TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
426 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN
ĐẤT YẾU CHO KHU VỰC NINH KIỀU, TP. CẦN THƠ
APPLICATION OF SAND WELLS COMBINED PRELOADING TO SOLUTIONS
SOFT GROUND FOR THE AREA NINH KIỀU, CAN THO CITY
PGS. TS. Võ Phán, KS. Trần Ngọc Thái
Trường Đại học Bách Khoa – TP. HCM
TÓM TẮT
Bài báo này trình bày ứng dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết
hợp gia tải trước để tính lún cho nền đất yếu, rút ngắn thời gian thi công khi xử lý
nền đất yếu có chiều dày lớn. Trong quá trình nghiên cứu tác giả đã sử dụng
phương pháp giải tích, phương pháp quan trắc và phần mềm plaxis 2D v8.5 để
tính toán thời gian cố kết và độ lún ổn định của nền. Ngoài ra, tác giả còn tiến
hành phân tích sự ảnh hưởng của các thông số như đường kính, chiều dài,
khoảng cách và sơ đồ bố trí lưới của giếng cát để đánh giá sự thay đổi về mức độ
cố kết của nền đất dẫn đến thay đổi độ lún ổn định dưới đất nền.
ABSTRACT
This paper presents the solution application processing soft soil with sand wells
preloading combined to calculate the soft ground, shorten construction time soft
ground when handling large thickness. During the study authors have used
methods of data analysis, monitoring methods and plaxis 2D v8.5 software to
calculate the time of consolidation and stability of foundation settlement. In
addition the author also analyzed the influence of parameters such as diameter,
length, distance and grid layout of sand wells to evaluate the change in the level of
ground consolidation led to replace stable exchange settlement under the ground.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đất yếu là loại đất có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún lớn thường gặp ở nước ta,
đặc biệt là ở các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long. Khi xây dựng nền đắp trên đất yếu
nếu không được khảo sát thiết kế cẩn thận và có biện pháp xử lý thích đáng thì nền
đường xây dựng trên đó thường dễ bị mất ổn định, bị lún nhiều và lún kéo dài, ảnh
hưởng xấu đến việc khai thác sử dụng mặt đường, công trình trên đường và các công
trình xây dựng xung quanh.
Trong những năm vừa qua, cùng với sự phát triển công nghệ, các dự án xây
dựng giao thông ở nước ta đã áp dụng nhiều phương pháp trên thế giới để xử lý nền đất
yếu, chẳng hạn: giếng cát, bấc thấm, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi, cọc bê tông,
sàn giảm tải… Tuy nhiên, để đảm bảo cả về kinh tế và kỹ thuật thì sử dụng phương
pháp giếng cát kết hợp gia tải trước là phương án hợp lý và có tính khả thi, dễ thi công.
Vấn đề đặt ra trong bài báo này là việc tính toán và ứng dụng các yếu tố như đường
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 427
kính, chiều dài, khoảng cách và sơ đồ bố trí lưới giếng cát sẽ ảnh hưởng như thế nào
đến nền đất yếu dưới nền đường để mang lại hiệu quả cao nhất.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết: Cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát
Lý thuyết về tốc độ thời gian cố kết trong bài toán một chiều lần đầu tiên được
đề nghị bởi Terzaghi (1925)
2
2
2
2
2
2
z
u
C
y
u
C
x
u
C
t
u
vzvyvx ∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
=
∂
∂
(1)
Nếu bài toán thấm xem xét trong điều kiện chỉ có thấm thẳng đứng, phương
trình thấm một chiều có dạng:
2
2
z
u
C
t
u
vz
∂
∂
=
∂
∂
(2)
Phương trình (2) là phương trình vi phân cố kết thấm một chiều theo lý thuyết cố
kết của Terzaghi.
Độ cố kết được giải theo Carrilo (1942) cho độ cố kết tổng hợp Uv,h, của thấm
đứng Uv và thấm ngang Uh
Uv,h=1 - (1 – Uv).(1 – Uh)
(3)
Trong đó:
* Uv : Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương đứng
Uv = f(Tv).
Thành phần này được xác định theo bài toán cố kết thấm một chiều.
* Uh : Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương ngang
Uh = f(Th)
Đối với bài toán giếng cát, đây là thành phần cố kết hướng tâm, được xác định
như sau:
( )
−
−= nF
8T
exp1U h
h
Phương pháp quan trắc: Xem xét chuyển vị lún của công trình thực tế.
Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 2D v8.5: Sử dụng phần mềm Plaxis 2D mô
phỏng và tính toán mặt cắt điển hình về giải pháp kỹ thuật xử lý nền đắp công trình
đường Mậu Thân, thành phố Cần Thơ.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
428 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
3. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG MẬU THÂN,
THÀNH PHỐ CẦN THƠ
3.1. Giới thiệu công trình
1. Tên dự án: Đường Mậu Thân, thành phố Cần Thơ.
2. Địa điểm xây dựng: Quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ.
3. Chủ đầu tư: Sở GTVT thành phố Cần Thơ.
3.2. Đặc điểm địa chất
Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ lý của đất
STT
TÊN Kí hiệu Đơn vị Đất đắp Giếng cát
Lớp 1: Lớp 2:
1 Mô hình MC MC MC MC
2 Dung trọng tự nhiên
kN/m
3
18 18 15,7 17,6
3 Dung trọng bão hòa
kN/m
3
20 20 16,2 18,4
4 Modul đàn hồi E
ref
kN/m
2
7.000 7.000 1.050 2.400
6 Hệ số Poison v 0,3 0,3 0,35 0,33
7 Lực dính c kN/m
3
1 1 7,54 17,45
8 Góc ma sát trong
0
30 30 2
02’ 6
6
’
9 Góc dãn nở
0
0 0 0 0
10 Hệ số thấm ngang K
h
m/ngày 8,64 8,64 1,59E-02
0,00458
11 Hệ số thấm đứng k
v
m/ngày 8,64 8,64 1,59E-02
0,00458
12 Phần tử tiếp xúc R
inter
1 1 1 1 1
13 Ứng xử của đất type
Drained Drained Undained
Undained
4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
4.1. Kết quả tính độ lún của nền đất yếu khi xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải
trước theo ba phương pháp: giải tích, phần tử hữu hạn bằng phần mềm plaxis và
quan trắc
Hình 1. Biểu đồ quan hệ độ lún cố kết
theo thời gian theo phương pháp gi
ải tích
(độ lún ổn định là 0,94 m)
Hình 2. Biểu đồ quan hệ độ lún cố kết theo
thời gian theo phương pháp mô phỏng (độ
lún ổn định là 1,02 m)
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM 429
Theo kết quả quan trắc độ lún thực tế ngoài công trình đường Mậu Thân, thành
phố Cần Thơ thì độ lún ổn định là 0,885 m.
* Nhận xét: Kết quả tính toán mô phỏng trên cho thấy Độ lún theo mô phỏng
lớn hơn độ lún theo phương pháp asaoka là 15,25% và độ lún theo giải tích lớn hơn độ
lún theo phương pháp asaoka là 6,21%.
4.2. Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của khoảng cách giếng cát đến độ lún ổn
định của nền
Bảng 2. Bảng so sánh kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi khoảng cách
giếng cát
Ngày
U% U% U% U% St St St St
S=1,0 m
S=1,5 m
S=2,0 m
S=2,5 m S=1,0 m S=1,5 m S=2,0 m
S=2,5 m
5
35,33
26,40
23,40
21,19
0,34
0,25
0,22
0,21
95
98,94
87,59
73,41
62,13
0,94
0,83
0,70
0,59
190
100,00
98,10
91,25
82,34
0,95
0,94
0,87
0,78
Hình 3. Biểu đồ so sánh quan hệ độ lún theo thời gian khi thay đổi khoảng cách
giếng cát
* Nhận xét: Từ kết quả tính toán giải tích bằng việc thay đổi khoảng cách giếng
cát cho thấy: khi khoảng cách giữa các giếng cát càng gần thì độ cố kết tăng dẫn đến độ
lún nền tăng nhưng sự thay đổi về độ lún không nhiều. Theo kết quả giải tích: tăng
khoảng cách giếng cát lên khoảng 50%, 100% và 150% thì độ lún giảm tương ứng
1,05%, 8,42% và 17,89%.
TUYEÅN TAÄP KEÁT QUAÛ KHOA HOÏC & COÂNG NGHEÄ 2016
430 VIEÄN KHOA HOÏC THUÛY LÔÏI MIEÀN NAM
4.3. Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của đường kính giếng cát đến độ lún ổn định
của nền
Bảng 3. Bảng so sánh kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi đường kính
giếng cát
Ngày
U% U% U% U% St St St St
dw=0,3 m
dw=0,4 m
dw=0,5 m
dw=0,6 m
dw=0,3 m
dw=0,4 m
dw=0,5 m
dw=0,6 m
5
26,40
28,84
31,84
35,57
0,2516
0,2748
0,3035
0,3390
95
87,59
93,43
97,08
99,03
0,8348
0,8904
0,9252
0,9437
190
98,10
99,43
99,92
100,00
0,9352
0,9476
0,9522
0,9530
Hình 4. Biểu đồ so sánh quan hệ độ lún theo thời gian khi thay đổi đường kính
giếng cát
* Nhận xét: Từ kết quả tính toán giải tích bằng việc thay đổi đường kính giếng
cát cho thấy: Đường kính thay đổi ảnh hưởng đến mức độ cố kết cũng thay đổi. Khi
đường kính tăng dẫn đến tốc độ cố kết cũng tăng làm tăng nhanh độ lún nền đường. Khi
tăng đường kính giếng cát khoảng 2.0 lần thì độ cố kết và độ lún nền đường tại thời
điểm 190 ngày tăng khoảng 1,9%.
4.4. Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của chiều dài giếng cát đến độ lún ổn định
của nền
Bảng 4. Kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi chiều dài giếng cát
t (ngày) U%
L=18
U%
L=20
U%
L=25
U%
L=30 St L=18m
St L=20m
St L=25m
St L=30m
5
26,41
26,41
26,40
26,40
0,2516
0,2516
0,2516
0,2516
95
87,60
87,60
87,59
87,58
0,8349
0,8348
0,8348
0,8347
190
98,14
98,13
98,11
98,10
0,9353
0,9353
0,9352
0,9352