Trường hợp
Bề rộng gia cố ( )( )
Chiều sâu gia
cố ( )( ) Tỷ số đ Hệ số ổn định ( ) 1 14,0 5,0 1 1,784 2 14,0 4,5 0,9 1,546 3 14,0 4,0 0,8 1,343 4 14,0 3,5 0,7 1,192
Khi thay đổi chiều sâu gia cố (H ) ta có mối quan hệ giữa tỷ số
đ và Hệ
số ổn định (K ) như: Khi Hgc= 3,5m Kmin=0,7
66
Hình 3. 16 Biểu đồ quan hệ giữa tỷ số
đ và Hệ số ổn định ( )
Kết luận:
Khi thay đổi giảm chiều sâu gia cố (H )i thì hệ số ổn định giảm dần. Từ biểu đồ (Hình 3.16) ta được [K ] = 1,4 và [
đ ]= 0,92 từ đây ta có thể chọn được chiều cao gia cố thích hợp nhất. Đây cũng là phương án lựa chọn thiết kế kinh tế, nhưng nhìn biểu đồ ta thấy khi giảm chiều dày gia cố rất ít thì điều kiện ổn định K < 1,4 không đạt ổn định và biểu đồ đi xuống hệ số ổn định giảm dần. Điều này cho thấy cần phải xử lý hết bề dày lớp đất yếu mới an tồn về ổn định nếu thỏa mãn cơng nghệ.
3.3.4. Bài toán 3: Xác định chiều sâu gia cường theo khả năng công nghệ
Chọn bề rộng gia cố lớn nhất như trường hợp 4 (Bài toán 1) B = 14m; Giả sử chiều sâu theo công nghệ H =5m không đổi; chọn thay đổi tăng dần chiều dày lớp đất yếu (Hđ )i . Tìm mối quan hệ giữa tỷ số đ i và các hệ số ổn định (K )i, ta xác định được chiều dày lớp đất yếu [Hđy] theo hệ số ổn định cho phép [K ]. Mục đích của bài tốn là để đánh giá khả năng công nghệ khi gặp trường hợp chiều dày lớp đất yếu lớn. 1 0,9 0,8 0,7 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,784 1,546 1,343 1,192 HỆ SỐ ỔN ĐỊNH [K ] Tỷ số (Hgc/Hđy)
67
Kết quả tính tốn bằng phần mềm Goeslope ta có các trường hợp từ (Hình 3.17 ÷ Hình 3.19) và tổng hợp kết quả trong bảng 3.6.
Hình 3. 17 Kiểm tốn ổn định bằng Geoslope, Hđy=6,0m
Hình 3. 18 Kiểm tốn ổn định bằng Geoslope, Hđy=7,0m
Khi Hđy=6m Kmin=1,475
Khi Hđy=7m Kmin=1,419
68
Hình 3. 19 Kiểm tốn ổn định bằng Geoslope, Hđy=8,0m Bảng 3. 6 Tổng hợp kết quả bài toán 3
Trường hợp cố (Bề rộng gia )( ) Chiều dày lớp đất yếu ( đ )( ) Tỷ số đ Hệ số ổn định ( ) 1 14,0 5,0 1,0 1,784 2 14,0 6,0 1,1 1,475 3 14,0 7,0 1,2 1,419 4 14,0 8,0 1,3 1,330
Khi thay đổi chiều sâu lớp đất yếu (Hđ ) ta có mối quan hệ giữa tỷ số đ và
Hệ số ổn định (K ) như: Khi Hđy=8m Kmin=1,330
69
Hình 3. 20 Biểu đồ quan hệ giữa tỷ số đ và Hệ số ổn định ( )
Kết luận:
Khi thay đổi tăng chiều sâu đất yếu (Hđ ) thì hệ số ổn định giảm tương tự bài tốn 2. Từ biểu đồ (Hình 3.14) ta được [K ] = 1,4 và khi [ đ ]= 1,5 từ đây ta có thể chọn được chiều cao gia cố. Khi tăng chiều dày đất yếu cần lưu ý điều kiện cơng nghệ thi cơng từ (5÷8)m và trường hợp chiều sâu lớp đất yếu lớn ta có thể tăng bề rộng gia cố hoặc kết hợp phương pháp ổn định toàn khối với phương pháp khác. Điều này cho thấy khả năng xử lý chiều lớp đất yếu theo cơng nghệ là: Hđy= 1,5x(5÷8)m.
3.3.5. Bài toán 4: Khi khối gia cường cấm sâu vào lớp đất tốt
Tính tốn với trường hợp thể tích khối gia cố không đổi trong bài toán 1(Trường hợp 2):
Vgc=(BgcxHgcxLgc) (3.1)
Trong đó: Vgc: Thể tích khối gia cố Bgc: Bề rộng gia cố Hgc: Chiều cao gia cố Lgc: Chiều dài gia cố
1,0 1,2 1,4 1,6 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 1,784 1,475 1,419 1,330 HỆ SỐ ỔN ĐỊNH (K) Hđy/Hgc 1,5 Kmin
70
Khi thay đổi tăng chiều sâu gia cố và giảm bề rộng gia cố (Bảng 3.7). So sánh tỷ số
đ với tỷ số (
đ) theo hệ số ổn định (Kmin), từ đó để chọn trường hợp an toàn nhất nếu được khi lớp gia cường cắm vào lớp đất tốt.
Kết quả tính tốn bằng phần mềm Goeslope ta có các trường hợp từ (Hình 3.21 ÷ Hình 3.24) và tổng hợp kết quả trong bảng 3.7.
Hình 3. 21 Kiểm tốn ổn định khi Vgc khơng đổi trường hợp 1
Hình 3. 22 Kiểm tốn ổn định bằng Geoslope, Vgc khơng đổi trường hợp 2
Hgc/Hđy=1,0 Bgc/Bmđ =1,54
Hgc/Hđy=1,2 Bgc/Bmđ =1,28
71
Hình 3. 23 Kiểm tốn ổn định bằng Geoslope, Vgc khơng đổi trường hợp 3
Hình 3. 24 Kiểm tốn ổn định bằng Geoslope, Vgc không đổi trường hợp 4
Hgc/Hđy=1,4 Bgc/Bmđ =1,1
Hgc/Hđy=1,6 Bgc/Bmđ =0,96
72
Bảng 3. 7 Tổng hợp kết quả bài toán 4
Bề rộng gia cố ( )( ) Chiều sâu gia cố ( )( ) Tỷ số đ Tỷ số ( đ) Hệ số ổn định ( ) 10 5,0 1,00 1,54 1,541 8 6,0 1,20 1,28 1,401 7 7,0 1,40 1,10 1,392 6 8,0 1,60 0,96 1,194 So sánh tỷ số đ và tỷ số (
đ) với hệ số Kmin ta có biểu đồ sau:
Hình 3. 25 Biểu đồ quan hệ giữa tỷ số
đ và tỷ số ( đ)
Kết luận:
Phân tích kết quả trên ta nhận thấy khi tăng chiều cao gia cố (Hgc) và giảm bề rộng gia cố (Bgc) thì hệ số ổn định Kmin giảm. Điều này cho thấy khi gia cố sâu vào lớp đất tốt thì điều kiện ổn định khơng đảm bảo an toàn.
1,00 1,20 1,40 1,60 1,54 1,28 1,10 0,96 1,541 1,401 1,392 1,194 Hệ số ổn địnhKmin Hgc/Hđy Bgc/Bmđ
73
3.4. So sánh phương pháp ổn định toàn khối và các phương pháp xử lý khác 3.4.1. Phương pháp ổn định toàn khối 3.4.1. Phương pháp ổn định toàn khối
3.4.1.1 Tính ổn định
Chọn phương án thiết kế xử lý với chiều dày gia cố Hgc = Hđy = 5m, bề rộng gia cố Bgc= 10m. Ta có kết quả như.
Hình 3. 26 Tính tốn ổn định nền đường bằng Geoslope
Kết quả: Tính tốn bằng phần mềm Geoslope và tính theo phương pháp Bishop
ta được hệ số ổn định Kttmin= 1,541 > [Kmin] = 1,4 ( 22TCN 262 – 2000). Thỏa điều kiện ổn định.
3.4.1.2. Tính lún
Để tính tốn về lún ta sử dụng phần mềm Geo Sigma/W để tính, ta có kết quả như:
74
Hình 3. 27 Chuyển vị theo phương đứng Y=-6,3 cm.
Hình 3. 28 Biểu đồ lún -0,07 -0,07 -0,06 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 C h u yể n v ị p h ư ơ n g - Y Chuyển vị phương - X
75
3.4.2. Cọc Xi măng đất
3.4.2.1 Tính ổn định
Xử lý bằng cọc xi măng đất cùng thể tích như phương pháp ổn định tồn khối ta có kết quả như sau:
Hình 3. 29 Tính tốn cọc xi măng đất bằng Geoslop
* Kết quả: Tính tốn bằng phần mềm Geoslope và tính theo phương pháp
Bishop ta được hệ số ổn định Kttmin= 1,486 > [Kmin] = 1,4 ( 22TCN 262 – 2000). Thỏa điều kiện ổn định.
3.4.2.2 Tính lún
76
Hình 3. 30 Chuyển vị theo phương đứng Y=-9,1 cm
Hình 3. 31 Biểu đồ lún phương án cọc XM-Đất -0,1 -0,1 -0,09 -0,08 -0,07 -0,06 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 C h u yể n v ị p h ư ơ n g - Y Chuyển vị phương - X Node X-Displacement (m) Y-Displacement (m) XY-Displacement (m) 91 0,023716571 -0,091318576 0,094348069
77
3.4.3. Kết quả so sánh giữa phương pháp ổn định toàn khối và phương pháp cọc Xi măng – Đất Xi măng – Đất Bảng 3. 8 Bảng tổng hợp kết quả hệ số ổn định và độ lún Phương pháp Hệ số ổ định (K) Độ lún (S)(cm) Ổn định toàn khối 1,541 6,3 Cọc XM - Đất 1,486 9,1 Hình 3. 32 Biểu đồ so sánh hệ số ổn định (Kmin) Hình 3. 33 Biểu đồ so sánh độ lún tổng (Stổng) 1,45 1,46 1,47 1,48 1,49 1,5 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 Biểu so sánh hệ số ổn định K Ổn định toàn khối Cọc XM - Đất 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Biểu đồ so sánh độ lún (S) Ổn định toàn khối Cọc XM-Đất
78
* Kết luận:
- Gia cố bằng phương pháp ổn định tồn khối có hệ số ổn định lớn hơn so với phương pháp cọc xi măng đất. Điều này cho thấy phương pháp ổn định tồn khối tính an tồn cao hơn.
- Gia cố bằng phương pháp ổn định toàn khối lún ít hơn so với phương pháp cọc xi măng đất. Không phải mất thời gian chờ lún, đẩy nhanh tiến độ thi công.
3.4.4. Phương pháp lớp đệm cát 3.4.4.1 Tính ổn định 3.4.4.1 Tính ổn định
Trường hợp lớp đệm cát (Theo hồ sơ thiết kế đường Đồng Hịa), kiểm tốn bằng Geoslop ta có kết quả như sau:
Hình 3. 34 Tính tốn lớp đệm cát bằng Geoslop
* Nhận xét: Ta thấy hệ số ổn định khơng đạt theo 22TCN 162-2000. 3.3.4.2 Tính lún
Theo hồ sơ thiết kế cơng trình đường Đồng Hịa, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng chương trình Plaxis 8.5 của Hà Lan áp dụng cho bài tốn phẳng.
79
Hình 3. 35 Độ lún tổng cộng S= 33,89cm (Theo hồ sơ thiết kế)
80
3.4.5. Kết quả so sánh với phương pháp đệm cát Bảng 3. 9 Bảng 3. 9 Phương pháp Hệ số ổ định (K) Độ lún (S)(cm) Ổn định toàn khối 1,541 6,3 Lớp đệm cát 0,898 33,89 Hình 3. 37 Biểu đồ so sánh hệ số ổn định (Kmin) Hình 3. 38 Biểu đồ so sánh độ lún tổng (Stổng) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Biểu so sánh hệ số ổn định K Ổn định toàn khối Lớp đệm cát 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Biểu đồ so sánh độ lún (S) Ổn định toàn khối Lớp đệm cát
81
* Kết luận:
Gia cố bằng phương pháp ổn định tồn khối có tính ổn định rất cao so với phương pháp lớp đệm cát. Độ lún ít hơn rất nhiều so với phương pháp lớp đệm cát.
82
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận:
+ Từ kết qủa thực nghiệm và phân tích mơ phỏng các bài tốn ta rút ra được kết luận như sau:
- Hổn hợp Xi măng – Đất góp phần cải tạo đất yếu thành đất có cường độ cao, có khả năng chống biến dạng tốt và hình thành khối gia cường ổn định.
- Mơ phỏng tính tốn theo điều kiện ổn định, ta có thể tính tốn thiết kế kích thước khối gia cường đảm bảo hiệu quả kinh tế nhất.
- Ngoài khả năng xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn định tồn khối theo chiều sâu cơng nghệ thi cơng (Hgc=8m), ta có thể thiết kế xử lý với chiều dày lớp đất đất yếu lớn hơn 1,5 lần chiều sâu theo công nghệ.
- Khi so sánh với các phương pháp khác thì phương pháp ổn định tồn khối có hệ số ổn định lớn hơn và độ lún tổng cộng ít hơn rất nhiều.
+ Phương pháp ổn định toàn khối để xử lý, cải tạo đất yếu hoặc đất bị ơ nhiễm hồn toàn mới tại Việt Nam. Đặt biệt là trong xử lý nền đường, chưa có đề tài khoa học nào nghiên cứu giới thiệu về phương pháp này. Hiện nay chưa có qui trình áp dụng tại Việt Nam, đây là phương pháp hữu hiệu để xử lý nền đường đặt trên nền đất than bùn có chiều sâu lớn tại Kiên Giang. Giải pháp xử lý này thay thế cho việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên cát khang hiếm như hiện nay, đặt biệt là khu vực Đồng Bằng Sông Cữu Long.
83
2. Kiến nghị:
- Trong điều kiện ổn định không cần thiết phải thiết kế khối gia cường cắm sâu vào vùng đất tốt. Vì khối gia cường khi cắm sâu vào đất tốt không làm tăng hệ số ổn định.
- Cần có nhiều bài tốn mơ phỏng cho nhiều khu vực địa chất khác nhau, xử lý cho vùng đất yếu hơn, xử lý nền đường qua vùng đầm lầy ao mương....
- Chưa có số liệu thơng kê đối với cơng trình xử lý cụ thể bằng phương pháp này, cần mạnh dạn đầu tư thiết bị công nghệ thi công để xử lý các cơng trình khác nhau như: nền đường giao thơng, cơng trình bến cảng, xử lý bãi chất thải các khu công nghiệp…
- Cần nghiên cứu thêm công tác đánh giá chất lượng hiện trường và hiệu quả của việc xử lý bằng các thí nghiệm như: xuyên, cắt cánh, nén tĩnh hoặc khoan lấy mẫu kiểm tra.
- Trong quá trình thực nghiệm tác giả chưa đưa ra giải pháp lựa chọn cấp phối hỗn hợp gia cường tối ưu nhất.
Do thời gian làm đề tài còn hạn hẹp nên các nội dung của luận văn chỉ đi vào các vấn đề xử lý mơ phỏng, tính tốn, chưa đi sâu vào từng vấn đề cụ thể chi tiết. Nội dung còn thiếu các số liệu thống kê thực tế đối với các biện pháp xử lý cụ thể để từ đó đưa ra giải pháp xử lý hợp lý về mặt kinh tế - kỹ thuật phù hợp với điều kiện cụ thể của từng vùng, từng miền của Việt Nam. Vì vậy để nâng cao nội dung đề tài tác giả sẽ nghiên cứu thêm để hoàn thiện các nội dung được tốt hơn./.
84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Châu Ngọc Ẩn. Cơ học đất. NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2004. [2] Đậu Văn Ngọ. Giải pháp xử lý đất yếu bằng đất trộn xi măng. Tạp chí phát
triển KH & CN, số 11, 2008.
[3] Lê Huy Bá. Tài nguyên đất Việt Nam, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009. [4] Nhóm tác giả bộ mơn Nền & Móng. Bài giảng Nền và Móng. ĐH Bách khoa Đà Nẵng, 2006.
[5] Nguyễn Uyên. Cơ sở địa chất, cơ học đất và nền móng cơng trình. NXB
Xây dựng Hà Nội, 2004.
[6] Nguyễn Uyên. Xử lý nền đất yếu trong xây dựng. NXB Xây dựng, 2005. [7] Phạm Xuân. Những phương pháp xây dựng trên nền đất yếu. NXB Khoa học – Kỹ thuật, 1973.
[8] Đoàn Thế Mạnh. Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất – ximăng.
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, Số 19, 2009.
[9] Nguyễn Quốc Dũng. Công nghệ khoan phụt áp lực cao trong xử lý nền đất
yếu. NXB Nông nghiệp, 2005.
[10] 22TCN 262- 2000. Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ơ tơ đắp trên đất
yếu. Tiêu chuẩn ngành, 2000.
[11] Trần Đình Hà. Giới thiệu phương pháp xử lý nông và công nghệ xử lý nền đất yếu theo phương pháp ổn định toàn khối. Internet. www.moc.gov.vn/ /web/guest/trang-chi-tiet/-/tin-chi-tiet/Z2jG/63/279620/gioi-thieu-phuong-phap-xu- ly-nong-va-cong-nghe-xu-ly-nen-dat-yeu-theo-phuong-phap-on-dinh-toan-
khoi.html, 28-11-2015.
[12] Công ty CP phát triển công nghệ xanh bền vững BCX. Giới thiệu tổng quan phương pháp ổn định tồn khối, 28-11-2015.
[13] PGS.TS. Lê Xn Roanh. Cơng nghệ xử lý nền và thi công đê, đập phá sóng trên nền đất yếu.
[12] Al-Tabbaa, A. and Evans, W.C. Stabilization-Solidification Treatment and
85
International Conference on Stabilization/Solidification Treatment and Remediation (pp. 367-385). Cambridge, UK: Balkerma, 2005.
[13] Beeghly, J. Recent Experiences with Lime- Fly Stabilization of Pavement
Subgrade Soils, Bas, and Recycled Asphalt. International Ash Utilization Symposium (p. Paper No. 46). Kentucky: University of Kentucky, 2003.
[14] Cortellazzo, G. and Cola, S. Geotechnical Characteristics of Two Italian
Peats Stabilized with Binders. Proceeding of Dry Mix Methods for Deep Soil Stabilization (pp. 93-100). Stockholm: Balkerma, 1999.
[15] EuroSoilStab. Development of Design and Construction Methods to Stabilize Soft Organic Soils: Design Guide for soft soil stabilization. CT97-0351,
European Commission, Industrial and Materials Technologies Programme (Rite- EuRam III) Bryssel, 2002.
[16] FM5-410. Soil Stabilization for Road and Airfield, 2012. www.itc.nl/~rossiter/Docs/FM5-410.
[17] Hebib, S. and Farrell, E.R. Some Experiences of Stabilizing Irish Organic Soils. Proceeding of Dry Mix Methods for Deep Soil Stabilization (pp. 81-84).
Stockholm: Balkema, 1999.
[18] Hicks, R. Alaska Soil Stabilization Design Guide, 2002.
[19] Holm, G., Andréasson, B., Bengtsson, P., Bodare, A. and Eriksson, H.
Mitigation of Track and Ground Vibrations by High Speed Trains at Ledsgård, Sweden. Linköping: Swedish Deep Stabilization Research Centre, 2002.
[20] Hayward Baker Inc. Mass Stabilization Ground Improvement, 2012. [21] Keller Inc. Improvement of Weak Soils by the Deep Soil Mixing Method. Keller Bronchure, 32-01E: http://keller-foundations.co.uk/technique/deep-dry- soilmixing, 2011.
[22] TCVN 9403:2012. Gia cố đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng. Tiêu chuẩn quốc gia, 2012.
[23] TCVN 10379:2014. Nêu yêu cầu đối với đất trong gia cố móng nền đường ơ tơ bằng chất dính vơ cơ. Tiêu chuẩn quốc gia, 2012.
1
GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI CHO CƠNG TRÌNH ĐƯỜNG Ơ TƠ
LOW-INCREASED LAND BY STABILITY METHOD FOR ROAD TRANSPORTATION
Hồ Quốc Khởi
Học viên cao học trường ĐHSPKT TPHCM
*Email: hoquockhoi1978@gmail.com
Tóm tắt: Một trong các phương pháp gia cố nền đất mới được đưa vào ứng dụng ở Việt nam