Nghiên Cứu Ứng Dụng Cọc Hạt Rời Bọc Vải Địa Kỹ Thuật Trong Cải Tạo Nền Đất Yếu .Pdf

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10 MB, 302 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA </b>

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: <b>TS. VÕ ĐẠI NHẬT </b>

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: <b>PGS.TS. NGUYỄN VIỆT KỲ </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Nghiên cứu sinh

Lê Quân

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

i) Nghiên cứu tổng quan về cọc hạt rời bọc vải ĐKT bao gồm tổng quan các nghiên cứu trên thế giới và Việt nam, cơ sở lý thuyết. Kết quả nghiên cứu cho thấy Việt nam chưa có bất kỳ một nghiên cứu có hệ thống về lý thuyết, mơ hình tính tốn và thực nghiệm cũng như cơng trình được áp dụng trong thực tế.

ii) Nghiên cứu phân tích và so sánh kết quả mơ hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính tốn theo phương pháp số bằng phần mềm PLAXIS bản quyền v2018 với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc ngồi hiện trường và kết quả quan trắc lún khi gia tải. Nghiên cứu phân tích và so sánh ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính tốn bằng phương pháp giải tích và phương pháp số. Thơng qua các nội dung nghiên cứu kể trên, kết quả cho thấy mơ hình “Soft Soil” áp dụng đối với đất yếu phù hợp với thực tế do kết quả mô phỏng gần với kết quả thí nghiệm hiện trường hơn so với khi áp dụng mơ hình “Mohr-Coulomb”. Ngồi ra, kết quả nghiên cứu cho thấy độ lún của nền đất và biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính theo phương pháp số ln thấp hơn so với phương pháp giải tích.

iii) Nghiên cứu phân tích và đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế, các chi tiêu cơ lý của vật liệu cọc đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT. NCS đã thực hiện mơ phỏng mơ hình lăng trụ bằng phần mềm Plaxis để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT như: đường kính cọc, khoảng cách cọc, bề dày lớp đất yếu, thông số vật liệu cọc. Các thông số đầu vào dựa trên đặc điểm và điều kiện địa chất của cơng trình nhà máy VIFON II tại tỉnh Long An.

Kết quả nghiên cứu của luận án đã làm rõ các ưu điểm vượt trội của cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong cải tạo nền đất yếu so với cọc hạt rời thông thường. Phương pháp này cũng chỉ ra tác dụng quan trọng của vải ĐKT trong việc cải thiện đáng kể sức chịu tải, độ lún của cọc và nền đất được cải tạo. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phục vụ cơng tác giảng dạy trong trường Đại học, cũng như áp dụng vào thực hành cải tạo nền đất yếu tại Việt nam.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

i) To study the general overview of geosynthetic encased granular column including research on theoretical basis, studies in the world and Vietnam. The results show that Vietnam has not had any theoretical studies as well as works applied in practice.

ii) To study, analyse and compare the results of geosynthetic encased granular column modelling calculated by numerical method using copyright PLAXIS v2018 with results obtained from measurement monitoring and experimental on site. As well as study, analyse and compare the deformation behaviour of geosynthetic encased granular column by Analytical and Numerical method. Through the research contents as mentioned above, the results show that the “Soft Soil” model applied to soft ground is consistent with reality practice because the simulation results closer to the field test results than applying the “Morh-Coulomb” model. In addition, the study results show that the settlement and deformation of soft ground reinforced by geosynthetic encased granular columns and as calculated by numerical method is lower than calculated by analytical method.

iii) To study, analyse and evaluate the influence of design parameters and column material properties on deformation behaviour of geosynthetic encased granular column. In this study, the Researcher simulated the unit cell model using PLAXIS software to investigate the influence of design parameters on deformation behaviour of geosynthetic encased granular columns such as: column diameter, spacing, thickness of soft soil layer, modulus of column material. The input parameters are based on the characteristics and geological conditions of the Vifon II factory in Long An province.

The study results in the thesis have clarified outstanding advantages of geosynthetic encased granular column compared to conventional granular column in soft soil improvement. This method also shows the important role effect of geosynthetic in improving the stiffness of the column, thereby significantly improving the load capacity, and reducing settlement deformation. The research results can be used for teaching in the university, as well as in the practice of improving soft soil in Vietnam.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Võ Đại Nhật, PGS.TS. Nguyễn Việt Kỳ đã ln tận tình hướng dẫn cũng như giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thành luận án tiến sĩ. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM, Phòng Đào tạo sau đại học, Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí, Bộ mơn Địa kỹ thuật, đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS hoàn thành luận án tiến sĩ.

Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn TS. Trần Thanh Danh – Trường Đại học Mở Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn sử dụng phần mềm Plaxis.

Cuối cùng, luận án này như một món quà đặc biệt mà nghiên cứu sinh dành tặng cho những người thân trong gia đình của mình.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

1. Tính cấp thiết của đề tài ... 1

2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 2

2.1 Đối tượng nghiên cứu: ... 2

2.2 Phạm vi nghiên cứu ... 2

3. Mục đích của luận án ... 2

4. Những luận điểm bảo vệ ... 2

5. Nội dung nghiên cứu của luận án ... 3

6. Phương pháp nghiên cứu của luận án ... 3

7. Những điểm mới về mặt khoa học của luận án ... 3

8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ... 4

8.1 Ý nghĩa khoa học ... 4

8.2 Ý nghĩa thực tiễn... 4

9. Cơ sở tài liệu của luận án ... 4

10. Cấu trúc của luận án ... 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ... 6

1.1 Tổng quan về cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật ... 6

1.1.1 Phương pháp cải tạo đất yếu sử dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật... 6

1.1.2 Phương pháp thi công cọc hạt rời bọc vải ĐKT ... 8

1.2.3 Vải Địa Kỹ thuật ... 13

1.3 Tổng quan về các nghiên cứu trên thế giới và Việt nam ... 14

1.3.1 Trên thế giới... 14

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

1.3.2 Tại Việt Nam ... 20

1.4 Kết luận ... 21

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CỌC HẠT RỜI BỌC VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ... 23

2.1 Lý thuyết về cọc hạt rời vải địa kỹ thuật ... 23

2.1.1 Khái niệm về mơ hình lăng trụ ... 23

2.2.3 Các bước tính tốn ứng xử biến dạng ... 27

2.2.4 Các bước tính tốn sức chịu tải ... 30

2.3 Phương pháp số – phần mềm PLAXIS ... 31

2.3.1 Các Mơ hình đất trong Plaxis ... 32

2.3.2 Mơ hình hóa bài tốn trong Plaxis ... 35

3.1.1 Nội dung nghiên cứu ... 37

3.1.2 So sánh kết quả tính tốn độ lún bằng phương pháp số và phương pháp Asaoka . 373.1.3 So sánh kết quả thử tĩnh cọc bằng thí nghiệm bàn nén tại hiện trường và kết quả mơ phỏng thí nghiệm bằng phương pháp số ... 49

4.1 Nội dung nghiên cứu... 75

4.2 Đặc điểm khu vực nghiên cứu ... 75

4.3 Điều kiện địa chất ... 76

4.4 Mơ phỏng mơ hình ... 79

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

4.5 Kết quả nghiên cứu ... 81

4.5.1 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai cọc ... 81

4.5.2 Ảnh hưởng của đường kính cọc ... 87

4.5.3 Ảnh hưởng của bề dày lớp đất yếu ... 94

4.5.4 Ảnh hưởng của vật liệu cọc ... 101

4.5.5 Ảnh hưởng của tải trọng dọc trục ... 106

4.6 Kết luận ... 114

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 115

1. Kết luận ... 115

2. Kiến nghị ... 116

DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ... 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 118

PHỤ LỤC 1 HỒ SƠ THIẾT KẾ ... 122

PHỤ LỤC 2 HỒ SƠ QUAN TRẮC LÚN ... 150

PHỤ LỤC 3 HỒ SƠ NÉN TĨNH CỌC ... 180

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>DANH MỤC HÌNH ẢNH </b>

Hình 1.1 Đồ thị lựa chọn phương pháp cải tạo đất dựa trên cấp phối của đất yếu [2] .... 6

Hình 1.2 Minh họa ý tưởng gia cố nền đường bằng cọc bọc vải ĐKT [3] ... 7

Hình 1.3 Cơng trình cải tạo đất nhà máy Airbus, Đức 2002 [1] ... 7

Hình 1.4 Cơng trình cải tạo đất vùng đầm lầy [3] ... 8

<i>Hình 1.5 </i>Phương pháp thi cơng nén rung [4] ... 8

<i>Hình 1.6 </i>Hình ảnh cọc thi cơng bằng phương pháp nén rung [3] ... 9

<i>Hình 1.7 </i>Phương pháp thi cơng khoan [4] ... 9

<i>Hình 1.8 </i>Hình ảnh cọc thi cơng bằng phương pháp cơng khoan [3]... 10

Hình 1.9 Các dạng bố trí cọc phổ biến [2] ... 10

Hình 2.1 Mơ hình lăng trụ [2] [43] ... 23

Hình 2.2 (a) Cân bằng biến dạng-tĩnh tải; (b) Cân bằng ứng suất – hoạt tải [2] ... 24

Hình 2.3 Dạng phá hủy biến dạng ngang của cọc hạt rời [2] [26] ... 25

Hình 2.4 Ứng xử của vùng chịu nén và vũng giãn nở [45] ... 26

<i>Hình 2.5 </i>Mơ hình lăng trụ cho cọc hạt rời bọc vải ĐKT [1] [2] [16] ... 27

<i>Hình 2.6 </i>Mặt bao phá hoại Mohr-Coulomb trong khơng gian ứng suất [48] ... 32

Hình 2.7 Các mặt chảy dẻo của Mơ hình tăng bền [48] ... 33

Hình 2.8 Mặt chảy dẻo của mơ hình đất yếu trong khơng gian ứng suất [48] ... 34

Hình 2.9 Phần tử tam giác 6 nút và 15 nút ... 35

Hình 2.10 Mơ hình bài tốn a) biến dạng phẳng; b) đối xứng trục ... 35

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống lưới quan trắc lún [50] ... 38

Hình 3.2 Kết quả lún vùng S7– đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Mohr-Coulomb ... 40

Hình 3.3 Kết quả lún vùng S7– đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Soft Soil ... 40

Hình 3.4 Kết quả lún vùng S8– đất yếu mô phỏng theo mơ hình Mohr-Coulomb ... 41

Hình 3.5 Kết quả lún vùng S8– đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Soft Soil ... 41

Hình 3.6 Kết quả lún vùng S9– đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Mohr-Coulomb ... 42

Hình 3.7 Kết quả vùng S9– đất yếu mô phỏng theo mô hình Soft Soil ... 42

Hình 3.8 Kết quả lún vùng S10– đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Mohr-Coulomb ... 43

Hình 3.9 Kết quả lún vùng S10– đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Soft Soil ... 43

Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn lún theo thời gian và dự đoán lún theo Asaoka [50] [54] . 44Hình 3.11 Độ lún nền các vùng quan trắc S7, S8, S9, S10 ... 45

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Hình 3.12 Đồ thị so sánh độ lún của các vùng theo phương pháp Asaoka và phương

Hình 3.20 Thi cơng đệm đầu cọc [50] ... 51

Hình 3.21 Gia tải và đọc chuyển vị [50] ... 51

Hình 3.22 Mơ hình mơ phỏng thí nghiệm nén tĩnh cọc ... 53

Hình 3.23 Độ lún cọc đá S1-1-317 – đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Mohr-Coulomb ... 54

Hình 3.24 độ lún cọc đá S1-1-317 – đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Soft Soil ... 55

Hình 3.25 độ lún cọc đá S5-2-266 – đất yếu mô phỏng theo mơ hình Mohr-Coulomb 55Hình 3.26 độ lún cọc đá S5-2-266 – đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Soft Soil ... 56

Hình 3.27 độ lún cọc đá S8-1-202 – đất yếu mơ phỏng theo mơ hình Mohr-Coulomb 56Hình 3.28 độ lún cọc đá S8-1-202 – đất yếu mô phỏng theo mơ hình Soft Soil ... 57

Hình 3.29 Đồ thị so sánh độ lún của các cọc theo thí nghiệm hiện trường và phương pháp số ... 58

Hình 3.30 độ lún cọc đá bọc vải ĐKT theo phương pháp số và thí nghiệm hiện trường ... 59

Hình 3.31 Mơ hình lưới phần tử cọc hạt rời bọc vải ĐKT mô phỏng trong Plaxis ... 62

Hình 3.32 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường ... 64

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hình 3.33 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu

kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 64

Hình 3.34 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 2000 kN/m ... 65

Hình 3.35 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 3000 kN/m ... 65

Hình 3.36 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 4000 kN/m ... 66

Hình 3.37 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 5000 kN/m ... 66

Hình 3.38 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT theo chiều dài cọc ... 67

Hình 3.39 biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT từ kết quả Plaxis ... 67

Hình 3.40 Lực kéo gây ra trong vải ĐKT phân bổ theo chiều dài cọc ... 68

Hình 3.41 Lực kéo gây ra trong vải ĐKT từ kết quả Plaxis ... 68

Hình 3.42 Mật độ điểm dẻo của cọc tương ứng với cường độ chịu kéo của vải ĐKT từ 0 ÷ 5000 kN/m ... 69

Hình 3.43 So sánh độ lún lớn nhất giữa phương pháp AM và FEM ... 70

Hình 3.44 Đồ thị so sánh biến dạng ngang lớn nhất giữa AM và FEM ... 70

Hình 3.45 So sánh sự biến đổi của biến dạng ngang của cọc theo chiều dài cọc giữa phương pháp FEM và AM ... 71

Hình 3.46 Đồ thị so sánh lực kéo gây ra trong vải ĐKT tính tốn theo AM và FEM .. 72

Hình 4.1 Mặt bằng bố trí tổng thể nhà máy Vifon II [39] ... 75

Hình 4.2 Hình trụ hố khoan [50] ... 77

Hình 4.3 Biểu đồ thí nghiệm xun tĩnh CPT [50] ... 78

Hình 4.4 Mơ hình mơ phỏng lưới phần tử cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong Plaxis ... 79

Hình 4.5 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời có khoảng cách khác nhau ... 82

Hình 4.6 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S = 1.3 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 83

Hình 4.7 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S = 1.95 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 83

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 4.8 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S = 2.6 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 84Hình 4.9 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có S =3.25 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 84Hình 4.10 Biến dạng ngang lớn nhất của cọc hạt rời có khoảng cách khác nhau ... 85Hình 4.11 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT, cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với khoảng cách cọc khác nhau ... 85Hình 4.12 Biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT có khoảng cách khác nhau với cường độ chịu kéo vải ĐKT là 1000 kN/m theo kết quả từ Plaxis ... 86Hình 4.13 Độ cao biến dạng ngang lớn nhất của cọc hạt rời có khoảng cách khác nhau ... 86Hình 4.14 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính d = 0.65 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 88Hình 4.15 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính d = 0.8 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 89Hình 4.16 Độ lún của nền gia cố bằng cọc bọc vải ĐKT với đường kính là 1.0 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 89Hình 4.17 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính là 1.2 m và cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 90Hình 4.18 Độ lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời có đường kính khác nhau ... 90Hình 4.19 Biến dạng ngang lớn nhất của cọc có đường kính khác nhau ... 92Hình 4.20 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với các đường kính khác nhau ... 92Hình 4.21 Biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính khác nhau và có cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m theo kết quả tính tốn từ Plaxis ... 93Hình 4.22 Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất với cọc có đường kính khác nhau .... 93Hình 4.23 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có bề dày đất yếu L = 3.5 m; cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 95Hình 4.24 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có bề dày đất yếu L = 7.0 m; cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 95

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Hình 4.25 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có bề dày đất yếu L = 14 m; cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 96Hình 4.26 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT có bề dày đất yếu L = 17.5 m; cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m ... 96Hình 4.27 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời có chiều dày đất yếu khác nhau ... 97Hình 4.28 Biến dạng ngang lớn nhất của cọc có bề dày đất yếu khác nhau ... 97Hình 4.29 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải là 1000 kN/m và bề dày đất yếu thay đổi ... 98Hình 4.30 Biến dạng ngang của cọc bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m với có bề dày đất yếu thay đổi theo tính tốn từ Plaxis ... 99Hình 4.31 Độ sâu của biến dạng ngang lớn nhất của cọc có bề dày đất yếu khác nhau ... 99Hình 4.32 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT có mơ đun biến dạng là 48000 kN/m<sup>2</sup>, cường độ chịu kéo vải ĐKT là 1000 kN/m ... 102Hình 4.33 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT có mơ đun biến dạng là 80000 kN/m<small>2</small>, cường độ chịu kéo vải ĐKT là 1000 kN/m ... 103Hình 4.34 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc đá bọc vải ĐKT có mơ đun biến dạng là 120000 kN/m<small>2</small>, cường độ chịu kéo vải ĐKT là 1000 kN/m ... 103Hình 4.35 Độ lún của nền đất gia cố bằng cọc đá với Mô đun biến dạng của vật liệu khác nhau ... 104Hình 4.36 Biến dạng ngang lớn nhất của cọc có Mơ đun biến dạng của vật liệu khác nhau ... 104Hình 4.37 Biến dạng ngang theo chiều dài của cọc bọc vải ĐKT có cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m và vật liệu có Mơ đun biến dạng khác nhau ... 105Hình 4.38 Biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT với Mô đun biến dạng của vật liệu khác nhau có cùng cường độ chịu kéo là 1000 kN/m từ kết quả Plaxis... 105Hình 4.39 Chiều cao của biến dạng ngang lớn nhất với cọc có mô đun biến dạng của vật liệu khác nhau ... 106Hình 4.40 Biến dạng lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường, tải trọng 41 kN/m<small>2</small> ... 107

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Hình 4.41 Biến dạng lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải là 1000 kN/m và tải trọng 41 kN/m<small>2</small> ... 108Hình 4.42 Biến dạng lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải là 2000 kN/m và tải trọng 41 kN/m<small>2</small> ... 108Hình 4.43 Biến dạng lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải là 3000 kN/m và tải trọng 41 kN/m<small>2</small> ... 109Hình 4.44 Biến dạng lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải là 4000 kN/m và tải trọng 41 kN/m<small>2</small> ... 109Hình 4.45 Biến dạng lún của nền gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với cường độ chịu kéo của vải là 5000 kN/m và tải trọng 41 kN/m<small>2</small> ... 110Hình 4.46 Độ lún của cọc hạt rời với cường độ chịu kéo của vải ĐKT từ 0 ÷ 5000 kN/m dưới tác dụng của tải trọng ... 110Hình 4.47 Biến dạng ngang lớn nhất của cọc hạt rời dưới tác dụng của tải trọng dọc trục ... 112Hình 4.48 Độ sâu biến dạng ngang lớn nhất của cọc dưới tác dụng của tải trọng dọc trục ... 112Hình 4.49 Biến dạng ngang theo chiều dài của cọc bọc vải ĐKT cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m dưới tác dụng của tải trọng dọc trục P từ 41÷246 kN/m<small>2</small> ... 113Hình 4.50 Biến dạng ngang theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng dọc trục từ 41÷246 kN/m<small>2</small> với cường độ chịu kéo của vải ĐKT là 1000 kN/m từ tính tốn Plaxis ... 113

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>

Bảng 1.1 Kích thước đường kính cọc điển hình [2] ... 10

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn lựa chọn vật liệu cọc hạt rời [2] ... 11

Bảng 1.3 Các thông số vật liệu sử dụng để mô phỏng cọc [4] ... 12

Bảng 1.4 Tổng hợp các nghiên cứu cọc bọc vải ĐKT bằng phương pháp số [4] ... 17

Bảng 2.1 Dạng bài toán sử dụng phần tử 6 nút & 15 nút ... 36

Bảng 3.1. Thông số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của vật liệu cọc và đất yếu sử dụng mô phỏng trong Plaxis ... 39

Bảng 3.2 Tổng hợp các thơng số hình học đưa vào tính tốn mơ phỏng [50] ... 39

Bảng 3.3 Thời gian gia tải và giảm tải đối với cọc thí nghiệm [50]... 52

Bảng 3.4 Tổng hợp các thông số cọc đưa vào tính tốn mơ phỏng [50] ... 53

Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm nén tĩnh hiện trường và mơ phỏng theo phương pháp số ... 54

Bảng 3.6 Kết quả tính toán biến dạng của cọc sử dụng phương pháp AM ... 62

Bảng 3.7 Thông số chỉ tiêu cơ lý của đất yếu và vật liệu cọc đầu vào Plaxis ... 63

Bảng 3.8 Kết quả độ lún và chênh lệch lún giữa AM và FEM ... 69

Bảng 3.9 Kết quả biến dạng ngang và chênh lệch biến dạng ngang giữa AM và FEM 72Bảng 3.10 Kết quả lực kéo và chênh lệch lực kéo gây ra trong vải ĐKT tính theo AM và FEM ... 73

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của các lớp đất [39] [50] ... 76

Bảng 4.2 Thông số đầu vào Plaxis ... 80

Bảng 4.3 Các thơng số dùng trong mơ phỏng kích thước hình học lăng trụ ... 81

Bảng 4.4 Chênh lệch độ lún của nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT có cùng khoảng cách ... 82

Bảng 4.5 Kết quả tính tốn và chênh lệch tỉ số diện tích thay thế ... 87

Bảng 4.6 Các thơng số dùng trong mơ phỏng kích thước hình học lăng trụ ... 88

Bảng 4.7 Chênh lệch độ lún giữa nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thơng thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT có cùng đường kính ... 91

Bảng 4.8 Kết quả tính tốn tỉ số diện tích thay thế với đường kính khác nhau ... 94

Bảng 4.9 Các thông số dùng trong mô phỏng kích thước hình học lăng trụ ... 94

Bảng 4.10 Chênh lệch độ lún của các phương án thiết kế ... 100

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Bảng 4.11 Kết quả tính tốn độ mảnh của cọc ... 100

Bảng 4.12 Các thơng số dùng trong mơ phỏng kích thước hình học lăng trụ ... 101

Bảng 4.13 Chỉ tiêu cơ lý của các loại vật liệu cọc [39] [42] [50] ... 101

Bảng 4.14 Chênh lệch lún giữa các vật liệu đá khác nhau ... 102

Bảng 4.15 Các thông số dùng trong mô phỏng kích thước hình học lăng trụ ... 107

Bảng 4.16 Chênh lệch độ lún giữa nền đất gia cố bằng cọc hạt rời thông thường với nền đất gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT chịu mức tải trọng khác nhau ... 111

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT </b>

<b>AM </b> : Analytical method/Phương pháp giải tích

<b>FEM </b> : Finite element method/Phương pháp phần tử hữu hạn/ Phương pháp số

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>MỞ ĐẦU </b>

<b>1. Tính cấp thiết của đề tài </b>

Việt Nam là đất nước với nhiều khu vực có nền đất yếu, trong đó tập trung chủ yếu ở lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông. Phần lớn các khu đô thị, khu công nghiệp đi cùng với hệ thống hạ tầng về đường sá, đê điều được hình thành và phát triển trên nền đất yếu ở lưu vực hai dịng sơng này.

Xây dựng cơng trình trên nền đất yếu ln là vấn đề hết sức khó khăn, thử thách và tiềm ẩn các rủi ro đối với các nhà khoa học cũng như các kỹ sư thiết kế. Trong thực tế xây dựng ở Việt Nam cũng như trên thế giới, nền đất yếu là nguyên nhân gây lên tình trạng sụt lún, độ lún dư vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến hư hại các cơng trình xây dựng bên trên. Phần lớn các sự cố xảy ra là do thiếu hiểu biết thấu đáo cũng như kinh nghiệm về nền đất yếu cụ thể như: khơng đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất, các sai sót trong thiết kế, thi cơng dẫn đến việc lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu không phù hợp, không hiệu quả như mong muốn. Để có thể hạn chế các sự cố xảy ra đối với cơng trình xây dựng trên nền đất yếu địi hỏi phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu khoa học và kinh nghiệm thực tế để từ đó có thể đưa ra và lựa chọn phương pháp cải tạo đất yếu phù hợp nhất cho từng khu vực.

Cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT là một phương pháp mới, đã và đang được nhiều nơi trên thế giới nghiên cứu về lý thuyết, thực nghiệm và áp dụng vào cơng trình thực tế. Phương pháp này có ưu điểm vượt trội so với cọc hạt rời không bọc vải ĐKT sử dụng trong cải tạo nền đất yếu, cụ thể là: giảm biến dạng ngang của cọc, ổn định biến dạng, qua đó nâng cao sức chịu tải, giảm được biến dạng lún của cọc và nền đất được cải tạo, áp dụng được cho đất có cường độ kháng cắt khơng thốt nước Su < 15 kN/m<small>2</small>. Phương pháp cải tạo đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT là một giải pháp cần thiết cho quá trình phát triển, đáp ứng được yêu cầu đối với các công trình có tải trọng lớn, tải trọng động, u cầu tính ổn định cao như hệ thống kho cảng, nhà máy, đường cao tốc, đê kè, sân bay. Ngoài ra, phương pháp cịn có tác dụng làm giảm được khối lượng đất đắp, sử dụng các nguyên liệu sẵn có tại địa phương như cát, sỏi, đá…, điều này góp phần giảm chi phí đầu tư, thân thiện với mơi trường.

Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy, nhưng tại Việt nam hầu như chưa có bất cứ hình thức nghiên cứu đầy đủ nào về phương pháp này. Do đó, để có thể áp dụng phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT vào điều kiện Việt Nam thì cần phải nghiên cứu một cách có hệ thống về lý thuyết, mơ hình tính tốn và thực nghiệm là vơ cùng cần thiết. Chính vì vậy,

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

NCS và tập thể cán bộ hướng dẫn đã lựa chọn đề tài <b>“Nghiên cứu ứng dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật trong cải tạo nền đất yếu” </b>

<b>2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu: </b>

Khu vực nền đất yếu xây dựng nhà máy Vifon II tại Long An được gia cố bằng cọc hạt rời thông thường và cọc hạt rời bọc vải ĐKT.

<b>2.2 Phạm vi nghiên cứu </b>

Áp dụng mơ hình lăng trụ để nghiên cứu về ứng xử biến dạng cọc hạt rời thông thường và cọc bọc vải ĐKT sử dụng trong để cải tạo nền đất yếu (tức là nghiên cứu tính tốn ở trạng thái giới hạn thứ 2) với các giả thiết sau:

- Mơ hình được mơ phỏng trong điều kiện thốt nước để đảm bảo khơng có áp lực nước lỗ rỗng được tạo ra trong quá trình gia tải.

- Lún đầu cọc và đất là như nhau.

- Bỏ qua ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc. - Bỏ qua ảnh hưởng lún lớp đất chịu lực dưới mũi cọc. - Cọc ở trạng thái áp lực chủ động.

- Đất yếu xung quanh cọc ở trạng thái tĩnh. - Vải ĐKT có ứng xử đàn hồi tuyến tính.

Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của việc xử lý nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT so với cọc hạt rời thông thường.

<b>4. Những luận điểm bảo vệ </b>

- Cọc hạt rời bọc vải ĐKT có ưu điểm vượt trội so với cọc hạt rời không bọc vải ĐKT trong cải tạo nền đất yếu, cụ thể là: giảm biến dạng ngang của cọc, ổn định biến dạng, qua đó nâng cao sức chịu tải, giảm được biến dạng lún của cọc.

- Tính hiệu quả của việc áp dụng mơ hình lăng trụ trong thực hành mơ phỏng, tính tốn, đánh giá ứng xử của đất nền và cọc khi gia cố nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT, cụ thể là: mơ phỏng bài tốn xử lý nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT đơn giản, tiết kiệm thời gian tính tốn chạy mơ hình, độ chính xác gần giống với kết quả thí nghiệm

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

hiện trường, có thể tính kết quả bằng phương pháp giải tích với cơng cụ tính toán đơn giản.

<b>5. Nội dung nghiên cứu của luận án </b>

- Nghiên cứu tổng quan về cọc hạt rời bọc vải ĐKT. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cọc hạt rời bọc vải ĐKT.

- Nghiên cứu phân tích và đánh giá ứng xử biến dạng của mơ hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính tốn theo phương pháp số với kết quả thực nghiệm ngoài hiện trường. - Nghiên cứu phân tích và đánh giá ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tính

tốn bằng phương pháp giải tích và phương pháp số.

- Nghiên cứu phân tích và đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế, các chi tiêu cơ lý của vật liệu cọc đến ứng xử biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT bao gồm: Khoảng cách cọc, đường kính cọc, bề dày lớp đất yếu, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu cọc.

<b>6. Phương pháp nghiên cứu của luận án </b>

- Tổng hợp các tài liệu, tham khảo và kế thừa có chọn lọc kết quả đã nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước.

- Sử dụng ứng dụng khoa học công nghệ thông qua sử dụng các phần mềm chun ngành để mơ hình hóa bài tốn thực tế.

- Sử dụng kết quả quan trắc lún thực tế, thí nghiệm bàn nén tại hiện trường. - Tham khảo ý kiến chuyên gia.

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phân tích tính tốn cụ thể và đối sánh với kết quả thực nghiệm hiện trường.

<b>7. Những điểm mới về mặt khoa học của luận án </b>

- Thực hành các phương pháp tính tốn giải tích và phương pháp số kết hợp với kiểm chứng kết quả thực nghiệm ngoài hiện trường trong các nội dung nghiên cứu. Các kết quả phân tích, tính tốn cho thấy cọc hạt rời bọc vải ĐKT có nhiều ưu điểm hơn so với cọc hạt rời thông thường như độ lún của nền gia cố giảm từ 30 ÷ 40% tùy thuộc vào việc lựa chọn các thông số thiết kế như cường độ chịu kéo của vải ĐKT, khoảng cách giữa các cọc, đường kính và vật liệu cọc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

- Áp dụng mơ hình lăng trụ trong thực hành giải bài toán cải tạo, xử lý nền bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT đơn giản, tiết kiệm thời gian mơ phỏng và tính tốn, có đủ độ tin cậy và phù hợp với sự làm việc thực tế của cọc ngoài hiện trường.

<b>8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 8.1 Ý nghĩa khoa học </b>

- Cải tạo đất sử dụng cọc hạt rời bọc vải ĐKT chính là phương pháp mở rộng của phương pháp cải tạo đất bằng cọc hạt rời thơng thường. Do đó, phương pháp đã kế thừa được cơ sở lý thuyết của phương pháp cải tạo đất bằng cọc hạt rời thông thường. Nghiên cứu của luận án đã góp phần làm rõ tính hiệu quả của việc áp dụng mơ hình lăng trụ trong thực hành tính tốn đối với phương pháp giải tích và phương pháp số. Các nghiên cứu này có thể sử dụng làm tài liệu phục vụ công tác giảng dạy trong trường Đại học, tài liệu tham khảo cho các đơn vị tư vấn thiết kế chuyên ngành.

- Thông qua nghiên cứu ứng xử biến dạng của nền và cọc hạt rời bọc vải ĐKT sẽ giúp NCS và người đọc hiểu rõ hơn về cơ chế truyền lực cọc hạt rời bọc vải ĐKT và đất xung quanh vùng ảnh hưởng. Hiểu rõ được ưu điểm và ảnh hưởng của vải ĐKT đến nâng cao sức chịu tải và giảm biến dạng lún của cọc.

<b>8.2 Ý nghĩa thực tiễn </b>

- Phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT khắc phục được các hạn chế của phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời thông thường do có thể áp dụng để cải tạo nền đất yếu có cường độ kháng cắt khơng thốt nước Su < 15 kN/m<small>2</small>. - Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời bọc vải

ĐKT có tính thực tiễn cao, có thể áp dụng cho các cơng trình có tính chất quan trọng như: nền đường giao thơng, hệ thống đê kè, hệ thống cảng biển, nhà máy có tải trọng lớn do thiết bị thi công không quá phức tạp, tận dụng được các nguyên liệu làm cọc sẵn có tại địa phương và thân thiện với mơi trường.

- Dựa trên kết quả nghiên cứu của luận án sẽ đóng góp thêm một phương pháp cải tạo nền đất yếu, tạo nên sự đa dạng trong lựa chọn các phương pháp cải tạo nền đất yếu hiện có tại Việt Nam.

Luận án được phát triển trên cơ sở kế thừa kết quả từ các đề tài nghiên cứu khoa học, báo cáo

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

khoa học, bài báo khoa học đã được công bố trong các hội nghị, các tạp chí trong và ngồi nước. Các nghiên cứu do NCS tự thực hiện hoặc là đồng tác giả thực hiện đã được công bố dưới dạng bài báo trong nước và quốc tế. Sử dụng hồ sơ thiết kế khu vực nhà máy Vifon II, NCS áp dụng mơ hình lăng trụ Raithel and Kempfert (2000) đề xuất sử dụng trong tính tốn giải tích và phương pháp số (phần mềm PLAXIS v2018 bản quyền) với các thông số địa chất vào được lấy từ báo cáo khảo sát địa chất cơng trình khu vực nhà máy Vifon II. Để phân tích được ưu điểm của cọc hạt rời bọc vải ĐKT, NCS đã sử dụng kết quả tính tốn của 4 loại đường kính cọc, 4 loại khoảng cách cọc, 4 loại chiều dài cọc (chiều sâu lớp đất yếu), 3 loại vật liệu làm cọc, 5 loại vải ĐKT chịu tải trọng tăng dần theo 6 cấp. Các kết quả tính tốn bằng phương pháp giải tích và PLAXIS sử dụng mơ hình đất “Mohr – Coulomb” và mơ hình đất “Soft Soil” được so sánh với báo cáo quan trắc lún tại 4 vùng và báo cáo thử tải tĩnh của 3 cọc bằng phương pháp bàn nén hiện trường khu vực nhà máy Vifon II. Các góp ý tại các buổi bảo vệ chuyên đề và các buổi hội thảo cũng đã giúp NCS hoàn thiện cuốn luận án này.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>CHƯƠNG 1 </b>

<b>1.1 Tổng quan về cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật </b>

<i><b>1.1.1 Phương pháp cải tạo đất yếu sử dụng cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật </b></i>

Như đã đề cập ở phần mở đầu, để giải quyết những hạn chế của phương pháp cải tạo nền đất yếu bằng cọc hạt rời thông thường, các nhà khoa học đã nghiên cứu và xử lý bằng cách bao bọc cọc hạt rời bằng vải ĐKT có cường độ chịu kéo cao. Cọc hạt rời bọc vải ĐKT có thể được sử dụng cho những nền đất rất yếu (Su < 15 kN/m<small>2</small>) như bùn /đất sét rất mềm [1].

Điều kiện để lựa chọn phương pháp cải tạo đất bằng cọc bọc vải ĐKT: Bao gồm địa hình, vị trí địa lý, cấu tạo địa chất, bề dày của lớp đất yếu, sức chịu tải của đất, tuổi của tầng đất, thành phần, cấp phối của lớp đất yếu và mực nước ngầm. Chủng loại đất, cấp phối các thành phần hạt của đất là điều kiện cần thiết để lựa chọn sơ bộ phương pháp cải tạo đất được trình bày trong hình 1.1 [2]

Hình 1.1 Đồ thị lựa chọn phương pháp cải tạo đất dựa trên cấp phối của đất yếu [2] Hình 1.2 minh họa phương pháp gia cố nền đường cao tốc bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT. Tải trọng do nền và hoạt tải được truyền vào cọc hạt rời sau đó truyền vào lớp vải bọc xung quanh cọc [3].

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Hình 1.2 Minh họa ý tưởng gia cố nền đường bằng cọc bọc vải ĐKT [3]

Hình 1.3 Cơng trình cải tạo đất nhà máy Airbus, Đức 2002 [1]

Hình 1.3 minh họa cơng trình mở rộng nhà máy Airbus tại Đức sử dụng phương pháp cải tạo đất bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT. Khu vực cải tạo có lớp đất yếu là bùn dày từ 4-14 m, cường độ kháng cắt khơng thốt nước từ 0.4 – 10 kN/m<small>2</small>, bên dưới lớp bùn là lớp cát chịu lực. 2500 m đê bao quanh nhà máy được thi công bằng 60000 cọc hạt rời bọc vải ĐKT với đường kính 80 cm, chiều dài từ 4-14 m, cường độ chịu kéo của vải ĐKT từ 1700 – 2800 kN/m. Theo kế hoạch cũ, cơng trình mở rộng nhà máy sẽ được đóng tạm bằng tường cừ, nâng cao độ lên 5.5 m so với mực nước biển bằng cách đổ cát, sau thời gian cố kết là 3 năm sẽ nâng cao độ của đê bao lên thành 9.0 m để kiểm soát ngập nước. Tuy nhiên phương pháp này đã được thay đổi bằng việc sử dụng cọc hạt rời bọc vải ĐKT với kết quả đạt được như sau [1]:

- Tiết kiệm được 35,000 tấn thép do không cần sử dụng tường cừ. - Tiết kiệm 1.1 tỷ m<small>3</small> cát san lấp do không phải tạo mái dốc cho đê.

- Giảm ô nhiễm tiếng ồn so với phương pháp sử dụng máy đóng cọc tường cừ. - Giảm thời gian thi công từ 3 năm xuống còn 8 tháng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

- Độ lún giảm và tỉ lệ lún tương đương với các phương pháp thốt nước đứng khác. Ngồi cơng trình kể trên, cịn có rất nhiều cơng trình đường sắt cao tốc, đường cao tốc, đê kè tại Đức, Hà Lan và Thụy Điển, mà nền đất yếu được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT từ cuối thập kỷ trước.

Hình 1.4 Cơng trình cải tạo đất vùng đầm lầy [3]

<i><b>1.1.2 Phương pháp thi công cọc hạt rời bọc vải ĐKT </b></i>

<i>1.1.2.1 Phương pháp nén rung </i>

<i>Hình 1.5 Phương pháp thi cơng nén rung [4] </i>

Phương pháp thi cơng nén rung trình bày ở hình 1.5 được thực hiện bằng cách dùng cần khoan dạng ống, mũi khoan nhọn xuyên vào nền đất yếu, sau đó đưa vải ĐKT được dệt trịn vào với cát hoặc sỏi/ đá. Đầu mũi khoan được mở ra, cần khoan được kéo lên với độ rung tối ưu được

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

thiết kế để đảm bảo độ nén của vật liệu làm cọc. Phương pháp nén rung thường được sử dụng cho các loại đất cực kỳ yếu (ví dụ: Su <15 kN/m<small>2</small>) [4]

<i>Hình 1.6 Hình ảnh cọc thi cơng bằng phương pháp nén rung [3] 1.1.2.2 Phương pháp khoan </i>

Phương pháp thi công khoan trình bày ở hình 1.7, cần khoan được khoan sâu vào lớp đất chịu lực bởi mũi khoan dạng guồng xoắn (thường có đường kính = 150 cm) đất được đưa ra ngoài bởi mũi khoan guồng xoắn. Phương pháp thi cơng khoan thích hợp đối với các loại đất có sức kháng xuyên tương đối cao hoặc khi yêu cầu phải giảm tối đa ảnh hưởng của hiệu ứng rung động đối với các tòa nhà và nền đường gần khu vực thi công cải tạo đất [1] [2].

<i>Hình 1.7 </i>Phương pháp thi cơng khoan [4]

Có ba kiểu bố trí cọc hạt rời bọc vải ĐKT được sử dụng rộng rãi trong thực tế được trình bày ở hình 1.9, ở đây khoảng cách từ tâm đến tâm S1 = S2 ở hình (a) thì kiểu bố trí chữ nhật sẽ trở thành kiểu bố trí hình vng. Khi S1 = S2 ở hình (b) thì kiểu bố trí tam giác trở thành kiểu bố trí tam giác đều. Kiểu bố trí cọc hạt rời bọc vải ĐKT dạng hình chữ nhật và tam giác được sử dụng đối với đa dạng các loại móng, trong khi dạng bán kính xun tâm thì chỉ phù hợp với móng trịn hoặc vành khun [2].

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<i>Hình 1.8 </i>Hình ảnh cọc thi cơng bằng phương pháp công khoan [3]

(a) (b) (c) Hình 1.9 Các dạng bố trí cọc phổ biến [2]

<i><b>1.1.4 Đường kính cọc hạt rời bọc vải ĐKT </b></i>

Đường kính của cọc hạt rời bọc vải ĐKT phụ thuộc vào năng lực của thiết bị thi công. Bảng 1.1 cung cấp đường kính cọc hạt rời bọc vải ĐKT điển hình được sử dụng rộng rãi trong thực tế [2].

Bảng 1.1 Kích thước đường kính cọc điển hình [2]

<small>và 0.6-0.9 (mũi khoan xoắn) Cọc có độ cứng kiểm soát Cần khoan guồng xoắn liên tục 0.3-0.5 </small>

<small>Cọc bọc vải ĐKT </small> <sup>Cần khoan guồng xoắn với gầu đóng </sup>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<b>1.2 Các thông số đất và vật liệu cọc </b>

Đất yếu là những loại đất trong điều kiện tự nhiên có khả năng chịu tải nhỏ (50 -100 kN/m<small>2</small>), có tính nén lún lớn, bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp E < 5000 kN/m<sup>2</sup>, sức chống cắt gần như không đáng kể. Đất yếu bao gồm đất sét, sét pha cát trạng thái chảy dẻo đến chảy, bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha có lẫn hoặc khơng lẫn hữu cơ, than bùn hóa và than bùn. Đất có độ ẩm bằng hoặc lớn hơn độ ẩm giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét e >1.5, sét pha e > 1, lực kháng cắt Su ≤ 15 kN/m<small>2</small>, góc ma sát trong φu = 0, độ sệt B > 0.9) [5]

Vật liệu được sử dụng rộng rãi để làm cọc hạt rời bọc vải ĐKT là vật liệu tự nhiên hoặc đã qua xử lý như đất, cát, đá hoặc vật liệu hỗn hợp. Việc phân loại vật liệu cọc tuân theo các nguyên tắc chung sau:

i) Hàm lượng các nhóm hạt. ii) Đặc tính đường cong cấp phối.

iii) Giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo (đối với đất mịn).

Tác giả Brown (1977) đã đề xuất cách lựa chọn vật liệu cọc dựa trên độ lắng đọng của vật liệu trong nước được tính tốn bằng công thức (1-1) và hướng dẫn lựa chọn loại vật liệu cọc dựa theo hướng dẫn ở bảng 1.2 [2].

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

- USCS – Tiêu chuẩn Hệ thống phân loại đất thống nhất của Hoa Kỳ. - ASSHTO – Tiêu chuẩn của Hiệp hội đường cao tốc Hoa Kỳ. - TCVN 9362: 2012 - Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình. - TCXDVN 5747:1993 - Tiêu chuẩn về đất xây dựng - Phân loại.

- TCVN 8217:2009 - Tiêu chuẩn về đất xây dựng cơng trình thủy lợi – phân loại.

Bảng 1.3 trình bày các thơng số vật liệu điển hình được một số tác giả sử dụng để mơ phỏng mơ hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong tính tốn bằng phương pháp số [4].

Bảng 1.3 Các thông số vật liệu sử dụng để mô phỏng cọc [4]

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Vật liệu sử dụng làm cọc phải sạch như sỏi, đá nghiền, cứng và không lẫn các chất hữu cơ hoặc các vật liệu độc hại. Sự hao hụt cốt liệu khi thí nghiệm trên máy “Los Angeles” khơng được vượt q 45% và kích thước hạt của nó phải từ 12 đến 75 mm (Castro, 2017) [4].

Độ chặt tương đối của đá (sỏi) không thể đo được thường xuyên và có thể thay đổi theo chiều dài của cọc, tương tự như đường kính cọc. Một cọc hạt rời bọc vải ĐKT thích hợp để thi cơng phải đạt được độ chặt trên 75%. Góc ma sát của cọc (ϕc) có giới hạn lên đến 50<small>0 </small>và là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của cọc hạt rời bọc vải ĐKT trong xử lý nền đất yếu [4].

Mô đun biến dạng của vật liệu cọc bọc vải ĐKT thường có giá trị từ 25000 đến 100000 kN/m<sup>2</sup> và thay đổi tùy theo loại vật liệu sử dụng cũng như giá trị của áp lực nén.

<i><b>1.2.3 Vải Địa Kỹ thuật </b></i>

Vải ĐKT có thể được mơ hình hóa như một màng chịu kéo linh hoạt nhưng không chịu ứng suất nén và không kể đến chiều dày của vải. Vải bọc ứng xử như vật liệu đàn hồi thường được lựa chọn để bọc cọc với cường độ chịu kéo của vải từ 0- 6000 kN/m [4].

Ứng suất chịu kéo thường đạt được đối với chu vi biến dạng khoảng 5–10%, có nghĩa là độ bền có giá trị từ 100 – 300 kN/m [6]. Ứng suất kéo được thể hiện ở công thức (1-2) và được so sánh với ứng suất kéo lớn nhất mà vải ĐKT có thể chịu được trong dài hạn [4].

<small>- </small> <i>RF<small>dm</small></i> là hệ số giảm do hư hại cơ khí.

<i>- RF<small>amb</small></i> là h<i>ệ số giảm do hư hại bởi mơi trường và hóa chất. - RF<small>joint</small> là h</i>ệ số giảm do mối nối (nếu có).

<i>- FOS là h</i>ệ số không chắc chắn do sản xuất và ngoại suy số liệu.

Một số tính năng của vải ĐKT, chẳng hạn như từ biến và hư hại trong q trình thi cơng thường được xem xét thơng qua các hệ số suy giảm. Trong các tính toán bằng phương pháp số gần đây, vật liệu vải ĐKT được mơ hình hóa như một phần tử liên tục có độ dầy khơng đáng kể, để đảm bảo rằng vải ĐKT không chịu ứng suất nén và mô men uốn [7]. Thường ít chú ý đến hệ số Poisson của vải ĐKT (ng), nhưng hệ số này có ảnh hưởng quan trọng đến kết quả tính

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

toán [8]. Vật liệu vải ĐKT phổ biến để bọc cọc là loại vải dệt, đối với vải dệt, hai hướng của vải hoạt động gần như độc lập; vì vậy, có vẻ hợp lý khi sử dụng các giá trị của hệ số Poisson gần bằng không. Soderman và Giroud (1995) đề xuất giá trị ng = 0.1 cho vải ĐKT dệt và ng = 0.35 đối với vải không dệt [4] [9].

Lựa chọn vải bọc ĐKT cần có các đặc điểm như sau [2]: - Không khớp nối hoặc đường may.

- Cường độ chịu kéo cao. - Hệ số giảm từ biến thấp. - Độ thấm cao.

- Ít hư hỏng khi lắp đặt.

- Chịu được hóa chất và vi sinh vật cao.

Các tiêu chuẩn quy định về lựa chọn, thí nghiệm vải ĐKT: Tiêu chuẩn TCVN 9844: 2013 – Yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu; và các tài liệu viện dẫn: ASTM D4595; D4884; TCVN 8220 – 8222; 8871-1 –8871-6.

<b>1.3 Tổng quan về các nghiên cứu trên thế giới và Việt nam </b>

Van Impe và Silence là những tác giả đầu tiên nhận ra rằng các cọc hạt rời có thể bọc được bằng vải ĐKT; trong khi phương pháp tính tốn giải tích đối với sức chịu tải và độ lún của nền đất yếu gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT dựa trên lý thuyết đàn hồi được đề xuất đầu tiên bởi Ghionna và Jamiolkowski vào năm 1981. Các tác giả này đã đưa ra lời giải giải tích để đánh giá yêu cầu về độ bền của vải ĐKT khi làm việc ở trạng thái giới hạn, trong đó biến dạng của cọc khơng kể đến ảnh hưởng biến dạng của vải ĐKT. Năm 2000, tác giả Raithel và Kempfert đã cơng bố một phương pháp tính tốn giải tích tổng thể cho cọc bọc vải ĐKT làm việc ở trạng thái giới hạn dựa trên mô hình lăng trụ để đánh giá độ lún của cọc và đất yếu xung quanh cọc. Phương pháp của các tác giả này có kể đến ảnh hưởng biến dạng của vải ĐKT đến biến dạng của cọc, tuy nhiên phương pháp này còn dựa trên nhiều giả thiết như cọc và đất có độ lún như nhau khi chịu tác động của tải trọng dọc trục, bỏ qua ảnh hưởng vùng tiếp xúc giữa cọc và vải ĐKT, vải ĐKT và đất xung quanh, vải ĐKT có ứng xử đàn hồi tuyến tính [4] [10]. Wu và cộng sự (2009) đã phát triển một quy trình tính tốn giải tích để nghiên cứu ứng xử của ứng suất – biến dạng dọc trục đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKT trên cơ sở áp dụng mơ hình Duncan và

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Chang nhằm mô tả đặc điểm cơ học của vật liệu cọc [4] [10] [11]; Zhang và cộng sự (2011) đã phát triển lời giải giải tích dựa trên lý thuyết đàn hồi, áp dụng mơ hình lăng trụ để tính tốn chuyển vị và ứng suất của nền đất yếu gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT. Pulko và cộng sự (2011) đã cập nhật và đề xuất một lời giải đàn hồi-dẻo đối với cọc hạt rời được bọc hoàn toàn bằng vải ĐKT. Castro và Sagaseta (2011) nghiên cứu mức độ giảm lún và khả năng tăng tốc độ cố kết gây ra bởi cọc hạt rời bọc vải ĐKT, các tác giả kết luận rằng cọc được gia cố đã bỏ qua ảnh hưởng đàn hồi và chỉ bắt đầu hiệu quả sau khi cọc biến dạng [4] [10] [12] [13] [14]. Các tác giả trên đã bỏ qua ảnh hưởng của áp lực ngang ở các vị trí khác nhau dọc theo độ sâu chôn cọc. Zhang và Zhao (2015) đã phát triển phương pháp tính tốn đối với cọc hạt rời và cọc hạt rời không bọc vải ĐKT. Trong tính tốn của tác giả Zhang và Zhao có đưa vào lực ma sát trượt giữa đất và cọc hạt rời, tuy nhiên phương pháp này không phù hợp với trường hợp biến dạng lớn [4] [13] [14] [15]. Raithel và Kempfert đã thực hiện tiếp nghiên cứu đề xuất của họ về cọc hạt rời bọc vải ĐKT với các mơ hình tính tốn số và giải tích về hệ cọc cát bọc vải ĐKT. Trong nghiên cứu của họ, thể tích cọc cát khơng đổi và biến dạng ngang đồng nhất trên toàn bộ chiều dài, áp lực ngang từ đất xung quanh được coi là áp lực đất bị động. Tuy nhiên, theo Lee và cộng sự (2007), Khabbazian và cộng sự (2009), Murugesan và Rajagopal (2010) thì dưới tác dụng của tải trọng dọc trục ở đỉnh cọc sẽ gây ra một biến dạng nén dọc trục và thường đi kèm với biến dạng ngang gần đỉnh cọc. Do đó, thể tích của cọc sẽ thay đổi và biến dạng ngang của cọc hạt rời bọc vải ĐKT sẽ không đồng nhất với tải trọng dọc trục. Vì vậy, các đặc điểm biến dạng của cọc hạt rời theo phương pháp nén dọc trục đi kèm với biến dạng ngang đã được các tác giả đưa vào tính tốn [4] [10] [16] [17] [18] [19]. Briaud (2013) đã trình bày một lời giải để dự đoán sức chịu tải của một cọc đơn bọc vải ĐKT có tính đến ảnh hưởng của cường độ chịu kéo của vải ĐKT và chiều cao mực nước ngầm để dự đoán sức chịu tải của cọc [4] [10] [20]. Ngồi các phương pháp giải tích được nghiên cứu và phát triển bởi các tác giả trình bày ở trên. Một số lời giải giải tích đơn giản dựa trên lý thuyết lực kéo hoop cũng đã được phát triển bởi nhiều nhà nghiên cứu như Van Impe vào năm 1989, Ayadat và Hana vào năm 2005, Murugesan và Rajagopal vào năm 2010 [10] [21]. Tác giả Hongyang Cheng và công sự năm 2017 đã đề xuất một lời giải giải tích mới đối với cọc đất bọc vải ĐKT dựa trên hiểu biết toàn diện tính tốn về phương pháp số được thực hiện bằng phương pháp rời rạc hóa phần tử. Bằng cách khảo sát ma sát vùng tiếp xúc giữa vải và đất, sự phân bố ứng suất chính, và quan hệ ứng suất - biến dạng của mơ hình đất và vải ĐKT trong tính tốn bằng phương pháp rời rạc phần tử, một bức tranh hồn chỉnh về tính chất cơ học của cọc đất bọc vải ĐKT chịu áp lực nén một trục lần đầu được nghiên cứu. Với các hiểu biết mới này, các giả định chính được kiểm định và phát triển đối với phương pháp giải tích. Trong tính tốn bằng phương pháp rời rạc hóa phần tử, một đường gần

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

trạng thái phá hủy cho biết dự đoán tương đối tỉ số ứng suất lớn nhất khi phá hủy tương ứng với biến dạng lệch được xác định là duy nhất. Mức độ giãn nở được tìm thấy có liên quan đến tỉ số ứng suất thơng qua tương quan tuyến tính đơn bất kể cường độ chịu kéo của vải ĐKT. Từ các phát hiện này, các giả thiết về sự phát triển của trạng thái ứng suất và sự phát triển tương ứng của quan hệ ứng suất – giãn nở và do đó cọc đất bọc vải ĐKT có thể mơ hình dưới dạng Mohr-Coulomb đàn dẻo với sự phát triển tỉ số ứng suất và giãn nở. Sự phát triển của mơ hình giải tích đã thể hiện cách tiếp cận sáng tạo do đã tận dụng những ưu điểm đối với mơ hình giải tích có vật liệu ĐKT phức tạp. Mơ hình giải tích đã được kiểm chứng với kết quả mơ hình của phương pháp rời rạc hóa phần tử đối với đất bọc vải ĐKT chịu nén một trục với cường độ chịu kéo của vải khác nhau [22].

Yang Zhou và cộng sự (2021) đã nghiên cứu bằng cách tiếp cận lời giải giải tích để dự đốn ứng xử của cọc hạt rời bọc vải ĐKT gia cố nền đất dưới khối đất đắp. Nghiên cứu có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng vòm của đất trong lớp đất đắp và ứng xử phi tuyến của cọc đá. Mơ hình vật liệu hạt rời cấu thành dựa trên ứng xử đàn hồi phi tuyến và đàn hồi dẻo, các ứng xử phi tuyến bao gồm cả độ lún và biến dạng ngang cũng được xem xét tính tốn. Biến dạng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT, đất xung quanh và khối đất đắp là tương thích bằng cách áp dụng tính liên tục của ứng xuất và biến dạng thể tích ở đáy của khối đất đắp. Phương pháp này được kiểm định thông qua so sánh với dữ liệu tổng hợp từ các nghiên cứu khác và với phương pháp số. Các tác giả cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số bao gồm: cường độ lớp vải bọc, góc ma sát của vật liệu cọc đối với sự làm việc của khối đất đắp. Việc bỏ qua ảnh hưởng của ứng xử phi tuyến của cọc dẫn đến tỉ số ứng suất giữa cọc và đất đã vượt quá dự đoán, điều này sẽ phù hợp hơn nếu các đặc tính phi tuyến của cọc được đưa vào tính tốn đối với các cơng trình gia cố nền đất đắp bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT [23].

Các nghiên cứu lý thuyết tính tốn giải tích về cọc hạt rời bọc vải ĐKT có thể nói rằng đã được hồn thiện một cách chặt chẽ từ 1981 đến 2021. Trong luận án này NCS sử dụng các công thức đề xuất bởi Raithel và Kempfert để tính tốn đồng thời kiểm chứng lại sự làm việc giữa đất và cọc thông qua 2 bài toán: i) thử tải tĩnh – tải trọng chỉ đặt lên đầu cọc và ii) Gia tải toàn bộ nền – tải trọng đặt lên cả đất và cọc.

Tổng hợp một số nghiên cứu cọc hạt rời bọc vải ĐKT bằng phương pháp số được liệt kê trong bảng 1.4. Các nghiên cứu này chỉ so sánh sự làm việc của của cọc đá bọc vải DKT bằng cách thay đổi các thông số thiết kế như đường kính cọc (dc), sơ đồ bố trí cọc, khoảng cách giữa các cọc (S), cường độ chịu kéo của vải ĐKT. Trong nội dung nghiên cứu của luận án, NCS đã khảo sát tất cả các thông số kể trên trong tính tốn giải tích cũng như trong mơ phỏng số để

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

đánh giá toàn diện ảnh hưởng của các thông số đến hiệu quả làm việc của cọc hạt rời bọc vải ĐKT

Bảng 1.4 Tổng hợp các nghiên cứu cọc bọc vải ĐKT bằng phương pháp số [4]

<b><small>Tác giả thực hiện Mô hình tính tốn Trường hợp xem xét Thơng số nghiên cứu </small></b>

<small>Murugesan và Rajagopal (2006) Lăng trụ 2D Mô hình lý thuyết dc, J, Hem</small>

<small>Yoo và Kim (2009) Lăng trụ 2D; 3D Mơ hình thực So sánh 2D & 3D Khabbazian và cộng sự (2010) Lăng trụ 3D Mô hình lý thuyết dc, J, фc, Lenc, Lcol</small>

<small>Tandel và cộng sự (2012) Lăng trụ 3D Mơ hình lý thuyết J, Ec, dc, Es</small>

<small>Keykhosropur và cộng sự (2012) Lăng trụ 3D Mơ hình thực dc, J, фc, Ec</small>

<small>Almeida và cộng sự (2013) Lăng trụ 2D Mơ hình lý thuyết J, Hem, Hs</small>

<small>Khabbazian và cộng sự (2015) Lăng trụ 3D Nguyên mẫu σ3, dc, sơ đồ bố trí cọc Mohapatra và cộng sự (2017) Lăng trụ 2D, 3D Mô hình lý thuyết σv, δh, δv</small>

Ngồi các nghiên cứu về giải tích và phương pháp số thì nhiều nghiên cứu về thí nghiệm trên cọc hạt rời bọc vải ĐKT đã được thực hiện. Theo các tác giả Raithel và Kirchner thí nghiệm đầu tiên về sức chịu tải của cọc hạt rời bọc vải ĐKT được thực hiện tại Đức năm 1994 [10] [24]. Bauer và Nabil (1996) đã thực hiện thí nghiệm nén một trục và ba trục đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKT và không bọc vải ĐKT. Kết quả cho thấy cường độ chịu kéo của cọc hạt rời bọc vải ĐKT tăng lên so với cọc hạt rời không bọc vải ĐKT [10] [25]. Alexiew và cộng sự (2003) đã thực hiện và dựa trên kết quả thí nghiệm đề xuất cọc hạt rời bọc vải ĐKT phải được thi công lắp đặt với tỉ số diện tích thay thế từ 10% - 20% đối với cọc có đường kính 0.8 m theo dạng hình tam giác với khoảng cách trục từ 1.7 đến 2.0 m [26] [27]. Shamar và cộng sự (2004) đã tiến hành một loạt các thí nghiệm trong phịng đối với cọc cát được gia cố bởi vải ĐKT dạng lưới. Thí nghiệm được thực hiện với cọc cát đơn có đường kính 60 mm và chiều dài 300 mm, số lượng ô lưới và khoảng cách giữa hai trục ô lưới của vải ĐKT là khác nhau đối với mỗi mẫu thử. Kết quả thí nghiệm cho thấy ảnh hưởng của vải ĐKT trong việc cải thiện sức chịu tải và giảm bớt biến dạng ngang của cọc cát [26] [28]. Ayadat và Hanna (2005) đã tiến hành các thử nghiệm quy mô nhỏ để nghiên cứu khả năng chịu tải của cọc hạt rời trong đất sét nhão, và trình bày các mơ hình lý thuyết để dự đoán khả năng chịu tải và độ lún của các cọc hạt rời này [21] [26]. Kempfert và Gebreselassie (2006) đã thực hiện các thí nghiệm mơ hình thu nhỏ và mơ hình quy mơ lớn trong đất than bùn và cát hạt trung bình để nghiên cứu ảnh hưởng mực nước

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

ngầm. Các tác giả kết luận rằng do sự hỗ trợ áp lực ngang của cọc nên biến dạng do nén thay đổi ít khi thay đổi chiều cao của mực nước ngầm [2] [26]. Wu và Hong (2009) đã thực hiện một loạt các thí nghiệm nén ba trục trong phịng thí nghiệm (đường kính 140mm × 70mm cao) đối với cọc cát bọc và không bọc vải ĐKT (độ chặt tương đối 60% & 80%). Các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của vải bọc ĐKT khi gia tăng ứng suất lệch và giảm thể tích. Các thí nghiệm này cho thấy sự huy động của lực dính và góc nội ma sát tương ứng với các dạng biến dạng dọc trục khác nhau để diễn giải hiệu quả gia cố của cọc hạt rời bọc vải ĐKT [10] [11].Murugesan và Rajagopal (2007) ( 2010) đã thực hiện thí nghiệm trên cọc đơn và nhóm cọc để nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số: đường kính, cường độ chịu kéo của vải ĐKT, chiều dài bọc vải đến sức chịu tải của cọc hạt rời bọc vải ĐKT. Các tác giả kết luận rằng vải bọc ĐKT giúp tăng cường khả năng chịu tải của cọc hạt rời. Đồ thị ứng suất – biến dạng của cọc biểu thị ứng xử tuyến tính và khơng cho thấy bất kỳ sự phá hủy nào khác so với cọc hạt rời thông thường [10] [19] [29]. Năm 2009, Gniel & Bouazza đã thực hiện một loạt các thí nghiệm với mơ hình thu nhỏ đối với cọc hạt rời bọc vải ĐKT đơn và nhóm cọc với mục đích khảo sát và đánh giá ứng xử của cọc hạt rời được bọc vải ĐKT bán phần. Các tác giả đã kết luận, khi tăng chiều dài bọc đối với cọc hạt rời đơn và nhóm thì biến dạng đứng giảm ổn định (hình 1.8), biến dạng ngang xuất hiện ngay bên dưới phần bọc vải ĐKT. Theo phương pháp này, độ cứng cọc hạt rời tăng lên và biến dạng cọc hạt rời giảm nhiều khi cọc hạt rời được bọc toàn phần bằng vải ĐKT [26] [30]. Araujo và cộng sự (2009) cũng đã nghiên cứu đánh giá ứng xử của cọc hạt rời bọc và không bọc vải ĐKT cho trường hợp ổn định bờ đê trên nền kết cấu đất xốp khơng bão hịa. Thí nghiệm đã sử dụng cát và sỏi làm vật liệu cọc và các loại vải ĐKT khác nhau (vải –loại dệt và lưới), đo biến dạng bên trong cọc hạt rời bằng đồng hồ đo biến dạng. Ứng xử của cả hai loại cọc thông thường (cát và sỏi) và cọc bọc vải ĐKT (cát và sỏi) được khảo sát bằng phương pháp gia tải tại chỗ. Để khảo sát ảnh hưởng của vải ĐKT đối với ứng xử của cọc bằng cách thí nghiệm tạo sự phá hủy cục bộ của nền đất với việc thực hiện bơm nước từ đỉnh cọc. Các tác giả cho rằng tùy thuộc vào vật liệu sử dụng, khả năng chịu tải của cọc hạt rời bọc vải ĐKT vượt trội so với cọc hạt rời khơng bọc vải ĐKT. Ngồi ra, sự phá hủy nền đất cũng giảm do ảnh hưởng của cọc hạt rời bọc vải ĐKT [26] [31]. Yoo và Lee (2012) đã tiến hành thí nghiệm với độ lớn của tải trọng tương đương ngồi thực địa để khảo sát hình dạng biến dạng, khả năng chịu tải và mức độ giảm lún của cọc hạt rời được bọc bằng vải ĐKT. Ngoài ra, ảnh hưởng độ dài vải bọc ĐKT đến biến dạng cọc hạt rời cũng đã được thực hiện trong nghiên cứu. Các thí nghiệm được thực hiện với cọc hạt rời có cùng đường kính là 760 mm; chiều dài lần lượt là L = 5.4 m và 8.0 m. Các tác giả chỉ ra rằng vải bọc ĐKT cung cấp bổ sung áp lực ngang, do đó góp phần làm giảm độ lún của nền đất yếu và tăng độ cứng của cọc hạt rời. Hơn nữa, đối với trường hợp cọc hạt

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

rời bọc bán phần biến dạng ngang của cọc hạt rời xảy ra ngay bên dưới đáy của vải ĐKT. Các tác giả cũng tuyên bố rằng chiều dài vải bọc ĐKT góp phần quan trọng vào việc cải thiện hiệu suất làm việc của cọc hạt rời [26] [32]. Ali và cộng sự (2014) đã nghiên cứu ứng xử của cọc hạt rời bọc và không bọc vải ĐKT bằng thí nghiệm với các cọc được thi cơng và bố trí với các dạng hình học khác nhau. Trong nghiên cứu này, mơ hình thí nghiệm đã được thực hiện đối với: cọc treo, cọc đơn chịu lực mũi, nhóm cọc. Các thí nghiệm đã được thực hiện để đánh giá sự liên quan về sự cải thiện ứng suất phá hủy của nền móng gia cố với các dạng hình học bố trí cọc. Ở đây, các cọc đã được đào lên để nghiên cứu hình dạng biến dạng qua đó hiểu được cơ chế phá hủy đối với các loại cọc được bố trí hình dạng hình học khác nhau. Các tác giả cho rằng lưới ĐKT là loại vải tổng hợp tốt nhất dùng cho cọc chống hoặc cọc treo [26] [33]. Năm 2015, Chen và cộng sự đã cơng bố kết quả thí nghiệm trong phịng và mơ phỏng số bờ kè được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT. Kết quả nghiên cứu cho thấy nguyên nhân gây ra phá hủy cọc hạt rời là do cọc hạt rời bị biến dạng uốn. Độ ổn định của kè được đánh giá bằng mơ hình 2D và 3D. Dựa trên các kết quả thu được, các tác giả đã kết luận rằng mơ hình 3D cung cấp kết quả gần đúng với kết quả các thí nghiệm trong phịng hơn so với mơ hình 2D [26] [34]. Năm 2017, tác giả F. Ou Yang và cộng sự đã nghiên cứu đặc điểm của ứng suất và biến dạng đối với tổ hợp cọc bọc vải ĐKT và đất nền trên cơ sở các thí nghiệm với mơ hình có kích thước mẫu lớn. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tổ hợp cọc bọc vải ĐKT với đất nền có sức chịu tải cao hơn, và cọc được bọc tồn bộ thì có tỉ số tập trung ứng suất cao hơn, biến dạng ngang đều và nhỏ hơn, tải trọng trên đỉnh cọc được truyền hơn 50% xuống mũi cọc. Tác giả cũng cho rằng biến dạng của tổ hợp là do chọc thủng lớp đệm ở trên đầu cọc hơn là do biến dạng ngang của cọc. Ngoài ra, tác giả cũng cho rằng ứng xử của cọc bọc vải ĐKT có ứng xử tương tự cọc liên kết nửa cứng [35]. Năm 2018, tác giả Jianfeng Xue và cộng sự đã thực hiện hàng loạt các thí nghiệm ba trục trên mẫu có kích thước lớn đối với các cọc đá thông thường và cọc đá bọc vải ĐKT với mục đích nghiên cứu cơ chế phá hủy và ứng xử của cọc đá. Mười sáu cọc đá được bọc với bốn loại vải ĐKT khác nhau có cường độ kéo lần lượt là 33, 43, 52 và 65 kN/m, bốn cọc đá thơng thường có đường kính 300 mm và chiều dài cọc là 600 mm đã được thí nghiệm dưới áp lực lần lượt là 50, 100, 150 và 200 kPa. Kết quả cho thấy vải ĐKT có thể được xem như là một đóng góp vào lực dính biểu kiến hoặc áp lực nén của cọc đá thông thường. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của cọc đá bọc vải ĐKT đã được mô tả là sự chồng chất của mơ hình hyperbolic và mơ hình tuyến tính đã được sử dụng để mơ hình hóa ứng xử của cọc đá thơng thường trong thí nghiệm nén 3 trục và cọc đá bọc vải ĐKT trong thí nghiệm nén 1 trục. Mơ hình đã cho biết rõ ứng xử trước khi bị phá hủy của cọc đá bọc vải ĐKT. Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là đã bỏ qua biến dạng thể tích và khơng thể mơ hình ứng xử mềm hóa của cọc đá bọc vải ĐKT sau

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

khi đạt ứng xuất cực đại [36]. Năm 2020, tác giả Ling Zhang và công sự đã thực hiện hàng loạt thí nghiệm với mơ hình cọc hạt rời bọc vải ĐKT để nghiên cứu ứng xử của cọc hạt rời bọc vải ĐKT dưới tác động của tải trọng có chu kỳ. Thí nghiệm cũng đã đo đạc sự phân bố ứng suất trên cọc và đất yếu xung quanh, tích lũy lún của tấm thép chịu tải, áp lực nước lỗ rỗng trong đất yếu xung quanh và biến dạng ngang của cọc hạt rời. Kết quả thí nghiệm cho thấy ứng suất trong cọc sẽ tăng lên khi chiều dài bọc vải ĐKT tăng lên, và sẽ giảm khi đường kính đường kính cọc tăng, độ lớn và tần số của tải trọng. Sự gia tăng ứng suất của đất yếu xung quanh có xu hướng làm gia tăng tích lũy lún của tấm thép chịu tải và áp lực nước lỗ rỗng, trong khi sự gia tăng ứng suất trong cọc lại làm cho biến dạng ngang của cọc lớn lên [37]. Tác giả Chungsik Yoo và Qaisar Abbas cũng đã thực hiện các thí nghiệm để khảo sát ứng xử của cọc hạt rời bọc vải ĐKT được đặt trong cát dưới tác động của tải trọng động. Nghiên cứu cho thấy tải trọng phân bố cho cọc chịu tải trọng động nhỏ hơn tải trọng phân bố cho cọc chịu tải trọng tĩnh và có xu hướng giảm đi 25% của tỉ số ứng suất tập trung. Vải bọc ĐKT đã cải thiện hiệu quả làm việc của cọc khi chịu tải trọng có tần số thấp hoặc độ lớn của tải trọng nhỏ. Vùng biến dạng ngang của cọc chịu tải trọng động có xu hướng mở rộng hơn so với cọc chịu tải trọng tĩnh, do đó các tác giả đã đề xuất bọc toàn bộ chiều dài cọc đối với cọc chịu tải trọng động [38]. Thí nghiệm của các tác giả đi trước đã cho thấy ưu điểm của cọc hạt rời bọc ĐKT, tuy nhiên trong điều kiện hiện tại NCS chưa thể thực hiện thí nghiệm cụ thể cho đất yếu tại Việt Nam cũng như sử dụng vật liệu hiện có ở Việt Nam để làm vật liệu cọc. Đây sẽ là hướng phát triển của để tài này trong tương lai.

Hiện nay tại Việt Nam cũng chỉ có một số các bài báo, luận văn cao học nghiên cứu về cọc hạt rời được công bố của các tác giả như: Nghiên cứu độ lún và sức chịu tải của nền đất yếu nhà máy Vifon II được gia cố bằng cọc đá do Lê Bá Vinh và Lê Bá Khánh thực hiện và công bố kết quả vào năm 2017. Các tác giả đã sử dụng một số phương pháp giải tích, phương pháp mơ phỏng số PLAXIS 3D và phương pháp phân tích ngược Asaoka để xác định và so sánh kết quả độ lún. Kết quả tính tốn cho thấy các phương pháp giải tích có chênh lệch độ lún rất nhỏ vào khoảng 1%. Kết quả độ lún theo mô phỏng 3D bằng phần mềm Plaxis cho kết quả tương ứng với tính tốn giải tích nhưng cao hơn 16% so với kết quả phân tích ngược Asaoka. Kết quả nghiên cứu, cũng cho thấy cơ chế phá hủy của cọc đá là phá hủy do cắt [39]. Nghiên cứu Lương Phương Hợp vào năm 2017 về cải tạo nền đất sét yếu theo phương pháp cọc cát đầm. Nội dung nghiên cứu chủ yếu của tác giả tập trung giới thiệu tổng quan về phương pháp và giới thiệu các tính tốn giải tích [40]. Nghiên cứu do Đỗ Mạnh Hùng thực hiện 2015 cho biết với nền đất yếu

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

có chiều dầy từ 5 m đến 10 m thường gặp là đất sét, sét pha, cát pha dẻo mềm, có góc ma sát trong khoảng từ 5 đến 10<small>0</small>tại Hải Phịng thì thích hợp xử lý bằng cọc cát và rất có hiệu quả. Kết quả tính tốn thực tế cho thấy phương pháp gia cố bằng cọc cát làm giảm đáng kể độ lún và nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của tỉ số diện tích thay thế khi tỉ số thay đổi từ 0.1 đến 0.3 thì độ lún có thể giảm từ 12% đến 70%. Tốc độ lún cố kết của nền được gia cố bằng cọc cát trong 90 ngày đạt 95% [41]. Nghiên cứu của tác giả Lương Văn Hoàng thực hiện năm 2021 về “Ứng xử của nền gia cố bằng cọc đá với đối tượng nghiên cứu là bãi chứa quặng nhiên liệu của khu liên hiệp Gang thép Hòa Phát Dung Quất được gia cố bằng phương pháp cọc đá đầm rung sâu. Với chiều cao yêu cầu chứa quặng với chiều cao từ 9 đến 14 m do đó tải trọng lớn nhất là 30 tấn/m<small>2</small>. Kết quả nghiên cứu cho thấy mơ hình tính cọc trong nền đất cho kết quả gần nhất với kết quả quan trắc (lệch 28%). Mơ hình tính nền tương đương của Priebe mặc dù cho kết quả khơng sát bằng mơ hình cọc trong nền (độ lệch trung bình là 61%) nhưng đường tương quan độ lún lại khá tương đồng với đường quan trắc hiện trường, và bao ngoài các đường quan trắc hiện trường. Các nghiên cứu trên chỉ sử dụng mơ hình đất Mohr – Coulomb để mơ phỏng nền đất cũng như mô phỏng vật liệu làm cọc, các lớp đất gia cố được tính tương đương dựa trên hệ số cải nền [42]. Trong luận án này NCS sử dụng 2 loại mơ hình: i. mơ hình “Mohr – Coulomb” và ii. mơ hình “Soft Soil” để nghiên cứu ứng xử của nền đất đã được gia cố bằng cọc hạt rời bọc vải ĐKT.

NCS đã trình bày tổng quan về cọc hạt rời bọc vải địa kỹ thuật, các ứng dụng đối với cơng trình thực tế, tổng quan về đất yếu và vải địa kỹ thuật, các loại vật liệu hạt rời thông dụng sử dụng làm cọc hạt rời bọc vải ĐKT, phương pháp thi công cọc bọc vải địa kỹ thuật cũng như các thiết bị và đường kính cọc được áp dụng hiện nay. Ngồi ra, trên cơ sở đánh giá, phân tích các nghiên cứu trong và ngồi nước như đã trình bày ở trên, NCS thấy rằng nghiên cứu của các tác giả hầu hết đều có chung giới hạn đó là dựa trên cơ sở mơ hình lăng trụ, vật liệu làm việc tn theo lý thuyết đàn hồi hoặc sử dụng duy nhất một phương pháp nghiên cứu để giải quyết một vấn đề nào đó, áp dụng cho một vùng cụ thể ngồi Việt nam. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng cho thấy ở thời điểm hiện tại Việt nam hầu như chưa có bất kỳ nghiên cứu hay ứng dụng nào về cọc bọc vải ĐKT sử dụng trong gia cố nền đất yếu. Trong phần trình bày nội dung luận án, NCS đã sử dụng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau trong nghiên cứu bao gồm:

- Tính tốn bằng phương pháp giải tích - Tính toán bằng phương pháp số

</div>