Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng SBD thay lớp đệm cát

Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng SBD thay lớp đệm cát Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng SBD thay lớp đệm cát cũng là một trong những phương pháp đã...

M C L C Ụ Ụ

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU 4

1.1 Khái niệm về đất yếu 4

1.2 Một số đặc điểm của đất yếu : 4

1.3 Các dạng đất yếu thường gặp trong thực tế: 4

1.4 Nguồn gốc của đất yếu: 5

1.5 Các giải pháp cải tạo đất yếu : 5

1.5.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý đất yếu : 5

1.5.2 Các giải pháp cải tạo đất yếu : 6

1.5.3 Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền: 7

1.5.4 Các phương pháp xử lý nền bằng hóa lý : 8

1.5.5 Các phương pháp làm tăng độ chặt của nền đất yếu : 9

1.5.6 Kết luận: 9

1.6 Phương Pháp Dùng SBD Thay Lớp Đệm Cát : 10

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BẤC THẤM 11

2.1 Tổng quan lý thuyết: 11

2.1.1 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm: 11

2.1.2 Cơ sở lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm: 11

2.1.3 Khái quát về bấc thấm ngang 11

2.1.4 Đặc tính của bấc thấm ngang : 14

2.1.5 Phạm vi ứng dụng của bấc thấm ngang 15

2.2 Tính toán và thiết kế bấc thấm : 15

2.2.1: Các thông số cần thiết để thiết kế bấc thấm : 15

2.2.2 Năng lực thoát nước của vật liệu SBD trên 1m dài: 16

2.2.3 Các bước thiết kế bấc thấm : 17

2.2.4.Thiết kế bấc thấm : 17

2.2.5 So sánh với những vật liệu thoát nước khác : 20

2.2.6 Đánh giá so sánh tương quan với tầng đệm cát (GBD) : 21

2.2.7 Tính toán thiết kế: 23

KẾT LUẬN CHUNG : 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây với những tiến bộ của các ngành khoa học, môn cơ họcđất và nền móng đã có những bước tiến nhanh chóng Các công trình ngày một ổn địnhhơn Tuy nhiên những công trình bị hư hại nặng vẫn thường xuyên xảy ra mà nguyênnhân chính là chưa quan tâm đúng mức đến vai trò của nền đất bên dưới công trình.Đối với nước ta là nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóadiễn ra ngày càng mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương đầu với hàng loạt cácvấn đề xây dựng các công trình lớn, các nhà máy công nghiệp nặng trên nền đất yếu,khắc phục các sự cố công trình do nền đất bên dưới công trình gây ra,….Tất cả nhữngvấn đề đấy là động lực thúc đẩy sự nghiên cứu và phát triển của kỹ thuật gia cố đất xử

lý nền nhằm gia tăng sức chịu tải của nền đất yếu dưới móng công trình

Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng SBD thay lớp đệm cát cũng là một trongnhững phương pháp đã được đưa vào sử dụng thay thế gần đây,do nhu cầu về cát ngàymột khan hiếm và do nhu cầu về môi trường ,đảm bảo lợi ích về kinh tế cũng như tínhhiệu quả cao của bấc thấm so với đệm cát

Do hạn chế về thời gian nên trong cuốn đồ án này chỉ dừng lại ở mức độ nghiêncứu lý thuyết và một số ứng dụng cụ thể mà không đi sâu tính toán các thông số cótrong công thức

Vì là lần đầu tiên thực hiện một đề tài mang ý nghĩa nghiên cứu và ứng dụng nênkhông thể tránh khỏi những sai sót em rất mong nhận được sự chỉ dạy tận tình của cácthầy cô

Em chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn địa kỹ thuật đặc biệt là thầy NgôTấn Phong đã giúp đỡ em thực hiện cuốn đồ án này

Sinh viên :Nguyễn Mạnh Cường

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU

1.1 Khái niệm về đất yếu:

Đất yếu là đất có sức chịu tải nhỏ và có tính nén lún lớn, hầu như đất yếu bảo hòanước, có hệ số rỗng lớn, hệ số nén lún lớn, trị số sức chống cắt không đang kể

Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầucủa quá trình hình hành đá sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn và các trầmtích bị mùn hóa, than bùn hóa, v.v

1.2 Một số đặc điểm của đất yếu :

1.3 Các dạng đất yếu thường gặp trong thực tế:

- Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòanước, có cường độ thấp;

- Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn(<200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;

phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%);

- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc phaloãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi

là cát chảy

- Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé,khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập

- Đất hoàng thổ và các dạng đất hoàng thổ có hệ số rỗng lớn, khi ở trạng thái khô

có khả năng chịu lực lớn,nhưng khi ngậm nước gây biến dạng lớn

1.4 Nguồn gốc của đất yếu:

- Có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vũng vịnh hoặc biển

- Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), lũ tích (proluvi),

lở tích (koluvi), do gió, do lầy, do băng và do con người (đất đắp)

- Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển

- Nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước không sâu quá 200m,thềm lục địa (200-3000m) hoặc biển sâu hơn 3000m

- Do vậy khi xây dựng công trình trên nền đất yếu cần phải áp dụng các phươngpháp xử lý nền hợp lý nhằm cải thiện tích chất cơ lý của đất nền theo chiều hướng tăng

độ chặt, tính liền khối, độ bền, độ ổn định, giảm độ biến dạng và độ thấm nước

1.5 Các giải pháp cải tạo đất yếu :

1.5.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý đất yếu :

- Tăng sức chịu tải

- Kiểm soát biến dạng và đẩy nhanh cố kết

- Ổn định theo phương ngang

- Cắt đường viền thấm

- Tăng khả năng chống hoá lỏng.

Những chức năng này có thể đạt được bằng nhiều cách,trong đó có hoặc không sửdụng tới vật liệu ngoài việc sử lý đất trên bề mặt thường là dễ và ít tốn kém Tuynhiên ,ở độ sâu lớn việc sử lý trở nên khó khăn hơn ,đòi hỏi phân tích kỹ lưỡng và cầncác thiết bị chuyên dụng,quy trình thi công phức tạp

Khi xây dựng công trình trên đất yếu chúng ta gặp phải rất nhiều khó khăn.Xâydựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộcvào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùngphương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độlún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xâydựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giáchính xác được các tính chất cơ lý của nền đất Do vậy việc đánh giá chính xác và chặtchẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng vàhiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đềhết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinhnghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xâydựng trên nền đất yếu

1.5.2 Các giải pháp cải tạo đất yếu :

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều điềukiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất,đặc điểm điều kiện địa chấtthủy văn v.v Với từng điều kiện cụ thể mà ngưởi thiết kế đưa ra biện pháp hợp lý để

sử lý

Có thể phân loại các biện pháp xử lý thành 6 nhóm:

- Cố kết cưỡng bức

Các biện pháp xử lý nền thông thường:

+ Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầmchấn động, phương pháp làm chặt bằng các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc balat, cọcvôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước…

+ Các biện phap vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phươngpháp dùng giếng cát, bấc thấm, điện thấm…

+ Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa

xi măng, phương pháp silicat hóa, phương pháp điện hóa…

1.5.3 Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền:

Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn (3m) nằm trực tiếp dưới móng công trìnhthì có thể áp dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệphản áp… để gia cố đất nền

Các biện pháp kể trên được áp dụng nhằm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức

độ biến dạng của đất nền dưới tác dụng của tải trọng công trình Đối với nền đường,nền đất đắp nằm trên vùng bùn lầy thì việc áp dụng bệ phản áp để khống chế khả năngphát triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đất yếu gây ra là một trong những biện pháp

xử lý hiệu quả nhất

1.5.4 Các phương pháp xử lý nền bằng hóa lý :

Những phương pháp gia cường bằng hóa lý hiện nay được ứng dụng trên thế giớibao gồm: phụt vữa xi măng, silicat hóa, trộn vật liệu (bitum, vôi, ximăng, nhựa tổnghợp), điện hóa, điện thấm, nhiệt…

Áp dụng các phương pháp trên có những tác dụng thực tế sau đây:

- Làm tăng khả năng chịu lực của nền, đảm bảo nền được ổn định về phươngdiện cường độ do khi công trình có tải trọng ngang lớn

- Tạo màng chống thấm dưới nền công trình đặc biệt là đối với các công trìnhthủy lợi, để làm giảm khả năng thấm và áp lực đẩy lên của nước ngầm tác dụng vàomóng công trình

- Gia cường mặt tiếp giáp giữa nền và móng để chống thấm và chống trượt

Tùy theo đặc điểm địa chất và tính chất của công trình mà quyết định lựa chọnphương pháp gia cố thích hợp

Trong tất cả những phương pháp xử lý nền đã nêu ở trên tùy vào từng trường hợp

mà chúng ta sẽ có những biện pháp sử lý nền móng công trình một cách hiệu quả vàkinh tế nhất.Các phương pháp cải tạo đất khác nhau được giới thiệu ,qua thử nghiệm đã

có tác dụng làm tăng độ bền của đất ,giảm độ lún tổng cộng và chênh lệch lún ,rút ngắnthời gian thi công ,giảm chi phí xây dựng và các hiệu quả khác

Nếu xét tới các yếu tố như :ý nghĩa công trình ,tải trọng tác dụng ,điều kiện hiệntrường ,thời gian xây dựng ,…thì việc lựa chọn phương pháp thích hợp cho loại đấtriêng biệt trở nên rất quan trọng.Đối với đất yếu và đất dính trong vùng dễ lún ,việc cảitạo đất bằng gia cố (cọc cát đầm chặt ),bằng vật liệu chộn( phương pháp trộn sâu ) vàbằng thoát nước (tiêu nước thẳng đứng ) là thích hợp Với công trình đắp việc cải tạođất bao gồm cho cả nền đất lẫn khối đất đắp

1.5.5 Các phương pháp làm tăng độ chặt của nền đất yếu :

Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước, tính nén lớn hoặc đất cókết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng (đất cát rời, đất dính

ở trạng thái chảy, đất bùn, than bùn…) thì móng công trình không thể đặt trực tiếp trênnền thiên nhiên được mà cần có biện pháp gia cố.

Đặc điểm của các loại đất này là sức chịu tài nhỏ, độ lún lớn và có khả năng gâybiến dạng không đồng điều dưới đế móng công trình Do vậy, để xây dựng các côngtrình chịu tải lớn trên nền đất có tính chất như trên người ta thường dùng các biện phápnhư: cọc cát, cọc đất, giếng cát, nổ mìn, nén trước bằng tải trọng tĩnh… nhằm làm tăng

độ chặt của nền đất, tạo điều kiện cho nền đất đủ khả năng chịu tải

1.5.6 Kết luận:

Tùy theo đặc điểm địa chất và tính chất của công trình mà quyết định lựa chọnphương pháp gia cố thích hợp

Trong tất cả những phương pháp xử lý nền đã nêu ở trên tùy vào từng trường hợp

mà chúng ta sẽ có những biện pháp sử lý nền móng công trình một cách hiệu quả vàkinh tế nhất.Các phương pháp cải tạo đất khác nhau được giới thiệu ,qua thử nghiệm đã

có tác dụng làm tăng độ bền của đất ,giảm độ lún tổng cộng và chênh lệch lún ,rút ngắnthời gian thi công ,giảm chi phí xây dựng và các hiệu quả khác

Nếu xét tới các yếu tố như :ý nghĩa công trình ,tải trọng tác dụng ,điều kiện hiệntrường ,thời gian xây dựng ,…thì việc lựa chọn phương pháp thích hợp cho loại đấtriêng biệt trở nên rất quan trọng.Đối với đất yếu và đất dính trong vùng dễ lún ,việc cảitạo đất bằng gia cố (cọc cát đầm chặt ),bằng vật liệu chộn( phương pháp trộn sâu ) vàbằng thoát nước (tiêu nước thẳng đứng ) là thích hợp Với công trình đắp việc cải tạođất bao gồm cho cả nền đất lẫn khối đất đắp

Để rút ngắn thời gian cố kết,nâng cao sự ổn định của công trình người ta thường

sử dụng thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước bằng các khối đất đắptạm thời.Thiết bị tiêu nước thẳng đứng gồm nhiều loại với các đặc trưng cơ lý khácnhau nhằm tạo ra đường thoát nước nhân tạo cho đất

Phương pháp PVD cũng là một phương pháp như vậy,dùng kết hợp PVD và lớpđệm cát bên trên kết hợp với gia tải trước cũng là một phương pháp khá khả quan Như

đã biết từ trước tới nay chúng ta vẫn quen với việc cải tạo đất yếu bằng bấc thấm PVDkết hợp với lớp đệm cát,ngày nay với điều kiện ngày một khan hiếm nguồn cát ,việc tìmkiếm vật liệu cát có cở hạt lớn,độ sạch cao,hệ số thấm lớn…làm lớp cát đệm trong côngtác xử lý nền đất yếu và với điều kiện giá thành quá cao,quản lý chất lượng gặp rấtnhiều khó khăn,có thể dẫn tới việc chậm tiến độ thi công công trình ,đôi khi có một sốcông trình có thể dừng thi công,để điều chỉnh lại dự toán hay giá vật liệu…ảnh hưởngchung tới tiến độ của dự án ,làm cho hiệu quả kinh tế bị hạn chế Việc sử dụng vật liệuthấm ngang (super Board Drain – SBD )mở ra hướng đi mới để giải quyết các vấn đềkhó khăn nêu trên về nhược điểm về chỉ số kinh tế mà vẫn đảm bảo tốt các tiêu chuẩnquy định và kỹ thuật xây dựng công trình,đặc biệt là thoát nước nhanh

1.6 Phương Pháp Dùng SBD Thay Lớp Đệm Cát :

Trước đây, việc sử dụng phương pháp bấc thấm đứng PVD kết hợp gia tải trước,

và lớp đệm cát dùng làm lớp thoát nước ngang cho bấc thấm đứng đã được áp dụng kháphổ biến ở Việt Nam đem lại hiệu quả tốt cho việc xử lý đất yếu

Đây là một loại vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu và số lượng ,và môitrường ,yêu cầu về kỹ thuật ,thi công đơn giản và gọn nhẹ Ngoài ra còn mang tính kinh

tế hơn nhiều so với vật liệu truyền thống là cát hạt trung Thực tế ở nước ta,việc ứngdụng vật liệu mới này đang còn trong giai đoạn vừa thí nghiệm vừa ứng dụng nhưcác công trình đường vào cầu Cần Thơ và dự án Đại Lộ Đông Tây,tại Tp.Nên việcnghiên cứu thay thế tầng đệm cát bằng vật liệu mới là hết sức cần thiết và mang tínhthực tiễn cao,góp phần giảm chi phí đầu tư và tạo thêm một nghành sản xuất vật liệumới mang lại hiệu quả kinh tế cao.Vì vậy đặt vấn đề nghiên cứu cứu sử dụng vật liệuSBD thay cho tầng đệm cát khi xây dựng công trình trên nền đất yếu này là hết sức cầnthiết

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BẤC THẤM SBD THAY LỚP ĐỆM CÁT

2.1 Tổng quan lý thuyết:

2.1.1 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm:

2.1.2 Cơ sở lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm:

Lún do cố kết của nền đất yếu tạo ra nhiều sự cố cho nền móng công trình Cầnnhiều thời gian để hoàn thành cố kết sơ cấp do tính thấm của đất nhỏ.Để rút ngắn thờigian cố kết này thường dùng thiết bị tiêu nước thẳng đứng,kết hợp với nén trước bằngkhối đất đắp tạm thời hay áp lực chân không

Việc đặt các thiết bị tiêu nước thẳng đứng trong trong đất sét sẽ làm giảm chiềudài đường thấm của nước lỗ rỗng và dẫn đến giảm thời gian hoàn thành quá trình cố kếtnhờ vậy tốc độ thoát nước theo phương ngang của đất sét sẽ khá hơn

Bấc thấm đứng PVD kết hợp với gia tải trước được xem là biện pháp sử lý đấtyếu mang tính khả thi cao cho các công trình xét về chiều sâu sử lý,chi phí ,thời gian đểgia tải và các yếu tố khác.Mục đích của việc sử dụng bấc thấm đứng kết hợp với biệnpháp gia tải trước nhằm đẩy nhanh tốc độ cố kết và hạn chế độ lún trong tương lai củakhu vực sử lý dưới tải trọng tĩnh và tải trọng động

Trước rất nhiểu thực tế khó khăn đã nêu phần trên, một biện pháp mới mang tínhkhả thi hơn đã được đưa vào thay thế,giải pháp mới thay thế lớp đệm cát tự nhiên bằnglớp bấc thấm ngang tên gọi “Super Board Drain “ (SBD) do công ty Thai MiltecInternational Co., Ltd sản xuất Mặc dù giải pháp sử dụng bấc thấm ngang chưa đượcphổ biến tại Việt Nam, nhưng công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi ở nước ngoài từnhững năm 90 của thế kỷ trước, nhất là tại Nhật Bản và đã thu được kết quả tốt

2.1.3 Khái quát về bấc thấm ngang:

Bấc thấm ngang là loại vật liệu dạng bản được dùng để thoát nước ngang Kết cấuvật liệu bao gồm lõi nhựa làm bằng Polyvinyl Chloride và được bao bọc bên ngoài

bằng loại vải polyester không dệt Bản thân lõi và lớp vỏ bọc có kết cấu mềm dẻo vàtách biệt nhau Lõi này chịu được áp lực cao và khả năng kháng nén đủ để chịu đượctải trọng vật liệu đắp và quá trình thi công do cấu tạo bởi các lỗ dập nổi đặc biệt trên lõi

và cấu tạo này cho phép thoát nước cao Hơn nữa lớp vải Polyester không dệt này có

độ bền cao không bị suy giảm trong môi trường ẩm ướt

Hình 2 : Cấu Tạo Bấc Thấm Ngang

Nước lỗ rỗng xung quanh bấc ngang sẽ thấm vào bên trong bấc thông qua lớp vỏbọc và chảy dọc theo lõi của bấc, sau đó thoát ra ống hoặc kênh thoát

Ngay cả khi có tải trọng nặng bên trên tác động lên bấc ngang thì mặt cắt thoátnước của bấc vẫn không suy giảm Sự cố gây ra nghẽn tắc bên trong bấc thang do cáchạt đất sẽ không xảy ra Vì vậy, nước lỗ rỗng có thể thoát đi một cách nhanh chóng

Bấc ngang hiện có 3 loại:

Container40feet

Bảng 1 : Tiêu chuẩn kỹ thuật của Bấc thấm ngang (SBD)