ĐẶT VẤN ĐỀ Phương pháp thí nghiệm cố kết theo sơ đồ tốc độ biến dạng không đổi (CRS), có một số ưu điểm nhất định so với phương pháp gia tải từng cấp IL (truyền thống). Các ưu điểm có thể kế đến là: thí nghiệm nhanh hơn (từ 1-2 ngày cho một thí nghiệm bao gồm cả công tác chuẩn bị) so với phương pháp truyền thống (mỗi cấp tải là 24h) và vì thế thời gian để thử nghiệm một mẫu đất sét yếu có thể lên đến hơn 7 ngày đối với phương pháp gia tải từng cấp truyền thống; dữ liệu được thu thập từ kết quả thí nghiệm CRS một cách liên tục do đó đường quan hệ e-logp’ sẽ là đường liên tục so với sơ đồ thí nghiệm truyền thống có các điểm rời rạc theo cấp gia tải.8 C¸i MÐp HiÖp Phíc H¶i Phßng Cµ Mau 0.4 104 103 c v (cm2/d) 102 101 101 102 103 101 102 103 101 102 103 101 102 103 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa) CRS IL Hình A- 1 Kết quả thí nghiệm tiêu biểu của đất sét yếu cho một số vùng ở Việt Nam Dễ dàng nhận thấy rằng với các điểm rời rạc như trên Hình A- 1 từ thí nghiệm nén cố kết bằng hộp nén một chiều Oedometer với sơ đồ gia tải từng cấp IL (truyền thống), rất khó xác định được chính xác áp lực tiền cố kết, đây là một thông số rất quan trọng được sử dụng trong bài toán xác định độ lún của nền đất yếu. Tuy vậy, với độ dốc của đường cong e-logp’ ở giai đoạn cố kết trước (OC) và giai đoạn cố kết thường (NC) tương ứng với hai loại thí nghiệm này có giá trị gần xấp xỉ nhau nên có thể xem như không thay đổi theo phương pháp thí nghiệm. Hơn nữa với các giá trị Luận án tiến sĩ Kĩ thuật -2- hệ số cố kết cv cũng tương ứng xấp xỉ nhau và cũng không phụ thuộc phương pháp thí nghiệm giữa tốc độ nhanh theo sơ đồ CRS và tốc độ chậm theo sơ đồ IL.
Mặt khác việc so sánh áp lực tiền cố kết theo kết quả thí nghiệm CRS lớn hơn từ kết quả thí nghiệm IL do đó nhiều tác giả nghiên cứu không công nhận tính khả thi của thí nghiệm CRS vào bài toán cố kết thực tế. Điều này dẫn đến việc có khá ít nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm CRS vào tính toán thiết kế thực hành trong xử lý nền đất yếu, đặc biệt là việc xử lý đất yếu có dùng bấc thấm (PVD) kết hợp gia tải trước (Surcharge) kết hợp bơm hút chân không (Vacuum). Mặc dù ưu điểm của thí nghiệm CRS khá rõ ràng như trình bày ở Hình A- 1 trên kết quả thí nghiệm CRS so sánh với kết quả thí nghiệm IL do tác giả tổng hợp từ chính nghiên cứu này cho các mẫu nguyên dạng ở cùng độ sâu lấy mẫu tiêu biểu cho đất sét yếu Việt Nam, nhưng đến nay vẫn chưa có nghiên cứu ứng dụng kết quả thí nghiệm CRS vào các công trình ở Việt Nam. Vì vậy tác giả nghiên cứu khả năng ứng dụng kết quả thí nghiệm CRS trên mẫu nguyên dạng để xác định thông số đầu vào cho bài toán phân tích cố kết thông qua số liệu quan trắc hiện trường tại các công trình xử lý nền đất yếu ở Việt Nam và các vấn đề chưa được xét đến trong tiêu chuẩn Việt Nam kết hợp đề xuất mô hình cải tiến cho bài toán cố kết có sử dụng lõi thấm đứng.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong giai đoạn phát triển hiện nay, rất nhiều dự án xử lý nền đất yếu ở Việt Nam có sử dụng lõi thấm đứng như giếng cát (Sand Drain) hoặc bấc thấm (Prefabricated Vertical Drain) kết hợp gia tải trước (Surcharge) và có hoặc không có kết hợp với hút chân không (Vacuum), hơn nữa đất yếu của Việt Nam (độ ẩm tự nhiên xấp xỉ giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, và sức chống cắt bé) thuộc trầm tích đệ tứ (Holocene và Pleitocene) phân bố dọc theo các đồng bằng ven biển của Việt Nam và trải dài từ đồng bằng Bắc Bộ đến đồng bằng sông Cửu Long. Với điều kiện địa chất như thế thì nền đất thường đòi hỏi cần được xử lý để chịu tải công trình. Luận án tiến sĩ Kĩ thuật -3- o Tuy nhiên rất nhiều dự án ở nước ta hiện nay sau khi xử lý vẫn thể hiện độ lún dư kéo dài làm cho việc vận hành bình thường công trình rất khó khăn và tốn kém. o Độ lún theo thời gian của nền được tính toán theo các tiêu chuẩn hiện hành là qui đổi tương đương về một lớp có hệ số cố kết trung bình, dẫn đến sự kém chính xác của bài toán.
o Các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam cũng không nêu các cách xác định độ lún cuối cùng ngoài phương pháp được Asaoka, 1978 đề xuất [1], phương pháp hồi qui từ kết quả quan trắc theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam như TCVN 9842-2013 [50], TCVN 9355-2012 [49] và 22 TCN262-2000 [48]. Mặc dù các công trình cũng đã dùng đến các phương pháp này tuy nhiên vẫn chỉ có thể xác định được độ lún cuối cùng không đủ độ chính xác cần thiết. Các lời giải nêu trong tiêu chuẩn hiện hành dưới dạng nền qui về một lớp tương đương với các đặc trưng cố kết tương đương. o Tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam TCVN 4200-2012 [51] chỉ có qui định về phương pháp thí nghiệm cố kết gia tải từng cấp để xác định các đặc trưng nén lún của đất trong phòng thí nghiệm.
o Chưa có tiêu chuẩn được ban hành về việc áp dụng sơ đồ thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi (CRS) trong các qui trình chính thức đã được cập nhật của Việt Nam. Cho đến hiện nay có một số nghiên cứu của Umehara, 1983 [55], Suzuki, 2004 [46], Suzuki, 2008 [45], Đào Thị Vân Trâm, 2013 [11] và Suzuki & Nguyễn Công Oanh, 2013 [44] về việc áp dụng trực tiếp kết quả thí nghiệm CRS vào thực tế xây dựng, tuy nhiên nghiên cứu này chỉ giới hạn ở một số công trình thực tế được tính toán nằm ở Nhật Bản và áp dụng vào hố đào sâu ở khu vực Thị Vải, Việt Nam. Luận án tiến sĩ Kĩ thuật -4- Do đó, hiện nay cần thiết nghiên cứu ứng dụng thí nghiệm CRS vào thực tiễn đối với bài toán xử lý nền đất yếu trong điều kiện Việt Nam, cũng như đưa ra cách xác định độ lún cuối cùng một cách tương đối chính xác để có thể sử dụng trong thực tế xử lý nền đất yếu tại Việt Nam. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU o Sử dụng kết quả thí nghiệm CRS để xác định thông số đầu vào (Cc1, Cc2, Cr, ’c, cv(NC), ch(NC), cv(OC), ch(OC), e0) cho bài toán phân tích cố kết có dùng bấc thấm (PVD) trong điều kiện đất sét yếu ở Việt Nam.
Phân tích bài toán bấc thấm có chiều dài thay đổi nhỏ hơn chiều dày lớp đất yếu bằng chương trình theo phương pháp sai phân hữu hạn FDM. o Thiết lập được một số tương quan cho đất sét yếu ở Việt Nam. o Lập chương trình bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) cho nền nhiều lớp để phân tích bài toán cố kết có sử dụng bấc thấm (PVD). ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU o Đất sét trầm tích Holocene yếu ở một số công trình cảng và nhà máy trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng.
o Thí nghiệm CRS, IL và các thí nghiệm hiện trường thông dụng có sử dụng trong công tác khảo sát địa kỹ thuật phục vụ xử lý nền đất yếu. o Các công trình có sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước bằng tải trọng đắp hoặc bơm chân không. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU o Không nghiên cứu về mặt chế tạo hay hiệu chỉnh thiết bị thí nghiệm, không đưa ra sơ đồ thí nghiệm mới. Mà chỉ tập trung vào nghiên cứu để ứng dụng phương pháp thí nghiệm có sẵn vào các công trình trong điều kiện Việt Nam.
Luận án tiến sĩ Kĩ thuật -5- o Không nghiên cứu phần từ biến trong phạm vi luận án này. o Không sử dụng phần mềm thương mại trong luận án để so sánh. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN o Lập các mối tương quan cho đất sét yếu ở một số khu vực nghiên cứu Hệ số cố kết cv(CRS) có so sánh với giá trị ch(CPTu) từ thí nghiệm CPTu tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng. Áp lực tiền cố kết theo kết quả thí nghiệm CRS và IL.
Áp lực tiền cố kết theo thí nghiệm CRS ở các tốc độ khác nhau. Áp lực tiền cố kết với kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh CPTu Tỷ số sức kháng cắt không thoát nước (su/’v) với OCR. o Xác định thông số đầu vào (Cc1, Cc2, Cr, ’c, cv(NC), ch(NC), cv(OC), ch(OC), e0) cho bài toán từ kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS. o Cải tiến lời giải hiện có và đề xuất mô hình cải tiến nhiều lớp cho bài toán cố kết có sử dụng lõi thấm đứng và phát triển phần mềm CONSOPRO.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Ý NGHĨA KHOA HỌC o Xác lập phương trình cố kết thấm đối với lõi thấm đứng (VD) cho nền nhiều lớp có sự biến thiên các thông số như chỉ số nén, nở, hệ số cố kết theo trạng thái OC và NC trong quá trình xử lý. Ý NGHĨA THỰC TIỄN o Ứng dụng thí nghiệm CRS vào thực tế sản xuất và sử dụng mô hình nền nhiều lớp để giảm thiểu sai số về độ lún sau thi công. Luận án tiến sĩ Kĩ thuật -6- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TRONG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN ĐỊA KỸ THUẬT 1.1 PHÂN BỐ ĐẤT YẾU TRONG KHU VỰC VÀ VIỆT NAM Hình 1-1 thể hiện phân bố các vùng đất yếu của khu vực Đông Nam Châu Á, trong đó có đồng bằng Bắc Bộ và sông Cửu Long bao phủ toàn bộ vùng đất yếu của miền Nam Việt Nam. Nhận thấy rằng các khu vực đất yếu này hầu hết là các khu vực trầm tích bờ biển với đất sét yếu Holocence.
Hình 1-1 Bản đồ phân vùng đất yếu Holocene của khu vực châu Đông Nam Châu Á theo Cox, 1970 [9] Theo nghiên cứu của các tác giả trước đây đã được công bố như Ngô Quang Toàn, 2000 [54], Nguyễn Văn Thơ & Trần Thị Thanh, 2002 [53], trầm tích Holocene được phân bố trải dài theo các đồng bằng ven biển nước ta đặc biệt khu vực đồng bằng Bắc Bộ (Vùng I) và đồng bằng sông Cửu Long (Vùng IV) như thể hiện ở Hình Luận án tiến sĩ Kĩ thuật -7- 1-2.