HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN HỮU THIỆN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG TRỤ ĐẤT - XI MĂNG Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã s
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN HỮU THIỆN
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP
CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ
BẰNG TRỤ ĐẤT - XI MĂNG
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60580211
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP HỒ CHÍ MINH - Tháng 01 năm 2017
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Bá Vinh
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Tô Văn Lân
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Đỗ Thanh Hải
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 05 tháng 01 năm 2017.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1 PGS.TS Bùi Trường Son
2 PGS TS Tô Văn Lận
3 PGS TS Dương Hồng Thẩm
4 TS Nguyễn Cảnh Tuấn
5 TS ĐỖ Thanh Hải
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG
PGS TS Bùi Trường Sơn PGS TS Nguyễn Minh Tâm
Trang 3ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN HỮU THIỆN
Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1991
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
I TÊN ĐỀ TÀI
Phương pháp tính toán độ lún cố kết sơ cấp của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng.
II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1 Hiệu ứng vòm trong nền đất đắp ảnh hưởng đến sự phân phối ứng suất tác dụng lên trụ đất - xi măng và đất yếu xung quanh trụ
2 Lựa chọn mô-đun đàn hồi của trụ đất - xi măng từ kết quả của các thí nghiệm nén nở hông và thí nghiệm nén tĩnh trụ đơn
3 Sự phân bố và tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng
4 Đề xuất phương pháp tính toán độ lún cố kết sơ cấp của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016
V HỌ VÀ TÊN CÁN Bộ HƯỚNG DẪN: PGS TS Lê Bá Vinh
Tp HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2016
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
PGS TS Nguyễn Minh Tâm
MSHV: 1570052 Nơi sinh: Tây Ninh
Mã số: 60580211
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Đe hoàn thành được luận văn thạc sĩ này, ngoài sự nổ lực không ngừng của bản thân còn có
sự giúp đỡ chân thành từ quý thầy cô, những bậc đàn anh đi trước, các đồng nghiệp và các bạn Trước tiên, tác giả xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS TS Lê Bá Vinh, người thầy đã gợi mở những ý tưởng đầu tiên về đề tài này và đã tận tình hướng dẫn trong suốt khoảng thời gian từ những ngày đầu tiên cho đến khi luận văn được hoàn thành
Xin gởi lời tri ân đến các thầy cô trong Bộ môn Địa cơ Nền móng, cũng như các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Xây dựng đã giảng dạy rất nhiệt tình và chu đáo từ khi tác giả còn là một sinh viên đại học đến khi là một học viên cao học
Ngoài ra, tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến anh Phạm Thanh Thái, Phó Giám đốc Phân viện Khoa học công nghệ Xây dựng miền Nam, đã trợ giúp về số liệu thí nghiệm trụ đất - xi măng
Lời cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn thiêng liêng nhất đối với Ba và Mẹ đã luôn ủng hộ và
ở cạnh bên con trong suốt thời gian qua Xin cám ơn đã tất cả các bạn, Ban Giám đốc và các đồng nghiệp tại Công ty TNHH Structerre Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua
Tp Hồ Chi Minh, ngày 07 tháng 11 năm 2016
Học viên
Trần Hữu Thiện
Trang 5TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài:
“PHƯƠNG PHÁPTÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP
CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG TRỤ ĐẤT - XI MĂNG”
Tóm tắt:
Gia cố đất yếu bằng trụ đất - xi măng là một phương pháp phổ biến Luận văn tập trung vào việc đề xuất phương pháp tính toán độ lún cố kết sơ cấp của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất
- xi măng Ngoài ra, còn xem xét đến các vấn đề liên quan như hiệu ứng vòm, mô-đun đàn hồi của trụ đất - xi măng, và sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong nền được gia cố Một loạt các phương pháp đã được sử dụng như: phương pháp giải tích, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thí nghiệm thực hành, và quan trắc thực tế Các kết quả thu được như sau:
• về hiệu ứng vòm, tỷ số giảm ứng suất giảm khi tăng mô-đun của đất đắp, mô- đun đàn hồi của trụ đất - xi măng và tỷ diện tích thay thế Khi tăng chiều cao đất đắp, tỷ số giảm ứng suất giảm khi chiều cao đất đắp còn nhỏ và tăng dần khi chiều cao đất đắp vượt qua một giá trị ngưỡng của nó Ngoài ra, tỷ số giảm ứng suất trong trường hợp trụ chống có giá trị nhỏ hơn trong trường hợp trụ treo
• về mô-đun đàn hồi của trụ, mô-đun đàn hồi thực tế của trụ từ thí nghiệm nén tĩnh ( E * CO 1 ) theo phân tích ngược từ PLAXIS lớn hơn mô-đun đàn hồi từ thí nghiệm nén nở hông mẫu khoan
(Ecol ,(i) và có mối quan hệ E*col - mEcol 5ữ, trong luận văn này, tìm được m = (17 4- 23).
• về ứng xử cố kết và phương pháp được đề xuất, độ lún giảm và tốc độ cố kết của nền được gia cố tăng lên do độ cứng của nền được tăng cường bởi trụ đất - xi măng Khi tính toán độ
cố kết, nền đất được gia cố có thể đơn giản xem như một lớp đồng nhất với hệ số cố kết đứng tương đương và khi đó, độ cố kết có thể được tính theo lý thuyết cố kết một chiều vì sự cố kết xảy ra chủ yếu theo phương đứng Dưới điều kiện làm việc bình thường, trụ đất - xi măng không hoạt động như một thiết bị thoát nước Sự chênh lệch về hệ số thấm của trụ và đất xung quanh trụ
có thể được bỏ qua trong tính toán vì ảnh hưởng không đáng kể
Thông qua các kiểm chứng, phương pháp được đề xuất có thể sử dụng như một công cụ trong tính toán và thiết kế
Trang 6SUMMARY OF THESIS Title:
“A METHOD FOR CALCULATING PRIMARY CONSOLIDATION
SETTLEMENT OF SOIL - CEMENT COLUMN IMPROVED SOFT GROUND”
Abstract:
Improving soft ground with soil-cement columns is a popular method The thesis focuses on proposing a method for calculating primary consolidation settlement of soil - cement column improved soft ground Moreover, some regarding problems are considered such as arching effect, elastic modulus of soil-cement column, and dissipation of excess pore water pressure in the improved ground Some approaches are applied such as analytical method, finite element method, practical experimental method, and actual monitoring method Several results are derived as follows:
• For arching effect, stress reduction ratio decreases with an increase of modulus of embankment, of elastic modulus of soil-cement column, and of area replacement ratio With raising height of embankment fill, stress reduction ratio decreases with the small height and tends
to rise when the height is more than its yield value Furthermore, value of stress reduction ratio in penetrating fully column case is larger than one in floating column case
• On elastic modulus of soil-cement column, column elastic modulus from back analysis of
results of static compression test with PLAXIS program [ E * CO 1 ) is more than the elastic modulus
from results of unconfined compression test for drill samples [E col 50) with relationship E* ol = mEcol 50 , in this thesis, it was found that m = (17-23).
• For consolidation behaviour and the proposed method, settlement decreases and consolidation rate of the improved ground increases due to ground stiffness enhanced by soil-cement columns When calculating consolidation degree, the ground can be seen simply as a homogeneous single layer with the equivalent coefficient of vertical consolidation and the degree
of consolidation can be calculated with one-dimensional consolidation theory because the consolidation occurs mainly in the vertical direction Under normally working conditions, the soil-cement column does not work as a drain The effect of the difference of coefficients of permeability between the column and the surrounding soft soil is not significant
With verifications, the proposed method can be used as an effective tool in calculating and design work
Trang 7LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Học viên
Trần Hữu Thiện
Trang 8MỤC LỤC
Chương 1 TÔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP
CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BANG TRỤ ĐẤT-XI MĂNG 4 1.1 PHƯƠNG PHÁP CỦA CHAI VÀ CÁC CỘNG SỰ ĐÃ ĐƯỢC
1.1.1 Phương pháp tính toán độ lún cố kết theo thời gian 5 1.1.2 Độ cố kết của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng dạng
1.2 PHƯƠNG PHÁP CỦA YANG VÀ CÁC CỘNG SỰ [6] 10
Chương 2 HIỆU ÚNG VÒM TRONG NỀN ĐẤT ĐẮP ẢNH HƯỞNG ĐẾN Sự PHÂN PHỐI
ÚNG SUẤT TÁC DỤNG LÊN TRỤ ĐẤT - XI MĂNG VÀ ĐẤT YẾU XUNG
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HIỆU ÚNG VÒM 15
2.3 CÁC MÔ HÌNH PHÂN TÍCH SỐ BẢNG CHƯƠNG TRÌNH
2.4 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ BÀN LUẬN 22 2.4.1 Sự ảnh hưởng của mô-đun đất đắp 22 2.4.2 Sự ảnh hưởng của mô-đun đàn hồi của trụ đất - xi măng 25 2.4.3 Sự ảnh hưởng của chiều cao đất đắp 27
Trang 92.4.4 Sự ảnh hưởng của tỷ diện tích thay thế 29 2.5 PHÂN TÍCH MỞ RỘNG CHO TRƯỜNG HỢP TRỤ CHỐNG 31
Chương 3 LỰA CHỌN MÔ-ĐUN ĐÀN HỒI CỦA TRỤ ĐẤT - XI MĂNG TỪ KẾT QUẢ
CỦA CÁC THÍ NGHIỆM NÉN NỞ HÔNG VÀ THÍ NGHIỆM NÉN TĨNH
3.2 MÔ-ĐUN ĐÀN HỒI CỦA TRỤ ĐẤT - XI MĂNG ĐƯỢC XÁC
ĐỊNH TỪ THÍ NGHIỆM NÉN NỞ HÔNG 38
được chế bị trong phòng thí nghiêm 38
3.2.2 Mẩu khoan trự đất - xi măng 41 3.3 MÔ-ĐUN ĐÀN HỒI TỪ VIỆC PHÂN TÍCH NGƯỢC BANG PHẦN MỀM
PLAXIS ĐỐI VỚI KẾT QUẢ NÉN TĨNH TRỤ ĐẤT
3.3.1 Mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh trụ đất - xi măng đơn bằng PLAXIS
42 3.3.2 Kết quả phân tích và so sánh 45
Chương 4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP CỦA
NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẦNG TRỤ ĐẤT - XI MĂNG 48
4.2 PHẦN TÍCH CƠ CHẾ TIÊU TÁN ÁP LỰC NƯỚC LÕ RỖNG THẶNG DƯ BẦNG PHẦN MỀM PLAXIS 49
4.2.1 Phân tích về độ lún cố kết sơ cấp ổn định 51 4.2.2 Phân tích về sự tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 52
Trang 104.3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP 58
4.3.1 Tính toán hệ số cố kết tương đương theo phương đứng 58 4.3.2 Tính toán độ lún cố kết sơ cấp 60
4.4 KIÊM CHÚNG PHƯƠNG PHÁP ĐƯỢC ĐỀ XUẤT THÔNG QUA
VIỆC ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÁC TRƯỜNG HỢP THỰC TẾ 63
dụng cho các thí nghiêm mô hình ửong phòng 63
4.4.2 Áp dụng cho các mô hình thực nghiêm hiện trường 73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Trang 11DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Đất sét yếu được gia cố bởi trụ đất - xi măng dạng trụ treo [3] 5 Hình 1.2 Mô hình hai lớp để tính toán độ cố kết [3] 8 Hình 1.3 Mô tả sự thay đổi chiều dày của lớp 2 (a) Ban đầu; (b) Sau cùng [3] 9 Hình 1.4 Sự thay đổi tuyến tính của sự gia tăng ứng suất tổng [3] 9 Hình 1.5 Mô hình cố kết của đất hỗn hợp với trụ không thấm dạng treo [6] 10 Hình 2.1 Kiểu bố trí trụ: a) Kiểu hình vuông, b) Kiểu hình tam giác đều 16
Hình 2.3 Lưới bị biến dạng dưới tải trọng đất đắp ở cuối giai đoạn cố kết 22
Hình 2.4 Quan hệ giữa mô-đun đất đắp và tỷ số giảm ứng suất (SRR) 23
Hình 2.5 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (SRR) theo thời gian khi mô-đun của đất đắp E fin
Hình 2.6 Sự thay đổi của tỷ số tập trung ứng suất (n) theo thời gian khi mô-đun của đất đắp (E fin)
Hình 2.7 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (SRR) khi mô-đun đàn hồi của trụ đất
Hình 2.8 Sự thay đổi của tỷ số tập trung ứng suất (n) theo thời gian khi mô-đun đàn hồi của trụ
Hình 2.9 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (SRR) theo thời gian khi mô-đun đàn hồi của trụ
Hình 2.10 Trường ứng suất chính hữu hiệu trong khối đất đắp khi khảo sát chỉ tiêu
Trang 12Hình 2.11 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (SRR) theo chiều cao đất đắp bằng các phương
Hình 2.12 Sự thay đổi của tỷ số tập trung ứng suất (n) theo thời gian khi chiều cao đất đắp
Hình 2.13 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (S7?7?) theo thời gian khi chiều cao đất đắp thay
Hình 2.14 Trường ứng suất chính hữu hiệu trong khối đất đắp khi khảo sát chỉ tiêu
29
Hình 2.15 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (SRR) theo tỷ diện tích thay thế («,) bằng các
Hình 2.16 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (SRR) theo thời gian khi tỷ diện tích thay thế (a 3)
Hình 2.17 Sự thay đổi của tỷ số tập trung ứng suất (n) theo thời gian khi tỷ diện tích thay thế (a 3)
Hình 2.18 Mô hình phân tích với trụ chống 32
Hình 2.19 Sự thay đổi của tỷ số giảm ứng suất (SRR) theo thời gian trong 2 trường hợp: trụ
Hình 2.20 Sự thay đổi của tỷ số tập trung ứng suất (n) theo thời gian trong 2 trường hợp: trụ
Hình 2.21 ứng suất trung bình ở cuối giai đoạn cố kết trong 2 trường hợp: trụ chống và trụ treo
34 Hình 2.22 Biến dạng của lưới và độ lún lớn nhất ở cuối giai đoạn cố kết trong 2 trường hợp: trụ
Hình 2.23 Sự thay đổi độ lún lệch giữa trụ và đất xung quanh trụ (As) theo thời gian trong 2
Trang 13Hình 3.1 Quan hệ q u -1 của các mẫu trong phòng thí nghiệm với hàm lượng xi măng 225 kg/m3
Hình 3.2 Quan hệ q u -1 của các mẫu trong phòng thí nghiêm với hàm lượng xi măng 250 kg/m3
Hình 3.3 Quan hệ q u -1 của các mẫu trong phòng thí nghiêm với hàm lượng xi măng 275 kg/m3
Hình 3.4 Quan hệ Ecoi, 50 - qu của các mẫu trong phòng thí nghiêm với hàm lượng xi măng 225
Hình 3.5 Quan hệ Ecoi, 50 - qu của các mẫu trong phòng thí nghiêm với hàm lượng xi măng 250
Hình 3.6 Quan hệ Ecoi, 50 - qu của các mẫu trong phòng thí nghiêm với hàm lượng xi măng 275
Hình 3.7 Quan hệ Ecoi, 50- qu của các mẫu được khoan từ hiện trường với hàm lượng xi măng
Hình 3.8 Mô hình phân tích nén tĩnh trụ đất - xi măng 43 Hình 3.9 Biểu đồ tải họng - độ lún quan trắc - độ lún từ phân tích ngược bằng
PLAXIS theo thời gian của các cọc (CT2, CT3 và CTỐ) 46