Chương 1. Tổng quan về phương pháp tính toán độ lún cố kết sơ cấp của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất – xi măng; Chương 2. Hiệu ứng vòm trong nền đất đắp ảnh hưởng đến sự phân phối ứng suất tác dụng lên trụ đất - xi măng và đất yếu xung quanh trụ; Chương 3. Lựa chọn mô-đun đàn hồi của trụ đất - xi măng từ các kết quả của các thí nghiệm nén nở hông và thí nghiệm nén tĩnh trụ đơn; Chương 4.
Phương pháp tính toán độ lún cố kết sơ cấp của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng; Kết luận và kiến nghị. 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỐ KẾT SƠ CẤP CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG TRỤ ĐẤT – XI MĂNG Trụ đất - xi măng là một phương pháp được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực cải tạo và gia cố nền đất yếu, đặc biệt ở những công trình mà yêu cầu về vấn đề biến dạng của nền đất được quan tâm và kiểm soát nghiêm ngặt. Để hạ giá thành xây dựng và giảm thiểu tối đa ảnh hưởng đến môi trường đất, việc cải tạo nền đất sét yếu bằng trụ đất - xi măng đã được ứng dụng vào nhiều dự án thực tế. Ứng xử của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng dạng trụ treo khác với ứng xử của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng dạng trụ chống.
Hơn hết, ứng xử cố kết của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất – xi măng vẫn là một đề tài thu hút nhiều sự quan tâm kể cả nhà ứng dụng thực tiễn và các nhà nghiên cứu với nhiều nghiên cứu về việc dự đoán các ứng xử kỹ thuật của nền đất được gia cố bằng trụ đất - xi măng. Một trong những khía cạnh quan trọng trong việc thiết kế một hệ thống trụ đất - xi măng nhằm mục đích gia cố đó là việc tính toán độ lún cố kết của nền đất yếu được gia cố. Yin và Fang [2] cũng như Chai và Pongsivasathit [3] đã khảo sát ứng xử cố kết của mô hình nền hỗn hợp gồm trụ đất – xi măng và đất yếu được tiến hành trong phòng thí nghiệm với điều kiện đối xứng trục. Trong đó, Yin và Fang [2] đã giả thiết rằng tốc độ cố kết của nền hỗn hợp nhanh hơn bởi vì các trụ đất - xi măng có tính thấm cao và đóng vai trò như một thiết bị thoát nước.
Ngược lại, Chai và các cộng sự [4] đã bàn luận về vấn đề này và giải thích rằng các trụ đất - xi măng thúc đẩy quá trình cố kết nhờ độ cứng của chúng lớn dẫn đến hệ số cố kết lớn hơn so với nguyên nhân là do tính thấm lớn hơn. Chai và Pongsivasathit [3] đã đưa ra một phương pháp dự đoán đường cong lún theo thời gian của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng dạng treo. Sau đó, Pongsivasathit và các cộng sự [5] đã cải tiến phương pháp của Chai và Pongsivasathit để xét tới ảnh hưởng xâm nhập tương đối của trụ đất - xi măng vào trong lớp đất yếu bên dưới trụ. Bên cạnh đó, Yang và các cộng sự [6] đã đưa ra lời giải giải tích cho vấn đề cố kết của nền hỗn hợp được gia cố bằng trụ không thấm dạng treo.
Miao và các cộng sự [7] đưa lý thuyết cố kết của nền hai lớp vào cho 5 bài toán nền gia cố bằng trụ đất - xi măng dạng treo. Bên dưới trình bày tóm tắt hai phương pháp đã được các tác giả đề xuất.1 PHƯƠNG PHÁP CỦA CHAI VÀ CÁC CỘNG SỰ ĐÃ ĐƯỢC HIỆU CHỈNH Phương pháp này được để xuất bởi Chai và các cộng sự [3] và sau đó đã được hiệu chỉnh [5].1 Phương pháp tính toán độ lún cố kết theo thời gian Như được thể hiện trong Hình 1.1, phương pháp này chấp nhận quan điểm cho rằng một phần lớp đất được gia cố bằng trụ đất - xi măng có chiều dày H C được xem như một lớp không được gia cố để tính toán sự nén lún của nó với các thuộc tính chỉ của riêng đất yếu. H C là một hàm của tỷ diện tích thay thế α và tỷ chiều sâu thay thế β, có thể được diễn tả như bên dưới: Hình 1. Đất sét yếu được gia cố bởi trụ đất - xi măng dạng trụ treo [3] Đối với trường hợp có sàn trên đầu trụ: Hc H L f g h .1) Đối với trường hợp không có sàn trên đầu trụ: Hc H L f1 g h .7) ở đây, – tỷ diện tích thay thế với Ac / Ae ( Ac - diện tích mặt cắt ngang của trụ đất - xi măng, Ae - diện tích mặt cắt ngang của phần tử đơn vị đại diện cho cột đất xi măng và diện tích gia cố xung quanh cột đó), β - tỷ độ sâu thay thế với H L / H ( H L - chiều dài trụ, H – chiều dày của lớp đất yếu), p – cường độ tải ngoài hoặc áp lực cố kết, pa - áp lực không khí, và su - sức chống cắt không thoát nước của đất yếu.
Độ lún gồm hai phần: độ lún s1 của một phần lớp đất được gia cố có chiều dày H1' ( H1' H L Hc ) và độ lún s 2 của phần không được gia cố và lớp có chiều dày H c với chiều dày tổng cộng là H 2' ( H2' H H1' ). Phương pháp của Chai và các cộng sự [8] đã hiệu chỉnh để tính toán độ lún theo thời gian với giả thiết rằng độ cố kết trung bình U t có thể được sử dụng cho toàn bộ hệ thống. Biểu thức tính toán độ lún theo thời gian s(t) được cho như bên dưới: Đối với lớp có chiều dày H1' : n p1i H1iU t s1 t .8) i 1 Dci 1 Dsi 7 Đối với lớp có chiều dày H 2' : n i p s2 t H 2 i ln 1 '2i U t , (1.9) i 1 1 eoi vi ở đây, H1i' và H 2i' - lần lượt là chiều dày của các lớp phân tố trong lớp H1' và H 2' , vi' - ứng suất hữu hiệu ban đầu trong các lớp phân tố của lớp H 2' , eoi - hệ số rỗng ban đầu, i - độ dốc của đường nén nguyên thủy của quan hệ e ln p' (p’ - ứng suất nén hữu hiệu trung bình), p1i và p2i - lần lượt là độ gia tăng ứng suất tổng theo phương đứng trong các lớp phân tố của lớp H1' và H 2'. Dci và D si - mô-đun biến dạng không nở hông lần lượt của trụ và đất xung quanh của lớp H1' và có thể được tính toán như bên dưới: Ei 1 i Dci , (1.10) 1 i 1 2 i Dsi 1 ei avi' , (1.11) i ở đây, Ei - mô-đun đàn hồi Young, i - tỷ số Poisson, ei - hệ số rỗng, và avi ' - ứng suất có hiệu trung bình theo phương đứng trong các lớp phân tố tương ứng bao gồm ứng suất gia tăng do tải đất đắp.
Trong các biểu thức có đại lượng i sẽ được thay thế bằng i – độ dốc của đường dỡ tải – nén lại của đồ thị e ln p' trong trường hợp các lớp phân tố ở trạng thái quá cố kết, ví dụ khi vi p1iU t hoặc ' vi' p2iU t nhỏ hơn áp lực tiền cố kết pc. Cuối cùng, độ lún tổng theo thời gian, s(t), có thể được diễn tả như bên dưới: s t s1 t s2 t .2 Độ cố kết của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng dạng treo Ở mức độ tổng thể, tầng đất yếu được gia cố bằng trụ đất - xi măng dạng treo có thể chia thành hai lớp như trong Hình 1. Tỷ số nén thể tích mv1 được đề xuất tính như sau: 1 mv1 .13) Dc 1 Ds Hình 1. Mô hình hai lớp để tính toán độ cố kết [3] Hệ số thấm kv1 được đề xuất tính, theo ý tưởng về hệ số thấm tương đương của nền đất yếu được gia cố theo phương pháp có sử dụng bấc thấm, như sau: 2.14) d e2 kv v với kv , kh - lần lượt là hệ số thấm theo phương ngang và phương đứng của nền đất yếu, H1 - chiều dày lớp 1, và μ có thể được tính theo biểu thức sau [9]: n kh 3 8H12 kh ln ln s 2 , (1.15) s ks 4 3d c kc 9 với n d e / d c , s d s / d c ( d c - đường kính trụ, d e - đường kính của phần tử đơn vị đại diện cho một trụ và diện tích đất gia cố của nó, ds – đường kính vùng bị xáo trộn), k c và k s - lần lượt là hệ số thấm của trụ đất - xi măng và của vùng xáo trộn.
Lưu ý, thậm chí khi kc kv , kv1 vẫn lớn hơn k v. Mô tả sự thay đổi chiều dày của lớp 2. Sự thay đổi tuyến tính của sự gia tăng ứng suất tổng [3] Chiều dày của lớp 1 và lớp 2 được đề xuất tính như sau: H1 H L H C / 2, (1.17) 2 ở đây H2,0 - chiều dày ban đầu của lớp 2 và s f - độ lún cố kết sau cùng của cả hệ. Lý thuyết cố kết được đề nghị sử dụng là lời giải cố kết nền hai lớp được công bố bởi Zhu và Yin [10], trong đó có xét đến sự thay đổi tuyến tính của sự gia tăng ứng suất phương đứng theo độ sâu và thời gian (xem Hình 1.
Dưới tải trọng nền đắp, o , 1 và 2 (lần lượt là lượng gia tăng ứng suất do tải trọng bên trên gây ra ở các độ sâu z = 0, H1 và H1 + H2) có thể được xác định gần đúng theo phương pháp Osterberg [11].2 PHƯƠNG PHÁP CỦA YANG VÀ CÁC CỘNG SỰ [6] Hình 1.
