cọc đá; trụ vật liệu rời; cọc đá gia cố nền; xử lý nền đất yếu; tính toán cọc đá bằng phương pháp Priebe
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2019 2020 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỌC ĐÁ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU Hà Nội, 11/2022 MỤC LỤC TÊN ĐỀ TÀI Error! Bookmark not defined TÍNH CẤP/CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined defined GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾUError! Bookmark not 3.1 Lời nói đầu 3.2 Thực trạng trụ vật liệu .3 3.3.So sánh hiệu trụ vật liệu rời với số phương pháp truyền thông khác Nhóm 1: Nhóm phương pháp gia cố cổ điển Nhóm 2: Phương pháp gia cố dùng công nghệ 3.4 Vậy phải sử dụng cọc đá 10 3.5 Tổng kết nhiệm vụ tìm hiểu sở cọc đá 13 TÍNH TỐN CỌC ĐÁ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU Error! Bookmark not defined 4.1 Cân nhắc thiết kế 14 4.2 Các dạng phá hoại cọc đá: 15 4.2.1 Cọc đá đơn đất yếu đồng 15 4.2.2 Cọc đá đơn đất yếu không đồng nhất: .16 4.2.3 Nhóm cọc đá đất yếu đồng 16 4.3 Thiết kế tính tốn cọc đá: 17 2.3.1 Quy trình thiết kế cọc đá: 17 4.3.2 Phương pháp tính tốn thiết kế cọc đá .18 VÍ DỤ MINH HỌA Error! Bookmark not defined 5.1 Giới thiệu Bài toán .30 5.2 Tiêu chí thiết kế 31 5.3 Thông số kỹ thuật cọc đá .32 5.4 Tính tốn 32 3.3 So sánh kết thí nghiệm với kết tính tốn 38 5.4 Nhận xét kết luận 38 TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu phương pháp tính tốn cọc đá gia cố đất yếu TÍNH CẤP/ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Trong chương trình học, nội dung tính tốn thiết kế cọc vật liệu rời (ở tài liệu gọi chung cọc đá) gia cố đất yếu chưa đề cập Trong đó, Việt Nam cọc đá sử dụng rộng rãi thi công đơn giản đảm bảo điều kiện kinh tế Ngoài ra, phương pháp tính tốn thiết kế chưa thống nhất, tiêu chuẩn dẫn chưa có Do đó, việc nghiên cứu tính tốn cọc đá gia cố cần thiết Một phần, đề tài đáp ứng tình hình sử dụng cọc đá Ngồi ra, đề tài cho phép ứng dụng vận dụng kiến thức trang bị vào vấn đề khơng có chương trình học GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU 3.1 LỜI NÓI ĐẦU Một nhiệm vụ phạm vi địa kỹ thuật thiết kế, thực đánh giá kế hoạch xử lý đất cho dự án sở hạ tầng Trong nhiều năm qua, công nghệ phương pháp phát triển triển khai để hỗ trợ chuyên gia địa kỹ thuật việc cung cấp giải pháp hiệu chi phí cho việc xây dựng khu vực có tính chất phức tạp Động lực việc cải tạo đất vừa nhu cầu ngày tăng cho mục đích xây dựng mới, vừa để giảm thiểu rủi ro hỏng hóc hiệu suất Hiện nay, việc xử lý xem xét hầu hết dự án nơi mà có địa chất yếu không ổn định Trong phạm vi địa kỹ thuật, việc sửa đổi đất hiểu việc sửa đổi nhiều đặc tính kỹ thuật (ví dụ: tăng sức kháng cắt đất, giảm lún đất giảm tính thấm đất) - truyền tải trọng sang lớp đất tốt Theo quan điểm nhà thầu, việc cải tạo đất đồng nghĩa với việc giảm thời gian xây dựng giảm chi phí xây dựng Ở đây, cải tạo định nghĩa thay đổi điều kiện móng đất dự án để mang lại hiệu suất tốt điều kiện tải thiết kế vận hành Các mục tiêu cải tạo đất đạt cách sử dụng nhiều phương pháp công nghệ xây dựng địa kỹ thuật khác để thay đổi cải thiện đất yếu mà việc đào thay truyền thống khơng khả thi lý mơi trường, kỹ thuật kinh tế Cải tạo đất có nhiều chức sau đây, để: • tăng sức kháng cắt sức chịu tải nền, • tăng tỷ trọng • kiểm sốt biến dạng (lún, trồi, biến dạng cắt), • cải thiện nước, • tăng tốc độ cố kết • phân phối lại tải trọng tác dụng vào • tăng ổn định ngang tăng khả chống hóa lỏng • chuyển tải trọng đắp đến lớp bề mặt có đủ khả 3.2 THỰC TRẠNG VỀ TRỤ VẬT LIỆU 3.2.1 Ứng dụng Cọc vật liệu ứng dụng để tăng khả chịu lực, giảm độ lún tổng chênh lún, đẩy nhanh tốc độ thời gian lún, cải thiện độ ổn định mái dốc giảm khả hóa lỏng đất Các ứng dụng điển hình bao gồm cải tạo móng để xây dựng đường cao tốc, bờ kè, nhà kho nhà công nghiệp 3.2.1a Đê Một ứng dụng điển hình cơng nghệ cột tổng hợp (từ thời điểm này, thống sử dụng cọc vật liệu rời coi cọc đá) ổn định tải trọng khu vực lớn đê đường cao tốc Việc sử dụng cột tổng hợp cung cấp giải pháp thay tốt, bờ đê truyền thống xây dựng vấn đề ổn định 3.2.1b Đường dẫn ( lên cầu ) Cọc đá sử dụng để hỗ trợ lấp đầy đường tiếp cận cầu, tạo ổn định giảm vấn đề bảo trì tốn độ lún lệch mối nối đường dẫn cầu Đường dẫn mà gia cường cọc đá đạt chiều cao lớn 3.2.1c Hóa lỏng Ở khu vực dễ xảy động đất, cọc đá sử dụng để giảm khả hóa lỏng đất rời mà làm cho đê, trụ cầu đất bên móng nơng 3.2.2 Ưu điểm nhược điểm cọc đá 3.2.2a Ưu điểm • • • • Kinh tế việc bóc bỏ thay thế, đặc biệt khu vực rộng lớn Cọc đá làm giảm rung lắc Cọc đá cho phép thi công nhanh biện pháp gia tải ( sử dụng cho bấc thấm ) Tạo đường thoát nước theo phương đứng theo phương chu vi 3.2.2b Nhược điểm Cọc đá giải pháp cho tất vấn đề đất yếu Các lớp than bùn vật liệu hữu khác, đất sét mềm có độ dày lớn chiều dài tối đa cọc đá khơng thích hợp cho việc xây dựng cột cốt liệu, chúng khơng tạo cản trở đầy đủ theo phương ngang hiệu để đảm bảo làm việc lâu dài Chi phí, so sánh với giải pháp khác, bất lợi cọc đá Tại vài địa điểm cụ thể, cần thiết phải dẫn dịng xử lý nước thải q trình thi công tạo lỗ thi công ướt dịch chuyển mặt bên q trình thi cơng khơ Khi thi công, việc đất bị ô nhiễm dễ bị nhiễm vào đá, đơi ta cần có lớp vỏ bọc điều khiến cho chi phí tăng lên 3.3 Đánh giá tính khả thi Kỹ thuật việc sử dụng cọc đá việc xử lý đất thành công việc: (1) cải thiện độ ổn định đê mái dốc tự nhiên; (2) tăng sức chịu tải; (3) giảm lún lún lệch; (4) giảm khả hóa lỏng đất rời; (5) tăng tốc độ lún Tóm tắt khái quát yếu tố ảnh hưởng đến tính khả thi việc ổn định đất yếu cột tổng hợp sau: Tải trọng thiết kế cho phép cột tổng hợp phải tương đối đồng giới hạn hỗ trợ bên mà đất chỗ phát triển Thơng thường, với hỗ trợ bên tốt, tối đa 500kN cho cột sử dụng; thông thường, khả chịu lực ổ bi composite tăng lên từ 100 đến 400kPa Cải tiến đáng kể đạt bùn đất sét nén có độ bền cắt từ 15 đến 50kPa Cột tổng hợp không nên sử dụng đất nhạy cảm cao Cần phải đặc biệt ý sử dụng cột cốt liệu đất có chứa chất hữu thấu kính than bùn lớp có độ bền cắt khơng nước 300 psf Do khả chịu nén cao cường độ thấp vật liệu này, hỗ trợ bên phát triển dẫn đến độ lệch dọc lớn cột Khi độ dày lớp hữu lớn đến hai đường kính cột tổng hợp, khả phát triển đường kính cột quán trở nên đáng ngờ Nền đất cải tạo cột đá làm giảm độ lún thường từ 50 đến 70 phần trăm phản ứng đất không cải tạo khu định cư khác biệt từ đến 15 phần trăm phản ứng đất không cải tạo Việc cải tạo mặt đất trụ cốt liệu đúc giảm độ lún xuống inch, số điều kiện tải trọng bề mặt Do phát triển khả chống xâm nhập mức máy rung, giới hạn thực tế nằm khoảng cường độ không thoát nước từ 50 đến 100kPa cột đá Nếu cột đá sử dụng loại đất cứng xuyên thấu kính cứng, lỗ cột thường khoan trước, điều thường xảy dự án sạt lở Điều dẫn đến chi phí bổ sung đáng kể Việc lắp đặt trụ cốt liệu đúc phương pháp thay điển hình (phương pháp khoan) đất khơng bị hở q trình khoan (ví dụ, đất hạt rời, đất dính mềm) u cầu sử dụng ống chống tạm thời, điều làm giảm việc lắp tỷ lệ tăng chi phí cầu tàu Thông thường, độ sâu thực tế tối đa cột đá trụ cầu cốt liệu húc 30m 10m 3.4 Cân nhắc Môi trường: Việc lựa chọn phương pháp lắp đặt cột tổng hợp thích hợp cần xem xét tác động môi trường việc lắp đặt Các chất thải từ đất phải chứa đựng, đặc biệt tiền phạt từ hoạt động phun nước khơng khí Người thiết kế chọn hệ thống cột thay không thay đất chỗ 3.5 Xem xét địa điểm điều kiện địa điểm: phải xem xét lựa chọn công nghệ sửa đổi mặt Việc lắp đặt cột tổng hợp đòi hỏi phải có đủ khoảng khơng (thường nhiều chiều sâu xuyên thấu cột từ 2.4 đến 3m) cho thiết bị xây dựng Các cơng trình cơng trình lân cận phải giám sát độ nhô sử dụng cột đá rung chuyển 3.3 SO SÁNH HIỆU QUẢ CỦA TRỤ VẬT LIỆU RỜI VỚI SỐ PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG KHÁC Nhóm 1: NHĨM PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN CỔ ĐIỂN Cọc tre, cọc tràm Lựa chọn phương án: Đóng cọc tre phương pháp gia cố đất yếu hay dùng dân gian thường dùng móng chịu tải trọng khơng lớn ( móng nhà dân, móng cống ) Miền Nam thường dùng cọc tràm nguyên liệu sẵn có Đóng cọc tre để nâng cao độ chặt đất, giảm hệ số rỗng dẫn đến nâng cao sức chịu tải đất Chỉ đóng cọc tre đất ngập nước để tre khơng bị mục nát, đóng đất khơ khơng nước sau tre bị mục nát lại phản tác dụng làm đất yếu Khơng đóng cọc tre đất cát đất cát khơng giữ nước, thường đóng cọc tre đất sét có nước Thơng thường người ta đóng 16-25 cọc/m2 dễ chia ( khoảng cách cọc 20-25 cm ) Phương án kiểm tra : Hiện chưa thấy lý thuyết tính tốn cụ thể ta làm sau: giai đoạn thiết kế giả sử sau đóng cọc tre đất đạt độ chặt ( thơng qua hệ số rỗng) từ tính sức chịu tải đất lấy làm thiết kế móng (hoặc giả sử sức chịu tải đất sau đóng cọc) Sau đóng cọc xong làm thí nghiệm lại để kiểm tra sức chịu tải đất không khác nhiều so với SCT giả thiết khơng cần sửa thiết kế ( thực tế có thí nghiệm kiểm tra mà chủ yếu dựa vào kinh nghiệm) Lý lựa chọn: Cọc tre cừ tràm có nguồn gốc đến từ thiên nhiên Cả phổ biến khắp miền đất nước ta, đặc biệt tràm phân bố chủ yếu có số lượng lớn khu vực đồng sông Cửu Long Từ thời Pháp thuộc cọc cừ tràm sử dụng để làm nhiệm vụ gia cố đất yếu Hiện cịn nhiều cơng trình tồn ngày sử dụng loại vật liệu này, Điều chứng minh cừ tràm so với cọc bê tơng có điểm mạnh riêng có Ưu điểm : Điểm lợi cọc tre cọc tràm giá thành rẻ Nếu đóng theo tiêu chuẩn 25 cọc cừ/m2 sức chịu tải đạt từ 0,6 – 0,8 kg/cm2 Trong điều kiện đất ngập nước cọc cừ tràm tồn đến 50 năm Một số đủ để đảm bảo sử dụng cho cơng trình nhà Nhược điểm : Nhược điểm cừ tràm sử dụng cho công trình vừa nhỏ tầng Và khơng nên sử dụng vị trí địa chất yếu độ lún cao hay đất sỏi, đá có độ ẩm thấp b Giếng cát, cọc cát Lựa chọn phương án: Giếng cát biện pháp gia tải trước sử dụng loại đất bùn, than bùn loại đất dính bão hịa nước có tính biến dạng lớn Tác dụng chính: Giếng cát làm cho nước tự lỗ rỗng thoát tác dụng gia tải làm tăng nhanh tốc độ cố kết làm nền, đồng thời làm cho đất có khả biến dạng đồng Nếu khoảng cách giếng chọn thích hợp cịn có tác dụng làm tăng độ chặt sức chịu tải đất tăng lên Ưu điểm : Sử dụng vùng có đất yếu lớn, chiều sâu xử lý lớn 20m Tốc độ cố kết nhanh bấc thấm nên thời gian chờ lún cố kết nhỏ Độ lún sau xử lý nhỏ Mức độ rủi ro thấp, diễn biến lún không phức tạp Khả chống ổn định trượt sâu cao bậc thấm, ngồi tác dụng nước để cố kết đất, cịn tác dụng cải thiện đất trình thi cơng giếng cát Nhược điểm: Phải có thiết bị thi công, cần cắm giếng cát sâu 20m Phải tốn cát có hệ số thấm cao để lấp giếng Có thể xảy tượng cát nhồi bị ngắt quãng giếng, tác dụng dẫn nước bị giảm Tiến độ thi công chậm bậc thấm Cần lưu ý dụng: giếng cát gia cố đất yếu cần đảm bảo độ đồng cát suốt chiều dài giếng cát, tránh tượng đứt đầu giếng cát tác dụng loại tải trọng Xử lý đất yếu giếng cát phát huy hiệu cao đất yếu có hàm lượng hữu có khơng lớn ( thường