Xác định đặc trưng đất sét yếu Việt Nam theo thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi sử dụng trong phân tích bài cố kết thấm

XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG ĐẤT SÉT YẾU VIỆT NAM THEO<br /> THÍ NGHIỆM CỐ KẾT TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỔI<br /> SỬ DỤNG TRONG PHÂN TÍCH BÀI CỐ KẾT THẤM<br /> <br /> NGUYỄN CÔNG OANH *<br /> TRẦN THỊ THANH **<br /> VĂN TRÂM, ĐÀO THI***<br /> <br /> <br /> Characterization of Vietnam soft clay for consolidation analysis<br /> with application of constant rate of strain consolidation tests<br /> Abstract: Constant rate of strain (CRS) consolidation testing has<br /> specific advantages over the standard incremental loading (IL)<br /> consolidation testing. So many researchers have not recognized the<br /> application of CRS into the routine design of consolidation problems.<br /> Therefore, there has been little effort and application of CRS in the<br /> consolidation analysis into the soft ground improvement especially in<br /> Vietnam. The paper is focused on characterization of Vietnam soft clay<br /> deposit with application of the results of constant rate of strain<br /> consolidation tests in order to achieve the input parameters for<br /> consolidation analyses. Total 4 PVD and surcharge construction sites<br /> with the undisturbed samples taken by stationary hydraulic piston<br /> sampler are investigated in this study. The characterized input data are<br /> later used in consolidation analyses by finite difference method (FDM)<br /> in order to determine the behavior of Vietnam soft clay deposit in<br /> comparison with the monitored data.<br /> Keywords: CRS, FDM, PVDs, POP, soft clay, surcharge, vacuum<br /> preloading<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU * xuyên để cải tạo nền đất nhằm đạt sức chịu tải<br /> Trong giai đoạn phát triển các công trình xây nhất định đƣợc đề ra để có thể mang tải trọng<br /> dựng hạ tầng, dầu khí ở Việt Nam, nhiều công trình. Trong số các phƣơng pháp xử lý nền<br /> phƣơng pháp xử lý nền đƣợc ứng dụng thƣờng hiện nay, thì phƣơng pháp có sử dụng đƣờng<br /> thoát nƣớc thằng đứng/bấc thấm kết hợp với gia<br /> * tải có hoặc không có bơm hút chân không là<br /> SIWRR, HCM City, Vietnam,<br /> Email: nguyencongoanh@yahoo.com một trong những lựa chọn thích hợp trong điều<br /> **<br /> SIWRR, HCM City, Vietnam, kiện Việt Nam. Đất sét yếu Việt Nam trải dài từ<br /> Email: tranthithanh345@gmail.com<br /> *** Đồng Bằng sông Hồng đến Đồng Bằng sông<br /> Transportation College N0.03, HCM City, Vietnam,<br /> Email: pcc_vantram@yahoo.com.vn Cửu Long ở miền Nam Việt Nam bao gồm lớp<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 51<br /> trầm tích Hollocene phía trên và bên dƣới là lớp đƣợc ứng dụng trong bài toán hố đào sâu cho<br /> trầm tích Pleitocene, có độ ẩm tự nhiên cao và đất sét yếu ở Thị Vải để phân tích chuyển vị<br /> rất gần với giá trị giới hạn chảy (LL), hệ số ngang và lún bề mặt hố đào, kết quả phân tích<br /> ro74ng cao và sức kháng cắt không thoát nƣớc cho thấy rằng dữ liệu tính toán và dự liệu quan<br /> bé. Do đó đây là một trong những khó khăn nhất trắc hiện trƣờng khá phù hợp nhau (Dao et al.<br /> định đối với kỹ sƣ địa kỹ thuật trong việc thiết (2013)) và Nguyen et al. (2016). Chƣa có<br /> kế và xây dựng những công trình trong điều nghiên cứu nào nhằm ứng dụng kết quả thí<br /> kiện nền đất yếu của Việt Nam. Vì vậy nền đất nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi CRS<br /> yếu cần phải đƣợc xử lý và cải thiện trƣớc khi vào phân tích bài toán cố kết thấm cho công tác<br /> mang tải trọng công trình. xử lý nền đất yếu sử dụng bấc thấm kết hợp gia<br /> Một trong những đặc trƣng quan trọng của tải có hoặc không có bơm hút chân không tại<br /> nền đất yếu là áp suất tiền cố kết, ’c (’y). Chỉ Việt Nam cho đất sét trầm tích Hollocene của<br /> tiêu này ảnh hƣởng mạnh đến việc ƣớc tính độ Việt Nam.<br /> lún trong giai đoạn xử lý nền đối với đất sét yếu, Mặc dù thí nghiệm CRS có nhiều ƣu điểm<br /> và độ lún dƣ trong trong giai đoạn vận hành đáng kể so với thí nghiệm cố kết truyền thống<br /> công trình. Tuy nhiên hiện nay, tiêu chuẩn hiện (IL), nhiều nhà nghiên cứu vẫn tin rằng quan hệ<br /> hành của nƣớc ta là TCVN4200:2012 (2012) lại e-log’v có đƣợc từ thí nghiệm CRS không thể<br /> chỉ đề cập đến phƣơng pháp xác định đặc trƣng ứng dụng trực tiếp vào thiết kế và tính toán đối<br /> nén lún của đất bằng thí nghiệm cố kết gia tải với bài toán cố kết thấm cho nền đất yếu. Ngoài<br /> từng cấp (IL). Hơn nữa thí nghiệm cố kết tốc độ ra áp suất tiền cố kết theo thí nghiệm truyền<br /> biến dạng không đổi (CRS) cũng không đƣợc đề thống (IL) còn đƣợc cho là gần với giá trị hiện<br /> cập trong tiêu chuẩn hiện hành nói trên. Trƣớc trƣờng hơn so với kết quả có đƣợc từ thí nghiệm<br /> đó đã có nhiều nghiên cứu nhằm rút ngắn thời cố kết tốc độ biến dạng không đổi nhƣ các báo<br /> gian thí nghiệm cố kết so với qui trình tiêu cáo của Leroueil et al. (1983a), Leroueil et al.<br /> chuẩn (IL) nhƣ đã đề cập trong Crawford (1983b) và Korhonen and Lojander (1997). Vì<br /> (1964), tiếp theo là các ấn bản của Byrne and vậy nghiên cứu này tập trung vào việc xác định<br /> Aoki (1969), Smith and Wahls (1969) và sau đó đặc trƣng thông số cố kết thấm cho đất sét yếu ở<br /> cơ sở lý thuyết cũng đƣợc đề xuất cho loại thí Việt Nam bằng cách ứng dụng kết quả thí<br /> nghiệm này trong Wissa et al. (1971). Qui trình nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi, từ đó<br /> thí nghiệm cũng đƣợc đề cập cụ thể trong các sử dụng các thông số đầu vào này để phân tích<br /> tiêu chuẩn nƣớc ngoài là ASTM D-4186 và JIS bài toán cố kết thấm cho 4 công trình trải dài từ<br /> A-1227. Đồng Bằng sông Hồng đến Đồng Bằng sông<br /> Hơn nữa cũng đã có các nghiên cứu để tìm Mekong của nƣớc Việt Nam.<br /> mối liên hệ giữa tốc độ biến dạng lên giá trị áp 2. CÔNG TÁC LẤY MẪU VÀ THÍ<br /> suất tiền cố kết ’c (’y) bằng nhiều sơ đồ thí NGHIỆM CRS<br /> nghiệm khác nhau bao gồm cả sơ đồ tốc độ biến Công tác lấy mẫu<br /> dạng không đổi (CRS) trong các ấn bản của Trong điều kiện Việt Nam công tác lấy mẫu<br /> Leroueil et al. (1983a) và Leroueil et al. nguyên dạng cho đất sét yếu thƣờng đƣợc thực<br /> (1983b); Ngƣời ta đã kết luận rằng chỉ tồn tại hiện bằng ống mở thành mỏng hay còn gọi là<br /> duy nhất một quan hệ ứng suất-biến dạng-tốc độ ống lấy mẫu Shelby. Bui (2003) đã công bố một<br /> biến dạng đối với đất sét yếu trong thí nghiệm nghiên cứu cho rằng việc áp suất tiền cố kết bé<br /> Oedometer bằng các sơ đồ khác nhau, Leroueil hơn áp suất địa tầng hữu hiệu vì thế tỉ số cố kết<br /> et al. (1985). Kết quả thí nghiệm CRS cũng đã trƣớc (OCR) cũng bé hơn 1, và không tuân theo<br /> <br /> <br /> 52 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017<br /> qui luật tăng theo chiều sâu chính là do mẫu bị Thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không<br /> xáo động khi xem xét biến dạng khi mẫu đƣợc đổi CRS<br /> nén lại về giá trị áp suất địa tầng. Sự xáo động Mẫu đất nguyên dạng từ 4 khu vực nghiên<br /> mẫu cũng có thể có nguyên do từ kỹ thuật lấy cứu đƣợc thí nghiệm bằng hộp nén không nở<br /> mẫu và các quá trình khác nữa. Takemura et al. hông Oedometer theo sơ đồ tốc độ biến dạng<br /> (2007) so sánh các mẫu đất lấy bằng ống mẫu không đổi CRS và thí nghiệm cố kết thấm tiêu<br /> Piston và Shelby bằng cách so sánh các đặc chuẩn IL. Tốc độ biến dạng cho thí nghiệm<br /> trƣng của đất sét yếu Đồng Bằng sông CRS đƣợc lựa chọn là 0.02%/phút tuân theo<br /> Mekong. Nghiên cứu này chỉ ra rằng các đặc tiêu chuẩn ASTM D-4186 và/hoặc JIS A-1227.<br /> trƣng cơ học của đất yếu khu vực Đồng Bằng Tốc độ biến dạng trong thí nghiệm đƣợc chọn<br /> sông Mekong không đƣợc xác định một cách khá gần với tốc độ biến dạng hiện trƣờng đo<br /> đúng đắn do mẫu đã bị xáo động. Vì vậy tất cả đƣợc, và cho kết quả phân tích tƣơng thích với<br /> các mẫu đất ở Cái Mép, Hiệp Phƣớc, Hải dữ liệu quan trắc hiện trƣờng nhƣ thể hiện<br /> Phòng và Cà Mau, đƣợc lấy ở các công trình trong bác bài báo do cùng tác giả công bố<br /> nghiên cứu trong bài báo này đƣợc thực hiện (Nguyen and Tran (2015), Nguyen and Tran<br /> bằng ống lấy mẫu Piston nhằm có đƣợc mẫu 2016, Nguyen et al. 2016)<br /> chất lƣợng cao cho thí nghiệm cố kết tốc độ 3. XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG CỐ KẾT<br /> biến dạng không đổi (CRS). THẤM CHO ĐẤT SÉT YẾU VIỆT NAM<br /> <br /> <br /> <br /> 350<br /> Cai Mep<br /> 300 Hiep Phuoc<br /> Hai Phong<br /> Ca Mau<br /> 250<br /> Hai Phong<br /> 'c(CRS) (kPa)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hoang Sa (Vietnam)<br /> 200<br /> y=1.25x y=1.16x<br /> R=0.96<br /> 150<br /> <br /> 100 y=1.05x<br /> <br /> Hiep Phuoc 50<br /> )<br /> m<br /> na<br /> iet<br /> (V<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0<br /> 0 50 100 150 200 250 300 350<br /> Sa<br /> ng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 'c(IL) (kPa)<br /> uo<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ca Mau<br /> Tr<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Cai Mep<br /> <br /> <br /> Hình 1. Bản đồ vị trí các khu vực nghiên cứu và mối quan hệ giữa áp suất tiền cố kết từ CRS và IL<br /> <br /> Đối với bài toán cố kết thấm, áp suất tiền cố kết quả thí nghiệm cố kết truyền thống IL; vì<br /> kết là một trong những thông số đầu vào quan thế, giá trị áp suất tiền cố kết thƣờng không<br /> trọng bên cạnh chỉ số nén, hệ số cố kết thấm, và đƣợc xác định một cách chính xác do các điểm<br /> áp suất địa tầng hữu hiệu. Xác định thông số áp dữ liệu thí nghiệm rời rạc…. dẫn đến sai khác<br /> suất tiền cố kết thƣờng đƣợc thực hiện theo khi tính toán độ lún của nền đất yếu, là kết quả<br /> phƣơng pháp của Casagrande (1936) dựa trên quan trọng trong việc quyết định cao độ hoàn<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 53<br /> thiện của công trình và công tác duy tu vận Mekong lần lƣợt là Cái Mép có chiều dày lớp<br /> hành công trình trong tƣơng lai đặc biệt là đối đất yếu là 35 m thuộc Bà Rịa, Vũng Tàu; Hiệp<br /> với công trình đƣờng giao thông và bãi chứa Phƣớc có chiều dày lớp đất yếu 38 m thuộc TP.<br /> hàng hóa đƣợc xây dựng trên nền đất yếu ở HCM; và Cà Mau có chiều dày lớp đất yếu là 17<br /> Việt Nam. m. Các công trình này bao gồm điều kiện đất<br /> Hình 1 thể hiện vị trí 4 công trình trong bài yếu rộng khắp Việt Nam từ Đồng Bằng sông<br /> nghiên cứu này. Một công trình ở khu vực Hải Hồng đến Đồng Bằng sông Mekong, và vì thế<br /> Phòng có lớp đất sét yếu dày vào khoảng 8 m có thể đại diện cho đất yếu của Việt Nam và có<br /> đến 9 m thuộc Đồng Bằng sông Hồng, các công ảnh hƣởng nhất định đến phƣơng án xử lý nền.<br /> trình còn lại ở khu vực Đồng Bằng sông<br /> <br /> 'c (kPa) 'c (kPa) 'c (kPa) 'c (kPa)<br /> 0 140 280 420 0 140 280 420 0 140 280 420 0 140 280 420<br /> 0<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> 15<br /> Depth (m)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 20<br /> <br /> 25<br /> <br /> 30<br /> <br /> 35<br /> 'v0+30 'v0+45 'v0+30 'v0+20<br /> 40<br /> CaiMep HiepPhuoc HaiPhong CaMau<br /> CRST ILT 'v0 CPTU 'v0+d'<br /> <br /> <br /> Hình 2. Áp suất tiền cố kết và áp suất địa tầng theo chiều theo các phương pháp thí nghiệm khác nhau<br /> <br /> <br /> Hơn nữa, hình 1 thể hiện mối quan hệ giữa địa tầng theo chiều sâu dựa trên kết quả nhiều<br /> áp suất tiền cố kết theo sơ đồ thí nghiệm cố kết loại thí nghiệm khác nhau nhƣ CRS, IL, xuyên<br /> tốc độ biến dạng không đổi CRS và áp suất tiền tĩnh có đo áp lực nƣớc lỗ rỗng (CPTu) cho 4<br /> cố kết theo sơ đồ truyền thống IL đối với các khu vực công trình. Áp suất tiền cố kết theo kết<br /> khu vực công trình đang nghiên cứu. Tỷ số giữa quả thí nghiệm CPTu dao động từ 1/5 đến 1/3<br /> sức kháng mũi côn hiệu chuẩn (qT-v0) lần lƣợt<br /> kết quả từ CRS so với IL trung bình là 1.16. Áp<br /> từ Cà Mau đến Hiệp Phƣớc. Mối quan hệ này có<br /> suất tiền cố kết theo thí nghiệm CRS luôn lớn<br /> thể đƣợc viết lại bằng phƣơng trình sau đây:<br /> hơn các gia trị từ thí nghiệm truyền thống IL từ<br /> 1 1<br /> 5 % đến 25 %. Điều này giải thích tại sao độ lún  ' c    (qT   v 0 ) (1)<br /> 5 3<br /> tính toán trong thực tế lại nhỏ hơn độ lún đo Đồ thị cũng thể hiện giá trị áp suất quá tải địa<br /> đƣợc ở hiện trƣờng trong một số trƣờng hợp. tầng (POP) của trầm tích Hollocene Việt Nam<br /> Hình 2 thể hiện áp suất tiền cố kết và áp suất cho các khu vực nghiên cứu dao động từ 20 kPa<br /> <br /> 54 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017<br /> ở Cà Mau đến 30 kPa ở Hải Phòng trong khi đó nhất định so với sơ đồ thí nghiệm truyền thống<br /> giá trị này dao động từ 30 kPa ở Cái Mép đến (IL) nhƣ là: 1) thời gián thí nghiệm ngắn hơn,<br /> 45 kPa ở Hiệp Phƣớc đối với độ sâu đến 20 m chỉ từ 1 đến 2 ngày kể quả quá trình chuẩn bị<br /> và 60 kPa đến 85 kPa đối với độ sâu từ 20 m mẫu trong khi thời gian ngày ít nhất là 7 ngày<br /> đến 38 m, và có thể đƣợc viết lại theo phƣơng đối với thí nghiệm truyền thống (IL); 2) dữ liệu<br /> trình bên dƣới đây: kết quả thí nghiệm liên tục và đƣợc lƣu tự động<br />  ' c   ' v 0 (20  45)(  20m) do đó độ tin cậy cũng cao hơn hẳn thí nghiệm<br />  (2)<br />  ' c   ' v 0 (60  85)(  20m) truyền thống. Kết quả là việc xác định áp suất<br /> Điều này cho thấy rằng đất yếu trầm tích tiền cố kết từ dữ liệu thí nghiệm liên tục nhƣ<br /> Hollocene ở Việt Nam luôn ở trạng thái cố kết CRS trở nên đơn giản hơn nhiều và chính xác<br /> trƣớc và hệ số cố kết trƣớc luôn lớn hơn 1. Đối hơn so với khi xác định giá trị này từ dữ liệu rời<br /> với khu vực Hải Phòng, đất sét yếu có chiều dày rạc theo từng cấp tải trọng ở thí nghiệm cố kết<br /> chỉ vào tầm 8 m đến 9 m ở phía trên, và bên gia tải từng cấp truyền thông (IL).<br /> dƣới là lớp đất sét cứng có áp suất tiền cố kết Rõ ràng là theo kết quả tiêu biểu trên Hình 3<br /> lên đến 280 kPa ở độ sâu vào khoảng 11 m. chỉ số nén của đất yếu từ thí nghiệm CRS và IL<br /> Hình 3 so sánh mối quan hệ của đƣờng cong hầu nhƣ là không khác nhau đối với các khu vực<br /> nén lún e-log’v theo kết quả từ thí nghiệm CRS công trình đang nghiên cứu. Tại các công trình<br /> và IL đối với các khu vực công trình đƣợc này trầm tích Hollocene đƣợc cho là đất sét yếu<br /> nghiên cứu ở Việt Nam từ Đồng Bằng sông với hệ số rỗng lớn dao động từ 1.3 đến 2.6 tuy<br /> Hồng đến sông Mekong. Từ đó dễ dàng thấy từng vị trí công trình và độ sâu của mẫu. Đó là<br /> rằng áp suất tiền cố kết từ thí nghiệm CRS luôn nguyên nhân cho thấy áp suất tiền cố kết của đất<br /> lớn hơn giá trị này từ thí nghiệm IL; tuy nhiên, sét yếu là một trong những thông số quan quan<br /> hệ số cố kết thấm đối với 2 loại thí nghiệm này trọng cần đƣợc xác định một cách chính xác để<br /> là gần nhƣ nhau không phụ thuộc vào sơ đồ thí phục vụ bài toán phân tích cố kết thấm cho các<br /> nghiệm. Hơn nữa, thí nghiệm cố kết tốc độ biến công trình thuộc Đồng Bằng sông Hồng và sông<br /> dạng không đổi (CRS) lại có những ƣu điểm Mekong.<br /> <br /> 2.4<br /> GL. +3.50 GL. +4.49 GL. +2.85 GL. +2.80<br /> 2.0<br /> Void Ratio, e<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1.6<br /> 1.2<br /> 0.8<br /> CaiMep HiepPhuoc HaiPhong CaMau<br /> 0.4<br /> 104<br /> <br /> 103<br /> c v (cm2/d)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 102<br /> <br /> <br /> 101<br /> 101 102 103 101 102 103 101 102 103 101 102 103<br /> 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa)<br /> <br /> CRST ILT<br /> <br /> Hình 3. So sánh kết quả thí nghiệm CRS và IL<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 55<br />  4. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT khác nhau ở các giai đoạn gia tải khác nhau. Giá<br /> THẤM trị chỉ số nén/nở đầu tiên là Cr đƣợc sử dụng<br /> Mô hình của bài toán trong giai đoạn nền đất đƣợc nén lại (hoặc giai<br /> Tính nén lún của đất biến thiên theo cấp ứng đoạn cố kết trƣớc); giá trị Cc1 đƣợc sử dụng khi<br /> suất với quan hệ theo đƣờng cong e-log’v có cấp tải vƣợt qua áp suất tiền cố kết ’c (’y) và<br /> hình chữ S, vì thế bài toán phân tích cố kết có bé hơn giá trị áp suất ’p là giá trị áp suất mà tại<br /> thể chƣa sai số nếu nhƣ một chỉ số nén bằng đó đặc tính nén lún của nền đất giảm đi; giá trị<br /> hằng số đƣợc sử dụng Vì vậy, các tác giả áp Cc2 đƣợc sử dụng khi cấp tải trọng lớn hơn ứng<br /> dụng mô hình bài toán với 3 giá trị chỉ số nén suất ’p nhƣ thể hiện ở hình 4.<br /> <br /> 101 102 103<br /> 2.4<br /> Layer-i: h0i<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a.<br /> Vertical drain dia.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> di<br /> Cr or Cc(OC) Discretization<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> nt<br /> 2.0 dw<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> de<br /> ale<br /> Void ratio, e<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Radial: Nri<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> u iv<br /> Eq<br /> Vetical: Nvi<br /> 1.6 CRS data Layer-1<br /> 1.2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Improved strata, n layers<br /> Cc2 Layer-2<br /> v0'<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.8<br /> p'<br /> c'<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Cc1<br /> 0.4<br /> h0i = Nvidh<br /> <br /> 103 cv(OC)<br /> cv(cm2/d)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ~10cv(NC)<br /> Layer-i<br /> 2 cv(NC)<br /> 10<br /> r<br /> id<br /> Layer-n<br /> r = Nr<br /> <br /> 101 Unit cell model of vertical drain<br /> <br /> 'v(kPa)<br /> Hình 4. Mô hình cho bài toán cố kết thấm dựa trên kết quả thí nghiệm CRS<br /> 2.8<br /> 2.4 Cai Mep Hiep Phuoc Hai Phong Ca Mau<br /> Void Ratio, e<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2.0<br /> 1.6<br /> 1.2<br /> 0.8<br /> 0.4<br /> 104<br /> <br /> 103<br /> c v (cm2/d)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 102<br /> <br /> <br /> 101<br /> 101 102 103 101 102 103 101 102 103 101 102 103<br /> 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa) 'v (kPa)<br /> <br /> Hình 5. Kết quả thí nghiệm CRS ở các khu vực nghiên cứu<br /> <br /> <br /> 56 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017<br />  Phần mềm phân tích bài toán cố kết thấm kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng<br /> Phần mềm sai phân hữu hạn CONSOPRO để không đổi của 4 khu vực nghiên cứu với tốc độ<br /> giải bài toán đối xứng trục đƣợc nhóm tác giả biến dạng là 0,02%/phút. Rõ ràng là hệ số rỗng<br /> phát triển tại viện Khoa Học Thủy Lợi Miền ở ngay giá trị áp suất địa tầng luôn lớn hơn 1,2<br /> Nam (SIWRR) cho phân tích bài toán cố kết đối với các mẫu thí nghiệm ở các khu vực<br /> thấm với bấc thấm kết hợp gia tai có hoặc nghiên cứu. Đối với khu vực Hải Phòng, lớp đất<br /> không có bơm hút chân không. Một trụ tƣơng có hệ số rỗng bé hơn 1,0 đƣợc cho là lớp đất sét<br /> đƣơng xung quanh bấc thấm đƣợc xét đến trong cứng và không xét đến trong bài toán phân tích<br /> bài toán này nhƣ hình 4, ngay khi bấc thấm cố kết thấm ở khu vực này.<br /> đƣợc cắm vào nền thì bấc thấm trở thành biên Phân tích bài toán cố kết thấm<br /> thoát nƣớc của trụ tƣơng đƣơng đang xét quan Một loạt bài toán phân tích cố kết thấm bằng<br /> bấc thấm trong bài toán cố kết thấm đồng thời. phƣơng pháp sai phân hữu hạn (FDM) đƣợc tác<br /> Phần mềm CONSOPRO cho phép xét đến 20 giả thực hiện trên nền phần mềm CONSOPRO<br /> lớp đất riêng biệt với các đặc trƣng độc lập và cùng với việc sử dụng mô hình bài toán theo<br /> đến 50 trƣờng hợp gia tải từng cấp khác nhau hình 4 và kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến<br /> trong thực tế thi công công trình. Kết quả xuất dạng không đổi CRS theo hình 5. Dữ liệu quan<br /> ra từ phần mềm bao gồm: 1) Độ lún theo thời trắc hiện trƣờng đại diện cho 4 khu vực nghiên<br /> gian của từng lớp đất đƣợc xét; 2) Độ lún tổng cứu bao gồm độ lún mặt tại bàn đo lún, áp lực<br /> theo thời gian của toàn nền đất đang xét; 3) Ứng lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ từ các đầu đo<br /> suất hữu hiệu theo thời gian cho từng lớp đất piezometer cũng đƣợc sử dụng để so sánh với<br /> đang xét; 4) Biến dạng theo thời gian của từng kết quả tính toán có đƣợc từ phần mềm<br /> lớp đất đang xét Nguyen (2015). Phƣơng pháp CONSOPRO nhƣ trên hình 6. Trong số 4 khu<br /> tính toán này rất hữu ích cho việc thi công đắp vực nghiên cứu thì 3 khu vực có sử dụng bấc<br /> nền trên khu vực rộng lớn hoặc các dự án xử lý thấm kết hợp gia tải trƣớc bằng cát đắp trong<br /> nền đất yếu ở Việt Nam. khi đó thì khu vực nghiên cứu tại Cà Mau còn<br /> Các thông số đầu vào cho bài toán cố kết có kết hợp cả bơm hút chân không nhằm rút<br /> thấm ngắn thời gian thi công; và giảm độ lún dƣ trong<br /> Thông số đầu vào cho bài toán cố kết thấm giai đoạn vận hành công trình. Thời gian cho<br /> của các khu vực nghiên cứu đƣợc xác định dựa công tác xử lý nền ở Cà Mau là 180 ngày trong<br /> trên kết quả thí nghiệm cố kết tốc độ biến dạng khi ở 3 khu vực còn lại hơn 1 năm. Bấc thấm<br /> không đổi CRS trên các mẫu chất lƣợng cao đƣợc ép tĩnh hoặc ép rung xuống hết chiều dày<br /> đƣợc thu thập bằng ống lấy mẫu Piston nhƣ mô lớp đất trầm tích yếu Hollocene cho tất cả các<br /> tả ở phần trên. Một số thông số đầu vào cho bài khu vực nghiên cứu trừ trƣờng hợp ở Cà Mau<br /> toán cố kết thấm bằng phƣơng pháp sai phân do có áp dụng biện pháp hút chân không nên<br /> hữu hạn đã đƣợc các tác giả báo cáo chi tiết bấc thấm có cao độ mũi cao hơn đáy lớp đất yếu<br /> trong các bài báo của cùng nhóm tác giả trƣớc 1 m. Bấc thấm đƣợc bố trí theo lƣới ô vuông ở<br /> đó nhƣ (Nguyen and Tran (2015), Nguyen and Cái Mép, Cà Mau và theo lƣới tam giác ở Hiệp<br /> Tran 2016, Nguyen et al. 2016). Hình 5 thể hiện Phƣớc và Hải Phòng. Bảng 1 tóm tắt các thông<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 57<br /> số đầu vào cho bấc thấm (PVDs), hệ số cố kết 2,19%, và dễ dàng nhận thấy rằng sự khác biệt<br /> của đất trầm tích Hollocene ở các khu vực này là không lớn và có thể chấp nhận đƣợc<br /> nghiên cứu, các chỉ số nén, độ lún cố kết cuối trong thực tế thiết kế và xây dựng đối với<br /> cùng S F, độ lún tính toán và quan trắc ở thời công tác xử lý nền đất yếu ở Việt Nam. Hình 6<br /> điểm dỡ tải cho trƣớc St1 và St2 tƣơng ứng với thể hiện kết quả tính toán độ lún mặt theo thời<br /> các khu vực công trình nghiên cứu cũng nhƣ gian bằng phần mềm CONSOPRO rất phù hợp<br /> tóm tắt các giá trị hệ số rỗng, độ ẩm và giới với kết quả quan trắc hiện trƣờng. Kết quả độ<br /> hạn chảy (LL) của nền đất yếu đối với 4 công lún cố kết tính toán cuối cùng theo thời gian<br /> trình này. Sữ khác biệt giữa kết quả tính toán có giá trị từ 10,83 % đến 12,33 % chiều dày<br /> và kết quả quan trắc dao động từ -5,54 % đến lớp đất yếu.<br /> <br /> Bảng 1. Bảng tỏm tắt thông số sử dụng cho các khu vực nghiên cứu<br /> <br /> Đặc trƣng/Công trình Cái Mép Hiệp Phƣớc Hải Phòng Cà Mau<br /> <br /> Chiều dày đất yếu, m 34,0 35,0 9,0 16,0<br /> <br /> Chiều dài PVD, m 34.0 35,0 9,0 15,0<br /> <br /> Lƣới PVD Vuông Tam giác Tam giác Vuông<br /> <br /> Chiều rộng PVD, mm 100 100 100 100<br /> <br /> Chiều dày PVD, mm 4 4 4 4<br /> <br /> ch(OC)/cv(OC) 3,0 3,0 1,5 3,0<br /> <br /> cv(OC)/cv(NC) 10 10 10 10<br /> <br /> cv(NC), cm2/d 15-55 15-145 35-205 22-700<br /> <br /> Cc 0,85-1,80 0,65-2,70 0,48-0,91 0,42-1,10<br /> <br /> Thời gian xử lý, ngày 540 640 373 180<br /> <br /> Độ lún cuối cùng SF, cm 411 379 111 188<br /> <br /> Độ lún tính toán tại t St1, cm 381 357 110 183<br /> <br /> Độ lún quan trắc tại t St2, cm 383 363 104 187<br /> <br /> Khác biệt, % 0,52 1,68 -5,54 2,19<br /> <br /> Độ ẩm, % 53-123 53-93 30-71 58-80<br /> <br /> Giới hạn chảy, % 57-128 56-65 45-77 62-90<br /> <br /> <br /> <br /> 58 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017<br />  Field monitoring data Calculated by CONSOPRO<br /> 10<br /> 8<br /> E.L. (m)<br /> <br /> <br /> <br /> 6<br /> 4<br /> 2<br /> Cai Mep Hiep Phuoc Hai Phong Ca Mau<br /> 0<br /> 0<br /> Settlement (cm)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 150<br /> <br /> <br /> 300 PVD+Surcharge PVD+Surcharge PVD+Surcharge PVD+Surcharge+Vacuum<br /> Square pattern Triangle pattern Triangle pattern Square pattern<br /> Spacing: 120 cm Spacing: 150 cm Spacing: 110 cm Spacing: 100 cm<br /> 2 2 2 2<br /> Sizing: 100x4 mm Sizing: 100x4 mm Sizing: 100x4 mm Sizing: 100x4 mm<br /> 450<br /> 60 0 130 260 390<br /> EPWP (kPa)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 40<br /> 20<br /> 0<br /> -10.00 m -10.00 m -7.38 m<br /> -20<br /> 0 200 400 600 0 200 400 600 800 0 80 160 240<br /> <br /> <br /> Hình 6. Kết quả phân tích cố kết thấm so sánh ở 4 khu vực nghiên cứu<br /> <br /> Để nghiên cứu mức độ tiêu tán áp lực 5. THẢO LUẬN<br /> nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ phát sinh trong nền đất Đất sét yếu Hollocene ở Việt Nam có mối<br /> yếu trong quá trình gia tải trƣớc, các đầu đo quan hệ nén lún e-log’v theo đƣờng cong S, chỉ<br /> áp lực nƣớc lỗ rỗng dây rung đƣợc lắp đặt đƣợc thấy và xác định trên mẫu thí nghiệm<br /> vào trong nền trƣớc khi tiến hành thi công gia nguyên dạng chất lƣợng cao thu thập bằng ống<br /> tải ở toàn bộ các công trình nghiên cứu trừ lấy mẫu Piston. Ngay cả khi thí nghiệm cố kết<br /> khu vực Hải Phòng. Áp lực nƣớc lỗ rỗng tốc độ biến dạng không đổi đƣợc sử dụng thì<br /> thặng dƣ theo hình 6 đạt giá trị lớn nhất ngay điều quan trọng vẫn là phải đảm bảo chất lƣợng<br /> cuối giai đoạn gia tải và/hoặc bơm hút chân mẫu thu thập tại hiện trƣờng. Hầu hết thí<br /> không đạt cực đại và sau đó tiêu tán nhanh nghiệm Oedometer thực hiện trên đất sét yếu ở<br /> một cách đáng kể. Áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng Việt Nam cho kết quả tỷ số cố kết trƣớc bé hơn<br /> dƣ tính toán dựa trên số liệu quan trắc có kể 1, điều này hầu nhƣ do nguyên nhân sử dụng<br /> đến hiệu chỉnh độ lún của đầu đo theo thời ống mẫu hở thành mỏng Shelby đã làm cho mẫu<br /> gian. Đƣờng cong tiêu tán áp lực nƣớc lỗ không còn nguyên dạng.<br /> rỗng thặng dƣ tính toán cũng tƣơng đồng tốt Kết quả nghiên cứu này cho thấy mối tƣơng<br /> với kết quả quan trắc hiện trƣờng ở Cái Mép, đồng tốt giữa dữ liệu quan trắc hiện trƣờng so<br /> Hiệp Phƣớc và Cà Mau. với kết quả tính toán bằng phƣơng pháp sai<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 59<br /> phân hữu hạn bằng phần mềm CONSOPRO với Tran (2015), Nguyen and Tran 2016, Nguyen et<br /> các thông số đầu vào đƣợc xác định từ thí al. 2016).<br /> nghiệm cố kết tốc độ biến dạng không đổi trên  Hệ số cố kết thấm ngang biểu kiến cho lớp<br /> đất sét yếu ở Việt Nam. Tuy vậy, phƣơng pháp đất trầm tích yếu Hollocene ở Việt Nam tƣơng<br /> thí nghiệm này chƣa đƣợc nêu trong qui trình thí đồng với dữ liệu đã đƣợc nhóm tác giả công bố<br /> nghiệm chính thức ở Việt Nam và vì thế rất ít trƣớc đó (Nguyen and Tran 2015, Nguyen and<br /> khi đƣợc ứng dụng vào thực tế thiết kế và xây Tran 2016, Nguyen et al. 2016) theo mối quan<br /> dựng công trình xử lý nến đất yếu ở Việt Nam hệ ch(OC) = 3.0cv(OC), ch(NC) = 3.0cv(NC) và<br /> dẫn đến kết quả quan trắc hiện trƣờng thƣờng cv(OC) = 10cv(NC) đối với 3 khu vực nghiên<br /> rất khác biệt với giá trị tính toán trong giai đoạn cứu đầu tiên trong khí đó ch(OC) = 1.5cv(OC)<br /> thiết kế về độ lún nền đất đối với nhiều công và ch(NC) = 1.5cv(NC) đối với khu vực<br /> trình xây dựng trên nền đất yếu gây khó khăn Hải Phòng.<br /> trong công tác thi công công trình nhƣ xác định LỜI CẢM ƠN<br /> đúng giá trị cao độ hoàn thiện, chiều dày bù lún Nhóm tác giả chân thành biết ơn và gửi lời<br /> và ƣớc tính độ lún dƣ phục vụ trong công tác cảm ơn đến Ban Quản Lý Dự Án 85 (PMU-85)<br /> duy tu và vận hành công trình. và Ban Quản Lý Dự Án Hàng Hải 2 vì đã cho<br /> KẾT LUẬN phép sử dụng số liệu của dự án tác giả tham gia<br />  Trầm tích yếu Hollocene ở Việt nam trong trực tiếp vào nghiên cứu này ở viện Khoa Học<br /> điều kiện tự nhiên luôn ở trạng thái cố kết trƣớc Thủy Lợi Miền Nam (SIWRR).<br /> ngay cả khi có hệ số rỗng lớn hơn 1.<br />  Áp suất tiền cố kết có đƣợc từ thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> cố kết tốc độ biến dạng không đổi (CRS) lớn<br /> hơn giá trị có đƣợc từ thí nghiệm cố kết gia tải Bui, T. M. (2003). Initial Evaluation of<br /> từng cấp truyền thống (IL) theo hệ số 1.16 đối Consolidation Characteristics of Mekong Soft<br /> với trầm tích yếu Hollocene ở Việt Nam. Áp Clay and Their Use in Engineering Practice.<br /> suất địa tầng quá tải (POP) của tầng trầm tích Hanoi Engineering Geology Workshop. Ha<br /> Hollocene ở Việt Nam dao động từ 20 kPa đến Noi: 1-13.<br /> 45 kPa trong 20 m trên cùng và từ 60 kPa đến Byrne, P. M. and Y. Aoki (1969). "The<br /> 85 kPa cho lớp đất bên dƣới sâu hơn 20 m. strain controlled consolidation test." Soil<br />  Các thông số đầu vào cho bài toán cố kết Mechanics Series, The University of British<br /> thấm xác định dựa trên kết quả thí nghiệm cố Columbia 9: 1-25.<br /> kết tốc độ biến dạng không đổi theo tốc độ biến Casagrande, A. (1936). The determination of<br /> dạng 0.02%/phút cho kết quả tính toán bài toán the pre-consolidation load and its practical<br /> cố kết thấm theo phƣơng pháp sai phân hữu hạn significance: Discussion D-34. The first<br /> (FDM) trên phần mềm CONSOPRO cho kết international conference on soil mechanics and<br /> quả tƣơng thích với dữ liệu quan trắc hiện foundation engineering. Havard University,<br /> trƣờng theo độ lún, tiêu tán áp lực nƣớc lỗ rỗng Cambridge. 3: 60-64.<br /> thặng dƣ đối với 4 khu vực công trình đang Crawford, C. B. (1964). "Interpretation of the<br /> nghiên cứu, tƣơng đồng với kết quả công bố consolidation test." Soil Mechanics and<br /> trƣớc đó của cùng nhóm tác giả (Nguyen and Foundations Division, ASCE 90(SM5): 87-102.<br /> <br /> <br /> 60 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017<br />  Dao, T. V. T., T. N. Le and C. O. Nguyen application of constant rate of strain<br /> (2013). A case study of braced excavation consolidation test. Fifth International<br /> using steel sheet pile wall in Thi Vai soft clay. Conference on Geotechnique, Construction<br /> Geotechnics for Sustainable Development - Materials and Environment. H. Zakaria. Osaka,<br /> Geotec Hanoi 2013. P. D. Long. Hanoi, Japan, The GEOMATE International Society. 5:<br /> Vietnam, Construction Publishing House: 271-276.<br /> 227-234. Nguyen, C. O. and T. T. Tran (2016).<br /> Korhonen, O. and M. Lojander (1997). "Application of constant rate of strain<br /> Settlement estimation by using continuous consolidation test in consolidation analysis with<br /> oedometer test. Proceedings of the 14th varied PVD length." Vietnam Geotechnical<br /> ICSMFE. Hamburg, Germany. 1: 343-346. Journal 20(4): 33-41.<br /> Leroueil, S., M. Kabbaj, F. Tavenas and R. Nguyen, C. O., T. T. Tran and T. V. T. Dao<br /> Bouchard (1985). "Stress–strain–strain rate (2016). Finite difference analysis of a case study<br /> relation for the compressibility of sensitive of vacuum preloading in Southern Vietnam.<br /> natural clays." Géotechnique 35(2): 159-180. Sixth International Conference on<br /> Leroueil, S., L. Samson and M. Bozozuk Geotechnique, Construction Materials and<br /> (1983a). "Laboratory and field determination of Environment. H. Zakaria. Bangkok, Thailand,<br /> preconsolidation pressure at Gloucester." The GEOMATE International Society: 308-313.<br /> Canadian Geotechnical Journal 20: 477-490. Smith, R. E. and H. E. Wahls (1969).<br /> Leroueil, S., F. Tavenas, L. Samson and P. "Consolidation under constant rate of strain."<br /> Morin (1983b). "Preconsolidation pressure of Soil Mechanics and Foundations Division,<br /> Champlain clays. Part II. Laboratory ASCE 95(SM2): 519-539.<br /> determination." Canadian Geotechnical Journal Takemura, J., Y. Watabe and M. Tanaka<br /> 20: 803-816. (2007). Characterization of alluvial deposits in<br /> Nguyen, C. O. (2015). CONSOPRO Mekong Delta. Characterisation and<br /> Software (in DVD). Southern Institute of Water Engineering Properties of Natural Soils, Taylor<br /> Resource Research. C. O. Nguyen. Vietnam, & Francis Group, London. 1: 1805-1829.<br /> Vietnam Copyright Office. Version 1.0: 0-226. TCVN4200:2012 (2012). Đất xây dựng -<br /> Nguyen, C. O., T. V. T. Dao and C. T. V. Ta phƣơng pháp xác định tính nén lún trong phòng<br /> (2016). Finite element analysis of a braced thí nghiệm, Bộ Khoa Học và Công Nghệ.<br /> excavation in marine soft clay. Geotechnics for Wissa, A. E. Z., J. T. Christian, E. H. Davis<br /> Sustainable Development-Geotec Hanoi. P. D. and S. Heiberg (1971). "Consolidation at<br /> Long. Hanoi, Vietnam, Construction Publishing Constant Rate of Strain." Soil Mechanics and<br /> House: 441-449. Foundations Division, ASCE 97(SM10): 1393-<br /> Nguyen, C. O. and T. T. Tran (2015). 1413.<br /> Consolidation analysis of Vietnam soft marine<br /> clay by finite difference method with<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 61<br />  Người phản biện: GS, TS. NGUYỄN VĂN THƠ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 62 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017<br />