CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU Nước ta có vị trí địa lý thuận lợi, nằm trong khu vực kinh tế phát triển năng động của thế giới và có bờ biển kéo dài từ Bắc đến Nam hơn 3400km. Trong giai đoạn phát triển kinh tế hiện nay, tận dụng các nguồn lực trong nước và quốc tế, chúng ta ngày càng phát triển hạ tầng kỹ thuật, xây dựng nhiều khu công nghiệp, hải cảng và sân bay trên các vùng duyên hải. Đặc biệt khi ta có chủ trương phát triển kinh tế biển trong thế kỷ XXI, việc xây dựng mới các công trình càng diễn ra khẩn trương hơn.
Những vị trí địa lý thuận lợi thường nằm trên những khu vực có địa chất rất yếu; các châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long và đồng bằng ven biển miền Trung là những vùng đất yếu đó. Do vậy, việc xây dựng các công trình có tải trọng lớn trước tiên cần có giải pháp cải tạo đất yếu hiệu quả. Nhiều biện pháp cải tạo nền đất yếu đã được áp dụng thành công như gia tải trước bằng cát đắp kết hợp bấc thấm, giếng cát, cọc cát. Gần đây, việc áp dụng các biện pháp tiên tiến trên thế giới vào các công trình trong nước cũng mang đến những thành công vượt mong đợi về hiệu quả và thời gian.
Phương pháp gia tải trước bằng đất đắp kết hợp bơm hút chân không đã được áp dụng vào một số công trình trọng điểm. Kết quả cho thấy nhiều ưu điểm và có triển vọng áp dụng phổ biển. Hiện nay, bơm hút chân không là công nghệ mới nên ít nhiều gây khó khăn cho các cán bộ địa kỹ thuật áp dụng hiện phương pháp này. Do đó, việc nắm vững và vận dụng hợp lý phương pháp hút chân không là một nhu cầu cấp thiết.
TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI Mặc dù đã có nhiều đề tài nghiên cứu về công nghệ hút chân không, nhưng hầu như các tác giả chủ yếu phân tích, dự đoán ứng xử của đất nền ở mức độ vĩ mô. Tức là quan tâm đến ứng xử của cả nền đất yếu bên dưới công trình mà chưa chú ý LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG KHÁNH TOÀN 2 nhiều đến ứng xử của từng phân tố đất chịu ảnh hưởng trực tiếp của lực hút chân không. Trong khi đó, áp lực chân không tác dụng lên nền là không đồng đều, chỉ có các phân tố đất ở gần lõi thấm mới chịu ảnh hưởng rõ rệt nhất của áp lực chân không, càng ra xa lõi thấm, ảnh hưởng này giảm dần. Do vậy, vấn đề mấu chốt cần quan tâm là trường ứng suất – biến dạng và trường chuyển vị của từng phân tố đất trong lăng trụ thấm là như thế nào? Và vì sao phương pháp bơm hút chân không lại có nhiều ưu điểm hơn so với một số phương pháp truyền thống? Như vậy, có thể thấy rằng, trạng thái của những phân tố đất chịu ảnh hưởng trực tiếp áp lực chân không mới phản ánh đúng ứng xử của đất nền trong công nghệ này.
Chính vì điều đó, luận văn này được tiến hành nhằm mục đích phân tích các trường ứng suất – biến dạng và chuyển vị của các phân tố đất chịu ảnh hưởng của áp lực chân không và ứng suất do tải trọng đắp truyền vào nền. Sử dụng ưu thế của phương pháp phần tử hữu hạn, đề tài này phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng và áp lực lỗ rỗng khi cải tạo nền sét yếu bằng bấc thấm và bấc thấm kết hợp hút chân không trên cơ sở xem xét các ứng xử của đất theo mô hình đàn hồi và đàn dẻo. Mô hình đàn hồi thì khá đơn giản, còn mô hình đàn dẻo (trong luận văn này đại diện là Cam clay cải tiến) mô tả trạng thái đất gần với thực tế hơn. Vì lẽ đó, các kết quả đạt được của đề tài này cung cấp một cách nhìn mới về tầm quan trọng của việc lựa chọn mô hình ứng xử của đất yếu trong phương pháp cố kết chân không.
Kết quả đạt được diễn tả sự khác biệt trong ứng xử của đất khi khảo sát từ biên ngoài vào biên trong mẫu đất đang cố kết thoát nước theo phương xuyên tâm, một vấn đề khá quan trọng trong nghiên cứu cải tạo đất yếu bằng giếng thấm. Trên phạm vi rộng, những kết quả này có thể rất cần thiết cho các cán bộ thiết kế cải tạo đất yếu bằng công nghệ bơm hút chân không. Các kiểu quan sát ứng xử phụ thuộc vào phần lớn việc mô tả trạng thái đất. Vì vậy, tác giả thực hiện các phép phân tích để đối chiếu trạng thái ứng xử của đất theo mô hình đàn hồi và đàn LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG KHÁNH TOÀN 3 dẻo để xác định tầm ảnh hưởng của các mô hình là như thế nào đến ứng xử của đất nền.
NỘI DUNG THỰC HIỆN Nghiên cứu này dùng chương trình phần tử hữu hạn để mô phỏng trạng thái của đất theo hai mô hình đất nền khác nhau trong điều kiện hút chân không. Mục tiêu chính của nghiên cứu này nhằm đạt được các nội dung sau: [1]. Tổng quan về đất yếu và phương pháp gia tải trước. Nghiên cứu nguyên lý cải tạo đất yếu bằng phương pháphút chân không.
Phân tích sự cố kết thoát nước theo phương xuyên tâm vào lõi thấm của lăng trụ đất cố kết thường (Normal Consolidation – NC) dưới tải trọng đất đắp và áp suất chân không. Quá trình cố kết của mẫu đất sẽ được mô phỏng theo hai mô hình: đàn hồi đẳng hướng (Isotropic Elastic) và đàn dẻo (Cam clay cải tiến). Các kết quả phân tích sẽ được so sánh dựa trên các phương diện: Áp lực lỗ rỗng thặng dư, Chuyển vị xuyên tâm, chuyển vị theo phương tiếp tuyến, biến dạng thể tích phân bố trên phương bán kính. Các lộ trình ứng suất và sự phân bố các ứng suất theo phương bán kính giữa hai biên của mẫu, độ lệch ứng suất.
Các lộ trình biến dạng và sự phân bố các biến dạng theo phương bán kính giữa hai biên của mẫu, độ lệch biến dạng. Mẫu đất được phân tích với trường hợp gia tải: hút chân không 80kPa kết hợp đắp gia tải 80kPa. LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG KHÁNH TOÀN 4 Dựa trên các kết quả phân tích theo hai mô hình đàn hồi đẳng hướng và Cam clay cải tiến, tác giả rút ra kết luận về trạng thái ứng xử của đất theo hai mô hình khác nhau như thế nào và việc chọn mô hình đất nền phù hợp có ảnh hưởng ra sao đến kết quả dự đoán ứng xử của đất yếu trong phương pháp cố kết chân không. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI Do thời gian thực hiện có hạn nên đề tài không đề cập đến các vấn đề sau: Sức chịu tải của đất trong quá trình cố kết thoát nước theo phương xuyên tâm.
Ứng xử của đất sét quá cố kết. Tác động của cố kết theo phương ngang đến tốc độ cố kết. LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG KHÁNH TOÀN 5 CHƯƠNG 2. Khái niệm Theo Terzaghi và Peck (1967),đất sét rất yếu có cường độ nén đơn qu nhỏ hơn 25kPa và yếu khi lớn hơn 25kPa và nhỏ hơn 50kPa.
Cũng có một số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có sức chống cắt su<40kPa, hệ số rỗng e>1 và giới hạn lỏng wl > 50%. Phân loại Sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200μm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ (20 – 80%) có ở các đầm lầy; Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Đất bazan: đất yếu độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập. LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG KHÁNH TOÀN 6 Bảng 2.
Một số chỉ tiêu phân biệt đất yếu Độ rỗng tự Cường độ chịu Chỉ tiêu Hàm lượng nước tự nhiên (%) nhiên cắt (kPa) ≥ 35 và giới hạn lỏng ≥ 1.0 < 35 Góc Hệ số co Hàm lượng nước tự Độ rỗng tự Độ bão nội ma Loại đất ngót nhiên (%) nhiên hoà (%) sát UU (MPa-1) (o) Đất sét > 40 > 1. Ảnh hưởng của đất yếu Nền đất yếu không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và cóbiến dạnglớn, do vậy khi xây dựng các công trìnhtrên nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta chọn giải pháp nền móng phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún. Công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Nên, việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức cần thiết, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế nhằm giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng cho công trình.
Bên cạnh đó, việc đánh giá không đúng mức tầm quan trọng của công tác cải tạo nền đất yếu nên cũng gia tăng nguy cơ gây ra sự cố về nền móng công trình. LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG KHÁNH TOÀN 7 2. Nền đất yếu tại Việt Nam Nền đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven sông, biển) hoặc ở các thung lũng thuộc vùng núi… có chung đặc tính là lượng nước tự nhiên lớn ( ≥ 35%) độ lún cao, cường độ chịu cắt thấp (< 35kPa), hệ số rỗng lớn (e ≥ 1,0) và độ thoát nước kém. Các khu vực châu thổ Bắc bộ, đồng bằng Thanh – Nghệ Tĩnh, ven biển Trung bộ, đến đồng bằng Nam Bộ đều có những vùng đất yếu.
Đối với các công trình được xây dựng trên nền đất yếu, trước khi tiến hành thi công cần phải sử dụng các biện pháp cải tạo nền cho phù hợp với tải trọng công trình. CẢI TẠO ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC 2. Gia tải trước Công trình xây dựng trên nền đất yếu sẽ chịu lún đáng kể. Do vậy trước đó người ta chất tải để buộc nền đất lún xuống đến mức cần thiết.
Sau đó dỡ tải và tiến hành thi công công trình.
