Tài liệu Nghiên cứu phương pháp tính lún cho nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TẤN BẢO LONG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN CHO NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TẤN BẢO LONG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH LÚN CHO NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số chuyên ngành: 62580204 Phản biện độc lập 1: PGS. TS. Trần Tuấn Anh Phản biện độc lập 2: PGS. TS. Trương Quang Thành Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Phi Lân Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Thành Đạt Phản biện 3: PGS. TS. Lê Văn Nam NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. LÊ BÁ VINH 2. PGS. TS. VÕ PHÁN LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Nguyễn Tấn Bảo Long i TÓM TẮT LUẬN ÁN Ngày nay, công nghệ đất trộn xi măng đã rất phổ biến và mang lại hiệu quả cao trong việc xử lí nền đất yếu. Tuy nhiên các lý thuyết tính toán độ lún cho nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng vẫn chưa nhiều, đặc biệt là ở Việt Nam. Do đó việc nghiên cứu phương pháp phù hợp để tính lún cho nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng là rất cần thiết. Hiện nay, khi tính lún ổn định cho nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng, độ lún S1 của bản thân khối gia cố phần lớn được tính theo lý thuyết đàn hồi thông qua định luật Hooke. Khi đó độ lún S1 được tính đơn giản, không xét đến ảnh hưởng của sức chống cắt của đất xung quanh khối gia cố. Bên cạnh đó, việc tính lún theo thời gian của nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng gặp không ít khó khăn và vẫn chưa có tiêu chuẩn hướng dẫn cụ thể. Do đó đã có nhiều tác giả trên thế giới cũng đã đề xuất các phương pháp tính lún theo nhiều cách khác nhau cho phù hợp với thực tế hơn như Baker, Alen, Alamgir,... Trong luận án này, nội dung i, là tác giả nghiên cứu, đề xuất phương pháp tính lún ổn định của bản thân khối gia cố có xét đến sức chống cắt của đất xung quanh khối gia cố. Nội dung ii, tác giả nghiên cứu, đề xuất phương pháp tính lún theo thời gian cho nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng, trong đó có xét đến tính thấm của trụ đất xi măng. Sau đó tác giả kiểm chứng các phương pháp đề xuất bằng các thí nghiệm hiện trường ở Việt Nam và Nhật Bản. Đồng thời tác giả cũng kiểm chứng các phương pháp đề xuất bằng phương pháp Phần tử hữu hạn. Hơn nữa, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9403:2012, khi tính toán độ lún S1 của khối gia cố, thì thông số Ec là mô đun đàn hồi của vật liệu trụ. Hiện nay giá trị mô đun đàn hồi này chủ yếu được lấy từ thí nghiệm nén một trục có nở hông vì đây là thí nghiệm đơn giản và rất phổ biến. Tuy nhiên với cách xác định như vậy là chưa phù hợp vì thực tế ngoài hiện trường xung quanh các trụ đất xi măng còn có áp lực ngang của đất nền, còn trong thí nghiệm nén một trục có nở hông thì không có áp lực xung quanh mẫu thí nghiệm. Do vậy, đây là một trong những nguyên nhân gây ra sự khác biệt giữa giá trị mô đun đàn hồi của vật liệu trụ đất xi măng thực tế tại hiện trường và giá trị mô đun đàn hồi của vật liệu trụ đất xi măng thu được từ thí nghiệm nén một trục có nở hông. Nhiều kết quả thí nghiệm hiện trường đã cho thấy sự khác biệt này là rất ii đáng kể. Do đó nội dung iii mà tác giả nghiên cứu là tương quan giữa giá trị mô đun đàn hồi của vật liệu trụ từ thí nghiệm nén 3 trục và thí nghiệm nén 1 trục. iii ABSTRACT Today, Soil-cement technology has been very popular and high effectiveness in the soft-soil treatment. However, theory to calculate settlement for the soft soil improved by soil cement columns is not much, specially in Vietnam. Therefore, the research into the analytic method to calculate settlement for the soft soil improved by soil cement columns is very necessary. Nowadays, in the settlement calculation for the soft soil improved by soil cement columns, settlement S1 of the soft soil block improved by soil cement columns is usually calculated by the basic theory of elasticity through Hooke’ law. This calculation is very simple, because it ignores the shearing resistance of the soft soil. Besides, the calculation settlement as function of time for the soft soil improved by soil cement columns is very difficult. Therefore, many authors on the world had proposed theory to calculate settlement for the soft soil improved by soil cement columns arccording to various approachs, example Baker, Alen, Alamgir,....The first matter which author have proposed in this thesis is the method to calculate final settlement, include the shearing resistance of the soft soil. The second matter which author have proposed in this thesis is the method to calculate settlement as function of time for the soft soil improved by soil cement columns, include the soil cement permeability. After that, the author verify the proposed analytic methods by field experiment and fine elements method. Furthermore, arccording to the standard of Viet Nam TCVN 9403:2012, in the calculation settlement S1 of the soft soil block improved by soil cement columns, Ec is the elastic modulus of soil cement columns. Nowadays the elastic modulus is assumed from the unconfined compression test because this test is simple and popular. However that calculation is unappropriate because on site the soil cement columns bear horizontial earth pressure, while the unconfined compression test is unconfined test. That is reason cause the difference between the elastic modulus of soil cement columns from triaxial test and the elastic modulus of soil cement columns from the unconfined compression test. Many tests had been assumed the difference is very significant. For this reason, the third matter which author have proposed in this thesis iv is the correlation between the elastic modulus of soil cement columns from triaxial test and the elastic modulus of soil cement columns from the unconfined compression test. v LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, nhờ sự hướng dẫn, giảng dạy tận tình của quý thầy trong bộ môn Địa Cơ Nền Móng, tôi đã tích lũy được nhiều kiến thức vô cùng quý báu. Trên cơ sở đó, cùng với sự tận tâm giúp đỡ của PGS. TS. Lê Bá Vinh, PGS. TS. Võ Phán, sự động viên không ngừng nghỉ của gia đình, sự hỗ trợ của các đồng nghiệp ở Đại học Tiền Giang, tôi đã hoàn thành tốt luận án này. Xin chân thành tri ân sâu sắc đến PGS. TS. Lê Bá Vinh, PGS. TS. Võ Phán, PGS. TS.Châu Ngọc Ẩn, PGS. TS. Nguyễn Minh Tâm, TS. Lê Trọng Nghĩa, PGS. TS. Bùi Trường Sơn, TS. Đỗ Thanh Hải, PGS. TS. Võ Ngọc Hà và các đồng nghiệp ở Đại học Tiền Giang. Xin gửi đến cha mẹ kính yêu lòng biết ơn vô hạn vì đã luôn động viên, tạo điều kiện cho con được học tập và nghiên cứu. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU biến dạng tương đối (%) ứng suất theo phương đứng (kPa) E mô đun đàn hồi (MPa) Sl độ lún bản thân khối gia cố (m) St độ lún sau cùng của khối gia cố (m) mvs hệ số nén thể tích của đất Etb mô đun biến dạng của khối gia cố (MPa) Etđ mô đun biến dạng của khối gia cố (MPa) Eblock mô đun biến dạng của khối gia cố (MPa) Cv hệ số cố kết theo phương đứng (m2/s) Ut độ cố kết của nền (%) Cn hệ số cố kết theo phương ngang (m2/s) KStab hệ số thấm của đất xi măng (m/s) KSoid hệ số thấm của đất tự nhiên (m/s) a tỷ diện tích thay thế (%) as tỷ diện tích thay thế (%) fs lực ma sát (kN/m2) S1 độ lún của bản thân khối gia cố H chiều sâu của khối gia cố (m) q tải trọng công trình truyền lên khối gia cố B, L chiều rộng và chiều dài của khối gia cố Ec mô đun đàn hồi của vật liệu trụ (Mpa) Cc sức kháng cắt của vật liệu trụ (kg/cm2) Es mô đun biến dạng của đất nền giữa các trụ. Cu sức kháng cắt không thoát nước của đất nền (kg/cm2) c lực dính trung bình của đất nền (kN/m2) Cvkgc hệ số cố kết của khối gia cố (m2/ngày) a0kgc hệ số nén lún tương đối của khối gia cố (m2/kN) γn trọng lượng riêng của nước (kN/m3) STCVN độ lún ổn định của khối gia cố tính theo tiêu chuẩn Việt Nam (m) SCTĐX độ lún ổn định của khối gia cố tính theo công thức đề xuất (m) xi W độ ẩm (%) WL giới hạn chảy (%) WP giới hạn dẻo(%) IL độ sệt τ sức chống cắt của đất (kg/cm2) P0 áp lực trung bình tại đỉnh trụ đất xi măng (kN/m2) P0z áp lực trung bình tại mũi trụ đất xi măng (kN/m2) μs hệ số ứng suất tác dụng lên đất yếu β tỷ lệ giữa chiều dài trụ đất xi măng và bề dày lớp đất yếu. η tham số phụ thuộc chỉ số nén và nở; M thông số tới hạn của đất, M = q/p, xii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Hầm chui Thanh Xuân gia cố nền bằng trụ đất xi măng ..................................... 1 Hình 2 Toàn cảnh nút giao thông khi hầm Thanh Xuân thông xe 2 chiều...................... 2 Hình 3 Mô hình gia cố nền dưới hầm chui bằng trụ đất xi măng.................................... 3 Hình 1.1 Các độ lún thành phần của nền gia cố .............................................................. 7 Hình 1.2 Nguyên lí tính bề dày đất theo Tiêu chuẩn Nhật Bản ...................................... 9 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lí phân bố ứng suất ................................................................... 9 Hình 1.4 Nguyên lí xác định độ lún theo Mikio Kubo .................................................. 10 Hình 1.5 Mô hình thí nghiệm của M.D. Bolton ........................................................... 12 Hình 1.6 Quan hệ giữa độ lún và tải trọng đứng ............................................................... 12 Hình 1.7 Vi ảnh điện tử của đất tự nhiên và đất trộn xi măng ...................................... 14 Hình 1.8 Quan hệ ứng suất, biến dạng từ thí nghiệm của Terashi ................................ 15 Hình 1.9 Mặt bằng mô hình thí nghiệm của Islam và Hashim ...................................... 17 Hình 1.10 Mô hình chất tải trong thí nghiệm của Islam................................................ 17 Hình 1.11 Mô hình quan trắc lún theo thời gian của Jinchun Chai ............................... 18 Hình 1.12 Mặt bằng bố trí trụ tại công trường Loftaan ................................................. 18 Hình 1.13 Thiết bị thí nghiệm của Baker ...................................................................... 19 Hình 1.14 Khối đắp hiện trường cao 3m trong thí nghiệm của Alen ............................ 19 Hình 1.15 Thí nghiệm hiện trường của GS. TS. Nguyễn Trường Tiến ........................ 20 Hình 1.16 Thiết bị thí nghiệm của GS. TS. Nguyễn Trường Tiến ................................ 20 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý phân bố tải trọng trong khối gia cố ..................................... 23 Hình 2.2 Lớp phân tố đất ............................................................................................... 23 Hình 2.3 Nền gia cố trụ đất xi măng ............................................................................. 26 Hình 2.4 Mô hình biến dạng của đơn vị phần tử theo Alamgir (1996) ......................... 28 Hình 2.5 Tương quan giữa βc và n................................................................................ 29 Hình 2.6 Mô hình phần tử trụ ........................................................................................ 30 Hình 2.7 Vùng ảnh hưởng của trụ ................................................................................. 33 Hình 3.1 Thí nghiệm nén 1 trục nở hông mẫu đất xi măng lấy tại hiện trường................. 35 Hình 3.2 Xác định Mô đun đàn hồi bằng thí nghiệm nén 3 trục ................................... 37 Hình 3.3 Tương quan giữa E50 và thời gian .................................................................. 38 Hình 3.4 Tương quan giữa ứng suất, biến dạng ứng với các cấp áp lực buồng khác nhau .. 38 xiii Hình 3.5 Máy nén cố kết (a); Mẫu nén cố kết (b) ......................................................... 40 Hình 3.6 Cấu tạo bộ dụng cụ thấm với cột áp thay đổi ................................................. 42 Hình 3.7 Mẫu thí nghiệm thấm (a);Hộp thấm (b);Bộ thí nghiệm thấm Nam Kinh (c) . 43 Hình 3.8 Thiết bị thí nghiệm tính thấm của đất xi măng............................................... 44 Hình 3.9 Hệ số thấm của đất xi măng theo các phương pháp ....................................... 46 Hình 3.10 Tiến hành lấy mẫu đất tự nhiên .................................................................... 47 Hình 3.11 Mặt cắt thiết bị tạo trụ đất xi măng ngoài hiện trường ................................. 48 Hình 3.12 Cấu tạo thiết bị tạo trụ đất xi măng ngoài hiện trường ................................. 49 Hình 3.13 Mặt bằng của mô hình thí nghiệm ................................................................ 50 Hình 3.14 Mặt cắt của mô hình thí nghiệm ................................................................... 50 Hình 3.15 Lắp đặt thiết bị quan trắc lún ........................................................................ 51 Hình 3.16 Mô hình chất tải trong thí nghiệm ................................................................ 52 Hình 3.17 Trụ đất xi măng nguyên dạng trong nền....................................................... 53 Hình 3.18 Trụ đất xi măng được lấy lên mặt đất ........................................................... 54 Hình 3.19 Quan trắc lún theo thời gian ......................................................................... 55 Hình 3.20 Tương quan giữa độ lún và thời gian từ thí nghiệm hiện trường ................. 55 Hình 3.21 Dự tính độ lún ổn định của nền gia cố theo phương pháp Asaoka .............. 56 Hình 3.22 Dự tính độ lún ổn định của đáy khối gia cố theo phương pháp Asaoka ...... 56 Hình 3.23 Mô hình mô phỏng trong Plaxis .................................................................. 58 Hình 3.24 Phát sinh mực nước ngầm trong nền gia cố ................................................ 58 Hình 3.25 Chuyển vị tổng thể của nền gia cố .............................................................. 59 Hình 3.26 Tương quan giữa kết quả quan trắc và kết quả từ Plaxis ............................. 59 Hình 4. 1 Mô hình trong Plaxis 3DF ............................................................................ 62 Hình 4.2 Chia lưới phần tử trong Plaxis ....................................................................... 63 Hình 4.3 Chuyển vị tổng thể của nền gia cố ................................................................ 63 Hình 4.4 Kết quả tính toán biến dạng của bản thân khối gia cố theo các phương pháp ... 64 Hình 4.5 Mô hình thí nghiệm 1 về độ lún theo thời gian của Jinchun Chai ................. 65 Hình 4.6 Các thông số đất của mô hình 1..................................................................... 65 Hình 4.7 Kết quả quan trắc lún của mô hình 1 ............................................................. 66 Hình 4.8 Độ lún quan trắc từ mô hình thí nghiệm 1 của Jinchun Chai ........................ 67 Hình 4.9 Kết quả tính toán biến dạng theo các phương pháp ....................................... 67 Hình 4.10 Mô hình tính lún theo phương pháp giải tích đề xuất .................................. 68 xiv Hình 4.11 Kết quả quan trắc lún từ mô hình thí nghiệm của tác giả ............................. 70 Hình 4.12 Tương quan giữa độ lún và thời gian ........................................................... 70 Hình 4.13 Kết quả quan trắc lún của mô hình 1 ............................................................ 72 Hình 4.14 Tương quan giữa độ lún và thời gian ........................................................... 73 Hình 4.15 So sánh kết quả tính lún theo thời gian ........................................................ 75 Hình 4.16 Chuyển vị tổng thể của nền gia cố .............................................................. 76 Hình 4.17 Tương quan giữa độ lún và thời gian .......................................................... 76 Hình 4.18 Mô hình mô phỏng trong Plaxis .................................................................. 78 Hình 4.19 Chuyển vị tổng thể của nền gia cố .............................................................. 78 Hình 4.20 Vị trí các điểm khảo sát ............................................................................... 78 Hình 4.21 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm A..................................................... 79 Hình 4.22 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm B ..................................................... 79 Hình 4.23 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm C ..................................................... 80 Hình 4.24 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm D..................................................... 80 Hình 4.25 Độ lún theo thời gian tại điểm A .................................................................. 81 Hình 4.26 Độ lún theo thời gian tại điểm B .................................................................. 81 Hình 4.27 Độ lún theo thời gian tại điểm C .................................................................. 82 Hình 4.28 Độ lún theo thời gian tại điểm D .................................................................. 82 Hình 4.29 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm A..................................................... 83 Hình 4.30 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm B ..................................................... 83 Hình 4.31 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm C ..................................................... 84 Hình 4.32 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại điểm D..................................................... 84 Hình 4.33 Độ lún theo thời gian tại điểm A .................................................................. 85 Hình 4.34 Độ lún theo thời gian tại điểm B .................................................................. 85 Hình 4.35 Độ lún theo thời gian tại điểm C .................................................................. 86 Hình 4.36 Độ lún theo thời gian tại điểm D .................................................................. 86 Hình 4.37 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong nền tự nhiên ........................................ 87 Hình 4.38 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong nền gia cố............................................ 87 Hình 4.39 Độ lún theo thời gian trong nền tự nhiên ..................................................... 88 Hình 4.40 Độ lún theo thời gian trong nền gia cố ......................................................... 88 Hình 4.41 Mặt bằng bố trí trụ tại công trường Loftaan ................................................ 90 Hình 4.42 Gán tải trọng và tạo các Workplanes trong Plaxis ...................................... 91 xv Hình 4.43 Kết quả biến dạng từ các phương pháp ........................................................ 92 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các phương pháp giải tích tính toán độ lún ổn định của bản thân khối gia cố ..... 22 Bảng 2.2 Các phương pháp giải tích tính toán độ lún theo thời gian của nền gia cố .... 25 Bảng 3.1 Kết quả nén 1 trục có nở hông trên mẫu đất xi măng lấy tại hiện trường ..... 36 Bảng 3.2 Kết quả nén 3 trục với σ3= 0 trên mẫu đất xi măng lấy tại hiện trường ....... 37 Bảng 3.3 Kết quả nén 3 trục với cấp áp lực buồng σ3 khác nhau .................................. 39 Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả thí nghiệm hệ số thấm của đất xi măng ............................ 45 Bảng 3.5 Tương quan giữa mác chống thấm W và hệ số thấm K ................................. 46 Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả dự tính lún ổn định ............................................................ 57 Bảng 3.7 Thông số và mô hình vật liệu trong Plaxis .................................................... 57 Bảng 4.1 Kết quả tính toán biến dạng theo công thức đề xuất và TCVN ..................... 61 Bảng 4.2 Kết quả quan trắc lún hiện trường.................................................................. 61 Bảng 4.3 Thông số vật liệu phân tích Plaxis ................................................................. 62 Bảng 4.4 Kết quả tính toán biến dạng theo công thức đề xuất ...................................... 66 Bảng 4.5 Các thông số tính toán trong mô hình thí nghiệm .......................................... 68 Bảng 4.6 Số liệu tính lún theo phương pháp giải tích đề xuất ...................................... 69 Bảng 4.7 Các thông số tính toán trong mô hình thí nghiệm 1 ....................................... 71 Bảng 4.8 Kết quả tính toán độ lún bằng phương pháp giải tích đề xuất ....................... 72 Bảng 4.9 Các thông số tính toán trong mô hình thí nghiệm 2 ....................................... 73 Bảng 4.10 Số liệu tính lún theo phương pháp giải tích đề xuất .................................... 74 Bảng 4.11 Thông số vật liệu phân tích Plaxis ............................................................... 75 Bảng 4.12 Thông số vật liệu phân tích Plaxis ............................................................... 77 Bảng 4.13 Số liệu tính toán cho trường hợp có vải địa ................................................. 89 Bảng 4.14 Thông số vật liệu .......................................................................................... 90 xvi MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, tốc độ phát trển của hệ thống đƣờng giao thông không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu giao thông ngày càng tăng, đặc biệt là tại các nút giao thông trong các đô thị lớn thƣờng xuyên xảy ra ùn tắc giao thông, gây không ít khó khăn cho sự phát triển kinh tế xã hội nói chung cũng nhƣ việc sinh hoạt, đi lại của ngƣời dân nói riêng. Trong bối cảnh đó, hầm chui là một trong những giải pháp tối ƣu để giải quyết ùn tắc giao thông tại các nút giao thông này. Tuy nhiên, khi hầm chui đƣợc quy hoạch tại nơi có địa chất yếu đòi hỏi phải xử lí, gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng. Ví dụ nhƣ hầm chui Thanh Xuân, Hà Nội là một trong những hầm chui đầu tiên ở Việt Nam sử dụng trụ đất xi măng để gia cố nền. Hình 1 Hầm chui Thanh Xuân gia cố nền bằng trụ đất xi măng Nhƣ trong hình 2, sau khi hầm chui Thanh xuân đã thông xe 2 chiều ùn tắc giao thông đƣợc giải quyết. Điều đó cho thấy hiệu quả của các hầm chui tại các nút giao thông là rất cao. 1 Phƣơng pháp xử lí đất yếu bằng trụ đất xi măng đƣợc áp dụng ngày càng phổ biến ở các nƣớc trên thế giới nói chung cũng nhƣ ở Việt Nam nói riêng nhờ những ƣu điểm nổi bật nhƣ: công nghệ thi công đơn giản, chi phí thấp, thời gian thi công ngắn, khả năng xử lí sâu đến 50m, thích hợp với đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công đƣợc cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nƣớc hoặc điều kiện hiện trƣờng chật hẹp, đặc biệt là trụ đất-xi măng có cƣờng độ tăng lên từ vài chục đến 100 lần so với đất yếu tự nhiên. Các nƣớc trên thế giới, tiêu biểu là Nhật Bản và Thụy Điển đã nghiên cứu, ứng dụng trụ đất xi măng để xử lí đất yếu từ rất lâu, đồng thời cũng đạt đƣợc hiệu quả rất cao. Đối với Việt Nam, công nghệ đất xi măng lần đầu tiên đƣợc Thụy Điển chuyển giao công nghệ cho Bộ Xây Dựng vào những năm 1992-1994, cho đến nay công nghệ trộn sâu rất phổ biến. Hình 2 Mô hình gia cố nền dƣới hầm chui bằng trụ đất xi măng 2 Ngoài ứng dụng gia cố nền hầm chui, trụ đất xi măng còn đƣợc sử dụng để gia cố nền của móng bè đỡ sàn tầng hầm trong các tòa nhà thấp tầng. Ở Việt Nam hiện nay đã có khá nhiều nghiên cứu về trụ đất xi măng, tuy nhiên đa số nghiên cứu đƣợc thực hiện chủ yếu bằng thí nghiệm trong phòng, chƣa có nhiều nghiên cứu về lý thuyết tính lún cũng nhƣ thí nghiệm hiện trƣờng về độ lún của bản thân khối gia cố. Do đó tác giả sẽ tiến hành nghiên cứu phƣơng pháp tính lún cho nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng. Thật vậy, hiện nay trong các công thức tính lún ổn định của bản thân khối gia cố còn khá đơn giản và thiên về an toàn, đồng thời trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9403-2012 cũng chƣa giới thiệu về phƣơng pháp tính lún theo thời gian của nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng. Do đó tác giả sẽ nghiên cứu, đề xuất công thức tính lún cho bản thân khối gia cố có xét thêm ảnh hƣởng của ma sát xung quanh và sự giảm dần ảnh hƣởng của tải trọng ngoài theo độ sâu. Đồng thời tác giả cũng đề xuất phƣơng pháp tính lún theo thời gian của nền gia cố, trong đó có xét đến tính thấm của trụ đất xi măng. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của nghiên cứu là đề xuất phƣơng pháp tính lún ổn định và tính lún theo thời gian cho nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng. Theo đó, trong công thức tính lún của bản thân khối gia cố, tác giả có xét đến sức chống cắt của đất xung quanh khối gia cố. Đồng thời trong công thức tính lún theo thời gian của nền gia cố, tác giả có xét đến tính thấm của trụ đất xi măng. Bên cạnh đó tác giả cũng phân tích ảnh hƣởng của áp lực ngang đến mô đun đàn hồi của vật liệu trụ, từ đó đề xuất tƣơng quan giữa mô đun đàn hồi vật liệu trụ từ thí nghiệm nén 3 trục và mô đun đàn hồi vật liệu trụ từ thí nghiệm nén đơn. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu Trên cơ sở tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc cũng nhƣ tiêu chuẩn TCVN 9403:2012. Tác giả sẽ đề xuất các phƣơng pháp giải tích tính lún ổn định và tính lún theo thời gian cho nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng. Bên cạnh đó tác giả cũng tiến hành các thí nghiệm hiện trƣờng và trong phòng để phục vụ cho việc tính lún. Sau đó tác giả tiến hành kiểm chứng các phƣơng pháp giải tích đề xuất bằng các thí nghiệm 3 hiện trƣờng trong và ngoài nƣớc, đồng thời tác giả cũng kiểm chứng thêm bằng phƣơng pháp Phần tử hữu hạn. 4. Tính khoa học và thực tiễn của nghiên cứu Nghiên cứu này đề xuất đƣợc phƣơng pháp giải tích tính lún ổn định và tính theo thời gian cho nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng phù hợp với thực tế hơn, bằng việc xét thêm sức chống cắt của đất xung quanh khối gia cố và hệ số thấm của trụ đất xi măng. Bên cạnh đó tác giả cũng đề xuất tƣơng quan giữa mô đun đàn hồi của trụ đất xi măng thu đƣợc từ thí nghiệm nén 3 trục và mô đun đàn hồi của trụ đất xi măng thu đƣợc từ thí nghiệm nén 1 trục. Từ đó góp phần làm cho kết quả tính toán biến dạng, tính lún theo thời gian của nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng hợp lí hơn, đồng nghĩa với việc giúp cho giải pháp xử lí nền đất yếu bằng trụ đất xi măng phù hợp với thực tế hơn, đƣợc kiểm soát tốt hơn và kinh tế hơn. 5. Điểm mới của luận án 5.1 Nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp tính lún ổn định của bản thân khối gia cố, trong đó có xét đến sức chống cắt của đất xung quanh khối gia cố: S1  qH H (1  ) aEC  1  a E S 2 5.2 Nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp tính lún theo thời gian của nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng, trong đó có xét đến tính thấm của trụ đất xi măng. 5.3 Nghiên cứu, đề xuất tƣơng quan giữa mô đun đàn hồi của vật liệu trụ thu đƣợc từ thí nghiệm nén 3 trục và mô đun đàn hồi của vật liệu trụ thu đƣợc từ thí nghiệm nén đơn nhƣ sau: (Ecol)nén3trục ≈ (1,65÷3,7)(Ecol)nénđơn 6. Cấu trúc của luận án Nội dung chính của luận án gồm phần Mở đầu, phần Kết luận - kiến nghị và 4 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: “Tổng quan về các phƣơng pháp tính lún cho nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng”. Chƣơng 2: “Phƣơng pháp tính lún cho nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng”. 4 Chƣơng 3: “Thí nghiệm trong phòng và hiện trƣờng để đánh giá độ lún ổn định và độ lún theo thời gian của nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng”. Chƣơng 4: “Kiểm chứng các công thức đề xuất bằng các thí nghiệm hiện trƣờng và phƣơng pháp Phần tử hữu hạn”. 7. Phạm vi nghiên cứu Trong nghiên cứu tính lún ổn định, tác giả chỉ tập trung cho độ lún của bản thân khối gia cố. Nghiên cứu đƣợc thực hiện với đất nền khu vực xã Phƣớc Nhơn, huyện Long Hồ, tỉnh Vĩnh Long, nơi có địa chất đặc trƣng cho vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long. 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH LÚN CHO NỀN ĐẤT YẾU ĐƢỢC GIA CỐ TRỤ ĐẤT XI MĂNG Cho đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu về độ lún của nền đất yếu gia cố trụ đất xi măng và các tác giả chủ yếu tính lún theo phƣơng pháp truyền thống. Theo tiêu chuẩn Thụy Điển, tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 9403:2012 ) và phần lớn các phƣơng pháp tính hiện nay về tính toán lún của nền gia cố trụ đất xi măng thì độ lún S1 của bản thân khối gia cố đƣợc tính dựa trên định luật Hooke, bỏ qua sức chống cắt của đất xung quanh khối gia cố. Bên cạnh đó, các phƣơng pháp tính lún theo thời gian của nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng còn khá ít. Theo Terashi (1983), Ahnberg (1995) và Jinchun Chai (2015) thì hệ số thấm của đất trộn xi măng sẽ giảm tƣơng ứng với sự gia tăng hàm lƣợng xi măng. Trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9403:2012 hiện nay cũng chƣa có hƣớng dẫn cụ thể về phƣơng pháp tính lún theo thời gian cho nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng. Khi tính toán độ lún của nền đất yếu đƣợc gia cố trụ đất xi măng, thông số quan trọng trong các phƣơng pháp hiện nay là mô đun đàn hồi của vật liệu trụ đất xi măng và hiện nay giá trị mô đun đàn hồi này chủ yếu đƣợc lấy từ thí nghiệm nén một trục có nở hông vì đây là thí nghiệm đơn giản và rất phổ biến. Tuy nhiên với cách xác định nhƣ vậy là chƣa phù hợp vì thực tế ngoài hiện trƣờng xung quanh các trụ đất xi măng có áp lực ngang của đất nền còn trong thí nghiệm nén một trục có nở hông thì không có áp lực xung quanh mẫu thí nghiệm. Do vậy, đây là một trong những nguyên nhân gây ra sự khác biệt giữa giá trị mô đun đàn hồi của vật liệu trụ đất xi măng thu đƣợc từ thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng và giá trị mô đun đàn hồi của vật liệu trụ đất xi măng thu đƣợc từ thí nghiệm nén một trục có nở hông. Nhiều kết quả thí nghiệm hiện trƣờng đã cho thấy sự khác biệt này là rất đáng kể. 6