5. Cấu trúc của luận văn
2.1.1. Hiệu ứng vòm trong đất
Việc xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mô đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất… đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
Các biện pháp gia cường thường được áp dụng như: vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, đất trộn vôi, đất trộn xi măng, silicat hóa. Trong trường hợp này, đất nền và đất trong khối đắp sau khi được gia cường có khả năng chịu tải cao hơn, tính biến dạng giảm, từ đó độ ổn định của công trình được gia tăng và đảm bảo điều kiện làm việc của công trình.
Trên Thế giới, kỹ thuật gia cố đất bằng cọc (thường sử dụng cọc bê tông cốt thép (BTCT), cọc ống BTCT) được ứng dụng nhiều trong xây dựng nền đường sắt,
đường bộ. Vải địa kỹ thuật (ĐKT) được lắp đặt trên mũ cọc như là một lớp đệm gia cố. Do có sự biến dạng khác nhau giữa các cọc nên có sự phân bố lại ứng suất trong khối đắp theo cơ chế hiệu ứng vòm, vải (ĐKT) sẽ gánh chịu một phần tải trọng thông qua sức chịu kéo. Phần còn lại sẽ truyền vào cọc và chuyển lên tầng đất sâu hơn hoặc lớp đất cứng phía dưới. Sự phân bố lại ứng suất trong nền đất sau khi được gia cố trụ đất xi măng là sự gia tăng ứng suất tác dụng lên đầu trụ đồng thời ứng suất tác dụng lên đất yếu xung quanh trụ sẽ giảm xuống đáng kể, điều này cũng có nghĩa là sức chịu tải của khối đất được gia cố sẽ tăng lên đáng kể.
Terzaghi là người đưa ra quan điểm hiệu ứng vòm trong quyển lý thuyết cơ học đất năm 1943. Ban đầu, áp suất thẳng đứng lên nền đất tự nhiên là bằng khả năng chịu tải của nền. Sau đó do việc lún dần dần vùng đất xung quanh các cọc sẽ làm võng vật liệu đắp phía trên, sự chuyển động đó làm xuất hiện sức kháng cắt ở mặt bên giữa một khối bị lún xuống và khối trên cọc đứng yên. Hậu quả là áp lực tổng cộng lên vùng bị võng sẽ giảm, trong khi vùng đứng yên trên đỉnh cọc làm tăng tải trọng lên cọc với cùng một giá trị tương ứng. Khi độ võng đã đạt đến giới hạn sẽ sinh ra mặt phá hoại giữa 2 mặt trượt lên nhau hình thành theo dạng vòm, bắt đầu từ đỉnh cọc lan dần lên bề mặt. [15]
Hình 2.2a Bản chất của hiệu ứng vòm
Hình 2.2b Kết quả của hiệu ứng vòm
Tải trọng bản thân các khối đất của nền đường nằm giữa các trụ đất xi măng có xu hướng di chuyển xuống do trụ đất xi măng có độ cứng lớn hơn đất yếu xung quanh. Tuy nhiên, nếu sức chống cắt của vật liệu nền đường là đủ lớn, sự dịch chuyển của khối đất trên một phần được hạn chế bởi sức chống cắt của khối đất nền đường nằm bên trên đầu trụ đất xi măng. Vì thế một phần áp lực của khối đất nền đường nằm giữa các trụ đất xi măng sẽ được truyền vào đầu trụ đất xi măng (hình 2.2a). Và kết quả nhận được từ hiệu ứng vòm như trong hình 2.2b, khi đó ứng suất tác dụng lên đầu trụ đất xi măng tăng lên và ứng suất tác dụng lên đất yếu xung quanh giảm xuống. [22] [23]
soil
col