11
Địa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI TOáN PHẳNG TƯƠNG ĐƯƠNG NGUYễN THị BíCH HạNH* NGUYễN HồNG NAM** Simulation of sand drain problemfor soft soilimprovement/ treatment by using the equivalent plane model. Abstract: Simulation of field sand problem by using equivalent plane sketched model has been applied to a practical work by Hir and others,1992; Indraratna and Redana 1997. Simulation result showed that using this method could save operation time, reduced stable land subsidence and residual pore water pressure. Studies on the parameters indicated that the deeper the sand drain the less stable the subsidence and residual pore water pressure as well. Also the distance between the sand drains increased making increasing in stable subsidence and the impact of the drain's diameter is not reemarkable. Also increasing in smear zone could make the pore water pressure go up( kx =10ky). 1. ĐặT VấN Đề Khi xây dựng các công trình thuỷ lợi, giao thông có kích thước lớn như: cống, trạm bơm, đường, sân bay trên nền đất yếu thì việc xử lý nền móng là hết sức cần thiết. Trong những trường hợp như vậy, yêu cầu đặt ra khi thi công công trình là phải rút ngắn thời gian lún của nền để sau khi hoàn thành việc xây dựng và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó không vượt quá giới hạn cho phép theo quy phạm thiết kế. Giếng cát là một phương pháp đơn giản xử lý nền nhưng đạt hiệu qủa về mặt kỹ thuật và kinh tế. Đối với bài toán thiết kế giếng cát, hầu hết các phương pháp tính hiện nay đều dựa vào lời giải bài toán cố kết thấm của giếng đơn, nhờ các công thức kinh nghiệm (Barron, 1948; Hansbo, 1981). Tuy nhiên, lời giải bài toán giếng đơn có hạn chế khi xem xét một số vấn đề, ví dụ ảnh hưởng của chiều sâu giếng. Để giải bài toán thực tế, phương pháp phần * Bộ môn Kỹ thuật công trình, Trường đại học Lâm nghiệp Xuân Mai – Chương Mỹ - Hà Nội Điện thoại: 0913533282 Email: [email protected] ** Bộ môn Địa kỹ thuật, Trường Đại học Thủy lợi

MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

  • Upload
    lyhanh

  • View
    218

  • Download
    3

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU

THEO SƠ Đồ BàI TOáN PHẳNG TƯƠNG ĐƯƠNG

NGUYễN THị BíCH HạNH*

NGUYễN HồNG NAM**

Simulation of sand drain problemfor soft soilimprovement/ treatment

by using the equivalent plane model.

Abstract: Simulation of field sand problem by using equivalent plane

sketched model has been applied to a practical work by Hir and

others,1992; Indraratna and Redana 1997. Simulation result showed

that using this method could save operation time, reduced stable land

subsidence and residual pore water pressure. Studies on the

parameters indicated that the deeper the sand drain the less stable the

subsidence and residual pore water pressure as well. Also the distance

between the sand drains increased making increasing in stable

subsidence and the impact of the drain's diameter is not reemarkable.

Also increasing in smear zone could make the pore water pressure go

up( kx =10ky).

1. ĐặT VấN Đề

Khi xây dựng các công trình thuỷ lợi, giao thông

có kích thước lớn như: cống, trạm bơm, đường, sân

bay trên nền đất yếu thì việc xử lý nền móng là hết

sức cần thiết. Trong những trường hợp như vậy, yêu

cầu đặt ra khi thi công công trình là phải rút ngắn thời

gian lún của nền để sau khi hoàn thành việc xây

dựng và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây

ra tiếp đó không vượt quá giới hạn cho phép theo

quy phạm thiết kế.

Giếng cát là một phương pháp đơn giản xử

lý nền nhưng đạt hiệu qủa về mặt kỹ thuật và

kinh tế.

Đối với bài toán thiết kế giếng cát, hầu hết

các phương pháp tính hiện nay đều dựa vào lời

giải bài toán cố kết thấm của giếng đơn, nhờ

các công thức kinh nghiệm (Barron, 1948;

Hansbo, 1981). Tuy nhiên, lời giải bài toán

giếng đơn có hạn chế khi xem xét một số vấn

đề, ví dụ ảnh hưởng của chiều sâu giếng.

Để giải bài toán thực tế, phương pháp phần

* Bộ môn Kỹ thuật công trình, Trường đại học

Lâm nghiệp

Xuân Mai – Chương Mỹ - Hà Nội

Điện thoại: 0913533282

Email: [email protected]

** Bộ môn Địa kỹ thuật, Trường Đại học Thủy lợi

Page 2: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

tử hữu hạn đang được sử dụng rộng rãi giải bài

toán cố kết thấm ghép đôi. Tuy nhiên, lời giải

bài toán hệ thống giếng không gian còn rất hạn

chế, chủ yếu do thời gian tính toán dài. Cách

phân tích phổ biến hiện nay trên thế giới là

chuyển bài toán không gian về bài toán phẳng

tương đương (Hird và nnk, 1992; Indraratna và

Redana, 1997). Tại Việt Nam, phân tích bài

toán giếng cát theo mô hình bài toán phẳng

tương đương còn rất hạn chế (Trịnh Minh Thụ

và nnk, 2006).

Mục đích của bài báo này chủ yếu đề cập

đến việc mô phỏng bài toán giếng cát không

gian theo sơ đồ bài toán phẳng tương đương

nói trên. Ngoài ra, ảnh hưởng tham số như

đường kính giếng, khoảng cách giếng, chiều

sâu giếng, độ xáo trộn do quá trình thi công

cũng được khảo sát chi tiết.

2. BàI TOáN PHẳNG TƯƠNG ĐƯƠNG

Để giải bài toán thực tế, người ta thường

chuyển bài toán không gian đối xứng trục về bài

toán phẳng tương đương, sử dụng phương pháp

phần tử hữu hạn. Hird và nnk (1992), Indraratna

và Redana (1997) đã phân tích bài toán biến

dạng phẳng tương đương cho giếng đơn dựa

trên lý thuyết của Hansbo (1981).

Độ cố kết trung bình theo phương ngang tại

chiều sâu z trong trường hợp biến dạng phẳng

được tính như sau:

)8

exp(11p

hp

o

hp

T

u

uU

µ−−=−= (1)

Trong đó:

u : áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời

điểm tính toán t;

0u : áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại

thời điểm ban đầu;

Thp: nhân tố thời gian đối với sự thoát nước

ngang trong trường hợp biến dạng phẳng;

24B

tCT h

hp = (2), wv

hh

m

kC

γ= (3)

(p: tham số xét đến sự xáo trộn của đất xung

quanh giếng và sức cản của giếng.

( ) ( )w

h

s

hp

q

kzHzs

k

k

s

n−+−

+

= 2

4

3lnln πµ (4)

Trong đó: wr

Rn = ;

w

s

r

rs =

R là bán kính ảnh hưởng của giếng cát

rw: bán kính giếng cát

rs: bán kính vùng xáo trộn

s: độ xáo trộn

qw: lưu lượng riêng của giếng;

z: độ sâu xem xét

H: chiều sâu giếng cát;

kh: hệ số thấm theo phương ngang của đất nền

ks: hệ số thấm của đất theo phương ngang

trong vùng xáo trộn

mv: hệ số nén thể tích.

(w: trọng lượng riêng của nước.

Theo sơ đồ bài toán phẳng tương đương

(Hình 1), có thể giả thiết tại cùng một thời điểm

với cùng một tải trọng tác dụng thì độ cố kết

trung bình của đất cho cả hai trường hợp: đối

xứng trục ( hU ) và biến dạng phẳng tương

đương ( hpU ) là bằng nhau.

hU = hpU

Nếu bán kính ảnh hưởng của mỗi giếng cát

(R) trong sơ đồ đối xứng trục bằng độ rộng (B)

Page 3: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

trong sơ đồ biến dạng phẳng (Hình 1) ta có:

bw = rw; bs = rs.

a, Sơ đồ đối xứng trục b, Sơ đồ biến dạng phẳng

Hình 1. Sơ đồ bài toán phẳng tương đương

(Indraratna và Redana, 1997)

Trong đó, bw là nửa chiều rộng của giếng cát;

bs là nửa chiều rộng của vùng đất bị xáo trộn

xung quanh giếng. Trường hợp nếu không xét

sức cản của giếng, hệ số thấm trong vùng xáo

trộn của đất xung quanh giếng có thể được tính

theo biểu thức sau (Hird và nnk, 1992):

( )

+

=

4

3lnln3

2

sk

k

s

n

kk

s

h

hhp (5)

Trường hợp không xét sức cản của giếng

và sự xáo trộn của đất xung quanh giếng ta

có công thức đơn giản dưới đây (Hird và

nnk, 1992)

75.0)ln(

67.0

−=

nk

k

h

hp (6)

3. MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý

NềN CÔNG TRìNH THựC Tế

3.1. Đặc điểm công trình

Công trình chỉnh trị đê hạ lưu sông Tắc –

Quán Trường – Khánh Hoà bao gồm một

đoạn đê cần xử lý nền, nằm trên lớp bùn sét

ở trạng thái dẻo chảy có chiều dày lớn. Chỉ

tiêu cơ lý của lớp đất nền yếu như sau: ( =

47.3 %, (( = 17.1 kN/m3, (k = 11.8 kN/m3, ( =

2.65, e = 1.299, G = 95.3 %, ( = 7010’, c =

6.8 kN/m2, a = 0.178 cm2/kg, k = 5.443x10-4

m/ngày (Công ty tư vấn và chuyển giao công

nghệ thuỷ lợi, 2005).

Để tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền,

phương án xử lý nền bằng giếng cát đã được đề

xuất và so sánh lựa chọn. Các giếng cát được bố trí

theo sơ đồ lưới tam giác đều. Các thông số thiết kế

giếng cát được cho trong Bảng 1.

Bảng 1. Các thông số thiết kế giếng cát

STT Các thông số thiết kế giếng cát

1 Khoảng cách giếng L =1.5m

2 Đường kính giếng dw = 0.3m

3 Chiều sâu giếng H = 15m

Page 4: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

4 Đường kính tương đương của giếng De = 1.05L = 1.575m

5 Hệ số cố kết thấm theo phương đứng Cv = 0.00813691 (cm2/s)

6 Hệ số cố kết thấm theo phương ngang Cr = 2Cv = 0.016274 (cm2/s)

7 Hệ số tỷ lệ khoảng cách n = De/dw = 5.25

8 Nhân tố ảnh hưởng của khoảng cách bố trí F(n) = ln(n) – 3/4 = 0.908

3.2. Mô phỏng bài toán

Bài toán cố kết giếng cát xử lý nền đê Quán

Trường được mô phỏng theo sơ đồ bài toán

phẳng tương đương (Hird và nnk, 1992).

Hai trường hợp mô phỏng được xem xét là:

công trình đắp trên nền đất chưa được xử lý và

đắp trên nền được xử lý bằng hệ thống giếng

cát.

Đối với trường hợp công trình đắp trên nền

được xử lý bằng hệ thống giếng cát, sự xáo

trộn của giếng do quá trình thi công gây ra cũng

được xem xét.

Chú ý rằng sức cản của giếng không được

xem xét trong nghiên cứu này.

Quá trình đắp đê được thực hiện theo từng

giai đoạn (Hình 2, 3). Chiều cao đắp 3.5m, bề

rộng mặt đường 10m và số lớp đất đắp là 4

lớp.

Hình 2. Sơ đồ các giai đoạn thi công đê

(trường hợp nền tự nhiên)

Mực nước ngầm được giả thiết ngang cao

trình mặt đất tự nhiên.

Do bài toán đối xứng nên chỉ cần xét một nửa

bài toán. Bài toán được mô phỏng theo sơ đồ bài

toán biến dạng phẳng, sử dụng lưới phần tử hữu

hạn bao gồm các phần tử tam giác 15 điểm nút

(Hình 4, 5). Phần mềm Plaxis, Hà Lan (Brinkgreve,

2002) được sử dụng mô phỏng bài toán cố kết.

Hình 3. Sơ đồ các giai đoạn thi công đê

(trường hợp nền được xử lý bằng giếng cát)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

G® 7G® 6

G® 5

G® 4

G® 3

G® 2

G® 1

C¸c giai ®o¹n thi c«ng

NÒn ®¾p ch­a ®­îc xö lý

Ch

iÒu

ca

o ®

¾p

(m

)

Thêi gian ®¾p (ngµy)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

G® 7

G® 8

G® 6

G® 5

G® 4

G® 3

G® 2

G® 1

C¸c giai ®o¹n thi c«ng

PA cäc c¸t: d=30cm, L=150cm

Ch

iÒu

ca

o ®

¾p

(m

)

Thêi gian ®¾p (ngµy)

Page 5: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

Mô hình vật liệu Mohr-Coulomb được áp dụng

đối với đất nền, đất đắp và giếng cát. Các thông số

mô hình đối với đất nền và đất đắp được thể hiện

trong Bảng 2 (nền tự nhiên) và Bảng 3 (nền được

xử lý bằng giếng cát).

Hình 4. Lưới phần tử hữu hạn

(trường hợp nền tự nhiên)

Hình 5. Lưới phần tử hữu hạn

(trường hợp nền được xử lý bằng giếng cát)

Chú ý rằng vì không có số liệu thí nghiệm hệ

số thấm theo phương ngang kx nên có thể giả

thiết kx=2.5ky, trong đó ky là hệ số thấm theo

phương đứng. Giả thiết góc nở ( = 0, hệ số

Poisson ( = 0.35 đối với đất nền và đất đắp.

Bảng 2.Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất trong trường hợp chưa xử lý nền

TT Vật

liệu

(w

(kN/m3)

(bh

(kN/m3)

kx

(m/ngày)

ky

(m/ngày)

E

(kN/m2)

c

(kN/m2)

(

(độ)

(

(độ) (

1 Đất đắp 17 20 1 1 100000 1 20 0 0.35

2 Đất nền 17.10 17.18 1.361x10-

3

5.443x10-

4 1033 6.8 7.17 0 0.35

Bảng 3. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất trong trường hợp nền được xử lý

TT Vật

liệu

(w

(kN/m3)

(bh

(kN/m3)

kx

(m/ngày)

ky

(m/ngày)

E

(kN/m2)

c

(kN/m2)

(

(độ)

(

(độ) (

Điểm nghiên cứu

A(0; -7.48m)

Điểm nghiên cứu

A(0; -7.48m)

Page 6: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

1 Đất

đắp 17 20 1 1 100000 1 20 0 0.35

2 Đất

nền 17.10 17.18

9.991x10-

4

5.443x10-

4 1033 6.8 7.17 0 0.35

3 Cọc

cát 17 20 34.56 34.56 7000 1 30 0 0.30

Trong Bảng 3, hệ số thấm ngang kx

(=khp) của lớp đất nền được xác định theo

công thức (6)

3.3. Kết quả mô phỏng

So sánh kết quả tính toán độ lún ổn định,

áp lực nước lỗ rỗng lớn nhất và thời gian cố

kết giữa trường hợp không xử lý nền và xử

lý nền bằng giếng cát được thể hiện trong

Bảng 4.

Bảng 4. So sánh kết quả tính toán giữa 2 trường hợp

(giai đoạn đắp đến cao trình +3.5m)

Tham số Chưa xử lý nền Đã xử lý nền

Uy(cm) 78 50

U (kPa) 25.16 15.84

t90 (ngày) 270 81

Trong Bảng 4, Uy là chuyển v ị lớn nhất

theo phương đứng; U là áp lực nước lỗ

rỗng dư lớn nhất; t90 là thời gian để đất

nền đạt được độ cố kết 90% tại điểm

nghiên cứu (Hình 4 và 5).

Kết quả tính toán tại giai đoạn đắp đến

cao trình +3.5m cho thấy: Trong trường

hợp chưa xử lý nền, áp lực nước lỗ rỗng

dư đạt giá trị lớn nhất 25.16 kPa tại điểm

nằm ngay dưới đáy công trình (Hình 6). áp

lực nước lỗ rỗng dư lớn có thể gây ảnh

hưởng bất lợi đến sự ổn định của công

trình. Trong trường hợp nền đã được xử lý

bằng giếng cát, giá trị áp lực nước lỗ rỗng

dư giảm xuống còn 15.84 kPa và v ị trí của

nó đã nằm xa đáy công trình nên sẽ ảnh

hưởng không nhiều đến sự ổn định của

công trình (Hình 7). Mặt khác, Bảng 4 cho

thấy so với trường hợp chưa xử lý nền, với

Uy = 78 cm, t90 = 270 ngày thì rõ ràng

phương án xử lý nền bằng giếng cát đã tiết

kiệm thời gian thi công công trình rất

nhiều. Phương án xử lý nền bằng giếng cát

đã mang lại hiệu quả cao cho công trình.

Page 7: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

Hình 6. Đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng dư

(giai đoạn đắp đến cao trình +3.5m, trường hợp

chưa xử lý nền)

Hình 7. Đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng dư

(giai đoạn đắp đến cao trình +3.5m, trường hợp

xử lý nền bằng giếng cát)

3.4. Nghiên cứu tham số

Lời giải bài toán giếng cát phụ thuộc rất lớn

các yếu tố như: sơ đồ bố trí giếng cát, kích

thước giếng cát, đặc tính đất nền.

Việc nghiên cứu tham số giúp lựa chọn các

thông số thiết kế giếng cát hiệu quả. Từ đó có thể

tìm được phương án thiết kế tối ưu, đặc biệt, khi

số liệu thí nghiệm thực tế không đầy đủ.

ảnh hưởng của các tham số như chiều sâu

giếng, khoảng cách giếng và đường kính giếng

đến độ lún của công trình được phân tích.

ở đây giếng cát được bố trí theo sơ đồ lưới

tam giác đều, bỏ qua ảnh hưởng của sự xáo

trộn và sức cản của giếng.

3.4.1 ảnh hưởng của chiều sâu giếng

ảnh hưởng của chiều sâu giếng cát đối với độ lún

của công trình được phân tích bằng cách thay đổi

chiều sâu giếng H = 5, 7, 10, 15m, trong khi không

thay đổi các thông số khác (dw = 0.3m, L = 1.5m).

Kết quả phân tích cho thấy chiều sâu giếng

tăng làm giảm độ lún, giảm thời gian cố kết của

nền công trình (Hình 8) và giảm sự gia tăng áp

lực nước lỗ rỗng (Nguyễn Thị Bích Hạnh,

2008). Các điểm nghiên cứu tính lún có toạ độ

(0,-3.6m).

3.4.2 ảnh hưởng của khoảng cách giếng

ảnh hưởng của khoảng cách giếng cát đối với

độ lún của nền được phân tích bằng cách thay đổi

khoảng cách giữa các tim giếng L = 1.2, 2.0, 2.5m,

trong khi không thay đổi các thông số khác (dw =

0.3m, H = 7m).

Kết quả phân tích cho thấy khi khoảng cách

giếng cát tăng sẽ làm tăng độ lún ổn định của nền

công trình. Tuy nhiên, chênh lệch độ lún giữa

phương án L=1.2 m và L=2.0m không đáng kể

(Hình 9). Các điểm nghiên cứu tính lún đối với các

phương án L=1.2, 2.0 và 2.5m nằm trên đường tim

đê, có độ sâu tương ứng Z=-3.29, -3.57 và -3.01m.

Page 8: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

Hình 8. So sánh độ lún ổn định giữa các

phương án chiều sâu giếng khác nhau

Hình 9. So sánh độ lún ổn định giữa các

phương án khoảng cách giếng khác nhau

3.4.3 ảnh hưởng của đường kính giếng

ảnh hưởng của đường kính giếng cát đối với

độ lún của nền được phân tích bằng cách thay đổi

giá trị đường kính giếng dw = 0.2, 0.3, 0.5m, trong

khi không thay đổi các thông số khác (L = 1.5m, H

= 7m). Các điểm nghiên cứu tính lún đối với các

phương án dw=0.2, 0.3 và 0.5m nằm trên đường

tim đê, có độ sâu tương ứng Z=-3.57, -3.01 và -

3.29m. Hình 10 cho thấy, nhìn chung sự thay đổi

đường kính giếng ảnh hưởng không đáng kể đến

độ lún ổn định công trình.

3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng xáo trộn của

giếng do quá trình thi công

Nghiên cứu ảnh hưởng xáo trộn của giếng

đối với độ lún của nền và sự thay đổi áp lực

nước lỗ rỗng dư được xét trong bài toán phẳng

tương đương, áp dụng đối với công trình xử lý

nền đê Quán Trường. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp

đất được lấy theo Bảng 3. Hệ số thấm trong

vùng xáo trộn của đất xung quanh giếng được

tính theo công thức (5), bỏ qua sức cản của

giếng.

Các thông số mô phỏng như sau:

L = 2.5m, H = 15m; dw = 0.3m; De = 1.05L =

2.625m; n = De/dw = 8.75

Chú ý rằng vì không có số liệu thí nghiệm hệ

số thấm theo phương ngang nên ta giả thiết hai

trường hợp: kx=2.5ky= 1.361x10-3 (m/ngày) và

kx=10ky= 5.443x10-3 (m/ngày), trong đó ky là

hệ số thấm theo phương đứng (ky= 5.443x10-4

(m/ngày).

Để xét ảnh hưởng xáo trộn của giếng, ta

thay đổi giá trị độ xáo trộn từ s = 1 (không xáo

trộn) cho đến s= 4, 5, 6 trong khi giữ nguyên

các thông số khác (L = 2.5m, H = 15m, dw =

0.3m).

Kết quả phân tích cho thấy khi kx=2.5ky, ảnh

hưởng xáo trộn đối với sự gia tăng áp lực nước

lỗ rỗng là nhỏ (Hình 11). Tuy nhiên, khi kx =

10ky, độ xáo trộn tăng làm tăng đáng kể áp lực

nước lỗ rỗng (Hình 12), có thể gây bất lợi đến

sự ổn định và thời gian thi công công trình .

Kết quả phân tích sự xáo trộn của giếng nói

trên phù hợp với kết quả của Redana & nnk

(2000).

Mặt khác, ảnh hưởng của sự xáo trộn đến

độ lún ổn định không lớn (Nguyễn Thị Bích

Hạnh, 2008).

0 200 400 600 800 1000 1200-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

H = 5m

H = 7m

H = 10m

H = 15m

§é

n U

y (

m)

Thêi gian (ngµy)

0 200 400 600 800 1000 1200-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

L = 1.2m

L = 2.0m

L = 2.5m

§é

n U

y (

m)

Thêi gian (ngµy)

Page 9: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

Hình10. So sánh độ lún ổn định giữa các

phương án đường kính giếng khác nhau

Hình 11. So sánh biến thiên áp lực nước lỗ

rỗng lớn nhất tại các giai đoạn đắp khi độ xáo

trộn s =1, 4, 5, 6 (Trường hợp kx=2.5ky)

Hình 12. So sánh biến thiên áp lực nước lỗ

rỗng lớn nhất tại các giai đoạn đắp khi độ xáo

trộn s =1, 4, 5, 6 (Trường hợp kx=10ky)

4. KếT LUậN

Mô phỏng bài toán giếng cát theo sơ đồ bài

toán phẳng tương đương (Hird và nnk, 1992)

được thực hiện đối với công trình thực tế xử lý

nền đê Quán Trường. Kết quả mô phỏng cho

thấy: giải pháp giếng cát có thể rút ngắn thời

gian thi công, giảm độ lún ổn định, giảm sự gia

tăng áp lực nước lỗ rỗng dư so với trường hợp

công trình được đắp trên nền không được gia

cố.

Ngoài ra, nghiên cứu tham số về ảnh

hưởng của chiều sâu, khoảng cách và đường

kính giếng đến độ lún của nền công trình, theo

sơ đồ bài toán phẳng tương đương nói trên,

cho thấy:

- Chiều sâu giếng cát tăng có thể làm giảm

độ lún ổn định của nền, giảm sự gia tăng áp lực

nước lỗ rỗng và giảm thời gian thi công công

trình;

- Khoảng cách giếng cát tăng có thể làm

tăng độ lún ổn định của nền; tuy nhiên, chênh

lệch độ lún giữa các phương án nghiên cứu là

nhỏ;

0 200 400 600 800 1000 1200-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

§é lón U

y (m

)

Thêi gian (ngµy)

dw = 0.2m

dw = 0.3m

dw = 0.5m

0 10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

14

16

s = 1

s = 4

s = 5

s = 6

PP

Ma

x (

kN

/m2)

Thêi gian (ngµy)

0 10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

14

16

s = 1

s = 4

s = 5

s = 6

PP

Ma

x (k

N/m

2)

Thêi gian (ngµy)

Page 10: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

- Đường kính giếng cát ảnh hưởng không

lớn đến độ lún ổn định của nền công trình.

Nghiên cứu ảnh hưởng xáo trộn của giếng

do quá trình thi công cho thấy: độ xáo trộn của

giếng ảnh hưởng rõ rệt đến trị số áp lực nước

lỗ rỗng khi kx=10ky. Khi có xáo trộn, áp lực

nước lỗ rỗng tăng đáng kể, ảnh hưởng bất lợi

đến sự ổn định công trình và thời gian thi công

công trình.

TàI LIệU THAM KHảO

1. Công ty tư vấn và chuyển giao công nghệ

thuỷ lợi (2005). Hồ sơ thiết kế công trình chỉnh

trị hạ lưu sông Tắc-Quán Trường.

2. Nguyễn Thị Bích Hạnh (2008). Nghiên

cứu biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát,

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Khoa Công trình,

Trường Đại học Thuỷ lợi.

3. Trịnh Minh Thụ, Nguyễn Công Mẫn,

Hoàng Việt Hùng, Nguyễn Hồng Nam, Phạm

Huy Dũng, Nguyễn Quang Tuấn (2006), Nghiên

cứu thiết kế, đề xuất giải pháp thi công cọc cát

xử lý nền đất yếu các công trình thủy lợi,

Thuyết minh Đề tài nghiên cứu khoa học và

phát triển công nghệ, Trường Đại học Thủy lợi

Hà Nội.

4. Barron, R. A. (1948). Consolidation of

fine-grained soils by drain wells. Proc. ASCE,

Paper No. 2346, pp. 718-742.

5. Brinkgreve, R. B. J. (2002). Plaxis 2D-

Version 8 Manual, Balkema.

6. Hansbo, S. (1981). Consolidation of fine-

grained soils by prefabricated drains. Proc. 10th

Int. Conf. Soil Mech., Stockholm, Vol. 3, Paper

12/22. pp. 677-682.

7. Hird, C. C., Pyrah, I. C., Russell, D.

(1992). Finite element modeling of vertical

drains beneath embankments on soft ground.

Geotechnique, 42 (3), pp. 499–511.

8. Indraratna, B., and Redana, I. W. (1997).

Plane strain modeling of smear effects

associated with vertical drains. J. Geotech. Eng.,

ASCE, 123(5), pp.474 - 478.

9. Redana, I. W., Indraratna, B., Salim, W.,

Balasubramaniam, A. S. (2000). Modeling of

the behaviour of sand drains installed at a

Naval Dockyard, Thailand, Proceedings of

Coastal Geotechnical Engineering in Practice,

Nakase & Tsuchida (eds), Balkema, Rotterdam,

pp. 357 – 362.

Page 11: MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU ... ịa kỹ thuật số 3-2008 1 MÔ PHỏNG BàI TOáN GIếNG CáT Xử Lý NềN ĐấT YếU THEO SƠ Đồ BàI

Địa kỹ thuật số 3-2008 1

Người phản biện: PGS.TS. Nguyễn Hữu Thái