I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Xử Lý Nền Đất Yếu Cao Tốc
Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải bằng đất đắp và hút chân không là một trong những phương pháp cải tạo đất hiệu quả nhất hiện nay. Phương pháp này bao gồm việc đặt các giếng thấm vào đất, sau đó tạo ra áp suất gia tải (bằng đất đắp hoặc/ và hút chân không) để thúc đẩy quá trình cố kết của đất. Phương pháp này sử dụng áp lực chân không như một lớp gia tải để đẩy nhanh quá trình cố kết của đất yếu. Áp lực chân không được sử dụng khoảng 60-80 kPa (Áp lực chân không của khí quyển tối đa là 100kPa). Kết quả của phương pháp này là đẩy nhanh quá trình cố kết, cải thiện tính ổn định của cơ sở hạ tầng/ nền móng. Phương pháp cố kết chân không được phát kiến năm 1952 ở Thụy Điển bởi W. Kjellman và bắt đầu phát triển ở Thụy Điển và Nhật Bản trong những năm 60 của thế kỉ trước.
1.1. Ứng Dụng Thực Tế Xử Lý Nền Đất Yếu Tại Việt Nam
Ở Việt Nam, phương pháp này được sử dụng phổ biến trong các dự án xây dựng cơ sở hạ tầng gần đây, đặc biệt là trên các khu vực đất yếu và dễ nén lún. Các dự án tiêu biểu sử dụng phương pháp này gồm dự án mở rộng cảng Cái Mép - Thị Vải, cao tốc HCM – LT - DG, một số dự án cao tầng: WaterFont, Mizuki Park… ở xung quanh Tp. Hồ Chí Minh. Hiện tại, trong hệ thống tiêu chuẩn việt nam, đã có tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu (TCVN 9842:2013 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết hút chân không có màng kín khí trong xây dựng các công trình giao thông – thi công và nghiệm thu), tuy nhiên, các tài liệu để phục vụ cho công tác thiết kế là còn hạn chế.
1.2. Mục Tiêu Nghiên Cứu và Kiểm Chứng Ứng Xử Cố Kết
Nghiên cứu này tổng hợp các nghiên cứu gần đây ở trong và ngoài nước về ứng xử của nền đất yếu dưới tác động của gia tải đắp và hút chân không, kiểm chứng với số liệu quan trắc thực tế từ dự án cao tốc Tp. HCM – Long Thành – Dầu Giây, nhằm đưa ra những tham khảo hữu ích cho việc tính toán và áp dụng phương án bấc thấm kết hợp gia tải và hút chân không trong các dự án sau này. Nghiên cứu này nhằm phân tích làm rõ những vấn đề như sau: 1) Phân tích và kiểm chứng ứng xử cố kết khi sử dụng bấc thấm và gia tải hút chân không kết hợp đắp đất trên cơ sở kết quả tính toán giải tích, mô phỏng số và kết quả quan trắc.
II. Tại Sao Cần Nghiên Cứu Xử Lý Nền Đất Yếu Cho Cao Tốc
Nghiên cứu này xác định được các ứng xử về chuyển vị, hệ số cố kết, thời gian cố kết, khoảng các bấc thấm trong công tác dự báo độ lún khi xử lý nền đường đắp trên đất yếu có gia tải hút chân không. Nghiên cứu đề xuất giá trị giả thiết thích hợp về hệ số cố kết hướng trục so với hệ số cố kết đứng sử dụng trong tính toán dự báo lún khi xử lý đất yếu có gia tải hút chân không. Có thể tham khảo nghiên cứu để dự báo ứng xử của đất nền khi xử lý đất yếu có gia tải hút chân không trong công tác thiết kế hạ tầng và đường giao thông.
2.1. Phạm Vi Nghiên Cứu Về Ứng Xử Nền Đất Yếu
Đối tượng của luận văn này là ứng xử của nền đất yếu khi được cải tạo bằng bấc thấm, gia tải đất đắp kết hợp hút chân không. Các ứng xử của nền đất yếu như chuyển vị, hệ số cố kết, áp lực nước lỗ rỗng và tương quan về hiệu quả giữa các phương án gia tải sẽ được tập trung nghiên cứu. Phạm vi của luận văn này là nền đất yếu được xử lý bằng phương pháp gia tải đắp đất kết hợp hút chân không của dự án Cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây ở đoạn KM18+725.
2.2. Phương Pháp Thống Kê và Mô Phỏng Số Được Sử Dụng
Thu thập, phân tích, tổng hợp, kế thừa các nghiên cứu đã có. Cải tạo nền đất yếu bằng phương án bấc thấm và gia tải đắp đã có các nghiên cứu đầy đủ qua các công trình tiêu biểu của Terzaghi (Terzaghi, 1943), Baron (Baron, 1948), Hansbo (Hansbo, 1979), Indraratna (Indraratna, 1998)… Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ, phương pháp gia tải hút chân ngày càng trở nên phổ biến, các mô hình phân tích ứng xử của đất nền trong phương pháp này trở thảnh chủ để được quan tâm nghiên cứu qua các công trình của Bergado (2002), Chen (Chen et al., 2007), Indranatna (Indranatna et al.
2.3. Mô Phỏng Số Bằng Phần Mềm Plaxis 2D
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PLAXIS 2D v20) mô phỏng quá trình thi công, so sánh kết quả mô phỏng với kết quả tính toán và quan trắc thực tế để kiểm chứng nghiên cứu.
III. Cơ Sở Lý Thuyết Xử Lý Nền Đất Yếu Bằng Bấc Thấm
Luận văn gồm các phần: Mở đầu, 3 chương, Kết luận và kiến nghị. Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu bấc thấm và gia tải hút chân không. Giới thiệu toàn cảnh về bấc thấm và gia tải hút chân không cùng với lịch sử hình thành và ứng dụng. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Tổng hợp các mô hình lý thuyết và công trình nghiên cứu đã được thực hiện. Bài toán cố kết thấm một chiều, cố kết hướng trục được xem xét trước. Tiếp đó là lịch sử hình thành phát triển của bấc thấm và tính toán bấc thấm. Cuối cùng là những nghiên cứu về bài toán gia tải đồng thời: hút chân không kết hợp với bấc thấm và gia tải truyền thống, cùng với những đề xuất cho việc mô phỏng số cho ứng xử của nền đất yếu khi áp dụng các phương pháp này.
3.1. Các Chương Trình Nghiên Cứu Được Thực Hiện
Chương 3: Kết quả nghiên cứu. Trình bày phương pháp nghiên cứu nhằm đạt được các mục tiêu nghiên cứu; trình bày các dữ liệu cơ bản để làm cơ sở thực nghiệm của luận văn; trình bày kết quả nghiên cứu và đánh giá kết quả nghiên cứu dựa trên tương quan giữa cơ sở thực nghiệm với kết quả tính toán giải tích, kết quả mô phỏng số.
3.2. Giới Hạn Phạm Vi Nghiên Cứu Về Xử Lý Nền Đất
Nghiên cứu này tập trung phân tích ứng xử cố kết của nền đất yếu dưới tác dụng của gia tải chân không và gia tải đắp kết hợp với bấc thấm với giả thiết từ bài toán cố kết là nền đồng nhất và hệ số cố kết là không thay đổi. Nghiên cứu này chưa xem xét đến sự thay đổi hệ số thấm, phân tích hệ số thấm của vùng xáo trộn, cũng như sự gia tăng sức chống cắt của nền khi gia tải.
IV. Ưu Điểm Của Bấc Thấm Cải Tạo Nền Đất Yếu Cao Tốc
Trong những năm gần đây, dưới sự phát triển của ngành địa kĩ thuật và nhu cầu về phát triển hạ tầng, các phương án xử lý nền đất yếu đã được nghiên cứu áp dụng rộng rãi để cải thiện chất lượng nền móng công trình và tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng. Phương án gia tải chân không kết hợp đắp đất và bấc thấm là một trong những biện pháp hiệu quả để xử lý nền đất yếu thông qua việc đẩy nhanh quá trình cố kết. Áp dụng gia tải chân không đã giải quyết được những điểm yếu của phương pháp gia tải bằng đất đắp truyền thống như giới hạn về độ ổn định của nền đất (hạn chế về chiều cao đắp và bệ phản áp) và thời gian cố kết.
4.1. So Sánh Kết Quả Phân Tích Số Liệu Quan Trắc
Nghiên cứu này kiểm chứng lại nghiên cứu về cố kết thấm của Terzaghi (1943), lời giải của Hansbo (1979), của Indraratna (2005) và các tác giả khác áp dụng cho ứng xử của nền đất yếu sử dụng bấc thấm dưới ảnh hưởng của gia tải chân không kết hợp gia tải đất đắp. Các kết quả phân tích ngược từ số liệu quan trắc thực tế bằng phương pháp Asaoka (1978) cũng được áp dụng để đánh giá độ lún cuối cùng và hệ số cố kết thực tế C’h.
4.2. Mô Phỏng Số Bằng Phần Mềm Plaxis 2D
Phương pháp số được trình bày bằng cách sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng quá trình thi công dựa trên mô hình phẳng của Indraratna (2000). Các thông số của bài toán mô phỏng được tính toán áp dụng dựa trên các nghiên cứu gần đây nhằm đưa ra mô hình phù hợp để kiểm chứng với kết quả thực tế.
