Đánh giá hiệu quả của vải địa kỹ thuật đặt bên dưới nền đường và trên hệ thống trụ đất trộn xi măng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2 MB, 84 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------
NGUYỄN ANH QUỲNH
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
ĐẶT BÊN DƯỚI NỀN ĐƯỜNG
VÀ TRÊN HỆ THỐNG TRỤ ĐẤT TRỘN XI MĂNG
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành: 60 58 60
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 / 2007
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH TÂM
Cán bộ chấm nhận xét 1:
.................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2:
………………………………
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày .....tháng…..năm 200…
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
TP. HCM, ngày … tháng … năm 200…
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:
NGUYỄN ANH QUỲNH
Phái:
NỮ
Ngày tháng năm sinh: 01/5/1972
Nơi sinh:
THÁI NGUYÊN
Chuyên ngành:
Mã số HV: 00906222
Địa kỹ thuật xây dựng
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Đánh giá hiệu quả của vải địa kỹ thuật đặt bên dưới nền đường và trên hệ thống trụ
đất trộn xi măng.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Đánh giá hiệu quả của vải địa kỹ thuật đặt bên dưới nền đường và trên hệ thống trụ
đất trộn xi măng. Đưa ra một số kết luận về các tính năng chính của vải địa kỹ thuật,
hiệu quả của vải địa kỹ thuật trong sự kết hợp với trụ DMM để gia cố nền đường.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
16 / 07 / 2007
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16 / 12 / 2007
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
TS. NGUYỄN MINH TÂM
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
TS. NGUYỄN MINH TÂM
TS. VÕ PHÁN
TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH
Ngày … tháng … năm 200…
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cơ trong bộ mơn Địa Cơ Nền
Móng, khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách khoa đã tận tình
giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức rất cần thiết trong thời gian
tham gia khóa học.
Tơi vơ cùng biết ơn Tiến sĩ Nguyễn Minh Tâm - Giảng viên Bộ mơn
Địa Cơ Nền Móng, khoa Kỹ Thuật Xây dựng, trường Đại học Bách khoa,
mặc dù rất bận rộn trong công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học
nhưng vẫn dành nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn tận tình, cụ thể,
và tạo điều kiện tốt nhất, giúp tơi hồn thành Luận văn thạc sĩ trong thời
gian quy định.
Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình,
người thân và bè bạn đã ln động viên, giúp đỡ để tơi có thể hồn tất
được chương trình học cũng như hoàn tất Luận văn thạc sĩ này.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2007
NGUYỄN ANH QUỲNH
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐỀ TÀI:
Đánh giá hiệu quả của vải địa kỹ thuật đặt bên dưới nền đường và trên hệ thống trụ
đất trộn xi măng.
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong những năm gần đây, trụ đất trộn xi măng, thi công bằng phương pháp
trộn sâu (DMM) được sử dụng rất rộng rãi và được coi như là một giải pháp hợp lý
để xử lý nền đất yếu, đặc biệt là cho nền đất yếu bên dưới nền đường. Tuy nhiên,
vấn đề xảy ra khi sử dụng trụ DMM để xử lý nền đất yếu dưới nền đường là sự
khác biệt về độ lún giữa trụ và đất yếu xung quanh trụ do sự khác nhau về độ cứng
giữa chúng. Điều này làm giảm độ ổn định của nền đường và sức chịu tải của trụ
DMM cũng bị giảm do phải chịu lực ngang của nền đường. Do đó việc tìm ra một
giải pháp hiệu quả cho vấn đề này là rất quan trọng.
Với đặc trưng của vải địa kỹ thuật là có sức chịu kéo cao, việc đặt những lớp
vải địa kỹ thuật dưới nền đường là một giải pháp kinh tế và hiệu quả để làm giảm
độ lún và áp lực ngang, tăng sức chịu tải và chống lại sự mất ổn định tổng thể của
nền đường.
Với mơ hình móng kết hợp này, điều quan trọng là đánh giá hiệu quả của việc
sử dụng vải địa kỹ thuật đặt dưới nền đường và trên đầu hệ trụ DMM dưới nền
đường. Trong Luận văn này sẽ trình bày một số phương pháp tính tốn trụ DMM và
vải địa kỹ thuật gia cường, đồng thời cũng xây dựng mô hình phân tích trong Plaxis
và từ đó đưa ra những kết quả phân tích về hiệu quả của vải địa kỹ thuật trong sự
kết hợp với trụ DMM để gia cố nền đường.
Từ kết quả đạt được nhận thấy rằng, giá trị modul chịu kéo khoảng150 kN/m
là hợp lý cho việc ứng dụng. Ngoài ra, một vài kết luận sau đây được rút ra từ kết
quả nghiên cứu về vai trò của lớp vải địa kỹ thuật là:
− Làm giảm độ lún bề mặt của nền đường.
− Hạn chế sự xô ngang của nền đường đến các kết cấu kế cận, và cũng làm giảm
moment phát triển trên trụ DMM.
− Tăng hệ số an toàn cho nền đường tựa trên nền đất yếu được xử lý bằng trụ
DMM.
SUMMARY OF THESIS
TOPIC
Evaluating the Efficiency of Geosynthetic Reinforced Embankment on DMM
Columns
ABSTRACT
In recent years, deep mixing method (DMM) has been commonly used as an
alternative to improve the soft soil foundation, especially embankment. However, a
problem as using the DMM columns type to treat the soft soil foundation under
embankment is the large differential settlement between the columns and natural
soft soil around the column due to the difference in the their stiffness. This leads to
a reduction of stability of embankment and the bearing capcity of DMM columns
can be reduced when the columns are subjected to lateral forces from embankment.
So it’s important to find out an effective solution to overcome these disadvantages.
The effective characteristic of Geosynthetics is to have a high tensile capacity,
so when Geosynthetics layers placed at the base of embankment, it is likely to
provide an economic and effective solution for reducing settlement and lateral
pressure, increasing bearing capacity, and preventing global instability of
embankment.
With this combination, this study is conducted to evaluate the efficiency of
using geosynthetic layer inclusion placed at the base of embankment and on the
head of DMM column to support of embankment. This thesis presents some
methods commonly used to evaluate DMM columns and geosynthetics, as well as
performing a two-dimensional assumed model
by the finite element method,
Plaxis, to evaluate the efficiency of geosynthetic reinforced embankment on DMM
columns.
With results obtained from the study, it can be realized that geosynthetic
stiffness of about 150kN/m is rational value to apply to construction. And
conclusions were also drawn on the main roles of geosynthetic that are:
− To reduce the surface settlement of embankment.
− To restrain the horizontal thrust of embankment to adjacent structes as well as
itself, and reduce, moreover, the bending moment developed in DMM columns.
− To increase factor of safety of embankment on soft soil treated DMM columns.
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
M ỤC L ỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ..................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................... 4
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ....................................................................................... 5
MỤC LỤC............................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1. GiỚI THIỆU .................................................................................................. 9
1.1 Tính cấp thiết của đề tài _________________________________________ 9
1.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài___________________________________ 10
1.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu của đề tài ___________________________ 12
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .............................................................................................. 13
2.1 Các đặc trưng của nền đất yếu và các dạng đất yếu __________________ 13
2.1.1 Các đặc trưng của nền đất yếu ........................................................................... 13
2.1.2 Các dạng đất yếu ................................................................................................ 13
2.2 Lịch sử phát triển và ứng dụng của trụ DMM ______________________ 14
2.2.1 Lịch sử phát triển công nghệ dùng trụ DMM để gia cố nền đất yếu ................. 14
2.2.2 Ứng dụng trụ DMM để gia cố nền đất yếu ........................................................ 15
2.2.3 Phương pháp thi cơng......................................................................................... 18
2.3 Đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của vải địa kỹ thuật__________________ 23
2.3.1 Giới thiệu............................................................................................................ 23
2.3.2 Đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của vải địa kỹ thuật........................................... 25
2.4 Các phương pháp tính tốn của trụ DMM _________________________ 27
2.4.1 Tính tốn sức chịu tải của trụ DMM .................................................................. 27
2.4.2 Tính lún của nền đường trên nền đất được gia cường bằng trụ DMM .............. 31
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 39
3.1 Các thông số diễn tả sự phân bố ứng suất khi nền đất sử dụng trụ DMM 39
3.2 Một số phương pháp tính hệ số SRR ______________________________ 41
3.2.1 Phương pháp BS8006......................................................................................... 42
3.2.2 Phương pháp Terzaghi chỉnh sửa....................................................................... 44
3.2.3 Phương pháp Hewlett và Randolph ................................................................... 44
3.2.4 Phương pháp Guido chỉnh sửa ........................................................................... 46
3.2.5 Phương pháp Carlsson........................................................................................ 46
3.2.6 Hệ số giảm ứng suất: Tổng kết từ các phương pháp trên .................................. 47
3.3 Thiết kế lớp vải địa kỹ thuật gia cường ____________________________ 51
3.3.1 Áp lực trong vải địa kỹ thuật do tải trọng đứng ................................................. 51
3.3.2 Áp lực trong vải địa kỹ thuật do lực kéo ngang ................................................. 54
3.3.3 Lắp đặt vải địa kỹ thuật ...................................................................................... 54
3.4 Nguyên lý cơ học của sự truyền tải trọng thẳng đứng khi nền đất sử dụng
trụ DMM và vải địa kỹ thuật ____________________________________ 55
3.5 Mơ hình cho các lớp sử dụng trong phân tích bằng Plaxis_____________ 57
3.5.1 Giới thiệu............................................................................................................ 57
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 7
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
3.5.2 Mơ hình nền Morh-Coulumb (perfect plasticity behaviour; elastic perfectly plastic behaviour) ............................................................................................... 58
3.5.3 Mơ hình Soft Soil ............................................................................................... 63
CHƯƠNG 4. MƠ TẢ MƠ HÌNH PHÂN TÍCH .............................................................. 66
4.1 Mơ hình thí nghiệm ly tâm của Inagaki et al. (2002). _________________ 66
4.2 Mô hình phân tích bằng FEM của Inagaki et al. (2002). ______________ 67
4.3 Mơ hình phân tích bằng PLAXIS_________________________________ 67
CHƯƠNG 5. KẾT QỦA PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN ............................................. 71
5.1 So sánh kết quả phân tích mơ hình với kết quả của Inagaki. Chứng minh
tính đúng đắn của mơ hình phân tích _____________________________ 71
5.1.1 Chuyển vị ngang................................................................................................. 71
5.1.2 Mơmen uốn ........................................................................................................ 72
5.2 Các nhận xét rút ra từ mơ hình phân tích __________________________ 73
5.2.1 Độ lún của nền đường ........................................................................................ 73
5.2.2 Chuyển vị ngang của trụ dưới nền đường .......................................................... 74
5.2.3 Ổn định tổng thể của nền đường ........................................................................ 75
5.2.4 Sự tập trung ứng suất ......................................................................................... 76
5.2.5 Phân tích ứng xử của đất bên dưới lớp vải địa kỹ thuật..................................... 77
KẾT LUẬN
....................................................................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... 80
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 8
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
CHƯƠNG 1.
1.1
GIỚI THIỆU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Xây dựng cơ sở hạ tầng là bước chuẩn bị và tiền đề để phát triển kinh tế của Đất
nước. Để đáp ứng nhu cầu phát triển và hoàn thiện cơ sở hạ tầng ở nước ta hiện nay,
ngày càng có nhiều dự án, nhiều cơng trình với quy mơ lớn, cần được áp dụng các
kỹ thuật công nghệ mới hiện đại hơn.
Đối với các công trình trên nền đất yếu, thì việc xây dựng gặp rất nhiều khó khăn
như: nền đất bị lún khi đưa vào sử dụng khiến cơng trình bị hư hỏng hoặc không
đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của công trình, giá thành xử lý nền đất yếu quá
cao khiến dự án khơng cịn khả thi.
Vì vậy, tìm ra được một phương án xử lý để nền đất yếu sớm ổn định để kịp thời
đưa vào sử dụng và có giá thành hợp lý là một đề tài rất cần thiết.
Trong những năm gần đây, trụ đất trộn xi măng, thi công bằng phương pháp trộn
sâu (trụ DMM) thường được sử dụng như là một giải pháp hợp lý để xử lý nền đất
yếu, đặc biệt là cho nền đất yếu bên dưới nền đường. Việc sử dụng trụ DMM gia cố
nền đất yếu làm cho nền đường có thể được thi công nhanh hơn so với phương pháp
gia tải kết hợp với hệ thống thoát nước như bấc thấm hay giếng cát, chiều cao nền
đường cũng có thể được đắp cao hơn mà không gây ra bất cứ sự phá hoại nào v.v...
Những ứng dụng của phương pháp này như:
1. Tăng tính ổn định của nền đất yếu bên dưới và bên cạnh mố trụ cầu.
2. Làm giảm độ lún và tăng khả năng chịu tải của đất nền cho bồn chứa.
3. Làm tường chắn.
4. Hạn chế lún lệch giữa nền đường mới được xây dựng trên đất yếu với nền đường
hiện hữu (đã ngừng lún).
…
Tuỳ theo ứng dụng, trụ DMM có nhiều loại và hình dạng như: dạng khối, dạng
tường, dạng lưới, dạng trụ đơn. Trong đó, dạng trụ đơn là loại đơn giản và dễ thi
công nên dược sử dụng rất phổ biến.
Một vấn đề xảy ra khi sử dụng trụ DMM để xử lý nền đất yếu dưới nền đường là sự
khác biệt về độ lún giữa trụ và đất yếu xung quanh trụ do sự khác nhau về độ cứng
của chúng, cũng như sự ảnh hưởng và gia tăng chuyển vị ngang đối với các kết cấu
kế cận. Điều này làm giảm độ ổn định của nền đường. Hơn nữa, sức chịu tải của trụ
DMM cũng bị giảm do phải chịu lực ngang của nền đường. Để giải quyết vấn đề
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 9
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
này chúng ta có thể tăng tỷ lệ chiếm chỗ của trụ DMM trong đất, hay tăng độ cứng
của nền đường,… Tuy nhiên, những giải pháp này hầu như không kinh tế và hiệu
quả.
Vải địa kỹ thuật (dạng lưới hoặc dạng vải) với chức năng gia cố được sử dụng rất
nhiều để giữ ổn định nền đất, mái dốc và nền đường. Đặc trưng hiệu quả của vải địa
kỹ thuật là có sức chịu kéo cao mà đất khơng có. Đặt những lớp vải địa kỹ thuật
dưới nền đường là một giải pháp kinh tế và hiệu quả để làm giảm độ lún và áp lực
ngang, tăng sức chịu tải và chống lại sự mất ổn định tổng thể của nền đường. Ngoài
ra lớp vải địa kỹ thuật cịn có chức năng làm mặt phân cách giữa nền đường và lớp
đất yếu.
Giải pháp kết hợp trụ DMM với vải địa kỹ thuật là một giải pháp hay để có một hệ
móng hỗn hợp cho nền đường. Giải pháp này có thể làm giảm được sự khác biệt về
độ lún giữa trụ và đất yếu xung quanh trụ, và cũng làm giảm lực ngang tác dụng lên
trụ, truyền thêm lực dọc từ đất vào trụ để giảm lực truyền xuống nền đất yếu, tức là
giảm thiểu độ lún của mặt đường cũng như làm tăng độ ổn định tổng thể của nền
đường.
Lớp đất đắp (nền đường)
Vải địa kỹ thuật
Lớp đất yếu
Cột DMM
Lớp đất chịu lực
Hình 2.1. Sơ đồ kết hợp trụ DMM với vải địa kỹ thuật để gia cố nền đường
Với mơ hình móng kết hợp này, điều quan trọng là đánh giá hiệu quả của việc sử
dụng vải địa kỹ thuật đặt dưới nền đường và trên đầu hệ trụ DMM đỡ nền đường.
Nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp phần tữ hữu hạn (phần mềm Plaxis).
1.2
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nội dung bao gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu.
Nêu lên sự cần thiết phải nghiên cứu các phương án xử lý nền đất yếu
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 10
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
để đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày càng tăng đồng thời đạt yêu cầu về
hiệu quả kinh tế, tiến độ thực hiện và độ ổn định, bền vững của cơng
trình. Từ việc phân tích ưu điểm và sự hợp lý của việc sử dụng vải địa
kỹ thuật đặt dưới nền đường và trên đầu hệ trụ DMM đỡ nền đường,
nêu lên tính cấp thiết của nội dung nghiên cứu của đề tài.
Chương 2: Tổng quan
Giới thiệu về lịch sử phát triển và ứng dụng của trụ DMM, nêu sơ lược
về công nghệ thi cơng trụ DMM. Trình bày các đặc tính kỹ thuật và ứng
dụng của vải địa kỹ thuật, giới thiệu một số loại VĐKT đã và đang có
mặt trên thị trường nước ta. Trình bày các phương pháp tính tốn trụ
DMM và vải địa kỹ thuật gia cường. Và trong nội dung chương này
cũng nhắc lại một số đặc trưng của nền đất yếu.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Chương này chủ yếu phân tích nguyên lý cơ học của sự truyền tải trọng
thẳng đứng khi nền đất sử dụng trụ DMM và vải địa kỹ thuật. So sánh
sự khác nhau giữa hai trường hợp có và khơng có sự tham gia của vải
địa kỹ thuật.
Trong luận văn này, việc đánh giá, phân tích được thực hiện bằng
phương pháp phần tử hữu hạn với sự trợ giúp của phần mềm Plaxis. Do
đó, trong chương Cơ sở lý thuyết này cần phải phân tích đặc điểm của
các mơ hình và ý nghĩa của các thơng số sử dụng trong mơ hình, làm cơ
sở cho việc chọn mơ hình phù hợp, vì đó là một bước rất quan trọng,
ảnh hưởng đến mức độ chính xác của bài tốn.
Chương 4: Mơ tả mơ hình phân tích
Từ cơ sở lý thuyết nêu trên và dựa trên mơ hình thí nghiệm ly tâm và
mơ hình phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn của Inagaki
(2002) để đưa ra mơ hình phân tích hợp lý trong Plaxis.
Chương 5: Kết quả phân tích và thảo luận
Từ kết quả phân tích mơ hình thực bằng Plaxis, so sánh với kết quả
nghiên cứu của Inagaki (2002), chứng minh tính đúng đắn của mơ hình.
Cũng từ kết quả phân tích mơ hình, đưa ra một số nhận xét về độ lún
của nền đường, chuyển vị ngang của trụ bên dưới chân nền đường, ổn
định tổng thể của nền đường và sự tập trung ứng suất, đồng thời qua đó
phân tích ứng xử của đất bên dưới lớp vải địa kỹ thuật.
Và phần kết luận
Từ nội dung phân tích và thảo luận trên, đưa ra một số kết luận về các
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 11
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
tính năng chính của vải địa kỹ thuật, hiệu quả của việc sử dụng vải địa
kỹ thuật cho nền đường đã được xử lý bằng trụ DMM và những ứng xử
của đất yếu dưới nền đường.
1.3
GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Do sự hạn chế về thời gian và điều kiện thực hiện, đề tài chỉ thực hiện phân tích mơ
hình với phần mềm Plaxis, được xây dựng dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu của
Inagaki (2002) để đánh giá những ứng xử của đất yếu và hiệu quả của vải địa kỹ
thuật trong sự kết hợp với trụ DMM để gia cố nền đường.
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 12
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
CHƯƠNG 2.
TỔNG QUAN
2.1
CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC DẠNG ĐẤT YẾU
2.1.1
Các đặc trưng của nền đất yếu
Đất yếu có thể được định nghĩa là những loại đất khơng có khả năng tiếp nhận tải
trọng cơng trình nếu khơng có các biện pháp gia cố xử lý thích hợp. Xét về nguồn
gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong lục địa, vũng vịnh hoặc biển.
Đất yếu có các đặc trưng cơ lý như sau:
+ Khả năng chịu tải
: 0,5kG/cm2 ÷ 1kG/cm2
+ Mô đun tổng biến dạng : Eo ≤ 50 kG/cm2
2.1.2
+ Hệ số rỗng
:ε>1
+ Hệ số nén tương đối
: ao > 0,05 ÷ 0,1cm2/kG
+ Góc nội ma sát
: ϕ = 5 ÷ 10o
+ Lực dính
: C = 0,05 ÷ 0,1kG/cm2
Các dạng đất yếu
2.1.2.1 Đất sét mềm
Đất sét-á sét tương đối chặt và bão hồ nước và có cường độ cao hơn bùn.
Đặc điểm là có tính dẻo lớn do thành phần hạt <0,002 mm, chỉ số dẻo 1÷40.
2.1.2.2 Bùn
Lớp đất được tạo thành do bồi lắng của môi trường nước ngọt hay biển (các hạt
<200 mm) với tỉ lệ hạt 2 mm chiếm tỉ lệ lớn.
Cường độ luôn bé, biến dạng rất lớn, mơ đun biến dạng 1÷5daN/cm2 (bùn sét);
10÷25daN/cm2 (bùn á sét và bùn cát).
2.1.2.3 Than bùn
Có nguồn gốc hữu cơ được thành tạo do kết quả phân huỷ các di tích hữu cơ tại các
đầm lầy.
Dung trọng khơ (3÷9KN/m3), hàm lượng hữu cơ lớn 20÷80%.
Nền lún lâu dài, khơng đều. Hệ số nén lún 3,8÷10daN /cm2.
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 13
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
2.1.2.4 Các loại đất yếu khác
−
Cát chảy:
Loại đất cát hạt mịn, hàm lượng hạt (0,005÷0,002mm) chiếm 60÷70%.
Khi chịu tác động của chấn động hay một áp lực thụ động gây nên sự chảy của đất.
−
Đất bazan:
Có độ rỗng lớn, nhẹ, khả năng thấm nước cao, tính nén lún cao.
2.2
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA TRỤ DMM
2.2.1
Lịch sử phát triển công nghệ dùng trụ DMM để gia cố nền đất yếu
Trụ đất gia cố xi măng do nước Mỹ nghiên cứu đầu tiên thành công sau Đại chiến
thế giới thứ 2, năm 1954, gọi là “Mixed - In - Place Pile” (gọi tắt là phương pháp
MIP), khi đó dùng trụ có đường kính từ 0.3 – 0.4m, dài 10 -12m. Nhưng cho đến
1996 trụ đất gia cố với mục đích thương mại mới được sử dụng với số lượng lớn.
Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những
năm 1960. Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đã được đưa vào thực
tế ở Nhật vào giữa những năm 1970. Cũng khoảng thời gian đó trộn khơ ở Thuỵ
Điển dùng vơi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm
yếu. Trộn ướt dùng vữa xi măng làm chất gia cố cũng được áp dụng trong thực tế ở
Nhật từ giữa những năm 1970. Trộn sâu sau đó được phổ biến ra những nước khác
khắp thế giới. Hiện nay người ta dùng chất gia có là tổ hợp của xi măng và vôi với
thạch cao, tro bay và xỉ lò cao.
Sau khi được áp dụng, các ứng dụng của công nghệ trộn sâu ngày càng đa dạng,
thiết bị được cải tiến và các hoá chất hố cứng cũng được hồn thiện. Do kết quả
của các nỗ lực nghiên cứu quan trọng và sự tích luỹ các kinh nghiệm thực tế, các
phương pháp trộn sâu đã được chấp nhận rộng rãi trên nhiều quốc gia. Do các yêu
cầu về môi trường đã xuất hiện việc dùng trộn sâu để bảo vệ và ngăn ngừa các khu
vực ô nhiễm.
Hiện nay các kỹ thuật hỗn hợp đang được phát triển để phối hợp trộn sâu với các
phương pháp cải tạo đất khác (như bơm phụt vữa) hay các loại máy khác (trộn bề
mặt).
Trong những năm gần đây, trụ trộn sâu đã được dùng rất phổ biến để cải tạo nền đất
yếu dưới nền đường (hoặc đê, đập). Các ứng dụng chủ yếu của trụ trộn sâu là giảm
độ lún và gia tăng sức chịu tải của nền đất, các đặc trưng của đất được cải thiện, như
tăng cường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, bằng cách trộn đất nền với xi măng
(vữa xi măng) để chúng tương tác với đất, trao đổi ion tại bề mặt các hạt sét, gắn kết
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 14
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
các hạt đất và lấp các lỗ rỗng bởi các sản phẩm của phản ứng hoá học. Ưu điểm của
việc sử dụng phương pháp này là không bị hạn chế về chiều cao và tốc độ thi cơng
và có thể kiểm sốt, hạn chế được độ lún sau khi thi công.
Ngày nay phương pháp trộn sâu được sử dụng trên khắp thế giới, đặc biệt ở châu
Âu, Bắc Mỹ và châu Á với nhiều tên gọi khác nhau. Bruce (2000) đã thống kê 24
loại khác nhau của phương pháp trộn sâu (Deep Mixing Method –DMM) với những
tên như Jet Grouting, Soil Mixing, Cement Deep Mixing, Soil Mixed Wall, Geo Jet,
Deep Soil Mixing, Shallow Soil Mixing, Hydra Mech, Dry Jet Mixing, Lime
Columns,… Các phương pháp này đều có nền tảng cơ bản giống nhau, chúng được
đề xuất do việc tìm kiếm phương pháp hiệu quả nhất và kinh tế nhất để trộn xi măng
(tro bay hoặc vơi) với đất để tạo ra những tính chất của đất gần hơn với tính chất
của đá mền. Chất lượng của việc gia cường đất phụ thuộc vào mật độ và dạng hình
học của móng, q trình thi cơng, đặc tính của đất gốc, thời gian thi cơng và nhiệt
độ. Phương pháp ướt cho cường độ cao hơn phương pháp khô; tuy nhiên, vật liệu
được sản xuất bằng phương pháp ướt đạt được cường độ chậm hơn, trong thời gian
dài (Kawasaki et al. 1981).
Các dự án xây dựng có gia cố đất bằng phương pháp trộn sâu tiêu biểu như Sypress
Freeway - California - Mỹ, đường xe lửa West Coast ở Ledsgard - Thuỵ Điển, sân
bay Kansai - Nhật Bản,… Ở Việt Nam cũng đang áp dụng công nghệ này vào các
dự án xây dựng lớn như công trình Đại Lộ Đơng Tây Sài Gịn, sử dụng phương
pháp trộn khô với chiều sâu trụ đất trộn xi măng lên tới 26m, do nhà thầu Obayashi
thiết kế theo quy trình Nhật Bản; cơng trình sây bay quốc tế Cần Thơ, sử dụng
phương pháp trộn khô với chiều sâu trụ đất trộn xi măng 6m theo quy trình của
Thụy Điển và tiêu chuẩn của Thượng Hải Trung Quốc.
Kết quả nghiên cứu (năm 2000) cho thấy khả năng ứng dụng các loại cọc đất - xi
măng - vơi trộn sâu có thể ứng dụng trong các vùng đất bùn yếu có hệ số thấm bé
(<10-6 cm/s), không ứng dụng được các loại cọc vật liệu rời như cọc cát, cọc đá - xét
theo khía cạnh khả năng chịu tải của vật liệu hỗn hợp cọc đất - xi măng - vôi.
Về phương diện tính tốn có thể sử dụng ngun lý tính cọc ma sát có sức chịu tải
theo vật liệu bé hoặc tính theo nguyên lý cọc vật liệu rời theo phương pháp thay thế.
2.2.2
Ứng dụng trụ DMM để gia cố nền đất yếu
Ứng dụng của trụ đất trộn xi măng, một kỹ thuật gia cố đất, đã được báo cáo trong
các xuất bản khác nhau: Ryan and Jasperse, 1989, Schaefer et al, 1997, Yang et al,
1998. Chúng được sử dụng với nhiều ứng dụng khác nhau trong xây dựng dân
dụng, nền móng cơng trình cầu đường, kết cấu tường chắn, làm giảm sự hoá lỏng
của đất, chống vách hố đào,…
Có 7 nhóm ứng dụng cơ bản có thể thích hợp cho phương pháp trộn sâu hiện nay là:
HVTH: Nguyeãn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 15
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
−
Tường ngăn nước: những tường DMM để ngăn nước thấm qua hoặc sự phát triển
của nước dưới cấu trúc tường chắn.
−
Tường chắn: những tường DMM có cốt thép dùng chống lại áp lực đất xung quanh
trong thi công hố đào sâu, như chống đỡ hầm và tầng hầm.
−
Làm nền cho các kết cấu: những khối đất trộn xi măng có cường độ cao hơn và
đồng nhất thay thế đất yếu tự nhiên.
−
Gia cố, tăng cường nền đất: những phần tử DMM được sử dụng để làm tăng khả
năng chịu biến dạng tổng thể của đất dưới nền đường.
−
Làm giảm sự hoá lỏng của đất: DMM dạng hộp hoặc cấu trúc có vách ngăn làm
giảm khuynh hướng hoá lỏng của đất và sự lan truyền chấn động đất ra xung quanh
bên dưới nền đường hoặc tồ nhà lớn.
−
Xử lý ơ nhiễm mơi trường đất: hydrat hố đất ơ nhiễm tại chỗ và ngăn ngừa sự lây
lan của đất ô nhiễm.
−
Tăng cường ổn định trượt: Những trụ DMM làm tăng ổn định cho nền đường đắp
trên đất yếu và vách hố đào.
Các ứng dụng khác nhau của trộn sâu cho công việc tạm thời hoặc lâu dài; hoặc trên
cạn hoặc dưới biển được giới thiệu trong hình 2.1. Các ứng dụng chủ yếu là giảm độ
lún, tăng ổn định và chống đỡ.
Tạm thời
Tăng sức chịu tải trọng ngang cho cọc
Ngăn chặn nâng đáy hố đào
Ổn định mái dốc
Tường chắn
Ổn định thành hố đào
Trên đất liền
Đê sơng
Đường bộ, đường sắt
Mố cầu
Tường chắn
Nền nhà và cơng trình
Ổn định mái dốc
Giảm chấn động
Trên biển
Đảo nhân tạo
Tường chắn
Ngăn nước
Vĩnh cửu
Hình 2.1. Ứng dụng trộn sâu
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 16
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Tùy theo mục đích sử dụng, trụ DMM có thể được bố trí theo nhiều dạng khác nhau
để xử lý cho các công trình ở trên đất liền cũng như ở trên biển như dạng trụ đơn,
dạng tường hoặc panels, dạng lưới, dạng khối (hình 2.2).
a. Thí dụ bố trí trụ trộn khơ: 1.Dải; 2. Nhóm, 3. Lưới tam giác, 4. Lưới vng
b. Thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất:
c. Thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên biển:
Hình 2.2. Các dạng cơ bản bố trí trụ DMM
Cách bố trí và hình dạng của trụ phụ thuộc vào mục đích sử dụng của nó. Dạng trụ
đơn có thể được dùng để chịu tải trọng nén dọc trục, những dạng khối, dạng tường,
dạng lưới được dùng để tăng sức kháng cắt của mái dốc (Want et al. 1999).
Khoảng cách, đường kính và chiều dài thiết kế của các trụ DMM phụ thuộc vào độ
lún và độ lún lệch cho phép, và khả năng chịu tải và giữ ổn định yêu cầu của cơng
trình. Dạng hình học của trụ DMM được xác định dựa trên những thông số khác
nhau, bao gồm (Kivelo 1998, Carlsten and Ekstrom 1997):
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 17
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
+ Sức kháng cắt của đất tại hiên trường.
+ Thời gian để áp lực nước lỗ rỗng triệt tiêu trong quá trình gia tải (nếu có).
+ Sức kháng cắt của trụ.
+ Chiều cao của nền đất đắp.
Hình 2.3. Các trường hợp ứng dụng cọc đất trộn vôi – xi măng hiệu quả
2.2.3
Phương pháp thi cơng
Phương pháp hình thành trụ đất trộn xi măng (hoặc vôi sống) nhờ vào thiết bị khoan
gồm hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau (hình 2.4) trộn đều đất với các
vật liệu kết dính như vơi, hoặc xi măng pozuland hay xi măng portland. Bước đầu,
khi các lưỡi khoan đi xuống, đất bị khoan có chiều hướng đi lên và kết cấu đất bị
phá vỡ cho đến độ sâu thiết kế; bước thứ hai là phun vật liệu liên kết qua ruột cần
khoan rỗng đến phần đáy hố khoan và bắt đầu trộn đều; bước thứ ba là trộn đều
từng khoảng cọc nhất định 0,5m đến 1m; bước 4 là tác động đầm chặt phần đã trộn
(hình 2.5). Q trình ninh kết hỗn hợp đất-vơi hoặc đất-xi măng sẽ phát nhiệt một
phần nước xung quanh bị hút vào do quá trình thủy quá, một phần khác bị bốc hơi
do nhiệt. Hiện tượng này làm đất xung quanh cọc tăng độ bền hơn trước.
Sau thời gian ninh kết đầy đủ, khối đất được trộn với vật liệu liên kết hình thành
một cây cọc một thân hai ba thân tùy theo loại lưỡi trộn (hình 2.6).
Cọc cọc đất - xi măng - vơi là loại cọc mềm có độ cứng tăng lên từ vài ba chục lần
đến 100 lần so với đất tự nhiên. Tuy nhiên, hỗn hợp cọc đất - xi măng – vôi sẽ đạt
tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối thuận của chất kết dính. Do vậy, phải tiến hành
hết sức thận trọng nhiều thí nghiệm trong phòng để xác định hàm lượng tối ưu đó
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 18
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
nhằm hướng dẫn cho hiện trường.
Trong phương pháp trộn khơ, khơng khí dùng để dẫn xi măng bột vào đất (độ ẩm
của đất cần phải không nhỏ hơn 20%). Trong phương pháp ướt, vữa xi măng là chất
kết dính. Trộn khơ chủ yếu dùng cải thiện tính chất của đất dính, trong khi phun ướt
thường dùng trong đất rời. Trong một ít trường hợp như ngăn ngừa hiện tượng hóa
lỏng, trộn khơ dùng cho đất rời xốp.
Hình 2.4. Các dạng lưỡi khoan trộn đất với vơi
hoặc xi măng
Vật liệu
trộn
Khoan phá kết
cấu đất
Phun vật liệu
liên kết và
trộn với đất
Trộn đều đất và
vật liệu trộn
Trộn đều và
đầm chặt
Hướng xoay
mũi khoan
Hướng đi vật
liệu
Hình 2.5. Quy trình tạo cọc đất trộn với vơi hoặc xi măng
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 19
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hình 2.6. Dạng cọc đất trộn với vôi hoặc xi măng sau thời gian ninh kết
−
Phương pháp trộn khô: Công cụ trộn được quay vào trong đất, và sau đó chất kết
dính, vơi hoặc xi măng hoặc hỗn hợp vôi-xi măng, được phun với áp lực cao và
được trộn với đất sét yếu tự nhiên bằng cơng cụ trộn để hình thành những trụ có
đường kính đến 1.0m và sâu đến 25m. Khoảng cách giữa các trụ đơn thường vào
khoảng 1.0-1.6m, tương ứng với đường kính của trụ (đường kính trụ khoảng 0.41.0m). Phương pháp này thích hợp ở những nơi có mực nước ngầm cao và gần mặt
đất.
Sự ổn định của trụ được trộn khơ có liên quan đến loại đất yếu và lượng nước trong
đất để xảy ra phản ứng hydrat hố (Esrig và Mac Kenna, 1999). Đất dính có độ ẩm
trong khoảng 60-200% thì tốt nhất cho phương pháp trộn khô. Hàm lượng sulfate
cao và/ hoặc hàm lượng hữu cơ cao (độ pH thấp) cản trở việc phát triển cường độ
của trụ; tuy nhiên sự hiện diện của ion cloride làm gia tăng cường độ. Sự gia tăng
cường độ ít có thể xảy ra trong đất mà có hàm lượng mùn lớn hơn 1.5% (Bruce
2000). Nhiệt độ ở hiện trường cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và sự gia tăng
cường độ chịu cắt của trụ DMM - tốc độ phản ứng rất thấp khi nhiệt độ trong đất
thấp hơn 39oF (4oC), khi nhiệt độ trong đất gia tăng thì tốc độ phản ứng cũng gia
tăng (Elias et al., 1999). Phương pháp trộn khơ địi hỏi kinh nghiệm và tay nghề cao
của nhà thầu xây dựng. Một yếu tố nữa hạn chế khả năng thực hiện của phương
pháp trộn khô là chiều sâu gia cường phụ thuộc vào năng lực của thiết bị. Với thiết
bị sẵn có được sử dụng ở Mỹ thì chiều sâu gia cường tối đa là 24m (Forte 2002).
Cường độ nén một trục của trụ có thể đạt được là 150-350kPa (Shiells et al. 2003).
−
Phương pháp trộn ướt: Vữa xi măng được phun vào thông qua mũi khoan có đường
kính lớn đến một độ sâu xác định. Trụ trộn ướt thường có đường kính khoảng 0.9-
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 20
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
2.4m, chiều dài tối đa vào khoảng 30-40m (Bruce 2000). Phương pháp này thường
được áp dụng cho mơi trường đất khơ, có mực nước ngầm sâu. Phương pháp trộn
ướt cho hiệu quả cao hơn phương pháp trộn khơ và có thế áp dụng cho hầu hết các
loại đất; tuy nhiên giá thành cao do việc huy động và tháo dỡ thiết bị, nên không
kinh tế đối với những dự án nhỏ. Phương pháp trộn ướt cũng đòi hỏi kinh nghiệm
và tay nghề cao của nhà thầu xây dựng.
Ở Nhật, Phương pháp trộn ướt được sử dụng cho các cơng trình trên biển, đối với
các cơng trình trên đất thì cả hai phương pháp trộn khô và trộn ướt đều được sử
dụng. Ứng dụng cho các cơng trình trên đất, trụ đất trộn xi măng dạng tấm hoặc
khối được sử dụng để tăng cường ổn định trượt, tăng cường khả năng chịu tải của
nền móng, làm giảm bớt sự hố lỏng nguy hiểm của đất và gia tăng ổn định, giảm
độ lún của nền đường được xây dựng trên đất yếu.
Scandinavians đã sử dụng trộn sâu trong những nhóm hoặc nhừng hàng để giảm lún
và gia tăng ổn định của nền đường hoặc nhà.
Hầu hết những dự án ở Thuỵ Điển thì trụ trộn khô được sử dụng kết hợp với gia tải
để giảm thời gian thi công và giá thành (Broms, 2003). Phần nhiều trụ vơi/xi măng
được sử dụng có chiều dài 2m-4m, tuy nhiên trụ vôi/ximăngđược sử dụng thành
công để tăng cường ổn định của nền đường có chiều dài đến 9m (Broms, 2003).
Phương pháp trộn sâu ở Mỹ được sử dụng cho nhiều dự án khác nhau, phương pháp
trộn khô được sử dụng trong suốt thời kỳ tái thiết I-15 ở Salt Lake City để giảm lún
và tăng cường ổn định của nền đường. Phương pháp ướt được thi công bên dưới
Jackson Lake Dam ở Wyoming để làm giảm sự hoá lỏng của đất và ở dự án Boston
Central Artery cho thi công hố đào, ổn định chân tường ngăn và ổn định chống đỡ.
Hình 2.7. Phương pháp trộn ướt - WDMM: DSM, SSM and Jet Grouting
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 21
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Phương pháp trộn
Trộn sâu
Quay một trục
Trộn khô
Một cần/
Nhiều cần &
một cánh/
nhiều cánh
Trộn ướt
Guồng xoắn
liền khối
Guồng xoắn
tháo rời
Một cần,
một cánh/
nhiều cánh
Nhiều cần &
nhiều cánh
Trộn tổ hợp
Quay một trục
+ thủy lực
Quay một trục
+ tịnh tiến
theo tuyến
Quay trong
mặt phẳng +
tịnh tiến theo
tuyến
Trộn khô
Một cần, cánh
& phun tia áp
cao
Chỉ tịnh tiến
theo tuyến
Trộn ướt
Cánh cắt,
xích/cam hoặc
bánh lốp
Một cần, cánh.
Gia cố khối lớn
Máy đào
Hình 2.8. Phân loại chung các thiết bị trộn sâu
Máy nén khí
Xe tải
Nhà kiểm tra
Máy sấy
Bồn chứa khí
Xi măng
Silo
Nguồn điện
Xi măng
Thi cơng trụ
Hình 2.9. Sơ đồ thi cơng trộn khơ
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 22
Luận văn tốt nghiệp
Nước
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Xi măng
Phụ gia
Trộn
Bồn chứa
Bơm áp lực
Kiểm soát độ sâu và độ quay
Tạo trụ
Kiểm sốt lưu lượng
Hình 2.10 Sơ đồ thi cơng trộn ướt
2.3
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
2.3.1
Giới thiệu
Có thể nói các ứng dụng đầu tiên của vật liệu địa kỹ thuật để gia cường đất đã được
tiến hành rất xa xưa - khoảng 3000 năm trước Công nguyên ở Ziggurat và sau nữa
là ở Vạn Lý Trường Thành – Trung Quốc.
Vào năm 1926, vải cốt tông nặng đã được dùng như vật liệu ngăn cách để cải tạo và
ổn định đường do Cục đường bộ nam Carilia đảm nhiệm. Từ năm 1926 đến những
năm 60 của thế kỷ 20, hầu hết các ứng dụng vải địa kỹ thuật (VĐKT) làm lớp bảo
vệ, phịng chống xói lở trong xây dựng cơng trình cầu đường, thuỷ lợi đắp bằng đất
kém ổn định. Các sản phẩm VĐKT được dùng như một lớp ngăn cách, tầng lọc
ngược và tiêu nước.
Ví dụ, tại Hà Lan năm 1956, người ta sử dụng tới 10 triệu m2 VĐKT để bảo vệ bờ
biển Duch Delta Work – Sclieme.
Từ những năm 60 đến những năm 80 của thế kỷ 20, hàng loạt sản phẩm VĐKT ra
đời và mở rộng rất nhanh phạm vi sử dụng của nó. Năm 1968, lần đầu tiên một
cơng ty của Pháp đã sản xuất VĐKT châm kim, không dệt dưới các tên thương mại
Bidim, sau đó có ICI sản xuất VĐKT bằng nhiệt, không dệt. Chemic Line ở Áo là
một trong những người đi đầu trong sản xuất loại VĐKT khơng dệt.
Trong vịng mười năm (1970 - 1980) ở Bắc Mỹ đã sử dụng tới 90 triệu m2 VĐKT.
Một sự kiện quan trọng nhất là năm 1977 hội thảo Quốc tế lần thử nhất về VĐKT
đã được tổ chức tại Pháp. Bắt đầu từ những năm 80 trở về sau này, các phương pháp
tính tốn - thiết kế gia cường nền đất bằng VĐKT phục vụ những cơng trình khác
nhau ra đời. Đỉnh cao của lĩnh vực sử dụng VĐKT trong xây dựng là sự ra đời của
HVTH: Nguyeãn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 23
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
Hiệp hội VĐKT quốc tế (IGS) và hàng loạt các tổ chức tiêu chuẩn VĐKT như
ASTM – D35 và vật liệu VĐKT tổng hợp - Viện nghiên cứu vật liệu VĐKT tổng
hợp (GRI); ISSMFE – TC9 Geotextile.
Những năm 90 là thập kỷ sử dụng rộng rãi VĐKT vào các cơng trình xây dựng. Đã
có tới trên 400 loại sản phẩm của các nhà sản xuất VĐKT và hàng trăm loại theo
ứng dụng với 6 chức năng cơ bản là: ngăn cách (cách ly), lọc, tiêu nước, gia cường
nền đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền, làm lớp bảo vệ và ngăn nước
(khơng cho nước thốt qua tấm VĐKT). Thiết kế VĐKT có sự trợ giúp của máy
tính điện tử đã đem lại hiệu quả rất lớn trong lĩnh vực gia cường nền đất đắp kém ổn
định, gia cường nền đất yếu trong xây dựng đường ô tô, đường sắt, đường sân bay,
tường chắn đất, các cơng trình đường hầm xuyên qua lòng núi cao, hoặc sâu dưới bề
mặt đất, các cơng trình đê, đập thuỷ lợi và nền móng các nhà cao tầng.
Ở Việt Nam, vào cuối những năm 90 của thế kỷ 20, VĐKT đã bắt đầu được dùng
trong các dự án nâng cấp, cải tạo quốc lộ có vốn đầu tư nước ngồi như Quốc lộ 5,
Quốc lộ 51, Quốc lộ 10 và một số dường cao tốc: Láng – Hồ Hạc, dường Hồ Chí
Minh xun từ Bắc vào Nam; một số cơng trình thuỷ lợi như đê biển, đê sông, và
đập ở một số hồ chứa nước.
Vào những năm chuyển giao giữa hai thiên niên kỷ 20 và 21, VĐKT đã được dùng
khá rộng rãi để gia cường nền đường đắp cao trên nền đất yếu, như đường dẫn lên
các cầu Hoàng Long, cầu Đáp Cầu mới, cầu Bắc Giang mới, và cầu Đuống mới trên
Quốc lộ 1 thuộc đoạn Hà Nội - Lạng Sơn.
Hiện nay, có hàng trăm loại VĐKT theo tên gọi thương phẩm, nhưng từ góc độ
cơng nghệ sản xuất được phân ra hai loại chính: loại dệt và loại khơng dệt. Chúng
được tạo thành bởi các sợi tổng hợp được kéo từ nhựa polymer nóng chảy, thường
gặp nhất là từ polypropylene và polyester. Đường kính của các sợi này vào khoảng
10 đến 30 micromet.
−
Vải địa kỹ thuật loại dệt: Chúng được đan chéo nhau giữa hai lớp của các sợi hoặc
các băng nhỏ vng góc. Các sợi dệt có thể là sợi đơn, sợi kép hoặc sợi ba, các sợi
này có thể nhúng keo hoặc không nhúng keo. Loại dệt băng thường dùng các băng
cắt ra từ các lá mỏng, rộng từ 2-3cm dệt với nhau. Các băng này có thể cấu tạo xù xì
làm tăng chiều dày và tính thấm nước của vải.
−
Vải địa kỹ thuật loại không dệt: Chúng được tạo thành từ các sợi được sắp xếp
không theo một trật tự nhất định nào, các sợi này có thể liên tục hoặc gián đoạn,
ngắn hoặc dài. Cường độ phụ thuộc vào liên kết giữa các sợi, các liên kết này có thể
có nhiều dạng khác nhau: Làm rối, ép nhiệt, dán tấm hoặc kết hợp giữa các dạng
liên kết liên kết khác nhau này.
Để đánh giá khả năng sử dụng tương ứng với các chức năng khác nhau của vải địa
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Trang 24
Luận văn tốt nghiệp
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm
kỹ thuật, các đặc tính cơ bản như cường độ chịu kéo, độ giãn dài với lực kéo cực
đại, cường độ chịu xé rách hay đâm thủng, khả năng lọc,… là các đặc tính cần được
xác định.
2.3.2
Đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của vải địa kỹ thuật
VĐKT có 6 tính năng chính:
+ Phân cách giữa các loại vật liệu khác nhau.
+ Làm lớp lọc.
+ Làm lớp tiêu nước, thoát nước.
+ Gia cố cơ học: Gia cường đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền.
+ Bảo vệ cơng trình: Làm lớp bảo vệ chống xói mịn mái dốc các hố đào và nền đất
đắp.
+ Làm lớp chống thấm ở các bãi rác thải để chống gây ô nhiễm các nguồn nước
ngầm do rác thải gây ra.
VĐKT có thể đan, dệt hoặc khơng dệt, theo tính năng sử dụng có thể chia làm bốn
loại chính như sau:
+ Loại vải ĐKT thấm nước tốt đảm bảo sự phân tán nước lỗ rỗng thặng dư trong
quá trình cố kết, đồng thời chịu cắt tốt.
+ Loại vải ĐKT lọc để đặt giữa hai lớp đất hạt thơ và hạt mịn, chỉ cho nước thốt
qua và giữ lại các hạt đất mịn.
+ Loại vải ĐKT phân cách dùng để phân chia hoàn toàn hai lớp vật liệu, loại này
được sử dụng trong các trường hợp cần thiết thí dụ dùng vải loại này để thay lớp
bê tơng lót đáy móng, hay được sử dụng trong phương pháp hút chân không.
+ Loại vải ĐKT gia cường đất loại này có sức chịu kéo rất tốt nhằm tăng cường
khả năng chịu tải của đất nền.
Bảng 2.1 giới thiệu một số loại VĐKT đã và đang có mặt trên thị trường nước ta,
đồng thời đã được dùng ở Quốc lộ 1, Quốc lộ 5, Quốc lộ 10, Quốc lộ 18,…
Bảng 2.1. VĐKT của hãng Nylex (Malaysia) Berhad
Loại
P515
Polymer
PET
Trọng
lượng
K.thước
lỗ thấy
được
Tốc độ
thấm
Lưu
lượng
thấm
Cường
độ xé
rách
Lực kéo
kẹp
Độ giãn
dài
(G/m2)
(µm)
(cm/s)
(l/m2/s)
(KG)
(KN)
(%)
ASTM
D3776
ASTM
D4751
KSF
2322
ASTM
D4491
ASTM
D4533
ASTM
D4632
ASTM
D4632
150
120-180
≥1x10-1
25
0.24
58/38
60-90
HVTH: Nguyễn Anh Quỳnh - Lớp Địa kỹ thuật xây dựng - 00906222
Phạm vi sử
dụng
Cho rãnh thốt
Trang 25
