Sự cần thiết của đề tài
Với sự phát triển của đất nước, nhu cầu xây dựng các công trình cao, lớn và nặng ngày càng tăng, đặc biệt là hệ thống giao thông phục vụ phát triển kinh tế - xã hội Tuy nhiên, tại vùng Đồng Bằng sông Cửu Long, đặc biệt là huyện Cai Lậy, việc xây dựng trên nền đất yếu trở thành một thách thức thường xuyên cần được giải quyết.
Do điều kiện địa chất và diện tích lãnh thổ, Việt Nam buộc phải xây dựng công trình trên đất yếu và lấn biển Trong những thập niên qua, nhiều phương thức xây dựng nền móng và xử lý đất yếu như cọc Barrette, cọc nhồi đường kính lớn, gia tải kết hợp với bấc thấm, hút chân không, cọc cát và trụ đất xi măng đã được áp dụng Tuy nhiên, việc xử lý đất yếu vẫn gặp nhiều khó khăn, và một số biện pháp truyền thống chưa mang lại hiệu quả như mong đợi, vẫn còn tồn tại những hạn chế nhất định.
- Giải pháp móng cọc dễ gây ra hiện tượng nền nhà sau thời gian sử dụng sẽ bị vồng lên hay lõm xuống do đất nền cố kết;
Giải pháp gia tải kết hợp giếng cát và bấc thấm giúp rút ngắn thời gian thi công, tuy nhiên, trong quá trình thi công bấc thấm, cần lưu ý để tránh gây gãy bấc thấm, điều này có thể làm cho đất nền không được cố kết hiệu quả.
- Giải pháp bơm hút chân không dễ gây ra hiện tượng nền đất yếu gần mặt đất bị nứt nẻ, hơn nữa chi phí khá đắt
Việc xử lý nền đất yếu nhằm tăng cường độ ổn định và giảm độ lún của nền đường, đồng thời đảm bảo sự đồng nhất trong quá trình khai thác Trong số các giải pháp phổ biến như trụ đất xi măng, giếng cát, bấc thấm kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không, trụ đất xi măng được ưa chuộng nhờ vào thời gian thi công nhanh, yêu cầu mặt bằng nhỏ, thiết bị thi công đơn giản và tiết kiệm vật liệu san lấp đang ngày càng khan hiếm.
Việc nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu nhằm rút ngắn thời gian thi công và giảm thiểu tài nguyên đắp bù lún là rất cần thiết Đề tài “Nghiên cứu ứng xử của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật dưới nền đường đắp cao tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang” được thực hiện để tìm ra giải pháp phù hợp cho việc gia cố nền đất yếu trong điều kiện địa chất của tỉnh Tiền Giang, đặc biệt là huyện Cai Lậy.
Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Quy luật phân bố ứng suất lên trụ và đất nền xung quanh trụ trong hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật là yếu tố quan trọng trong việc gia cố nền đất yếu cho công trình nền đường đắp cao Việc hiểu rõ cách thức phân bố ứng suất giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả của các biện pháp gia cố, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Phân tích hệ số tập trung ứng suất do hiệu ứng vòm trong nền đường đắp cao được gia cố bằng trụ đất xi măng gây ra
Nâng cao hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng cần thiết phải phù hợp với điều kiện địa chất cụ thể Việc thiết kế hợp lý cho nền đường đất yếu sử dụng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật là giải pháp tối ưu cho các công trình đắp cao tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về phân bố ứng suất và biến dạng trong nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng và các lớp gia cường là rất quan trọng Việc hiểu rõ cách thức phân bố ứng suất giúp cải thiện hiệu quả gia cố nền đất, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong xây dựng Các phương pháp gia cường này không chỉ nâng cao khả năng chịu tải của nền đất mà còn đảm bảo tính ổn định lâu dài cho công trình.
Dựa trên số liệu địa kỹ thuật và tải trọng, cùng với các cơ sở lý thuyết và tài liệu tham khảo liên quan, bài viết này phân tích và đánh giá cụ thể trường hợp nhóm trụ đất xi măng chịu tác động của áp lực từ nền đất đắp phía trên.
Mô phỏng nền đất yếu dưới nền đường bằng phần mềm Plaxis 3D cho thấy hiệu quả của việc gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật Nghiên cứu này giúp kiểm tra ổn định và biến dạng trong nền đất được gia cố, từ đó nâng cao độ bền và an toàn cho công trình.
Cấu trúc của luận văn
Nội dung luận văn gồm có phần mở đầu, 03 chương nội dung, phần kết luận và kiến nghị, trình bày các vấn đề sau:
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật nhằm gia cố nền đất yếu dưới nền đường tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang Nghiên cứu này có tính cấp thiết cao, với mục tiêu cải thiện chất lượng và độ bền của nền đường, đồng thời đảm bảo an toàn giao thông Đối tượng nghiên cứu bao gồm các loại đất yếu và các phương pháp gia cố hiện có Phương pháp nghiên cứu sẽ được thực hiện thông qua các thí nghiệm và phân tích thực địa để đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất.
Chương 1 Tổng quan về gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng: Bài viết này trình bày lịch sử phát triển của trụ đất xi măng, phân tích sự phân bố ứng suất trong nền đất được gia cố, đánh giá độ lún ổn định của khối gia cố, và giới thiệu các giải pháp hiệu quả để gia cố đất yếu dưới nền đường.
Chương 2 trình bày cơ sở lý thuyết tính toán, giới thiệu các phương pháp tính toán của các tác giả trong và ngoài nước Một trong những phương pháp quan trọng là "Sự phân bố ứng suất và lún giữa trụ và đất yếu trong nền đất" được gia cố bằng trụ đất xi măng.
Chương 3 trình bày mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho mô hình tính toán mặt cắt ngang nền đất yếu dưới nền đường tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang Nghiên cứu này sử dụng phần mềm Plaxis để đánh giá ổn định và biến dạng của nền đất yếu được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng.
Phần kết luận và kiến nghị: Học viên trình bày các kết quả và kiến nghị của nghiên cứu.
TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT XIMĂNG
Khái niệm
Đất trộn xi măng là một kỹ thuật gia cố nền đất yếu, thông qua việc trộn cơ học đất tại chỗ với xi măng để tạo ra vật liệu mới gọi là xi măng đất hay soilcrete Vật liệu này có các đặc tính cơ - lý - hóa vượt trội so với đất tự nhiên, với cường độ và mô đun đàn hồi cao hơn từ 5 đến 1000 lần, cùng với độ biến dạng lúc phá hoại nhỏ và hệ số thấm thấp hơn từ 10 đến 10^4 lần Nhờ những đặc điểm này, trụ đất trộn xi măng có khả năng nâng cao sức chịu tải của nền đất, giảm biến dạng lún, chuyển vị ngang và ngăn chặn hiện tượng thấm hay rò rỉ chất lỏng có thể gây ô nhiễm mạch nước ngầm.
1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển của trụ đất xi măng
Theo tiêu chuẩn 22TCN 262:2000 và TCXD 245:2000, đất yếu được định nghĩa là loại đất có độ ẩm gần hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, và lực dính C theo cắt nhanh không thoát nước dưới 0,15 daN/cm² Đất yếu thường có góc nội ma sát từ 0° đến 10° hoặc lực dính Cu không vượt quá 0,35 daN/cm² Nhìn chung, đất sét yếu có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao, và phần lớn các quốc gia trên thế giới cũng xác định đất yếu dựa trên sức kháng cắt không thoát nước.
Su và trị số xuyên tiêu chuẩn, N như sau:
+ Đất rất yếu: Su 12,5 kPa hoặc N 2
+ Đất yếu: Su 25 kPa hoặc N 4
Ngoại trừ lớp trên bề mặt có bề dày khoảng 0,5 đến 3,0m đã được cải tạo, thổ nhưỡng hay thổ cư hóa v.v…[2] [4] [5]
Trụ đất xi măng là kỹ thuật sử dụng xi măng làm chất kết dính, kết hợp với chất phụ gia và đất tại chỗ, xử lý sâu từ 3m trở lên, tạo ra vật liệu đất xi măng (soicrete) với các tính chất kỹ thuật vượt trội Kỹ thuật này được nghiên cứu lần đầu tại Mỹ vào những năm 1950 bởi công ty Intrusion-Preakt, với công nghệ trộn tại chỗ (MIP-Mixed in Place) Đến giữa những năm 1970, công nghệ này đã được phát triển mạnh mẽ tại Nhật Bản và Bắc Âu Đến cuối những năm 1980, phương pháp trộn sâu (DMM-Deep Mixing Method) chủ yếu được ứng dụng tại Nhật Bản và Bắc Âu, và đến những năm 1990, DMM đã trở nên phổ biến tại Châu Âu, Châu Á và Mỹ.
Cuối thập niên 1970 đến đầu thập niên 1980, Viện Nghiên cứu Các Công trình Công cộng Nhật Bản (PWRI) đã phát triển thành công công nghệ DJM (Dry Jet Mixing), sử dụng bột xi măng hoặc bột vôi làm chất kết dính để gia cố nền Theo thống kê từ Kitazume & Terzashi (2013), công nghệ này đã mang lại nhiều lợi ích trong lĩnh vực xây dựng và cải thiện chất lượng nền đất.
Từ năm 1977 đến 2010, Nhật Bản đã sử dụng phương pháp trộn ướt để gia cố khoảng 72,3 triệu m³ đất và phương pháp trộn khô khoảng 32,1 triệu m³, phục vụ cho khoảng 300 dự án ngoài biển, cửa biển và cửa sông lớn Hiện nay, khối lượng thi công hàng năm đạt khoảng 2 triệu m³.
Vào năm 1967, tại Bắc Âu, nghiên cứu về công nghệ SCM bắt đầu được tiến hành, với các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và thực địa nhằm phát triển công nghệ gia cố đất sét yếu bằng vôi sống (Topolnicki 2004) Đến năm 1975, công nghệ đất trộn vôi (Phương pháp Cột Vôi) đã được áp dụng thực tế để gia cường hố đào và ổn định đường đắp cao cho một số công trình gần Stockholm, Thụy Điển.
Năm 1990, Phần Lan đã giới thiệu thiết bị trộn mới, cho phép tạo ra trụ đất trộn vôi hoặc xi măng với độ sâu vượt quá 20m và đường kính 0,8m (Bruce 2011) Thiết bị này đã được ứng dụng rộng rãi trong việc gia cố nền đất.
Năm 1987, dựa trên nghiên cứu do Cục đường Bộ và đường Sắt quốc gia Pháp tài trợ, công ty Bachy (Pháp) đã ứng dụng và phát triển quy trình Colmix Quy trình này thực hiện việc trộn và đầm chặt đất xi măng bằng cách đảo ngược chiều của máy khoan trong quá trình rút lên.
Từ năm 1970 đến 1978, thiết bị trộn sâu đất trộn xi măng đã được áp dụng để xử lý đất nền cho các khu công nghiệp tại Thượng Hải, Trung Quốc (Bruce 2011, Nguyễn Viết Trung và Vũ Minh Tuấn 2010) [7].
Năm 1996, lần đầu tiên tại Mỹ công ty Stabilator-USA inc, New York đã sử dụng cọc đất - vôi - xi măng trong thực tiễn
Công nghệ đất trộn xi măng lần đầu tiên được nghiên cứu tại Việt Nam vào những năm 1980 với sự hỗ trợ của Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) Đề tài nghiên cứu này kết thúc vào năm 1986, và thiết bị công nghệ đã được chuyển giao cho Tổng Công ty Xây dựng và Phát triển hạ tầng LICOGI.
Vào năm 2000, công nghệ SCM đã được áp dụng để gia cố nền đất yếu cho cảng Ba Ngòi tại Khánh Hòa và xử lý nền móng bể xăng dầu có đường kính 21m, cao 9m (dung tích 3000m³) của Tổng kho xăng dầu Cần Thơ bằng trụ đất xi măng Dự án cảng Ba Ngòi đã thực hiện xử lý với 4000m trụ đất xi măng có đường kính 0,6m, sử dụng phương pháp trộn khô.
Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản (Nguyễn Viết Trung và Vũ Minh Tuấn
Trụ đất xi măng đã được ứng dụng hiệu quả trong việc gia cố bồn chứa xăng dầu tại Hải Phòng, sử dụng công nghệ trộn sâu - khô với độ sâu xử lý khoảng 20m Ngoài ra, công nghệ này cũng được các nhà thầu Nhật Bản áp dụng để sửa chữa khuyết tật các cọc khoan nhồi trong dự án cầu Thanh Trì ở Hà Nội.
Tại Tp Hồ Chí Minh, trụ đất - xi măng đã được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, Building Saigon Times Square [14]
Vào năm 2006, Bộ Xây dựng đã biên soạn và ban hành tiêu chuẩn TCXDVN 385:2006 về “Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng” Đến năm 2012, tiêu chuẩn này được chuyển đổi thành TCVN 9403:2012, do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành, với nội dung quy định các yêu cầu kỹ thuật liên quan đến khảo sát, thí nghiệm, thiết kế, thi công và thử nghiệm trụ đất xi măng nhằm xử lý và gia cố nền đất yếu trong lĩnh vực xây dựng và ổn định mái dốc.
1.1.2 Nguyên tắc gia cố đất nền bằng trụ đất xi măng
Hiện nay, có hai trường phái về tên gọi “Trụ” và “Cột” Trường phái thứ nhất, đại diện là Học viện Kỹ thuật Châu Á (A.I.T), cho rằng thuật ngữ chính xác là “Trụ”.
“trụ” xi măng đất Theo trường phái thứ hai gồm các nước Mỹ, Nhật, Châu Âu… thì gọi là “Trụ” đất xi măng
Trụ đất xi măng được gia cố là sự kết hợp giữa đất nguyên trạng và xi măng được phun qua thiết bị khoan phun Cột gia cố hình thành từ hỗn hợp đất tại chỗ và chất kết dính như vôi và xi măng Mũi trộn được khoan xuống đất, khi đến độ sâu thiết kế sẽ đảo chiều và rút lên Trong quá trình rút lên, xi măng được phun vào nền đất bằng áp lực khí nén cho hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa cho hỗn hợp ướt, dừng lại khi đạt đến cao độ đầu cột.
Hình 1.1 Công nghệ thi công trụ đất xi măng
Giải pháp gia cố đất yếu nền đường
Trong lĩnh vực xây dựng, nhiều công trình gặp phải tình trạng lún và sập do nền đất yếu, xuất phát từ việc thiếu biện pháp xử lý hiệu quả và đánh giá không chính xác các tính chất cơ lý của đất Để khắc phục vấn đề này, cần có sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tiễn, nhằm giảm thiểu tối đa sự cố và hư hỏng cho công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.
1.2.1 Đặc điểm chung của nền đường
Nền đường được xác định bởi các yếu tố như mặt ta luy, mặt lề đường và ranh giới bố trí kết cấu áo đường Để tăng cường độ và độ ổn định của nền mặt đường, cần áp dụng các giải pháp như thay đất, thoát nước, bố trí công trình chống đỡ và phòng hộ nền đường, cũng như xử lý nền đất yếu và chống sụt lở Đặc biệt, khi nền đường đi qua khu vực đất yếu, việc xử lý nền đất yếu là rất quan trọng để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.
1.2.1.1 Ổn định về mặt cường độ chịu lực
Trong khu vực tác dụng của nền đường (za), nội lực do tải trọng tính toán không được vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu nền và cần đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể cũng như ổn định với nước Chiều sâu khu vực tác dụng được xác định khi ứng suất do tải trọng hoạt tải lớn hơn 1/10 ứng suất do tải trọng bản thân nền đất và áo đường tại độ sâu đó, với chiều sâu za cho đường ô tô là 1,5m.
1.2.1.2 Ổn định về lún (biến dạng) Độ lún do tải trọng gây ra không vượt quá độ lún cho phép ổn định của nền đường, giảm độ lún lệch, độ lún theo thời gian và độ lún từ biến
Các yêu cầu kỹ thuật cho việc xây dựng công trình đường ô tô được quy định rõ ràng trong tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu các công trình cũng như hạng mục liên quan.
1.2.2 Giải pháp gia cố nền đất yếu
Tùy thuộc vào loại đất yếu và đối tượng chịu tác động của giải pháp xử lý, việc xử lý đất yếu nền đường có thể được chia thành hai loại chính.
Giải pháp cải thiện nền đắp bao gồm các phương pháp như đắp theo giai đoạn, xây dựng bệ phản áp, gia tải trước để tăng tốc độ lún, giảm tải trọng của nền đắp, và sử dụng các lớp vải địa kỹ thuật ở đáy và trong thân nền đắp Những biện pháp này chủ yếu tác động đến cấu trúc và quy trình xây dựng của nền đắp mà không ảnh hưởng đến nền đất tự nhiên phía dưới.
Các giải pháp thi công có ưu điểm như đơn giản, dễ kiểm soát chất lượng và tăng tính ổn định khi đắp Tuy nhiên, chúng có hạn chế là giảm lún không đáng kể và mức tăng cố kết thấp Đối với đường ô tô, yêu cầu đắp nền cao trên 1,5m có thể dễ dàng thực hiện với chiều rộng za nhỏ (1,5m), nhưng việc áp dụng giải pháp đắp cao trên 6m cho nền đường gặp khó khăn do chiều sâu tác động lớn (lên đến 6m).
Giải pháp cải thiện nền đất yếu bao gồm việc thay thế hoàn toàn hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu tốt hơn, lắp đặt các phương tiện thoát nước thẳng đứng như bấc thấm hoặc cọc cát, và tăng cường tốc độ cố kết của đất yếu thông qua công nghệ điện thấm hoặc hút chân không Ngoài ra, việc sử dụng cọc đóng trong đất yếu và trụ đất xi măng, trụ đất vôi thi công theo công nghệ phun ướt hoặc khô cũng là những phương pháp hiệu quả.
Các giải pháp gia cố nền đất giúp tăng cường ổn định và giảm độ lún, được áp dụng tùy thuộc vào từng tình huống cụ thể Nếu lớp đất yếu mỏng, có thể thực hiện đào thay đất toàn bộ Trong trường hợp tầng đất yếu dày và dễ thấm nước, các biện pháp như thoát nước thẳng đứng, điện thấm hoặc hút chân không sẽ được sử dụng để tăng cường cố kết.
Khi xử lý đất yếu như sét mềm và bùn sét, giải pháp gia cố bằng trụ đất xi măng tỏ ra hiệu quả về mặt kinh tế kỹ thuật hơn so với cọc chống và các phương pháp khác, vì hệ số thấm của đất sét gia cố có thể tăng từ 400 đến 800 lần Công nghệ gia cố hiện đại cho phép linh hoạt trong việc sử dụng, tiết kiệm vật liệu và năng lượng, đồng thời có thể kết hợp với các phương pháp xử lý khác để cải thiện tính chất đất yếu Việc sử dụng trụ đất xi măng tại Việt Nam ngày càng phổ biến nhờ khả năng cải tạo các tính chất cơ học của đất yếu thông qua phương pháp trộn khô hoặc ướt với xi măng, tạo ra các trụ đất xi măng (Soil - Cement Column) có cường độ cao và ổn định lâu dài dưới tác động của tải trọng công trình và các yếu tố môi trường như nắng, mưa, nhiệt độ.
Các dạng bố trí trụ đất xi măng
Hình 1.6 Bố trí trụ trộn khô
1 - Dãy; 2 - Nhãm; 3 - Lưới tam giác; 4 - Lưới vuông
Hình 1.7 Bố trí trụ trùng nhau theo khối
Hình 1.8 Bố trí trụ trộn ướt trên cạn
1 - Dạng tường; 2 - Dạng lưới; 3 - Dạng khối; 4 - Dạng diện
Hình 1.9 Bố trí trụ trên biển
1 - Dạng khối; 2 - Dạng tường; 3 - Dạng kẻ ô; 4 - Dạng cột; 5 - Cột tiếp xúc;
6 - Tường tiếp xúc; 7 - Kẻ ô tiếp xúc; 8 - Khối tiếp xúc
Hình 1.10 Bố trí trùng nhau trộn ướt Trình tự thi công
1.4 Ứng dụng của trụ xi măng đất
Hình 1.11 Các ứng dụng trộn sâu (Terashi, 1997)
1- Đường bộ ổn định lún 2- Ổn định đê cao 3- Mố Cầu
4- Thành hố đào 5- Giảm ảnh hưởng công trình lân cận
6- Chống nâng đáy hố đào 7- Chống chuyển vị ngang móng cọc
8- Đê biển 9- Ngăn nước, chống thấm
Nghiên cứu ứng dụng trụ đất xi măng trong cải tạo và xử lý nền đất yếu đã được thực hiện lâu dài và phổ biến trong xây dựng Việc áp dụng trụ đất xi măng để giảm lún nền đường cần được dựa trên cơ sở lý thuyết vững chắc, đồng thời cần kế thừa và vận dụng các nghiên cứu trước đó phù hợp với điều kiện thực tế của từng công trình.
Nội dung nghiên cứu trụ đất xi măng cần xem xét đặc điểm địa chất để bố trí lưới trụ phù hợp Đồng thời, cần chú ý đến điều kiện thi công thực tế, mục tiêu của giải pháp và đặc điểm tải trọng tác động lên công trình.
Nhận xét chương
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng trụ đất xi măng trong cải tạo và xử lý nền đất yếu đã được triển khai lâu dài và rộng rãi trong xây dựng Nghiên cứu này không chỉ đảm bảo cơ sở lý thuyết vững chắc mà còn cần kế thừa các nghiên cứu trước đó, đồng thời vận dụng linh hoạt theo điều kiện thực tế của từng công trình.
Nội dung nghiên cứu về trụ đất xi măng cần xem xét kỹ lưỡng các đặc điểm địa chất để bố trí lưới trụ hợp lý, đồng thời cần chú ý đến điều kiện thi công thực tế, mục tiêu của giải pháp và đặc điểm tải trọng tác động lên công trình.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN TRỤ ĐẤT XI MĂNG
Sự lún giữa trụ và đất yếu trong nền đất gia cố trụ đất xi măng
Hầu hết các lý thuyết tính toán cho nền gia cố bằng trụ đất xi măng hiện nay đều giả định rằng độ lún giữa trụ và đất yếu xung quanh là giống nhau Tuy nhiên, thực tế cho thấy độ lún của trụ và đất xung quanh có sự khác biệt đáng kể.
Hình 2.8 Lún giữa trụ và đất xung quanh
Mô hình phá hoại của hệ là phá hoại đất yếu (gây lún trồi ở mũi trụ hoặc trượt đất yếu xung quanh trụ đất xi măng)
Trụ đất xi măng thường được sắp xếp thành nhóm, và ứng xử của trụ đơn thường khác biệt so với nhóm trụ Tuy nhiên, trong quá trình tính toán, tải trọng của trụ đơn thường được xem xét một cách độc lập.
2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ cứng
2.2.1.1 Đánh giá ổn định trụ theo trạng thái giới hạn 1 Để móng trụ ổn định đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau:
Nội lực lớn nhất của trụ: Nmax < [Nvật liệu]/k
Mô men lớn nhất trong trụ: Mmax < [Mvật liệu] /k
Chuyển vị của khối móng: ωy < [ωy]
[Nvật liệu] - Tải trọng giới hạn của trụ đất ximăng (kN)
[Mvật liệu] - Mô men giới hạn của trụ đất ximăng (kN.m) k - hệ số an toàn
[ωy] - là chuyển vị cho phép (m)
2.2.1.2 Đánh giá ổn định theo trang thái giới hạn 2
Tổng độ lún của móng: ΣSi < [S]
[S]- Độ lún giới hạn cho phép (m) ΣSi- Độ lún tổng cộng của móng (m)
2.2.1.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hệ làm việc như nền tương đương Nền đất sau gia cố được xem là một hệ (đất - trụ - đất) Khi tính ta quy đổi hệ này thành một nền tương đương có các đặc trưng cơ lý phụ thuộc vào đặc trưng cơ lý của đất - trụ đất xi măng và dạng bố trí trụ đất xi măng
Nền trụ và đất dưới đáy móng được coi là đồng nhất với các thông số cường độ φtđ, ctđ, Etđ được cải thiện Tỉ lệ giữa diện tích trụ xi măng đất thay thế và diện tích đất nền được ký hiệu là as, được tính theo công thức as = As/Ap Cường độ φtđ được xác định bằng công thức φtđ = as.φtrụ + (1-as).φnền.
Nền thực tế ctđ = as.ctrụ + (1-as).cnền (2.12)
Etđ = as.Etrụ + (1-as).Enền (2.13) Trong đó:
Ap – Diện tích đất nền thay thế bằng trụ xi măng đất
As – Diện tích đất nền
Theo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra: tiêu chuẩn về cường độ và tiêu chuẩn về biến dạng
Hình 2.9 Mô hình quy đổi nền tương đương
Nền đất được coi là đồng nhất khi có các đặc trưng cơ lý tương đương Trong trường hợp tầng đất yếu bao gồm nhiều lớp khác nhau, các đặc trưng sẽ được quy đổi cho từng lớp riêng biệt Sau khi xác định được nền tương đương, có thể áp dụng bài toán biến dạng phẳng để mô phỏng và tính toán hiệu quả.
2.2.2 Phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất ximăng Việt Nam
Yêu cầu tính toán thiết kế cho ổn định lún, ổn định trượt và ổn định của trụ đất xi măng phải được xác định dựa trên việc xem xét đầy đủ các yếu tố như quy mô và mức độ công trình, tải trọng, điều kiện thi công, địa chất, cũng như tác động đến kinh tế xã hội trong trường hợp công trình gặp sự cố mất ổn định.
Các yêu cầu thiết kế tối thiểu đối với trụ đất ximăng
+ Trị số lún dư cho phép của nền đất sau khi xử lý không vượt quá quy định trong 22TCN 262:2000
+ Hệ số an toàn về ứng suất trong thân trụ (sức chịu tải của trụ) không nhỏ hơn 1,2
+ Hệ số an toàn trượt sâu tính bằng phương pháp Bishop không nhỏ hơn 1,4
Nền quy đổi tương đương
Hệ số an toàn về trượt phẳng phải đạt tối thiểu 1,2 Trụ xử lý thường được sử dụng để ổn định mái dốc, khối đắp hoặc tường hào, với mặt phá hoại diễn ra theo mặt phẳng hoặc cung tròn, nhằm huy động sức kháng cắt của trụ và đất xung quanh.
- Sức kháng cắt của nền gia cố:
Phân tích ổn định dựa theo các phương pháp nền tương đương Nền tương đương có cường độ kháng cắt tính theo công thức:
Cu: là sức kháng cắt của đất giữa các trụ, tính theo phương pháp trọng số cho nền nhiều lớp;
Cc: là sức kháng cắt của trụ; a: là tỷ số diện tích a = n Ac / Bs; n: là số trụ trong 1 m chiều dài khối đắp;
Bs: là chiều rộng khối đắp;
Ac: là diện tích tiết diện trụ
Ghi chú: Sức kháng cắt của trụ, C c xác định bằng các thí nghiệm hiện trường hoặc mẫu lấy từ thân trụ cho kết quả phù hợp thực tế hơn
- Ảnh hưởng của vị trí trụ dọc theo mặt trượt khả dĩ:
Khi sử dụng các trụ đơn lẻ để ngăn chặn sự mất ổn định, cần chú ý đến nguy cơ phá hoại uốn của trụ Hơn nữa, hành vi của trụ sẽ khác nhau tùy thuộc vào vùng chủ động, vùng chịu cắt và vùng bị động.
Hình 2.10 Lực dọc trục của trụ trong vùng chủ động tăng sức kháng cắt và kháng uốn, trong vùng bị động trụ có thể bị nứt khi chịu kéo
1 - Vùng bị động; 2 - Vùng cắt; 3 - Vùng chủ động
Trong vùng chủ động lực dọc trục của trụ, sức kháng cắt và kháng uốn sẽ được tăng cường, trong khi vùng bị động có thể gặp phải tình trạng nứt do kéo Sự ổn định của các trụ trong vùng chủ động được cải thiện, trong khi việc bố trí trụ thành tường hoặc thành khối trong vùng cắt và bị động sẽ hiệu quả hơn so với việc sử dụng các trụ đơn lẻ, giúp ngăn chặn hiện tượng trượt.
- Hiện tượng gối lên nhau:
Trụ tăng ổn định thường được sắp xếp theo hàng đơn hoặc hàng đôi, với các gối đè nhau giữa các trụ để tăng cường sức kháng mômen và lật Vùng gối nhau cần đủ lớn để hình thành một tường liên tục, và việc khống chế cũng như giám sát độ gối thẳng đứng suốt chiều dài các trụ là rất quan trọng Khả năng chịu tải trọng ngang của tường phụ thuộc vào sức kháng cắt của đất được xử lý tại vị trí gối nhau.
Phá hoại thường xảy ra tại vùng chịu cắt giữa các trụ trong hàng, đặc biệt khi mặt trượt gần đỉnh trụ và sức kháng kéo trong vùng gối nhau thấp Sức kháng kéo của đất xử lý tại vùng gối nhau ước tính khoảng 5% đến 15% cường độ kháng nén không hạn chế nở hông, tùy thuộc vào chất lượng và hiệu quả của quá trình trộn sâu Khi các trụ phân cách nhau, sức kháng cắt của trụ trong hàng tương đương với sức kháng cắt của từng trụ đơn.
Do tính chất của đất nền đã được xử lý khác biệt so với nền chưa được xử lý, khối xử lý có thể được chôn trong đất nhằm truyền tải trọng tác dụng đến lớp đất thích hợp.
+ Bước đầu tiên gồm phân tích ổn định công trình bên trên làm việc đồng thời với nền xử lý
+ Bước thứ hai gồm phân tích ổn định của nền xử lý chịu tác động của ngoại tải: phá hoại trượt, lật, mất khả năng chịu tải
+ Bước thứ ba, kiểm tra độ lún của nền
Có thể dùng phương pháp PTHH để phân tích ứng suất và biến dạng của nền xử lý phức tạp, số liệu đầu vào chiếm vai trò quan trọng
Trụ giảm độ lún thường được bố trí theo lưới tam giác hoặc ô vuông, và phân tích lún dựa trên quan điểm đồng biến dạng Hiệu ứng vòm phân bố lại tải trọng, giúp biến dạng thẳng đứng tại độ sâu nhất định trở thành bằng nhau giữa trụ và đất xung quanh Đối với nhóm trụ, độ lún trung bình giảm nhờ ứng suất cắt của đất tại bề mặt tiếp xúc, chỉ cần chuyển dịch nhỏ để huy động sức kháng cắt của đất Ứng suất cắt cũng gây ra độ lún lệch giữa các trụ trong nhóm, nhưng độ lún lệch này giảm dần theo mức độ cố kết của đất và thường không được tính trong lún tổng.
Độ lún tổng (S) của nền gia cố được xác định bằng tổng độ lún của khối gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố.
S1 - độ lún bản thân khối gia cố
S2 - độ lún của đất chưa gia cố, dưới mũi trụ Độ lún của bản thân khối gia cố được tính theo công thức:
Trong đó: q - tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kN);
H - chiều sâu của khối gia cố (m) a - tỷ số diện tích, a = (nAc / BL) n- tổng số trụ
Ac - diện tích tiết diện trụ
B, L - Kích thước khối gia cố;
Ec- Mô đun đàn hồi của vật liệu trụ; Có thể lấy Ec = (50100)Cc trong đó Cc là sức kháng cắt của vật liệu trụ
Mô đun biến dạng của đất nền giữa các trụ (Es) có thể được tính theo công thức thực nghiệm Es = 250Cu, trong đó Cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất nền Áp lực tác dụng lên lớp đất yếu không được gia cố dưới mũi trụ (q’) và chiều dày của lớp đất yếu này (h’) là các yếu tố quan trọng trong thiết kế trụ treo Chỉ số nén (cc) và hệ số rỗng tự nhiên (e0) của lớp đất yếu dưới mũi trụ cũng cần được xem xét Cuối cùng, áp lực địa tầng hữu hiệu (σ’0) được đo bằng kPa là một yếu tố quyết định trong việc đánh giá khả năng chịu tải của nền đất.
Ghi chú: Các thông số E c , C c , E s , C u xác định từ kết quả thí nghiệm mẫu hiện trường cho kết quả phù hợp thực tế hơn
Nhận xét chương
Theo nghiên cứu của Naughton (2007), phương pháp Terzaghi, được chỉnh sửa bởi Russell & Pierpoint vào năm 1997, là phương pháp phân tích tối ưu để ước lượng hệ số SRR và đánh giá hành vi của đất nền Biểu đồ trong hình 2.5 cho thấy rằng khi có lớp gia cường, hệ số SRR giảm đáng kể, cho thấy hiệu quả cao của lớp gia cường Tuy nhiên, cần xác định giá trị tối ưu về độ dày và độ cứng của lớp gia cường để đảm bảo hiệu quả kinh tế.
Trong quá trình thiết kế trụ đất xi măng, cần tập trung vào các yếu tố quan trọng như cường độ của khối nền tương đương, kiểm tra độ lún của khối đất đã được gia cố cũng như độ lún của phần đất nền dưới khối đất này, và kiểm tra độ ổn định của toàn bộ công trình.
Kết quả tính toán ổn định và biến dạng của nền gia cố bằng trụ đất xi măng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm đường kính trụ D, khoảng cách giữa các trụ S (xác định tỷ số gia cố hay tỷ số diện tích as), chiều dài của trụ, cấu tạo nền đường, tải trọng tác dụng lên nền và đặc điểm các lớp đất nền bên dưới phần gia cố.
MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) là hai phương pháp chính trong nghiên cứu, trong đó môi trường được chia thành các phần tử có kích thước hữu hạn, liên kết tại các nút Nhờ vào các phương pháp này, việc giải hệ phương trình vi phân được chuyển thành giải hệ phương trình đại số, thể hiện mối liên kết giữa lực tại các nút và chuyển vị của chúng thông qua "ma trận độ cứng" Các hàm số "hình dạng" và nội suy được sử dụng để mô tả ứng suất và biến dạng của từng phần tử.
3.1.2 Phương pháp tích phân Được phát triển với tên gọi là phương pháp phần tử biên BEM (Boundary Element Method) Bằng phương pháp này miền nghiên cứu chỉ phải chia theo mạng phần tử tại biên, nhằm thỏa mãn được các điều kiện biên cho trước Điều kiện áp dụng của phương pháp BEM là phải tồn tại lời giải chính xác cho bài toán nêu ra cho một trường hợp tải trọng cơ bản nhất định, trong đó các điều kiện cân bằng và liên tục của biến dạng phải được thỏa mãn
3.1.3 Phương pháp phần tử rời rạc
Phương pháp phần tử riêng lẻ DEM, phân tích biến dạng không liên tục DDA và dòng hạt PFC là những kỹ thuật phân tích khác biệt so với cơ học môi trường liên tục, khi chúng phân chia đối tượng nghiên cứu thành các khối và hạt rời rạc với sự liên kết và tương tác lẫn nhau Mặc dù nhiều thuật toán đã được phát triển cho các phương pháp này, nhưng chúng đều cần đảm bảo kiểm soát hoàn toàn các điểm tiếp xúc trong quá trình tính toán và mô phỏng đầy đủ các điều kiện động học như chuyển động quay, dịch chuyển và các điểm tiếp xúc mới Các khối riêng lẻ cũng có thể được phân chia theo mạng lưới phần tử hữu hạn để nghiên cứu tính biến dạng của chúng, cho phép áp dụng các phương pháp FEM hoặc FDM trong phân tích.
3.1.4 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp Phần tử hữu hạn
Rời rạc hóa miền khảo sát là quá trình chia miền khảo sát V thành các miền con Ve hoặc các phần tử với hình dạng hình học phù hợp.
Khi chọn hàm xấp xỉ phù hợp, cần xác định dạng xấp xỉ đơn giản cho việc tính toán máy tính, đồng thời đảm bảo thỏa mãn các tiêu chuẩn hội tụ Thông thường, hàm xấp xỉ được chọn ở dạng đa thức và được biểu diễn theo tập hợp giá trị cùng với đạo hàm tại các nút của phần tử.
- Xây dựng phương trình phần tử, hay thiết lập ma trận độ cứng phần tử [K]e và vectơ tải phần tử {P}e
- Ghép nối các phần tử và kết quả là hệ thống phương trình:
[K]: ma trận độ cứng tổng thể {q}: vectơ chuyển vị nút tổng thể {P}: vectơ tải tổng thể
- Giải hệ phương trình đại số
- Từ kết quả trên tiếp tục tìm ứng suất, chuyển vị hay biến dạng của tất cả các phần tử
Hình 3.1 Các phương pháp giải gần đúng các phương trình vi phân và các chương trình tính số tương ứng
Giải các pt vi phân độc lập Gián tiếp
Giải hệ pt vi phân liên kết
Giải các phương trình vi phân phi tuyến Các phương pháp gần đúng
Phương pháp sai phân trung tâm Tính lặp từng bước
FEM ví dụ LS-DYNA3D
DEM ví dụ UDEC, PFC
FEM ví dụ ABAQUS ANSYS PHAE2 PLAXIS
Các phương pháp số đều có những ưu điểm nhất định Phương pháp vi phân nổi bật với khả năng chú ý đến các đặc điểm phi tuyến, tính không đồng nhất và không liên tục của môi trường Trong khi đó, phương pháp tích phân BEM lại có ưu điểm giảm thiểu việc phân chia phần tử, chỉ cần sử dụng phần tử dạng thanh cho bài toán phẳng và phần tử phẳng cho bài toán không gian Thời gian tính toán của BEM thường ngắn hơn so với FEM cho các bài toán đơn giản, và hiện nay, BEM được xem là phương pháp phù hợp nhất trong cơ học đất, đá cho các bài toán bán không gian và không gian Tuy nhiên, nhược điểm của BEM là không hoặc ít chú ý đến các đặc điểm không tuyến tính, không đồng nhất, không đẳng hướng của môi trường Các phương pháp phần tử rời rạc lại có ưu điểm trong việc giải quyết các bài toán cho môi trường không liên tục hoặc môi trường rời, như khối đá nứt nẻ, cát, sỏi, cuội, đồng thời cho phép minh họa các điều kiện phá hủy sát với thực tế, đặc biệt trong các quá trình chuyển động sau trạng thái phá hủy.
Phương pháp Phần tử hữu hạn được ứng dụng trong luận văn để phân tích sự phân bố ứng suất, lún lệch, lún ổn định và lún theo thời gian trong nền đất gia cố trụ đất xi măng Tác giả đã sử dụng phần mềm Plaxis 3D để gián tiếp tính toán ứng suất và biến dạng tại từng vị trí trong nền, mang lại kết quả chính xác và hiệu quả cho nghiên cứu.
Giới thiệu phần mềm Plaxis thường dùng để giải các bài toán địa kỹ thuật hiện nay
Plaxis là phần mềm tính toán dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, được phát triển lần đầu vào năm 1987 bởi GS Brinkgreve tại Trường ĐH Công nghệ Delft, Hà Lan Phiên bản Plaxis V8.2 là một trong những mô đun nổi bật, chuyên dụng cho các bài toán địa kỹ thuật phổ biến, với giao diện thân thiện và dễ sử dụng Phần mềm này hỗ trợ tính toán từ các bài toán đơn giản đến phức tạp, cho phép xuất kết quả chi tiết và chính xác cao, nên được nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam, tin tưởng sử dụng trong lĩnh vực địa kỹ thuật.
Hiện nay bộ Plaxis gồm các môđun sau:
Plaxis 2D là phần mềm chuyên dụng để phân tích lún của móng, quá trình thi công hố đào và biến dạng chuyển vị của đê sông Ngoài ra, Plaxis 2D còn tích hợp mô-đun Dynamics, cho phép phân tích động của móng máy trên nền đàn hồi, phân tích đóng cọc và giải quyết các bài toán địa kỹ thuật có xét đến ảnh hưởng của động đất.
Plaxis PlaxFlow là công cụ phân tích thấm ổn định và không ổn định trong môi trường bão hòa và không bão hòa, cũng như trong điều kiện biên thay đổi theo thời gian Nó có khả năng tích hợp với Plaxis 2D để phân tích biến dạng và ổn định, đồng thời xem xét tác động của áp lực nước lỗ rỗng và dòng thấm.
Plaxis 3D Tunnel là phần mềm chuyên dụng cho việc phân tích quá trình thi công hầm theo công nghệ NATM, giúp đánh giá ổn định của đường hầm chịu áp đào trong khiên và ổn định của hố đào được chống đỡ bằng tường cừ.
Plaxis 3D Foundation: dùng phân tích bài toán móng bè, phân tích sức chịu tải của cọc khoan nhồi …
So với các bộ phần mềm khác như Geostudio, phần mềm Plaxis có các tính năng ưu việt như sau:
- Xem xét sự tương tác giữa kết cấu với nền đất
- Mô phỏng bài toán theo quá trình thi công (Staged construction)
- Tính toán theo thời gian
- Tính toán bài toán tải trọng động
- Tính toán c-phi reduction technique
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được áp dụng thông qua phần mềm PLAXIS 3D FOUNDATION để phân tích sự phân bố ứng suất và các hiện tượng như lún lệch, lún ổn định, lún theo thời gian, cùng với các ứng xử khác trong nền đất gia cố trụ đất xi măng.
Ví dụ: Mô hình bố trí trụ đất xi măng
Mô hình phân tích là khối đất đắp trên nền đất yếu, được gia cố bằng 50 trụ đất-xi măng dài 10m, với nền đất yếu dày 15m Trụ có đường kính 0.6m được bố trí theo lưới ô vuông, khoảng cách giữa các trụ là 2m, và trên đầu trụ là lớp đất đắp cao 3m.
Hình 3.2 Mô hình chia lưới phần tử 3-D trong PLAXIS FOUNDATION
Các thông số và mô hình vật liệu
Bảng 3.1 Thông số và mô hình vật liệu
Vật liệu Mô hình Các thông số Đất đắp Mohr-Coulomb E=4(Mpa),c(kPa), φ%, γ(kN/m 3 ),ν=0.3, H=3m, kv=kh - 9(m/sec) Đất yếu Mohr-Coulomb
E=1.5(Mpa),c(kPa), φ=0,γ(kN/m 3 ),ν=0.495, Hm,kv=kh - 9(m/sec)
Trụ đất xi măng Mohr-Coulomb EP(Mpa),c(kPa), φ5,γ(kN/m 3 ), ν=0.495,Hm, kv=kh -10 (m/sec)
Kết quả tính toán bằng Plaxis FOUNDATION 0.679
Hình 3.3 Lưới biến dạng của mô hình 3-D trong PLAXIS FOUNDATION Đánh giá các phương pháp
Theo biểu đồ, các phương pháp của Terzaghi (1997), Hewlett (1988), Low (1994), T.S Nguyễn Minh Tâm (2006) và phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 3D Foundation cho kết quả gần giống nhau, với sai số nhỏ hơn 0.07, như thể hiện trong kết quả so sánh (hình 2.5).
Các thông số chính ảnh hưởng đến SRR Ảnh hưởng của việc thêm và thay đổi diện tích các mũ trên các đầu trụ
Phương pháp gia tăng khả năng chịu tải của nền gia cố trụ đất xi măng bằng cách thêm các mũ trên đầu trụ đang được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, đặc biệt phổ biến tại Nhật Bản, Thụy Điển và Việt Nam, như trong dự án Đại Lộ Đông Tây.
Để đơn giản hóa và thuận tiện cho việc phân tích Plaxis, mô hình được sử dụng bao gồm 4 trụ đất trộn xi măng được bố trí theo hình vuông với kích thước S = 2m Các trụ này được gia cố bằng mũ vuông bằng bê tông mác 250, với cạnh dài 1m và độ dày 10cm.
Các thông số của đất yếu, đất đắp và đất trộn xi măng được lấy theo thông số và mô hình vật liệu như bảng 3.1
Hình 3.4 Mô hình chia lưới phần tử và bố trí cột trong Plaxis FOUNDATION
Hình 3.5 Mô hình bố trí các cột đất xi măng và mũ cột trong Plaxis FOUNDATION
Hình 3.6 Biểu đồ so sánh SRR cho 2 trường hợp có và không có mũ
Biểu đồ trong hình 3.6 cho thấy việc thêm các mũ trên đầu trụ đã làm giảm đáng kể SRR Tuy nhiên, SRR chủ yếu phụ thuộc vào diện tích của mũ do hiệu ứng vòm.
Phân tích ảnh hưởng của diện tích mũ đến SRR được thực hiện bằng cách tính toán các trường hợp khác nhau của bề rộng mũ d, và kết quả thu được được thể hiện trong hình 9.
Hình 3.7 cho thấy mối quan hệ giữa bề rộng mũ d và SRR, trong đó SRR giảm khi diện tích mũ trên đầu trụ tăng lên Diện tích mũ lớn hơn dẫn đến khối lượng đất mà mũ phải gánh đỡ cũng lớn hơn, từ đó làm giảm giá trị SRR Việc xác định diện tích tối ưu của mũ cần dựa vào khả năng chịu tải hoặc cường độ của đất yếu Bên cạnh đó, module đàn hồi của trụ và khối đắp cũng có ảnh hưởng đến SRR.
Phân tích sự ảnh hưởng của module đàn hồi trụ và khối đắp đến SRR được thực hiện thông qua mô hình 4 trụ đất trộn xi măng, với các mô hình và thông số vật liệu được tham khảo từ bảng 3.1.
Phân tích ảnh hưởng của module đàn hồi của trụ và khối đắp đến SRR được thực hiện thông qua việc tính toán nhiều trường hợp khác nhau Kết quả thu được được trình bày trong hình 3.8 và 3.9.
Đồ thị trong hình 3.9 được chia thành hai đoạn rõ rệt: đoạn đầu tiên dốc ứng với Ecol trong khoảng [20;100MPa] và đoạn thứ hai gần như nằm ngang với SRR giảm không đáng kể Điều này cho thấy rằng việc tăng Ecol thêm nữa sẽ không làm giảm SRR một cách đáng kể, và giá trị tối ưu của module đàn hồi trụ trong trường hợp này là 100MPa.
Các mô hình đất nền trong Plaxis
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu và phân tích hai mô hình nền chính trong Plaxis, đó là Mô hình Morh-Coulomb và Mô hình Đất Cứng Hóa.
Các tính năng chủ yếu của phần mềm Plaxis V8.2
Mô đun Plaxis V8.2 gồm có 4 cửa sổ chính:
+ Plaxis Input: Cửa sổ này cho phép xác định được các số liệu hình học 2 chiều, tạo lưới phần tử, xác định các điều kiện biên
+ Plaxis Calculations: Cửa sổ này sẽ tiến hành việc tính toán, và xác định các giai đoạn tính toán
Cửa sổ Plaxis output và Plaxis Curves hỗ trợ xuất kết quả, trong khi Plaxis V8.2 cung cấp hầu hết các mô hình quan hệ chính của vật liệu trong địa kỹ thuật.
* Các loại mô hình trong Plaxis:
+ Mô hình thế năng dẻo
+ Mô hình Mohr - Coulomb (Mô hình đàn dẻo)
+ Mô hình Hardening-Soil (tăng bền)
+ Mô hình Modified Cam-lay
+ Mô hình Soft-Soil-Creep (Ứng xử theo thời gian)
3.3.1.1 Tổng quát về mô hình
Mô hình Mohr-Coulomb là một mô hình đàn hồi-dẻo lý tưởng, phù hợp cho mọi loại đất và thường được áp dụng trong giai đoạn đầu của quá trình tính toán nhờ vào tính đơn giản và dễ sử dụng Trong các trường hợp trạng thái ứng suất, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng được mô tả là tuyến tính trong miền đàn hồi thông qua hai thông số chính là độ cứng mô-đun Young (E) và hệ số Poisson (ν) Đồng thời, tiêu chuẩn phá hoại của đất nền được xác định bởi hai thông số sức chống cắt (c) và góc ma sát nội (φ).
Trong mô hình Plaxis biến dạng được định nghĩa gồm hai thành phần: biến dạng đàn hồi e và biến dạng dẻo p e p
Theo lý thuyết đàn hồi:
D e là ma trận độ cứng trong lý thuyết đàn hồi phụ thuộc vào mô đun E và ν
Biến dạng dẻo p được tính toán thông qua công thức: p g
(3.3) g là hàm dẻo tiềm năng (Plastic potential functions) được định nghĩa:
Hình 3.10 Quan hệ cơ bản giữa ứng suất và biến dạng
(3.5) λ là hệ số dẻo (plastic multiplier) Khi đàn hồi hoàn toàn thì λ=0, khi dẻo thì λ>0
Smith & Griffith, 1982; Vermeer & de Borst, 1984 đã đưa ra phương trình thể hiện mối liên hệ giữa ứng suất hữu hiệu và biến dạng trong mô hình đàn dẻo
Hệ số α =0 trong trường hợp p đàn hồi và α=1 (đơn vị) trong trường hợp dẻo
3.3.1.2 Xác định thông số cho mô hình:
Trong mô hình Mohr-Coulomb, bên cạnh các thông số cơ bản của đất nền như dung trọng và hệ số thấm, các thông số quan trọng nhất bao gồm độ cứng E, hệ số Poisson ν, và sức chống cắt c, φ, ψ.
Mô-đun E của đất nền có sự biến đổi tùy thuộc vào trạng thái và lộ trình ứng suất Cụ thể, mô-đun E trong giai đoạn dỡ tải và nén lại thường cao hơn so với giai đoạn nén chính.
Phương pháp phân tích độ cứng quyết định xem liệu có thoát nước hay không Trong mô hình Mohr–Coulomb, chỉ có một giá trị E duy nhất, do đó cần lựa chọn giá trị E phù hợp dựa trên loại công trình và mục đích phân tích.
Plaxis đưa ra hai lựa chọn để nhập thông số độ cứng: Eref kết hợp với ν và Eoed kết hợp với mô-đun chống cắt G
Eref là mô-đun đàn hồi cát tuyến, được xác định thông qua thí nghiệm ba trục cố kết thoát nước Thí nghiệm này được thực hiện với cấp chọn áp lực buồng σ3, phù hợp với trạng thái thực tế của lớp đất.
Hình 3.11 Xác dịnh Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thoát nước
+ Hệ số Poisson ν sẽ được xác định thông qua mối liên hệ với hệ số áp lực ngang tỉnh K0
Theo Jaky hệ số K0= 1-sinφ
Trong các trường hợp thông thường ν trong khoảng 0,3÷0,4 Trong trường hợp dỡ tải thì trong khoảng 0,15 đến 0,25 và trong trường hợp không thoát nước thì ν là 0,5
+ Eoed là mô-dun tiếp tuyến được xác định từ thí nghiệm nén cố kết ứng với áp lực σ1 phù hợp với trạng thái thực tế của lớp đất
Mô-đun của đất nền thường phụ thuộc vào ứng suất, tuy nhiên trong mô hình Mohr-Coulomb chỉ có một giá trị E cố định Để khắc phục điều này, phần mềm Plaxis đã bổ sung tính năng cho phép gia tăng mô-đun E theo độ sâu, nhằm điều chỉnh mô hình cho phù hợp với thực tế.
(y < y ) actual ref ref increment ref
* Thông số sức chống cắt
Thông số sức chống cắt trong mô hình được chia thành hai loại: thoát nước và không thoát nước, tùy thuộc vào mục đích và phương pháp phân tích Các thông số sức chống cắt thoát nước thường được xác định từ thí nghiệm 3 trục cố kết và thoát nước, hoặc từ các giá trị sức chống cắt hữu hiệu trong thí nghiệm 3 trục cố kết không thoát nước Nếu lớp đất không có thí nghiệm 3 trục CU, CD, có thể sử dụng các dữ liệu từ thí nghiệm cắt trực tiếp, tuy nhiên độ tin cậy của phương pháp này không cao.
Thông số sức chống cắt không thoát nước chỉ xem xét lực dính của đất cu mà không tính đến góc ma sát trong của đất nền (φu=0) Giá trị cu được xác định qua các thí nghiệm ba trục không thoát nước, thí nghiệm cắt cánh ngoài, hoặc thí nghiệm nén 1 trục nở hông Đối với lớp cát chặt hoặc sét qua cố kết, có thể tồn tại góc giãn nở ψ, thường được chọn là ψ = φ - 30° Trong các trường hợp khác, góc giãn nở được coi là bằng 0.
Plaxis cũng cấp thêm tính năng gia tăng lực dính của đất theo độ sâu trong phần nâng cao của mô hình
(y < y ) actual ref ref increment ref c c y y c (3.11)
3.3.2.1 Tổng quát về mô hình
Mô hình Hardening Soil là một phương pháp tiên tiến để mô phỏng hành vi của cả đất cứng và đất mềm, khác với mô hình Mohr-Coulomb, mặt dẻo của mô hình này không cố định mà mở rộng theo biến dạng dẻo Trong mô hình, sự tái bền của đất nền được phân thành hai dạng: tái bền chống cắt và tái bền chống nén Tái bền chống cắt xảy ra do biến dạng dẻo dưới ứng suất lệch, trong khi tái bền chống nén liên quan đến biến dạng không phục hồi do nén chính Mô hình Hardening Soil cũng phân biệt các mô-đun đất theo trạng thái và lộ trình ứng suất: E50 cho biến dạng dẻo do ứng suất lệch, Eoed cho biến dạng dẻo do nén chính, và Eur cho biến dạng đàn hồi trong quá trình dở tải và nén lại Các giá trị E không cố định mà thay đổi theo ứng suất, và độ cứng của đất nền được thể hiện bằng một hàm mũ (m) liên quan đến ứng suất tại vị trí xét.
50 50 cos sin cos sin m ref ref
ur ur cos 3 sin cos p sin m ref ref
(3.12) cot 1 cot m ref oed oed red
Eref là mô đun của đất nền tương ứng với ứng suất (σ1, σ3) tại pref, thường chọn pref = 100 KPa Các thông số sức chống cắt của đất nền được biểu diễn bằng c và φ Mô hình Hardening Soil dựa trên mối liên hệ hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng thẳng đứng trong thí nghiệm nén ba trục Khi ứng suất lệch gia tăng, độ cứng của đất giảm và biến dạng dẻo phát triển Đặc biệt, trong thí nghiệm 3 trục thoát nước, mối quan hệ giữa ứng suất lệch và biến dạng thẳng đứng được thể hiện rõ nhất qua hàm Hyperpolic.
Hình 3.13 Xác định E ref oed từ thí nghiệm nén cố kết
M qf là ứng suất lệch phá hoại được xác định từ tiêu chuẩn phá hoại Mohr-
Coulomb được xác định thông qua thông số chống cắt c, φp
E50 là Mô đun được xác định theo
Hình 3.14 Mối quan hệ Hyperpolic giữa biến dạng và ứng suất dọc trọc trong thí nghiệm 3 trục thoát nước
Trong không gian ứng suất chính, vùng giới hạn đàn hồi của mô hình được xác định bởi mặt dẻo và mặt nón dẻo.
+ Phương trình của mặt dẻo:
p là biến dạng cắt dẻo: p = p 1 - p 2 - p 3 = 2 p 1 - p = 2 p 1
Trong thực tế p không thật sự bằng 0 nhưng là rất nhỏ so với p 1 nên ta bỏ qua giá trị p
Eur là mô-đun đàn hồi trong quá trình nén lại và dỡ tải được xác định theo
+ Phương trình của mặt nón dẻo:
M là hệ số phụ thuộc vào áp lực đất ngang tĩnh K0 p = σ1 + σ2 + σ3
P - Áp lực tiền cố kết
Phân tích và tính toán đối với nền dưới công trình đắp cao
3.4.1 Điều kiện địa chất huyện Cai Lậy – tỉnh Tiền Giang
Tỉnh Tiền Giang có địa hình bằng phẳng với độ dốc dưới 1% và cao trình dao động từ 0m đến 1,6m so với mực nước biển, chủ yếu từ 0,8m đến 1,1m Toàn bộ diện tích tỉnh nằm trong vùng hạ lưu châu thổ sông Cửu Long, nơi mà bề mặt địa hình và đất đai được hình thành từ sự lắng đọng phù sa của sông Cửu Long Quá trình này diễn ra trong giai đoạn biển thoái từ đại Holoxen trung, khoảng 5.000 - 4.500 năm trước, được biết đến là phù sa mới.
Bề mặt nền đất chủ yếu là phù sa mới, giàu bùn sét và hữu cơ, dẫn đến địa hình có cao trình tương đối thấp và khả năng chịu lực không cao, yêu cầu phải san nền và gia cố cho các công trình xây dựng Mặc dù các tầng đất sâu có nhiều cát và đặc tính địa chất công trình tốt hơn, nhưng sự phân bố của chúng rất phức tạp và thường xen kẹp với các tầng đất kém, do đó cần khảo sát kỹ lưỡng cho các công trình lớn và tải trọng cao Khu vực này không có hướng dốc rõ ràng, nhưng có những vùng địa hình thấp trũng và gò cao hơn so với mặt bằng chung.
3.4.2 Cấu tạo địa chất Để có số liệu về các tính chất của đất tự nhiên, một hố khoan HK1 sâu 26m được khoan khảo sát tại xã Thạnh Lộc - huyện Cai Lậy - tỉnh Tiền Giang
Dựa trên kết quả khoan khảo sát tại hố khoan, sau khi phân tích các chỉ tiêu cơ lý và tổng hợp chỉnh lý thống kê, địa tầng tại vị trí khoan được phân chia thành các lớp khác nhau.
Lớp 1: Sét màu xám nâu, dẻo mềm; dày 2,8m
Lớp 2: Bùn sét màu xám đen; dày 2,2m
Lớp 3A: Sét màu nâu đỏ, xám vàng, xám xanh, dẻo mềm; dày 4,5m
Thấu kính TK1: Á sét màu xám vàng, xám xanh, nửa cứng; dày 1,0m
Lớp 3C: Sét màu xám vàng, xám xanh, nửa cứng; dày 4,5m
Lớp 4A: Á sét màu xám vàng, xám tro, dẻo cứng; dày 3,5m
Lớp 5: Sét màu nâu vàng, nâu tím, xám xanh, nửa cứng; dày 7,5m
Kết quả của các thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được thể hiện trong Bảng 3.1
Bảng 3.2 Đặc trưng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
STT Chỉ tiêu cơ lý Đơn vị Lớp đất
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3A TK1 Lớp 3C Lớp 4A Lớp 5
Sạn sỏi Hạt cát Hạt bụi Hạt sét
8 Độ sệt (chỉ số nhão)
9 Mô đun tổng biến dạng
HÌNH TRỤ HỐ KHOAN Công trình: Địa điểm: XÃ THẠNH LỘC – HUYỆN CAI LẬY – TỈNH TIỀN GIANG
Hố khoan: HK1 Tổ khoan: Mực nước ngầm: 1,45m Cao độ hố khoan: -0,62 Phan Hồng Anh, Mai Đức Thường Độ sâu: 26m Máy Khoan: XY - 1
Hình 3.16 Hình trụ hố khoan
3.4.3 Mô hình tính toán trong Plaxis
Mô hình được thiết kế với một con đường đắp cao, bao gồm 7 lớp đất yếu Các lớp đất này bao gồm: 2,8m đất sét yếu, 2,2m bùn sét, 4,5m sét dẻo mềm, 1,0m á sét nửa cứng, 4,5m sét nửa cứng, 3,5m sét pha dẻo cứng và 7,5m sét nửa cứng Phía trên các lớp đất là một đường giao thông với chiều cao đất đắp lên tới 5,0m.
Hình 3.17 Mặt cắt ngang của nền đường đắp trên đất yếu
Khi phân tích phần tử hữu hạn, có thể sử dụng đồng thời mô hình biến dạng phẳng và mô hình đối xứng trục Trong trường hợp nền đường đắp trên đất yếu, nền đường được coi là móng bảng và mô hình hóa theo mô hình biến dạng phẳng trong Plaxis Để mô hình hóa các lớp đất, có thể sử dụng phần tử tam giác 6 nút hoặc 15 nút, chuyển về bài toán phẳng để tính toán Phần tử tam giác 6 nút là lựa chọn mặc định cho phân tích 2 chiều, cung cấp phép nội suy cho sự dịch chuyển Ma trận độ cứng phần tử được ước lượng qua phép tích phân số với ba điểm ứng suất Gauss, trong khi phần tử tam giác 15 nút có phép nội suy và tích phân gồm mười hai điểm ứng suất.
3.4.4 Trường hợp nền đất chưa có giải pháp gia cố
Hình 3.18 Sơ đồ tính toán nền đất yếu chưa được gia cố
Hình 3.19 Mô hình PTHH nền đất yếu chưa được gia cố
Các thông số đầu vào cho quá trình tính toán được thu thập từ hồ sơ địa chất và kết quả thí nghiệm địa chất của các lớp đất Những thông số chính phục vụ cho việc tính toán được liệt kê trong bảng 3.1.
Bảng 3.3 Thông số các lớp đất trong mô hình Plaxis
Bảng 3.4 Thông số trụ đất xi măng trong mô hình Plaxis
STT Tham số Ký hiệu Trụ đất xi măng
1 Mô hình Model Mohr - Coulomb
2 Ứng xử vật liệu Type Drained
3 Dung trọng tự nhiên (kN/m 3 ) unsat 11,15
4 Dung trọng bão hòa (kN/m 3 ) sat 18,40
5 Hệ số thấm phương x (m/day) kx 10 -6
6 Hệ số thấm phương y (m/day) ky 10 -7
STT Tham số Ký hiệu Lớp
Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3A Lớp thấu kính
2 Ứng xử vật liệu Type Drained Drained Drained Drained Drained Drained Drained
3 Dung trọng tự nhiên (kN/m 3 )
4 Dung trọng bão hòa (kN/m 3 )
5 Hệ số thấm phương x (m/day) k x 10 -5 10 -6 10 -5 10 -4 10 -5 10 -5 10 -3
6 Hệ số thấm phương y (m/day) k y 10 -6 10 -5 10 -6 10 -7 10 -6 10 -7 10 -3
9 Cường độ kháng cắt (kN/m 2 ) c ref 14,38 5,04 17,45 21,17 32,83 17,38 10
9 Cường độ kháng cắt (kN/m 2 ) cref 175
Để đánh giá ổn định tổng thể công trình, tác giả thực hiện phân tích mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn, chuyển đổi sơ đồ bố trí trụ ba chiều thành sơ đồ bài toán phẳng theo nguyên tắc tương đương diện tích Quá trình phân tích độ lún và chuyển vị xem xét tải trọng tĩnh, bao gồm tải trọng của khối đất và nền đường, đồng thời bổ sung tải trọng động khi phân tích ổn định và đánh giá hệ số an toàn.
Trên thanh công cụ, vào mục Mesh\Global coarseness hoặc chọn biểu tượng để tự sinh các phần tử tính toán
Trong mô hình, có nhiều loại chia lưới khác nhau Để thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta sử dụng chế độ chia lưới Midium, trong khi không gian xung quanh trụ được chia bằng chế độ mịn Refine Line để đảm bảo kết quả chính xác.
3.4.4.2 Khai báo điều kiện ban đầu của mực nước
The phreatic level is calculated at a depth of -1.45 meters Closed consolidation boundaries are established for both the left and right vertical edges of the problem Water pressures are generated by selecting the self-generated pressure option based on the horizontal phreatic level.
Mỗi mô hình được phân tích theo các giai đoạn: thi công trụ đất xi măng, thi công Vải ĐKT, đắp nền đường và chất tải
Tính toán dẻo (Plastic Calculate) là phương pháp dùng để phân tích biến dạng đàn hồi - dẻo của các đối tượng, đặc biệt trong việc đánh giá sự phá hoại và ổn định Phương pháp này không xem xét sự phụ thuộc vào thời gian của áp lực nước lỗ rỗng, do đó không phù hợp cho phân tích lún trong nền đất có tính thấm yếu Tuy nhiên, tính toán dẻo có thể áp dụng hiệu quả cho việc tính toán lún trong nền đất có tính thấm lớn và xác định độ lún cuối cùng của kết cấu.
Phân tích cố kết là quá trình quan trọng khi nghiên cứu lún đất bão hòa nước, vì đất này cần thoát nước khi độ lún gia tăng do nước không chịu nén Đặc biệt, trong các loại đất có tính thấm yếu như đất sét, quá trình thoát nước diễn ra chậm và cần được xem xét kỹ lưỡng Do đó, phương pháp tính toán cố kết rất phù hợp để phân tích lún theo thời gian cho các loại đất này.
Phân tích an toàn (Giảm φC) là một phương pháp quan trọng trong việc đánh giá độ an toàn của công trình Trong phân tích này, Plaxis sử dụng kiểu tính toán giảm PHI để xác định hệ số an toàn Việc áp dụng phương pháp này giúp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong các dự báo về khả năng chịu lực của công trình.
C Đây là một tính toán dẻo, trong đó những thông số cường độ của đất và giao diện được giảm dần cho đến khi bị phá hoại Hệ số an toàn đối với một đối tượng được tính toán là bằng cách lấy giá trị cường độ tức thời chia cho cường độ tại thời điểm phá hoại
Bảng 3.5 Các giai đoạn tính toán
Phase Công tác Cal type Loading input Thời gian
Phase 1 Thi công nền đường lớp 1, dày 1,0m Conso Staged construction 5 ngày
Phase 2 Cho nền đường cố kết Conso Staged construction 15 ngày
Phase 3 Thi công nền đường lớp 2, dày 1,0m Conso Staged construction 5 ngày
Phase 4 Cho nền đường cố kết Conso Staged construction 15 ngày
Phase 5 Thi công nền đường lớp 3, dày 1,0m Conso Staged construction 5 ngày
Phase 6 Cho nền đường cố kết Conso Staged construction 15 ngày
Phase 7 Thi công nền đường lớp 4, dày 1,0m Conso Staged construction 5 ngày
Phase 8 Cho nền đường cố kết Conso Staged construction 15 ngày
Phase 9 Thi công nền đường lớp 5, dày 1,0m Conso Staged construction 5 ngày
Phase 10 Cho nền đường cố kết Conso Staged construction 15 ngày Phase 11 Chất tải 20kN/m 2 Plastic Staged construction 5 ngày
Phase 12 Tính ổn định FS Phi/c reduction Incremental multipliers 0 ngày
Hình 3.20 Lưới phần tử hữu hạn
Hình 3.21 Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu
Hình 3.22 Ứng suất hữu hiệu ban đầu trong nền đất
Hình 3.23 Quá trình tính toán
Hình 3.24 Chuyển vị của nền đất yếu sau khi đắp lớp 3
+ Kết quả tính toán cho thấy khi nền đất chưa được gia cố sẽ bị phá hoại khi đắp đến lớp thứ 3 với độ lún là 0,234m
3.4.5 Trường hợp nền đất được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật
Hình 3.25 Sơ đồ tính toán nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật
Mô hình PTHH nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng có đường kính 0,6m và khoảng cách giữa các trụ là 1,2m, với chiều dài trụ 15m Chiều cao đất đắp là 5m và chiều sâu của lớp đất yếu là 15m Dựa trên hồ sơ khảo sát địa chất và kết quả thí nghiệm, các đặc trưng cơ lý của vật liệu được tổng hợp trong bảng 3.2 Thông số của các lớp đất và trụ đất xi măng trong mô hình Plaxis được trình bày ở bảng 3.3 và bảng 3.4 để phân tích phân bố ứng suất trong nền đất Theo nghiên cứu của Kamata & Akutsu (1976), trọng lượng riêng của đất trộn xi măng có thể tăng từ 3% đến 15%, và từ các thí nghiệm nén mẫu, module đàn hồi E50 được xác định.
Nhận xét chương
Khi nền đất chưa được gia cố, độ lún đạt 0,234m khi đắp đến lớp thứ 3 Tuy nhiên, khi nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng có đường kính 0,6m và chiều dài 15m, với khoảng cách giữa các trụ là 1,2m, độ lún giảm xuống chỉ còn 0,054m và hệ số ổn định tăng lên 2,925.
Phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ hiệu quả để mô phỏng gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, cho phép tính toán chính xác ứng suất và áp lực lỗ rỗng dư tại bất kỳ điểm nào trong nền đất.
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Dựa trên kết quả khảo sát từ mô hình số, tác giả đã rút ra những kết luận khoa học quan trọng và đóng góp thiết thực cho thực tiễn.
1 Để phân tích sự phân bố ứng suất trong nền đất được gia cố trụ đất xi măng, ngoài phương pháp quan trắc hiện trường thì phương pháp giải tích của Terzaghi (Russell & Pierpoint chỉnh sửa năm 1997) và phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis 3D) là những phương pháp đáng tin cậy, có thể ước lượng khá chính xác sự phân bố ứng suất Xây dựng được mô hình bài toán xác định sự phân bố ứng suất trong nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật dưới công trình đắp cao ở huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang
2 Việc thêm lớp gia cường trên đầu trụ mang lại hiệu quả đáng kể trong mong muốn giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu, theo kết quả thu được từ mô hình phân tích trên của các tác giả thì SRR giảm khi thêm lớp gia cường trên đầu trụ Khảo sát đánh giá được tỷ lệ giảm độ lún của bề mặt nền đất trước và sau khi gia cố theo các thông số đàn hồi của đất, của trụ và theo kích thước trụ đất xi măng
3 Kết quả mô phỏng cho nền đường đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật dưới công trình đắp cao ở huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang là hệ trụ đất xi măng đường kính 0,6m, chiều dài 15m và khoảng cách các trụ là 1,2m, có độ lún chỉ 0,054m và có hệ số ổn định là 2,925 Nên công trình ổn định trong thời gian sử dụng
1 Trong việc phân tích sự phân bố ứng suất, sự lún, biến dạng theo độ sâu của trụ đất xi măng trong nền đất gia cố trụ đất xi măng ta nên tiến hành thí nghiệm hiện trường để có thể thu được kết quả chính xác hơn, đồng thời có thể kiểm chứng mức độ chính xác của các phương pháp
Mô hình bài toán được áp dụng để nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng, với mục tiêu xác định trạng thái ứng suất, ứng suất giới hạn và độ lún tức thời của bề mặt nền gia cố Kết quả mô phỏng trong luận văn cho thấy, để nâng cao tính thực tiễn, cần bổ sung nghiên cứu về ảnh hưởng của lớp đệm, lớp đất đắp trên đầu trụ và độ cứng của trụ đến sự thay đổi ứng suất trong hệ nền - trụ.
[1] Bộ GTVT (2000), Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu, 22TCN262 - 2000, Hà Nội
[2] Bộ Khoa học và Công nghệ (2012), Gia cố nền đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng, TCVN9403 - 2012, Hà Nội
[3] Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp Phần tử hữu hạn, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
[4] Đậu Văn Ngọ Giải pháp xử lý đất yếu bằng đất trộn xi măng Tạp chí phát triển khoa học công nghệ tập 11 số 11- năm 2008
[5] Nguyễn Ngọc Thắng Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
[6] Nguyễn Minh Tâm (2006) “The Behavior of DCM columns under Highway Embankments by Finite Element Analysis
[7] Nguyễn Viết Trung - Trụ đất – xi măng phương pháp gia cố nền đất yếu, NXB Xây dựng năm 2014
[8] Quy trình thí nghiệm đất gia cố chất kết dính bằng xi măng 22 TCN 59 - 84
[9] TCVN 4200: 2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm
[10] TCVN 9354: 2012: Đất cho xây dựng – Phương pháp xác định module biến dạng hiện trường bằng tấm ép phẳng
[11] TCVN 9403:2012, “Gia cố nền đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng” Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Vụ Khoa học Công nghệ, 2012
Tiêu chuẩn cơ sở TCCS 05:2010/VKHTLVN cung cấp hướng dẫn chi tiết về việc áp dụng phương pháp Jet-grouting để tạo ra trụ đất xi măng, nhằm gia cố đất yếu và chống thấm cho nền cũng như các công trình xây dựng.
[13] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9403:2012 Gia cố nền đất yếu-Phương pháp trụ đất xi măng
[14] Trần Nguyễn Hoàng Hùng – Công nghệ xói trộn vữa cao áp (Jet-Grouting), Đại học Quốc Gia Thành phố HCM năm 2016
[15] Võ Phán – Cơ học đất, Đại học Bách khoa TP HCM 2010
[16] A.A Balkema Publishers “The Deep Mixing Method, Principle, Design and Construction”
[17] Braja Das - Principles of Geotechnical Engineering – Third edition
[18] Bummhima Indraratna and Jian Chu - Ground Improvement – Case Histories
[19] CDIT (2002) Deep Mixing Method, Principle, Design and Construction
[20] D.T Bergado, J.C Chai, M.C Alfaro, (1994) “Những biện pháp kĩ thuật mới cải tạo đất yếu”
[21] Hakan Bredenberg, Goran Holm, Bengt B.Broms “Dry Mix Methods for DeepSoilStabilization”
[22] Hans-Georg Kempfert, Berhane Gebreselassie, (2006) “Excavations and Foundations in soft soil”
[23] Alamgir (1996) “Stress – Strain distribution in embankment reinforced by columnar inclusion”
[24] Braja M.Das (1984) “ Principles of Geotechnical engineering”