2.1. Thiết bị thớ nghiệm và thiết bịđo
Thiết bị sử dụng chớnh là tổ hợp thiết bị gia tốc li tõm của Trường đại học giao thụng Tõy Nam – Trung Quốc với số hiệu là TLJ-2, với cụng năng và một số chỉ tiờu chủ yếu sau: Bỏn kớnh thiết bị gia tốc li tõm 3m, phạm vi gia tốc 10~200g; tải trọng lớn nhất 1~500kg; kớch thước của hộp đựng mụ hỡnh là:0.8(dài) ì0.6(rộng)ì0.6(cao)m3.
Thớ nghiệm sử dụng cỏc thiết bịđo chớnh bao gồm: 3 thiết bịđo lỳn điện tử (đo độ lỳn của bề mặt đất nền tại tim đường); 15 sensor đo ứng suất của cọc ( đo cho 3 cọc, mỗi cọc 5 chiếc được bố trớ theo khoảng cỏch tớnh từđỉnh cọc như sau:10, 21.5, 59, 96.5, 145mm）; 10 sensor đo ứng suất của lưới gia cường đầu cọc, (phõn thành 2 dải mỗi dải 5 chiếc, bố trớ đối xứng qua tim đường với kớch thước như sau: 0, 80.5, 155.5mm); 5 thiết bịđo ỏp lực đất ( bố trớ tại vị trớ tim đường với 3 chiếc trờn đỉnh cọc và 2 chiếc tại vị trớ đất giữa cỏc cọc), chi tiết xem hỡnh vẽ số 1.
Bảng 1. Số lượng thiết bịđo
Tờn thiết bị Số lượng Ghi chỳ
TB Điện tử do lỳn 3 Đo lỳn nền đất (10mm) Sensor ứng biến 25 ư/s cọc, ư/s lưới gia cường Vi hộp đo ỏp lực 5 ĐấĐỉnh ct giữọa cỏc cc (2MPa) ọc ( 0.2MPa)
2.2. Phương ỏn thớ nghiệm 2.2.1. Đặc điểm cụng trỡnh thực tế 2.2.1. Đặc điểm cụng trỡnh thực tế
Thớ nghiệm mụ tả cụng trỡnh thực tế ngoài hiện trường là đoạn tuyến thuộc vựng đồi nỳi, cú bề mặt địa hỡnh thoải, đất trờn bề mặt là đất ruộng lỳa, theo số liệu khảo sỏt địa chất cho thấy, lớp 1 sột yếu, cú bề dày 0~10m cú trạng thỏi mềm, đến dẻo; lớp 2 ỏ sột cú bề dày 1~8m, trạng thỏi dẻo mềm, lớp 3 ỏ cỏt cú
bề dày1~5m, trạng thỏi dẻo mềm đến nửa cứng, lớp 4 đỏ phong hoỏ. Mặt cắt địa chất đượng thể hiện trờn hỡnh 2.
Hỡnh 1. Vị trớ bố trớ cỏc thiết bịđo
Hỡnh 2. Mặt cắt ngang nền đường và mặt cắt địa chất
Mụ hỡnh thớ nghiệm được mụ phỏng thu nhỏ của: Nền đường sắt đụi đắp cao trờn nền đất yếu, với chiều sõu đất yếu là 12m, bề rộng nền đường 12,9m, đắp với mỏi dốc thiết kế 1:1,5, chiều cao của nền đắp 8,2m, dưới đỏy của nền đường thiết kế một lớp đệm sỏi cuội, ở giữa lớp đệm cú bố trớ một lớp lưới địa kỹ thuật gia cường, chịu lực theo cả hai phương, với cường độ kộo đứt là 50kN/m. Nền đất yếu được xử lý bằng cọc CFG, thi cụng theo phương phỏp rung, với đường kớnh cọc là: Φ0,5m, chiều dài cọc 12m, khoảng cỏch giữa cỏc cọc là 1,3m, bố trớ theo sơđồ hoa mai. Nền đất yếu được xử lý ra ngoài chõn taluy 2m, cọc thiết kế là cọc chống, đúng xuyờn qua phần đất yếu, xem chi tiết trờn hỡnh 2.
Kớch thước mụ hỡnh thớ nghiệm được tớnh toỏn qui đổi thụng qua tỉ lệ giữa thực tế và mụ hỡnh là N=80, mụ phỏng 4 nhúm thớ nghiệm trong đú đất nền được xử lý bằng cọc CFG với khoảng cỏch cỏc cọc thực là 3m, trờn đầu cọc là mũ cọc với kớch thước lần lượt là: 0x0, 880ì880, 1360ì1360, 1840ì1840mm.
Chiều cao của nền đắp trong mụ hỡnh là:100mm, bề dầy nền đất yếu là 150mm, đường kớnh cọc là φ6.25mm, chiều dài cọc 150mm, bố trớ theo hỡnh hoa mai, với khoảng cỏch giữa cỏc cọc là 37,50mm (6 lần đường kớnh cọc)，mũ cọc hỡnh vuụng với kớch thước a=0; 11; 17; 23mm. Xem hỡnh 3.
2.2.2. Vật liệu dựng trong mụ hỡnh
Đặc điểm của thớ nghiệm trờn thiết bị gia tốc li tõm là dựa trờn lý thuyết mụ phỏng thu nhỏ tỉ lệ, do vậy tất cả cỏc loại vật liệu sử dụng và cỏc điều kiện biờn của mụ hỡnh đều phải thoả món nguyờn tắc và điều kiện tương đương giữa mụ hỡnh và thực tế.
(1) Nền đất yếu
Mụ hỡnh sử dụng đất yếu được lấy từ hiện trường, cú cỏc chỉ tiờu cơ lý chủ yếu thể hiện trong bảng 2. Do điều kiện khỏch quan (thời tiết núng, phũng thớ nghiệm cỏch xa hiện trường…) dẫn đến mẫu đất thớ nghiệm bị tổn thất độ ẩm, dẫn đến chỉ tiờu cường độ của mẫu thớ nghiệm lớn hơn so với thụng thường, tuy nhiờn theo phương phỏp thống kờ xử lý số liệu cho thấy, giỏ trị bỡnh quõn ứng với độ tin cậy 0.95, vựng trờn và vựng dưới lần lượt là C [13.48kPa; 29.94kPa]; ф[5.33°; 11.93°]. Mụ hỡnh chọn điều kiện dưới với C=13.48 kPa; ф=5.33°; làm chỉ tiờu cường độ cho lớp đất yếu.
Bảng 2. Cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất yếu
Độẩm tự nhiờn (%) Dung trọng (kN/m3) C(kPa) ф (°)
34.5 18.93 21.71 8.63 Đất yếu được chế bị với độẩm 37% và được cố kết với gia tốc n=80g trờn thiết bị gia tốc li tõm, Đất yếu được chế bị với độẩm 37% và được cố kết với gia tốc n=80g trờn thiết bị gia tốc li tõm,
thời gian cố kết là 3h. Kết quả thớ nghiệm cỏc chỉ tiờu cơ lý và chỉ tiờu cường độ cho thấy gần đỳng với chỉ tiờu của đất yếu ngoài thực tế, số liệu thể hiện chi tiết trong bảng 3.
Bảng 3. Chỉ tiờu cơ lý của nền đất yếu sau khi cố kết
No W(%) γ(kN/m3) C(kPa) ф(°) I 35.18 18.66 12.13 0.23 II 36.11 18.79 8.25 2.72 III 35.75 19.12 10.38 2.86 IV 35.65 18.96 12.50 2.35 (2) Đất đắp nền đường
Đất đắp nền đường cũng được lấy từ hiện trường về phũng thớ nghiệm, là loại đất sột đỏ, thớ nghiệm đầm chặt cho kết quả: độẩm tốt nhất là 10,8%, dung trọng khụ lớn nhất là 21,7kN/m3; thể hiện trờn hỡnh 3. Trờn cơ sởđú nền đắp của mụ hỡnh được tiến hành đầm chặt với K= 0.95.
Hỡnh 3. Thớ nghiệm đầm chặt đất đắp nền đường
Hỡnh 4. Đường gia tải theo thời gian trờn mỏy li tõm (3) Vật liệu làm cọc
Nguyờn trạng của vật liệu cọc CFG là bờ tụng xi măng cú cường độ là C15~C20; đường kớnh là φ50cm. Dựa trờn nguyờn lý tương đương (EA tương đồng) và nguyờn lý mật độ tương đồng, chọn dựng Tụn trắng cú bề dày 0,3mm để chế tạo thành cọc cú đường kớnh ngoài φ6.25mm, bờn trong được đổđầy bột đỏ (tương đương về trọng lượng). Độ cứng cọc của mụ hỡnh và nguyờn dạng được thể hiện trờn bảng 4.
Bảng 4. Độ cứng tương đương của cọc
Vật liệu E(MPa) A(mm2) EA
CFG nguyờn dạng 2.3ì104 3.07ì10-5 0.705 Cọc tụn trắng 1.2ì105 5.60ì10-6 0.673 (4)Vật liệu lưới gia cường
Nguyờn dạng của lưới gia cường là lưới địa kỹ thuật, nếu tuõn theo tỉ lệ thu nhỏ thỡ khụng thể thực hiện được , tuy nhiờn nếu tuõn theo nguyờn lý tương đương cường độ thỡ cú thể mụ phỏng được. Mụ hỡnh lựa chọn Đồng lỏ cú cường độ khỏng đứt là 375MPa, độ gión dài là 8%, được chờ tạo thành cỏc dải
cú bề rộng là 10mm, bố trớ thành mạng cú dạng lưới vuụng 30x30mm, với cường độ kộo đứt là 300 kN/m ( gấp 6 lần cường độ kộo đứt của lưới gia cường nguyờn dạng 50kN/m).
(5)Vật liệu mũ cọc
Nguyờn dạng của vật liệu mũ cọc là bờ tụng xi măng cú cường độ tương đương C20~C25 BTXM, chiều dầy mũ cọc là 400mm. Mụ hỡnh thớ nghiệm chọn dựng bản Thộp cú mụdun Ethộp=210ì103MPa để mụ phỏng mũ cọc, trờn nguyờn tắc tương đồng cường độ khỏng uốn, chọn được bề dầy thộp tấm là 2,6mm, kớch thước mũ cọc hỡnh vuụng với chiều dài một cạnh lần lượt là: 0; 11; 17; 23mm, tương dương với độ phủ mũ cọc lần lượt là: 2,5%, 10%, 23,8%, 43,5%, tương dương với khoảng cỏch giữa cỏc cọc lần lượt là: 6; 3; 1,96; 1,46 lần đường kớnh cọc.
2.3. Qỳa trỡnh thớ nghiệm
Mẫu đất được chế bi xong tiến hành cố kết trờn thiết bị gia tốc li tõm với gia tốc n= 80g, thời gian 3h, để bảo đảm đất nền trong mụ hỡnh với đất nền ngoài thực tế là như nhau. Sau đú lần lượt trờn cỏc vị trớ đó định vị sẵn tiến hành xử lý nền bằng cọc, và bố trớ cỏc thiết bịđo. Trong phạm vi của taluy nền đường bố trớ một lớp đệm cỏt hạt trung ở giữa là lưới gia cường đó được chế tạo sẵn, tiếp đú đặt nền đường và sau cựng là bố trớ hệ thống mạng cỏc điểm đo trờn mặt cắt của mụ hỡnh. Toàn bộ mụ hỡnh được chế bị xong sẽ tuõn theo phương ỏn gia tải đó được tớnh toỏn trờn thiết bị gia tốc li tõm.
Để bảo đảm cỏc bộ phận trong mụ hỡnh, đặc biệt là sự tiếp xỳc của cỏc thiết bịđo, loại bỏ một số điều kiện ảnh hưởng đến kết quả thớ nghiệm khi chế bị mẫu, trước khi gia tải cho mụ hỡnh sẽ tiến hành giai đoạn khụi phục mụ hỡnh với gia tốc li tõm n=16g trong thời gian 2 phỳt. Mụ hỡnh thớ nghiệm lựa chọn phương phỏp đắp phõn đoạn 4 lần tới cao độ thiết kế, với chiều cao nền đắp là 100mm, mỗi lần gia tải giỏ trị gia tốc đều được tớnh toỏn theo nguyờn tắc tương đương . Mỗi giai đoạn đắp được qui đổi thụng qua thời gian đắp thực tế là 45ngày, tổng thời gian thi cụng nền đắp là 180 ngày, sau đú là 185 ngày bảo đảm ổn định nền đường, tiếp đú là mụ phỏng 4 năm sau thi cụng. Lịch trỡnh gia tải thể hiện trờn bảng 5 và hỡnh số 4.
Bảng 5. Cấp gia tải trờn mỏy li tõm Giai đoạn Gia tốc (g) Thời gian gia tải
(min) Thời gian thực tế qui đổi (d) Khụi phục mụ hỡnh 16 2 - Đắp cao đến 2m 27.23 87.41 45 Đắp cao đến 4m 49.64 26.3 45 Đắp cao đến 6m 67.23 14.34 45 Đắp cao đến 8m 80 10.13 45 Ổn định 80 41.63 185 Sau thi cụng 1năm 80 82.125 365 Sau thi cụng 2năm 80 82.125 365 Sau thi cụng 3năm 80 82.125 365 Sau thi cụng 4năm 80 82.125 365
Toàn bộ quỏ trỡnh thớ nghiệm bao gồm cỏc bước: chế bị mẫu, gia tải mẫu, dỡ mẫu và ghi chộp, bảo lưu dữ liệu. Trong đú cụ thể hơn như: chế bị nền đất yếu, bố trớ lớp đệm đầu cọc, chế tạo nền đắp, lắp đặt
cỏc loại thiết bị, dỡ mẫu đồng thời tiến hành thớ nghiệm một số chỉ tiờu cơ lý của đất nền, cỏc số liệu đo được từ cỏc nhúm thớ nghiệm được sử dụng để tiến hành phõn tớch và so sỏnh.