma sát lớp đất lớp phía cốt ĐKT Góc ma sát phần tử tiếp xúc Góc đứng phương qua mép mũ cọc vai đường Ứng suất thẳng đứng trung bình đáy đắp: Hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào độ dãn Kí hiệu Đơn Giải thích ý nghĩa vị dài ωs kPa Ngoại tải đặt đắp m Chuyển vị chân cọc m Chuyển vị đất chân cọc Hệ số tương tác cốt ĐKT với lớp đất phía cốt a'2 ĐKT Diện tích mũ cọc đỉnh cọc (trường hợp Ac m2 p'c kPa Ứng suất thẳng đứng mũ cọc A m2 Diện tích mặt cắt ngang cọc a m Kích thước mũ cọc vng kích thước quy đổi từ mũ cọc tròn Hệ số tương tác liên quan đến tiếp xúc cốt ĐKT a’ đất Hệ số tương tác cốt ĐKT với lớp đất phía cốt a'1 AE khơng có mũ cọc) ĐKT m2 Cc Phần diện tích cọc Hệ số vòm ci kPa d m E MPa Lực dính đơn vị phần tử tiếp xúc Đường kính mũ cọc đường kính quy đổi Mơ đun đàn hồi vật liệu cọc Ecap Hiệu truyền tải mũ cọc Ecr Hiệu truyền tải đỉnh vòm Emin Giá trị nhỏ hai giá trị Ecap Ecr Es,k MPa Ffoot kN fm Mô đun đàn hồi đất Lực nén chân cọc Hệ số vật liệu riêng phần cho cốt ĐKT Kí Đơn hiệu vị FMax kN fms Lực nén lớn cho phép chân cọc Hệ số riêng phần vật liệu áp dụng với tanϕ Hệ số riêng phần phương diện thiệt hại fn mặt kinh tế fp Fpi Giải thích ý nghĩa Hệ số riêng phần sức kháng kéo cốt kN/m fs Sức chịu tải cọc i m chiều dài tuyến đường Hệ số riêng phần sức kháng trượt cốt H m Chiều cao đất đắp hi m Khoảng cách lớp cốt Hv m Chiều cao vòm đất J1, J2 kN/m Jx, Jy kN/m Mô đun độ dãn dài cốt ĐKT theo phương Mô đun độ dãn dài cốt ĐKT theo phương x y k Số cọc nằm vùng trượt Ka Hệ số áp lực đất chủ động Kfoot kPa Kn, Kt kPa xúc cọc chân cọc Mô đun độ cứng đàn hồi chống cắt theo phương vng góc thân cọc phần tử tiếp xúc Hệ số áp lực đất bị động, Kp = tan2(450 + α/2) Kp ks Biểu thị mô đun độ cứng đàn hồi phần tử tiếp kN/m Ks kPa Lb m Hệ số Mô đun độ cứng đàn hồi chống cắt theo phương dọc theo thân cọc phần tử tiếp xúc Chiều dài neo giữ cốt theo mặt cắt ngang cần thiết phụ thuộc vào hàng cọc ngồi Kí Đơn hiệu vị Li m Ln m LP m MD mi Giải thích ý nghĩa Chiều dài đoạn cốt ĐKT lớp i Chiều dài tính tốn đoạn cốt ĐKT giới hạn tam giác vòm đất Khoảng cách theo phương nằm ngang từ mép mũ cọc đến chân taluy kN.m Mô men gây trượt m Chiều dài phân bố ngoại lực mảnh thứ i MRP kN.m Mô men chống trượt cọc MRR kN.m Mô men chống trượt cốt ĐKT MRS kN.m Mô men chống trượt đất n Độ dốc taluy đắp QP kN Khả chịu tải cọc nhóm Rd m Bán kính cung trượt Rinter Hệ số suy giảm cường độ, s m sy m sd m Khoảng cách hai cọc liên kề tính từ tim cọc theo phương vng góc tim đường Khoảng cách cọc tính theo phương song song với tim đường; Khoảng cách lớn hai cọc ô lưới cọc tính từ tim cọc TD kN/m Cường độ thiết kế cốt ĐKT Ti kN/m Cường độ chịu kéo lớp cốt ĐKT thứ i Tr kN/m Trp kN/m Lực kéo cốt tải trọng thẳng đứng Trp1, Trp2 Lực kéo tính tốn 1m rộng cốt, Tr = Trp + Tds kN/m Lực kéo theo phương ứng suất 1và Kí hiệu Tu Đơn Giải thích ý nghĩa vị kN/m Cường độ chịu kéo danh định cốt ĐKT tw m Chiều dày lớp đất yếu ui m uP m Chuyển vị cọc us m Chuyển vị đất Wi kN Trọng lượng mảnh wi kPa Ứng suất lớp cốt thứ i Wtr kN y m Chiều cao mực nước ngầm tính từ mặt trượt phân tố Lực thẳng đứng diện tích AE tĩnh tải đất đắp ngoại tải gây Độ lún lệch cọc đất yếu xung quanh Mục Lục Hình 3.9 Lưới địa kỹ thuật Tenax TT090 Thông số kỹ thuật lưới địa kỹ thuật Tenax TT090 thể 3.8 Bảng 3.8 Thông số đặc trưng lưới ĐKT Tenax TT090 Lưới địa kỹ thuật trục Tên sản phẩm Chất liệu Polymer HDPE Loại Tenax TT090 Chỉ tiêu lý Cường độ Cường độ chịu kéo giới hạn chiều dọc kN/ m 90 Độ giãn dài chiều dọc % 13 g/m Trọng lượng 600 Độ cứng chống kéo lưới địa kỹ thuật: EA = F/(Δl/l) = 90/(0.13/1m) = 692 kN/m d Trình tự tính tốn mơ hình - Bước 1: Thi cơng cọc, lưới địa kỹ thuật kết cấu mặt đường 85 - Bước 2: Tác dụng tải trọng tức thời 14kPa - Bước 3: Giai đoạn sử dụng dài hạn - Bước 4: Tính tốn ổn định dài hạn Hình 3.10- Bước 1: Thi công cọc, lưới địa kỹ thuật kết cấu mặt đường 86 Hình 3.11- Bước 2: Tác dụng tải trọng tức thời 14kPa 3.4 Kết tính tốn phần mền Plaxis 2D a Chuyển vị hệ cọc, mặt đường, vải địa trình sử dụng 87 Hình 3.12- Chuyển vị đứng hệ cọc, mặt đường, vải địa q trình sử dụng Kết tính toán độ lún dài hạn (sau 30 năm) hệ cọc: U = 6.429cm 88 Hình 3.13- Chuyển vị ngang hệ cọc, mặt đường, vải địa trình sử dụng Kết tính tốn chuyển vị ngang dài hạn (sau 30 năm) hệ cọc: U = 11.14cm Như kết chuyển vị ≤30 cm, nên kết chuyển vị đạt yêu cầu b Ứng suất hệ cọc 89 Hình 3.14 Hướng ứng suất tác dụng lên đầu cọc Hình 3.15 Sự phân bố ứng suất cọc đất Ứng suất tác dụng lên cọc: σp = 26kPa Ứng suất tác dụng lên đất nền: σn = 10kPa Hệ số tập trung ứng suất: n = σp/ σn = 2.6 90 Hình 3.16 Biểu đồ lực dọc cọc Nmax = -47.06kN/m Hình 3.17 Biểu đồ lực cắt cọc Qmin = -2.5kN/m, Qmax = 1.3kN/m 91 Hình 3.18 Biểu đồ mơmen cọc Mmax = 10.81kN.m/m Mômen lớn cọc: Mpmax = 10.81x0.3 = 3.243 kN.m Với cọc PC D300 Class A, mômen kháng nứt lớn là: Mcr = 24.6 kN.m Do đó: Mcr = 24.6kN.m > Mpmax = 3.243kN.m Vậy, lực chọn cọc PC D300 Class A đảm bảo yêu cầu 92 Hình 3.19 Hệ số ổn định Hệ số ổn định FoS=3.7 sử dụng lâu dài, lớn hệ số yêu cầu 1.3 nên phương án thiết kế đảm bảo yêu cầu Khối lượng xử lý cọc ống bê tông ly tâm DƯL PC D300, loại A, cho đoạn đường đất yếu thuộc dự án đường Phù Đổng, từ Km0+219.43 đến Km0+382.38 thể phụ lục kèm theo Kết luận chương Chương học viên nghiên cứu trường hợp cụ thể áp dụng phương pháp vải ĐKT kết hợp cọc bê tông DƯL để xử lý đất yếu Cơng trình áp dụng biện pháp đoạn đường dự án đường Phù Đổng Trên sở phân tích mơ hình số phần mềm Plaxis 2D, học viên rút số kết luận sau: - Việc áp dụng mơ hình số, đặc biệt với phần mền Plaxis 2D, cách giải toán địa kỹ thuật đại, 93 bước lập mơ hình đơn giản, dễ hiểu cho kết trực quan, đáng tin cậy - Áp dụng biện pháp xử lý đất yếu việc kết hợp vải ĐKT cọc bê tông DƯL mang lại kết cao Kết phân tích cho thấy chuyển vị đứng hệ cọc, mặt đường, vải ĐKT suốt trình sử dụng (30 năm) 6.429 cm, nhỏ giá trị chuyển vị cho phép 30 cm Kết tính nội lực cọc, vải ĐKT đạt yêu cầu sử dụng - Hệ số ổn định hệ kết cấu đường, cọc bê tông, vải ĐKT FoS =3.7, lớn hệ số ổn định yêu cầu Kmin=1.3, hệ kết cấu hoạt động ổn định, phù hợp với việc xử lý đất yếu cơng trình đường Phù Đổng, thành phố Việt Trì 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Luận văn tổng hợp đánh giá khái quát loại đất yếu, giải pháp công nghệ khác để xử lý đất yếu đường đắp - Đưa sơ khoa học, tiêu chuẩn khác phân tích, đánh giá, tình tốn biện pháp xử lý đất yếu sàn truyền tải mềm sử dụng lưới địa kỹ thuật kết hợp cọc bê tơng - Xây dựng mơ hình số để phân tích tính hiệu phương pháp sử dụng kết hợp vải ĐKT cọc bê tông DƯL xử lý đất yếu cho đoạn đường dự án đường Phù Đổng, thành phố Việt Trì Học viên trình bày chi tiết bước lập mơ hình số, bước phân tích kết cần thiết Kết tính tốn từ mơ hình rằng: độ lún đường, nội lực cọc vải ĐKT đạt yêu cầu suốt trình sử dụng (30 năm) - Những nghiên cứu, phân tích luận văn có giá trị làm tài liệu tham khảo cho kỹ sư thiết kế, tính tốn cơng trình tương tự, đồng thời số nội dung luận văn làm sở nghiên cứu bước để hoàn thiện tính tốn, tiêu chuẩn việc tính tốn chế truyền tải sử dụng sàn truyền tải mềm vải ĐKT cọc bê tông xử lý đất đường đắp Do hạn chế kiến thức chun mơn, nên tác giả chưa có điều kiện nghiên cứu sâu Luận văn đề cập đến nghiên cứu từ tiêu chuẩn khác giới, tính tốn dừng lại cơng trình cụ thể Học viên hy vọng thân nhiều nhà khoa học pháp triển thêm đề tài khía cạnh sâu như: 95 - Nghiên cứu chiều dày lớp đất đắp đến khả ổn định hệ vải ĐKT- cọc; - Nghiên cứu chiều sâu, khoảng cách cọc để tìm phương pháp thiết kế tối ưu kỹ thuật kinh tế; - Nghiên cứu ảnh hưởng mũ cọc đến làm việc sàn truyền tải mềm kết hợp từ vải ĐKT cọc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Giao thông Vận tải (1998), Lưới địa kỹ thuật xây dựng đắp đất yếu 22TCN 248 – 98 [2] Bộ Giao thơng vận tải (2000), Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu, 22 TCN 262-2000, Hà Nội [3] Bộ Giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 (phần 10), NXB Giao thông vận tải [4] Bộ khoa học Công nghệ (2005), Đường ô tô – yêu cầu thiết kế TCVN 4054:2005, Hà Nội [5] Bộ khoa học công nghệ (2012), Gia cố đất yếu – phương pháp trụ đất xi măng TCVN 9403 – 2012, Hà Nội [6] Cơng ty CP kỹ thuật móng cơng trình ngầm Fecon- Kỹ thuật xử lý đường Phù Đổng Việt Trì (2015) [7] British Standard BS 8006-1:2010 Code of Practice for Strengthened/Reinforced Soils and Other Fills British Standard Institution, London [8] : Giáo trình Địa kỹ thuật cơng trình (2015) – Phạm Sỹ Ngọc [9] : Bài giảng Đường ô tô đất yếu (2016) – PGS.TS Đỗ Minh Toàn ; TS Đỗ Minh Ngọc 96 [10] : Synwal Satibi PhD thesis (2009), Numerical Analysis and Design criteria of embankments on floating pile, Stuttgart University in Germany PHỤ LỤC Khối lượng xử lý cọc ống bê tông ly tâm DƯL PC D300, loại A, cho đoạn đường đất yếu thuộc dự án đường Phù Đổng, từ Km0+219.43 đến Km0+382.38 97 98 ... Nghiên cứu ứng dụng sàn truyền tải mềm xuống cọc gia cường đất yếu có sử dụng lưới địa kỹ thuật” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn 17 Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu chế truyền tải. .. cứu ứng dụng sàn truyền tải mềm xuống cọc gia cường đất yếu có sử dụng lưới địa kỹ thuật” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, học viên nghiên cứu chế truyền. .. Author (Sign, write full name) 13 TRÍCH YẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng sàn truyền tải mềm xuống cọc gia cường đất yếu có sử dụng lưới địa kỹ thuật Học viên: Bùi Việt Hùng Khóa: