Tài liệu Nghiên cứu mô hình tính toán cọc đất xi măng xử lý nền đất yếu khu vực sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI -------------- QUÁCH KIẾT MẬU NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỌC ĐẤT XI MĂNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC SÓC TRĂNG Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số : 60-58-02-04 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI VĂN TRƯỜNG HÀ NỘI, 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Bùi Văn Trường . Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn này không trùng lặp với bất cứ luận văn nào đã từng được công bố. Tác giả luận văn Quách Kiết Mậu i LỜI CẢM ƠN Tôi xin cám ơn các thầy cô giảng dạy của bộ môn Địa kỹ thuật - Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội. Tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS. Bùi Văn Trường là người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báo, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin cám ơn sự quan tâm góp ý của PGS.TS. Nguyễn Việt Hùng. Sau cùng tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong thời gian thực hiện luận văn. ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH ...............................................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CHẤT KẾT DÍNH ...............................................................................................................................5 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng xử lý nền đất yếu bằng chất kết dính ...................5 1.1.1. Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời ................................................................7 1.1.2. Gia cố nền đất yếu bằng vật liệu có chất kết dính ...............................................11 1.2. Giải pháp xử lý nền bằng phương pháp trộn vôi: ...................................................11 1.3. Giải pháp xử lý nền bằng cọc đất xi măng .............................................................14 1.3.1. Khái quát chung ...................................................................................................14 1.3.2. Một số ứng dụng và ưu điểm của cọc đất xi măng ..............................................14 1.4. Kết luận chương 1 ..................................................................................................21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỌC ĐẤT XI MĂNG23 2.1. Khái quát chung về các mô hình tính toán cọc đất xi măng ...................................23 2.2. Tính toán cọc ĐXM theo mô hình cọc cứng ..........................................................23 2.3. Tính toán cọc đất xi măng theo mô hình nền tương đương ..................................25 2.4. Tính toán cọc đất xi măng theo mô hình nền hỗn hợp ...........................................26 2.4.1. Cách tính toán của Viện kỹ thuật châu á A.I.T ...................................................26 2.4.2. Cách tính theo quy phạm Trung Quốc DBJ 08-40-94.........................................31 2.5. Phân tích các mô hình tính toán .............................................................................34 2.5.1. Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc ĐXM làm việc như cọc cứng .........34 2.5.2. Phương pháp tính toán theo quan điểm coi trụ xi măng đất và đất nền làm việc đồng thời (phương pháp nền tương đương)...................................................................34 2.5.3. Phương pháp tính toán theo quan điểm tính toán khả năng chịu tải tính toán như cọc, còn biến dạng tính toán như nền ............................................................................35 2.6. Quy trình thiết kế cọc đất xi măng .........................................................................35 2.6.1. Kiểm tra theo vật liệu cọc ....................................................................................37 2.6.2. Kiểm tra theo đất nền ..........................................................................................38 2.6.3. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc đơn .............................................................38 2.7. Kết luận chương 2 ..................................................................................................39 iii CHƯƠNG 3:NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỌC ĐẤT XI MĂNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC SÓC TRĂNG ....................................... 40 3.1. Đặc điểm nền đất yếu khu vực Sóc Trăng ............................................................. 40 3.1.1. Đặc điểm cấu trúc nền đất yếu ............................................................................ 41 3.1.2. Tính chất cơ lý của đất nền ................................................................................. 41 3.2. Khảo sát các mô hình tính toán cọc ĐXM xử lý nền đất yếu ở Sóc Trăng ............ 42 3.2.1. Khái quát chung về công trình và giải pháp xử lý nền đất yếu ........................... 43 3.2.2. Khảo sát các mô hình tính toán cọc ĐXM bằng phương pháp giải tích ............. 44 3.2.3. Khảo sát các mô hình tính toán cọc ĐXM bằng phương pháp số ....................... 53 3.2.4. Khảo sát các thông số tính toán cọc ĐXM .......................................................... 63 3.3. Nghiên cứu thực nghiệm cọc ĐXM tại hiện trường .............................................. 67 3.3.1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn ............................................................................... 67 3.3.2. Thí nghiệm nén tĩnh nền xử lý bằng cụm cọc ĐXM ở hiện trường .................... 72 3.4. Phân tích, đề xuất mô hình tính toán cọc ĐXM ..................................................... 74 3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 76 KẾT LUẬT VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 80 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Kết quả bàn nén phẳng hiện trường: ...............................................................8 Hình 1.2. Cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất ...................9 Hình 1.3. Phân tích nhóm trụ vật liệu rời (theo Barksdale và Bachus, 1983 ................10 Hình 1.4. Phương thức phá hoại của móng cọc vôi. .....................................................12 Hình 1.5. Tính toán lún khi chưa vượt độ bền rão của cọc vôi .....................................13 Hình 1.6. Các ứng dụng cơ bản của công nghệ trộn sâu ...............................................16 Hình 1.7. Sơ đồ thi công trộn khô .................................................................................17 Hình 1.8. Bố trí trụ trộn khô ..........................................................................................17 Hình 1.9. Bố trí trụ trùng nhau theo khối ......................................................................18 Hình 1.10. Sơ đồ thi công trộn ướt ................................................................................18 Hình 1.11. Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất ....................................................................19 Hình 1.12. Bố trí trụ trùng nhau theo công nghệ trộn ướt .............................................19 Hình 1.13. ổn định khối kiểu A .....................................................................................20 Hình 1.14. ổn định khối kiểu B .....................................................................................20 Hình1.15. Công nghệ Jet Grouting ................................................................................21 Hình 2.1. Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc đất xi măng ...........................27 Hình 2.2. Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất .......................................28 Hình 2.3. Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ ............................................................28 Hình 2.4. Sơ đồ tính toán biến dạng. .............................................................................30 Hình 2.5: Sơ đồ quy trình thiết kế cọc đất xi măng .......................................................36 Hình 3.1. Bản đồ hành chính tỉnh Sóc Trăng ................................................................40 Hình 3.2. Sơ đồ tính lún theo quan điểm cọc cứng .......................................................46 Hình 3.3. Sơ đồ tính lún theo quan điểm nền tương đương ..........................................49 Hình 3.4. Mô hình phần tử hữu hạn mô phỏng giải pháp xử lý nền bằng cọc ĐXM theo quan điểm cọc cứng .......................................................................................................58 Hình 3.5. Mô hình phần tử hữu hạn mô phỏng giải pháp xử lý nền bằng cọc ĐXM theo quan điểm nền tương đương ..........................................................................................58 Hình 3.6. Chuyển vị lưới của nền công trình xử lý bằng cọc ĐXM theo quan điểm cọc cứng ...............................................................................................................................59 v Hình 3.7. Chuyển vị thẳng đứng của nền công trình xử lý bằng cọc ĐXM theo quan điểm cọc cứng ............................................................................................................... 60 Hình 3.8. Lún nền của nền công trình xử lý bằng cọc ĐXM theo quan điểm cọc cứng ....................................................................................................................................... 60 Hình 3.9. Chuyển vị lưới của nền công trình xử lý bằng cọc ĐXM theo quan điểm nền tương đương .................................................................................................................. 61 Hình 3.10. Chuyển vị thẳng đứng của nền công trình xử lý bằng cọc ĐXM theo quan điểm nền tương đương .................................................................................................. 62 Hình 3.11. Lún nền của nền công trình xử lý bằng cọc ĐXM theo quan điểm nền tương đương .................................................................................................................. 62 Hình 3.12. Quan hệ giữa bán kính cọc và sức chịu tải của cọc..................................... 64 Hình 3.13. Quan hệ giữa bán kính cọc và độ lún của nền gia cố. ................................. 64 Hình 3.14. Quan hệ giữa chiều dài cọc và sức chịu tải của cọc. ................................... 65 Hình 3.15. Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún của nền gia cố. ................................ 66 Hình 3.16. Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún của nền gia cố. ................................ 67 Hình 3.17. Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh cọc ĐXM ......................................................... 68 Hình 3.18. Đồ thị quan hệ tải trọng- chuyển vị của cọc 1-B-4. .................................... 71 Hình 3.19. Đồ thị quan hệ tải trọng- chuyển vị của cụm cọc. ....................................... 74 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Khả năng áp dụng biện pháp kỹ thuật cải tạo cho các loại đất khác nhau ......6 Bảng 3.1. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu ở Sóc Trăng ...................................42 Bảng 3.2. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất. ...............................................43 Bảng 3.3. Bảng tổng tính lún theo mô hình cọc cứng ...................................................47 Bảng 3.4. Bảng tổng tính lún theo mô hình nền tương đương ......................................51 Bảng 3.5. Các thông số đất nền để xây dựng mô hình tính trong Plaxis.......................57 Bảng 3.5b. Bảng tổng hợp kết quả tính toán chuyển vị nền công trình xử lý bằng cọc ĐXM bằng phần mềm Plaxis ........................................................................................63 Bảng 3.6. Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi bán kính r của cọc thay đổi. .......................................................................................................................................63 Bảng 3.7. Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi chiều dài L của cọc thay đổi. .......................................................................................................................................65 Bảng 3.8. Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi mật độ cọc thay đổi. .........66 Bảng 3.9. Tải trọng thí nghiệm nén tĩnh 3 cọc đơn .......................................................68 Bảng 3.10. Thời gian theo dõi độ lún và ghi chép số liệu .............................................69 Bảng 3.11. Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc 1-B-4 ...................................70 Bảng 3.12. Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc 3-B-4 ...................................70 Bảng 3.13. Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc 1-C-4 ...................................71 Hình 3.18. Đồ thị quan hệ tải trọng- chuyển vị của cọc 1-B-4. ....................................71 Bảng 3.14. Sức chịu tải cho phép của 3 cọc ứng với độ lún 8mm. ...............................72 Bảng 3.15. Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cụm 36 cọc ....................................................73 Bảng 3.16. Tổng hợp kết quả tính toán cọc ĐXM theo các mô hình với kết quả thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường ....................................................................................75 vii MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, ngành xây dựng Việt Nam cũng có sự chuyển mình mạnh mẽ, hàng loạt công trình cao tầng mọc lên ở các khu đô thị lớn. Theo đó, các công nghệ xử lý nền móng bằng cọc ép, cọc nhồi, cọc cát đã được khai thác và sử dụng triệt để. Tuy nhiên giá thành nguyên vật liệu ngày một tăng cao đang là vấn đề nan giải gây thiệt hại đối với nhà thầu và chủ đầu tư. Công nghệ cọc ép, cọc nhồi bê tông cốt thép, tuy có sức chịu tải lớn nhưng bên cạnh đó cũng bộc lộ những nhược điểm như giá thành cao, thời gian thi công kéo dài, gây ô nhiễm môi trường... Chính vì thế mà một công nghệ mới đã được nghiên cứu và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới, đó chính là công nghệ cọc đất trộn xi măng (gọi tắt là “cọc đất xi măng”, hay cũng có thể gọi là “trụ đất xi măng”). So với các công nghệ móng cọc khác, công nghệ cọc đất xi măng tỏ ra có hiệu quả kinh tế. Đặc biệt nó chính là một giải pháp hợp lý cho các công trình có tải trọng không lớn. Tuy nhiên, hiện nay thực tế khi tính toán cọc đất xi măng (ĐXM) đang được thực hiện theo các mô hình khác nhau, nhiều trường hợp còn chưa được phù hợp và thiếu chính xác ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của công trình. Do vậy nghiên cứu lựa chọn mô hình tính toán phù hợp với đặc điểm nền đất ở địa phương là nhu cầu thiết yếu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. II. Mục đích của đề tài Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu đề xuất phương pháp, mô hình tính toán, thiết kế cọc đất xi măng phù hợp với xây dựng công trình dân dụng trên nền đất yếu ở khu vực Sóc Trăng. III. Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm ba chương: 1 Chương 1: Tổng quan về giải pháp xử lý nền bằng chất kết dính. Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình tính toán. Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn mô hình tính toán cọc đất xi măng xứ lý nền đất yếu khu vực Sóc Trăng. Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công và xây dựng công trình, và nếu được hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất trong thực tiễn xây dựng các công trình vừa và cao tầng ở Việt Nam. IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp lý thuyết để phân tích, tính toán lựa chọn mô hình tính toán cọc ĐXM; Phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu khả năng làm việc của cọc ĐXM tại hiện trường; Phương pháp mô hình số: Sử dụng phần mềm Plaxis, Geo Slope để mô phỏng cọc ĐXM theo các mô hình tính toán khác nhau, từ đó so sánh lựa chọn mô hình tính toán cọc ĐXM và so sánh với kết quả hiện trường. V. Kết quả dự kiến đạt được Hiểu được cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán cọc ĐXM theo các mô hình khác nhau; Làm rõ khả năng làm việc thực tế của cọc ĐXM trong điều kiện nền đất yếu ở khu vực nghiên cứu qua kết quả thí nghiệm tại hiện trường; Đề xuất lựa chọn mô hình tính toán cọc ĐXM phù hợp với đặc điểm nền đất yếu khu vực Sóc Trăng; Ứng dụng mô hình tính toán cọc ĐXM công trình thực tế. 2 Nội dung, bố cục của Luận văn Nội dung, bố cục của luận văn dự kiến gồm các chương mục sau: MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài 2. Mục đích nghiên cứu 3. Nội dung nghiên cứu 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5. Phương pháp nghiên cứu 6. Kết quả đạt được 7. Cơ sở tài liệu luận văn NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN GỒM 3 CHƯƠNG: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CHẤT KẾT DÍNH 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng xử lý nền đất yếu bằng chất kết dính 1.2. Giải pháp xử lý nền bằng phương pháp trộn vôi 1.3. Giải pháp xử lý nền bằng cọc đất xi măng 1.4. Kết luận chương 1 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỌC ĐẤT XI MĂNG 2.1. Khái quát chung về các mô hình tính toán cọc đất xi măng 2.2. Tính toán cọc ĐXM theo mô hình cọc cứng 2.3. Tính toán cột xi măng đất theo mô hình nền tương đương 2.4. Tính toán cột xi măng đất theo mô hình nền hỗn hợp 3 2.5. Phân tích các mô hình tính toán 2.6. Kết luận chương 2 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỌC ĐẤT XI MĂNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC SÓC TRĂNG 3.1. Đặc điểm nền đất yếu khu vực Sóc Trăng 3.2. Phân tích, lựa chọn mô hình tính toán 3.3. Kết luận chương 3 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CHẤT KẾT DÍNH 1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng xử lý nền đất yếu bằng chất kết dính Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đã và đang áp dụng nhiều phương pháp cải tạo đất khác nhau, qua thử nghiệm và ứng dụng thực tiễn cho thấy các phương pháp cải tạo đã có tác dụng làm tăng độ bền của đất, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí xây dựng và các hiệu quả khác. Nếu xét đến các yếu tố như: tầm quan trọng của công trình, tải trọng, tác dụng, điều kiện thi công, thời gian xây dựng… thì việc lựa chọn giải pháp thích hợp cho từng loại đất riêng biệt sẽ rất quan trọng và được hệ thống trong bảng 1.1. Các phương pháp gia cố nền đất yếu có thể được tổng hợp lại theo các nhóm như sau tùy thuộc vào chỉ tiêu phân nhóm: * Theo đặc điểm của quá trình tương tác giữa đất yếu và tác nhân gia cố, có thể phân biệt các nhóm gia cố sau: - Phương pháp gia cố bằng tác nhân cơ học: trong hệ phương pháp này quá trình gia cường chủ yếu là quá trình cơ học. Đó là các phương pháp trụ cát, giếng cát, phương pháp trụ vật liệu rời, phương pháp đầm nén chặt… - Phương pháp gia cố bằng tác nhân hóa học: trong hệ phương pháp này các quá trình hóa học mang lại hiệu quả chủ yếu. Đó là phương pháp silicat hóa, phương pháp gia cố đất bằng vôi, xi măng, nhựa bitum… - Phương pháp gia cố bằng tác nhân hóa lý: trong hệ phương pháp này, các quá trình hóa lý mang lại hiệu quả chủ yếu, đó là phương pháp thẩm thấu, điện thẩm thấu, điện silicat… - Ngoài ra còn có các phương pháp gia cố bằng các tác nhân nhiệt, điện… 5 Bảng 1.1. Khả năng áp dụng biện pháp kỹ thuật cải tạo cho các loại đất khác nhau Cơ chế cải tạo Cốt Thời gian cải tạo Phụ thuộc sự tồn tại của thể vùi Đất hữu cơ Hỗn hợp trộn hay phụt vữa Tương đối ngắn Đầm chặt Thoát nước Lâu dài Lâu dài Đất sét nguồn gốc núi lửa Đất sét độ dẻo cao Đất sét độ dẻo thấp Đất bùn Đất cát Đất sỏi Trạng thái cải tạo đất Tương tác giữa đất và thể vùi (Không thay đổi trạng thái đất) Xi măng hóa Dung trọng cao do hệ số rỗng giảm (Thay đổi trạng thái đất) * Theo vật liệu để gia cố, có thể phân biệt: - Phương pháp gia cố bằng các vật liệu vô cơ: vôi, xi măng, tro xỉ… - Phương pháp gia cố bằng các vật liệu hữu cơ: bi tum, nhựa đường.. - Phương pháp gia cố bằng vật liệu Polime: vật liệu carbamid, lignhin.. *Theo mục đích gia cố: - Phương pháp gia cố làm tăng độ bền: đệm cát, trụ vật liệu rời… - Phương pháp gia cố làm giảm tính biến dạng: Trụ xi măng đất, gia tải trước… - Phương pháp gia cố làm tăng nhanh quá trình cố kết: các phương pháp sử dụng vật thoát nước thẳng đứng. * Theo phạm vi gia cố có thể phân biệt: - Phương pháp gia cố nông: phạm vi gia cố chỉ ở bề mặt như cấp phối thích hợp, đệm cát. - Phương pháp gia cố sâu: trụ vật liệu rời, trụ vôi, trụ xi măng đất… 6 Dựa trên phân loại này, người ta đưa ra các giải pháp kỹ thuật cụ thể phụ thuộc vào mục đích sử dụng và tính hiệu quả kinh tế. Sau đây luận văn sẽ giới thiệu tổng quan một số giải pháp gia cường nền đất yếu. 1.1.1. Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời * Khái niệm chung: Trụ vật liệu rời cấu tạo bằng cát hay đá (cuội sỏi) được đưa vào lớp đất yếu bằng phương pháp thay thế hoặc không thay thế. Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời là một phương pháp gia cố sâu, trong đó với công nghệ thích hợp tạo dựng trong nền đất yếu cần gia cố một trụ có kích thước xác định (đường kính, độ sâu) bằng vật liệu rời (cát, sỏi, đá dăm hoặc hỗn hợp của chúng). Các trụ vật liệu rời này được bố trí dưới móng với hình dạng, số lượng và khoảng cách phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của công trình xây dựng. Trụ vật liệu rời thông dụng nhất là trụ sử dụng vật liệu nhồi là đá dăm hay cát thô đầm chặt. Đất được cải tạo bằng trụ vật liệu rời gọi là đất hỗn hợp. Khi chất tải, trụ bị biến dạng phình lấn vào các tầng đất và phân bố lại ứng suất ở các mặt cắt bên trên của đất hơn là truyền ứng suất xuống các lớp đất dưới sâu. Điều đó làm cho đất chịu được ứng suất. Kết quả là cường độ và khả năng chịu lực của đất hỗn hợp có thể tăng lên và tính nén lún giảm. Ngoài ra nó còn giảm được ứng suất tập trung sinh ra trên các trụ vật liệu rời. Thành phần của trụ là vật liệu rời có tính thấm cao, nên trụ còn làm tăng nhanh độ lún cố kết, giảm trị số độ lún của công trình sau xây dựng. Kết quả bàn nén phẳng hiện trường giữa đất gia cố trụ vật liệu rời và đất chưa gia cố xem Hình 1.1. 7 Hình 1.1. Kết quả bàn nén phẳng hiện trường: 1- đất chưa gia cố; 2- đất đã gia cố * Công nghệ thi công trụ vật liệu rời Nhiều phương pháp khác nhau để tạo trụ vật liệu rời đã được sử dụng trên thế giới, tùy thuộc vào khả năng ứng dụng thực tế của chúng và khả năng có được các thiết bị thi công ở từng địa phương. Một số phương pháp thi công trụ vật liệu rời: - Phương pháp nén chặt bằng rung động; - Phương pháp thay thế bằng rung động; - Phương pháp rung động kết hợp; - Phương pháp khoan tạo lỗ. * Cơ chế phá hoại Trong thực tế trụ vật liệu rời được xây dựng xuyên qua toàn bộ lớp đất yếu nằm trên tầng rắn chắc (trụ chống). Cũng có thể làm những trụ mà mũi trụ chỉ trong phạm vi lớp đất yếu (trụ treo). Dưới tác dụng của tải trọng, các trụ vật liệu rời có thể bị phá hoại riêng từng trụ hay cả nhóm. Cơ chế phá hoại đối với một trụ đơn được minh họa trên Hình 1.2. Có các loại phá hoại sau: a) phình ra bên; b) cắt qua trụ; c) trượt trụ. 8 Hình 1.2. Cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất (theo Barksdale và Bachus, 1983) * Khả năng chịu tải giới hạn của trụ đơn riêng biệt vật liệu rời Đối với trụ đơn riêng biệt vật liệu rời, cơ chế phá hoại phình ra bên là dễ xảy ra nhất. Cơ chế này có thể xảy ra đối với loại trụ mà trụ còn ở trong lớp đất sét yếu hoặc đã tựa vào lớp đất sét cứng chắc.ứng suất không nở hông giữ trụ thường được xác định dựa vào sức kháng bị động giới hạn mà đất xung quanh trụ có thể phát huy khi trụ phình ra phía ngoài. Hầu hết các phương pháp dự tính khả năng chịu tải giới hạn của trụ đơn được phát triển dựa vào mô hình phá hoại đã nêu ở trên. * Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ vật liêu rời Phương pháp chung dự tính khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ vật liệu rời đều cho rằng góc ma sát trong của đất dính xung quanh trụ và lực dính trong trụ vật liệu rời là không đáng kể. Hơn nữa cường độ của trụ vật liệu rời và của đất dính đều được phát huy đầy đủ. Nhóm trụ cũng xem như được chất tải bởi móng cứng. Khả năng chịu tải giới hạn theo Barksdale và Bachus (1983) được xác định bằng bề mặt phá hoại gần đúng từ hai đoạn thẳng như trên Hình 1.3. 9 σ σ σ σ β σ β σ Hình 1.3. Phân tích nhóm trụ vật liệu rời (theo Barksdale và Bachus, 1983 * Độ lún tổng hợp Hầu hết các phương pháp dự đoán độ lún của đất hỗn hợp đều cho rằng vùng đất chất tải là vô cùng rộng và được gia cố bằng các trụ vật liệu rời có đường kính và khoảng cách không đổi. Với điều kiện chất tải và kích thước hình học như vậy việc lý tưởng hóa một đơn nguyên là cần thiết. Mô hình của một đơn nguyên được chất tải bởi tấm phẳng cứng tương tự như thí nghiệm cố kết thấm một chiều. Vì vậy đơn nguyên được giới hạn bởi một tường cứng không có ma sát và ứng suất thẳng đứng tại mọi vị trí nằm ngang đều giống nhau. Tỉ lệ giảm độ lún còn được biểu thị như là hàm của tỉ diện tích thay thế as , góc ma sát trong của vật liệu rời ϕ s , hệ số tập trung ứng suất… * Phạm vi áp dụng Nên sử dụng khi nền đất yếu có bề dày hạn chế nhỏ hơn độ sâu vùng hoạt động của tải trọng công trình và dưới nó là lớp đất tốt; 10