Đánh giá hiệu quả của vải địa kỹ thuật đặt bên dưới nền đường và trên hệ thống trụ đất trộn xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN ANH QUỲNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐẶT BÊN DƯỚI NỀN ĐƯỜNG VÀ TRÊN HỆ THỐNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60 58 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 / 2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MINH TÂM Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: ……………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày .tháng… năm 200… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC TP HCM, ngày … tháng … năm 200… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN ANH QUỲNH Phái: NỮ Ngày tháng năm sinh: 01/5/1972 Nơi sinh: THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Mã số HV: 00906222 Địa kỹ thuật xây dựng I TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá hiệu vải địa kỹ thuật đặt bên đường hệ thống trụ đất trộn xi măng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đánh giá hiệu vải địa kỹ thuật đặt bên đường hệ thống trụ đất trộn xi măng Đưa số kết luận tính vải địa kỹ thuật, hiệu vải địa kỹ thuật kết hợp với trụ DMM để gia cố đường III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16 / 07 / 2007 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16 / 12 / 2007 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN MINH TÂM Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS NGUYỄN MINH TÂM TS VÕ PHÁN TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH Ngày … tháng … năm 200… TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy mơn Địa Cơ Nền Móng, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách khoa tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tơi kiến thức cần thiết thời gian tham gia khóa học Tôi vô biết ơn Tiến sĩ Nguyễn Minh Tâm - Giảng viên Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng, khoa Kỹ Thuật Xây dựng, trường Đại học Bách khoa, bận rộn công tác giảng dạy nghiên cứu khoa học dành nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn tận tình, cụ thể, tạo điều kiện tốt nhất, giúp tơi hồn thành Luận văn thạc sĩ thời gian quy định Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân bè bạn ln động viên, giúp đỡ để tơi hồn tất chương trình học hồn tất Luận văn thạc sĩ TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2007 NGUYỄN ANH QUỲNH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá hiệu vải địa kỹ thuật đặt bên đường hệ thống trụ đất trộn xi măng TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong năm gần đây, trụ đất trộn xi măng, thi công phương pháp trộn sâu (DMM) sử dụng rộng rãi coi giải pháp hợp lý để xử lý đất yếu, đặc biệt cho đất yếu bên đường Tuy nhiên, vấn đề xảy sử dụng trụ DMM để xử lý đất yếu đường khác biệt độ lún trụ đất yếu xung quanh trụ khác độ cứng chúng Điều làm giảm độ ổn định đường sức chịu tải trụ DMM bị giảm phải chịu lực ngang đường Do việc tìm giải pháp hiệu cho vấn đề quan trọng Với đặc trưng vải địa kỹ thuật có sức chịu kéo cao, việc đặt lớp vải địa kỹ thuật đường giải pháp kinh tế hiệu để làm giảm độ lún áp lực ngang, tăng sức chịu tải chống lại ổn định tổng thể đường Với mô hình móng kết hợp này, điều quan trọng đánh giá hiệu việc sử dụng vải địa kỹ thuật đặt đường đầu hệ trụ DMM đường Trong Luận văn trình bày số phương pháp tính tốn trụ DMM vải địa kỹ thuật gia cường, đồng thời xây dựng mơ hình phân tích Plaxis từ đưa kết phân tích hiệu vải địa kỹ thuật kết hợp với trụ DMM để gia cố đường Từ kết đạt nhận thấy rằng, giá trị modul chịu kéo khoảng150 kN/m hợp lý cho việc ứng dụng Ngoài ra, vài kết luận sau rút từ kết nghiên cứu vai trò lớp vải địa kỹ thuật là: − Làm giảm độ lún bề mặt đường − Hạn chế xô ngang đường đến kết cấu kế cận, làm giảm moment phát triển trụ DMM − Tăng hệ số an toàn cho đường tựa đất yếu xử lý trụ DMM SUMMARY OF THESIS TOPIC Evaluating the Efficiency of Geosynthetic Reinforced Embankment on DMM Columns ABSTRACT In recent years, deep mixing method (DMM) has been commonly used as an alternative to improve the soft soil foundation, especially embankment However, a problem as using the DMM columns type to treat the soft soil foundation under embankment is the large differential settlement between the columns and natural soft soil around the column due to the difference in the their stiffness This leads to a reduction of stability of embankment and the bearing capcity of DMM columns can be reduced when the columns are subjected to lateral forces from embankment So it’s important to find out an effective solution to overcome these disadvantages The effective characteristic of Geosynthetics is to have a high tensile capacity, so when Geosynthetics layers placed at the base of embankment, it is likely to provide an economic and effective solution for reducing settlement and lateral pressure, increasing bearing capacity, and preventing global instability of embankment With this combination, this study is conducted to evaluate the efficiency of using geosynthetic layer inclusion placed at the base of embankment and on the head of DMM column to support of embankment This thesis presents some methods commonly used to evaluate DMM columns and geosynthetics, as well as performing a two-dimensional assumed model by the finite element method, Plaxis, to evaluate the efficiency of geosynthetic reinforced embankment on DMM columns With results obtained from the study, it can be realized that geosynthetic stiffness of about 150kN/m is rational value to apply to construction And conclusions were also drawn on the main roles of geosynthetic that are: − To reduce the surface settlement of embankment − To restrain the horizontal thrust of embankment to adjacent structes as well as itself, and reduce, moreover, the bending moment developed in DMM columns − To increase factor of safety of embankment on soft soil treated DMM columns Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm M ỤC L ỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC CHƯƠNG GiỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài _ 1.2 Nội dung nghiên cứu đề tài _ 10 1.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài _ 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN 13 2.1 Các đặc trưng đất yếu dạng đất yếu 13 2.1.1 Các đặc trưng đất yếu 13 2.1.2 Các dạng đất yếu 13 2.2 Lịch sử phát triển ứng dụng trụ DMM 14 2.2.1 Lịch sử phát triển công nghệ dùng trụ DMM để gia cố đất yếu 14 2.2.2 Ứng dụng trụ DMM để gia cố đất yếu 15 2.2.3 Phương pháp thi công 18 2.3 Đặc tính kỹ thuật ứng dụng vải địa kỹ thuật 23 2.3.1 Giới thiệu 23 2.3.2 Đặc tính kỹ thuật ứng dụng vải địa kỹ thuật 25 2.4 Các phương pháp tính tốn trụ DMM _ 27 2.4.1 Tính tốn sức chịu tải trụ DMM 27 2.4.2 Tính lún đường đất gia cường trụ DMM 31 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 39 3.1 Các thông số diễn tả phân bố ứng suất đất sử dụng trụ DMM 39 3.2 Một số phương pháp tính hệ số SRR 41 3.2.1 Phương pháp BS8006 42 3.2.2 Phương pháp Terzaghi chỉnh sửa 44 3.2.3 Phương pháp Hewlett Randolph 44 3.2.4 Phương pháp Guido chỉnh sửa 46 3.2.5 Phương pháp Carlsson 46 3.2.6 Hệ số giảm ứng suất: Tổng kết từ phương pháp 47 3.3 Thiết kế lớp vải địa kỹ thuật gia cường 51 3.3.1 Áp lực vải địa kỹ thuật tải trọng đứng 51 3.3.2 Áp lực vải địa kỹ thuật lực kéo ngang 54 3.3.3 Lắp đặt vải địa kỹ thuật 54 3.4 Nguyên lý học truyền tải trọng thẳng đứng đất sử dụng trụ DMM vải địa kỹ thuật 55 3.5 Mơ hình cho lớp sử dụng phân tích Plaxis _ 57 3.5.1 Giới thiệu 57 HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm 3.5.2 Mơ hình Morh-Coulumb (perfect plasticity behaviour; elastic perfectly plastic behaviour) 58 3.5.3 Mơ hình Soft Soil 63 CHƯƠNG MÔ TẢ MƠ HÌNH PHÂN TÍCH 66 4.1 Mơ hình thí nghiệm ly tâm Inagaki et al (2002) _ 66 4.2 Mơ hình phân tích FEM Inagaki et al (2002) 67 4.3 Mơ hình phân tích PLAXIS _ 67 CHƯƠNG KẾT QỦA PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN 71 5.1 So sánh kết phân tích mơ hình với kết Inagaki Chứng minh tính đắn mơ hình phân tích _ 71 5.1.1 Chuyển vị ngang 71 5.1.2 Mômen uốn 72 5.2 Các nhận xét rút từ mơ hình phân tích 73 5.2.1 Độ lún đường 73 5.2.2 Chuyển vị ngang trụ đường 74 5.2.3 Ổn định tổng thể đường 75 5.2.4 Sự tập trung ứng suất 76 5.2.5 Phân tích ứng xử đất bên lớp vải địa kỹ thuật 77 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm CHƯƠNG 1.1 GIỚI THIỆU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng sở hạ tầng bước chuẩn bị tiền đề để phát triển kinh tế Đất nước Để đáp ứng nhu cầu phát triển hoàn thiện sở hạ tầng nước ta nay, ngày có nhiều dự án, nhiều cơng trình với quy mô lớn, cần áp dụng kỹ thuật công nghệ đại Đối với cơng trình đất yếu, việc xây dựng gặp nhiều khó khăn như: đất bị lún đưa vào sử dụng khiến cơng trình bị hư hỏng không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cơng trình, giá thành xử lý đất yếu q cao khiến dự án khơng cịn khả thi Vì vậy, tìm phương án xử lý để đất yếu sớm ổn định để kịp thời đưa vào sử dụng có giá thành hợp lý đề tài cần thiết Trong năm gần đây, trụ đất trộn xi măng, thi công phương pháp trộn sâu (trụ DMM) thường sử dụng giải pháp hợp lý để xử lý đất yếu, đặc biệt cho đất yếu bên đường Việc sử dụng trụ DMM gia cố đất yếu làm cho đường thi công nhanh so với phương pháp gia tải kết hợp với hệ thống thoát nước bấc thấm hay giếng cát, chiều cao đường đắp cao mà không gây phá hoại v.v Những ứng dụng phương pháp như: Tăng tính ổn định đất yếu bên bên cạnh mố trụ cầu Làm giảm độ lún tăng khả chịu tải đất cho bồn chứa Làm tường chắn Hạn chế lún lệch đường xây dựng đất yếu với đường hữu (đã ngừng lún) … Tuỳ theo ứng dụng, trụ DMM có nhiều loại hình dạng như: dạng khối, dạng tường, dạng lưới, dạng trụ đơn Trong đó, dạng trụ đơn loại đơn giản dễ thi công nên dược sử dụng phổ biến Một vấn đề xảy sử dụng trụ DMM để xử lý đất yếu đường khác biệt độ lún trụ đất yếu xung quanh trụ khác độ cứng chúng, ảnh hưởng gia tăng chuyển vị ngang kết cấu kế cận Điều làm giảm độ ổn định đường Hơn nữa, sức chịu tải trụ DMM bị giảm phải chịu lực ngang đường Để giải vấn đề HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm tăng tỷ lệ chiếm chỗ trụ DMM đất, hay tăng độ cứng đường,… Tuy nhiên, giải pháp không kinh tế hiệu Vải địa kỹ thuật (dạng lưới dạng vải) với chức gia cố sử dụng nhiều để giữ ổn định đất, mái dốc đường Đặc trưng hiệu vải địa kỹ thuật có sức chịu kéo cao mà đất khơng có Đặt lớp vải địa kỹ thuật đường giải pháp kinh tế hiệu để làm giảm độ lún áp lực ngang, tăng sức chịu tải chống lại ổn định tổng thể đường Ngoài lớp vải địa kỹ thuật cịn có chức làm mặt phân cách đường lớp đất yếu Giải pháp kết hợp trụ DMM với vải địa kỹ thuật giải pháp hay để có hệ móng hỗn hợp cho đường Giải pháp làm giảm khác biệt độ lún trụ đất yếu xung quanh trụ, làm giảm lực ngang tác dụng lên trụ, truyền thêm lực dọc từ đất vào trụ để giảm lực truyền xuống đất yếu, tức giảm thiểu độ lún mặt đường làm tăng độ ổn định tổng thể đường Lớp đất đắp (nền đường) Vải địa kỹ thuật Lớp đất yếu Cột DMM Lớp đất chịu lực Hình 2.1 Sơ đồ kết hợp trụ DMM với vải địa kỹ thuật để gia cố đường Với mơ hình móng kết hợp này, điều quan trọng đánh giá hiệu việc sử dụng vải địa kỹ thuật đặt đường đầu hệ trụ DMM đỡ đường Nghiên cứu thực phương pháp phần tữ hữu hạn (phần mềm Plaxis) 1.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Nội dung bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu Nêu lên cần thiết phải nghiên cứu phương án xử lý đất yếu HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 10 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm hình khóa điều kiện nước tính tốn Các lớp vải địa kỹ thuật đặt cao đầu trụ 0.2m, điều dựa nghiên cứu đề nghị Kempfeft et al (1997) Phần tử vải địa kỹ thuật Plaxis với cường độ chịu kéo chọn để mô cho lớp vải địa kỹ thuật Trong nghiên cứu giá trị modul chịu kéo vải địa kỹ thuật Egeo thay đổi phạm vi từ 50 đến 1000 kN/m để xem xét ảnh hưởng đến ứng xử đất xử lý bên đường Cũng giả thuyết thêm rằng, thay đổi sức chống cắt đất tiếp xúc với lớp vải địa kỹ thuật bỏ qua 9.6 m 20.4 m 0.2 m 6.0 m 10.0 m Nền đường Fill Embankment LớpGeotextile vải địa kỹLayer thuật A 13.0 m a = 0.4m DMM Trụ Columns DMM φ=0.4m 3.0 m LớpClay đất sét yếu Soft Layer 2.0 m (a) Base Layer LớpSand cát chặt sơ đồ hình học mơ hình Lớp vải địa kỹ thuật Geotextile layer Embankment Nền đường fill Trụ DMM DMM columns Soft Lớp Clay đất sétlayer yếu LớpSand cát chặt Base layer (b) lưới mơ hình Plaxis Hình 4.3 Mơ hình phân tích HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 70 Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm KẾT QỦA PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN 5.1 SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MƠ HÌNH VỚI KẾT QUẢ CỦA INAGAKI CHỨNG MINH TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA MƠ HÌNH PHÂN TÍCH 5.1.1 Chuyển vị ngang Để phân tích tính đắn mơ hình trước hết chứng minh xác thơng số mơ hình vật liêu sử dụng để phân tích phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Việc tiến hành cách so sánh chuyển vị ngang phân tích FEM kết thí nghiệm ly tâm Inagaki (2002) Để đảm bảo so sánh xác, q trình phân tích thực theo bước mơ hình thí nghiệm ly tâm Inagaki Việc phân tích bao gồm giai đoạn: Đắp lên tới 6m (chiều dày lớp đất dắp) khoảng thời gian 60 ngày Để đất trình cố kết khoảng thời gian 270 ngày Trụ số Trụ số Trụ số Trụ số Trụ số (a) mơ hình phần tử dầm Trụ số Trụ số Trụ số Trụ số Trụ số b) mơ hình phần tử biến dạng phẳng Hình 5.1 Hệ lưới mơ hình phân tích theo FEM HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 71 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm Hình 5.2 so sánh kết mơ hình thí nghiệm ly tâm với kết mơ hình phần tử biến dạng phẳng dạng phần tử dầm trụ số số Chuyển vị ngang (cm) Lateral Deflection (cm) 0.5 Chuyển vị ngang (cm) Lateral Deflection (cm) 1.5 0 -2 1.5 -2 -4 P.tử b.dạng Plane Strain Element phẳng -4 P.tử b.dạng Plane strain element phẳng -6 Beam Element P.tử dầm -6 Beamdầm element P.tử -8 Inagaki's dataInagaki Số liệu -10 Chiều sâu -12 (cm) Same as as Cân Same Ic Ic Cân -14 -16 -8 Inagaki's Data Số liệu Inagaki -10 Chiều sâu -12 (cm) Depth (cm) Depth (cm) 0.5 Same as as Cân Same Ic Ic Cân -14 -16 -18 -18 -20 -20 -22 -22 -24 -24 -26 -26 (a) Trụ số (b) Trụ số Hình 5.2 Phân bố chuyển vị ngang theo độ sâu trụ số số Kết so sánh hoàn toàn hợp lý chứng tỏ mô trụ theo phần tử biến dạng phẳng theo nguyên lý cân tỷ lệ diện tích thay cho kết gần với kết thí nghiệm ly tâm truờng hợp khác Đồng thời, hình 5.2 sử dụng nguyên lý cân mơmen qn tính kết chuyển vị ngang nhỏ so với nguyên lý cân tỷ lệ diện tích thay Lý với ngun lý cân mơmen qn tính chiều rộng dộ cứng cao chuyển vị thấp Và hình 5.2 cho thấy mơ hình phần tử biến dạng phẳng cho giá trị chuyển vị ngang nhỏ so với phần tử dạng dầm 5.1.2 Mômen uốn Mômen uốn (của) cột DCM mô phần tử biến dạng phẳng tính tốn từ mặt chuyển vị ngang sau: d2y M = EI c dz Hàm d2y /dz2 thể đường cong mặt chuyển vị ngang theo độ sâu z xác định phương pháp sai phân hữu hạn d y y i +1 − y i + y i −1 = dz h2 HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 72 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm Trong đó: yi+1, yi, yi-1 giá trị chuyển vị ngang tương ứng điểm i+1, i, i-1, h khoảng cách điểm Kết mơmen uốn tính từ phẩn tử biến dạng phẳng theo nguyên lý cân tỷ lệ diện tích thay gần với số liệu từ thí nghiệm ly tâm Inagaki truờng hợp khác Mômen uốn trụ mơ hình 2D với ngun lý cân mơmen qn tính lớn so với ngun lý cân tỷ lệ diện tích thay Mơmen (kN.m) Bendinguốn Moment (kN.m) Mômen uốn (kN.m) Bending Moment (kN.m) 10 12 0 -2 -3 -4 Beam element P.tử dầm From Data Số liệuInagaki's Inagaki Chiều sâu -5 (m) -6 Depth (m) 10 12 -1 Planeb.dạng Strain phẳng Element P.tử Same as as Cân Same Ic Ic Cân -7 -2 P.tử b.dạng phẳng Plane Strain Element -3 Beam element P.tử dầm -4 From Inagaki's Data Số liệu Inagaki Chiều -5 sâu (m) -6 Depth (m) -1 Same Ic Ic Cân -7 -8 -8 -9 -9 -10 -10 -11 -11 -12 -12 -13 -13 (a) Trụ số Same as as Cân (b) Trụ số Hình 5.3 Phân bố mơmen uốn theo độ sâu trụ số số 5.2 CÁC NHẬN XÉT RÚT RA TỪ MƠ HÌNH PHÂN TÍCH 5.2.1 Độ lún đường Ảnh hưởng modul chịu kéo lớp vải địa kỹ thuật đến độ lún đường thể hình 5.4 Khi lớp vải địa kỹ thuật chèn, độ lún đường giảm đáng kể Khuynh hướng ảnh hưởng hợp lý vai trò lớp vải địa kỹ thuật đặt đầu trụ DMM giúp tăng khả lan truyền tải trọng tác dụng lên đất yếu xung quanh trụ vào đầu trụ DMM Từ hình 5.4 thấy độ lún đường giảm không tuyến tính với modul kéo vải địa kỹ thuật Độ lún đường giảm nhanh modul chịu kéo vải địa kỹ thuật nhỏ, sau giảm không đáng kể với giá trị cao modul kéo vải địa kỹ thuật HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 73 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm Surface Vertical Displacement (cm) 35 Mặt chuyển vị đứng (cm) 33 31 Without Geosynthetic Khơng có vải địa kỹ thuật 29 E = 50 kN/m Trục đối xứng Symmetry axis of mặt đường embankment E = 150 kN/m E = 300 kN/m 27 E = 500 kN/m E = 1000 kN/m 25 10 Toạ Horizontal độ ngang Co-ordinate (m) (m) Hình 5.4 Độ lún đường 5.2.2 Chuyển vị ngang trụ đường Chuyển vị ngang (cm)(cm) Lateral Displacement 10 -1 -2 -3 -4 Depth (m) Chiều sâu (cm) -5 -6 -7 Khơng Without có vải địa kỹ thuật Geosynthetic -8 E = 50 kN/m -9 -10 -11 E =150 kN/m E =300 kN/m E =500 kN/m -12 -13 E =1000 kN/m Hình 5.5 Chuyển vị ngang trụ DMM bên chân đường Hình 5.5 ảnh hưởng modul chịu kéo vải địa kỹ thuật đến chuyển vị ngang cột bên chân đường Như mong đợi, kết phân tích chuyển vị ngang trụ DMM cho trường hợp có lớp vải địa kỹ thuật nhỏ HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 74 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm khơng có lớp vải địa kỹ thuật Khi cường độ chịu kéo lớp vải địa kỹ thuật tăng lên chuyển vị ngang tồn chiều dài trụ DMM giảm giảm không đáng kể modul chịu kéo vải địa kỹ thuật lớn Điều chứng minh vai trò lớp vải địa kỹ thuật việc giảm chuyển vị ngang trụ DMM độ ổn định riêng trụ DMM độ ổn định tổng thể đường tăng lên 5.2.3 Ổn định tổng thể đường Vai trị lớp vải địa kỹ thuật việc tăng độ ổn định đường đất yếu gia cố trụ DMM cung cấp thêm thành phần lực kéo ngang để từ tăng momen chống trượt hạn chế vùng biến dạng cắt cục xuất xảy trụ DMM chèn đất yếu (Lawson 1996) Độ ổn định tổng thể đường đánh giá thông qua hệ số an tồn chống trượt, FS, tính tốn từ lý thuyết cân giới hạn từ phương pháp phần tử hữu hạn Mỗi phương pháp có thuận lợi bất lợi sau: Trong phương pháp cân giới hạn, độ ổn định nói chung phân tích dựa giả thuyết phá hoại đất xảy theo mặt trượt trụ tròn Hệ số an toàn tương ứng đến cung trượt trượt giả thuyết xác định cách so sánh moment chống trượt moment gây trượt toàn mảnh chia nhỏ cung trượt Trong phương pháp phần tử hữu hạn, Plaxis, hệ số an tồn tính tốn sử dụng chức giảm giá trị φ, c Các thông số sức chống cắt đất tanφ c đất giảm liên tục cho bước tính tốn hội tụ thuật tốn cân giới hạn khơng đạt Điều gây tăng lớn biến dạng phần tử Hệ số an tồn sau tính tốn sau: FS = tan φinput tan φ reduced = cinput c reduced Trong đó: tan φ input , c input : thông số sức chống cắt nhập vào ban đầu tan φ reduced , c reduced : thông số sức chống cắt giảm tương ứng hội tụ thuật tốn khơng đạt Trong q trình tính tốn số bước tính toán chọn lựa chưa đủ để gây khơng hội tụ thuật tốn q trình tính tốn lập lại cho số bước tính tốn tăng lên HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 75 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm Bảng 5.1: Hệ số an tồn ổn định FS Trường hợp Khơng có vải địa kỹ thuật FS 2.047 Có vải địa kỹ thuật E=50 kN/m E=150 kN/m E=300 kN/m E=500 kN/m E=1000 kN/m 2.368 2.503 2.510 2.516 2.520 200 400 Factor of Safety, FS 2.5 Hệ số an toàn, 1.5 FS 0.5 0 600 800 1000 Modul chịu of kéo vải địa kỹ(kN/m) thuật Stiffness Geosynthetic Hình 5.6 Sự thay đổi FS với Modul chịu kéo vải địa kỹ thuật Kết thay đổi hệ số an tồn ổn định, FS, tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn, Plaxis, với modul chịu kéo vải địa kỹ thuật thể bảng 5.1 hình 5.6 Có thể thấy từ hình 5.6 việc sử dụng lớp vải địa kỹ thuật làm tăng hệ số an toàn Hệ số an toàn tăng nhanh giai đoạn modul kéo vải địa kỹ thuật cịn nhỏ sau khơng thay đổi đáng kể modul kéo vải địa kỹ thuật lớn 150 kN/m 5.2.4 Sự tập trung ứng suất Sự lan truyền ứng suất từ đất yếu vào đầu trụ DMM xác định từ hệ số tập trung ứng suất, CSR, độ cứng trụ DMM lớn ứng suất tập trung vào trụ nhiều Hình 5.7 ảnh hưởng modul chịu kéo vải địa kỹ thuật đến hệ số tập trung ứng suất trụ gần vị trí tâm đường Khi lớp vải địa kỹ thuật sử dụng hệ số tập trung ứng suất tăng đáng kể Điều nghĩa ứng suất lan truyền vào trụ DMM nhiều hơn, ứng suất đường tác dụng vào lớp đất yếu xung quanh trụ DMM giảm Kết dẫn đến độ lún đường chuyển vị ngang trụ DMM giảm đi, hệ số an toàn ổn định tăng lên Thêm từ hình 5.7, modul chịu kéo vải địa kỹ thuật lớn 150 HVTH: Nguyeãn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 76 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm kN/m tập trung ứng suất vào trụ DMM khơng cịn tăng đáng kể Column Stress Ratio, CSR 3.5 Hệ Số tập trung ứng suất, CSR 2.5 1.5 0.5 0 200 400 600 800 1000 Modul chịu kéo vải địa kỹ thuật Stiffness of Geosynthetic (kN/m) Hình 5.7 Sự thay đổi hệ số tập trung ứng suất với modul chịu kéo vải địa kỹ thuật 5.2.5 Phân tích ứng xử đất bên lớp vải địa kỹ thuật Trong hầu hết toán địa kỹ thuật, đánh giá thay đổi trạng thái ứng suất với thời gian trình gia tải việc làm cần thiết để từ mường tượng phá hủy đất Hình 5.8 lộ trình thay đổi ứng suất phần tử đất yếu bên lớp vải địa kỹ thuật, A, độ sâu 0.42m bên lớp vải địa kỹ thuật cách trục đối xứng đường 2.41 m (xem hình 4.3) Để xem xét thay đổi trạng thái ứng suất điểm A với thời gian, phân tích thực hai giai đoạn: (1) giai đoạn 1,6m đường thi công thời gian 20 ngày, (2) sau q trình cố kết thực áp lực nước lỗ rỗng thặng dư hồn tồn 40 Deviator stress, q (kPa) 35 Ứng suất lệch, q (kPa) 30 Consolidation Giai đoạnstage cố kết 25 20 15 Embankment stage Giai đoạn chấtloading tải 10 Có vảiGeotextile địa kỹ thuật With Withoutcó Geotextile Khơng vải địa kỹ thuật 0 20 Ứng 40 60 Mean effective stress, p' (kPa) suất hữu hiệu, p’ (kPa) 80 100 Hình 5.8 Lộ trình ứng suất phần tử đất yếu A xung quanh trụ DMM HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 77 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm Kết thay đổi ứng suất hình 5.8 giá trị p’, có mặt vải địa kỹ thuật làm giảm ứng suất lệch, q, đất yếu xung quanh trụ DMM Ở biểu đồ mối quan hệ ứng suất biến dạng, biến dạng đất giảm ứng suất lệch q giảm Kết tương ứng với việc đường tăng xây dựng với chiều cao lớn HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 78 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm KẾT LUẬN Hiệu việc sử dụng vải địa kỹ thuật cho đường xử lý trụ DMM đánh giá phân tích qua nghiên cứu với hỗ trợ phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis Dù phân tích mang tính chất khảo sát, tìm hiểu, đóng góp phần nhỏ vào việc nghiên cứu hiệu vải địa kỹ thuật ứng xử đất yếu Một số kết luận tính vải địa kỹ thuật rút từ đề tài này: − Làm giảm độ lún bề mặt đường làm giảm lún lệch trụ đất yếu xung quanh trụ − Hạn chế xô ngang đường đến kết cấu kế cận, làm giảm moment phát triển trụ DMM (gây gãy nghiêng trụ làm đường bị phá hoại) − Tăng hệ số an toàn cho đường tựa đất yếu xử lý trụ DMM − Giảm ứng suất lệch phần đất yếu phía lớp vải địa kỹ thuật phần đất trụ − Làm giảm ứng suất áp lực nước lỗ rỗng thặng dư đất trụ HVTH: Nguyeãn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 79 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT: Châu Ngọc Ẩn, “Nền móng”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh (2005) Nguyễn Viết Trung (chủ biên), Nguyễn Phương Duy, Nguyễn Duy Lâm (1998) “Công nghệ xử lý đất yếu - Vải địa kỹ thuật bấc thấm” TCXDVN 385 : 2006 “Gia cố đất yếu trụ đất xi măng”, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng ban hành theo định số 38/2006/QĐ-BXD ngày 27 tháng 12 năm 2006 TCXD 45-78: “Tiêu chuẩn thiết kế nền, nhà cơng trình” - Phụ lục Tuyển tập giảng xử lý đất yếu kỹ thuật móng cơng trình - Hội học đất địa kỹ thuật cơng trình quốc tế, hội học đất địa kỹ thuật cơng trình Việt Nam (tháng năm 2007) TÀI LIỆU TIẾNG ANH: Aboshi, H., Ichimoto, B., Enoki, M., and Harada, K (1979) “A Method to Improve Characteristics of Soft Clays by Inclusion of Large Diameter Sand Columns.” International Conference on Soil Reinforcement, March, Paris, pp 211-216 Alamgir, M., Miura, N., Poorrooshasb, H B., and Madhaw, M R (1996) “Deformation Analysis of Soft ground Reinforced by Columnar Inclusions” Computer and Geotechnics, Vol 18, No 4, pp 267-290 Bell, A L., Jenner, C., Maddison, J D and Vignoles, J (1994) “Embankment support using geogrids with Vibro Concrete Columns.” Proceedings, 5th International Conference on Geotextiles, Geomembranes, and Related Products Singapore: 335-38 British Standard BS8006 (1995) British Standard, Code of practice for: Strengthened/reinforced soils and other fills 10 Broms, B B and Boman, P (1979a) “Lime-columns - a new foundation method.” Journal of the Geotechnical Division, ASCE 105, No 4, pp 539-556 11 Broms, B B and Boman, P (1979b) “Stabilization of soil with lime columns.” Ground Engineering 12, No 4, pp 23-32 12 Broms, B B (1991) “Stabilization of Soil with Lime Columns.” Foundation HVTH: Nguyeãn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 80 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm Engineering Handbook, pp 833-855 13 Broms, B B (1999) “Keynote Lecture: Design of lime, lime/cement and cement columns.” International Conference on Dry Mix Methods: Dry Mix Methods for Deep Soil Stabilization, Rotterdam Balkema, pp.125-153 14 Broms, B B (2003) Deep Soil Stabilization, Design and Construction of Lime and Lime/Cement Columns Draft Report 15 Bruce, D A (2000) "An Introduction to the Deep Mixing Methods as used in geotechnical applications - Volume III: The Verification and Properties of Treated Ground." DRAFT Federal Highways Administration, FHWA-RD-99-167 16 Carlsten, P and Ekstrom, J (1997) Lime and Lime Cement Columns, Guide for Project Planning, Construction and Inspection Swedish Geotechnical Society, SGF Report 4:95 E 17 CDIT (Coastal Development Institute of Technology) (2002) The Deep Mixing Method: Principle, Design and Construction, Balkema, Netherlands 123 trang 18 Elias, V., Welsh, J., Warren, J and Lukas, R (1999) Ground Improvement Technical Summaries, Volume II, Demonstration Project 116, Federal Highway Administration 19 EuroSoilStab (2002) “Development of design and construction methods to stabilise soft organic soils.” Design Guide Soft Soil Stabilization, CT97-0351 Project No: BE 96-3177 20 Esrig, M I and MacKenna, P E (1999) Lime cement column ground stabilization for I-15 in Salt Lake City 34th Annual Symposium on Engineering Geology and Geotechnical Engineering 21 Forte, E (2002) Underpinning and Foundation Constructors, Inc Personal Conversation 22 Guido, V A., Knueppel, J D and Sweeny, M A (1987) Plate Loading Tests on Geogrid-Reinforced Earth Slabs Geosynthetic '87 Conference New Orleans: 21625 23 Hewlett, W J and Randolph, M F (1988) Analysis of piled embankments Ground Engineering 21, no 3: 12-18 24 Horgan, G J and Sarsby, R W (2002) The arching effect of soils over voids and piles incorporating geosynthetic reinforcement Geosynthetics - 7th ICG, Delmas, Gourc & Girard (eds), Lisse: Swets & Zetilinger, 373-78 25 Inagaki, M., Abe, T., Yamamoto, M., Nozu, M., Yanagawa, Y., and Li, L (2002) “Behavior of Cement Deep Mixing Columns under Road Embankment.” Physical HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 81 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm Modelling in Geotechnics, 967 – 972 26 John, N W M (1987) Geotextiles Glasgow and London: Blackie & Son Ltd 27 Kaiqiu, L (2000) Behaviour of DCM Columns under Highway Embankment at Bridge Approaches Thesis for the Degree of Doctor of Philosophy, Nanyang Technical University 28 Kawasaki, T., Niina, A., Saitoh, S., Suzuki, Y and Honjyo, Y (1981) Deep Mixing Method Using Cement Hardening Agent Proceedings of the 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, pp 721-724 29 Kempfert, JG, Stadel, M and Zaeske, D (1997) Design of geosyntheticreinforced bearing layers over piles Bautechnik 74, Heft 12, 818-25 30 Kempton, G., Russell, D., Pierpoint, N D and Jones, C J F P (1998) Two- and Three-Dimensional Numerical Analysis of the Performance of Piled Embankments Proceedings, 6th International Conference on Geosynthetics: 76772 31 Kivelo, M (1998) "Stabilization of embankments on soft soil with lime/cement columns." Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology 32 Lawson, C R (1992) Soil Reinforcement with Geosynthetics Applied Ground Improvement Techniques, Southeast Asian Geotechnical Society (SEAGS), 55-74 33 Lawson, C R (1996) “Basal Reinforced Embankment Practice in the United Kingdom” the practice of soil reinforced in Europe, Thomas Telford, London, 173-194 34 Lin, K Q and Wong, I H (1999) “Use of deep cement mixing to reduce settlements at bridge abutments.” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 125, No 4, pp 309-320 35 Love, J and Milligan, G (2003) Design methods for basally reinforced pilesupported embankments over soft ground Ground Engineering March: 39-43 36 Rogbeck, Y., Gustavsson, S., Sodergren, I and Lindquist, D (1998) Reinforced Piled Embankments in Sweden - Design Aspects Proceedings, Sixth International Conference on Geosynthetics: 755-62 37 Russell, D and Pierpoint, N (1997) An assessment of design methods for piled embankments Ground Engineering 30, no 11: 39-44 38 Ryan, C.R and Jasperse, B.H (1989) “Deep Soil Mixing at The Jackson Lake Dam.” Foundation Engineering: Current Principles and Practices, Vol 1, ASCE, pp 354-367 HVTH: Nguyeãn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 82 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Minh Tâm 39 Schaefer, V R ed (1997) “Soil Improvement and Geosynthetics.” Ground Improvement, Ground Reinforcement, Ground Treatment, Developments 19871997; ASCE Geotechnical Special Publication No 69, V R Schaefer, The GeoInstitute of the American Society of Civil Engineers 40 Shiells, D P., Pelnik III, T W and Filz, G M (2003) “Deep Mixing: An Owner's Perspective.” Grouting and Ground Treatment, Proceedings of the 3rd International Conference, ASCE Special Publication No 120, New Orleans, pp 489-500 41 Srbulov, M (2001) “Design of soft clay reinforced beneath unpaved roads and embankments” Soft Soil Engineering, Swets & Zeitlinger, ISBN 92 265 1866 8, 493-497 42 Tam, N., M., and Jung, D., H (2005) “Study on the distribution of bending moment and bending moment capacity of DMM column under embankment” 43 Terzaghi, K., Peck, R.B., and Mesri, G (1996) Soil Mechanics in Engineering Practice John Wiley & Sons, Inc 44 Watn, A., Christensen, S., Emdal, A and Nordal, S (1999) “Lime Cement stabilization of slopes- Experiences and design approach.” Dry Mix Method for Deep Soil Stabilization, Bredenberg, Holm & Broms (eds): 169-76 45 Yang, D.S., Yagihashi, J.N., and Yoshizawa, S.S (1998) “Dry Jet Mixing For Stabilization of Very Soft Soils and Organics Soil.”, Soil Improvement for Big Digs, Geotechnical Special Publication, ASCE, No.81, Boston, MA, October, pp 96-110 HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222 Trang 83 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN ANH QUỲNH Ngày, tháng, năm sinh: 01-05-1972 Nơi sinh: Thái Nguyên Địa liên lạc: 23, Lý Tự Trong, phường Bến Nghé, quận 1, TP HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Năm 1992-1997: Sinh viên trường Đại học Bách khoa TP.HCM; Hệ quy; Chun ngành Kỹ thuật cơng trình - Năm 2005-2007: Học viên cao học Chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng Q TRÌNH CƠNG TÁC: - Năm 1997-2004: Kỹ sư xây dựng; Công ty Tư vấn đầu tư xây dựng Dầu khí - Tổng cơng ty Dầu khí Việt Nam - Năm 2004-nay: Kỹ sư xây dựng; Công ty Tư vấn xây dựng tổng hợp - Bộ Xây dựng ... Địa kỹ thuật xây dựng I TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá hiệu vải địa kỹ thuật đặt bên đường hệ thống trụ đất trộn xi măng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đánh giá hiệu vải địa kỹ thuật đặt bên đường hệ thống trụ. .. THẠC SĨ TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá hiệu vải địa kỹ thuật đặt bên đường hệ thống trụ đất trộn xi măng TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong năm gần đây, trụ đất trộn xi măng, thi công phương pháp trộn sâu (DMM) sử dụng... địa kỹ thuật đặt trụ đặt theo lưới hình vng hình 3.4 Tải trọng đất đắp giả thiết phân bố khắp chiều ngang nhịp vải địa kỹ thuật trụ Và giả thiết vải địa kỹ thuật đỡ toàn tải trụ Khi lực kéo vải