Nghiên cứu xử lý nền đất yếu cho giao thông bằng cọc đất xi măng kết hợp lưới địa kỹ thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THÁI LINH NGUYỄN THÁI LINH NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO XÂY DỰNG GIAO THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN THÁI LINH NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO XÂY DỰNG GIAO THÔNG Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 - PGS. Nguyễn Đức Mạnh 2 - PGS. Phạm Hoàng Kiên HÀ NỘI - 2021 i LỜI CẢM ƠN Bằng những tình cảm chân thành nhất, tác giả xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS. Nguyễn Đức Mạnh và PGS.

Phạm Hoàng Kiên đã tận tình hướng dẫn và định hướng khoa học, tạo mọi điều kiện thuận lợi cũng như giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của PGS. Nguyễn Sỹ Ngọc, PGS. Nguyễn Châu Lân và ThS.

Nguyễn Hải Hà trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ, các chuyên gia và các nhà khoa học đã chỉ dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để luận án được hoàn thiện. Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Giao thông Vận tải, tác giả xin được trân trọng cảm ơn: Ban Giám hiệu Nhà trường, phòng Đào tạo Sau đại học, khoa Công trình đã quan tâm tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tác giả xin được cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè đã động viên, chia sẻ trong suốt thời gian thực hiện luận án.

ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án NCS. Nguyễn Thái Linh iii MỤC LỤC MỤC LỤC.

iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU. 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .1 Khái quát về đất yếu, cọc đất xi măng, lưới địa kỹ thuật và các giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu .1 Đất yếu và phân loại đất yếu [2], [5], [6] .2 Sơ lược về các giải pháp xây dựng trên nền đất yếu cho nền đường đắp .3 Cọc đất xi măng và lưới địa kỹ thuật .2 Tổng quan về nghiên cứu cọc đất xi măng kết hợp lưới địa kỹ thuật để xử lý nền đất yếu.1 Mô tả giải pháp và ứng dụng.2 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật .3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng giải pháp cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật ở Việt Nam .3 Xác định vấn đề nghiên cứu của luận án .4 Phương pháp nghiên cứu .39 CHƯƠNG 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC HỆ CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO .1 Phương pháp phân tích số và mô hình vật liệu.1 Khái quát các nghiên cứu hệ cọc kết hợp vật liệu Địa kỹ thuật bằng phương pháp phân tích số .2 Các mô hình tính toán trong nghiên cứu hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật bằng phân tích số .3 Các mô hình vật liệu sử dụng trong phân tích số hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật cường độ cao .1 Các tham số phân tích và mô hình phân tích .2 Các trường hợp phân tích .3 Phân tích kết quả .3 Hệ số ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến hiệu quả truyền tải và lực kéo lưới địa kỹ thuật .4 Nhận xét chương 2.65 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU HỆ CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO TRÊN MÔ HÌNH VẬT LÝ .1 Mô hình thu nhỏ .1 Các nghiên cứu mô hình thực nghiệm .2 Các nghiên cứu mô hình thu nhỏ hệ cọc đất xi măng và lưới địa kỹ thuật .2 Xây dựng mô hình hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật cường độ cao .1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình .2 Chuẩn bị hộp thí nghiệm, vật liệu, hệ thống gia tải .3 Hiệu chỉnh các thiết bị thí nghiệm .4 Lắp đặt mô hình thí nghiệm .3 Kết quả thí nghiệm mô hình hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật cường độ cao .1 Quy trình thí nghiệm .2 Kết quả thí nghiệm độ lún .3 Kết quả thí nghiệm đo ứng suất đầu cọc và áp lực đất nền .4 Kết quả thí nghiệm đo biến dạng lưới địa kỹ thuật .4 Kết luận chương 3 .89 CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN HỆ CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT CƯỜNG ĐỘ CAO .1 Cơ sở lý thuyết xác định lực kéo lưới Địa kỹ thuật theo tiêu chuẩn BS 8006 (Anh) .2 Độ lún của hệ cọc đất xi măng theo TCVN 9906:2014 .3 Đề xuất công thức tính toán .1 Đề xuất công thức xác định hệ số tạo vòm Cc cho cọc đất xi măng trong v trường hợp cọc chống .2 Đề xuất công thức xác định áp lực đất nền và lực phân bố WT trên lưới địa kỹ thuật trong trường hợp cọc chống .3 Đề xuất công thức tính lún hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật trong trường hợp cọc chống .4 Đánh giá các công thức đề xuất tính toán hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật cường độ cao.1 Đánh giá công thức đề xuất tính hệ số tạo vòm và áp lực đất nền trường hợp cọc chống .2 Đánh giá công thức đề xuất tính toán độ lún hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật.5 Kết luận chương 4 .107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

NHỮNG HẠN CHẾ. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .109 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ. 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 111 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT IL Độ sệt BTCT Bê tông cốt thép ĐKT Địa kỹ thuật ĐXM Đất xi măng GRPS Cọc kết hợp vật liệu Địa kỹ thuật (Geosynthetics Reinforced Pile Supported) LTP Lớp truyền tải (Load Transfer Platform) MC Mô hình đất Mohr - Coulomb DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Kí hiệu Đơn vị Giải thích ý nghĩa A m2 Diện tích mặt cắt ngang cọc AC m2 Diện tích mũ cọc hoặc đỉnh cọc (trường hợp không có mũ cọc) AE m2 Phần diện tích một ô cọc a m Kích thước mũ cọc vuông hoặc kích thước quy đổi từ mũ cọc tròn a'1 - Hệ số tương tác giữa cốt ĐKT với lớp đất phía trên cốt ĐKT a'2 - Hệ số tương tác giữa cốt ĐKT với lớp đất phía dưới cốt ĐKT Cc - Hệ số vòm ci kPa Lực dính đơn vị của phần tử tiếp xúc d m Đường kính mũ cọc hoặc đường kính quy đổi E MPa Mô đun đàn hồi vật liệu cọc Ecap - Hiệu quả truyền tải tại mũ cọc Ecr - Hiệu quả truyền tải tại đỉnh vòm Emin - Giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị Ecap và Ecr Es MPa Mô đun đàn hồi của đất nền Fmax kN Lực nén lớn nhất cho phép tại chân cọc Fpi kN/m Sức chịu tải của cọc i trên 1 m chiều dài tuyến đường fm - Hệ số vật liệu riêng phần cho cốt ĐKT fms - Hệ số riêng phần vật liệu áp dụng với tan vii fn - Hệ số riêng phần trên phương diện thiệt hại về mặt kinh tế fp - Hệ số riêng phần của sức kháng kéo của cốt fs - Hệ số riêng phần của sức kháng trượt của cốt H m Chiều cao đất đắp Hv m Chiều cao vòm đất hi m Khoảng cách giữa các lớp lưới J1, J2 kN/m Mô đun dãn dài của cốt ĐKT theo phương 1 và 2 Jx, Jy kN/m Mô đun độ dãn dài của cốt ĐKT theo phương x và y Ka - Hệ số áp lực đất chủ động Kfoot kPa Mô đun đàn hồi của phần tử tiếp xúc cọc và nền tại chân cọc Mô đun đàn hồi chống cắt theo phương vuông góc với thân cọc Kn, Kt kPa của phần tử tiếp xúc Kp - Hệ số áp lực đất bị động Mô đun đàn hồi chống cắt theo phương dọc thân cọc của phần tử Ks kPa tiếp xúc k - Số cọc nằm trong vùng trượt ks kN/m3 Hệ số nền Chiều dài neo giữ cốt theo mặt cắt ngang cần thiết phụ thuộc vào Lb m hàng cọc ngoài cùng Li m Chiều dài đoạn cốt ĐKT lớp i Chiều dài tính toán đoạn cốt ĐKT giới hạn trong tam giác vòm Ln m đất Khoảng cách theo phương nằm ngang từ mép ngoài của mũ cọc LP m ngoài cùng đến chân taluy MD kN.m Mô men gây trượt MRP kN.m Mô men chống trượt do cọc MRR kN.m Mô men chống trượt do cốt ĐKT MRS kN.