BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
NGÔ BÌNH GIANG
NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU GIA CƯỜNG TRỤ XI MĂNG ĐẤT
KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT
Ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã số ngành: 9580211
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, NĂM 2024
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. MAI DI TÁM
Người hướng dẫn khoa học 2: GS. TS. TRỊNH MINH THỤ
Phản biện 1: TS. Nguyễn Tiếp Tân - Viện Khoa học Thuỷ Lợi
Phản biện 2: PGS. TS. Lê Văn Hùng - Hội Thuỷ lợi Việt Nam
Phản biện 3: PGS. TS. Ngô Trí Thường - Đại học Thuỷ Lợi
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại
Trường Đại học Thuỷ Lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội; vào lúc giờ
ngày tháng năm 2024
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi.
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trước thực trạng nhiều tuyến đường xảy ra tình trạng lún lệch tại chỗ tiếp giáp
giữa đường và cầu, gây ra nguy cơ mất an toàn giao thông. Giải pháp kỹ thuật
công nghệ cho đoạn đường chuyển tiếp giữa đường và cầu có thể là sàn giảm tải
(trên hệ móng cọc); hoặc kết hợp xử lý nền đất yếu với các phương án trên. Trụ
xi măng đất (XMĐ) là một giải pháp gia cường nền đất yếu, để tăng hiệu quả,
đỉnh trụ XMĐ thường bố trí lớp truyền tải nhằm tăng tải trọng truyền vào trụ và
giảm tải trọng truyền xuống đất yếu giữa các cọc.
Trên thế giới, các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm hệ nền cọc đã được tiêu
chuẩn hóa để áp dụng như BS 8006-1:2010, EBGEO:1995 … Tại Việt Nam, các
kết quả nghiên cứu mới dừng ở nghiên cứu lý thuyết, hoặc mô hình vật lý thu
nhỏ trong phòng thí nghiệm. Trụ xi măng đất trong các mô hình số và mô hình
vật lý mới chỉ xét ở dạng cọc chống (mũi cọc nằm tại tầng đất tốt), chưa xét tới
bài toán với mô hình cọc treo/ ma sát (mũi cọc vẫn nằm trong tầng đất yếu có
chiều dày lớn). Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng xử của nền đường đầu trên nền
đất yếu gia cường trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật” thông qua phân tích
số với mô hình cọc treo và kiểm chứng với kết quả thí nghiệm hiện trường là cần
thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng mô hình số nghiên cứu sự phân bố ứng suất và độ lún của trụ xi măng
đất (dạng cọc treo) và đất nền xung quanh trụ trên đoạn đường đầu cầu xây
dựng trên nền đất yếu được gia cường bằng trụ xi măng đất kết hợp với lưới
địa kỹ thuật (ĐKT).
- Thông qua thí nghiệm hiện trường kiểm chứng lại mô hình số, phân tích hiệu
quả của giải pháp xử lý, độ tin cậy kết quả tính toán lý thuyết và mô hình số.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: đường đầu cầu xây dựng trên nền đất yếu có chiều dày
lớn (≈30m) được gia cường bằng trụ xi măng đất kết hợp lưới địa kỹ thuật.
2
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phân bố ứng suất, độ lún của trụ xi măng đất
và nền đất yếu xung quanh trụ, lực kéo lưới địa kỹ thuật thông qua mô hình số
và thí nghiệm hiện trường.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thống kê: thu thập và phân tích các tài liệu cũng như các kết quả
nghiên cứu đã có liên quan đến vấn đề nền đường đầu cầu được gia cường bằng
trụ xi măng đất kết hợp với lưới địa kỹ thuật.
- Phương pháp sử dụng mô hình số: sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn
(thông qua phần mềm Plaxis) để thiết lập mô hình vật liệu cho nền đắp, trụ xi
măng đất, nền đất yếu, lưới địa kỹ thuật để xác định trạng thái ứng suất, biến
dạng của nền đường gia cường.
- Phương pháp thí nghiệm hiện trường: quan trắc áp lực đất, biến dạng của lưới
ĐKT, áp lực nước lỗ rỗng và độ lún theo chiều sâu để đánh giá hiệu quả của
giải pháp xử lý, độ tin cậy của kết quả tính toán lý thuyết và mô hình số.
- Phương pháp chuyên gia: thông qua các hội thảo để lấy ý kiến đóng góp của
các chuyên gia trong và ngoài nước về cách tiếp cận, nghiên cứu, các luận cứ
khoa học và các giải pháp.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Thông qua việc tổng kết tình hình nghiên cứu và ứng dụng giải pháp trụ XMĐ
kết hợp với lưới ĐKT, luận án phân tích ưu điểm và chỉ ra các điểm còn tồn tại
của các phương pháp thiết kế được áp dụng phổ biến hiện nay.
- Xây dựng mô hình số theo phương pháp phần tử hữu hạn 3D nghiên cứu sự
phân bố ứng suất và độ lún của trụ xi măng đất và đất nền xung quanh trụ trên
đoạn đường dẫn đầu cầu trên nền yếu được gia cường trụ xi măng đất kết hợp
lưới địa kỹ thuật.
- Thiết lập hệ thống quan trắc và quy trình quan trắc hiện trường, kết quả quan
trắc khẳng định được việc sử dụng trụ XMĐ dạng cọc treo kết hợp lưới ĐKT
là giải pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả, phù hợp với đoạn đường đầu cầu, đồng
thời bổ sung các đánh giá phân tích, so sánh giữa mô hình số và thực tế công
trình.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về đất yếu
1.1.1. Khái niệm về đất yếu
Theo tiêu chuẩn khảo sát, thiết kế nền đường ôtô trên nền đất yếu TCCS
41:2022/TCĐBVN và 22TCN 262 – 2000, đất yếu là đất có sức kháng cắt nhỏ
và tính biến dạng (nén lún) lớn.
1.1.2. Cách nhận biết đất yếu
1.1.2.1. Nhận biết đất yếu theo hệ số rỗng và cường độ kháng cắt
Đất sét hoặc sét pha, được xem là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm gần
bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét có e ≥ 1,5, sét pha có e ≥
1,0), sức kháng cắt ≤ 15 kPa, góc nội ma sát φ < 10° hoặc Su ≤ 35 kPa; có sức
kháng mũi xuyên tĩnh qc ≤ 0,1 MPa; có chỉ số xuyên tiêu chuẩn Nspt < 5.
1.1.2.2. Nhận dạng đất yếu theo trạng thái tự nhiên
Đất yếu được nhận dạng theo độ sệt (B), đất có nguồn gốc hữu cơ thường hình
thành từ đầm lầy, có hàm lượng hữu cơ chiếm tới (20 ÷ 80)%.
1.1.3. Công nghệ xử lý nền đất yếu cho đường giao thông
1.1.3.1. Phân loại các công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu
a. Loại chỉ tác động đến bản thân nền đắp
Các giải pháp công nghệ này chỉ tác động đến cấu tạo và quá trình xây dựng nền
đắp phía trên: xây dựng nền đắp theo giai đoạn, bệ phản áp …
b. Giải pháp tác động đến nền đất yếu phía dưới nền đắp
Thay toàn bộ hay một phần đất yếu bằng vật liệu đắp tốt, bố trí các phương tiện
thoát nước thẳng đứng: giếng cát, bấc thấm, hút chân không …
c. Các nguyên tắc lựa chọn công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu
Khả năng thực hiện tại chỗ như điều kiện về vật liệu, thiết bị, tay nghề; tác động
của quá trình thi công đến môi trường xung quanh; thời hạn thi công tối đa; đáp
ứng các yêu cầu khai thác sử dụng lâu dài hay không; chi phí.
1.1.3.2. Phạm vi sử dụng giải pháp công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu
Theo kinh nghiệm trên thế giới, thường kết hợp sử dụng 2, 3 giải pháp công nghệ
để đạt được mục tiêu xử lý: gia tải trước kết hợp với thoát nước đứng; cọc cứng
kết hợp lưới ĐKT …