Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn xung quanh bấc thấm đến tốc độ cố kết của nền đất yếu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH QUỐC KHA NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VÙNG XÁO TRỘN ĐẾN KHẢ NĂNG THOÁT NƯỚC CỦA BẤC THẤM VÀ TỐC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU. Chuyên ngành : KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM Mã số : 60.58.02.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................ Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................ Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …. năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. .............................................................. 2. .............................................................. 3. .............................................................. 4. .............................................................. 5. .............................................................. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--- ---------------- TP. HCM, ngày….. tháng…..năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : Huỳnh Quốc Kha Phái: Nam Nơi sinh: Hậu Giang Ngày, tháng, năm sinh: 02 / 01 / 1991 Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số: 60.58.02.04 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VÙNG XÁO TRỘN ĐẾN KHẢ NĂNG THOÁT NƯỚC CỦA BẤC THẤM VÀ TỐC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI: Mở đầu Chương 1: T thấm.. về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc Chương 2: Cơ sở l bấc thấm và vùng xáo trộn của bấc thấm. Chương 3: Ứng dụng bấc thấm xử lý nền công trình Nhà Máy Nhiệt Điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh. Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 29 tháng 01 năm 2015 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 14 tháng 06 năm 2015 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS. VÕ PHÁN ……………………….. ……………………….. LỜI CẢM ƠN Trải qua quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tôi đã được tập thể thầy, cô bộ môn Địa cơ nền móng – khoa Kỹ thuật xây dựng – trường Đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn, bổ sung thêm nhiều kiến thức chuyên môn về chuyên sâu. Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy hướng dẫn chính PGS.TS Võ Phán đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý báu và giải thích một số vấn đề cần làm sáng tỏ qua việc thực hiện luận văn này. Tôi xin cảm ơn thầy Trương Quang Hùng bộ môn Cầu đường – khoa Kỹ thuật xây dựng – trường Đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh và thầy Lê Trọng Nghĩa, giảng viên bộ môn Địa cơ nền móng – khoa Kỹ thuật xây dựng – trường Đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp một số tài liệu, bài báo khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu này. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, các bạn cùng lớp đã nhiệt tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này. Học viên thực hiện HUỲNH QUỐC KHA i TÓM TẮT LUẬN VĂN Nghiên cứu giải pháp ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến tốc độ cố kết của nền đất yếu bằng bấc thấm đứng kết hợp với gia tải trước, được thực hiện dựa trên mô phỏng bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo sơ đồ bài toán phẳng được qui đổi từ bài toán lăng trụ cố kết, trong đó các hệ số thấm quy đổi được sử dụng dựa vào nghiên cứu của hai tác giải Hird và Indraratna. Từ kết quả tính toán của hai mô hình mô phỏng, tác giả so sánh cách qui đổi hệ số thấm của hai tác giả Hird và Indraratna để đưa ra những đánh giá về độ lún, chuyển vị ngang tại chân mái đắp, độ cố kết nền đất yếu. Kết quả so sánh cho thấy khi tăng độ xáo trộn làm chuyển vị ngang tại chân mái đắp, làm giảm độ lún, kèo dài thời gian cố kết dẫn đến ảnh hưởng đến thời gian thi công xử lý nền công trình. ii ABSTRACT This paper aims to study some effect resolutions of the smear-zone to the consolidation rate of the soft ground by using vertical wick drains in conjunction with applying preloads, which is carried out by simulating such a problem by the finite element method. This is known as a plain-strain, converted from the problem of prismatic cohesion, in which the permeability coefficient used is based on the research of Hird and Indraratna. The results from the two above-mentioned simulation models are used to compare with the equivalent method regarding to the permeability coefficient of the two former researchers, namely Hird and Indraratna. From which, some assessments as regards subsidence, horizontal displacements, the cohesion of soft ground are given. From the comparison, it shows that once the smear is increased, it leads to horizontal displacements, the decrease of settlement, and enhancing the consolidation duration, directly affecting the construction time and the process of finding solutions for designing foundation. iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề......................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................ 1 3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 1 4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài ............................................... 2 5. Phạm vi giới hạn của đề tài .............................................................................. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƢƠNG PHÁP BẤC THẤM.................................................................... 3 1.1. Đặc điểm của đất yếu và những tính chất cơ bản của đất yếu ......................... 3 1.1.1. Khái niệm về đất yếu .............................................................................. 3 1.1.2. Phân loại đất yếu ..................................................................................... 3 1.1.3. Sự phân bố vùng đất yếu trên lãnh thỗ việt nam .................................... 4 1.2. Tổng quan về bấc thấm .................................................................................... 5 1.2.1. Giới thiệu về bấc thấm ............................................................................ 5 1.2.2. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng .............................................................. 7 1.2.1.1. Đặc điểm.............................................................................................. 7 1.2.1.2. Phạm vi ứng dụng ................................................................................ 8 1.2.3. Nguyên lý làm việc ................................................................................. 9 1.2.4. Ưu và nhược điểm của phương pháp .................................................... 10 1.2.3.1. Ưu điểm ............................................................................................. 10 1.2.3.2. Nhược điểm ....................................................................................... 10 1.2.5. Phương pháp thi công ........................................................................... 14 2.1. Nhận xét chương 1 ......................................................................................... 18 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BẤC THẤM VÀ VÙNG XÁO TRỘN CỦA BẤC THẤM ............................................................................. 19 iv 2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán bài toán cố kết thấm ............................................... 19 2.1.1. Giả thuyết bài toán cố kết ..................................................................... 19 2.1.2. Bài toán cố kết cơ bản ........................................................................... 19 2.3. Lý thuyết tính toán bấc thấm .......................................................................... 22 2.2.1. Khái niệm cơ bản .................................................................................. 22 2.2.2. Xét ảnh hưởng do khoảng cách của bấc thấm ...................................... 26 2.2.3. Xét ảnh hưởng của vùng xáo trộn ......................................................... 26 2.2.4. Xét ảnh hưởng của khả năng thoát nước hữu hạn của bấc thấm (Well resistance) ........................................................................................................... 29 2.2.5. Xét đồng thời ảnh hưởng đồng thời của vùng xáo trộn và khả năng thoát nước hữu hạn của bấc thấm ................................................................................ 31 2.2.6. Chiều sâu cắm bấc thấm ....................................................................... 32 2.2.7. Nguyên tắc tính toán gia tải đất đắp ..................................................... 33 2.4. Phân tích bài toán cố kết thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn .............. 38 2.4.1. Theo Chai (2001) ..................................................................................... 38 2.4.2. Theo Hird (1992) ...................................................................................... 38 2.4.3. Theo Indraratna và Redana (1997, 2000) ................................................. 39 2.4.4. Nhận xét chương 2 ................................................................................... 41 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG BẤC THẤM XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN DUYÊN HẢI 3 – TRÀ VINH.............................................. 43 3.1. Đặc điểm công trình ....................................................................................... 43 3.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................... 43 3.1.2. Quy mô công trình ................................................................................ 44 3.1.3. Đặc điểm địa chất khu vực ................................................................... 44 3.1.3.1. Mặt cắt ngang đại điện đoạn tính toán .............................................. 44 3.1.3.2. Thông số kỹ thuật của bấc thấm ........................................................ 45 3.1.3.3. Mặt bằng bố trí bấc thấm ................................................................... 45 3.2. Tính toán xử lý nền bằng bấc thấm theo phương pháp giải tích .................... 47 v 3.2.1. Xét khả năng thoát nước hữu hạn của bấc thấm Fr .................................. 47 3.2.2. Không xét khả năng thoát nước hữu hạn của bấc thấm Fr ....................... 50 3.2.3. So sánh hai trường hợp có và không xét ảnh hưởng của khả năng thoát nước hữu hạn của bấc thấm ................................................................................... 52 3.2.4. Tính toán xử lý nền bằng bấc thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn . 61 3.3.1. Tính toán theo lời giải Hird. ................................................................. 62 3.3.2. Tính toán theo lời giải Indraratna: ........................................................ 67 3.3.3. So sánh kết quả tính toán giữa các phương pháp.................................. 72 3.3.4. Chuyển vị ngang tại chân mái đắp theo Hird, Indraratna: .................... 77 3.3.5. So sánh chuyển vị ngang tại B theo các phương pháp: ........................ 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 92 vi DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Hình dạng của các lõi trong bấc thấm. ......................................................... 6 Hình 1.2 Sơ đồ bài toán bấc thấm đơn theo Hansbo 2005 .......................................... 6 Hình 1.3 Mô hình tiêu biểu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải. ......... 10 Hình 1.4 Vùng xáo trộn (Smear zone) trong bấc thấm. ............................................ 11 Hình 1.5 Tỷ số thấm η và bán kình vùng xáo trộn rs theo một số tác giả. ................ 12 Hình 1.6 Quy đổi vùng xáo trộn từ mô hình 3D sang 2D. ....................................... 12 Hình 1.7 Vùng ảnh hưởng của bấc thấm tùy theo cách bố trí PVD thành mạng ...... 14 Hình 1.8 Thi công cắm bấc thấm ở ngoài khơi Nhật Bản. ........................................ 14 Hình 1.9 Một số loại tiết diện kiếm cắm. .................................................................. 15 Hình 1.10 Quy trình thi công bấc thấm điển hình. .................................................... 17 Hình 1.11 Đế neo (anchor) bấc thấm dùng ở hiện trường. ....................................... 17 Hình 2.1 Xác định chiều dài tính toán bấc thấm trong điều kiện thoát nước . ........ 22 Hình 2.2 Đường kính tương đương của bấc thấm theo một số tác giả. .................... 25 Hình 2.3 Đặc trưng vùng xáo trộn (Rujikiatkamjorn and Indraratna 2007)............. 27 Hình 2.4 Mô hình xác định đường kính vùng xáo trộn theo Bergado (1996) .......... 28 Hình 2.5 Khả năng biến dạng của PVD. ................................................................... 30 Hình 2.6 Sơ đồ bài toán bấc thấm đơn Hansbo (2005). ............................................ 32 Hình 2.7 Chiều sâu cắm bấc thấm nhỏ hơn chiều sâu vùng tính lún. ....................... 33 Hình 2.8 Mô hình chuyển đổi các thông số từ mô hình đối xứng trụ sang mô hình phẳng.......................................................................................................................... 40 Hình 3.1 Mặt cắt ngang đại diện đoạn tính toán. ...................................................... 45 Hình 3.2 Mặt bằng bố trí PVD khu vực Zone A, B, C, D......................................... 46 Hình 3.3 Biểu đồ độ lún theo thời gian của nền với phương pháp giải tích khi vùng xáo trộn thay đổi........................................................................................................ 48 vii Hình 3.4 Biểu đồ cố kết theo thời gian của nền với phương pháp giải tích khi vùng xáo trộn thay đổi........................................................................................................ 49 Hình 3.5 Biểu đồ độ lún theo thời gian của nền với phương pháp giải tích khi vùng xáo trộn thay đổi........................................................................................................ 50 Hình 3.6 Biểu đồ cố kết theo thời gian của nền với phương pháp giải tích khi vùng xáo trộn thay đổi........................................................................................................ 51 Hình 3.7 Độ lún theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=1. .... 52 Hình 3.8 Độ lún theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=2. .... 53 Hình 3.9 Độ lún theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=3. .... 54 Hình 3.10 Độ lún theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=3,72. ................................................................................................................................... 55 Hình 3.11 Độ cố kết theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=1. ................................................................................................................................... 56 Hình 3.12 Độ cố kết theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=2. ................................................................................................................................... 57 Hình 3.13 Độ cố kết theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=3. ................................................................................................................................... 58 Hình 3.14 Độ cố kết theo thời gian khi xét ảnh hưởng khả năng thoát nước khi s=3,72. ....................................................................................................................... 59 Hình 3.15 Mô hình phân tích bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn. ........... 61 Hình 3.16 Các phase tính toán. ................................................................................. 64 Hình 3.17 Biểu đồ độ lún của nền theo thời gian khi thay đổi vùng xáo trộn theo Hird............................................................................................................................ 65 Hình 3.18 Mô hình xử lý đất yếu bằng bấc thấm theo Hird: quy đổi hệ số thấm vùng ảnh hưởng và các điểm khảo sát. .............................................................................. 66 Hình 3.19 Mô hình xử lý đất yếu bằng bấc thấm theo Hird: không mô phỏng đường kính vùng xáo trộn. ................................................................................................... 66 Hình 3.20 Các phase tính toán. ................................................................................. 69 viii Hình 3.21 Mô hình xử lý đất yếu bằng bấc thấm theo Indraratna và Renda: quy đổi hệ số thấm và các điểm khảo sát trong mô hình. ...................................................... 70 Hình 3.22 Mô hình xử lý đất yếu bằng bấc thấm theo Indraratna và Renda: nền đất yếu thành hai vùng xáo trộn và không xáo trộn với hệ số thấm tương ứng.............. 70 Hình 3.23 Độ lún theo thời gian theo Indraratna và Renda khi thay đổi vùng xáo trộn. ........................................................................................................................... 71 Hình 3.24 So sánh độ lún của nền theo thời gian giữa Indraratna, Hird và Giải tích khi xem xét vùng xáo trộn s =1. ................................................................................ 72 Hình 3.25 So sánh độ lún của nền theo thời gian giữa Indraratna, Hird và Giải tích khí xem xét vùng xáo trộn s =2. ................................................................................ 73 Hình 3.26 So sánh độ lún của nền theo thời gian giữa Indraratna, Hird và Giải tích khí xem xét vùng xáo trộn s =3. ................................................................................ 74 Hình 3.27 So sánh độ lún của nền theo thời gian giữa Indraratna, Hird và Giải tích khí xem xét vùng xáo trộn s =3,72. ........................................................................... 75 Hình 3.28 Vị trí khảo sát chuyển vị ngang chân mái đắp (điểm B). ......................... 77 Hình 3.29 Chuyển vị ngang tại điểm B theo thời gian khi thay đổi vùng xáo trộn theo Hird. ................................................................................................................... 77 Hình 3.30 Chuyển vị ngang tại điểm B theo thời gian khi thay đổi vùng xáo trộn theo Indraratna. ......................................................................................................... 78 Hình 3.31 Chuyển vị ngang tại điểm B theo độ sâu khi thay đổi vùng xáo trộn theo Hird............................................................................................................................ 79 Hình 3.32 Chuyển vị ngang tại điểm B theo độ sâu khi thay đổi vùng xáo trộn theo Indraratna. ................................................................................................................. 80 Hình 3.33 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=1. ............................ 81 Hình 3.34 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=2. ............................ 82 Hình 3.35 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=3. ............................ 83 Hình 3.36 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=3,72. ....................... 84 Hình 3.37 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=1. ............................ 85 ix Hình 3.38 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=2 ............................. 86 Hình 3.39 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=3. ............................ 87 Hình 3.40 So sánh chuyển vị ngang tại B theo thời gian khi s=3,72. ....................... 88 Hình 0.1 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 1. ............................................. 3-1 Hình 0.2 Độ cố kết theo thời gian của đất yếu khi s = 1. ......................................... 3-2 Hình 0.3 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 2. ............................................. 3-4 Hình 0.4 Độ cố kết theo thời gian của đất yếu khi s = 2. ......................................... 3-5 Hình 0.5 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 3. ............................................. 3-7 Hình 0.6 Độ cố kết theo thời gian của đất yếu khi s = 3. ......................................... 3-8 Hình 0.7 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 3,72. ...................................... 3-10 Hình 0.8 Độ cố kết theo thời gian của đất yếu khi s = 3,72. .................................. 3-11 Hình 0.19 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 1. ......................................... 3-15 Hình 0.20 Độ cố kết theo thời gian của đất yếu khi s = 1. ..................................... 3-16 Hình 0.21 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 2. ......................................... 3-18 Hình 0.22 Độ cố kết theo thời gian của đất yếu khi s = 2. ..................................... 3-19 Hình 0.23 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 3. ......................................... 3-21 Hình 0.24 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 3. ......................................... 3-22 Hình 0.25 Độ lún theo thời gian của đất yếu khi s = 3,72. .................................... 3-24 Hình 0.26 Độ cố kết theo thời gian của đất yếu khi s = 3,72. ................................ 3-25 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc trưng của một số loại bấc thấm. ........................................................... 7 Bảng 1.2 Kích thước một số kiếm cắm thường dùng trong thi công. ....................... 16 Bảng 3.1 Chỉ số công suất của bấc thấm................................................................... 45 Bảng 3.2 Bảng giá trị hệ số điều chỉnh F theo độ xáo trộn s. ................................... 47 Bảng 3.3 Thông số tính toán bấc thấm theo phương pháp giải tích......................... 47 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp các thông số đầu vào của bài toán. .................................... 62 Bảng 3.5 Thông số tính toán bấc thấm theo Hird. ................................................... 63 Bảng 3.6 Hệ số thấm tương đương lớp đất yếu (lớp 2) theo Hird. ........................... 64 Bảng 3.7 Bảng tổng hợp các thông số đầu vào của bài toán ..................................... 67 Bảng 3.8 Thông số tính toán bấc thấm theo Indraratna. .......................................... 68 Bảng 3.9 Hệ số thấm tương đương lớp đất yếu (lớp 2) theo Indraratna. .................. 69 Bảng 0.1 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=1. 3-0 Bảng 0.2 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=2. 3-3 Bảng 0.3 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=3. 3-6 Bảng 0.4 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=3,72. .................................................................................................................................. 3-9 Bảng 0.5 Bảng thống kê độ lún, mức độ cố kết theo thời gian của phương pháp giải tích với độ xáo trộn khác nhau. .............................................................................. 3-12 Bảng 0.6 Bảng các thông số tính toán độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích. ......................................................................................................................... 3-13 Bảng 0.7 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=1. .. 314 Bảng 0.8 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=2. .. 317 Bảng 0.9 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=3. .. 320 xi Bảng 0.10 Bảng thống kê độ lún theo thời gian của phương pháp giải tích khi s=3,72. .................................................................................................................... 3-23 Bảng 0.11 Bảng thống kê độ lún, mức độ cố kết theo thời gian của phương pháp giải tích khi không xét khả năng thoát nước của bấc thấm với các độ xáo trộn khác nhau. ................................................................................................................................ 3-25 xii DANH MỤC KÝ HIỆU O95 mm : Đường kính lỗ bộ lọc có diện tích chiếm 95% diện tích toàn bộ lọc. O90 mm : Đường kính lỗ bộ lọc có diện tích chiếm 90% diện tích toàn bộ lọc. O85 mm : Đường kính lỗ bộ lọc có diện tích chiếm 85% diện tích toàn bộ lọc. O50 mm : Đường kính lỗ bộ lọc có diện tích chiếm 50% diện tích toàn bộ lọc. dw m : Đường kính quy đổi bấc thấm. a mm : Chiều dài lõi thấm. a m2/kN : Hệ số nén. a0 m2/kN : Hệ số nén tương đối. b mm : Chiều rộng lõi thấm. c kPa : Lực dính. c’ kPa : Lực dính thoát nước. Cc : Hệ số nén. Cs : Hệ số nở. Cv m2/s : Hệ số cố kết theo phương đứng. Ch m2/s : Hệ số cố kết theo phương ngang. G kPa : Module đàn hồi biến dạng cắt của đất. mv m2/kN : Hệ số nén thể tích. pa kPa : Áp lực khí quyển. pc kPa : Áp lực tiền cố kết. rw m : Bán kính quy đổi bấc thấm. rs m : Bán kính vùng xáo trộn. rm m : Bán kính kiếm cắm (Mandrel). De m : Vùng ảnh hưởng của bấc thấm có hình trụ tròn. de M : Đường kính tương đương của trụ đất. dw m : Đường kính tương đương của vật thoát nước. xiii ds m : Kích thước vùng xáo trộn quanh bấc thấm. dm m : Đường kính của trụ xuyên. S m : Khoảng cách giữa các tim bấc thấm. sa : Độ xáo trộn. n : Hệ số cự ly bấc thấm. η : Tỉ số hệ số thấm vùng xáo trộn. F(n) : Hệ số phụ thuộc vào khoảng cách giữa các vật thoát nước. Fs : Hệ số vùng ảnh hưởng. Fr : Hệ số sức cản của vật thoát nước. kh m/day : Hệ số thấm theo phương ngang. kha m/day : Hệ số thấm ngang trong vùng không xáo trộn. ksa m/day : Hệ số thấm ngang trong vùng xáo trộn. kv m/day : Hệ số thấm theo phương đứng. khe m/day : Hệ sô thấm ngang trong vùng tương đương. kve m/day : Hệ sô thấm đứng trong vùng tương đương. ks m/day : Hệ số thấm vùng xáo trộn. : Hệ số giảm tính thấm do vùng xáo trộn. kw kwp m/day : Hệ số thấm của bấc thấm trong mô hình phẳng. kwa m/day : Hệ số thấm của bấc thấm trong mô hình đối xứng trục. qwp m/day : Khả năng thoát nước của bấc thấm trong mô hình phẳng. 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Hiện nay có nhiều phương pháp để xử lý nền đất yếu như: phương pháp cột đất trộn xi măng, phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước, phương pháp bất thấm kết hợp gia tải trước, phương pháp bất thấm kết hợp bơm hút chân không,…Các phương pháp này qua thử nghiệm đã có tác dụng tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng nhanh quá trình lún của nền, tạo độ lún trước, rút ngắn thời gian thi công và tăng sức chống cắt của đất. Từ đó làm tăng khả năng chịu tải của đất yếu. Dưới tác dụng của tải trọng khối đắp san lấp, nền đất bị biến dạng theo thời gian do quá trình cố kết. Quá trình này diễn ra rất chậm, kéo dài thời gian thi công và gây khó khăn cho việc đưa công trình vào sử dụng. Bấc thấm là một biện pháp xử lý nền hiệu quả, đơn giản, thông dụng và kinh tế. Tuy nhiên, thực tế hiện nay trong quá trình thi công có những tác động gây ảnh hưởng ít nhiều đến tốc độ cố kết của nền. Vì vậy mục tiêu của đề tài là mong muốn tìm hiểu rõ hơn về khả năng thoát nước hữu hạn của bấc thấm và ảnh hưởng của vùng xáo trộn gây ra trong quá trình thi công đến tốc độ cố kết của nền yếu để từ đó có thể sử dụng hiệu quả phương pháp bấc thấm trong xử lý nền đất yếu. 2. Mục đích nghiên cứu Trong đề tài này tác giả sẽ tập trung nghiên cứu những nội dung sau: - Ảnh hưởng vùng xáo trộn của bấc thấm đến độ cố kết của nền đất yếu. - Ảnh hưởng khả năng thoát nước hữu hạn đến độ cố kết nền đất yếu. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm. 2 - Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis, mô hình Herdening Soil để mô phỏng ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến độ cố kết nền đất yếu từ đó đưa ra nhận xét và đánh giá. 4. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài Việc xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước đã được sử dụng rộng rải trên toàn thế giới. Có nhiều tác giả nghiên cứu về giải pháp gia cố nền đất yêu bằng phương pháp bấc thấm, tuy nhiên nghiên cứu chi tiết về khả năng thoát nước hữu hạn và ảnh hưởng của vùng xáo trộn khi sử dụng bấc thầm thì chưa được quan tâm đúng mức. Thông qua đề tài nghiên cứu này có thể đưa ra được những khía cạnh chưa hợp lý trong lý thuyết tính toán cũng như kiến nghị biện pháp phù hợp trong giai đoạn thi công để đảm bảo yêu cầu thiết kế và thời gian thi công công trình. 5. Phạm vi giới hạn của đề tài Lời giải bài toán bấc thấm phụ thuộc nhiều vào các tham số: sơ đồ bố trí, đường kính kiếm cắm, phương pháp thi công, đặc điểm nền xử lý…Việc nghiên cứu các thông số giúp cho việc thiết kế bấc thấm đạt hiệu quả cao. Trong luận văn này, học viên chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến khả năng thoát nước của bấc thấm và độ cố kết nền đất yếu, bỏ qua sức cản giếng. Từ kết quả nghiên cứu học viên sẽ đưa ra những kết luận, kiến nghị về ảnh hưởng của vùng xáo trộn. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƢƠNG PHÁP BẤC THẤM 1.1. Đặc điểm của đất yếu và những tính chất cơ bản của đất yếu 1.1.1. Khái niệm về đất yếu Trạng thái của đất sét có thể được xác định dựa trên cường độ nén đơn qu hoặc sức chống cắt Su của đất trong điều kiện không thoát nước. Terzaghi và Peck (1967) định nghĩa sét rất yếu khi cường độ nén đơn nhỏ hơn 25kPa và yếu khi nó lớn hơn 25kPa và nhỏ hơn 50kPa. Cũng có một số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có Su<40kPa. Hệ số rỗng của sét yếu e>1 và giới hạn lỏng WL>50% [1]. Đất yếu là những loại đất có khả năng chịu tải nhỏ, có tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước, có hệ số rỗng lớn, môđun biến dạng nhỏ, khả năng kháng cắt yếu…Nếu không có những biện pháp xử lý thích hợp thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được. Nếu xây dựng được thì độ ổn định của công trình rất nhỏ. 1.1.2. Phân loại đất yếu 1.1.2.1. Đất yếu theo độ sệt Nếu: - I > 1: đất yếu ở trạng thái chảy. - 0.75 < I  1: đất yếu ở trạng thải dẻo chảy 1.1.2.2. Đất yếu theo hệ số rỗng và sức kháng cắt Đối với đất sét hoặc sét pha ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đối với loại đất sét e  1,5; đối với loại sét pha e  1,0), lực dính c  15 kPa, góc ma sát trong φ < 100 (theo phương pháp cắt