Thí nghiệm mô hình nền đất yếu được gia cố bằng cộ- 123docz.net

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG

3.4 Thí nghiệm mô hình nền đất yếu được gia cố bằng cột đất trộn xi măng

Thí nghiệm mô hình là từ một công trình đã được xây dựng hoặc đang trong thiết kế (nguyên hình) dựa theo các chuẩn tắc tương tự để chế tạo thành một vật thể thu nhỏ (mô hình), trong đó tạo ra các quá trình động lực cần nghiên cứu để quan trắc, lấy số liệu phân tích, làm cơ sở cho việc kiểm chứng những kết quả tính toán lý thuyết, dự báo hiệu quả kinh tế kỹ thuật thu được, phục vụ cho các mục tiêu điều chỉnh nguyên hình.

Do đó, việc vận dụng phương pháp thí nghiệm mô hình không những có thể luận chứng một cách khách quan, sát thực tế, kiểm chứng lại những luận chứng giải tích. Mặc dù, phương pháp về mô hình thí nghiện còn có những hạn chế nhất định như: mô hình nhỏ hơn nguyên hình nhiều lần nên sẽ dẫn đến những sai lệch so với nguyên hình. Trong một số trường hợp các điều kiện để mô hình hóa không thể thực

hiện được, do đó kết quả chỉ có tính chất định tính. Đất dùng trong mô hình thường là đất chế bị, không phải đất nguyên dạng…Tuy nhiên, thí nghiệm trên mô hình tỏ rõ những ưu điểm nổi bật, thí nghiệm trên mô hình, trạng thái ứng suất, biến dạng, quá trình phá hoại của nền đất dễ dàng quan sát và ghi lại. Thí nghiệm trên mô hình ít tốn kém, không bị chi phối bởi những điều kiện thời gian, thời tiết, khí hậu, nhiệt độ…Thí nghiệm trên mô hình dễ dàng thay đổi điều kiện biên để nghiên cứu sự ảnh hưởng của từng yếu tố riêng lẻ.

3.4.1 Tổng quan về mô hình thí nghiệm

 Mô hình của Kitazume (1999) [18]

Mô hình dùng để xem xét khả năng chịu tải đứng và hình dạng phá hoại của cột đất trộn xi măng dưới nền đường. Mô hình có kích thước 700x200x600, đất trong mô hình gồm lớp cát và lớp đất sét Kaolinite, cột đất trộn xi măng có đường kính 20mm, dài 200mm. Lớp đất sét Kaolinite trộn với nước tạo độ ẩm 120% được cố kết dưới áp lực 10kN/m2 trong máy ly tâm với gia tốc 50g.

 Mô hình của S.Larsson (1999) [19]

Mô hình có kích thước đường kính 500mm, cao 900mm dùng để xem xét khả năng chịu cắt của cột đất trộn xi măng

 Mô hình của Mirja Kosche (2004) [20]

Được hiệu chỉnh từ mô hình của S.Larson (1999) dùng khảo sát ứng xử của đất tại vùng chuyển tiếp giữa cột đất trộn xi măng và đất xung quanh

 Mô hình của Mahmut yavuz Sengor (2011) [21]

 Mô hình của Ailin Nur I.o, et al (2011) [22]

Mô hình nghiên cứu khả năng chịu tải đứng của cột đất trộn xi măng dưới tấm

cứng.

 Mô hình của K.Omine, et at (1999) [23]

Mô hình dùng để phân tích khả năng chịu tải của cột đất trộn xi măng dưới tấm cứng khi chịu tải đứng và ngang đồng thời. Mô hình có kích thước 970x170x200mm, sử dụng đất sét Kaolinite, cột đất trộn xi măng có đường kính 30mm, dài 200mm, hàm lượng xi măng 90 và 250 kg/cm3, hệ số xử lý 22% và 42%

3.4.2 Mô hình thí nghiệm

 Nội dung thí nghiệm

 Đúc mẫu xi măng-đất với hàm lượng 16% có đường kính 20mm, dài 200mm

 Thi công cột xi măng-đất vào trong nền đất yếu bên trong mô hình

 Gia tải theo từng cấp áp lực, đo trị số áp lực nén, chuyển vị của hệ cột xi măng đất và nền đất yếu theo thời gian, quan sát, chụp hình.

 Mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm trên mô hình nhằm quan sát ứng xử của hệ cột đất trộn xi măng và

nền đất yếu theo các cấp áp lực nén. Đo áp lực nén, chuyển vị của hệ cột đất trộn xi măng trong mô hình ở từng cấp áp lực theo thời gian. Từ kết quả thí nghiệm trên mô hình, dùng phương pháp Asaoka tính toán hệ số thấm, hệ số cố kết của nền. So sánh, đánh giá kết quả đo lún trên mô hình với các phương pháp giải tích.

 Cách tiến hành Lớp đất yếu được lấy ở phường Bình Khánh – Quận 2 – TP Hồ Chí Minh. Dùng máy trộn chế bị lại mẫu đất, sau đó cho mẫu đất vào trong hộp mô hình, đậy nắp hộp mô hình lại để đất cố kết dưới trọng lượng bản thân trong vòng 3 ngày. Bước tiếp theo, đặt một lớp vải địa kỹ thuật lên trên nền đất yếu, sau đó rải một lớp cát dày

10mm lên trên lớp vải địa kỹ thuật. Lớp vải địa kỹ thuật và lớp cát sẽ đảm bảo cho nước được thoát ra theo biên trên. Đặt tấm cứng tản lực lên trên lớp cát và gia tải cố kết đất ở các cấp áp lực như bảng 3.9, quá trình cố kết đất được làm song song trên 2 hộp khác nhau. Trước khi cho đất vào cố kết, mặt bên của hộp mô hình được quét một lớp dầu nhớt để hạn chế tối đa ma sát giữa đất và thành hộp.

Bảng 3.9: Cấp áp lực để cố kết lớp đất trong mô hình

Cấp áp lực (kgf/cm2) 0 0.2 0.43

Thời gian (ngày) 3 4 4

Sau khi cố kết xong, mang một hộp đi thí nghiệm, kết quả phân tích các chỉ tiêu cơ lý của đất sau khi chế bị được thể hiện trong bảng 3.10

Bảng 3.10: Tính chất của mẫu đất sau khi chế bị

STT Giá trị cơ lý Giá trị đại diện của các lớp đất 1

Cát: 0.05 - 2.0 (mm), % 5.1

Bụi: 0.005 - 0.05 (mm), % 53.6

Sét < 0.005 (mm), % 41.3

2 Độ ẩm tự nhiên, W (%) 73.2

3 Dung trọng tự nhiên, w (KN/m3) 14.8

4 Tỷ trọng, Gs 2.66

5 Hệ số rỗng ban đầu, o 2.093

6 Độ rỗng, n (%) 67.7

STT Giá trị cơ lý Giá trị đại diện của các lớp đất

7 Độ bão hòa, Sr (%) 93

8 Giới hạn chảy, LL (%) 71.2

9 Giới hạn dẻo, PL (%) 35.6

10 Chỉ số dẻo, PI (%) 35.6

11 +  (Độ) 03°39'

+ C (kPa) 16.27

(a) (b)

Hình 3.18: Máy trộn chế bị lại mẫu đất (a); Đất sau khi trộn xong (b)

Hộp mô hình được làm bằng thép tấm cường độ cao dày 2mm, có kích thước dài 900mm, rộng 130mm, cao 230mm.

Hình 3.19: Mô hình thí nghiệm

Hình 3.20: Mặt bằng bố trí cột xi măng đất trong mô hình thí nghiệm

Hệ thống gia tải sử dụng bơm thủy lực và kích ép, hệ thống đo lực bằng đồng hồ điện tử. Lớp đất yếu trong mô hình dày 230mm. Hệ thống đồng hồ đo chuyển vị của cột đất trộn xi măng sẽ ghi lại giá trị chuyển vị theo từng cấp áp lực nén theo thời gian. Sau khi cố kết xong nền đất yếu, dỡ tải, cạo gọt mặt trên của mô hình để chiều dày lớp đất yếu còn lại 200 mm.

Đúc mẫu xi măng/đất với hàm lượng 16%, hàm lượng nước/xi măng bằng 1,5 đường kính 20mm, chiều dài 200mm.

Bảng 3.11: Một số chỉ tiêu của mẫu xi măng đất với tỷ lệ 16%

Tuổi bảo

dưỡng ac qu E 

Ngày % kgf/cm2 kgf/cm2 %

5.302 526.8 1.33

14 5593 577.6 1.20

28 6.691 678.9 1.13

Khoảng cách bố trí các cột đất trộn xi măng từ tâm đến tâm là 50mm, bố trí theo hình tam giác đều. Khoan tạo lỗ có đường kính 15mm, dài 200mm, khoảng cách từ tâm đến tâm 50mm. Mẫu đúc được 7 ngày tuổi sẽ được tháo ra khỏi khuôn và cắm vào hộp mô hình theo những lỗ đã khoan, trải lớp vải địa kỹ thuật lên phía trên khối gia cố, sau đó rải thêm một lớp cát dày 10mm lên phía trên lớp vải địa kỹ thuật. Chờ cột đất trộn xi măng đủ 28 ngày tuổi bắt đầu tiến hành thí nghiệm. Đặt tấm cứng tản lực dày 3mm, dài 140mm, rộng 127mm lên trên và tiến hành gia tải theo từng cấp áp

lực, đồng thời bấm thời gian và ghi lại số đọc của đồng hồ chuyển vị ứng với 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 120, 240, 480, 720, 1440 phút.

Các thao tác thực hiện trên mô hình

Bước 1: Quét dầu bên trong hộp mô hình Bước 2: cho đất vào trong hộp mô hình Bước 3: cố kết lớp đất yếu trong mô hình và cạo gọt để lớp đất yếu còn lại 20cm Bước 4: gia công 2 mặt cọc xi măng đất

Bước 5: Khoan lỗ trong mô hình và thi công cọc xi măng đất vào trong mô hình Bước 6: trải lớp vải địa kỹ thuật lên phía trên

Bước 7: trải lớp cát dày 10mm lên phía trên lớp vải địa kỹ thuật Bước 8: Lắp đặt tấm cứng, hệ thống đồng hồ đo chuyển vị, kích áp lực Bước 9: lắp đồng hồ đo lực và tiến hành thí nghiệm

Hình 3.21. Các bước thực hiện trong mô hình thí nghiệm

Cấp áp lực nén trong mô hình: 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0 kgf/cm2. Tiến hành gia

tải theo từng cấp áp lực, số đọc lực trên đồng hồ tương ứng với từng cấp tải được tính toán như bảng 3.12 (số đọc đã được hiệu chỉnh trọng lượng của trọng lượng kích thủy lực và tấm cứng tản lực)

Bảng 3.12: Số đọc đồng hồ tương ứng với áp lực nén

Số đọc trên đồng

hồ kN 0.7 1.6 2.5 3.3 4.2 5.1 6.8

Áp lực nén kgf/cm2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0

Áp lực nén của từng cấp sẽ được giữ không đổi cho đến khi chuyển vị lún của nền đất và hệ cột xi măng đất dưới tấm cứng ổn định (khoảng 24 giờ)

Kết quả thí nghiệm trên mô hình được thể hiện trong bảng 3.13

Bảng 3.13: Kết quả thí nghiệm trên mô hình

Cấp áp lực

nén kgf/cm2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0

Độ lún cm 0.064 0.137 0.195 0.26 0.325 0.395 0.512

Hình 3.22: Mối quan hệ giữa áp lực nén và độ lún sau 24 giờ

NHẬN XÉT

Giá trị áp lực nén càng cao, độ lún của khối gia cố càng lớn, giá trị áp lực nén với độ lún sau 24 giờ có quan hệ gần như tuyến tính. Với những cấp áp lực nhỏ, biến dạng của khối gia cố còn nhỏ, biến dạng đạt 0.3% ở cáp áp lực 0.5 kgf/cm2, với những cấp áp lực lớn, biến dạng của khối gia cố gia tăng đáng kể, biến dạng đạt 2.5% ở cấp áp lực 4 kgf/cm2

1.4.3. Phân tích độ lún của nền đất yếu gia cố bằng cột đất trộn xi măng

1.4.3.1. Phương pháp Asaoka

Cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá dựa vào số liệu quan trắc lún. Theo Asaoka đã chứng minh rằng nếu chia đường cong quan trắc lún thành nhiều điểm Si có các khoảng thời gian bằng nhau thì khi vẽ trục đồ thị với trục hoành là Si-1 và trục tung là Si thì các điểm đó là đường thẳng. Điều này chỉ đúng khi tải trọng tác dụng là hằng

số, thường ứng với giai đoạn đắp tải lớn nhất (ảnh hưởng mực nước cũng sẽ làm cho các điểm lệch nhau). Độ lún cuối cùng là điểm giao nhau giữa đường nối các điểm và đường kẻ từ gốc tọa độ một góc 45 độ.

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Độ lún sau 24 giờ (cm)

Áp lực nén (kgf/cm2)

Hình 3.23: Phân tích lún theo Asaoka

Độ dốc 1 của đường S t(   t) 1. ( )S t  được sử dụng để tính hệ số cố kết trung bình của lớp đất theo công thức của Asaoka.

2 1

5 ln

v 12

C H

t 



 (3.18) Trong đó:

H – chiều dày của lớp đất yếu nếu thoát nước một phía, bằng nửa chiều dày của

lớp đất yếu nếu thoát nước 2 phía.

Đối với các giá trị Tv > 0.05 thì kết quả tính theo lời giải của Terzaghi và Asaoka rất khớp nhau.

0 w

v v. .

k C a  (3.19)

o tb

a E

  (3.20)

2 2

1 1

 

  

 (3.21)

2 1

5 ln

v 12

C H

t 



 (3.22)

 - hệ số xét đến nở hông của đất

 - hệ số possion của đất, lấy  = 0.35   = 0.623

s(t+t) = 1s(t) + 0

Độ lún ở thời điểm t

Độ lún ở thời điểm t-1

Modulus biến dạng của khối gia cố Etb được xác định theo công thức

(1 )

tb c p p s

E  E a  a E

Ec – modulus biến dạng của cọc xi măng đất (Ec = 678.9 kgf/cm2) Es – modulus biến dạng của đất (Ec lấy theo giá trị nén cố kết của từng cấp áp lực)

ap – tỷ số tính đổi diện tích của khối gia cố ap A2

c

A: diện tích tiết diện ngang của cột,

2 2

3.14( )

4 4

A d   cm

c: khoảng cách giữa tâm các cột, c = 5 (cm)

3.14 0.1256

p 5

a A

c  

Từ thí nghiệm nén cố kết mẫu đất sau khi chế bị (xem phụ lục) ta có các giá trị modulus biến dạng của khối gia cố theo từng cấp áp lực như bảng 3.14

Bảng 3.14: Giá trị modulus biến dạng của khối gia cố theo từng cấp áp lực nén

P kgf/cm2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0

Etb kgf/cm2 87.4 88.3 89.4 90.7 91.9 93.3 96.4

Với cấp áp lực nén 0.5 kgf/cm2

Thời gian Độ lún

phút cm

1 0.219

2 0.223 4 0.227 8 0.231 15 0.234 30 0.239 60 0.243 120 0.247 240 0.251 480 0.255 720 0.257

1440 0.261

Hình 3.24: Kết quả phân tích theo Asaoka ở cấp áp lực 0.5 kgf/cm2

Trong đó: H=20 cm, t = 30 phút (1800 giây), 1 = 0.879,  = 0.35, Etb = 87.4 kg/cm2, w = 0.001 kg/cm3.

Theo công thức 3.11 – 3.14 ta có kết quả

 a0 cv kv S

- - cm2/s cm/s cm

0.743 0.008 0.451 3.84E-06 0.063

0.207

0.217

0.227

0.237

0.247

0.257

0.267 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Độ lún (cm)

Thời gian (phút)

0.040 0.045 0.050 0.055 0.060 0.065 0.070

0.040 0.044 0.048 0.052 0.056 0.060 0.064 0.068 0.072

Độ lún ở thời điểm t (cm)

Độ lún ở thời điểm t-1 (cm)

Với cấp áp lực nén 1.0 kgf/cm2

Thời gian Độ lún

phút cm

1 0.088

2 0.092

4 0.097

8 0.102

15 0.106 30 0.111 60 0.116 120 0.120 240 0.125 480 0.130 720 0.132 1440 0.137

Hình 3.25: Kết quả phân tích theo Asaoka ở cấp áp lực 1.0 kgf/cm2

Trong đó: H=20 cm, t = 30 phút (1800 giây), 1 = 0.879,  = 0.35, Etb = 88.3 kg/cm2,

w = 0.001 kg/cm3.

 a0 cv kv S

- - cm2/s cm/s cm

0.743 0.008 0.381 3.20E-06 0.135

0.080 0.090 0.100 0.110 0.120 0.130 0.140 0.150

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Độ lún (cm)

Thời gian (phút)

0.107 0.112 0.117 0.122 0.127 0.132 0.137 0.142 0.147

0.109 0.113 0.117 0.121 0.125 0.129 0.133 0.137 0.141 0.145 0.149

Độ lún ở thời điểm t (cm)

Độ lún ở thời điểm t-1 (cm)

Với cấp áp lực nén 1.5 kgf/cm2

Thời gian Độ lún

phút cm

1 0.153

2 0.157

4 0.161

8 0.165

15 0.168

30 0.172

60 0.176

120 0.180 240 0.184 480 0.189 720 0.191

1440 0.195

Hình 3.26: Kết quả phân tích theo Asaoka ở cấp áp lực 1.5 kgf/cm2

Trong đó: H=20 cm, t = 30 phút (1800 giây), 1 = 0.879,  = 0.35, Etb = 89.4 kg/cm2,

w = 0.001 kg/cm3.

 a0 cv kv S

- - cm2/s cm/s cm

0.743 0.008 0.348 2.89E-06 0.193

0.147

0.157

0.167

0.177

0.187

0.197

0.207

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Độ lún (cm)

Thời gian (phút)

0.167 0.172 0.177 0.182 0.187 0.192 0.197 0.202

0.170 0.174 0.178 0.182 0.186 0.190 0.194 0.198 0.202

Độ lún ở thời điểm t (cm)

Độ lún ở thời điểm t-1 (cm)

Với cấp áp lực nén 2.0 kgf/cm2

Thời gian Độ lún phút cm

1 0.219

2 0.223 4 0.227 8 0.231 15 0.234 30 0.239 60 0.243 120 0.247 240 0.251 480 0.255 720 0.257

1440 0.261

Hình 3.27: Kết quả phân tích theo Asaoka ở cấp áp lực 2.0 kgf/cm2

Trong đó: H=20 cm, t = 30 phút (1800 giây), 1 = 0.879,  = 0.35, Etb = 90.7 kg/cm2,

w = 0.001 kg/cm3.

 a0 cv kv S

- - cm2/s cm/s cm

0.743 0.008 0.321 2.62E-06 0.260

0.215 0.220 0.225 0.230 0.235 0.240 0.245 0.250 0.255 0.260 0.265

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Độ lún (cm)

Thời gian (phút)

0.235 0.240 0.245 0.250 0.255 0.260 0.265 0.270

0.235 0.239 0.243 0.247 0.251 0.255 0.259 0.263 0.267 0.271

Độ lún ở thời điểm t (cm)

Độ lún ở thời điểm t-1 (cm)

Với cấp áp lực nén 2.5 kgf/cm2

Thời gian Độ lún phút cm

1 0.297

2 0.300 4 0.302 8 0.305 15 0.307 30 0.309 60 0.312 120 0.314 240 0.317 480 0.319 720 0.321

1440 0.323

Hình 3.28: Kết quả phân tích theo Asaoka ở cấp áp lực 2.5 kgf/cm2

Trong đó: H=20 cm, t = 4 giờ (14400 giây), 1 = 0.758,  = 0.35, Etb = 91.9 kg/cm2,

w = 0.001 kg/cm3.

 a0 cv kv S

- - cm2/s cm/s cm

0.743 0.008 0.301 2.43E-06 0.322

0.294 0.299 0.304 0.309 0.314 0.319 0.324 0.329

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Độ lún (cm)

Thời gian (phút)

0.308 0.310 0.312 0.314 0.316 0.318 0.320 0.322 0.324 0.326 0.328

Độ lún ở thời điểm t (cm)

Độ lún ở thời điểm t-1 (cm)

Với cấp áp lực nén 3.0 kgf/cm2

Thời gian Độ lún

phút cm

0.1 0.339

0.25 0.343 0.5 0.346

1 0.351

2 0.355

4 0.359

8 0.363

15 0.367

30 0.371

60 0.375

120 0.380 240 0.385 480 0.388 720 0.391 1440 0.395

Hình 3.29: Kết quả phân tích theo Asaoka ở cấp áp lực 3.0 kgf/cm2

Trong đó: H=20 cm, t = 30 phút (1800 giây), 1 = 0.879,  = 0.35, Etb = 93.3 kg/cm2,

w = 0.001 kg/cm3.

 a0 cv kv S

- - cm2/s cm/s cm

0.743 0.008 0.282 2.25E-06 0.393

0.347

0.357

0.367

0.377

0.387

0.397

0.407

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Độ lún (cm)

Thời gian (phút)

0.370 0.375 0.380 0.385 0.390 0.395 0.400

0.370 0.373 0.376 0.379 0.382 0.385 0.388 0.391 0.394 0.397 0.400

Độ lún ở thời điểm t (cm)

Độ lún ở thời điểm t-1 (cm)

Với cấp áp lực nén 4.0 kgf/cm2

Thời gian Độ lún

phút cm

1 0.438 2 0.444 4 0.450 8 0.467 15 0.473 30 0.481 60 0.487 120 0.495 240 0.499 480 0.504 720 0.508

1440 0.512

Hình 3.30: Kết quả phân tích theo Asaoka ở cấp áp lực 4.0 kgf/cm2

Trong đó: H=20 cm, t = 30 phút (1800 giây), 1 = 0.879,  = 0.35, Etb = 96.4

kg/cm2, w = 0.001 kg/cm3.

 a0 cv kv S

- - cm2/s cm/s cm

0.743 0.008 0.257 1.98E-06 0.513

0.428 0.438 0.448 0.458 0.468 0.478 0.488 0.498 0.508 0.518 0.528

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Độ lún (cm)

Thời gian (phút)

0.474 0.479 0.484 0.489 0.494 0.499 0.504 0.509 0.514 0.519 0.524

Độ lún ở thời điểm t (cm)

Độ lún ở thời điểm t-1 (cm)

Nhận xét kết quả thí nghiệm trong mô hình

Hệ số cố kết và hệ số thấm là 2 chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất biến dạng theo thời gian dưới tải trọng không đổi. Từ độ lún cuối cùng tính theo phương pháp Asaoka, ta xác định được hệ số cố kết và hệ số thấm. Hệ số cố kết của khối gia cố trong mô hình thí nghiệm

P cv.10-3

kgf/cm

2 cm2/s

0.5 6.40 1 5.62 1.5 4.08 2.00 3.33 2.50 3.21 3.00 3.00 4.00 2.46

Hình 3.31: Mối quan hệ giữa hệ số cố kết, hệ số thấm theo từng cấp áp lực nén

Hệ số cố kết Cv giảm theo từng cấp áp lực nén. Ở các cấp áp lực nhỏ, hệ số cố kết của nền sau khi xử lý giảm mạnh. Bởi vì, sự nén chặt đất thực sự xảy ra khi tải trọng ngoài tác dụng vượt quá độ bền liên kết của chúng. Ở những cấp tải nhỏ, liên kết kiến trúc của đất chưa bị phá vỡ, lỗ rỗng trong khối gia cố ít thay đổi nên Cv giảm mạnh. Ở những cấp áp lực lớn chúng ta dễ dàng nhận thấy sự thay đổi đáng kể của áp lực nước lỗ rỗng, lỗ rỗng trong đất giảm và biến đổi trong phạm vi hẹp hơn, vì vậy Cv cũng giảm ít hơn.

Tính thấm của khối gia cố

Hệ số thấm của khối gia cố trong mô hình thí nghiệm giảm dần theo từng cấp áp lực nén. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong hình 3.41

0.220 0.270 0.320 0.370 0.420 0.470

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Hệ số cố kết Cv (cm2/s)

Cấp áp lực nén (kgf/cm2)

P Kv.10-6

kgf/cm

2 cm/s

0.5 3.84

1 3.20

1.5 2.89 2.00 2.62 2.50 2.43 3.00 2.25 4.00 1.98

Hình 3.32: Mối quan hệ giữa hệ số thấm Kv và áp lực nén

NHẬN XÉT

Ở những cấp áp lực nhỏ, tính thấm của khối gia cố trong mô hình giảm mạnh, ở những cấp tải lớn hơn, hệ số thấm giảm chậm hơn. Cụ thể, ở cấp áp lực nén 2.0kgf/cm2, Kv của khối gia cố bằng 0.7 lần Kv ở cấp áp lực nén 0.5kgf/cm2. Ở cấp áp lực nén 4.0 kgf/cm2 hệ số thấm bằng 0.5 lần hệ số thấm ở cấp áp lực nén 0.5kgf/cm2. Điều này là do ở những cấp áp lực nhỏ, hệ số tập trung ứng suất nhỏ, ứng suất tác dụng lên đất và lên cột xi măng chênh lệch không lớn, tải trọng tác dụng lên nền đất sẽ làm giảm hệ số rỗng, vì vậy hệ số thấm giảm mạnh. Ở những cấp áp lực

lớn hơn, hệ số tập trung ứng suất tăng, tải trọng tác dụng lên cọc xi măng đất sẽ lớn hơn tải trọng tác dụng lên đất rất nhiều, vì vậy mà lỗ rỗng trong nền đất giảm ít nên tính thấm của khối gia cố giảm chậm hơn.

3.4.3.2. Kiểm chứng độ lún ổn định của nền gia cố theo phương pháp giải tích

Nhìn chung, các qui trình tính toán của Việt Nam, Trung Quốc, Châu Âu, Thụy Điển đều phân độ lún của nền thành 2 thành phần S=S1+S2 (S1 – độ lún của khối gia cố, S2 – độ lún của nền đất dưới khối gia cố).

1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Hệ số thấm Kv.E-6 (cm/s)

Cấp áp lực nén (kgf/cm2)

Trong phần này, tác giả sẽ tính toán độ lún của nền đất gia cố theo một số phương pháp giải tích: TCVN 9403-2012, Tiêu chuẩn Trung Quốc BDJ 08-40-94, sau đó đối chiếu với kết quả quan trắc trong mô hình thí nghiệm.

 Tính độ lún theo TCVN 9403-2012

Độ lún của bản thân khối gia cố được tính theo công thức

. (1 )

tb c s

qH q H

S  E aE a E

  Trong đó:

q - tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kgf/cm2) H - chiều sâu của khối gia cố (cm)

a - tỷ số diện tích, .

a n Ac

 B L Ac - diện tích tiết diện trụ, n- tổng số trụ.

B, L - kích thước khối gia cố Ec- Modulus đàn hồi của vật liệu trụ

Es - Mô đun biến dạng của đất nền giữa các trụ

 Tính độ lún theo tiêu chuẩn BDJ 08-40-94 (Trung Quốc)

Độ lún của khối gia cố (chiều sâu khối gia cố bằng chiều dài của cột xi măng đất) được xác định theo công thức

o oz

p p

S L

  

Trong đó:

P0 – áp lực trung bình tại đỉnh cột poz – áp lực tại mũi cột

oz o tb

p  p   H

(1 )

tb c a a s

      

c = 1.49 (g/cm3) dung trọng của cột xi măng đất

s = 1.48 (g/cm3) dung trọng của nền đất yếu trong hộp mô hình a – tỷ số diện tích