1. Đặtvấn đềnghiêncứu:
Việc xâydựng công trình trênnền đấtyếu đặt ra chokỹsư ngành ĐịaKỹ Thuật
những thách thứclớn, đặc biệt là xâydựng những công trình chịutải trọnglớn,tải
trọng động như công trìnhcảng, công trình giao thông, các công trìnhbến bãi kho
xưởng v.v
Có nhiều phương pháp giacốnền đấtyếu như giatải trướcbằngcọc cát hoặcbất
thấm,cọc cát,cọc đất trộn ximăng,cọc đất trộn vôi,cọc bêtông, sàn giảmtải v.v ,
nhưng giải phápcọc bê tôngkếthợpvải địakỹ thuật là chưa phổ biến ở Việt Nam, và
cũng chưa có quy trình quy phạm đểhướngdẫn áp dụng.
Việc nghiêncứu giải phápcọc bê tông tiết diện nhỏkếthợpvải địakỹ thuật để
xâydựng nhà kho, nhàxưởng trênnền đấtyếuvới diện tíchlớn, tác giả nghiêncứucụ
thể trên địa chất khuvực huyện Nhà Bè để tìm ramối quanhệtươnghổ giữatải trọng
với độ lúnlệch giữacọc bê tôngcốt thép tiết diện nhỏ vànền đấtyếu xung quanh,
cũng như cácmối liênhệ giữa chiều cao đắp đến khoảng cách giữa cáccọc, nghiên
cứu hiệu quảtruyền tải trọngcủa hiệu ứngvòm trongnền đất đắp tác dụng lên đầucọc
khikết hợp vải địakỹ thuật đặt trên đầucọc.
Để đánh giá hiệu quảcủa phương phápcọc bê tông tiết diện nhỏkếthợpvải địa
kỹ thuật, tác giảsẽ so sánh hiệu quả kinhtếvớimột phương pháp khác như giatải
trước bằngbấc thấm đểnền cóthể chịu được tải trọng là 100kN/m
2
.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
· Nghiêncứu ứngxử và phânbốlại ứng suất trongnền đấtyếu giacốhệcọc bê
tôngcốt thép tiết diện nhỏkếthợpvải địakỹ thuậtcường độ cao trên đầucọc,từ
đó phân tích ổn định và biến dạngcủa nền đất, xâydựng cácmối quanhệgiữa tải
trọng nền đắpvới độlún lệch, độlún lệchvới khoảng cách cọc v.v
· Ứngdụng vào việc tính toán thiếtkế ổn địnhnền cho các nhà kho, nhàxưởng,
kho bãi xây dựng trênvùng đất Hiệp Phước - Nhà Bè.
· So sánh hiệu quảkinhtếvới phương án gia tải trước bằngbấc thấm chịu tải trọng
công trình là 100kN/m2.
3. Phương pháp nghiên cứucủa đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về việc tính toán và kiểm trasức chịu tải của cọc
BTCT, tính toán ổn định nền công trình đắp và kiểm tra khảnăng chịu kéo của vải địa
kỹ thuật,về sự phận bố lại ứng suất trongnền cát gia cố cọc bê tông tiết diện nhỏkết
hợpvải địakỹ thuật,từ đó ápdụng tính toán thiếtkế giacốnền nhà kho, nhàxưởng,
bến bãi.
Mô phỏngbằng phầnmềmPlaxis để phân tích ổn định biếndạngcủanền đấtyếu
gia cốbằngcọc tiết diện nhỏkếthợpvải địa kỹthuật.
Ứngdụng côngcụ phầnmềm máy tinh để so sánh hiệu quả kinhtếkỹ thuậtvới
phương ánsựdụng phương pháp gia tải nền đất yếu bằng gia tảitrước bằng bấcthấm.
4. Ý nghĩakhoa họccủa đềtài
Việcbố trílớpvải địakỹ thuật trên đầucọc phân cáchlớp đấtyếuvới đệm cát
bên trên, hiệu ứng vòm trong đêm cát xuất hiệnsẽ phânbốlại ứng suất giúp truyềntải
trọng ngoài vào đầu cọc, giảmtải trọng tácdụng lên nền đấtyếu.
5. Giá trị thực tiễn của đềtài
Phương pháp giacố nàysẽ giúp chonền giảmsự lúnlệch giữacọc vànền, và
biếndạngcủanền cho phép trong phạmvị nhất định. Quá trình thi công không phức
tạp, hiệu quả kinhtế cao, nên khuyến khích ápdụng để giacốnền đấtyếurộng rãi
trong thời giansắptới ởnước ta và nói riêng ở vùng Hiệp Phước - Nhà Bè trong công
cuộc xây dựng khu công nghiệp, khu dâncư, khu đô thịmới.
6. Phạmvi nghiêncứucủa đềtài
Phương pháp giacốnềnbằngcọc tiết diện nhỏkếthợpvải địakỹ thuật làm phân
bốlại ứng suất trong nền cát bên trênlớpvải địakỹ thuật, truyền tải trọng bên trên lên
đầucọc xuốngtầng đấttốt bêndưới, nhưng không làmtăngcốkếtcủanền đất bên
dưới, nên việclựa chọn phương pháp giacốnềncần xem xét tính chất và quy môcủa
công trình bên trên.
Trong phạm vi giới hạn của luậnvăn chỉ so sánh hiệu quả kinhtếkỹ thuậtvới
phương pháp gia cố nền bằng gia tải trước bằng bấc thấm, không so sánh hiệu quả
kinh tế kỹ thuật với các phương pháp gia cố nền khác, nên việcvậndụnglựa chọn
phương pháp gia cốnền cần được xem xét và tính toán kỹlưỡng.
121 trang |
Chia sẻ: tuandn | Lượt xem: 3789 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu giải pháp cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật để xây dựng nhà kho, nhà xưởng trên nền đất yếu với diện tích lớn tại khu Hiệp Phước - Nhà Bè, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI CẢM ƠN
Em xin chaân thaønh caûm ôn quyù Thaày Coâ trong boä moân ñòa cô neàn moùng,
quyù Thaày Coâ ñaõ truyeàn ñaït cho em nhöõng kieán thöùc quyù baùu trong ba hoïc kyø
qua. Hoâm nay, vôùi nhöõng doøng chöõ naøy, em xin baøy toû loøng bieát ôn saâu saéc
nhaát.
Em xin chaân thaønh caùm ôn Thaày PGS. TS. Voõ Phaùn, ngöôøi Thaày ñaõ taän tình
höôùng daãn, giuùp em ñöa ra höôùng nghieân cöùu cuï theå, hoã trôï nhieàu taøi lieäu, kieán
thöùc quyù baùu trong quaù trình hoïc taäp vaø nghieân cöùu.
Em xin chaân thaønh caùm ôn caùc Thaày GS. TSKH. Leâ Baù Löông, GS.TS.
nguyễn Văn thơ, TS. Chaâu Ngoïc Aån, TS. Leâ Baù Vinh, TS. Buøi Tröôøng Sôn, TS.
Nguyeãn Minh Taâm, TS. Traø Thanh Phöông, TS. Traàn Xuaân Thoï vaø caùc thaày coâ
trong boä moân ñaày nhieät huyeát vaø loøng yeâu ngheà, ñaõ taïo ñieàu kieän toát nhaát cho
em hoïc taäp vaø nghieân cöùu khoa hoïc, luoân taän taâm giaûng daïy vaø cung caáp cho
em nhieàu tö lieäu caàn thieát.
Xin chaân thaønh caùm ôn caùc Ban chuû nhieäm khoa Kyõ Thuaät Xaây Döïng,
Phoøng Ñaøo taïo Sau Ñaïi hoïc ñaõ giuùp ñôõ vaø taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho em
trong suoát quaù trình hoïc taäp.
Moät laàn nöõa xin göûi ñeán Quyù Thaày, Coâ vaø Gia ñình loøng bieát ôn saâu saéc.
TP. Hoà Chí Minh, thaùng 11 naêm 2009
Học viên
NGUYEÃN VOÕ NGOÏC HUY
TÓM TẮT
Xây dựng công trình trên nền đất yếu đặt ra cho kỹ sư ngành Địa kỹ thuật Xây
dựng những thách thức lớn. đặc biệt là xây dựng những công trình chịu tải trọng lớn,
tải trọng động như công trình cảng, công trình giao thông, các công trình bến bãi kho
xưởng v.v…
Giải pháp cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật để xử lý nền đất yếu
xây dựng nhà kho, nhà xưởng. Học viên nghiên cứu cụ thể trên địa chất khu vực Hiệp
Phước huyện Nhà Bè để tìm ra biểu đồ quan hệ giữa tải trọng với chiều cao đệm H,
khoảng cách giữa các cọc s và kích thước mũ cọc a dựa trên phương pháp phần tử hữu
hạn (FEM) ứng dụng của phần mềm Plaxis 2D.
Dùng phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả kinh tế nhất so với việc sử dụng
các công thức giải tích lý thuyết để tìm ra lực căng lớn nhất trong vải địa kỹ thuật. Để
thiên về an toàn, tác giả đề nghị sử dụng phương pháp của Jones để tìm ra chuyển vị
tương đối giữa cọc và đất cũng như lực căng lớn nhất trong vải địa gia cường. Phương
pháp lý thuyết theo Marston (BS8006, 1995) cho kết quả chênh lệch quá lớn so với các
phương pháp còn lại, quá thiên về an toàn nhưng lãng phí, cần xem xét kỹ lưỡng khi
sử dụng phương pháp này.
Sử dụng kết quả nghiên cứu để chọn khoảng cách cọc s, mũ cọc a, chiều cao đệm
H hợp lý cho phương án cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp vải địa gia cường
đầu cọc. So sánh hiệu quả kinh tế với phương án gia tải trước bằng bấc thấm thì
phương án cọc bê tông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật là kinh tế hơn và thời gian thi
công là ngắn hơn.
ABSTRACT
The design constructions on weak foundation soils is a challenge to the
geotechnical engineer. Especially, with major load constructions, dynamic load such
as port construction, traffic construction and station yard….
Method of the concrete piles with minor session include the geosynthetic
reinforcement to handle by construction on weak foundation soils. Student research
into geology of Hiep Phuoc – Nha Be district to find out the diagram between loading
and height buffer H, space of piles and pile cap by using a finite element program –
Plaxis 2D.
By using a finite element method (FEM) take more economical results than using
theory formulas. In order to safe, student suggest using Jones’s method to find out
relative settlement between piles and weak soils, the maximun tensor straight of
geosynthetic reinforcement. Marston’s method (BS8006, 1995) results more different
than other method; it is more safe but wasting, need to be considered carefully when
using this method.
By using the results to choose space of piles, pile cap, height buffer H suitable for
method of the concrete piles with minor session include the geosynthetic
reinforcement, which is more economical and saving time than preloading using
prefabricated vertical drains method.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ 1
MỤC LỤC ................................................................................................................. 4
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CỌC BÊ TÔNG CỐT
THÉP KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU............................ 4
1.1. Giới thiệu chung: ..............................................................................................................4
1.2. Phương pháp phân tích mức độ hiệu ứng vòm: .............................................................10
1.3. Hệ số suy giảm ứng suất: ...............................................................................................11
1.4. Hệ số tập trung ứng suất (Stress Concentration Ratio, n) .............................................12
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP (BTCT)
TIẾT DIỆN NHỎ KẾT HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ................................................13
2.1. Cọc BTCT tiết diện nhỏ: ...............................................................................................13
2.1.1. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý..........................................14
2.1.2. Sức chịu tải dọc trục của cọc theo vật liệu...................................................15
2.1.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền................15
2.1.4. Tính sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ học của đất nền. .........................16
2.1.5. Ma sát âm:...................................................................................................20
2.1.6. Kiểm tra ổn định của đất nền dưới mũi cọc..................................................21
2.2. Cơ sở lý thuyết về vải địa kỹ thuật: ...............................................................................21
2.2.1. Kiểm tra điều kiện ổn định trượt đất đắp trên vải địa kỹ thuật: ....................24
2.2.2. Sự liên kết giữa vải địa kỹ thuật với đất. ......................................................24
2.3. Cọc BTCT tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật...........................................................25
2.3.1. Giới thiệu chung ..........................................................................................25
2.3.2. Nghiên cứu lý thuyết về hiệu ứng vòm trong đất: .........................................26
2.3.3. Cơ chế truyền lực: .......................................................................................39
2.3.4. Sự phân bố ứng suất: ...................................................................................41
2.3.5. Lý thuyết hiệu ứng màng: ............................................................................41
2.3.6. Thiết kế hệ cọc:............................................................................................54
2.4. Nhận xét..........................................................................................................................59
CHƯƠNG 3: SO SÁNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THEO PHƯƠNG PHÁP
LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (FEM) CỌC BÊ
TÔNG TIẾT DIỆN NHỎ KẾT HỢP VĐKT KHU VỰC NHÀ BÈ...........................60
3.1. Giới thiệu ........................................................................................................................60
3.2. Địa chất khu vực Hiệp Phước – Huyện Nhà Bè. ............................................................60
3.2.1 Giới thiệu chung:.........................................................................................60
3.2.2 Địa chất Hiệp Phước – Nhà Bè: ..................................................................60
3.3. Cọc Bê tông tiết diện nhỏ kết hợp VĐKT xử lý cho nền nhà kho nhà xưởng khu
vực Hiệp Phước – Huyện Nhà Bè. .................................................................................66
3.3.1 Mô hình bài toán .........................................................................................66
3.3.2 Nghiên cứu phân tích tính toán bằng phần mềm Plaxis................................66
3.3.3 So sánh và phân tích kết quả tính toán.........................................................71
3.3.4 Nhận xét và kết luận về kết quả so sánh giữa phương pháp lý thuyết và
phần mềm Plaxis..........................................................................................73
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ĐỂ CHỌN GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN
CHO CỌC BÊ TÔNG TIẾT DIỆN NHỎ KẾT HỢP VĐKT Ở VÙNG ĐẤT
HIỆP PHƯỚC NHÀ BÈ. ..........................................................................................75
4.1. Giới thiệu ........................................................................................................................75
4.2. Phân tích và so sánh kết quả:..........................................................................................75
4.2.1. Phân tích kết quả giữa mối tương quan độ lún lệch DS với tải trọng ngoài
q khi chiều cao H thay đổi. ..........................................................................75
4.2.2. Phân tích kết quả giữa mối tương quan độ lún lệch DS với H khi tải trọng
ngoài q thay đổi ...........................................................................................83
4.2.3. Phân tích mối tương quan giữa hệ số tập trung ứng suất n với tải trọng
ngoài q tác động khi thay đổi chiều cao H ...................................................89
4.2.4. Nhận xét và kết luận ....................................................................................94
4.3. So sánh hiệu quả kinh tế với phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm. .........95
4.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán bằng gia tải trước kết hợp bấc thấm:....................95
4.3.2. Tính toán gia tải trước kết hợp bấc thấm kho bãi Hiệp Phước – Nhà Bè : ...98
4.3.3. Tính toán cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật gia cố nền kho
bãi khu vực Hiệp Phước – Nhà Bè bằng phần mềm plaxis: ........................103
4.3.4. So sánh hiệu quả kinh tế giữa phương pháp cố kết nền giả tải trước kết
hợp bất thấm và phương pháp cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ
thuật ..........................................................................................................110
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .......................................................................................112
I. Kết luận ........................................................................................................................112
II. Kiến nghị ......................................................................................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................114
- 1 -
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu:
Việc xây dựng công trình trên nền đất yếu đặt ra cho kỹ sư ngành Địa Kỹ Thuật
những thách thức lớn, đặc biệt là xây dựng những công trình chịu tải trọng lớn, tải
trọng động như công trình cảng, công trình giao thông, các công trình bến bãi kho
xưởng v.v…
Có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu như gia tải trước bằng cọc cát hoặc bất
thấm, cọc cát, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi, cọc bêtông, sàn giảm tải v.v…,
nhưng giải pháp cọc bê tông kết hợp vải địa kỹ thuật là chưa phổ biến ở Việt Nam, và
cũng chưa có quy trình quy phạm để hướng dẫn áp dụng.
Việc nghiên cứu giải pháp cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật để
xây dựng nhà kho, nhà xưởng trên nền đất yếu với diện tích lớn, tác giả nghiên cứu cụ
thể trên địa chất khu vực huyện Nhà Bè để tìm ra mối quan hệ tương hổ giữa tải trọng
với độ lún lệch giữa cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ và nền đất yếu xung quanh,
cũng như các mối liên hệ giữa chiều cao đắp đến khoảng cách giữa các cọc, nghiên
cứu hiệu quả truyền tải trọng của hiệu ứng vòm trong nền đất đắp tác dụng lên đầu cọc
khi kết hợp vải địa kỹ thuật đặt trên đầu cọc.
Để đánh giá hiệu quả của phương pháp cọc bê tông tiết diện nhỏ kết hợp vải địa
kỹ thuật, tác giả sẽ so sánh hiệu quả kinh tế với một phương pháp khác như gia tải
trước bằng bấc thấm để nền có thể chịu được tải trọng là 100kN/m2.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
· Nghiên cứu ứng xử và phân bố lại ứng suất trong nền đất yếu gia cố hệ cọc bê
tông cốt thép tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật cường độ cao trên đầu cọc, từ
đó phân tích ổn định và biến dạng của nền đất, xây dựng các mối quan hệ giữa tải
trọng nền đắp với độ lún lệch, độ lún lệch với khoảng cách cọc v.v…
- 2 -
· Ứng dụng vào việc tính toán thiết kế ổn định nền cho các nhà kho, nhà xưởng,
kho bãi xây dựng trên vùng đất Hiệp Phước - Nhà Bè.
· So sánh hiệu quả kinh tế với phương án gia tải trước bằng bấc thấm chịu tải trọng
công trình là 100kN/m2.
3. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về việc tính toán và kiểm tra sức chịu tải của cọc
BTCT, tính toán ổn định nền công trình đắp và kiểm tra khả năng chịu kéo của vải địa
kỹ thuật, về sự phận bố lại ứng suất trong nền cát gia cố cọc bê tông tiết diện nhỏ kết
hợp vải địa kỹ thuật, từ đó áp dụng tính toán thiết kế gia cố nền nhà kho, nhà xưởng,
bến bãi.
Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis để phân tích ổn định biến dạng của nền đất yếu
gia cố bằng cọc tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật.
Ứng dụng công cụ phần mềm máy tinh để so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật với
phương án sự dụng phương pháp gia tải nền đất yếu bằng gia tải trước bằng bấc thấm.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Việc bố trí lớp vải địa kỹ thuật trên đầu cọc phân cách lớp đất yếu với đệm cát
bên trên, hiệu ứng vòm trong đêm cát xuất hiện sẽ phân bố lại ứng suất giúp truyền tải
trọng ngoài vào đầu cọc, giảm tải trọng tác dụng lên nền đất yếu.
5. Giá trị thực tiễn của đề tài
Phương pháp gia cố này sẽ giúp cho nền giảm sự lún lệch giữa cọc và nền, và
biến dạng của nền cho phép trong phạm vị nhất định. Quá trình thi công không phức
tạp, hiệu quả kinh tế cao, nên khuyến khích áp dụng để gia cố nền đất yếu rộng rãi
trong thời gian sắp tới ở nước ta và nói riêng ở vùng Hiệp Phước - Nhà Bè trong công
cuộc xây dựng khu công nghiệp, khu dân cư, khu đô thị mới.
- 3 -
6. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phương pháp gia cố nền bằng cọc tiết diện nhỏ kết hợp vải địa kỹ thuật làm phân
bố lại ứng suất trong nền cát bên trên lớp vải địa kỹ thuật, truyền tải trọng bên trên lên
đầu cọc xuống tầng đất tốt bên dưới, nhưng không làm tăng cố kết của nền đất bên
dưới, nên việc lựa chọn phương pháp gia cố nền cần xem xét tính chất và quy mô của
công trình bên trên.
Trong phạm vi giới hạn của luận văn chỉ so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật với
phương pháp gia cố nền bằng gia tải trước bằng bấc thấm, không so sánh hiệu quả
kinh tế kỹ thuật với các phương pháp gia cố nền khác, nên việc vận dụng lựa chọn
phương pháp gia cố nền cần được xem xét và tính toán kỹ lưỡng.
- 4 -
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP KẾT HỢP
VẢI ĐỊA KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1. Giới thiệu chung:
Để thi công công trình nền đường đắp cao, kho xưởng bến bãi tải trọng lớn trên
nền đất yếu có nhiều biện pháp cải tạo đất nền khác nhau như: phương pháp gia tải
trước bằng cọc cát hoặc bấc thấm, phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian gia tải, chi
phí gia tải là không nhỏ, phương pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép kết hợp sàn giảm
tải, phương pháp này chi phí xây dựng rất lớn, chỉ có thể áp dụng cục bộ cho một bộ
phận công trình, như đường vào cầu, nhà kho với quy mô nhỏ. các phương pháp khác
như cải tạo đất bằng cọc cát, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi, phương pháp này
cần đảm bảo chất lượng của vật liệu và công nghệ thi công nên việc thực hiện cũng
khó khăn và cần nghiên cứu kỹ v.v…
Reid và Buchanan (1983) đã sớm sử dùng hệ cọc để truyền tải trọng nền đường
xuống tầng đất có đủ khả năng chịu lực bên dưới, sử dụng hệ cọc này có nhiều lợi ích
như xây dựng công trình nhanh chóng, hạn chế tối đa độ lún nền đấp, giảm tối thiểu bề
rộng lề đường. Hewlett và Randolph (1988) đã phát triển và sử dụng tấm màng trải
trên đỉnh cọc, giúp tăng khoảng cách giữa các cọc, tăng tối đa hiệu quả kinh tế. Tùy
theo mức độ công trình mà có thể sử dụng hệ cọc là cọc bê tông, cọc đá, cọc vôi, cọc
đất trộn ximăng, cọc gỗ v.v…
Phương pháp sử dụng hệ cọc gia kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường trên đầu cọc
trong nền đất yếu đã đạt được nhiều thành công trên nhiều nước. Vải địa kỹ thuật gia
cường với độ bền chịu kéo cao sẽ làm giảm độ lún lệch, tăng khả năng mang tải và ổn
định mái dốc trong nền đất yếu. Hệ cọc kết hợp vải địa kỹ thuật (GRPS : Geosynthetic
- 5 -
Reinforced Pile Supported) sử dụng vải địa kỹ thuật gia cường cách ly là tăng hiệu
suất của sự truyền tải vào cọc mà không làm tăng độ lún lệch giữa các mũ cọc.
Han (1999), đã khảo sát một vài dự án và nhận thấy rằng tải trọng nền đắp truyền
vào mũ cọc đạt từ 60-70%, trong hệ thống GRPS với số lượng cọc chiếm khoảng 10 -
20%, trong GRPS thì kích thước cọc sẽ giảm nhỏ, mũ cọc và khoảng cách cọc lớn,
điều này làm giảm giá thành so với các phương án thi công khác và tiến độ thi công sẽ
nhanh hơn.
Sự truyền tải trọng từ nền đắp xuống nền có GRPS là sự kết hợp hiệu quả của hiệu
ứng vòm trong nền đắp, sự gia tăng độ cứng và sự tập trung ứng suất. Hơn nữa, hiệu
quả của sự truyền tải trọng này tùy thuộc vào số lượng lớp tấm gia cường, độ chịu kéo
của tấm gia cường. Cơ chế truyền tải trọng được định nghĩa như sau:
1. Terzaghi (1943) đã định nghĩa hiệu ứng vòm trong nền đắp là sự truyền áp lực
đất từ khối đất mềm hơn vào khối đất cứng hơn bên cạnh. Khi trong nền đất có hệ
cọc thì khối đất bên trên có xu hướng chuyển dịch ứng suất vào vị trí trên đầu
cọc, ứng suất cắt phát triển giữa khối đất đứng yên và khối đất có xu hướng
chuyển gây ra sự truyền một phần tải trọng của nền đắp vào hệ cọc.
2. Sự tập trung ứng suất: do độ cứng khác nhau giữa cọc và đất yếu xung quanh cho
kết quả là ứng suất tập trung trên đỉnh cọc theo phương thẳng đứng lớn hơn so
với ứng suất truyền vào đất. Hệ số tập trung ứng suất (Stress Concentration
Ratio_n), là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ của hiệu ứng vòm và
được Han và Gabr (2002) định nghĩa là tỷ số ứng suất thẳng đứng truyền vào cọc
sp với tỷ số ứng suất thẳng đứng truyền vào đất nền ss.
3. Ứng suất kéo trong cốt gia cường: Ứng suất kéo phát triển trong vải địa kỹ thuật
gia cường là kết quả của sự biến dạng phát triển khác nhau giữa độ lún của nền
đất yếu và hệ cọc. Khi lực kéo gia tăng trong cốt gia cường, hiệu ứng màng sẽ
giúp nâng đỡ lớp đắp bên trên và truyền tải trọng xuống hệ cọc.
- 6 -
Khi kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường đầu cọc, thì hiệu ứng vòm và hiệu ứng
màng giúp làm tăng hiệu quả của phương pháp này.
Hình 1.1 Sử dụng hệ cọc gỗ kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường nền đường Kyoto
Hình 1.2: Thi công cọc gỗ nền đường ở Gorinchem, Hà Làn (2007)
- 7 -
1,
0m2,
7m
2,6¸3,0m
Ñænh neàn cöùng
Coïc gia coá neàn
Neàn ñaép
Nhaø xöôûng
Muõ coïc
Maët ñaát töï nhieân 3 lôùp vaûi ñòakyõ thuaät
Hình 1.3 Gia cố nền nhà xưởng bằng hệ thống cọc bê tông cốt thép kết hợp vải địa
kỹ thuật (Han và Akins, 2002)
Vaûi ñòa kyõ thuaät
Ñaát ñaép
Baûn maët caàu
Coïc döôùi moá caàu
Ñaát yeáu
Coïc gia coá neàn
Coïc gia coá neàn
Hình 1.4 Gia cố đường vào cầu bằng hệ cọc kết hợp vải địa kỹ thuật (Reid và
Buchanan, 1984)
- 8 -
Hình 1.5 Hệ cọc nền đường xe bus ở Hà Lan (2007)
Hình 1.6 Vải địa kỹ thuật gia cường trên đầu cọc – đường xe bus (HàLan 2007)
- 9 -
Hình 1.7 Đường xe lửa trên hệ th