BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
NGUYỄN THÀNH ĐẠT
KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN LIÊN HỢP
SỬ DỤNG CỌC BÊ TÔNG XI MĂNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
Chuyên ngành: Xây dựng Đường ô tô & Đường thành phố
Mã số: 60.58.30
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. BÙI PHÚ DOANH
Hà Nội - 2012
1
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn từ lúc ý tưởng còn thai nghén cho đến ngày hoàn thành
đã gặp rất nhiều khó khăn từ nguồn tài liệu tham khảo ít ỏi, phương pháp tư duy cho đến phương
pháp tính toán, xử lý số liệu. Đến nay, luận văn đã hoàn thành đúng mục tiêu đề ra và thời hạn cho
phép.
Lời đầu tiên, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Bùi Phú Doanh, người đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt
quá trình thực hiện và hoàn thiện luận văn. Cơ hội được làm việc với TS. Bùi Phú Doanh đã tạo
cho tác giả một sức bật mới trong chuyên môn và nhiều kinh nghiệm trong cuộc sống.
Tác giả chân thành cảm ơn các thầy trong Khoa Cầu Đường, đặc biệt là Bộ môn Đường ôtô
và đường đô thị đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế trong thời gian
học tập của khóa học.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Khoa đào tạo sau đại học - Đại học Xây dựng đã tạo mọi
điều kiện và giúp đỡ để tác giả hoàn thành khóa học.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, đồng nghiệp trong Khoa Cầu Đường –
Trường đại học Xây dựng đã tạo điều kiện về thời gian và hỗ trợ trong công tác giảng dạy để tác
giả thuận lợi trong quá trình học tập cũng như làm tốt nghiệp.
Tác giả chân thành cảm ơn tập thể lớp Cao học Xây dựng đường ôtô và đường thành phố,
khóa T8/2009 đã hỗ trợ rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong thời gian làm luận văn tốt
nghiệp.
Lời cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình tác giả đã luôn bên cạnh
động viên, hỗ trợ và chăm sóc chu đáo để tác giả hoàn thành khóa học.
Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng, tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu có uy tín song kiến thức
là vô hạn mà khả năng của tác giả lại hữu hạn nên đôi lúc khó tránh khỏi những sai sót nhất định.
Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, phê bình trên tinh thần xây dựng của các thầy cô
trong hội đồng cũng như của độc giả.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2012
Tác giả
Nguyễn Thành Đạt
2
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................... 5
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 8
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 8
1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 8
2. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 12
3. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 13
4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 13
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................................................... 13
6. Bố cục đề tài ................................................................................................... 13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN LIÊN HỢP .............................................. 15
1.1 Sự phát triển nền liên hợp sử dụng cọc bê tông xi măng. ...................... 15
1.1.1 Tổng quan về nền liên hợp .............................................................. 15
1.1.2 Khái niệm nền liên hợp ................................................................... 26
1.2 Sự làm việc của nền liên hợp sử dụng cọc bê tông xi măng. ................. 26
1.2.1 Nguyên lý hình thành nền liên hợp ................................................. 26
1.2.2 Sự làm việc của cọc (mũ cọc) ......................................................... 27
1.2.3 Sự làm việc của lớp đệm đầu cọc .................................................... 28
1.2.4 Sự làm việc của nền liên hợp .......................................................... 29
1.3 Ảnh hưởng của lớp đệm đầu cọc trong nền liên hợp sử dụng cọc bê tông
xi măng .............................................................................................................. 30
1.4 Kết luận chương 1 ................................................................................... 30
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
NỀN LIÊN HỢP SỬ DỤNG CỌC BÊ TÔNG XI MĂNG....................................... 32
2.1 Nguyên lý hình thành nền liên hợp sử dụng cọc bê tông xi măng ......... 32
2.2 Các phương pháp lý thuyết tính toán nền liên hợp sử dụng cọc bê tông xi
măng ................................................................................................................ 33
2.2.1 Hiệu ứng vòm và cơ chế hình thành ............................................... 33
2.2.2 Phương pháp tính toán hiệu ứng vòm theo Terzaghi ...................... 38
3
2.2.3 Phương pháp tính toán hiệu ứng vòm theo Nordic của các nước Bắc
Âu ......................................................................................................... 40
2.2.4 Phương pháp tính toán hiệu ứng vòm theo tiêu chuẩn Anh
BS8006:1995 .................................................................................................. 41
2.2.5 Phương pháp tính toán hiệu ứng vòm theo tiêu chuẩn Đức cũ ....... 42
2.2.6 Phương pháp tính toán hiệu ứng vòm theo tiêu chuẩn EBGEO 2004
......................................................................................................... 45
2.2.7 Sức chịu tải của cọc bê tông xi măng trong nền liên hợp ............... 47
2.3 Tính toán độ lún nền liên hợp sử dụng cọc bê tông xi măng ................. 51
2.4 Kết luận chương 2 ................................................................................... 54
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA NỀN LIÊN HỢP SỬ DỤNG
CỌC BÊ TÔNG XI MĂNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN .............................................................................................. 56
3.1 Giới thiệu phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus ...................................... 56
3.1.1 Giới thiệu phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus............................... 56
3.1.2 Các bước mô hình hóa một bài toán trong chương trình Abaqus ... 59
3.2 Sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus khảo sát bài toán nền liên
hợp sử dụng cọc bê tông xi măng ...................................................................... 61
3.2.1 Số liệu vật liệu đầu vào: .................................................................. 61
3.2.2 Mô hình hóa bài toán bằng phần mềm Abaqus ............................... 62
3.2.3 Khảo sát các bài toán bằng phần mềm ABAQUS........................... 66
3.3 Kết luận chương ...................................................................................... 85
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 87
4.1 Kết luận ................................................................................................... 87
4.2 Kiến nghị ................................................................................................ 88
4.3 Hạn chế của luận văn .............................................................................. 89
4.4 Hướng phát triển của luận văn ................................................................ 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 90
PHẦN PHỤ LỤC ...................................................................................................... 93
4
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3-1: Bảng số liệu địa chất và vật liệu đắp ........................................................ 61
Bảng 3-2: Bảng ứng suất tại đầu cọc khi không sử dụng mũ cọc ............................. 70
Bảng 3-3: Tỷ diện tích bố trí cọc trong 100m2 đất nền ............................................ 72
Bảng 3-4: Bảng độ phủ mũ cọc so với đất nền khi khoảng cách cọc là 3m ............. 74
Bảng 3-5: Bảng ứng suất tại đầu cọc, đất giữa các cọc khi khoảng cách cọc là 3m . 78
Bảng 3-6: Độ lún nền đất giữa hai cọc (mm) ............................................................ 79
Bảng 3-7: Bảng ứng suất đầu cọc khi môdul đàn hồi lớp đệm mũ cọc thay đổi ...... 82
Bảng 3-8: Bảng ứng suất đất giữa cọc khi Eđh lớp đệm mũ cọc là 400MPa ............. 83
Bảng 3-9: Bảng ứng suất đầu cọc khi môdul đàn hồi lớp đá dăm đệm thay đổi ...... 84
Bảng 3-10: Bảng độ lún nền đất giữa hai cọc sau thời gian 15 năm......................... 85