Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đất yếu tuyến đường giao thông ven biển đoạn từ hải phòng đến nam định và đề xuất giải pháp xử lý nền bằng cọc cát biển xi măng TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN THỊ DỊU NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THƠNG VEN BIỂN ĐOẠN TỪ HẢI PHỊNG ĐẾN NAM ĐỊNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC CÁT BIỂN - XI MĂNG Ngành Chuyên ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CTGT : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số : 9580205 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021 Công trình hồn thành tại: Trường Đại học Giao thơng Vận tải Người hường dẫn khoa học: PGS.TS Tạ Đức Thịnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất PGS.TS Nguyễn Đức Mạnh Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp Trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi .ngày tháng năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện trường Đại học Giao thơng Vận tải MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tuyến đường giao thông ven biển đoạn Hải Phòng - Nam Định dài 64,1km, nằm dự án xây dựng đường giao thông ven biển Việt Nam cảng Núi Đỏ (Quảng Ninh) đến Hà Tiên (Kiên Giang) Đường thiết kế theo tiêu chuẩn cấp III đồng bằng, kết cấu mặt đường loại cấp cao A1, vận tốc 80km/h Cấu trúc đất khu vực tuyến đường ven biển đoạn Hải Phịng - Nam Định phức tạp Trầm tích Đệ Tứ có mặt nhiều lớp đất yếu sức chịu tải thấp, biến dạng lớn thành phần chủ yếu sét, sét pha, cát pha trạng thái chảy, dẻo chảy, dẻo mềm-dẻo chảy thuộc hai hệ tầng Thái Bình Hải Hưng Vì vậy, việc phải xử lý đất yếu xây dựng tuyến đường nhằm đảm bảo yêu cầu độ lún ổn định theo qui định hành cần phải tiến hành Hiện nay, Việt Nam có nhiều phương pháp xử lý đất yếu áp dụng, gồm phương pháp xử lý nông hay xử lý sâu; xử lý học hóa học; xử lý thoát nước cố kết kết hợp Mỗi phương pháp xử lý có ưu, nhược điểm phạm vi áp dụng hiệu riêng Hiệu xử lý đất yếu phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật, công nghệ, chất ứng xử loại đất yếu cấu trúc đất yếu Tuyến đường ven biển đoạn Hải Phịng - Nam Định có cấu trúc gồm lớp đất yếu chiều dày lớn, phân bố mặt đất gần mặt đất, phương pháp xử lý sâu như: bấc thấm, hút chân không, cọc cát, giếng cát, cọc cát đầm chặt, cọc đất – xi măng lựa chọn hợp lý Tuy nhiên phương pháp có hạn chế riêng Chẳng hạn, với phương pháp bấc thấm thi công thường xảy tượng xáo trộn đất xung quanh bấc thấm (hiệu ứng xáo trộn), bị đứt bấc lún nhiều bị gián đoạn đường nước thi cơng chất lượng, giảm khả cố kết nên nhiều trường hợp xảy lún sau đưa cơng trình vào sử dụng Phương pháp cọc cát, giếng cát hay cọc cát đầm yêu cầu quan trọng vật liệu cát sơng đủ tiêu chuẩn cịn dễ gây tiếng ồn lớn, ảnh hưởng đến mơi trường cơng trình xung quanh, giá thành không rẻ Hơn nữa, việc khai thác cát sơng khó khăn, ngày khan hiếm, tác động xấu tới môi trường sinh thái Với cọc đất - xi măng khả mang lại hiệu tốt giảm lún gia tăng ổn định tốt với đường đắp đất yếu, giá thành cao yêu cầu cao kỹ thuật thiết bị thi công hạn chế áp dụng Cịn phương pháp hút chân khơng phù hợp xử lý đất yếu cho cơng trình dạng tuyến kéo dài với cắt ngang hẹp đường giao thông ven biển Xuất phát từ yếu tố trên, luận án thực nghiên cứu phát triển phương pháp cọc cát biển - xi măng với đầy đủ sở lý thuyết, thực nghiệm mơ hình vật lý phịng, quy trình thiết kế thi cơng đề xuất, đặc biệt sử dụng nguồn cát biển gần cơng trình làm vật liệu cọc góp phần hạn chế tác động biến đổi môi trường khai thác cát sông Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Làm sáng tỏ đặc điểm phân chia kiểu cấu trúc đất yếu dọc tuyến đường giao thông ven biển đoạn từ Hải Phòng đến Nam Định - Đề xuất phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng phù hợp với cấu trúc đất tuyến đường ven biển đoạn từ Hải Phòng đến Nam Định - Bước đầu đánh giá hiệu xử lý đất yếu cọc cát biển – xi măng theo cấu trúc đặc trưng tuyến đường ven biển đoạn từ Hải Phòng đến Nam Định Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Đối tượng nghiên cứu đề tài bao gồm cấu trúc đất yếu phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng - Phạm vi nghiên cứu tập trung chủ yếu địa chất dọc tuyến đường giao thơng ven biển từ Hải Phịng đến Nam Định, chiều sâu nghiên cứu đến hết chiều dày đất yếu, khoảng 30-40m kể từ mặt đất, với nguồn cát ven biển phạm vi đoạn tuyến Nội dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tổng quan đất yếu, cấu trúc đất yếu phương pháp xử lý đất yếu giới Việt Nam - Nghiên cứu đặc điểm phân chia cấu trúc đất yếu tuyến đường giao thông ven biển đoạn Hải Phòng - Nam Định - Nghiên cứu đề xuất phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng - Nghiên cứu xây dựng mơ hình vật lý thu nhỏ phịng, phân tích mơ hình số đánh giá hiệu bước đầu phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng, áp dụng cho tuyến đường ven biển Hải Phòng - Nam Định Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu đề tài Cách tiếp cận nghiên cứu - Cách tiếp cận hệ thống: tuyến đường giao thơng ven biển đoạn Hải Phịng - Nam Định triển khai đầu tư xây dựng; vùng ven biển Hải Phòng - Nam Định phân bố rộng rãi loại đất yếu cần xử lý xây dựng đường giao thông; phương pháp xử lý đất yếu phù hợp với điều kiện Việt Nam, sử dụng cát biển gần nguồn làm vật liệu xử lý - Cách tiếp cận kế thừa: Kế thừa kết nghiên cứu công bố giới Việt Nam - Cách tiếp cận lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết liên quan để giải vấn đề đặt nội dung nghiên cứu đề tài - Cách tiếp cận thực nghiệm: Triển khai công tác thực nghiệm - Cách tiếp cận đại: Sử dụng mơ hình thực nghiệm, mơ hình số để giải toán nội dung nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp hệ thống hóa tài liệu: Thu thập, phân tích, hệ thống hóa tài liệu có liên quan đến đất yếu phương pháp xử lý đất yếu - Phương pháp chuyên gia: Tổ chức buổi tọa đàm, hội thảo khoa học để xin ý kiến chuyên gia, nhà khoa học vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết biến đổi tính chất địa chất cơng trình đất đá, lý thuyết học đất lý thuyết liên quan để phân chia cấu trúc đất yếu, xây dựng sở lý thuyết phương pháp cọc cát biển - xi măng xử lý đất yếu - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành điều tra, khảo sát thực địa, lấy loại mẫu đất; tiến hành thí nghiệm phịng - Phương pháp mơ hình hóa: Xây dựng mơ hình vật lý, phân tích mơ hình số q trình làm việc cọc cát biển - xi măng Các đóng góp khoa học luận án - Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc phân chia kiểu cấu trúc đất yếu dọc tuyến đường ven biển đoạn Hải Phòng - Nam Định - Đề xuất phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng, quy trình tính tốn thiết kế thi công cọc - Xây dựng mơ hình nghiên cứu thực nghiệm, mơ hình số mơ làm việc hệ - cọc cát biển - xi măng bước đầu đánh giá hiệu phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bổ sung sở lý thuyết thực nghiệm quan trọng phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng Kết nghiên cứu sở khoa học quan trọng để quan quản lý, tư vấn, thiết kế, thi cơng có thêm lựa chọn phương pháp xử lý đất yếu phù hợp, phục vụ xây dựng đường giao thông ven biển đoạn Hải Phịng - Nam Định nói riêng, cơng trình hạ tầng ven biển nói chung, góp phần giảm giá thành xây dựng bảo vệ môi trường bền vững Là tài liệu chuyên môn tốt phục vụ công tác giảng dạy, đào tạo nghiên cứu đơn vị liên quan Việt Nam CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan nghiên cứu cấu trúc đất yếu giới Cấu trúc đất yếu khái niệm xếp không gian lớp đất (bao gồm đất yếu) với đặc trưng nguồn gốc, tuổi, thành phần, trạng thái, tính chất lý chúng Liên quan nghiên cứu đất yếu gắn với cấu trúc nền, đáng ý có Kamon Bergado (1991) [56] với quan điểm đất yếu có mặt đất loại sét yếu phân bố khu vực có mực nước ngầm cao Omar Jaafar (2000) [68] nghiên cứu đặc điểm đất yếu vùng ven biển thị trấn Cyberjaya (Malaysia), xác định lớp đất bùn sét hữu có chiều dày trung bình 2,0m, chí có khu vực dày tới 10,0m; bên lớp bùn sét hữu thường lớp sét chảy đến dẻo chảy Skempton (1953) [71] đề xuất sử dụng số hoạt hóa AI (Activity Index), theo đất yếu có số AI > 1,25 thường đại diện cho đất có hàm lượng khống vật monmorilonit cao (đây thành phần khống vật ảnh hưởng trực tiếp đến tính trương nở đất); đất có số AI < 1,25 đất chứa hàm lượng khoáng vật kaolinit cao Các nghiên cứu C Ma nnk (2010) [42], Zeng nnk (2011) [60], Yadu (2013) [61], Uddin (2018) [47] , Ye nnk (2015) [62] cho thấy, đất khu vực ven biển chủ yếu lớp sét trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy, thành phần khoáng vật chủ yếu kaolinit, illit, monmorilonit clorit; lớp đất đất yếu thường có tính nhạy cảm cao với thay đổi độ ẩm, thể tích lớp đất thường tăng độ ẩm đất tăng 1.2 Tổng quan nghiên cứu cấu trúc đất yếu Việt Nam Nguyễn Thanh (1984) [23] quan niệm "Cấu trúc công trình tầng đất sử dụng làm cho cơng trình xây dựng, đặc trưng quy luật phân bố theo chiều sâu thành tạo đất đá có liên kết kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái tính chất địa chất cơng trình khơng giống nhau” Lê Trọng Thắng (1998) [24] cho ràng "Cấu trúc phần tương tác cơng trình mơi trường địa chất, xác định qui luật phân bố không gian, khả biến đổi theo thời gian thành tạo đất đá có tính chất địa chất cơng trình xác định, diễn vùng ảnh hưởng cơng trình Cấu trúc giới hạn khơng gian có phân bố loại đất yếu, gọi “cấu trúc đất yếu” Phạm Văn Tỵ (1999) [29] quan niệm, “cấu trúc hiểu quan hệ xếp không gian thể địa chất (lớp đất) cấu tạo đất, số lượng, đặc điểm hình dạng, kích thước, thành phần, trạng thái tính chất yếu tố cấu thành này” Tạ Đức Thịnh (1990) [25] nghiên cứu quy luật biến đổi không gian số tiêu lý đất yếu hệ tầng Hải Hưng cấu trúc đất yếu đồng Bắc Bộ mơ hình toán học Nguyễn Huy Phương (2004) [16] đưa khái niệm“Cấu trúc mối quan hệ không gian lớp đất đá, đặc điểm thành phần, kiến trúc, cấu tạo chúng, đặc tính địa chất cơng trình lớp đất đá nằm vùng nén ép cơng trình" Năm 2016, Nguyễn Văn Phóng nnk [17] phân chia cấu trúc đất yếu vùng ven biển Bắc Bộ thành kiểu (I, II, III, IV), dạng (a, b, c, d) 1.3 Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý đất yếu giới 1.3.1 Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý nông Phổ biến nhóm phương pháp gia cố chất kết dính (trộn xi măng, trộn vơi, trộn thạch cao, trộn xỉ lị cao) nhóm gia cố vải hay lưới túi/ bao địa kỹ thuật Các nghiên cứu gia cố đất trộn xi măng, trộn vôi tập trung chủ yếu vào việc tạo vật liệu gia cố, tối ưu hóa thành phần xi măng, thành phần vôi với loại đất khác (Nieminen, 1977, Vitanen, 1977); ứng xử hỗn hợp vôi-thạch cao với đất (Holinn nnk, 1983); nghiên cứu gia cố đất trộn xi măng, trộn vôi, trộn thạch cao (Kujala Lahtinen, 1992); nghiên cứu đất bùn trộn với vôi xi măng Malaysia (Bujiang B.K Huat, Shukri Maail Thamer Ahmed Mohamed, 2005) [39]; hay nghiên cứu đất đất yếu trộn xi măng Ho Chan (2008) [64] Nhóm phương pháp gia cố vải, lưới hay túi địa kỹ thuật sử dụng rộng rãi để xử lý chống trượt hay ngăn cách cho khối đắp đất yếu nhiều nước Mỹ, Anh, Pháp, Hà Lan, Nhật Bản, Trưng Quốc, Việt Nam 1.3.2 Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý sâu Năm 1948, Kjellman [74] bắt đầu sử dụng bấc thấm (PVD) để thoát nước từ năm 1970, bấc thấm thẳng đứng thường dùng để thay giếng cát Việc sử dụng hút chân không để thay thể đất đắp để gia tải xử lý đất yếu bấc thấm Kjellman đề cập lần đầu năm 1952 (Griffin Kelly, 2014) [48] Cọc cát đầm chặt sét, sét pha làm việc theo nguyên lý hỗn hợp Murayama (1958) [65] đề xuất, với cát hay cát pha nghiên cứu Ezoe nnk (2019) [37] Năm 1995, công nghệ đầm không rung thiết bị đầm tĩnh ứng dụng xử lý (Harada & nnk., 2004) [58] Công nghệ dùng tia phun cát phát triển đưa vào sử dụng thực tế Nhật Bản năm 2008 [63] Deshpande Vyas (1996) sử dụng vải địa kỹ thuật để bọc xung quanh cọc vật liệu rời [45] để xử lý đất yếu sâu Đến nhiều mô hình thực nghiệm, mơ hình số phân tích yếu tố ảnh hưởng đến làm việc cọc đá dăm bọc vải địa kỹ thuật (Dutta nnk., 2016) [72], chứng minh khoảng cách tối ưu cọc đá dăm bọc vải địa kỹ thuật 0,25D Gia cố đất yếu sâu cọc đất-xi măng, đất-vôi triển khai phổ biến châu Âu từ năm 1960 Thụy Điển Phần Lan [75], [53] Phương pháp cọc đất-xi măng dùng phổ biến Nhật Bản từ năm 1970, sau Thái Lan, Trung Quốc, Mỹ, Anh, Đức nước khác Cọc đất-xi măng không sử dụng rộng rãi gia cố đất yếu mà dùng làm tường chắn hố đào sâu, ổn định bờ dốc phịng chống hóa lỏng [50] Nhiều yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xử lý đất yếu cọc đất – măng, tỷ lệ nước/xi măng yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến phát triển cường độ cọc đất-xi măng (Horpibulsuk & nnk, 2012) [70] 1.4 Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý đất yếu Việt Nam Một số phương pháp xử lý đất yếu phổ biến nước ta gần như: xử lý nông trộn xi măng, trộn vôi, gia tải trước; phương pháp xử lý sâu bấc thâm, giếng cát, cọc cát, cọc đất-xi măng, cọc đất-vôi, hút chân không 1.4.1 Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý nông Xử lý đất yếu bề mặt đất trộn xi măng, trộn vôi dùng cho móng đường lần đầu Bộ mơn Đường, trường ĐH Bách khoa Hà Nội nghiên cứu vào năm 1967 Theo đó, với đất trộn xi măng, cường độ kháng nén mẫu tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng xi măng, còng hàm lượng xi mẫu bùn sét pha có cường độ lớn so với mẫu bùn sét pha Mẫu trộn vôi, cường độ mẫu 9% tối ưu, 12% có cường độ nhỏ 1.4.2 Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý sâu Gia cố nền đất yếu phương pháp xử lý sâu tiến hành nước ta từ năm 1980 Đến nay, phương pháp sử dụng rộng rãi cọc đất-vôi, đất-xi măng, bấc thấm, cọc cát, cọc cát đầm, hút chân không [30], [36], [27], [28], [12], [13], [34], Tạ Đức Thịnh (2002) [27] đề xuất phương pháp xử lý đất yếu cọc cát-xi măng-vôi với hàm lượng xi măng 5; 7,5; 10; 12,5 15% hàm lượng vôi 5, 7, 11% so với khối lượng cát khô Năm 2002, viện KH Thủy lợi nghiên cứu triển khai công nghệ Jet-grouting để sửa chữa, chống thấm cho cơng trình thủy lợi, thủy điện nước ta [9], đến áp dụng cho xử lý đất yếu hay gia cố móng cho nhiều loại cơng trình khác Các phương pháp cọc cát, cọc cát đầm, bấc thấm gia tải trước hay hút chân không ứng dụng phổ biến xây dựng đường giao thông Các tuyến đường cao tốc Hà Nội - Cầu Giẽ, Hà Nội - Lào Cai, Hà Nội - Hải Phòng, Quốc Lộ 1A, Cao tốc Hà Nội - Hải Phòng, Trung Lương - Mỹ Thuận ứng dụng chúng để xử lý sâu đất yếu Hơn thế, nhiều tiêu chuẩn xử lý đất yếu ban hành TCVN 9403:2012, TCVN 9842:2013, TCVN 11713:2017 …, làm pháp lý quan trọng công tác xử lý đất yếu nước ta 1.5 Kết luận chương - Đất yếu loại đất có thành phần, trạng thái tính chất đặc biệt; có đặc trưng độ ẩm, hệ số rỗng tính biến dạng lớn, sức kháng cắt nhỏ Cấu trúc đất yếu khái niệm xếp không gian lớp đất (bao gồm đất yếu) với đặc trưng nguồn gốc, tuổi, thành phần, trạng thái, tính chất lý chúng - Có nhiều phương pháp xử lý đất yếu, phương pháp có ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng hiệu riêng Lựa chọn phương pháp xử lý đất yếu phù hợp phụ thuộc nhiều yếu tố, đáng ý vào loại cơng trình xây dựng, tính chất đất yếu đặc biệt đặc điểm cấu trúc đất yếu - Việc sử dụng phương pháp xử lý sâu đất yếu bấc thấm, hút chân không, cọc cát, giếng cát, cọc cát đầm chặt, cọc đất-xi măng để xây dựng đường giao thông ven biển đoạn Hải Phòng - Nam Định cần ý tới tính kinh tế, khả cung cấp nguồn vật liệu địa phương, đặc điểm tự nhiên môi trường tự nhiên cần bảo vệ CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG – NAM ĐỊNH 2.1 Đặc điểm đất yếu vùng ven biển Hải Phòng – Nam Định 2.1.1 Tuổi nguồn gốc Đất yếu vùng ven biển Hải Phịng - Nam Định có tuổi Holocen, hệ tầng Thái Bình Hải Hưng thuộc trầm tích Đệ Tứ Nguồn gốc gồm trầm tích sơng (a), biển (m), sơngbiển (am), sơng-đầm lầy (ab), sơng-biển-đầm lầy (amb), biển-gió (mv) [11] 2.1.2 Thành phần vật chất 2.1.2.1 Thành phần hạt: Theo TCVN 9355: 2012, đất yếu vùng nghiên cứu chủ yếu thuộc loại sét, sét pha cát pha trạng thái chảy dẻo chảy 2.2.2.2 Thành phần hữu cơ: Đất yếu phạm vi nghiên cứu thuộc loại đất chứa hữu đất chứa hữu cơ, hàm lượng hữu 2,17% - 4,30%, phổ biến 3% - 4% 2.2.2.3 Thành phần muối: Đất khu vực ven biển Hải Phòng - Nam Định thuộc loại nhiễm muối ít, hàm lượng muối 0,24% - 1%, phổ biến 0,3% - 0,6% 2.1.3 Tính xây dựng Theo [19], [28], [11] cho thấy, tính xây dựng loại đất yếu vùng ven biển Hải Phòng – Nam Định thấp Đất yếu sét, sét pha trạng thái chảy (hoặc bùn) có sức chịu tải bé (Ro ≤ 50kPa), tính biến dạng lớn (Eo≤ 3000kPa) Đất yếu sét, sét pha dẻo chảy có khả chịu tải thấp (50 ≤ Ro 5000kPa), nguồn gốc sông-biển (am) biển (m) Với đất cát mịn - bụi cát pha dẻo có Ro ≥ 100kPa, Eo > 5000kPa không thuộc đất yếu, xem loại đất nhạy cảm với tải trọng động, thuận lợi cho xây dựng 2.1.4 Tính chất lý 2.1.4.1 Tính chất học: Áp lực tiền cố kết đất yếu nhỏ (47Pa  84Pa), hệ số thấm bé (k = (0,3  3,9).10-7cm/s), số nén lớn (0,2  0,4) Với đất yếu sét, sét pha có cuu = 8kPa  21,6kPa, uu ≈ 1o; đất yếu cát pha cuu = 2kPa, uu = 7o26’ Chỉ số SPT đất yếu N30 =  búa; cắt cánh trường có u = 10Pa  31Pa; kết CPTu qt = 0,36MPa  MPa, fs = 0,005MPa  0,01MPa, u2 = 0,02MPa  0,8MPa Hệ số cố kết theo phương ngang phương đứng đất yếu khu vực nghiên cứu Ch/Cv = 1,04 7,76 (bùn sét); Ch/Cv = 2,636,35 (sét dẻo chảy); Ch/Cv = 1,7  6,1 (bùn sét pha, sét pha chảy) [11] 2.1.4.2 Tính chất vật lý: Theo [11], đất yếu nguồn gốc đầm lầy thường bùn sét, bùn sét pha có độ sệt lớn (1,08 ÷ 2,66); độ ẩm cao (40%  60%); khối lượng thể tích thấp (1,63 g/cm31,74g/cm3) Đất yếu nguồn gốc sông, biển sông-biển thường trạng thái dẻo chảy (IL = 0,79 ÷ 1); độ ẩm tương đối cao (32%  50%); khối lượng thể tích tương đối thấp (1,70 g/cm31,83 g/cm3) 2.2 Phân chia cấu trúc đất yếu tuyến đường ven biển Hải Phòng - Nam Định Cấu trúc đất yếu tồn tuyến đường ven biển Hải Phịng - Nam Định phân chia thành kiểu (I, II) dạng (Ia, IIa, Ib, IIb, Ic IIc) phân bố khơng liên tục, theo đó: Kiểu I, đất yếu phân bố mặt đất, phía lớp cát chặt vừa-chặt, trạng thái rời rạc; Kiểu II, đất yếu phân bố mặt đất, phía lớp sét dẻo mềm, dẻo cứng hay nửa cứng Dạng Ia IIa có tổng chiều dày lớp đất yếu < 5m; Dạng Ib IIb có tổng chiều dày lớp đất yếu từ 5m  15m; Dạng Ic IIc có tổng chiều dày lớp đất yếu > 15m Cấu trúc theo khoảng chiều dày đất yếu (h < 5m, h = 5m 15m, h > 15m) phù hợp với đặc điểm địa tầng tuyến đường, làm sở lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp Đối với dạng cấu trúc Ia, IIa (đất yếu h < 5m) kiến nghị phương pháp xử lý nông trộn xi măng, trộn vôi, thay lớp đất yếu đất tốt vải địa kĩ thuật; cấu trúc dạng Ib, IIb (h= 5m 15m) dạng Ic, IIc (h > 15m) kiến nghị phương pháp xử lý sâu 2.3 Kết luận chương Theo tuổi nguồn gốc, loại đất yếu vùng ven biển vùng phạm vi nghiên cứu có tuổi Holocen, hệ tầng Thái Bình Hải Hưng, thuộc trầm tích Đệ Tứ vùng đồng Bắc Bộ (Q2tb, Q2 1-2hh), với chủ yếu nguồn gốc biển (m) hay sông-biển (am) Cấu trúc đất yếu dọc tuyến đường ven biển Hải Phòng-Nam Định chia thành Kiểu (I, II), Dạng (Ia, IIa, Ib, IIb, Ic, IIc), theo đó, Kiểu I có đất yếu phân bố mặt đất, phía lớp đất loại cát có tính xây dựng tốt hơn; Kiểu II có đất yếu phân bố mặt đất, phía lớp đất loại sét có tính xây dựng tốt Dạng a có chiều dày đất yếu 15m Việc phân chia kiểu cấu trúc đất yếu dọc tuyến đường ven biển Hải PhòngNam Định có ý nghĩa quan trọng việc lựa chọn phương pháp xử lý nền, đảm bảo hiệu kỹ thuật kinh tế Lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp với đặc điểm đất yếu, cấu trúc đất yếu, với điều kiện tự nhiên khu vực tuyến đường qua CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT BIỂN - XI MĂNG 3.1 Cơ sở đề xuất phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng Các dạng cấu trúc Ib, Ic, IIb, IIc phạm vi nghiên cứu có đất yếu dày 5-15m lớn 15m phân chia chương 2, việc lựa chọn phương pháp xử lý sâu xây dựng hợp lý Với nguồn cát sông ngày cạn kiệt, việc khai thác chúng gặp nhiều khó khăn, tác động xấu tới môi trường sinh thái Phương pháp cọc cát biển xi măng cho phép sử dụng nguồn vật liệu cát gần cơng trình, với đầy đủ sở lý thuyết, sở thực nghiệm quy trình thiết kế, thi công nghiệm thu cọc, giúp giảm giá thành xây dựng, hạn chế sử dụng nguồn cát sông, phù hợp để xử lý đất yếu tuyến đường giao thơng ven biển Hải Phịng-Nam Định 3.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng 3.2.1 Quá trình nén chặt học Xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng dùng thiết bị chuyên dụng đưa vật liệu hỗn hợp cát biển trộn xi măng khô vào dạng cọc tiết diện trịn khơng lấy đất Vật liệu cát biển - xi măng chiếm chỗ đất nền, nước khí đất ngồi, thể tích lỗ rỗng giảm đi, nén chặt Sự thay đổi thể tích khối đất trước sau xử lý cọc cát biển - xi măng thay đổi thể tích lỗ rỗng khối đất Biến thiên thể tích đất tỷ lệ bậc với biến thiên hệ số rỗng: 𝑉𝑜 ∆𝑉 = ∆𝜀 (3.1) 0 hệ số rỗng ban đầu đất sau gia cố có hệ (1+𝜀0 ) số rỗng  Hiệu nén chặt đất phụ thuộc vào khối lượng vật liệu cát biển - xi măng đưa vào nền, độ rỗng đất lượng nước khí từ đất ngồi 3.2.2 Q trình gia tăng cường độ cọc cát biển - xi măng đất yếu xung quanh cọc * Quá trình gia tăng cường độ cọc cát biển-xi măng: Cường độ cọc cát biển-xi măng hình thành q trình biến đổi hóa lý phức tạp, với hai bước ninh kết rắn chắc, tương ứng gồm ba giai đoạn xảy đồng thời đan xen như: giai đoạn hòa tan, xi măng phản ứng hóa học với nước, chất (Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O) sinh hòa tan nước tạo thành thể dịch bao quanh mặt hạt xi măng; giai đoạn hóa keo, hợp chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O sinh khơng hịa tan mà tồn thể keo Chất silicat bicanxit (2CaO.SiO2) vốn khơng hịa tan tách dạng phân tán nhỏ dung dịch tạo thành keo phân tán; giai đoạn kết tinh, hợp chất Ca(OH)2, 3CaO.Al2O3.6H2O từ thể ngưng keo chuyển sang dạng kết tinh, tinh thể nhỏ đan chéo làm cho xi măng bắt đầu có cường độ, hợp chất 2CaO.SiO2mH2O tồn thể keo lâu, sau có phần chuyển thành tinh thể * Quá trình gia tăng sức kháng cắt đất nền: Cọc cát biển-xi măng cịn có tác dụng gia tăng sức kháng cắt đất xung quanh cọc trình trao đổi ion phản ứng puzoland xảy mặt tiếp xúc cọc đất 3.2.3 Q trình cố kết nước đất xử lý cọc cát biển – xi măng R.A.Barron (1948) đưa lời giải cho tốn cố kết trụ đất có chứa cọc cát   2U U  trung tâm, phương trình vi phân có dạng: U (3.2) t = Ch  +  r r   r đó: U áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình điểm vào thời điểm bất kỳ; r - Độ lún (mm) 11 Kết nghiên cứu (hình 3.5) cho thấy, quan Tải trọng (kN) 10 15 hệ độ lún tải trọng có ba giai đoạn: giai Cọc đơn (SP) -10 đoạn tuyến tính (nén chặt); giai đoạn 2, độ lún Nhóm cọc (PG) tải trọng khơng cịn tuyến tính, xuất -20 vùng biến dạng dẻo, hình thành mặt trượt, -30 đất bắt đầu bị phá hoại; giai đoạn 3, chuyển vị -40 tăng nhanh trước bị phá hoại Trường hợp nhóm cọc kéo dài so với cọc đơn, sức chịu -50 tải tăng khoảng lần -60 3.4 Nghiên cứu mơ hình số mơ cọc Hình 3.4 Quan hệ độ lún tải cát biển - xi măng xử lý đất yếu trọng cọc đơn (SP) nhóm cọc (PG) 3.4.1 Xây dựng mơ hình số Mơ hình số xây dựng phần mềm FLAC3D, theo phương pháp sai phân hữu hạn Mơ hình số 3D dựng lại thí nghiệm mơ hình vật lý tiến hành gồm: lớp đất sét yếu 0,4m nằm lớp cát biển dày 0,2m, đất yếu xử lý cọc cát biển - xi măng dài 0,4m, bên lớp cát truyền lực 0,1m, thép 1,5cm Mơ hình cọc, bố trí hình vng Dc = 4cm, khoảng cách cọc s =12cm Các phần tử khối đa diện sử dụng liên kết với nút, tạo thành lưới (Hình 3.5) Nền đất, cọc, lớp đệm cát móng sử dụng phần tử khối, cho phép quan sát ứng suất chuyển vị đất cọc Khối đắp bên lớp đất cát phía mơ hình hóa mơ hình đàn hồi tuyến tính, dẻo tuyệt đối kết hợp với tiêu chí phá hủy Mohr- Hình 3.5 Hình học chia lưới mơ Coulomb nhóm cọc Độ lún (mm) Đất yếu mơ mơ hình Camclay cải tiến, cọc cát biển – xi măng cứng, thép mơ mơ hình đàn hồi tuyến tính 10 15 Tải trọng (kN) 3.4.2 Kết mơ hình hóa 3.4.2.1 Độ lún khối đắp -10 Ứng xử cọc-đất yếu dường tuyến -20 tính tải trọng tác dụng lên móng nhỏ Thực nghiệm -30 6,5kN, sau ứng xử dẻo xuất tải Mô -40 trọng lớn 6,5kN nhỏ 12,4kN, tải trọng lớn 12,4kN xuất ứng xử chảy -50 hoàn toàn, tải trọng khơng tăng -60 biến dạng tiếp tục tăng lên Kết mơ hình số 3D trùng khớp với kết thí Hình 3.6 Quan hệ độ lún – tải trọng thực nghiệm mơ nghiệm mơ hình vật lý, làm sở cho tính tốn, dự báo ứng xử nhóm cọc phục vụ thiết kế xử lý đất yếu cọc cát biển-xi măng thực tế 12 3.4.2.2 Ứng suất lớp truyền lực - cọc - đất yếu Sự khác biệt đáng kể độ cứng cọc, đất yếu vật liệu lớp truyền lực phía cọc cứng-đất yếu, ứng suất truyền xuống đầu cọc lớn nhiều lần ứng suất truyền xuống đất yếu (hình 3.8), làm giảm độ lún đắp đất yếu Khi tải trọng móng tăng, ứng suất tác dụng lên đầu cọc tăng lên rõ rệt Tương ứng cấp tải P=2,6 15kN, ứng suất tác dụng lên đầu cọc 3,5x105, x105 18x105Pa 3.5 Đề xuất phương pháp tính tốn xử lý đất yếu cọc cát biển – xi măng 3.5.1 Cơ sở khoa học đề xuất phương pháp tính tốn Xử lý đất yếu cọc cát biển-xi măng phát triển sở phương pháp cọc cát cọc đất-xi măng Cọc cát, chất phương pháp cải tạo nền, cọc đất- P=2kN P=6kN P=15kN xi măng phương pháp gia cố đất yếu Hình 3.7 Mơ ứng suất truyền khối đắp-cọc-nền đất yếu Vì vậy, việc tính tốn sức chịu tải độ lún đất yếu xử lý cọc cát biển-xi măng vận dụng phương pháp tính tốn trường hợp cải tạo (cọc cát) gia cố đất yếu (cọc đất-xi măng) 3.5.1.1 Tính toán theo trường hợp cải tạo (cọc cát) Ở chủ yếu nén chặt học cố kết thoát nước đất nền, cọc cát chiếm thể tích lỗ rỗng đất làm cho nước ngồi, đất yếu nén chặt Phương pháp cọc cát biển - xi măng có tác dụng nén chặt nước cố kết đất Sau xử lý đất yếu cọc cát cọc cát biển - xi măng, đất xem đất mới, có thành phần, trạng thái, tính chất lý Việc tính tốn sức chịu tải độ lún xem tự nhiên Sau cải tạo cọc cát, đất không thay đổi nhiều chất cát đưa vào đất sau xử lý coi mơi trường tương đối đồng nhất, cịn sau xử lý cọc cát biển - xi măng, có cọc với cường độ cao nhiều đất Vì vậy, cần xác định hàm lượng xi măng thích hợp để sau xử lý, cọc cát biển – xi măng có cường độ khơng lớn nhiều cường độ đất để coi đất yếu xử lý tương đối đồng nhất, giống cọc cát Nếu coi đất yếu xử lý cọc cát biển - xi măng tự nhiên việc tính toán sức chịu tải độ lún thực theo lý thuyết môi trường biến dạng tuyến tính 3.5.1.2 Tính tốn theo trường hợp gia cố (cọc đất-xi măng) Gia cố đất yếu cọc đất-xi măng dùng máy khoan thiết bị chuyên dụng nhằm đưa xi măng khô vữa xi măng xuống đất, nhờ cánh mũi khoan nghiền tơi đất chỗ, trộn với xi măng tạo thành cọc đất - xi măng theo đường kính thiết kế Cường độ cọc phụ thuộc vào hàm lượng xi măng đưa vào cọc đặc điểm đất yếu Khác với cọc đất xi măng, cọc cát biển-xi măng vừa đưa cát trộn với xi măng xuống đất, vừa trộn với đất Phương pháp giống cọc đất-xi măng hàm lượng xi măng hỗn hợp cát biển - xi măng đủ lớn Vì vậy, tính tốn sức chịu tải 13 độ lún xử lý cọc cát biển - xi măng tương tự trường hợp gia cố đất yếu cọc đất-xi măng 3.5.2 Đề xuất phương pháp tính độ lún sức chịu tải đất yếu xử lý cọc cát biển - xi măng 3.5.2.1 Tính độ lún sức chịu tải trường hợp dùng cọc cát biển – xi măng để cải tạo Theo dẫn thiết kế Thụy Điển, cường độ cọc không lớn 150kPa việc tính tốn độ lún sức chịu tải hệ nền-cọc quy đổi đồng (nền tương đương) Kết nghiên cứu cho thấy, hàm lượng xi măng < 5%, hệ nền-cọc sau xử lý xem đồng cách quy đổi đặc trưng sức chống cắt, tính biến dạng cọc đất giá trị trung bình theo tỷ diện tích thay (giá trị bình qn gia quyền) Khi đó, độ lún cọc sau xử lý tính theo phương pháp lý thuyết mơi trường biến dạng tuyến tình mà phổ biến phương pháp “lớp tương đương” phương pháp cộng lún lớp [26] Sức chịu tải sau xử lý tính theo phương pháp dựa sở lý luận biến dạng tuyến tính : Theo Puzưrevxkiy: P0 = γh Theo Maxlov: Pgh = cotgφ+(φ+π 4) cotgφ+(φ−π 2) c πy(b.tgφ+h+γ.tgφ cotgφ+(φ−π 2) + π.cotgφ cotgφ+(φ−π 2) + γh (3.4) (3.5) π φ Theo Jaropolxkiy: Pgh = ( − ) c b.cotg 2 +h+γ.tgφ π cotgφ+(φ− ) + γh (3.6) đó:  - góc ma sát trung bình hệ nền-cọc; c - lực dính đơn vị trung bình hệ nền-cọc;  - khối lượng thể tích trung bình hệ nền-cọc; h - chiều sâu chơn móng; b - chiều rộng móng Các phương pháp tính độ lún sức chịu tải nêu áp dụng cho tính tốn tự nhiên Khi tính tốn thiết kế cọc cát biển-xi măng cần phân biệt hai trường hợp: thi công chậm thi công nhanh Thi công chậm trường hợp sau hoàn thành xử lý nền, cần phải đợi thời gian định bắt đầu xây dựng công trình Trong trường hợp này, khối lượng cát biển - xi măng đưa vào để xử lý đất yếu xem tải trọng tác dụng vào Dưới tác dụng tải trọng này, đất xuất ứng suất phụ thêm z gây biến dạng (theo phương dọc phương ngang), trị số xác định: z =  + u (3.7),  - ứng suất hữu hiệu hạt đất tiếp thu; u - ứng suất trung tính nước tiếp thu Theo thời gian, ứng suất hữu hiệu tăng lên, ứng suất trung tính giảm đi, thời điểm đất tồn mối tương quan Trong trường hợp thi công chậm, trình nén chặt học, cố kết phản ứng hóa lý xi măng với mơi trường kết thúc, toàn tải trọng (khối lượng cát biển - xi măng) hạt đất tiếp thu (z = ), ứng suất trung tính bị triệt tiêu (u = 0), biến dạng đạt trị số ổn 14 định, nén chặt hoàn toàn, trở thành giống tự nhiên Các phương pháp tính độ lún sức chịu tải sau xử lý theo lý thuyết môi trường biến dạng tuyến tính phù hợp Thi cơng nhanh sau hoàn thiện xử lý đất yếu, tiến hành xây dựng cơng trình Lúc này, q trình nén chặt học, cố kết đất phản ứng hóa lý xi măng với đất yếu chưa kết thúc Các tiêu lý đất dùng để tính độ lún sức chịu tải trình biến đổi, chưa đạt tới giá trị ổn định (hằng số) nên hiển nhiên kết tính tốn chưa chỉnh xác Độ lún tính lớn thực tế sức chịu tải tính nhỏ thực tế Vì vậy, trường hợp thi công nhanh, xem xử lý tự nhiên Tuy nhiên, thiên an tồn, sử dụng kết tính toán độ lún sức chịu tải tự nhiên để phục vụ thiết kế móng cơng trình 3.5.2.2 Tính độ lún sức chịu tải trường hợp dùng cọc cát biển – xi măng để gia cố Khi hàm lượng xi măng hỗn hợp cát biển - xi măng >10% chất, phương pháp cọc cát biển - xi măng giống cọc đất-xi măng Trường hợp tính tốn độ lún sức chịu tải xử lý theo phương pháp tính cho cọc đất-xi măng Một số tác giả coi cọc gia cố móng khối quy ước khơng biến dạng tính độ lún đất đáy móng khối quy ước Một số khác tính theo phương pháp biến dạng với giả thiết xem cọc đất xung quanh cọc khối quy ước biến dạng dọc trục cọc gia cố tương ứng với độ lún đất xung quanh cọc Chừng ứng suất dọc trục nhỏ độ bền giới hạn rão cọc ứng suất dọc trục cọc phụ thuộc vào môđun nén vật liệu cọc đất xung quanh cọc P σ tính theo cơng thức: σc = c = (3.8) Md Ac ac + Mc (1−ac ) đó, c - ứng suất dọc trục cọc; Pc - tổng tải trọng tác dụng lên cọc gia cố; Ac - diện tích tiết diện cọc gia cố;  - ứng suất trung bình đáy móng; ac - tỷ diện tích thay thế; Md - môđun nén đất xung quanh cọc, thường lấy 150c u với cu sức kháng cắt đất xung quanh cọc, xác định thí nghiệm cắt cánh xun tĩnh; Mc - mơđun nén cọc, lấy (50-100)Ccọc với C cọc - lực dính đơn vị vật liệu cọc Độ lún xác định tổng độ lún khối đất gia cố chiều sâu H độ lún khối gia cố Độ lún khối đất gia cố xác định theo biểu thức: S= 𝜎 𝑀 𝐻= 𝜎𝐻 𝑎𝑐 𝑀𝑐 +(1−𝑎𝑐 )𝑀𝑑 (3.9) Độ lún khối gia cố xác định theo phương pháp thơng thường có kể đến hệ số giảm thiểu độ lún tỷ số độ lún khối đất gia cố độ lún đất chưa gia cố Với việc dự báo sức chịu tải, cọc cát biển - xi măng dùng để gia cố nền, chất giống cọc đất-xi măng Vì vậy, sử dụng phương pháp tính sức chịu tải cọc đất-xi măng Broms (Thụy Điển), Bergado nhiều người khác (AIT) đề xuất, TCVN9403:2012 để tính sức chịu tải cọc cát biển - xi măng 3.6 Xây dựng quy trình thiết kế, thi công nghiệm thu cọc cát biển - xi măng 15 Để ứng dụng phương pháp cọc cát biển - xi măng vào thực tiễn xử lý đất yếu, sở lý thuyết, sở thực nghiệm, cần phải xây dựng quy trình thiết kế, thi công nghiệm thu cọc, đảm bảo tin cậy khả thi 3.6.1 Xây dựng quy trình thiết kế cọc cát biển - xi măng 3.6.1.1 Thiết kế cọc cát biển - xi măng để cải tạo Thiết kế cọc cát biển - xi măng để cải tạo nền, nghĩa đóng vai trị cọc cát, vật liệu cát biển - xi măng chiếm thể tích lỗ rỗng đất làm tổng thể tích lỗ rỗng giảm đi, hạt đất xếp lại, đất nén chặt sức chịu tải tăng lên Lúc này, cường độ cọc không đáng kể, vai trò xi măng hỗn hợp vật liệu cọc chất kết dính hạt cát biển để cọc không bị cắt, gãy hạt cát khơng di chuyển vào xuống phía làm biến dạng cọc Do đó, hàm lượng xi măng hỗn hợp vật liệu cọc khơng cần q nhiều Quy trình thiết cọc cát biển - xi măng tiến hành theo trình tự bước sau: (1) Khảo sát địa kỹ thuật phân chia cấu trúc khu vực xây dựng; (2) Xác định hàm lượng xi măng hỗn hợp vật liệu cọc (cường độ cọc mong muốn) thông số kỹ thuật yêu cầu kỹ thuật liện quan; (3) Xác định hệ số rỗng tiêu chí cần tính tốn u cầu đất yếu sau cải tạo; (4) Xác định chiều dài cọc, đường kính cọc, số lượng cọc khoảng cách cọc 3.6.1.2 Thiết kế cọc cát biển - xi măng để gia cố Sử dụng cọc cát biển - xi măng để gia cố nền, nghĩa dùng cường độ cao thân cọc cát biển - xi măng, gia tăng hệ số tập trung ứng suất nhờ độ cứng chúng để chống đỡ tải trọng công trình, trường hợp sức chịu tải cọc phải đủ lớn Trình tự thiết cọc cát biển - xi măng để gia cố gồm bước như: (1) Khảo sát địa kỹ thuật phân chia cấu trúc khu vực xây dựng; (2) Xác định hàm lượng xi măng hỗn hợp vật liệu cọc (cường độ cọc mong muốn) thông số kỹ thuật yêu cầu kỹ thuật liện quan; (3) Tính chiều dài cọc, đường kính cọc, tính sức chịu tải cọc, số lượng cọc khoảng cách cọc 3.6.2 Xây dựng quy trình thi cơng cọc cát biển – xi măng Trên sở vẽ thiết kế, quy trình thi cơng cọc cát biển - xi măng tiến hành theo trình tự bước sau: (1) Lựa chọn thiết bị thi cơng; (2) Chuẩn bị mặt thi công; (3) Thi công cọc thử; (4) Thi công đại trà; (5) Đánh giá chất lượng hiệu xử lý đất yếu 3.6.2.1 Lựa chọn thiết bị thi cơng Với cơng trình có tải trọng vừa nhỏ, mặt thi cơng hẹp, chiều dài cọc nhỏ 10m-15m sử dụng thiết bị UGB-50M (hình 3.9, 3.10) Đây máy khoan đa năng, có cơng suất 150 mã lực, khoan guồng xoắn hai chiều quay xuôi, ngược với mơ men xoắn lớn Thiết bị có chế trình tự thi cơng tương tự cọc cát-xi măng-vôi thử nghiệm thành công Quảng Ninh, Thái Bình [27] 16 Hình 3.3 Lưỡi khoan guồng xoắn dùng để thi công cọc cát biển – xi măng [27] Hình 3.4 Máy khoan guồng xoắn UGB-50M [27] Hình 3.5 Cọc cát-xi măngvơi thi cơng UGB50M [27] Khi chiều dài cọc lớn 15m, mặt thi cơng rộng rãi, khơng ảnh hưởng đến cơng trình xung quanh sử dụng thiết bị Thụy Điển, Nhật Bản, Trung Quốc… theo nguyên lý máy đóng cọc búa rung tạo chấn động đưa ống thép xuống nhồi vật liệu cọc, sau rút ống thép lên Các thiết bị sử dụng Hitachi PD 100, Cobelco 100P, Nippon Sharyo DH 408, DH 608, có trọng tải từ 40T đến 65T 3.6.2.2 Chuẩn bị mặt thi công Mặt thi công chuẩn bị theo quy định thiết kế yêu cầu môi trường, tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan hành Vật liệu cát biển, xi măng nhập vào công trường phải có chứng kiểm định đặc tính kỹ thuật quy định thiết kế tiêu chuẩn hành 3.6.2.3 Thi công cọc thử Số lượng cọc thử cần thi công theo quy định quan thiết kế tiêu chuẩn kỹ thuật quản lý chất lượng hành Mục đích thi cơng cọc thử nhằm xác nhận yêu cầu thiết kế tạo lập trị số kiểm soát tới hạn cho thiết bị, vật liệu, quy trình kỹ thuật chủng loại thi cơng đại trà Các vị trí cọc mặt phải định vị thiết bị chuyên dụng Nếu sử dụng thiết bị máy khoan guồng xoắn thơng số kiểm sốt thi công gồm: tốc độ khoan xuống rút lên; tốc độ quay cần khoan; áp lực khí nén lượng vật liệu cát biển, xi măng sử dụng 3.6.2.4 Thi công đại trà Kết đánh giá chất lượng cọc thử đạt yêu cầu thiết kế tiến hành thi cơng đại trà với trình tự thi công cọc thử Nếu kết đánh giá chất lượng cọc khơng đạt u cầu, cần tính tốn, điều chỉnh lại thông số thiết kế 3.6.2.4 Đánh giá chất lượng hiệu xử lý đất yếu Tùy theo yêu cầu độ lún, ổn định sức chịu tải ngắn hạn dài hạn cơng trình xử lý đất yếu tiến hành cơng tác kiểm tra, đánh giá thí nghiệm trường liện quan khác 3.6.3 Quy trình nghiệm thu cọc Sau hồn thành thi cơng cọc, cần tiến hành đánh giá chất lượng, hiệu xử lý tiến hành nghiệm thu Trong chưa ban hành tiêu chuẩn nghiệm thu cọc cát biển - xi măng, sử dụng TCVN 9403:2012 theo tài liệu liên quan khác cơng bố Trình tự bước nghiệm thu cọc bao gồm: (1) đánh giá kết xử lý (đánh giá chất lượng cọc, đánh giá chất lượng nền, xác định độ lún sức chịu tải sau xử lý); (2) lập hồ sơ nghiệm thu xử lý 17 3.7 Kết luận chương - Cơ sở khoa học phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng trình gia tăng sức chịu tải giảm độ lún gồm: nén chặt học, gia tăng cường độ cọc cát trộn xi măng đất xung quanh cọc; cố kết thấm tác dụng hóa-lý xi măng với đất - Cường độ kháng nén hỗn hợp vật liệu cát biển - xi măng phụ thuộc vào hàm lượng xi măng Với hàm lượng xi măng 5%, 7%, 10%, 13%, 15%, cường độ kháng nén tuổi 28 ngày tương ứng 0,65MPa, 1,05MPa, 1,30MPa, 1,78MPa, 2,45MPa - Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình vật lý thu nhỏ cọc cát biển - xi măng rằng, quan hệ độ lún tải trọng trường hợp nén cọc đơn nhóm cọc gồm giai đoạn: giai đoạn tuyến tính (giai đoạn nén chặt), giai đoạn phi tuyến (dưới mép đáy móng bắt đầu xuất vùng biến dạng dẻo, đất bắt đầu bị phá hoại), giai đoạn chuyển vị tăng nhanh trước bị phá hoại, phù hợp với nghiên cứu trước phụ thuộc tải trọng độ lún tương tự với cọc đất xi măng có cường độ cao - Xây dựng mơ hình số mơ ứng xử cọc cát biển - xi măng cho thấy, ứng xử gia cố cọc cát biển - xi măng dường tuyến tính tải trọng tác dụng nhỏ 6,5kN, sau ứng xử dẻo tải trọng tác dụng từ 6,5kN đến 12,4kN, tải trọng tác dụng lớn 12,4KN ứng xử chảy hồn tồn, tải trọng khơng tăng biến dạng tiếp tục tăng lên Kết mơ hình số 3D trùng khớp với kết thực nghiệm, làm sở cho tính tốn, dự báo ứng xử nhóm cọc cho mặt cắt kích thước thực tế cọc trường hợp cọc đất xi măng cường độ cao Độ lún sức chịu tải xử lý cọc cát biển - xi măng tính tốn theo lý thuyết mơi trường biến dạng tuyến tính trường hợp thiết kế cọc để cải tạo (hàm lượng xi măng 10%, tạo cọc có cường độ >1,3 Mpa) - Thơng số tính tốn thiết kế cọc cát biển - xi măng gồm: đường kính; chiều dài; khoảng cách cọc; sức chịu tải độ lún cọc Thiết bị thi cơng cọc sử dụng thiết bị có chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỐ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT BIỂN – XI MĂNG 4.1 Các thơng số kỹ thuật tuyến đường Hải Phịng-Nam Định đề xuất phương pháp xử lý đất yếu 4.1.2 Các thông số kỹ thuật Tuyến đường ven biển Hải Phòng-Nam Định thiết kế theo tiêu chuẩn đường cấp III đồng bằng, mặt đường loại cấp cao A1, vận tốc 80km/h Bề rộng mặt đường 12m, đường 2x3,5m = 7m, lề đường 2x2,5m = 5m, lề gia cố 2x2 = 4m Chiều cao đường đắp 3-8m tùy theo địa hình Mái ta luy đắp 1:m = 1:1,5 4.1.3 Cấu trúc đất yếu Dọc tuyến đường ven biển Hải Phòng-Nam Định phân bố kiểu (I, II), dạng (a, b, c) cấu trúc đất yếu (Chương 2) 4.1.4 Đề xuất phương pháp xử lý đất yếu Với thông số kỹ thuật tuyến đường biết, việc lựa chọn phương pháp thiết kế 18 xử lý đất yếu phụ thuộc cấu trúc đất yếu lực thiết bị thi cơng có 4.1.4.1 Đối với cấu trúc đất yếu dạng Ia, IIa Có đất yếu phân bố bề mặt đất, chiều dày nhỏ 5m, kiến nghị lựa chọn phương pháp xử lý nông như: trộn xi măng, trộn vôi, thay đất yếu vật liệu tốt hơn, sử dụng vải hay lưới túi địa kỹ thuật gia tải trước 4.1.4.2 Đối với cấu trúc đất yếu dạng Ib, IIb Có đất yếu phân bố bề mặt đất, chiều dày từ 5m đến 15m, kiến nghị lựa chọn phương pháp xử lý sâu cọc cát biển - xi măng phù hợp Quy trình tính tốn thiết kế, thi cơng, nghiệm thu cọc trình bày chương Thiết bị thi công cọc cát biển – xi măng trường hợp kiến nghị máy khoan guồng xoắn UGB-50M (hình 3.10) 4.1.4.3 Đối với cấu trúc đất yếu dạng Ic, IIc Có đất yếu phân bố bề mặt đất, chiều dày lớn 15m, kiến nghị lựa chọn phương pháp xử lý sâu cọc cát biển - xi măng phù hợp Nếu phía vùng hoạt động nén ép cơng trình phân bố đất tốt, kiến nghị thiết kế cọc để gia cố nền, cịn phía vùng hoạt động nén ép phân bố đất yếu, kiến nghị thiết kế cọc để cải tạo Thiết bị thi công đề xuất Hitachi PD 100, Cobelco 100P Nippon Sharyo DH 408 chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam 4.2 Xây dựng mơ hình số phân tích hiệu xử lý đất yếu cọc cát biển – xi măng 4.2.1 Lựa chọn thông số kỹ thuật để xây dựng mơ hình số Vị trí thiết kế điển hình có cấu trúc dạng Ib, gồm lớp đất sau: Lớp 1- đất lấp (dày 1,0m); lớp 2- sét dẻo chảy (6,5m); lớp - sét dẻo chảy (8,0m); lớp - cát pha trạng thái chặt (5,0 m) Một số tiêu lý lớp đất thống kê bảng 4.1 Bảng 4.1 Các tiêu lý lớp đất vị trí thiết kế điển hình TT Lớp đất Lớp Lớp Lớp (4a) Lớp Loại đất Đắt đắp, 1,0m Sét dẻo chảy, 6,5m Sét dẻo chảy, 8m Cát pha, chặt, 5m  c (g/cm3) (g/cm3) Ip 1,73 1,73 1,68 1,88 IL e a1-2  (độ) c (kPa-1) (kPa) 6o11’ 1,19 20,58 0,87 1,261 9,10 6o11’ 1,1 27,08 0,85 1,145 11,1 6027’ 1,47 4,96 - 0,823 0,033 13o58’ 6,2 6,2 6,7 5,4 4.2.2 Các thông số thiết kế cọc cát biển - xi măng Cọc cát biển - xi măng thiết kế có đường kính D = 0,5m, chiều dài 16,5m, bố trí mạng vng, khoảng cách cọc L = 2,0m (hình 4.1) 4.2.3 Xây dựng mơ hình số 3D Mơ hình số 3D xây dựng phần mềm FLAC3D Mơ hình xây dựng theo dạng dải nửa đường với cọc cát biển - xi măng, cho phép xác định ảnh hưởng nhóm cọc hiệu ứng vịm phía đầu cọc đường (hình 4.2) Trong phân tích, đường đắp lớp đất yếu, lớp đất cát bên dưới, cọc cát biển - xi măng lựa chọn mơ hình đàn hồi tuyến tính, dẻo tuyệt đối theo mơ hình phá hủy Mohr-Coulomb 19 (a) Mặt đứng mơ hình (b) Mặt cắt 3D mơ hình Hình 4.1 Cắt ngang lựa Hình 4.2 Chia lưới mơ hình phân tích chọn tính tốn mơ hình số Bảng 4.2 Thơng số mơ hình tính tốn mơ hình số Vật liệu Mơ hình vật liệu Các thơng số mơ hình Đất lấp MC E = 2,48 MPa,  = 0,3,  = 6o11’, c = 6,2 kPa, = 17,3 kN/m3 Đất sét dẻo chảy MC E = 2,48 MPa,  = 0,3,  = 6o11’, c = 6,2 kPa, = 17,3 kN/m3 Đất sét dẻo chảy MC E = 1,93 MPa,  = 0,3,  = 6o27’, c = 6,7 kPa, = 16,8 kN/m3 Cát pha chặt MC E = 6,15 MPa,  = 0,3,  = 13o58’, c = 12,4 kPa,  = 18,8 kN/m3 Nền đường đắp MC E = 30 MPa,  = 0,2,  = 19 kN/m3 Phần tử tiếp xúc Sét dẻo chảy-cọc ks = kn = 1108 kN/m/m,  = o8’, c = 6,2 kPa Sét dẻo chảy- cọc ks = kn = 1108 kN/m/m,  = 4o18’, c = 6,7 kPa Bảng 4.3 Các thông số cọc cát biển – xi măng (theo D.Wang nnk) [46] E  qu c’ (kPa) Ko  ’ (o)  (MPa) (kN/m3) 0,5 670 0,24 22 161 43 0,32 13 1,0 947.6 0,24 22 273 43 0,32 13 1,5 1160,6 0,24 23 386 43 0,32 13 2,0 1340,2 0,24 23 498 43 0,32 13 2,5 1498,4 0,24 24 611 43 0,32 13 4.3 Phân tích hiệu xử lý đất yếu cọc cát biển – xi măng 4.3.1 Ảnh hưởng cọc cát biển - xi măng đến độ lún đất yếu Mơ hình đường đắp đất yếu chưa gia cố xây dựng gán với tải trọng thân số thông số mô hình (hình 4.3.a) Độ lún đất yếu lớn (117cm), vượt xa giá trị cho phép (30cm) theo 22TCN262-2000 20 Mơ hình đường đắp đất yếu gia cố cọc cát biển – xi măng (hình 4.3.b) Giá trị độ lún lúc giảm đáng kể (16cm) Nhờ gia cố cọc cát biển – xi măng, tổng độ lún tải (a) Nền đất chưa gia cố (b) Gia cố cọc cát biển trọng đường đắp vào – xi măng qu = 1,5 MPa khoảng 1/7 độ lún đường đất yếu chưa gia cố Hình 4.3 Mơ độ lún đất tác dụng tải trọng thân khối đắp đường 4.3.2 Ảnh hưởng tải trọng đến độ lún đất yếu Độ lún đất yếu trước gia cố chịu tải trọng p =15kPa, độ lún dự báo 39 cm Độ lún đất yếu trường hợp gia cố giảm nhiều (khoảng cm) suốt thời gian sử dụng So với độ lún đất yếu chưa gia cố (39cm), hiệu gia cố thể rõ, độ lún đất yếu khoảng 1/10 so với chưa gia cố Điều cho thấy, sử dụng cọc cát biển – xi măng gia cố đường không giảm đáng kể độ lún đường, mà mang lại hiệu việc cản trở phá hoại đất yếu, tăng sức chịu (a) Nền đất chưa gia cố (b) Gia cố cọc cát biển tải, tăng mô đun đàn hồi, – xi măng qu = 1,5 MPa nới rộng phạm vi làm việc Hình 4.4 Độ lún đất yếu chịu thêm tải trọng đàn hồi đường p =15kPa 4.3.3 Ảnh hưởng cọc cát biển – xi măng đến chuyển vị ngang đường Chuyển vị ngang đường trường hợp đất yếu chưa gia cố gia cố cọc cát biển - xi măng tải trọng thân đường đắp (hình 4.5) Khi đất yếu chưa gia cố, chuyển vị ngang chân taluy đường đắp dự tính 49,4cm Giá trị cịn 4,8cm đất yếu gia cố cọc cát biển - xi măng, tượng (b) Gia cố cọc cát biển – đẩy trồi mặt đất bên cạnh taluy (a) Nền chưa gia cố xi măng qu = 1,5 MPa đường đắp không quan sát thấy Vùng nén ép quan sát Hình 4.4 Chuyển vị ngang chân taluy thấy phạm vi chiều sâu đường chịu tác dụng tải trọng thân khối đắp đường định đất yếu phía 4.3.4 Ảnh hưởng độ cứng cọc cát biển - xi măng đến độ lún, chuyển vị ngang, ứng suất tác dụng xuống đất yếu xuống đầu cọc Chuyển vị ngang, cm Ứng suất, kN/m2 21 Ứng suất tác dụng xuống đất yếu 120 trường hợp đất chưa gia cố 100 gia cố có khác biệt (hình 4.6) Giá trị 80 ứng suất trường hợp gia cố khoảng nửa so với trường hợp chưa 60 Chưa gia cố cọc C-XM gia cố (45kPa so với 90kPa) Khi ứng suất Gia cố cọc C-XM 40 tác dụng xuống đất yếu giảm, đồng 20 nghĩa làm giảm độ lún đất yếu 4.3.4.1 Ảnh hưởng độ cứng cọc đến 0 10 20 30 40 50 60 Tải trọng, kPa độ lún đường Hình 4.6 Ảnh hưởng tải trọng tới Hình 4.7 biểu diễn mối quan hệ độ lún ứng suất tác dụng xuống đất yếu tổng thể đường với cường độ chưa gia cố gia cố cọc cát biển - xi măng tương ứng với cấp tải khác Khi tải trọng tác dụng tăng lên độ lún đường tăng lên Có thể thấy rằng, tải trọng tăng chưa đáng kể, độ lún đường tương ứng với cọc có cường độ qu = 1,5MPa 2,5MPa gần Khi tải trọng lớn, độ lún đường phụ Hình 4.7 Ảnh hưởng Hình 4.8 Ảnh hưởng thuộc đáng kể vào cường độ cường độ cọc cát biển - xi cường độ cọc cát biển - xi cọc (hình 4.7) măng tới độ lún đường măng tới chuyển vị đầu cọc Ngoài ra, biểu đồ ra, cường độ cọc tăng lên làm giảm đáng kể độ lún đường Độ lún ứng với cường độ cọc 1,5MPa 1/2 độ lún ứng với cường độ cọc 0,5MPa Hình 4.8 biểu diễn chuyển vị theo phương thẳng đứng cọc phạm vi đường tương ứng với cấp tải p=20kPa Khi cường độ cọc tăng lên từ 1,5MPa đến 2,5Mpa, chuyển vị cọc giảm đáng kể so với cường độ cọc 0,5MPa 90 qu=0,5MPa 4.3.4.2 Ảnh hưởng độ cứng cọc đến 80 q=1,5MPa q=2,5MPa 70 chuyển vị ngang đường 60 Khi cường độ chịu nén cọc tăng lên, chuyển 50 40 vị ngang chân ta luy đường giảm đáng kể 30 (hình 4.9) Với cấp áp lực 50kPa, chuyển 20 vị ngang quan sát 78cm, 30cm 10 14cm ứng với cường độ chịu nén cọc 10 20 30 40 50 Tải trọng, kPa 0,5 MPa, 1,5 MPa 2,5 MPa Hình 4.9 Ảnh hưởng cường độ 4.3.4.3 Ảnh hưởng độ cứng cọc đến ứng cọc cát biển – xi măng tới chuyển vị suất tác dụng xuống đất yếu đầu cọc ngang đường Khi cường độ chịu nén cọc cát biển – xi măng tăng từ 0,5MPa đến 1,5MPa, ứng suất tác dụng xuống đất yếu giảm đáng kể (hình 4.10), kết tương đồng với nghiên cứu trước J.Han M.Gabr [55], H.L.Liu nnk [51] 22 Khi cường độ tăng từ 1,5MPa đến 2,0Mpa, ứng suất tác dụng xuống đất yếu thay đổi không đáng kể Nghĩa là, giá trị thiết kế tối ưu cọc cát biển - xi măng đạt qu = 1,5MPa Biểu đồ hình 4.11 Hình 4.5 Ảnh hưởng Hình 4.6 Ảnh hưởng cho thấy chênh lệch ứng cường độ cọc cát biển – cường độ cọc cát biển – suất tác dụng xuống đỉnh cọc với xi măng tới ứng suất xi măng đến ứng suất giá trị cường độ cọc truyền xuống đất yếu đầu cọc (p = 20kPa) 4.3.5 Ảnh hưởng chiều dài cọc cát biển - xi măng đến độ lún đường ứng suất xuống đất yếu Khảo sát chiều dài cọc gia cố thay đổi tương ứng L = 8,5m (xuyên qua lớp sét yếu đầu tiên); L = 13,5m (đặt lớp sét yếu thứ hai); L = 16,5m (cọc xuyên qua hai lớp sét yếu đặt lớp cát pha chịu lực) Cường độ Hình 4.7 Ảnh hưởng Hình 4.8 Ảnh hưởng chịu nén cọc giữ nguyên giá chiều dài cọc cát biển – xi chiều dài cọc cát biển – xi trị 2,5MPa măng tới độ lún đường măng tới chuyển vị đầu cọc (p = 20kPa) 4.3.5.1 Ảnh hưởng chiều dài cọc đến độ lún chuyển vị ngang đường Độ lún chiều dài cọc 8,5m lớn gấp 1,4 lần so với cọc 13,5m, xấp xỉ lần cọc chống đất tốt (16,5m) (hình 12), nghĩa hiệu tốt cọc cát gia cố có chiều dài lớn chiều sâu đất yếu Khi cọc đặt đất yếu, độ lún đất yếu chuyển vị đầu cọc xấp xỉ nhau, đó, chuyển vị cọc (2,5cm) nhỏ độ lún đất yếu (5 cm) cọc ngàm vào tầng chịu lực Chuyển vị ngang chân ta luy đường tương đồng kết độ lún, tăng chiều dài cọc tăng, đường ổn định theo phương ngang (hình 4.14) 4.3.5.2 Ảnh hưởng chiều dài cọc đến ứng suất tác dụng xuống đất yếu Khi chiều dài cọc 8,5m 13,5m, ứng suất truyền xuống đất yếu gần tương đồng Khi chiều dài cọc 16,5m, ứng suất tác dụng xuống đất yếu giảm tương đối so với trường hợp (hình 4.15) Hình 4.9 Ảnh hưởng chiều dài cọc cát biển – xi măng đến chuyển vị ngang chân ta luy đường Hình 4.105 Ảnh hưởng chiều dài cọc cát biển – xi măng tới ứng suất tác dụng xuống đầu cọc Hình 4.11 Ảnh hưởng chiều dài cọc cát biển – xi măng tới ứng suất tác dụng xuống đầu cọc (p = 20kPa) 23 4.3.5.3 Ảnh hưởng chiều dài cọc đến ứng suất tác dụng xuống đầu cọc Ứng suất tác dụng xuống cọc không giống phạm vi đường đắp (hình 4.17), chênh lệch khơng q lớn chiều dài cọc thay đổi Ví dụ, với cọc thứ nhất, ứng suất tác dụng xuống đầu cọc 1,70MPa, 1,83MPa 2,08MPa tương ứng với chiều dài cọc 8,5m, 13,5m 16,5m 4.4 Kết luận chương - Gia cố đất yếu cọc cát biển – xi măng làm giảm đáng kể độ lún, chuyển vị ngang đất yếu tác dụng tải trọng thân đường đắp tải trọng bên đường đắp - Kết phân tích mơ hình số rõ, hiệu ứng vòm bên khối đắp, tải trọng truyền lên cọc cát biển -xi măng với cường độ lớn nhiều lần so với đất yếu, làm giảm ứng suất tác dụng xuống đất yếu - Khi cường độ cọc tăng lên, độ lún đường chuyển vị ngang chân ta luy giảm, nghĩa làm tăng tính ổn định đường Kết nghiên cứu phát rằng, tồn cường độ cọc tối ưu mang lại hiệu tốt phương diện chịu lực kinh tế - giá trị quanh khoảng qu = 1,5MPa - Chiều sâu gia cố cọc ảnh hưởng lớn đến độ lún đường tác dụng tải trọng đắp tải trọng Khi chiều dài cọc xuyên qua đất yếu, mang lại hiệu chịu lực tốt nhất, ảnh hưởng đến giá trị ứng suất truyền xuống đất yếu ứng suất truyền xuống đầu cọc KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN Kết nghiên cứu đề tài luận án cho phép đưa số kết luận sau đây: Đất yếu gồm sét, sét pha, cát pha, trạng thái dẻo chảy - chảy phân bố phổ biến dọc tuyến đường giao thông ven biển đoạn Hải Phòng - Nam Định xây dựng, có tuổi Holocen hệ tầng Thái Bình Hải Hưng trầm tích Đệ Tứ vùng đồng Bắc Bộ (Q23tb, Q21-2hh), có nguồn gốc chủ yếu sông-biển (am) biển (m) Cấu trúc đất yếu phạm vi nghiên cứu chia thành Kiểu (I, II) Dạng (a, b, c), theo đó, Kiểu I có đất yếu phân bố mặt gần mặt đất, phía đất loại cát có tính xây dựng tốt hơn; Kiểu II có đất yếu phân bố mặt gần mặt đất, phía đất loại sét có tính xây dựng tốt Dạng a có đất yếu 15m Cơ sở khoa học phương pháp gia cố đất yếu cọc cát biển – xi măng gồm tổ hợp trình gồm: nén chặt học; gia tăng cường độ cọc đất xung quanh cọc nhờ chất kết dính xi măng; q trình cố kết thấm tác dụng hóa-lý xi măng đất xung quanh Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, hàm lượng xi măng thay đổi 5%, 7%, 10%, 13% 15%, 28 ngày tuổi, tương ứng cường độ kháng nén mẫu cát biển gia cố 0,65 MPa, 1,05 MPa, 1,30 MPa, 1,78 MPa 2,45MPa Phương pháp cọc cát biển – xi măng tính tốn thiết kế phụ thuộc cấu trúc đất yếu hàm lượng xi măng hỗn hợp vật liệu cọc Nếu cấu trúc gồm lớp đất yếu chiều dày lớn, phía vùng hoạt động nén ép cơng trình đất yếu thiết kế cọc cát biển – xi măng theo mục đích cải tạo với hàm lượng xi măng vật liệu cọc nhỏ 5% phù hợp Nếu phía đất yếu vùng ảnh hưởng công 24 trình phân bố lớp đất tốt thiết kế cọc cát biển – xi măng theo mục đích gia cố với hàm lượng xi măng vật liệu cọc lớn 10% phù hợp Trong trường hợp cấu trúc đất cụ thể, kết nghiên cứu mơ hình thực nghiệm phân tích mơ hình số cho thấy: - Độ lún giảm từ 117cm (khơng có cọc) xuống cịn 16cm (khi có cọc); - Chuyển vị ngang chân taluy đường giảm từ 49,4cm (khơng có cọc) xuống cịn 4,8cm (khi có cọc) - Khi cường độ cọc tăng lên, độ lún đường chuyển vị ngang chân ta luy giảm Với cấp tải trọng, độ lún ứng với cường độ cọc 1,5MPa 1/2 độ lún ứng với cường độ cọc 0,5MPa; chuyển vị ngang quan sát 78cm, 30cm 14 cm ứng với cường độ chịu nén cọc 0,5MPa, 1,5MPa 2,5MPa Khi cường độ chịu nén cọc tăng từ 1,5MPa đến 2,0MPa, ứng suất tác dụng xuống đất yếu không thay đổi đáng kể, điều cho thấy giá trị tối ưu thiết kế cọc cát biển – xi măng nên lựa chọn quanh giá trị qu = 1,5MPa; - Chiều dài cọc cát biển – xi măng ảnh hưởng đến độ lún gia cố Độ lún chiều dài cọc 8,5m lớn gấp 1,4 lần so với cọc có chiều dài 13,5m, xấp xỉ lần cọc dài 16,5m chống đất tốt Tuy nhiên, chiều dài cọc gia cố ảnh hưởng đến giá trị ứng suất truyền xuống đầu cọc đất yếu với trường hợp tải trọng cụ thể KIẾN NGHỊ CHUNG Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình tỷ lệ thực cọc cát biển – xi măng đánh giá hiệu kinh tế phương pháp cọc cát biển – xi măng xử lý đất yếu Đầu tư cho nghiên cứu, chế tạo thiết bị thi công cọc cát biển – xi măng phù hợp với điều kiện Việt Nam Tiến hành xây dựng Tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép triển khai ứng dụng phương pháp cọc cát biển - xi măng để xử lý đất yếu Việt Nam Xem xét ảnh hưởng yếu tố biến đổi môi trường tới ổn định cọc cát biển – xi măng 25 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH Nguyen Thi Diu, Ta Duc Thinh, Nguyen Duc Manh (2018), Evalution of sandcement column solution for soil improvement in the North Coastal Highway, Vietnam, Proceeding of the 4th International conference VIETGEO, 294 - 302 Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Thị Dịu (2019), Nghiên cứu công nghệ gia cố đất yếu cọc cát biển - xi măng phục vụ xây dựng cơng trình hạ tầng vùng ven biển, Kỷ yếu Hội nghị khoa học toàn quốc Địa kỹ thuật xây dựng phục vụ phát triển bền vững VIETGEO, ngày 25-26/10/2019 Vĩnh Long, Nxb Khoa học Kỹ thuật, 251-255 Nguyễn Thị Dịu, Tạ Đức Thịnh (2020), Cấu trúc đất yếu tuyến đường giao thông ven biển Hải Phịng-Nam Định đề xuất cơng nghệ gia cố phù hợp, Kỷ yếu Hội nghị khoa học toàn quốc Khoa học trái đất Tài nguyên với phát triển bền vững (ERSD), ngày 12.11.2020 Trường Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội, 19-25 Nguyễn Thị Dịu, Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Đức Mạnh, Bùi Anh Thắng (2020), Nghiên cứu khả sử dụng cát biển xử lý đất yếu phương pháp cọc gia cố xi măng, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ-Địa chất, Tập 61, Kỳ 6, tháng 12, 102-108 Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Thị Dịu (2020), Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính độ lún sức chịu tải đất yếu gia cố cọc cát biển – xi măng, Kỷ yếu Hội nghị khoa học toàn quốc Khoa học trái đất Tài nguyên với phát triển bền vững (ERSD), ngày 12.11.2020 Trường Đại học Mỏ-Địa chất, Hà Nội, 97-104 Tạ Đức Thịnh, Hồng Đình Phúc, Bùi Anh Thắng, Ngọ Thị Hương Trang, Nguyễn Thị Dịu (2020), Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ xử lý đất yếu cọc vật liệu hỗn hợp cát biển - xi măng - tro bay, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật MỏĐịa chất, Tập 61, Kỳ 6, tháng 12, 1-9 Kennedy C Onyelowe, Michael E Onyia, Diu Nguyen-Thi, Duc Bui Van, Eze Onukwugha, Haci Baykara, Ifeoma I Obianyo, Lam Dao-Phuc, and Hyginus U Ugwu (2021), Swelling Potential of Clayey Soil Modified with Rice Husk Ash Activated by Calcination for Pavement Underlay by Plasticity Index Method (PIM), Advances in Materials Science and Engineering, Volume 2021, DOI : 10.1155/2021/6688519 (SCIE/Q2) Ta Duc Thinh, Nguyen Thi Diu, Nguyen Duc Manh, Pham Van Hung, Bui Manh Thang (2021), Study on application of sea sand-cement column in soft soil improvement for Hai Phong-Nam Dinh coastal highway, Proceedings of CIGOS 2021 - Part of the Lecture Notes in Civil Engineering book series of Springer (Accepted) ... kiểu cấu trúc đất yếu dọc tuyến đường giao thông ven biển đoạn từ Hải Phòng đến Nam Định - Đề xuất phương pháp xử lý đất yếu cọc cát biển - xi măng phù hợp với cấu trúc đất tuyến đường ven biển đoạn. .. quan đất yếu, cấu trúc đất yếu phương pháp xử lý đất yếu giới Việt Nam - Nghiên cứu đặc điểm phân chia cấu trúc đất yếu tuyến đường giao thông ven biển đoạn Hải Phòng - Nam Định - Nghiên cứu đề xuất. .. CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG – NAM ĐỊNH 2.1 Đặc điểm đất yếu vùng ven biển Hải Phòng – Nam Định 2.1.1 Tuổi nguồn gốc Đất yếu vùng ven biển Hải Phòng