Xem mẫu
- VAI TRÒ CỦA CỌC ĐẤT
TRONG VIỆC NÂNG CAO SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT YẾU
NCS. TRẦN QUỐC ĐẠT
Trường Đại học Giao thông Đường bộ
Matxcơva (MADI)
Tóm tắt: Bước đầu nghiên cứu về vai trò của cọc đất trong gia cố nền đất yếu khi xây dựng
các công trình trên đất yếu. Từ đó đề cập đến khả năng ứng dụng kết cấu cọc đất trong xây dựng
nền đường trên đất yếu ở Việt Nam.
Summary: The intial research into role of Soil Pile in the strengthening softsoil in
construction. Then, touching upon abilities of applying SoilPile structure in construction of Viet
Nam highway foundation on the softsoil.
0,9m thì độ lún là nhỏ hơn đáng kể so với khi
I. ĐẶT VẤN ĐỀ bước cọc 1,5m. Các độ lún này tương ứng là
48cm và 78cm.
Ý tưởng về việc nghiên cứu các cọc đất
thoát nước thẳng đứng với tư cách là kết cấu Trong các ví dụ đã đưa ra, các tác giả đã
chịu tải đã xuất hiện từ các thí nghiệm sử giải thích rõ hiệu ứng “ngược” của các công
dụng cọc cát thóat nước cho việc đẩy nhanh trình thoát nước thẳng đứng không đúng với
lún nền đường trên đất yếu bão hòa nước. các lý thuyết tính toán, còn trong một vài
Quan trắc lún và ổn định của nền móng có cọc trường hợp và công trình cọc cát thoát nước,
cát thoát nước, nền móng là than bùn, bùn giống như cọc, đã thể hiện rõ vai trò của một
hoặc là đất sét với độ ẩm tự nhiên cao, người kết cấu cọc hoặc kết cấu cột (“hiệu ứng cọc”,
ta đã nhiều lần xác nhận rằng độ lún đo được “hiệu ứng cột”). Các công trình nghiên cứu
theo thời gian và mức độ ổn định của nền nền có cọc cát thoát nước đã được W. Veber
đường là sai khác nhiều so với giá trị tính [6] thực hiện ở Mỹ năm 1969 đã cho phép xác
toán. Ví dụ, sự nghiên cứu của J.R. Lake [4] định rằng, các cọc cát thoát nước có thể làm
trên một đoạn nghiên cứu thuộc đường cao tốc tăng đáng kể ổn định của nền đất yếu khi chất
A.173 đã thu được các kết quả rất khác với tải tức thời. Sự nghiên cứu độ ổn định của nền
những kết quả tính toán lý thuyết - độ lún của đắp có thoát nước và không thoát nước trên
thùng nước đầy trên nền đất than bùn có thoát than bùn đã nhận được kết quả rằng, sự có
nước thẳng đứng nhỏ hơn 10-15% so với độ mặt của cọc thoát nước đã cho phép làm tăng
lún không thoát nước thẳng đứng. chiều cao giới hạn của nền đắp từ 2,5m đến
6,5m. Hiện tượng này cũng được tác giả giải
Sven Hansbo [5] cũng đo được độ lún
thích bằng “hiệu ứng cọc”, là hiệu ứng mà
của nền có cọc cát thoát nước thẳng đứng và
xuất hiện trong kết cấu nền có cọc cát thoát
phát hiện ra rằng, khi bước cọc thoát nước là
nước.
- bố lại áp lực nền đường xuống nền móng đất
II. MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐÃ ĐƯỢC NGHIÊN
CỨU yếu. Tuy nhiên ảnh hưởng của các cọc đất đến
điều kiện làm việc của đất trong nền móng
Các nhân tố đã biết khác đã nêu cho phép
vẫn còn chưa được nghiên cứu đầy đủ.
giả thiết rằng, các cọc cát thoát nước thẳng
đứng làm thay đổi các điều kiện làm việc của Khi đất hỗn hợp chịu tải, nhiều nghiên
đất trong nền móng công trình, cho phép làm cứu đã chỉ ra rằng, trên các cọc đất có sự tập
giảm lún và làm tăng độ ổn định của nền trung ứng suất, đồng thời kèm theo sự giảm
móng, và do đó chúng có thể được xem xét ứng suất trong vùng đất yếu ít cứng chắc hơn
trong mức độ nào đó giống như kết cấu cọc ở xung quanh, hơn là truyền ứng suất xuống
với sức chịu tải đã xác định. Dĩ nhiên là hiệu các lớp đất dưới sâu (hình 1). Điều này có thể
quả từ sự có mặt các cọc cát trong nền đường giải thích là khi chất tải, độ lún của cọc đất và
chỉ thuần túy giống nhau về bề ngoài với các của đất yếu xung quanh xấp xỉ nhau, cho nên
cột cứng thông thường. Do đó khái niệm ứng suất sẽ tập trung trên các cọc đất vì cọc
“hiệu ứng cọc” có thể thích hợp với kết cấu đất có độ cứng lớn hơn đất dính và đất rời xốp
nền có cọc cát ở mức độ đáng kể một cách có ở xung quanh [7]. Kết quả là cường độ và khả
điều kiện. Tuy vậy để ngắn gọn và tiện lợi khi năng chịu lực của nền đất yếu được tăng lên
trình bày có thể sử dụng thuật ngữ “hiệu ứng và tính nén lún giảm.
cọc” và hiểu đó là hiệu ứng có lợi về mặt ổn
định nền móng do sự thay đổi trạng thái ứng
suất của nền móng khi có mặt trong nền móng
các cọc cát.
Trong thực tế công trình, thuật ngữ cọc
“cát” hay cọc “đất” đã được biết khá lâu và
rộng rãi. Cọc đất, hay còn gọi là cọc vật liệu
rời, được làm chặt và chèn vào lớp đất mềm
yếu bằng phương pháp thay thế. Thuật ngữ Hình 1. Sơ đồ đất hỗn hợp
cọc đất được sử dụng ở đây thường là cát, sỏi Sự phân bố ứng suất thẳng đứng trong
hay đá dăm được nén chặt. Đất yếu được bố phạm vi một đơn nguyên cũng có thể biểu thị
trí các cọc đất gọi là đất hỗn hợp. Công nghệ bằng hệ số tập trung ứng suất sau:
bố trí các cọc đất đôi khi tương tự công nghệ
σs
n= (1)
bố trí cọc cát thoát nước thẳng đứng, ở chỗ
σc
rằng bề ngoài cả hai kết cấu trông có vẻ hoàn
Ở đây: σs – ứng suất trên cọc đất
toàn như nhau và sự khác nhau chỉ là trong
mục đích và phạm vi sử dụng chúng. Nếu các σc – ứng suất trên đất yếu ở xung
cọc cát thoát nước thẳng đứng dùng cho các quanh cọc.
mục đích thoát nước của lớp đất bão hòa và
Độ lớn tập trung ứng suất cũng phụ thuộc
làm tăng lún nền móng (Evgenhev, [2], [3]),
vào quan hệ giữa độ cứng của cọc đất và của
thì các cọc đất được sử dụng, tùy theo phương
đất yếu xung quanh cọc. Theo các thí nghiệm
pháp thi công cọc, có thể giống như phương
của Barksdal và Bachus (1983) thì nhận được
pháp làm giảm tích cực lỗ rỗng đất, làm chặt
hệ số tập trung ứng suất thay đổi trong khoảng
đất (Abelev, [1]), hoặc là một giải pháp phân
từ 2 đến 5. Trong khi đó, Aboshi (1979) và
- Bergado (1987) nhận được giá trị cao hơn, Với: As - diện tích ngang của cọc đất
bằng 9. Khoảng biến đổi lớn như vậy của hệ
Ac - diện tích ngang của đất yếu
số tập trung ứng suất (n = 2 ÷ 9) có thể được
xung quanh cọc
giải thích là do các tác giả khi tiến hành thí
Khi đó ứng suất trên cọc và trên đất yếu
nghiệm đã sử dụng các tấm ép phẳng có độ
bỉeu thị qua hệ số tập trung ứng suất là:
cứng khác nhau khi chất tải [7].
n.σ
= μs . σ (3)
σs =
⎡1+ ( n -1) a s ⎤
⎣ ⎦
σ
= μc . σ (4)
σc =
⎡1+ ( n -1) a s ⎤
⎣ ⎦
Ở đây: μs và μc tỉ số ứng suất trên cọc và
trên đất sét so với ứng suất trung bình trên
diện tích một đơn nguyên.
Về cơ chế phá hoại của cọc đất trong đất
yếu, dựa trên nhiều thí nghiệm, các tác giả ở
a) Cọc đất dài là cọc chống hoặc cọc treo -
trên nhận thấy cọc đất có thể bị phá hoại riêng
Phá hoại phình ra ngoài từng cọc hoặc cả nhóm. Cơ chế phá hoại đối
với một cọc đơn được minh họa trên hình 2.
III. KẾT LUẬN
Như vậy kết cấu cọc đất đã được nghiên
cứu từ khá lâu, từ những năm 60 cho đến
những năm 80 của thế kỷ XX, và đã được áp
b) Cọc ngắn là cọc chống - Phá hoại cắt
dụng thi công ở nhiều nước trên thế giới. Ở
Thái Lan, cọc đất đã được ứng dụng trong gia
cố đất yếu trên các đoạn đường đầu cầu ở
vùng đồng bằng Trung tâm và đã cho thấy
hiệu quả rõ rệt trong việc tăng chiều cao giới
hạn của nền đắp trên đất yếu có cọc, hiệu quả
cao về ổn định và giảm lún của nền đất yếu.
Tuy nhiên cho đến nay, việc nghiên cứu
c) Cọc ngắn là cọc treo - Phá hoại trượt
cọc đất trong gia cố xử lý đất yếu mới chỉ
Hình 2. Cơ chế phá hoại cọc đất đơn
dừng lại ở một số nghiên cứu thực nghiệm để
trong đất yếu
đánh giá về sức chịu tải, độ ổn định và độ lún
Ứng suất trung bình σ trên diện tích một
của nền đất yếu khi có cọc đất. Còn nhiều vấn
đơn nguyên có thể được biểu thị như sau: đề cần được nghiên cứu sâu thêm, ví dụ về
trạng thái ứng suất – biến dạng của đất yếu
σ = σs.as + σc.(1-as) (2)
khi bố trí cọc đất, về phạm vi ứng dụng cọc
Ở đây: as tỉ diện tích thay thế đất hiệu quả… nhằm hiểu rõ hơn về vai trò
As của cọc đất trong đất yếu.
as =
As + Ac Hiện nay ở Việt Nam, các công nghệ thi
- công cọc cát tiêu nước thẳng đứng và gần đây
là cọc ximăng - đất đã được hoàn thiện và thi
công phổ biến. Với việc công nghệ thi công
cọc đất tương đối tương đồng với công nghệ
thi công các cọc ở trên, đã mở ra khả năng
ứng dụng kết cấu cọc đất trong gia cố xử lý
đất yếu ở Việt Nam. Vì vậy, là rất cần thiết để
nghiên cứu sâu thêm về vai trò của cọc đất
trong đất yếu cả về mặt lý thuyết lẫn thực
nghiệm. Kết cấu cọc đất chắc chắn sẽ là một
giải pháp kinh tế và tiện dụng trong việc gia
cố xử lý đất yếu khi xây dựng đường ôtô.
Tài liệu tham khảo
[1]. Абелев М.Ю., Абелев М.Ю. "Основы
проектирования и строительства на
просадочных макропористых грунтах".
Стройиздат, M., 1968. Abelev M.IU., Abelev
M.IU. “Cơ sở thiết kế và xây dựng trên đất xốp”.
Nhà xuất bản xây dựng, Matxcơva, 1968.
[2]. Евгеньев И.Е. Земляное полотно с
вертикальными дренами на болотах.
"Транспорт", М.,1964. Evgenhep I.E. Nền đường
đắp có thoát nước thẳng đứng qua vùng đầm lầy.
“Giao thông”, Matxcơva, 1964.
[3] Евгеньев И.Е. Строительство автомобильных
дорог через болота. "Транспорт", М., 1968.
Evgenhep I.E. Xây dựng đường ôtô qua vùng đầm
lầy. “Giao thông”, Matxcơva, 1968.
[4]. Lake J.R. Pore-pressure and settlement
measurement during small-scale and laboratory
experiments to determine the effectiveness of
vertical sand drains in peat. Proc.of the conf. “Pore
pressure and suction in soils”. London, 1960.
[5]. Hansbo Sven. Consolidation of clay with
special reference to influence of vertical sand
drains. Swedish Geotechnical Inst.Proc.N18,1960.
[6]. Weber W.G. Perfomance of embankment
constructed over peat. Proc. ASCE. Journal of soil
mech.and found.div.v.95, N SM l, January, 1969.
[7]. Bergado D.T., Chai J.C., Alfaro M.C.,
Balasubramaniam A.S. "Improvement techniques
of soft ground in subsiding and lowland
environment", Division of geotechnical &
transportation engineering asian institute of
technology Thailand, 1992.
[8]. GS. TSKH. Bùi Anh Định. "Cơ học đất", Hà
Nội, 2004♦
nguon tai.lieu . vn
