chuyên đề khảo sát địa kỹ thuật khu vực đất yếu, lựa chọn chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất & các giải pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu-hot

Khoan thăm dò và công tác lấy mẫu thí nghiệm Khoan thăm đò ĐCCT là một trong những công tác quan trọng của khảo sát ĐCCT, nhằm xác định địa tầng, lấy mẫu đất, đá để thí nghiệm các chỉ t

3 thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất 8

4 lựa chọn chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất dùng trong tính toán 11

B Một số giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu trong quá trình

2 Một số giải pháp xử lý nền đất yếu phổ biến ở việt nam 19

C Công tác Quan trắc và đánh giá độ lún của nền đất sau khi xử

A Phần chung

1 Những khái niệm chung về đất yếu

1.1 Định nghĩa đất yếu

Là loại đất không có khả năng chịu được tải trọng công trình đặt trên nó Đất yếu loại sét có độ sệt B > 0.75 (đất có trạng thái dẻo chảy, chảy), hoặc bùn với độ bền kháng cắt không thoát nước theo giá trị cắt cánh Su<0.25 KG/cm2

, sức kháng xuyên qu<7 KG/cm2

, giá trị xuyên động N<4

1.2 Phân loại đất yếu:

• Dựa theo nguồn gốc đất yếu được chia thành 2 loại:

- Đất có nguồn gốc khoáng vật: đất thành tạo có nguồn gốc sông, biển

- Đất có nguồn gốc hữu cơ: thành tạo chủ yếu tại các đầm lầy

• Dựa vào hàm lượng hữu cơ: tên đất sẽ có thêm các tên phụ: lẫn hữu cơ (hàm lượng hữu cơ <10%), đất than bùn hoá (hàm lượng hữu cơ 10-60%) và than bùn khi hàm lượng hữu cơ > 60% Thí dụ sét lẫn hữu cơ…

• Dựa vào độ sệt (B) trạng thái của đất được phân ra: cứng, nửa cứng, dẻo cứng, dẻo mềm, dẻo chảy và chảy

Cần lưu ý: Để gọi trạng thái của đất dính thì giới hạn chảy phải xác định bằng chuỳ

Vaxiliep Khi xác định giới hạn chảy theo phương pháp Cassagrande thì không gọi trạng thái của đất dính như trên

• Bùn là loại đất mà độ ẩm thiên nhiên > độ ẩm ở trạng thái chảy, độ sệt B>1,

hệ số rỗng e>0.9 với cát pha, > 0 với sét pha và >1.50 với sét

• Cần lưu ý: Bùn vừa là tên vừa là trạng thái của đất Thí dụ: bùn sét, bùn sét pha…;không gọi: bùn sét trạng thái chảy…

2 Công tác khảo sát ĐCCT khu vực có đất yếu

Để có đủ tài liệu về địa tầng, tính chất cơ lý của các lớp đất nền phục vụ cho công tác thiết kế xử lý người kỹ sư cần phải khái quát những công tác có liên quan đến

điều tra, thu thập tài liệu, thăm dò địa chất tại hiện trường Các loại công tác thăm

dò như khoan, xuyên tĩnh (CPT), xuyên tiêu chuẩn (SPT), cắt cánh hiện trường (VST…); công tác thí nghiệm trong phòng: số lượng, chỉ tiêu thí nghiệm (thí nghiệm

9 chỉ tiêu, thí nghiệm cố kết, thí nghiệm nén 1 trục, thí nghiệm nén 3 trục…)

2.1 Điều tra và thu thập tài liệu ĐCCT

- Điều tra ĐCCT là công tác rất quan trọng của khảo sát ĐCCT Dựa vào địa hình,

địa mạo (các loại thực vật), vết lộ tự nhiên (ao, hồ, đầm lầy ), nhân tạo (khu lấy đất,

ao mới đào, giếng nước ) để sơ bộ xác định phạm vi và độ sâu phân bố của đất yếu Thí dụ: khu vực có cây lăn, lác là khu vực có đất yếu

- Thu thập tài liệu khảo sát ĐCCT của các công trình trong khu vực đã khảo sát hoặc lưu trữ là công việc cần thiết khi tiến hành điều tra ĐCCT

- Điều tra, thu thập các tài liệu về các sự cố (nếu có) của các công trình có liên quan

đến xử lý nền đất yếu

- Thu thập các bản đồ địa chất, ĐCCT, ĐCTV khu vực khảo sát

2.2 Khoan thăm dò và công tác lấy mẫu thí nghiệm

Khoan thăm đò ĐCCT là một trong những công tác quan trọng của khảo sát ĐCCT, nhằm xác định địa tầng, lấy mẫu đất, đá để thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý và làm các thí nghiệm trong lỗ khoan (CPT, SPT, VST; nén ngang trong lỗ khoan…)

Khi khảo sát khu vực đất yếu phải dùng loại máy thích hợp Hiện nay khi khoan vào tầng đất yếu phải dùng dung dịch sét Bentônite hoặc ống chống để giữ thành lỗ khoan

Loại công tác thăm dò địa chất: nên bố trí xen kẽ giữa khoan lấy mẫu, khoan xác

định địa tầng với các vị trí thí nghiệm CPT, VST…

Khoảng cách các điểm thăm dò tuỳ thuộc vào giai đoạn khảo sát, loại công trình, tính chất phức tạp của đất nền mà bố trí số lượng thăm dò theo hướng giai đoạn DAĐT bố trí các lỗ khoan thưa hơn giai đoạn TKKT; công trình có qui mô lớn bố trí nhiều hơn công trình qui mô nhỏ (thí dụ nền đường 6 làn xe sẽ bố trí không những các công trình thăm dò theo tim mà có một lượng đáng kể cho trắc ngang…); đất yếu có độ sâu lớn, thay đổi đột ngột, xen kẽ nhiều loại đất sẽ bố trí các điểm thăm

dò dầy hơn khu vực có cấu tạo đồng nhất Có thể tham khảo số lượng công trình thăm dò trong các qui trình 22TCN262-2000, 22TCN263-2000, 22TCN320-04, 22TCN355-06 và các tiêu chuẩn trong nước hoặc nước ngoài có liên quan

2.3 Công tác lấy, bảo quản và vận chuyển mẫu thí nghiệm

2.3.1 Lấy mẫu thí nghiệm

Nhằm xác định chính xác địa tầng và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý phục vụ cho phân chia các đơn nguyên (lớp) ĐCCT và lựa chọn các chỉ tiêu cho công tác thiết kế ống lấy mẫu trong tầng đất yếu là những ống mẫu đặc biệt sao cho khi lấy mẫu ít

ảnh hưởng nhất đến tính chất nguyên trạng của đất ống mẫu Piston và ống mẫu thành mỏng thường được sử dụng khi lấy mẫu trong tầng đất yếu Tuy nhiên hiện tại

ở Việt Nam ống mẫu thành mỏng được dùng phổ biến khi lấy mẫu trong tầng đất yếu (rất ít khi dùng Piston)

- Không được dùng ống khoan hợp kim khoan lấy mẫu và dùng vòi nước có áp

đẩy mẫu sau đó lấy mẫu coi như mẫu nguyên trạng

2.3.3 Vận chuyển

Lót đáy hộp đựng mẫu bằng rơm hay vải vụn, vỏ bào; xếp các mẫu đất vào hộp và chèn kỹ không cho mẫu xê dịch khi vận chuyển Để dễ khi vận chuyển và tránh đè nặng làm mẫu bị biến dạng thì một hộp chỉ nên đựng 6 mẫu và xếp cao nhất là 2 hàng Dùng xe con, tầu hoả, hoặc xe ca vận chuyển mẫu (không dùng xe tải)

Tham khảo qui trình 22TCN 259-2000, TCVN 2683-1991

2.4 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) (theo 20TCN-89 Bộ Xây dựng & 22TCN 04)

Sức kháng xuyên ở mũi côn: là sức kháng của đất tác dụng lên mũi côn và được xác

định bằng cách chia lực tác dụng thẳng đứng Qc(KN) cho tiết diện đáy mũi côn Ao(cm2

)

qc, =Qc/A0 (2) (Pa, Kpa, Mpa )

Ma sát thành đơn vị: là sức kháng của đất tác dụng lên bề mặt của măng xông do

ma sát và được xác định bằng cách chia lực tác dụng lên bề mặt măng xông (Qs) cho diện tích bề mặt măng xông (As):

fs= Qs/As (3) Tổng sức kháng xuyên Qt là lực cần thiết để ấn cần và đầu xuyên xuống đất (KN) Tổng ma sát thành Qst là lực tác dụng lên thành cần xuyên cho đến độ sâu thí nghiệm:

Qst =Qt – Qc (4)

2.4.3 Sử dụng kết quả xuyên tĩnh

- Xác định ranh giới các lớp đất, mặt đá, khoanh các dị thường (lớp kẹp, thấu kính…): dựa vào sự thay đổi sức kháng xuyên có thể phân ra các lớp đất, các lớp kẹp, mặt đá

- Xác định độ chặt của đất rời - phân loại đất theo độ chặt (theo 20TCN 174-89)

Bảng 2

Quan hệ giữa sức kháng xuyên và độ chặt của cát

Chặt Chặt vừa Cát hạt thô và trung

qc > 150 50< qc < 150

qc < 50 Rời

Chặt Chặt vừa Cát hạt mịn

qc > 120 40< qc < 120

qc < 40 Rời

Chặt Chặt vừa Cát lẫn bụi

qc > 100 30< qc < 100

qc < 30 Rời

Chặt Chặt vừa Cát bụi bão hoà

qc > 70 20< qc < 70

qc < 20 Rời

- Xác định sức chịu tải của móng cọc theo 20TCN 21-1986 của Bộ Xây dựng

- Đối chứng với kết quả khoan, thí nghiệm trong phòng để phân chia loại đất và xác định một số chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của các lớp đất:

- Môđun đàn hồi của đất nền vùng Hà Nội (Eo = qc.αo) theo 20TCN 174-89

Bảng 3

Quan hệ giữa sức kháng xuyên và môđun dàn hồi

Loại đất Giới hạn qc (105 Pa) Giá trị αo

Sét, sét pha chặt, cứng qqc>15

c<15

5<αo<8 3<αo<6 Sét, sét pha dẻo mềm, dẻo

chảy

qc>7

qc<7

4.5<αo<7.9 3<αo<6 Bùn sét

Bùn sét pha

qc<6 W (%)<70

W (%) >70

3<αo<6 2<αo<4

Trong đó : Mmax Mômen cắt lớn nhất khi đất bị cắt,

K Hệ số phụ thuộc vào hình dạng, kích thước cánh cắt ;

Su Sức kháng cắt nguyên trạng của đất

Dựa vào kết quả cắt cánh từng điểm vẽ biểu đồ quan hệ giữa độ sâu và sức kháng cắt không thoát nước

- Xác định môđun tổng biến dạng :

Trong đó : ϖ; hệ số phụ thuộc vào H/D ; khi H=D lấy ϖ =0.92 ;

μ: hệ số nở hông

Mo : mô men xuắn tại thời điểm đặt lực ;

Su, Su’ :Sức kháng cắt không thoát nước nguyên trạng và phá huỷ của

đất ;

D & H : là đường kính và chiều cao cánh cắt

l : chiều dài cung tròn tạo bởi cánh cắt.

- Độ bền kiến trúc (độ nhạy): S =Su/Su’ (9)

- Góc ma sát trong của đất :

tgφ = 1-Cv/(1-S)xSu (10) Trong đó : S=Su/Su’ ; Cv : hệ số cố kết của đất

2.6 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) TCXD226-1999 Bộ Xây dựng

2.6.1 Khái niệm

Đóng 1 ống hoặc chuỳ hình côn có kích thước qui định vào trong đáy lỗ khoan với 3

lần đóng mỗi lần 15cm, tương ứng số búa N1, N2 & N3 Tổng số búa 2 lần sau N2+N3 là sức kháng xuyên tiêu chuẩn ký hiệu là N30.

2.6.2 Sử dụng kết quả xuyên tiêu chuẩn

- Phần chia địa tầng theo sức kháng xuyên: dựa vào giá trị N30;

- Phát hiện lớp kẹp và các thấu kính (dựa vào các giá trị N30)

- Đánh giá một số chỉ tiêu của đất như: độ chặt, góc ma sát trong của đất, độ sệt,

sức kháng xuyên tĩnh của đất

2125

.0

)33.12()

1

DH D

D H

Dl S M

- Dự báo sức chịu tải của một số loại móng: móng nông, móng cọc

Trong đó (a) là hệ số: lấy =1.0 khi đất không bão hoà và 2/3 đất bão hoà (cho móng

- Mẫu nguyên trạng được lấy bằng cách đóng ống mẫu vào vị trí lấy mẫu (với tầng

đất tốt), hoặc ép ống mẫu vào trong đất (với tầng đất yếu) Sau khi lấy mẫu lên

phải dán kín, đặt vào hộp đựng mẫu, để vào nơi râm mát để không làm thay đổi

tính chất nguyên trạng của mẫu (không làm thay đổi thành phần, trạng thái của

đất)

Mẫu nguyên trạng được lấy chủ yếu trong tầng đất dính (với phân loại theo TCVN),

hoặc đất hạt mịn, đất hạt thô loại cát theo phân loại ASTM, AASHTO

Tuỳ thuộc vào trạng thái của đất, loại ống, đường kính ống mẫu và yêu cầu thí

nghiệm mà chiều dài của mẫu nguyên trạng thay đổi từ 0.20m-1.45m Đường kính

ống mẫu thường 10cm với tầng đất tốt, và từ 5.0-7.60cm với tầng đất yếu

)11.(

10.N30

a

=

σ

- Mẫu không nguyên trạng được lấy trong tầng đất dính hoặc đất rời;

Mẫu không nguyên trạng được lấy trong tầng đất dính khi không thể lấy được mẫu nguyên trạng (mẫu bị tụt do ống lấy mẫu không đảm bảo hoặc không có yêu cầu về các chỉ tiêu nguyên trạng); loại mẫu này phải dán kín mẫu để giữa ẩm

Mẫu không nguyên trạng được lấy trong tầng đất rời từ ống đóng SPT, ống lòng máng hoặc ống lắp-bê; không cần dán kín mẫu

3.2 Các loại chỉ tiêu cần thí nghiệm

- Chỉ tiêu cơ lý của đất gồm chỉ tiêu vật lý và chỉ tiêu cơ học:

Chỉ tiêu vật lý:

Thành phần hạt, độ ẩm thiên nhiên, dung trọng thiên nhiên, tỷ trọng (khối lượng riêng), giới hạn chảy, giới hạn dẻo, và các chỉ tiêu dẫn suất: chỉ số dẻo, độ sệt, dung trọng khô,

Chỉ tiêu cơ học:

Góc ma sát trong, lực dính kết, hệ số nén lún, hệ số thấm, hệ số cố kết (áp lực tiền

cố kết, hệ số ép nén, hệ số nén lại), sức kháng cắt không thoát nước, môđun đàn hồi trương nở và các chỉ tiêu dẫn suất: hệ số rỗng, tỷ lệ kẽ hở,

Chỉ tiêu thí nghiệm là các giá trị có được khi thí nghiệm trên các mẫu đất;

Chỉ tiêu dẫn suất là các chỉ tiêu tính toán từ các chỉ tiêu thí nghiệm thông qua các công thức tương quan;

Chỉ tiêu thông thuờng: có thể hiểu đơn giản là thí nghiệm 9 chỉ tiêu: thành phần hạt,

độ ẩm thiên nhiên, dung trọng thiên nhiên, tỷ trọng, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, góc

ma sát trong, lực dính kết, hệ số nén lún và 1 số chỉ tiêu khác như hàm lượng hữu cơ, hệ số thấm, độ cô ngót Các loại chỉ tiêu này phục vụ phân loại đất và tính toán cho các công trình không phải xử lý đặc biệt

Chỉ tiêu đặc biệt là các chỉ tiêu phục vụ nghiên cứu tìm hiểu bản chất đất, thiết kế xử

lý đặc biệt Đó là Hệ số cố kết (áp lực tiền cố kết, thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ UU,

CU, nén 1 trục )

Như vậy khi thiết kế xử lý nền đắp trên đất yếu người kỹ sư phải biết viết yêu cầu các chỉ tiêu cần thí nghiệm phục vụ cho tính toán xử lý

Trong các chỉ tiêu đặc biệt thì thí nghiệm cố kết và 3 trục là bắt buộc

Khi viết yêu cầu thí nghiệm nén cố kết người kỹ sư phải lựa chọn sao cho thí nghiệm này phân bố suốt chiều sâu đất yếu để có thể vẽ được quan hệ giữa áp lực tiền cố kết và áp lực bản thân có hiệu theo chiều sâu và từ đó đánh giá tính chất cố kết ban

đầu của đất nền khu vực cần xử lý

Giáo sư Tezaghi, và Peck 1967 đã chứng minh:

• Với mẫu đất nguyên trạng thì đường cong cố kết là đường 1;

• Với mẫu đất ít nguyên trạng thì đường cong cố kết là đường 2;

• Với mẫu đất không nguyên trạng thì đường cong cố kết là đường 3;

Cả 3 đường này cắt nhau tại một điểm có tung độ bằng 0.40eo

Để có thể có điểm giao cắt này thí nghiệm cố kết phải có cấp cuối cùng từ 8-16 kG/cm2

Thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ UU mô phỏng giai đoạn bắt đầu đắp khi đó chưa có quá trình cố kết và nước chưa thoát ra khỏi đất Trong điều kiện này đất hoàn toàn bão hoà nước, do tính chất không chụi nén mà nước chịu hoàn toàn áp lực ngoài Chính vì vậy kết quả thí nghiệm UU có giá trị lực dính gần với giá trị lực dính thật của

đất và góc ma sát trong bằng không (0) hoặc có giá trị rất nhỏ

Thí nghiệm 3 trục sơ đồ CU mô phỏng quá trình nền đang đắp, đất bắt đầu cố kết và nước lỗ rỗng thoát ra và khi đất đã cố kết hoàn toàn tương ứng với cuối giai đoạn chờ Lúc này áp lực nền đất vừa tác dụng lên nước lỗ rỗng vừa tác dụng lên hạt đất Kết qủa thí nghiệm sơ đồ CU cho lực dính < lực dính khi thí nghiệm sơ đồ UU nhưng góc ma sát đã tăng lên đáng kể Góc ma sát này sẽ dùng để tính tăng sức chống cắt khi đắp đất

4 Lựa chọn chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất dùng trong tính toán 4.1 Các chỉ tiêu cơ lý của đất

Chỉ tiêu cơ lý của đất gồm chỉ tiêu vật lý và chỉ tiêu cơ học: độ ẩm thiên nhiên, dung trọng thiên nhiên, tỷ trọng (khối lượng riêng), giới hạn chảy, giới hạn dẻo, góc ma sát trong , lực dính kết, hệ số nén lún, hệ số thấm, hệ số cố kết, sức kháng cắt không thoát nước và các chỉ tiêu dẫn xuất (dung trọng khô, hệ số rỗng, tỷ lệ kẽ hở, chỉ số dẻo, độ sệt)…

4.2 Lựa chọn chỉ tiêu cơ lý

- Để có được chỉ tiêu cơ lý phục vụ cho tính toán thiết kế cần tập hợp, phân tích, thống kê các mẫu đất

- Đơn vị cơ bản để tập hợp số liệu, chỉnh lý, thống kê: là đơn nguyên ĐCCT (lớp)

- Công tác chỉnh lý và thống kê các chỉ tiêu cơ lý của đất tuân theo 20TCN 74-87

Đất xây dựng - phương pháp chỉnh lý thống kê xác định các kết quả đặc trưng của chúng

4.3 Xác định trị tiêu chuẩn và trị tính toán của đất

Lực nén P kg/cm2 Po=Pc

Hệ

số rỗ

ng

- Trị tính toán các đặc trưng vật lý của đất được sử dụng trong tính toán nền và móng và được lấy bằng trị tiêu chuẩn

đường cong nén cố kết (consolidation test)

- Xác định mức độ cố kết của đất nền thông qua quan hệ áp lực tiền cố kết và ứng suất bản thân có hiệu theo độ sâu địa tầng

- Sức kháng cắt không thoát nước của các lớp đất được xác định bằng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường và được vẽ trên biểu đồ quan hệ giữa độ sâu và sức kháng cắt của các lớp đất (có thể tính giá trị sức kháng cắt bằng thí nghiệm CPT, SPT hoặc nén 1 trục)

- Giá trị tăng sức chống cắt trong quá trình xử lý (hệ số m) được lấy bằng tang của góc ma sát của đất trong thí nghiệm nén 3 trục sơ đồ CU (có thể tính giá trị tăng sức kháng cắt bằng các công thức kinh nghiệm - xem mục 3.5)

4.4 Lựa chọn chỉ tiêu cơ lý dùng trong tính toán

A

)13 (

)(1

- Các chỉ tiêu góc nội ma sát, lực dính kết, dung trọng thiên nhiên được tính với xác suất tin cậy α = 0.95-0.98;

4.4.4 Tính nền theo khả năng biến dạng: giới hạn thứ 2

- Các chỉ tiêu góc nội ma sát, lực dính kết, dung trọng thiên nhiên được tính với xác suất tin cậy α = 0.85-0.90

4.4.5 Các chỉ tiêu đặc biệt

- áp lực tiền cố kết, chỉ số nén lún, chỉ số nở, hệ số cố kết được xác định dựa trên chùm họ đường cong nén cố kết (consolidation test) - xem các hình vẽ dưới

Hình 1: Biểu đồ quan hệ e & P Hình 2: Biểu đồ quan hệ Cv & P

Hình 3: Biểu đồ quan hệ Pc và Po với độ sâu Hình 4: Biểu đồ Cc với độ sâu

- Sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu bão hoà nước dùng trong tính toán

được lấy theo kết quả thí nghiệm cắt cánh (SU) sau khi đã hiệu chỉnh theo chỉ số dẻo (hiệu chỉnh Bjerrum) Cũng có thể xác định sức chống cắt không thoát nước theo giá trị SPT (theo Tezaghi): Su=N30/16); hoặc theo giá trị sức kháng xuyên tĩnh: Su = qc –σ0 /10 mũi côn đơn giản và Su = qc –σ0 /15-18 mũi côn có áo bọc (theo 20TCN-174-89)

- Tính hệ số tăng sức kháng cắt không thoát nước của nền đất được cố kết dưới tải trọng nền đường (m):

Dưới tác dụng của tải trọng do nền đắp làm cho đất nền được cố kết Tính tăng sức chống cắt của nền đất yếu dưới nền đắp theo công thức sau:

Δc=Δσ.m.U (14) Trong đó: Δc : độ gia tăng sức chống cắt của đất yếu dưới tác dụng của tải trọng nền đắp (kG/cm2

), Δσ ; m: hệ số tăng sức chống cắt (không thứ nguyên), U: độ cố kết của nền đất yếu tại thời điểm tính toán (%)

Hiện nay việc tính hệ số tăng của sức chống cắt (m) có nhiều phương pháp tính khác nhau và kết quả cũng khác nhau Cách tính dựa theo các kết quả nghiên cứu

của Skempton và Ladd đã đưa được đầy đủ, rõ ràng các nhân tố ảnh hưởng trực tiếp

đến cường độ kháng cắt không thoát nước của đất vào trong công thức

Về bản chất, cường độ kháng cắt không thoát nước của đất (CU) phụ thuộc vào bản thân cốt liệu đất - chỉ số dẻo (PI), ứng suất tác dụng lên hạt đất (ứng suất có hiệu,

σ0'), ứng suất lớn nhất tồn tại trong lịch sử (áp lực tiền cố kết, σ'c) Bản thân cốt liệu

đất sẽ quyết định hệ số tăng CU, hệ số m, cụ thể:

Lựa chọn hệ số (m) từ 3 kết quả của 3 phương pháp tính như sau:

• Dựa vào chỉ số dẻo của đất

m = 0.11+0.0037.(PI) (18)

• Dựa vào thí nghiệm cắt cánh hiện trường hoặc thí nghiệm nén ba trục sơ đồ

UU hay thí nghiệm nén 1 trục nở hông, cùng với các thông số về áp lực địa tầng có hiệu (σ’o), và áp lực tiền cố kết (σ’c)

Một số công thức kinh nghiệm xác định hệ số ép nén & sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu loại sét

Bảng 6

C c = 0.007 (LL-7) skempton (1994) Đất loại sét không nguyên trạng

Cc = 1.15 (e0-0.27) Nishida (1956) Tất cả các loại sét

Cc = 0.30 (e0-0.27) Hough (1957) Đất hữu cơ, than bùn, bụi hữu cơ, đất sét

Cc = 0.115 W Đất hữu cơ, than bùn, bụi hữu cơ, đất sét

Su= qc-σ0/10 20TCN-174-89 Đất loại sét

Su= qc-σ0/15-18 20TCN-174-89 Đất loại sét

Bảng 7: Các chỉ tiêu cơ lý đặc tr−ng của lớp dùng trong tính toán STT chỉ tiêu tính toán Ký HIệU ĐƠN Vị chuỗi thí nghiệm

B Một số giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu

trong quá trình xây dựng đường

1 Tổng quan về các giải pháp xử lý nền

Trong 3 thập kỷ gần đây các kỹ thuật gia cố nền mới đã được phát triển với tốc độ rất mạnh mẽ Nhiều giải pháp xử lý nền đất được hoàn thiện và phát triển Có thể chia các giải pháp xử lý nền đất yếu thành 3 nhóm giải pháp sau:

• Các kỹ thuật gia cố đất tạm thời ;

• Các kỹ thuật gia cố nền mà không cần bổ sung bất kỳ vật liệu nào ;

• Các kỹ thuật gia cố nền đất yếu với các thành phần phụ

1.1 Các kỹ thuạt gia cố nền đất tạm thời

• Hạ thấp mực nuớc ngầm

• Đóng băng nền đất

1.2 Các kỹ thuật gia cố nền mà không cần bổ sung bất kỳ vật liệu nào

• Đầm bề mặt : sử dụng có hiệu quả nếu đất đầm theo từng lớp với các thiết bị máy đầm bánh trơn, bàn rung;

được sắp xếp lại trong trạng thái chặt hơn

- Trong trường hợp đất yếu làm tăng đáng kể tốc độ cố kết so với các phương pháp khác như như PVD hay trụ thoát nước

• Đầm bằng quả nặng: Đầm bằng va đập bao gồm việc tạo ra các nhát đập mạnh vào dất trong quãng thời gian ngắn, với quả nặng từ 400-1000KN và các nhát đập được gây ra bằng cách cho quả nặng rơi từ độ cao từ 10-40m

hưởng và mức độ cải thiện tính chất đất đá phụ thuộc và loại đất, chế độ nước ngầm và năng lượng va đập; có thể xác định theo công thức

D= K x (W.H)1/2

Trong đó : D độ sâu ảnh hưởng tối đa;

W trọng lượng quả năng, tấn ;

H độ cao rơi của quả nặng ;

K : hệ số chiết giảm phụ thuộc vào hàm lượng hạt sét, độ ẩm và sự không

đồng nhất của đất

• Gia cố bằng nhiệt: gia nhiệt đất hạt mịn đến nhiệt độ thích hợp có thể làm giảm độ nhạy với nước, tính trương nở, tính nén lún và tăng cường độ của đất nền Phương pháp bao gồm việc phun hỗn hợp khí rất nóng vào đất qua một ống dẫn có khoan các lỗ nhỏ Với nhiệt độ >1000o

c gây ra sự xi măng hoá nhân tạo của các hạt cát cùng với sự tăng sức kháng cắt Kỹ thuật này đòi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng Gia nhiệt đất để xử lý đất ô nhiễm cho phép đào thải các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

• Điện thấm : 2 điện cực được đưa vào đất và khi nối với nguồn điện 1 chiều thì nước lỗ rỗng từ cực dương tới cực âm Do hiệu ứng vật lý này, khu vực ở gần cực dương có áp lực nước lỗ rỗng sẽ mở rộng dần theo thời gian và độ bền của đất sẽ tăng do hệ quả của sự cố kết còn độ nén lún của đất thì giảm

• Đầm chặt sâu bằng rung động: Một thanh thép được đưa đến độ sâu qui định

và một máy rung tạo ra dao động theo phương ngang và phương đứng làm cho đất nền được đầm chặt trong khi thanh thép được rút dần lên

Dòng chảy

1.3 Các kỹ thuật gia cố nền đất yếu với thành phần phụ

• Sử dụng vật liệu nhẹ: vật liệu nhẹ được sử dụng trong xây dựng đường ở những năm gần đây Các vật liệu nhẹ có các tính chất sau :

- Khối lượng nhẹ ;

- Tính chất cơ học tốt, bền hoá học và làm lạnh đất;

- Không có phản ứng với BT và BTCT ;

- Dễ thi công lắp đặt ;

- Không gây ô nhiễm nước dưới đất

Việc phát triển POLYSTYRENE là công nghệ có tính hiện thực cho đất yếu đã áp dụng thành công ở NA-UY (Frydenlund and Aaboe, 1994)

• Bơm phụt vữa để làm chặt đất ;

• Vải địa kỹ thuật ;

• Đất có cốt;

• Cọc tiết diện nhỏ;

• Neo ép;

• Neo đất;

• Công nghệ sinh học để gia cố đất

2 Một số giải pháp xử lý nền đất yếu sử dụng phổ biến ở việt nam 2.1 Đắp trực tiếp trên nền đất yếu - không xử lý nền

2.1.1 Khái niệm: Đắp đất mà không phải sử dụng các giải pháp xử lý nền

2.1.2 Điều kiện sử dụng

- Phía trên lớp đất yếu có lớp vỏ sét, hoặc chiều đầy đất yếu mỏng hoặc chiều cao

đắp thấp (thường <2.0m);

2.1.3 Những lưu ý trong khi thiết kế, thi công

- Phải tính chiều cao đắp giới hạn (Hgh)

- Khi tính toán ổn định và độ lún dư phải đạt các yêu cầu của qui trình hoặc hướng dẫn kĩ thuật (Sr; hệ số ổn định Fs)

- Phải có tầng đệm thoát nước (đệm cát dầy 0.50m, bấc thấm ngang)

2.1.4 Sự cố khi đắp trực tiếp trên nền đất yếu - nền đường sắt cầu Hμm Rồng km169+215 - km170+200 (năm 1962)

- Địa tầng: Lớp vỏ sét dẻo cứng dầy 0.50-1.50m (phân bố không liên tục); tiếp là

bùn sét lẫn hữu cơ, dầy 8.50-13.50m (góc ma sát trong 50

30’, lực dính C = 0.06 Kg/cm2

); dưới cùng là sét, sét pha màu nâu, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng

- Quá trình thi công: Đắp liên tục đến độ cao 3.50-4.50m (trên nền đường cũ);

- Sự cố: khi đắp đến cao độ thiết kế thì 5 đoạn nền đường bị trượt trồi, nền đắp bị

đánh tụt xuống, một số ao và nhà gần đường bị đẩy lên cao hơn 1.0m

- Nguyên nhân: Không tính chiều cao đắp giới hạn, tốc độ đắp, do vậy khi đắp đến chiều cao 3.50m-4.50m, nền đất phía dưới không đủ khả năng chịu tải nền đắp, dẫn đến nền đường bị đẩy trồi

2.2 Vét bỏ một phần (hoặc toàn bộ) lớp đất yếu

2.2.1 Khái niệm

Vét bỏ một phần hoặc toàn bộ tầng đất yếu sẽ thay bằng đất tốt (cát hoặc đá…) có lợi về mặt ổn định và giảm độ lún Dùng cọc tre, cọc cừ tràm coi như thay 1 phần đất yếu

2.2.2 Điều kiện ứng dụng

- Nền đất phía trên không có lớp vỏ sét (hoặc lớp vỏ quá mỏng thường <1.0m)

- Đất yếu có bề dầy nhỏ (thường <5.0m)

- Chiều sâu thay đất thường < 3.0m (có khi 4.0m hoặc lớn hơn)

2.2.3 Những lưu ý trong khi thiết kế thi công

- Tính ổn định và chiều cao đắp giới hạn (Hgh)

- Tạo mặt bằng để sau khi đào đến đâu thay đất đến đó

- Có thể đắp gia tải để giảm thời gian chờ nền đất lún

2.3 Phương pháp gia tải, có hoặc không có bệ phản áp

2.3.1 Khái niệm

- Dùng tải trọng đất đắp lớn hơn tải trọng thiết kế để làm giảm hoặc loại trừ độ lún dư dưới tải trọng thiết kế

- Thường dùng gia tải kết hợp với các giải pháp xử lý nền khác như: thoát nước thẳng đứng (PVD, SD, SCP…)

2.3.2 Điều kiện sử dụng

- Chiều dầy tầng đất yếu mỏng

- Thời gian gia tải đủ dài (1.5-2.0 năm); nếu thời gian < 1 năm sẽ ít tác dụng

- Tầng đất có hệ số cố kết lớn (đất cát pha hoặc đất cát bụi lẫn sét); với đất yếu loại sét thì giải pháp này ít tác dụng

2.3.3 Những lưu ý trong khi thiết kế vμ thi công

- Phải tính ổn định và chiều cao đắp giới hạn (F, Hgh)

- Phải có lớp đệm cát thoát nước dầy > 50cm

- Hạn chế dùng lu rung

2.3.4 Sự cố trượt nền đất khi gia tải tại Km121+325 -Km121+450, Quốc lộ 1A

đoạn Hμ Nội - Lạng Sơn

- Chiều cao nền đắp: 2.0m+2.50m gia tải

- Địa tầng: Lớp vỏ sét dẻo cứng dầy 0.50-0.80m; nằm ngay dưới là lớp bùn sét lẫn

- Giải pháp xử lý: Đắp liên tục đến độ cao thiết kế và gia tải, không xử lý nền

- Sự cố: Tháng 17/3/1999, khi đắp đến cao (4.25m) thì 1 đoạn nền đường từ km121+325-km121+450 bị xé làm đôi, với vết nứt sâu tới 2.80m và rộng 0.80-1.0m, đẩy nền ruộng lên cao 1.0-1.50m, rộng 8.0-10.0m

- Nguyên nhân: Không tính chiều cao đắp giới hạn; không quan trắc lún và chuyển vị;

- Nhà thầu bịt không cho nước thoát ra lớp đệm cát và chảy sang hai bên

đất yếu dầy hơn 15.0m, có khi tới 37.0m (như nền bãi hàng công trình Cái Mép - Thị Vải) Bấc thấm đã được dùng tại một số công trình như sau:

- QL1A đoạn Bắc Giang - Hà Nội: 10,42km; khoảng cách 1.30x1.30m, sâu 15.0m, chiều cao đắp phổ biến 2.5-5.0m (cá biệt He=9.0m tại cầu Đáp Cầu) chất tải 1.0-1.50m Đoạn Pháp Vân - cầu Giẽ: 12,20km; khoảng cách 1.20-1.50m, độ sâu: 8.50-18.50m, chiều cao nền đắp 2.0-6.0m, gia tải 1.0-1.50m

8 Quốc lộ 5: >10km Đặc biệt đoạn cầu Đồng Niên và Phú Lương: He=9-11m, PVD: sâu 19m Lún lớn nhất đo được 2.372m (sau khi thi công mặt và đưa vào khai thác nền đường còn lún thêm khoảng 1.0m);

- Quốc lộ 18: gói thầu 1 và gói thầu 3 (đầu cầu Phả Lại);

- Quốc lộ 10: 36.50km Chiều cao nền đắp phổ biến 2-3.0m, PVD 6)m, phạm vi nền đường, phạm vi đầu cầu: PVD (1.3x1.3)x(14-25)m

(1.3x1.3)x(5 Nền đường tuyến Quản Lộ - Phụng Hiệp, tuyến N2 và nhiều tuyến đường khác tại miền Nam…

Hình 5: sơ đồ xử lý nền đất yếu bằng PVD + gia tải

2.4.2 Điều kiện sử dụng

- ứng dụng để xử lý tầng đất yếu (có thể xử lý tầng đất yếu chứa hữu cơ nhưng không phải đất dạng than bùn) Độ sâu xử lý hiệu quả nhất thường < 15.0m kết hợp với gia tải;

- Để bấc thấm phát huy hiệu quả thì:

Trong đó: các kí hiệu trên lần lượt là: áp lực bản thân của tầng đất yếu, áp lực do tải trọng ngoài và áp lực tiền cố kết

- Để bấc thấm phát huy hiệu quả phải kết hợp PVD+Gia tải, hoặc PVD+hút chân

) 23 (.

) 5 1 2 1

lg(

lglg(

)

) >

+

ư+

=

ư vz z vz

pz z

vz

σσσ

σσ

ση