Xử lý đường trên đất yếu dùng bấc thấm (pvd) xét ảnh hưởng của biến dạng đến khả năng thoát nước của pvd

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa - Hà Hoan Hỷ Đề tài: Xử Lý Đường Đất Yếu dùng Bấc Thấm (PVD) Xét Ảnh Hưởng Biến Dạng đến Khả Năng Thoát Nước PVD Chun ngành: Xây Dựng Đường Ơtơ Đường Thành Phố LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2011 Cơng trình hồn thành Trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Cán hướng dẫn khoa học: TS Trần Nguyễn Hồng Hùng TS Ngơ Trần Cơng Luận Cán chấm nhận xét 1: GS.TSKH Lê Bá Lương Cán chấm nhận xét 2: TS Trần Xuân Thọ Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM Ngày 17 tháng 09 năm 2011 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hồi đồng đánh giá LV Bộ môn Quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH TP HCM, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Hà Hoan Hỷ Phái : Nam Ngày tháng năm sinh : 24/08/1981 Nơi sinh : Củ Chi–TP HCM Chuyên ngành : Xây dựng Đường Ơtơ Đường Thành Phố 2009 Mã số ngành : 60.58.25 Khóa : K2009 I : Mã số học viên : 09010283 TÊN ĐỀ TÀI: Xử Lý Đường Đất Yếu dùng Bấc Thấm (PVD) Xét Ảnh Hưởng Biến Dạng đến Khả Năng Thoát Nước PVD II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Xử lý đường đất yếu dùng bấc thấm xét đến ảnh hưởng biến dạng đến khả thoát nước bấc thấm, nghiên cứu ảnh hưởng khả thoát nước lên làm việc bấc thấm Thơng qua đó, tìm mối liên hệ độ lún cố kết đến khả thoát nước bấc thấm III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trần Nguyễn Hồng Hùng TS Ngơ Trần Công Luận Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH ( Họ tên chữ ký) ( Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu thực luận văn tập thể thầy cô Bộ Môn Cầu Đường, Bộ Mơn Địa Cơ Nền Móng, nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn, bổ sung thêm cho nhiều kiến thức chuyên sâu chuyên môn, giúp mở rộng thêm tầm nhìn, hiểu biết sâu chun mơn, vững vàng công tác nghiên cứu khoa học Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tất quý thầy cô Tôi chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn TS Trần Nguyễn Hồng Hùng, thầy đồng hướng dẫn TS Ngô Trần Công Luận tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu cần thiết, truyền đạt thơng tin q báu giải thích số vấn đề cần làm sáng tỏ qua việc thực luận văn Tôi xin cảm ơn ông Nguyễn Hữu Hiệp Công ty cổ phần Đầu Tư Phát Triển Xây Dựng cung cấp tài liệu đường dẫn cầu Phú Mỹ Ơng Vương Hồng Thanh cung Cấp số liệu dự án Đại Lộ Đông Tây Cuối xin chân thành cám ơn bạn đồng nghiêp, bạn học lớp nhiệt tình giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài Xử Lý Đường Đất Yếu dùng Bấc Thấm (PVD) Xét Ảnh Hưởng Biến Dạng đến Khả Năng Thoát Nước PVD PVD bị biến dạng với trình lún cố kết đất yếu trình gia tải Biến dạng PVD làm giảm hiệu làm việc, gây hư hại PVD, làm cho trình xử lý khơng đạt hiệu Để đảm bảo hiệu làm việc thực tế PVD cần tìm mối tương quan lún cố kết khả thoát nước, qw, PVD Tuy nhiên, quan hệ lún cố kết khả thoát nước PVD chưa nghiên cứu Việt Nam, đặc biệt địa chất khu vực Niềm Nam Nghiên cứu nhằm tìm mối quan hệ khả thoát nước PVD độ lún cố kết đường thơng qua phân tích ngược từ số liệu quan trắc dự án cầu Phú Mỹ Đại lộ Đông-Tây TP HCM Độ lún cố kết mô với giả thuyết PVD làm việc lý tưởng với khả thoát nước PVD thay đổi để có độ lún tính tốn tiệm cận độ lún quan trắc Các mô áp dụng lý thuyết Hansbo (1981) phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 2D v8.5, dùng mơ hình vật liệu Mohr-Coulomb) Kết cho thấy độ lún quan trắc 1.76 m, khả thoát nước PVD giảm 71% so với số liệu ban đầu từ nhà sản xuất công trình đường vào cầu Phú Mỹ, qw giảm 47% độ lún 1.73 m cơng trình Đại lộ Đông-Tây Như vây, cần phải xét đến thay đổi khả nước PVD q trình xử lý đất yếu để có dự đốn lún cố kết tiệm cận quan trắc thực tế TP HCM, Ngày 07 tháng 07 năm 2011 ABSTRACT Topic Effect of Deformed Wick Drains on Discharge Capacity taken into account for Soft Ground Improvement using PVD in Vietnam PVD deforms due to consolidation settlement during consolidation process Deformed PVD diminshes its performance, damages PVD, and reduces effectiveness of soft ground improvement To evaluate effect of deformed PVD on discharge capacity, the relationship between consolidation settlement and PVD discharge capacity needs to be investigated However, this relationship has not been studied in Vietnam, especially for the geological conditions of the South Vietnam This research aims at a relationship of discharge capacity and consolidation settlement by back analysis from two projects: (1) the approach embankment of Phu My bridge, and (2) Saigon East-West highway in Ho Chi Minh City Consolidation settlement was simulated using unchange PVD discharge capacity assumption and PVD discharge capacity variation with consolidation settlement Several simulations were conducted using Hansbo (1981) theory and Finite Element Method (FEM) (Plaxis 2D v8.5 software with Mohr-Coulomb model for soil) PVD discharge capacity decreases by 71% at a settlement of 1.76 m in the Phu My bridge project, and 47% at a settlement of 1.73 m in the Saigon East-West Highway The result indicates that reduction of PVD dicharge capacity should be taken into account for consolidation analysis for soft ground improvement using PVD in Vietnam i MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU 1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.7 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG TƯƠNG QUAN LÚN CỐ KẾT VÀ KHẢ NĂNG THOÁT NƯỚC PVD 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.4 TRÌNH TỰ TÍNH TỐN 2.4.1 Tính độ cố kết đất yếu sử dụng PVD theo thời gian 2.4.2 Mô Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 CHƯƠNG 14 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU DÙNG PVD CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG DẪN CẦU PHÚ MỸ 14 3.1 GIỚI THIỆU DỰ ÁN 14 3.2 QUÁ TRÌNH GIA TẢI VÀ QUAN TRẮC 18 3.3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN LÚN 20 3.3.1 Lún theo kết quan trắc 20 3.3.2 Tính lún theo lý thuyết Hansbo (1981) 22 3.3.3 Tính lún phần tử hữu hạn (FEM) 24 a) Lún FEM với PVD có qw lý tưởng 24 b) Lún FEM với PVD có qw thực tế 30 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32 3.5 THẢO LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 CHƯƠNG 38 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DÙNG PVD TRONG DỰ ÁN ĐẠI LỘ ĐƠNG-TÂY SÀI GỊN 38 4.1 GIỚI THIỆU DỰ ÁN 38 4.2 QUÁ TRÌNH GIA TẢI VÀ QUAN TRẮC 42 ii 4.3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN LÚN 44 4.3.1 Lún theo kết quan trắc 44 4.3.2 Tính Lún theo lý thuyết Hansbo (1981) 46 4.3.3 Tính lún phần tử hữu hạn (FEM) 48 a) Lún FEM với PVD có qw lý tưởng 48 b) Lún FEM với PVD có qw thực tế 53 4.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 55 4.5 THẢO LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 CHƯƠNG 61 THẢO LUẬN CHUNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỪ HAI DỰ ÁN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 CHƯƠNG 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN 67 6.1 TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN 67 6.2 KIẾN NGHN 68 6.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 68 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 69 PHẦN 70 GIỚI THIỆU PVD TRONG XỬ LÝ NỀN 70 P.1.1 LNCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BẤC THẤM (PVD) 70 P.1.2 VIỆC SỬ DỤNG PVD Ở CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 72 P.1.2.1 Khối đắp thí nghiệm dùng thiết bị tiêu nước Mebra: 72 P.1.2.2 Khối đắp thí nghiệm dùng thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn Alidrain: 72 P.1.3 ĐẶT TRƯNG CỦA PVD 74 P.1.3.1 Một số yêu cầu bấc thấm 74 P.1.3.2 Tiêu chuNn lọc 74 P.1.3.3 Kích thước lỗ rỗng lọc 74 P.1.3.4 Tiêu chuNn độ bền bấc thấm 75 P.1.3.5 Đường kính tương đương bấc thấm 76 P.1.3.6 Vùng Ảnh hưởng bấc thấm 77 P.1.3.7 Khả thoát nước hữu hạn PVD 80 P.1.4 CẤU TẠO HỆ THỐNG BẤC THẤM 84 P.1.5 NGHIÊN CỨU KHOẢNG CÁCH HỢP LÝ GIỮA CÁC PVD 86 P.1.6 CẤU TẠO TẦNG ĐỆM CÁT THOÁT NƯỚC VÀ CHNU LỰC 86 P.1.6.1 Vai trị tầng điệm cát nước 86 P.1.6.2 Yêu cầu chiều dày tầng đệm cát 87 P.1.6.3 Yêu cầu vật liệu làm tầng đệm cát 87 P.1.7 PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG PVD 88 P.1.7.1 Thi công tầng đệm cát 88 P.1.7.2 Thi công cắm bấc thấm 88 P.1.7.3 Trình tự thi cơng bấc thấm 89 P.1.8 CÁC ĐẶT TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT YẾU 91 iii P.1.8.1 Khái niệm phân loại đất yếu Đồng Sông Cửu Long 91 P.1.8.2 Đặt trưng trạng thái vật lý đất yếu Đồng Sông Cửu Long 91 P.1.8.3 Đặc điểm lý đất yếu Đồng Sông Cửa Long 95 PHẦN 97 TÍNH TỐN LÚN NỀN ĐẤT YẾU 97 P.2.1 LÚN CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 97 P.2.2 CƠ SỞ TÍNH TỐN CỦA BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 98 P.2.2.1 Các giả thuyết toán cố kết 98 P.2.2.2 Lý thuyết tính tốn bấc thấm 99 P.2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LÚN 103 P.2.3.1 Tính độ cố kết đất yếu sử dụng PVD (22TCN262-2000) 103 P.2.3.2 Tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 109 P.2.3.3 Giới thiệu phần mềm Plaxis 2D v8.5 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 iv MỤC LỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 3.1 Mặt cắt vị trí nghiên cứu 15 Hình 3.2 Sơ đồ khai báo điều kiện ban đầu Plaxis 2D v8.5 27 Hình 3.3 Mơ Hình chia lưới phần tử mơ 28 Hình 3.4 Kết phân tích ngược sử dụng số liệu quan trắc trường 33 Hình 3.5 Tương quan biến dạng lún (%), độ lún (m) qw PVD 34 Hình 4.1 Mặt cắt vị trí nghiên cứu 39 Hình 4.2 Sơ đồ khai báo điều kiện ban đầu Plaxis 2D v8.5 50 Hình 4.3 Mơ Hình chia lưới phần tử mơ 51 Hình 4.4 Kết phân tích ngược sử dụng số liệu quan trắc trường 56 Hình 4.5 Tương quan biến dạng lún (%), độ lún (m) qw PVD 57 Hình 5.1 Tương quan biến dạng lún (%), qw hai dự án 62 Hình 5.2 Tương quan độ lún (m), qw hai dự án 63 Hình P.1 Tăng độ cố kết cho đất yếu dùng PVD 73 Hình P.2 Đường kính tương đương thiết bị tiêu nước dạng vải (PVD) 78 Hình P.3 Ảnh hưởng khoảng cách PVD (S) với vùng ảnh hưởng (De) 79 Hình P.4 Khả nước PVD xét đến ảnh hưởng áp lực ngang 81 Hình P.5 Độ cố kết biến đổi theo độ sâu có xét đến sức cản giếng 82 Hình P.6 Ảnh hưởng tính thấm hạn chế PVD tới tốc độ cố kết 83 Hình P.7 Cấu tạo xử lý đất yếu bấc thấm 85 Hình P.8 Qui trình thi cơng PVD tiêu biểu 90 Hình P.9 Sơ đồ thiết bị tiêu nước đứng với sức cản giếng vùng xáo trộn 102 Hình P.10 Xác định áp lực tiền cố kết đồ thị e ~ lgp 105 Hình P.11 Xác định áp lực tiền cố kết đồ thị lge ~ lgp 105 101 Vì thiết bị tiêu nước thẳng đứng chế tạo sẵn khả tiêu nước bị hạn chế, Hansbo (1979) đưa nhân tố xét đến sức cản bấc thấm Fr với giả thiết định luật Darcy dùng cho dịng thấm dọc theo trục thẳng đứng thiết bị k Fr = π H h qw (P.22) Trong đó: H: chiều dài thiết bị tiêu nước tiêu nước phía nửa chiều dài thiết bị tiêu nước hai phía; qw: khả nước thiết bị tương đương với gradien thủy lực đơn vị 102 De ds z dw L Thoát nước hướng tâm kh ks qw Đất nguyên dang Vùng xáo trộn Biên không thấm Thiết bị tiêu nước Hình P.9 Sơ đồ thiết bị tiêu nước đứng với sức cản giếng vùng xáo trộn (Hiệu chỉnh sau Rixner,…, 1986) 103 P.2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LÚN Có phương pháp tính tốn độ lún thi cơng đường đất yếu có xử lý bấc thấm bao gồm: Phương pháp tính lún sử dụng cơng thức lý thuyết cố kết (Hansbo 1981, 22TCN262 2000) phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng rộng rãi P.2.3.1 Tính độ cố kết đất yếu sử dụng PVD (22TCN262-2000) Độ lún tổng cộng đường bao gồm: Độ lún tức thời Stt, Độ lún cố kết sơ cấp Sc độ lún cố kết thứ cấp Ss Độ lún tức thời Stt , Theo tiêu chuNn 22TCN262-2000 TCXD245-2000 dự tính sau Stt = (m-1).Sc (P.23) Trong đó: m : hệ số kể đến phá hỏng kết cấu đất thi công bấc thấm dịch chuyển ngang đất yếu m = 1.1 ÷ 1.4 Nếu có biện pháp hạn chế đất yếu bị đNy trồi ngang tải trọng đắp (bằng cách đắp phản áp dùng vải địa kỹ thuật) dùng trị số m = 1,1 Ngoài đất yếu chiều cao đắp cao dùng trị số m lớn Độ lún cố kết Sc (khi chưa có bấc thấm) đất tính theo phương pháp tổng lớp phân tố với công thức sau: σ ipz σ zi + σ vzi  hi  i i Sc = ∑ C log + C log   r c i σ vzi σ ipz  i =1 + e0   (P.24)  i σ zi + σ vzi  C log  r  σ ipz   (P.24a) n n hi i i =1 + e0 Sc = ∑ Nếu σ vzi ≥ σ ipz Sc tính theo cơng thức (P.24) với Cri = ; σ vzi < σ i có pz trường hợp σ + σ > σ Sc tính theo (P.24), σ + σ < σ Sc tính i z theo (P.24a) i vz i pz i z i vz i pz 104 Trong đó: hi: chiều dày lớp đất tính lún thứ i ( hi ≤ m); e0i : hệ số rỗng lớp đất thứ i trạng thái tự nhiên ban đầu (khi chưa đắp nền); Cci : số nén lún hay độ dốc đoạn đường cong nén lún (biểu diễn dạng e ∼ log σ phạm vi σ i > σ ipz lớp đất i); Cri : số nở dỡ tải, hay độ dốc đoạn đường cong nén lún (biểu diễn dạng e ∼ log σ phạm vi σ i < σ ipz lớp đất i); σ ipz : áp lực tiền cố kết lớp đất thứ i; σ vzi : áp lực trọng lượng thân lớp đất tự nhiên nằm lớp thứ i; σ zi : áp lực cơng trình gây nên Cách xác định trị số áp lực tiền cố kết σpz , số nén lún Cc , Cr Thực thí nghiệm xác định tính nén lún không nở hông mẫu đất yếu nguyên dạng lấy độ sâu Z, bao gồm việc thí nghiệm dỡ tải sau cấp tải cuối Không dùng phương pháp nén nhanh Dựa vào kết thí nghiệm vẽ đường cong nén e ~ lgp (Hình P.10) e hệ số rỗng tương ứng với cấp áp lực p Cũng vẽ đường cong nén lún dạng lge ~ lgp (Hình P.11) 105 Hình P.10 Xác định áp lực tiền cố kết đồ thị e ~ lgp ( 22TCN262-2000 ) Hình P.11 Xác định áp lực tiền cố kết đồ thị lge ~ lgp ( 22TCN262-2000 ) 106 Xác định trị số áp lực tiền cố kết σpz Cách 1: Trên đường cong e ~ lgp xác định điểm A chỗ có độ cong lớn (bán kính cong nhỏ nhất) Từ A kẻ đường thẳng nằm ngang đường tiếp tuyến với đường cong nén lún Kẻ đường phân giác góc tạo đường nằm ngang đường tiếp tuyến qua A nói Giao điểm đường phân giác với đường tiếp tuyến kẻ từ cuối đường cong nén lún (đoạn tiếp tuyến kéo dài) xác định điểm tương ứng với áp lực tiền cố kết σpz (Hình P.10) Cách 2: Trên đường cong lge ~ lgp hình thành điểm gãy (giao điểm hai nhánh thẳng có độ dốc khác nhau) điểm tương ứng với trị số áp lực tiền cố kết σpz (Hình P.11), chọn trị số lớn cách xác định nói làm trị số sử dụng Xác định trị số nén lún Trị số áp lực tiền cố kết chia đường cong nén lún e ~ lgp thành hai phần tương ứng với đoạn σ < σp (bên trái) đoạn σ > σp (bên phải) Từ xác định số nén lún sau Chỉ số nén lại Cr đoạn σ < σp xác định theo công thức Cr = e −e p lg σ p − lg σ (P.24) Trong đó: ep: hệ số rỗng tương ứng với áp lực tiền cố kết; e1: hệ số rỗng tương ứng với áp lực nén σ1 Việc chọn trị số tùy thuộc vào thực tế chịu tải lớp đất i cần tính lún Thường lấy σ1 = 10 kN/m² tương đương với cấp áp lực thí nghiệm theo TCVN4200-95 đất yếu, tính theo nhánh dỡ tải (Hình A.10) Chỉ số nén lún Cc đoạn σ > σp xác định theo công thức Cc = e p −e2 lg σ − lg σ p (P.25) Trong đó: ep , σp có ý nghĩa trên, cịn e2 hệ số rỗng ứng với áp lực σ2 Việc chọn trị số σ2 tùy thuộc vào thực tế chịu tải lớp đất i cần tính lún nên chọn cho trị số σ vzi + σ zi nằm khoảng σp σ2 107 Xác định độ lún theo thời gian Độ lún cố kết St đắp đất yếu sau thời gian t xác định St = Sc U (P.26) Độ lún cố kết lại đắp đất yếu sau thời gian t xác định ∆S = Sc (1 − U ) (P.27) Trong đó: Sc: độ lún cố kết sơ cấp đất yếu chưa có bấc thấm; U: độ cố kết chung đất yếu sau thời gian t gia cố bấc thấm Độ cố kết chung U Độ cố kết U đạt sau thời gian t kể từ lúc đắp xong Độ cố kết chung kết hợp hiệu thoát nước ngang Uh hiệu thoát nước thẳng đứng Uv xác định theo 22TCN262-2000 U = − (1 − U v )(1 − U h ) (P.28) Xác định độ cố kết theo phương đứng Uv: Uv = T v π (P.29) Trong đó: Tv : nhân tố thời gian: Tv = Cvtb * t H ; Cvtb : hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng lớp đất yếu phạm vi chiều sâu chịu nén cực hạn H a ; Cvtb = H a2  ∑ hi Cvi  ; Cvi : hệ số cố kết thẳng đứng lớp đất yếu i; H: Chiều dài bấc thấm chiều dài bấc thấm tương ứng với nước hai phía Xác định độ cố kết theo phương ngang Uh ( Hansbo 1981) U h = − exp {−8Th ( F (n) + Fs + Fr )} ( ) ( (P.30) ) F (n) =  n n −  ln( n) −  3n − 4n  (P.31) Fs = ( kh k s − 1) ln( d s d w ) (P.32) Fr = (2 3)π H ( kh qw ) (P.33) 108 Trong đó: Th : nhân tố thời gian theo phương ngang Th = Cht De2 ; De : đường kính ảnh hưởng bấc thấm; De = 1.13S, bố trí Pvd theo kiểu ô vuông; De = 1.05*S bố trí Pvd theo tam giác; S : khoảng cách tim Pvd; Ch : hệ số cố kết theo phương ngang; F(n) : nhân tố xét đến ảnh hưởng khoảng cách PVD xác định theo (A.31); n =De/dw; dw: đường kính tương đương bấc theo Rixner (1986), dw = (a+b)/2; a : chiều dày Pvd; b: chiều rộng Pvd; Fs: nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động đất cắm bấc; kh : hệ số thấm đất theo phương ngang chưa có bấc; ks: hệ số thấm vùng xáo trộn sau đóng Pvd; ds: đường kính vùng xáo trộn quanh bấc; Fr : Nhân tố xét đến sức cản Pvd; qw : khả thoát nước Pvd Độ lún cố kết thứ cấp Độ lún thứ cấp quan trọng loại đất hữu số loại đất sét yếu, đặc biệt có tham gia cọc vật liệu rời thoát nước tự do, cố kết ban đầu coi xuất giai đoạn ngắn Độ lún thứ cấp tượng từ biến đất gây nên, Quy trình thiết kế Việt Nam chưa tính đến độ lún Theo cơng trình nghiên cứu Mesri (1973), độ lún xác định sau: t  S s = Cα Hα log10    t1  (P.34) Trong đó: Ss: đố lún cố kết thứ cấp, Cα: số vật lý, xác định thí nghiệm cố kết chiều tiếp sau kết thúc cố kết ban đầu với số gia tăng tải trọng phù hợp; Hα : chiều dày tầng đất bắt đầu cố kết thứ cấp H-Sc; t1 : thời gian bắt đầu xuất lún thứ cấp ( dùng thời gian tương ứng với 90% hay 100% cố kết ban đầu ); t2 : thời gian phát sinh độ lún thứ cấp 109 P.2.3.2 Tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Giới thiệu phương pháp FEM Khái niệm: Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số để giải tốn mơ tả phương trình vi phân riêng phần với điều kiện biên cụ thể Cơ sở phương pháp làm rời rạc hóa miền liên tục phức tạp toán Các miền liên tục chia thành nhiều miền (phần tử) Các miền liên kết với điểm nút Trên miền này, dạng biến phân tương đương với toán giải xấp xỉ dựa hàm xấp xỉ phần tử, thỏa mãn điều kiện biên với cân liên tục phần tử Về mặt toán học, phương pháp FEM sử dụng để giải gần tốn phương trình vi phân tồn phần phương trình tích phân, ví dụ phương trình truyền nhiệt Lời giải gần đưa dựa việc loại bỏ phương trình vi phân cách hồn tồn (những vấn đề trạng thái ổn định), chuyển phương trình vi phân phần sang phương trình vi phân thường tương đương mà sau giải cách sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn Phương pháp FEM khơng tìm dạng xấp xỉ hàm tồn miền xác định V mà miền Ve (phần tử) thuộc miền xác định hàm Trong phương pháp FEM miền V chia thành số hữu hạn miền con, gọi phần tử Các miền liên kết với điểm định trước biên phần tử gọi nút Các hàm xấp xỉ biểu diễn qua giá trị hàm (hoặc giá trị đạo hàm) điểm nút phần tử Các giá trị gọi bậc tự phần tử xem Nn số cần tìm tốn Ứng dụng phương pháp FEM Phương pháp FEM thường dùng toán học kết cấu, môi trường liên tục, học đất, để xác định trường ứng suất biến dạng vật thể Ngoài phương pháp FEM dùng vật lý học để giải phương trình sóng, vật lý Plasma, tốn truyền nhiệt, động lực học chất lỏng, trường điện từ 110 Lịch sử hình thành FEM Phương pháp FEM bắt nguồn từ yêu cầu giải tốn phức tạp lý thuyết đàn hồi, phân tích kết cấu xây dựng kỹ thuật hàng khơng Nó bắt đầu phát triển Alexander Hrennikoff (1941) Richard Courant (1942) Mặt dù hướng tiếp cận người tiên phong khác họ điều có quan điểm chung, chia miền liên tục thành miền rời rạc Hrennikoff rời rạc miền liên tục cách sử dụng lưới tương tự, Courant chia miền liên tục thành miền có hình tam giác theo cách giải thứ hai phương trình vi phân phần elliptic, xuất từ toán xoắn phần tử hình trụ Sự đóng góp Courant phát triển, thu hút số người nhanh chóng đưa kết cho phương trình vi phân phần elliptic phát triển Rayleigh, Ritz Galerkin Sự phát triển thức phương pháp FEM bắt đầu vào sau năm 1950 việc phân tích kết cấu khung máy bay cơng trình xây dựng, thu nhiều kết Berkeley năm 1960 ngành xây dựng Phương pháp cung cấp tảng toán học chặt chẽ vào năm 1973 với việc xuất Strang tổng kết An Analysis of the Finite element Method kể từ phương pháp FEM tổng qt hóa thành ngành tốn ứng dụng, mơ hình tốn học cho hệ thống tư nhiên, ứng dụng rộng rãi kỹ thuật P.2.3.3 Giới thiệu phần mềm Plaxis 2D v8.5 Sự phát triển phần mềm Plaxis năm 1987 đại học công nghiệp Delff-Hà Lan Phiên Plaxis V.1 ban đầu lập nhằm mục đích phân tích tốn ổn định đê biển đê sông vùng bờ biển thấp Hà Lan, làm cầu nối kỹ sư Địa kỹ thuật chuyên gia lý thuyết, GS R.B.J Brinkgreve P.A Vermeer khởi xướng Đến năm 1993 Công ty Plaxis BV thành lập từ năm 1998, phần mềm Plaxis xây dựng theo phần tử hữu hạn 111 Nếu so sánh với phần mềm GeoStudio 2004 GeoSlope International, phần mềm Plaxis phát triển theo yêu cầu trực tiếp sản xuất tính phức tạp tăng dần tốn mà không theo chủ đề từ đầu phần mềm thương mại GeoStudio 2004 Mãi sau, từ năm 1998 – 2000 trở đi, phần mềm Plaxis phân theo chủ đề riêng nay, dựa theo kết nghiên cứu nhà trường Hiện nay, hai phần mềm xem gồm đầy đủ toán Địa kỹ thuật thường gặp thực tế, thân thiện người dùng nhiều nước giới ưa chuộng Hai phần mềm nêu phổ biến rộng rãi Việt Nam qua nhóm cán giảng dạy trường Đại học Thủy lợi mà người chủ trì GS Nguyễn Cơng Mẫn, nguyên chủ nhiệm Bộ Môn Cơ học đất – Nền móng (19611974) trưởng phịng Nghiên cứu Khoa học (1975 – 1994) trường Đại học Thủy lợi Bộ phần mềm GeoStudio 2004, phổ biến rộng rãi qua 20 lớp giảng từ bắc vào Nam hỗ trợ phần cứng – phầm mềm GeoSlope international Từ năm 1997 – 1998, trường Đại học Thủy lợi có quan hệ với Plaxis BV qua GS Nguyễn Cơng Mẫn, nhằm mục đích phổ biến phần mềm Việt Nam Nhưng đến năm 2001, trường Đại học Thủy lợi tổ chức lớp Plaxis Việt Nam chuyên gia đến từ Hà Lan giảng Tiếp đó, mua phần mềm Plaxis V.7, Công ty tư vấn điện mời nhóm cán giảng dạy trường Đại học Thủy lợi đến giảng vào năm 2002 Hiện phần mềm gồm môđun sau: PLAXIS 2D V8.5; PLAXIS DYNAMICS; PLAXIS 2D TUYNEN; PLAXIS 3D FOUNDATION Mô bấc thấm phương pháp FEM Tiếp theo phương pháp mô đắp gia tải trước kết hợp bấc thấm chương trình sử dụng phương pháp FEM Đây phương án mô thường dùng nhiều tác giả trước Những phương án trở nên phổ biến 112 Trước việc mô bấc thấm phần mềm sử dụng phương pháp FEM khơng có phần tử đặc biệt để mô bấc thấm cách xác Có hai hướng mơ thơng dụng (i) Do tác dụng PVD chủ yếu để nước PVD có tính chất vật liệu đàn hồi nên mô phương pháp FEM, với tốn phẳng 2D ta mơ PVD phần tử với vật liệu đàn hồi nước có hệ số thấm theo phương đứng tương tự tốc độ thấm bấc thấm ( Trần Mitachi 2008) (ii) Các PVD cắm vào đất làm tăng nhanh trình cố kết nước đất nên xem vùng có PVD vùng tương đương Có thể coi vùng đất có PVD vùng đất bình thường hệ số thấm đứng tương đương kve lớn so với hệ số thấm đứng kv đất bình thường Hệ số thấm đứng kve tính dựa cân mức độ cố kết với giả thuyết sau: Dạng biến dạng đất xử lý PVD gần phương Vì lý thuyết cố kết theo phương sử dụng tính tốn cố kết theo phương đứng lý thuyết Hansbo (1979) cố kết theo phương ngang Mức độ cố kết tổng kết hợp mức độ cố kết theo phương đứng theo phương ngang theo quan hệ đề nghị Scott (1963) Để có diễn tả cho hệ số thấm đứng tương đương, phương trình cân mức độ cố kết theo phương đứng thiết lập U v = − exp( −3,54).Tv (P.35) 2.26l kh ) kv F d e2 kv (P.36) kve = (1 + Trong đó: Uv: mức độ cố kết theo phương đứng; de: bán kính vùng ảnh hưởng bấc thấm; kh: hệ số thấm theo phương ngang; kv: hệ số thấm theo phương đứng 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ giao thông vận tải (2000), Gia cố đất yếu bấc thấm thoát nước TCXD245 [2] Bộ giao thơng vận tải (2000), Quy trình khảo sát thiết kế đường Ơtơ đắp đất yếu – 22TCN262 [3] Asaoka, A (1978), Observational procedure of settlement prediction Soils and Foundations 18(4):87-101 [4] Barron, R A (1948), Consolidation of fine-drained soils by drain wells, Transactions of American Society of Civil Engineering, 113(2346): 718-754 [5] Bergado, D.T., Singh, N., Sim, S.H., Panichayatum, B., Sampaco, C.L., Balasubramaniam, A.S (1990), Improvement of soft Bangkok clay using vertical geotextile band drains compared with granular piles Geotextiles and Geomembranes (3), 203–231 [6] Bergado, D T., Asakami, H., Alfaro, M C., and Balasubramaniam, A.S (1991), Smear effects of vertical drains on soft Bangkok clay, Geotechnical engineering, ASCE, Vol 117, No 10, pp 1509-1529 [7] Calhoun, C C (1972), Development of design criteria and acceptance specifications for plastic filter cloth U.S Army Corps of Engineers, Waterways Experiments Station, Vicksburg, Technical report S, pp 6-55 [8] Chen, R H & Chen, C N (1986), Permeability characteristics of prefabricated vertical drains In Proceedings of the 3rd international Coference on Geotextiles, Vienna, Austria, pp 785-90 [9] Hansbo, S (1979), Consolidation by band-shaped prefabricated drains, Ground Engineering, Vol 12, No 5, pp 16-25 [10] Hansbo, S (1981), Consolidation of fine-grained soils by prefabricated drains Proc 10th int conf soil Mech And Found Engrg., Vol 3, 677-682 [11] Hansbo, S (1987), Design aspects of vertical drains and lime-column installations Proc 9th Southeast Asian Geotech Conf., Bangkok, Thailand, pp8-1-8-12 [12] Holtz, R D., Jamiolkowski, M B., Lancellotta, R., and Pedroni, R (1991), Prefabricated vertical drains: design and performance, The Construction Industry Research and Information 18 Association (CIRIA) Ground Engineering report: Ground improvement, Butterworth-Heinemann Ltd., London, 31 p [13] Jamiolkowski, M., Lancellota, R., and Wolski, W (1983), Pre-compression and speeding up consolidation, General report – specialty session 6, Proceedings 8th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Helsinki, Vol 3, pp 1201-1226 [14] Kamer , R (1983), Discussion to specialty session 6, Proceedings of the 8th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol 3, Helsinki, Finland, May 1983, pp 1235-1237 [15] Mesri G, Godlewski P M (1977), Time and Stress compressibility interrelationship Proceedings, american Society of Civil Engineers 103: 417-30 [16] Plaxis Version Tutorial Manual [17] Rixner, J.J., Kraemer, S.R., and Smith, A.D (1986), Prefabricated vertical drains, Technical report, Vol I, II, and II, Federal Highway Administration Report: FHWA/RD-86/168 114 [18] Schober, W & Teindl, H (1979), Filter criteria for geotextiles In Design Parameters in Geotechnical Engineering, Vol 2, BGS, London, pp 121-9 [19] Terzaghi, k.(1943),Theoretical Soil Mechanics.John Wiley & Sons, New York [20] Tran T.A and Mitachi,T.(2008), Equivalent plane strain modeling of vertical drains in soft ground under embankment combined with vacuum preloading Tạp chí: Computers and Geotechics Journal, Vol 35, Issue 5, PP 655-672 LÝ LNCH TRÍCH NGANG Họ tên: Hà Hoan Hỷ Ngày, tháng, năm sinh: Địa liên lạc: 24/08/1981 Nơi sinh: Củ chi – Tp.HCM Ấp Mũi Côn Đại – Xã Phước Hiệp – Huyện Củ Chi – Thành Phố Hồ Chí Minh Điên thoại liên lạc: Cố định: 083 7916161 Di động: 090 7038582 Email: hhh24081981@yahoo.com.vn Quá trình đào tạo Thời gian Từ 09/1999 đến 05/2004 Từ 10/2009 đến Học tập Ở đâu Thành tích Học ĐH trường ĐH GTVT sở Q9.Tp.HCM Tp Hồ Chí Minh TB-Khá Học chương trình thạc sỹ Tp Hồ Chí Minh đại học Bách Khoa Tp.HCM Quá trình cơng tác Thời gian Từ 05/2004 đến Cơng việc Ở đâu Nhân viên kỹ thuật Công ty TNHH MTV Quản lý khai thác dịch vụ thủy lợi Tp.HCM ... Năng Thoát Nước PVD II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Xử lý đường đất yếu dùng bấc thấm xét đến ảnh hưởng biến dạng đến khả thoát nước bấc thấm, nghiên cứu ảnh hưởng khả thoát nước lên làm việc bấc thấm Thơng... LUẬN VĂN Đề tài Xử Lý Đường Đất Yếu dùng Bấc Thấm (PVD) Xét Ảnh Hưởng Biến Dạng đến Khả Năng Thoát Nước PVD PVD bị biến dạng với trình lún cố kết đất yếu trình gia tải Biến dạng PVD làm giảm hiệu... VÀ KHẢ NĂNG THOÁT NƯỚC PVD 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Biến dạng làm giảm khả thoát nước PVD theo phương đứng Khi biến dạng lớn khả nước PVD giảm, biến dạng đường trính lún cố kết gây ra, đất yếu biến dạng