Tinh toán 6n định công trình nền đường dẫn trong các điều kiện làm việcbang phần mém GEO SLOPE ...-- - ¿2E SE SE2E2E+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrrrered 624.5 Tính toán tìm độ lún khi chưa
TONG QUAN VE GIẢI PHÁP XỬ LÝ NEN BANG TRU DAT XI MANG
1.1 Tổng quan về hiện tượng lún đường dẫn vào cau
Nền dap cao là loại hình ta thường gặp trong các công trình xây dựng dân dụng, giao thông, trong đầu tư xây dựng các công trình tại khu vực tỉnh Sóc Trăng, số lượng công trình xây dựng trên nền đất yếu đã gia tăng nhanh chóng, do địa hình địa mạo trong khu vực khá phức tạp, các tầng địa chất các lớp đất yếu nằm xem kẽ nhau, bên cạnh đó những thiếu sót của công tác khảo sát, thiết kế hoặc thi công dẫn đến một số đường dẫn vao câu bị lún trong suốt quá trình thi công, bảo hành và sau khi hoàn thành đưa vào sử dụng, hiện tượng lún đường dẫn vào cầu xảy ra hầu như trên toàn quốc, gây khó khăn nguy hiểm cho phương tiện tham gia lưu thông, công tác duy tu bảo dưỡng khắc phục rất khó khăn và tốn kém do nên đất lún, bị biến dạng không kiếm soát được, đôi khi các sự cô lún này dẫn đến các hậu quả chưa thé lường trước được.
Lun nền đường dau cầu dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường va m6 cau, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc tuyến đường, thậm chí tạo thành những hồ (rãnh) lún sâu sát mồ cầu Hiện tượng này gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông làm mất an toàn giao thông và làm tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng công trình. Ở Cộng hòa Pháp, đã có những nghiên cứu đánh giá về xử lý đoạn đường đắp cao đầu cầu nhằm đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng, đảm bao an toàn giao thông, bảo vệ 6n định nền đường đắp cao đầu cầu và bảo vệ công trình câu.
Sau các nghiên cứu, đánh giá, các chuyên gia đưa ra nhận định về những nguyên nhân có thé gây lún nền đường đắp cao kề giáp với mồ cau Cụ thé là do lún nên đất tự nhiên; Lin do chính bản thân nền đắp; Lin do sự khó khăn trong đầm nén đất dap sát mô và tường cánh dẫn đến hậu quả sau một vai năm khai thác đã xuất hiện lún gây ra sự chênh lệch cao độ giữa mặt đường và bản quá độ của công trình cầu.
Tại Cộng Hòa Liên Bang Đức, người ta không quá quan tâm đến mức độ chênh lệch lún giữa nên đường va cầu nhưng yêu cầu phải gia tải trước đoạn nền đường đầu cau, công rất nghiêm ngặt, khống chế cả độ lún có kết và lún từ biến.
Trong “Quy phạm xây dựng đường trên đất yếu” ban hành năm 1990 của BộGiao Thông Vận Tải Đức đã quy định về việc gia tải trước như sau: Chiều cao gia tải trước và thời gian tác dụng phải bảo đảm trong suốt thời kỳ vận hành khai thác đường không làm cho đất yếu phải chịu tải quá tình trạng ban đầu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng xe chạy.
1.2 Đánh giá nguyên nhân hiện tượng lún đường dẫn vào câu
Do địa hình chung trong đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Sóc Trăng nói riêng, với hệ thống sông ngòi chang chit, được sự quan tâm của Dang và Nhà nước, các chương trình xóa cầu khi, đường ô tô đến trung tâm xã đã được khởi động, rất nhiều cây cầu đã được đầu tư xây dựng góp phần phát triển kinh tế trong khu vực, nâng cao dân trí, lưu thông trao đôi hàng hóa và từng bước hoàn thiện mạng lưới giao thông trong khu vực.
Với tầng địa chất phức tạp, phần nhiều các đường dẫn vào cầu đều xây dựng trên nền đất yếu, theo thống kê năm 2008 của Sở Giao thông Vận tải tỉnh Sóc Trăng có tong số 43 cây cau trên địa bàn tỉnh bị lún đường vào cau phan tiếp giáp với mồ cau, trong đó các cầu phải bù lún hàng năm như cầu Mỹ Thanh 2 năm trên tuyến Quốc lộ nam Sông Hau, cầu Tân Thạnh, cầu Đại Ngai, cầu Rach Mop, cau Khanh Hung, cau Kinh Xáng hang năm phải bù lún từ 4 - 7em, riêng cầu Kinh Xáng hiện tượng lún xảy ra hàng năm, có năm phải thực hiện bù lún đến 02 lần.
Hiện tượng lún đường dẫn vào câu có thé do các nguyên nhân chủ yếu sau:
+ Do công tác khảo sát địa chất công trình chưa chính xác so với thực tế.
+ Do nhà thầu tư vẫn chưa tính toán đúng về độ lún.
+ Do nhà thầu thi công.
1.3 Một số phương pháp xử lý nền dat yếu.
Xử lý nên đất yếu mục đích làm tăng sức chịu tải cua nên đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nên đất yếu như: Giảm hệ số rong, giảm tính nén lún, tăng độ chat, tăng trị số modun bién dang, tăng cường độ chống cắt của đất Việc xử lý nên đất yếu còn làm giảm tính thâm của đất, đảm bảo 6n định cho khối đất đắp, Các biện pháp xử lý nền thông thường được áp dụng [1].
- Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chân động, phương pháp làm chặt băng giếng cát, các loại trụ (trụ cát, trụ đất, trụ voi ), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát
- Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bắc thấm, điện thấm
- Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bang xi mang, vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa
Sau đây là phương pháp xử lý nền đất yếu băng trụ đất xi măng dé tăng cường tính ồn định, cường độ chịu lực cho nên đường dẫn vào cầu.
1.3.1 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng
Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng xi măng hoặc chất liên kết vô cơ tương tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hăn đất không gia cố.
Phương pháp hình thành trụ trộn đất với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều đất với vật liệu kết dính.
Trường hợp đắp đất trên nên đất yếu, cần phân biệt trường hợp nền đắp sử dụng trụ xI măng đất có hoặc không có lớp đệm vải địa kỹ thuật đầu trụ và trường hợp có mũ (đầu trụ xi măng đất có bản đáy cứng như móng céng v.v Bản đáy cứng, vải địa kỹ thuật được bồ trí bên trên dau trụ giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống tru và ôn định trượt cho mái taluy Trụ đất xi măng truyền tất cả tải trọng xuống tang dat chịu lực Phương pháp này giảm lún cho nên đường và giảm sự lún lệch giữa các trụ, vừa dam bảo Ổn định trượt và 6n định tong thé [2]. ee {Ằđ@ẮẶ————
1[ZL“#VẢI ĐỊA KY THUAT |+ + + + + NSS,
-t+ + TF +], + +Tl+ T+ TR HH + FS
TẦNG ĐẤT YẾU“ ~] ——-||FE ——l||— Al ER -l| —— |Í[—E — — — — — a Vv wv L) * -
Hình 1.1: Trường hợp dap đất trên nền đất yếu gia cô tru đất xi măng có lớp đệm vải địa kỹ thuật đầu trụ.
Quá trình ninh kết hỗn hợp đất — xi măng sẽ phát sinh nhiệt, một phần nước xung quanh sẽ bị hút vào quá trình thuỷ hoá, một phan nước khác sẽ bi bóc hơi do nhiệt.
Hiện tượng này làm cho đất xung quanh trụ tăng độ bền hơn trước Trụ đất trộn ximăng là loại trụ mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự nhiên.
CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN TRỤ DAT XI MĂNG 2.1 Khái niệm về trụ đất xi măng
Trụ đất xi măng (hay còn gọi là cột đất xi măng trụ đất xi măng) (Deep soil mixing columns, soil mixing pile).
Về van dé tên gọi là “cột” hay “trụ” thì hiện nay có hai trường phái:TN
- Trường phái 1 ở châu A (học viện kỹ thuật châu A A.I.T, Trung Quốc v.v ) thì gọi tên là “trụ” xi măng - đất.
- Trường phái thứ 2 gồm các nước Mỹ, Nhật, châu Âu v.v thì gọi là “cột” xi măng - đất.
Riêng ở Việt Nam có người gọi là “trụ” xi măng - đất, người thì gọi là “cột” xi măng - đất [8].
Trụ đất xi măng là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nên đất bởi thiết bị khoan phun Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia có thì quay ngược lại và dịch chuyền lên Trong quá trình dịch chuyền lên, xi măng được phun vào nên đất (bang áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt) là trụ hình trụ được tạo ra băng phương pháp trộn sâu. Ở Việt Nam hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công tru đất xi măng là công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay Jet-grouting) là công nghệ của Nhật Bản: Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất phụ gia và Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất phụ gia Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) sẽ có thiết bị và dây chuyên thi công kỹ thuật, thi công phun (bơm) trộn hợp khác nhau: có thé làm vỡ đất và trộn bang bơm tia vữa áp lực cao hoặc bang thiết bị cơ khí (cánh trộn) kết hợp tia vữa Tuy nhiên do thiết bị thay thé dat đỏ chủ yếu nhập từ nước ngoài về cũng như các thiết bị công nghệ tại Việt Nam nên khuôn khổ luận văn chủ yếu nghiên cứu về công nghệ Jet Grouting.
2.2 Nguyén ly tinh toan thiét ké Hiện nay có 3 quan điểm tinh toán trụ đất xi măng:
- Quan điểm xem trụ đất xi măng làm việc như trụ.
- Quan điểm xem các trụ và đất làm việc đồng thời.
- Một số các nhà khoa học lại đề nghị tính toán theo cả 2 phương thức trên nghĩa là sức chịu tải thì tính toán như "tru" còn bién dang thi tính toán theo “nên”.
Sở di các quan điểm trên chưa thống nhất bởi vì bản thân van dé phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm còn hạn chế Có người đề xuất cách tính toán như sau:
+ Tính sức chịu tải của một trụ như trụ cứng.
+ Tính số trụ cần thiết (Căn cứ lực tác dụng, khả năng chịu tải của đất móng giữa các trụ).
+ Tùy thuộc tý lệ diện tích thay thế giữa trụ và đất để tính toán tiếp - Nếu tỷ lệ này >20% thì coi khối đất và trụ là một khối và tính toán như một khối móng quy ước.
- Ngược lại thì tính toán như móng trụ.
Với mỗi quan điểm tính có phương pháp tính khác nhau Ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã phát triển một số phương pháp tính toán trụ đất xi măng như: tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất xi măng Việt Nam; tính toán theo tiêu chuẩn gia cố tru đất - vôi - xi măng Châu Âu; phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ; tính toán theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất — xi măng Thượng Hải — Trung Quốc; phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện kỹ thuật Châu Á Ở luận văn này tác giả xin đơn cử một số quan điểm tính toán trụ đất xi măng cụ thể như sau:
2.2.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ 2.2.1.1 Đánh giá ốn định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới han 1 (cường độ) - Dé móng tru đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Nội lực lớn nhất trong một trụ: Nmax< " s
+ Mô men lớn nhất trong một trụ: Mmax< [M] của vật liệu làm trụ.
+ Chuyén vị của khối mong Ay < [Ay]
Qui: sức chịu tải giới han của trụ đất xi măng
[M]: Moment giới hạn của trụ đất xi măng.
Fs: là hệ số an toàn 2.2.1.2 Đánh giá On định của trụ đất xi măng theo trạng thái giới han 2 (biến dạng)
Theo điều kiện tính toán này đảm bảo cho móng trụ không phát sinh biến dạng và lún quá lớn XSi < [S] (2.2) Trong đó
[S] : độ lún giới hạn cho phép
S; : độ lún tông cộng của móng trụ
Nói chung trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa rõ ràng, chính vì lý do đó mà ít được dùng trong tính toán.
2.2.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương
Nền trụ và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ @ia, Cia, Era được nâng cao Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích trụ đất xi măng thay thế trên điện tích dat nên.
Acol
Otd = As(col + (1 - As) Psoil (2.4) Cha = asCcoI + (1 - as)C soil (2.5) Eta = asEcot + C1 - as) Esoit (2.6) Trong đó: as : Diện tích tương đối của trụ đất xi măng (tỉ lệ bó trí trụ đất xi măng)
Ecol, Ceol, @coi, Acot : M6 dun đàn hồi, lực dính, góc nội ma sát và diện tích của trụ dat xi măng.
Esoi, Csoil, soil, Asoi: Mô dun dan hồi, lực dính, góc nội ma sát và diện tích vung đất yếu cần được gia cô xung quanh trụ đất xi măng.
Era, Củ, Ota: Mô dun đàn hồi, lực dính, góc nội ma sát tương đương của nên đất yếu được gia cô.
Từ kết quả thí nghiệm nén đơn mẫu đất trộn xi măng trong phòng ta có công thức quy đổi [9]: col = ( 20°- 309) (2.8) Ecot = (100 — 300) qu (2.9)
Với qu : cường độ kháng nén đơn mẫu đất trộn xi măng thí nghiệm trong phòng.
Theo phương pháp tính toán nay, bài toán gia cô đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra: tiêu chuẩn về cường độ va tiêu chuẩn vẻ biến dạng.
2.2.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á (AIT)
2.2.3.1 Khả năng chịu tải của trụ đơn
Khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn của trụ đơn trong đất sét yếu được quyết định bởi sức kháng của đất sét yếu bao quanh (đất phá hoại) hay sức kháng cắt của vật liệu trụ (trụ phá hoạn), theo tài liệu của D.T.Bergado[8].
Quit.soil = (tdLcol + 2.25”) Cu.soil (2.10)
+ Cusoil: độ bền chống cắt không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh, được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm xuyên côn.
Khả năng chịu tải giới han ngắn ngày do trụ bi phá hoại ở độ sâu z, theo Bergado:
Qult.col = Acol (3.5Cu.col + Kboh) (2.11)
Kp: hệ số áp lực bị động: Ky = 3 khi @uIt.coI = 30°
2.2.3.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ
Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ đất xi măng được tính theo công thức:
Quit.sroup = 2Cu.col-H (B + L) + K.Cu.soii.B.L (2.12)
B,L,H- chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm trụ xi măng — dat. k = 6: khi móng hình chữ nhật. k = 9: khi móng hình vuông, tròn.
Trong tính toán thiết kế, kiến nghị hệ số an toàn là 2.5 (theo D.T.Bergado).
2.2.4 Tính toán biến dạng Độ lún tong cộng cua gồm 2 thành phan là độ lún cục bộ của khối được gia cố (Ahi) và độ lún của đất không 6n định năm dưới khối gia cỗ (Ahs) Có 2 trường hợp xảy ra [10].
Truong hợp A: tai trọng tác dụng tương đối nhỏ và trụ chưa bị rão.
Trường hợp B: tải trọng tương đối cao và tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão của trụ.
Các nghiên cứu chỉ ra rang trụ và đất không gia cố giữa các trụ biến dạng như một đơn nguyên va sự co ngăn dọc trục trụ tương ứng với độ lún của đất xung quanh.
Khi cùng biến dạng tương đối, ứng suất dọc trục trụ được biểu thị: o,, =8 = 1 (2.13) A a, E , +(l—a, )E col soil
Trong do : q - áp lực tiếp xúc trung bình;
: 7Í d 2 as - diện tích tương đôi của trụ; 4s = 4 "
Esoil, Eco! - mô dun biên dạng cua dat bao quanh va vật liệu tru. ơ :
Hình 2.1: Sơ đồ tính tỉ số diện tích thay thé as.
* Trường hợp A Độ lún cục bộ phan tru dat xi mang h; được xác định theo gia thiết độ tăng ứng suất q không đổi suốt chiều cao khối và tải trong trong khối không giảm:
A, q Ah, = b 2.14 ! ae: + (I-a)E ' ) col soil Độ lún của lớp đất yếu bên dưới đáy khối gia cô được tính toán theo phương pháp cộng lớp phân tố với công thức sau: (trường hop tông quát)
Trong đó: hj - bề dày lớp đất tính lún thứ i. coi - hệ số réng của lớp đất I ở trạng thái tự nhiên ban dau.
Cri - chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.
Co - chỉ sô nén lún hay độ doc của đoạn đường cong nén lún. ỉ`vo - ứng suất nộn thăng đứng do trọng lượng bản thõn cỏc lớp đất tự nhiờn năm trên lớp i
Ao’y - gia tăng ứng suất thăng đứng.
G”p - Ung suât tiên cô kết.
Tỷ số giảm lún 6 là tỷ số giữa độ lún tong cộng ở dưới đáy khối đã được gia cố với độ lún khi không có trụ đất xi măng và được tính theo quan hệ sau:
= Ld fe pc oe ee | | d-idzi-Ld~4-i-l-)
Hinh 2.2: M6 hinh tinh lun truong hop A.
* Truong hop B Trong trường hop này, tải trọng tac dung quá lớn nên tải trong doc trục tương ứng với giới han rao Tải trọng tac dụng được chia ra làm 2 phan, phan q1 truyền cho trụ và q2 truyền cho đất xung quanh Phan qj được quyết định bởi tải trong rao của trụ và tính theo biểu thức: n.A., Oo col creep
Giá tri q1 có thé được xác định gần đúng như sau:
4 = với c là khoảng cách trụ
Cc Độ lún cục bộ phan tru tinh theo biểu thức:
Ahi= in (2.18)Ah. k col Độ lún ha dưới đáy khối gia cố được tính cho cả q1 và q2, với giả thiết tải trong q¡ truyền xuống dưới đáy khối gia cố, tải trọng q2 tác động lên mặt.
BAT SET YEU 2 cor đất xì nies
Tai wane ry li Ông cpa tt SET _
[i TIẾP, a + + + + ‘ + % a) Tai trọng truyền cho cọc b) Tai trong truyền cho dat
Hinh 2.3: M6 hinh tinh lun truong hop B.
2.2.5 Tinh toán các thông số trụ dat xi mang
Chiều dài, đường kính cũng như mật độ trụ gia cố được xác định theo điều kiện sức chịu tải và điều kiện biến dạng lún của hệ trụ, các tiêu chuẩn về khống chế biễn dạng lún của công trình trong giới han cho phép sao cho khi được xử lý hệ kết cầu làm việc đảm bảo các tiêu chuẩn cho phép theo quy định hiện hành đối với móng, mặt đường cứng hay mềm Trong luận văn này, tác giả khống chế đường kính trụ đất xi măng và chiều dai trụ đất xi măng ở một giá trị nhất định, sau đó thay đối khoảng cách bồ trí trụ đất xi măng một cách hop lý nhằm thỏa mãn yêu cau độ lún nền đường dẫn sát mồ câu.
> Xác định khoảng cách giữa các tru
Xét theo quan điểm kinh tế, khoảng cách giữa các trụ liền kể cảng lớn thì giá thành của phương án xử lý sẽ càng rẻ Do vậy khoảng cách giữa các trụ liền kể phải được tính toán thiết kế cho phù hợp, Có nhiều hình thức bồ trí trên mặt bang như có thể đơn cử hai hình thức bố trí trụ điển hình như sau :
——=@®——@——@_—~ —E ee a) Bố tri theo lưới 6 vuông b) Bố trí theo lưới tam giác
Hình 2.4: Các phương pháp bó trí trụ đất xi măng nên đường dẫn.
Khoảng cách giữa các trụ được xác định theo công thức tham khảo tài liệu BS8006:1995 [11] như sau:
Bồ trí hình vuông: sĂ ép (2.19)
Bồ trí hình tam giác: ơ 2.204 Op ° [errata “ấu
S: Khoảng cách giữa các tru.
Q;: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cột fps: hệ số riêng phân đối với trọng lượng dat fis= 1.3 fy: hệ số riêng phân đổi với tải trọng ngoài fy = 1.3 H: chiều cao nên đắp (m). q: ngoại tải tac dụng (kN/m2). y: dung trọng dat dap (KN/m3).
> Phạm vi bồ tri nhóm tru:
THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XI MĂNG THÍCH HỢP VÀ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN TRỤ ĐẤT XI MĂNG
Mục đích của nghiên cứu của chương nhằm xác định các chỉ tiêu cơ lý của nền đất cho các mẫu nguyên trang, để xác định hàm lượng xi măng can thiết để khi thi công trụ đất xi măng đảm bảo đạt cường độ thiết kế, trước tiên phải lấy mẫu đất hiện trường trộn thử với xi măng với các hàm lượng khác nhau để xác định hàm lượng xi măng trộn thích hợp Các mẫu thử sẽ được thí nghiệm nén nở hông để xác định cường độ kháng nén sau khi trộn 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày, từ đó xác định cường độ chịu nén đơn của đất gia cô xi măng qu từ các vật liệu dự kiến sử dụng phục vụ thi công trụ đất xi măng trong gia cố nên đất yếu khu vực xây dựng cầu Ông Điệp.
Công trình cầu Ông Điệp thuộc Dự án đường tỉnh 934, cầu năm trên địa bàn huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng (các thông tin liên quan đến công trình được trình bày chỉ tiết tại Chương 4).
3.1 Phòng thí nghiệm: Phòng thí nghiệm Cơ lý đất và vật liệu xây dựng thuộc Trường Đại học Cần Tho, mã số LAS-XD124.
3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nền
Mau đất được lấy từ hiện trường khu vực cầu Ông Điệp vẻ phòng thí nghiệm, có độ sâu lớn hơn 4 m, được bảo dưỡng ở điều kiện tự nhiên, nước được lay tại vị trí lay mẫu dùng dé trộn mẫu và bảo dưỡng mẫu.
Xác định các chỉ tiêu cơ lý của nên đất, Khối lượng riêng hạt, Độ âm tự nhiên, Khối lượng thé tích tự nhiên, Giới hạn chảy , Giới hạn dẻo, Độ rỗng, Hệ số lỗ rỗng tự nhiên, Góc nội ma sát, Hệ số nén lún, Hệ số cô kết, Áp lực tiền cố kết, Ham lượng hữu cơ, Module tổng biến dạng
3.3 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn xi măng 3.3.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm bao gồm:
Khuôn để chuẩn bị mẫu thí nghiệm Ở đây khuôn là ống nhựa cứng PVC, đường kính trong d = 50mm, chiều cao h = 100mm Khuôn được làm sạch;
Cân điện tử, thước đo điện tử, dao vòng, tủ sây (xem Hình 3.1);
Xô chứa dat, bao ni lông, xẻng xúc dat, vai bô;
Máy nén nén đơn không hạn chế nở hông (xem Hình 3.2);
Máy trộn mẫu đất - xi măng (xem Hình 3.3).
Hình 3.1: Dụng cụ thí nghiệm.
Chuẩn bị xi măng Holcim PC40;
Nhớt dé làm trơn mặt trong ống mẫu;Nước được lấy tại vị trí lẫy mẫu dé thêm vào hỗn hợp đất và xi măng trong quá trình chế bị.
3.3.2 Các đặc trưng co lý của đất, xi măng, nước làm thí nghiệm Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất tự nhiên trước khi làm thí nghiệm
TT Các chỉ tiêu hiệu Đơn vị| Giá trị
| Độ am tự nhiên Wil % 38.0 2 Dung trọng tự nhiên vw | KN/m 17.9
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của xi mang
STT Tên chi tiêu Kết quả thử mẫu
| Khối lượng riêng (g/cm?) 3.02 2 Khối lượng thể tích (g/cm?) 1.05 3 Độ déo tiêu chuan,% 26.0 4 Thời gian bắt đầu đông kết, phút 145 5 Thời gian kết thút đông kết, giờ 3h56”
6 Độ ổn định thể tích 0.17
7 Độ nghiên min, phan còn trên sang, 081
8 Cường độ chịu nén ở tuổi 3 ngày, N/mm? l6 9 Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày, N/mm? 40
- Nước làm thí nghiệm lấy tại hiện trường lúc lay mẫu đất tự nhiên, các chỉ tiêu cơ lý của nước lẫy làm thí phải đảm bảo TCVN 4506: 2012 [16].
Bảng 3.3: Các chỉ tiêu của nước theo TCVN 4506: 2012
Số TT TCVN 4506: 2012 ° Chỉ tiêu xác định Đơn vị Bảng 2 l Màu sắc Mức độ Không có màu 2 Váng dầu mở Mức độ Không váng dầu
Tổng lượng cặn không tan,
5 Tổng lượng muối hoà tan mg/L < 5000 mg/L
6 Ham luong ion Clor, Cl- mg/L < 1200 mg/L
Ham lượng ion Sulfate,7 SO4-2 mg/L < 2700 mg/L
Mau đất thí nghiệm trình bày trong nội dung dé tai được lay tại cầu Ông Điệp, tỉnh Sóc Trăng Dat sau khi mang từ hiện trường về sé được tiến hành trộn ngay ngày hôm sau đê tránh mât độ âm. Ước lượng khối lượng đất và khối lượng xi măng cần trộn Cân khối lượng đất tự nhiên mang trộn, cân khối lượng xi măng trộn để làm cơ sở xác định hàm lượng xi măng sau này.
Dùng khối lượng đất tự nhiên dé tinh ty lệ xi măng Khối lượng xi măng được tính theo tỉ lệ % so với khối lượng tự nhiên:
Qcement = t* Q Trong đó:Q — khối lượng đất ở trang thái tự nhiên; t — tỉ lệ xi măng dự kiến (%);
Hàm lượng xi măng lần lượt là 7%, 10%, 13%, 16%
Dùng khối lượng dat tự nhiên dé tính khối lượng xi măng
Tỷ lệ nước so với xi măng (N/X) la 0,8.
Ung với môi hàm lượng xi măng được chê bị 6 mau, nén đơn trục nở hông ở tuổi 7 ngày, 14 ngày và 28 ngày, như vậy có tổng cộng 24 mẫu như Bảng.
Bảng 3.4: Chế bị mẫu đất trộn và xi măng theo hàm lượng ở tuổi 7,14 và 28 ngày
- Hàm lượng „ STT Mau thí nghiệm SO ngày dưỡng hộ xI măng, % l MI 7 2 M2 7 3 M3 7 14 4 M4 7 14 5 M5 7 28 6 M6 7 28 7 M7 10
3.3.4 Đúc mẫu và dưỡng hộ Đất tự nhiên được trộn với xi măng khoảng từ 5 đến 10 phút trong thùng máy trộn Trước khi cho đất vào khuôn phải quét một lớp nhớt vào thành trong của khuôn để làm trơn bề mặt Sau đó, cho hỗn hợp vào khuôn thành 3 lớp, dùng que gỗ đường kính 10mm dé đầm chọc từ ngoài vào trong theo hình xoắn ốc, lớp dưới cùng đến tận day, các lớp sau vào sâu trong lớp trước 10mm Gat bỏ hỗn hợp thừa trên mặt khuôn, miết phang bề mặt và bọc nilông dé giữ âm.
Trong thực tế đất trộn xi măng nam trong đất yếu bão hòa nước Ở những khu vực pho biến đất yếu, địa hình thường rất thấp, mực nước ngầm ở độ sâu không đáng kế nên chúng trong điều kiện ngập nước. Để mô tả như điều kiện thực tế, các mẫu đất chế bị cũng được bảo dưỡng trong điêu kiện ngập nước.
Trình tự công tác thí nghiệm, lựa chon hàm lượng xi mang tối ưu, thực hiện theo Phụ lục B, TCVN9906 -2014 [6], cụ thể:
- Lắp ráp khuôn, lau chùi sạch, bôi lớp dầu chống bám dính vào mặt trong của khuôn; Cân đong trọng lượng đất, xi măng và nước;
- Tron đều đất và xi mang trong thùng trộn, đồ một phan nuoc va tron tiép that đều, đồ hết nước và trộn tiếp 10 phút, tính từ lúc đồ nước, hoặc đồ dần nước vào trộn trong 1 min (tinh từ lúc đồ hết nước);
- Khi dùng máy rung có thể đồ vào khuôn một nửa hỗn hợp đất xi măng rung trên bệ 1 min, đỗ tiếp phân còn lại và phải có một chút dư thừa, rung thêm | min nữa, lưu ý không dé khuôn mẫu tự nay trên ban rung:
Khi chế tạo thủ công cũng chia làm hai lớp dé dam, khi xọc nên tiễn hành đều đặn từ ngoài vào trong, theo vòng xoắn ốc, đồng thời lắc khuôn về 4 phía, đến khi nào trên mặt không xuất hiện bọt khí là được; Que phải giữ thăng đứng, mỗi lớp chọc 25 lần, lớp dưới xuống tận đáy, lớp trên sâu xuống lớp dưới lem; dùng bay miết theo mép khuôn nhiều lần tránh cho mẫu khỏi bị rỗ mat:
- Sau khi đầm gạt bỏ phân thừa, miết mặt thật phang, đậy vải ni lông chống bay hơi nước và đưa vào phòng bảo dưỡng tiêu chuẩn.
- Tùy theo cường độ của hỗn hợp dé quyết định thời gian tháo khuôn; thông thường 3 ngày sau là có thể đánh số và tháo khuôn Sau khi tháo khuôn cần cân trọng lượng từng mẫu, ngâm mẫu vào trong bồn nước để bảo dưỡng.
Tiến hành thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất
Thiết bị và trình tự thí nghiệm xử lý kết quả tương tự như đối với mẫu đất xi măng của cọc thử Độ tudi thí nghiệm mẫu nhiều nhất là 28 ngày.
3.3.6 Tiến hành thí nghiệm nén đơn trục
Gia công mẫu, đặt mẫu vào giữa tâm trục nén của máy nén Khi bàn nén trên tiếp gần mẫu, điều chỉnh bệ hình cầu dé cho tiếp xúc đều;
Gia tải với tốc độ 1% cho các mẫu Ghi lại tất cả các số đọc cho từng mẫu Khi mẫu bị phá hoại thì vẽ lại hình thức phá hoại.
Thí nghiệm nén đơn trục
Sau khi thí nghiệm và tính toán xử lý số liệu, kết quả được trình bày tóm tat theo Bảng
Bảng 3.5 : Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng với hàm lượng %
Ký Hàm Cường hàng ; ° ở hiệu lượng Tuổi độ chịu chịu nén Bien STT | mau | xi mang nén trung ang binh
(Cường độ kháng cat của mẫu có thé tinh bang qu /2 Tuy nhiên kết quả thí
` ` : Kaen ue CA : AC q1 roar k P nghiệm hiện trường cho sô liệu tin cậy hơn), cường độ chịu nén lớn nhât qu =
Bảng 3.6: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M1, M2, M7, M8, M13, M14, M19, M20 ứng với 7 ngày tuôi
Cường độ nén don K NCS
Hình 3.11: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ dat/xi măng ở độ tuổi 7 ngày.
Bảng 3.7: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M3, M4, M9, M10, M15, M16, M21, M22 ứng với 14 ngày tudi
Hình 3.12: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng. với tỷ lệ dat/xi măng ở độ tuổi 14 ngày.
Bang 3.8: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M5, M6, M11, M12, M17, M18, M23, M24 ứng với 28 ngày tudi.
Hình 3.13: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ dat/xi măng ở độ tuổi 28 ngày.
ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG XỬ LÝ NÉN DUONG DAN ĐẦU CÂU ONG DIEP, TINH SOC TRANG
4.1 Tổng quan về công trình 4.1.1 Giới thiệu về khu vực và công trình thi công
Sóc Trăng là một tỉnh ở Đồng bang sông Cửu Long được tái lập tỉnh vào năm 1992 do tách ra từ tỉnh Hậu Giang cũ, vị trí địa lý nằm ở cửa Nam sông Hậu, cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 231 km, cách Cần Thơ62km, nam trên tuyến Quốc lộ 1A nối liền các tỉnh Hậu Giang, Thành phố Cần Thơ, Bạc Liêu, Cà Mau Tỉnh Sóc Trăng có vị trí toa độ 9°12’ - 9°56’ vĩ Bac và 105933' - 106923? kinh Đông Đường bờ biển dai 72km và 03 cửa sông lớn là Định An, Trần Dé, Mỹ Thanh đỗ ra Biến Đông Địa giới hành chính của Sóc Trăng ở phía Bac và Tây Bắc giáp tỉnh Hậu Giang, phía Tây Nam giáp tỉnh Bạc Liêu, phía Đông Bắc giáp tỉnh Trà Vinh, Phía Đông và Đông Nam giáp Biên Đông.
Dự án “Phát triển cơ sở hạ tầng giao thông đồng băng sông Cửu Long” (dự án WB50 nham cải thiện hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông, giảm thiểu tắc nghẽn trên các tuyến đường bộ, đường thủy then chốt va giảm chi phí vận chuyền từ nơi sản xuất đến thị trường tiêu thụ).
Hiện tại, tuyến hành lang đường thủy số 3 đoạn từ Km207 — Km310 (qua dia phận tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng) thuộc Dự án WB5 đã được nạo vét nâng cấp lên luéng tau cấp III với độ sâu tau chạy 3m, chiều rộng đáy kênh 26m, tinh cao yêu cau tối thiểu
6m. Đường tỉnh DT934 là một tuyến trục chính quan trong trong mạng lưới đường bộ của tỉnh Sóc Trăng nối từ Quốc lộ 1A đến Quốc lộ Nam Sông Hậu có chiều dài toàn tuyến khoảng 41,62km, mặt đường láng nhựa rộng từ óm-7m, cầu Ông Điệp hiện là mặt xích quan trọng, kết nối đồng bộ khu vực khai thác hiệu quả tuyến luéng và nhu cầu giao thông ngảy càng tăng.
Hình 4.2: Bình độ vị trí lỗ khoan cầu Ông Điệp.
4.1.2 Giới thiệu về cầu Ông Điệp
Cau Ông Điệp bắc qua Kênh Thạnh Lợi, thị tran Mỹ Xuyên, huyện Mỹ Xuyên, tinh Sóc Trang tại lý trình Km5+118 — Duong tỉnh 934, lý trình Km229+375 — Hành lang đường thủy số 3;
- Điểm dau: Lý trình Khoảng Km 4+850 đường DT934;
- Điểm cuối: Lý trình khoảng Km 5+690 đường DT934;
- Tổng chiều dài tuyến và cầu: Khoảng 0.84Km.
- Hồ sơ BVTC đã được phê duyệt theo Quyết định số 1029/QD-BGTVT ngày 05/04/2016 của Bộ Giao thông vận tải về phê duyệt hồ sơ thiết kế BVTC hạng mục cầu Ông Điệp trên hành lang đường thủy số 3 — Hop phần B — Dự án WBS do Công ty Cổ phan TVTK GTVT Phía Nam lập:
+ Câu thiết kế theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05, quy mô vĩnh cửu bang BTCT va BTCT dự ứng lực, tải trọng thiết kế HL93, lễ người đi bộ 0,003Mpa, khổ cầu có bề rộng bằng 8,1m.
+ Kết cấu phan trên: Sử dụng loại kết cấu nhịp bang dầm I BTCT DUL với chiều dài nhịp 33m cho tất cả các nhịp, ban mặt cầu bang BTCT đỗ tại chỗ, bố trí theo sơ đồ (7*33).
+ Kết cầu phần dưới: Kết câu móng: dùng loại móng cọc khoan nhỏi đường kính d=1,2m cho trụ chịu va giữa sông va D=1,0m cho các m6 trụ khác; kết cầu mé: dùng dạng m6 chữ U BTCT 30MPa đá 1*2; kết cấu trụ: Dùng kết cau trụ BTCT
30Mpa đá 1*2 dạng than đặc cho trụ chịu va va dạng 2 cột cho các trụ tại các nhịp biên.
+ Đường đầu cầu sử dụng kết cấu BTN trên nền đắp kết hợp với tường chắn đất tuy nhiên ở luận văn này tác giả sẽ thay phương pháp tường chắn đất băng phương pháp gia có nền đường dẫn băng trụ đất xi măng, với các thông số: chiều dai tru tính chọn dan đến khi đạt độ lún cho phép, khoảng cách giữa các cọc tính toán theo quy định.
4.2 Số liệu đầu vào của công trình 4.2.1 Địa tầng và chỉ tiêu cơ lý các lớp đất
Theo tài liệu Báo cáo địa chất công trình do Công ty Cổ phần Tư vẫn Thiết kế Giao thông Vận tải Phía Nam (TediSouth) lập, ta có kết quả như sau:
> VỀ cấu tạo địa chất:
Dự vào kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng của 02 lỗ khoan: OD-M1, OD-T5, trong đó: Lỗ khoan OD-MI nằm tại vị tri m6 cầu, còn lỗ khoan OD-T5 nam trại vị trí trụ, các số liệu địa tang cau Ong Diép (xem Hinh 4.3) Mat cat địa chat công trình cầu Ông Điệp. py) ĐẦU TUYẾN
VIGO TAS Go ẹ UWE PIRT A SET tin Meat (CL) | i ý LOSS dào củng I 3 ị #2 2 Cat but vật (SC-SM) | | k Z4 chặ! vữa |
A0 | lÌ | (7727771 Stile cht (CU 73 Cát sét SC)
45 2⁄2 te cứng 4 chật vúy i Ị [77277] tản HED [^^ =] CAT Hin bụi (SM) |
40 Hưng 2 Ve 7/2) to tổng nửa tứng tact ed chút sét chật
COPD OAT LIP OW)” OO SAD CAV LOIN) Í
== —2wwư AGP et cis | Ì | tr Ace
CAO BO (mì | 4 sueear=-s-= ~ en : cô eo ie
Hình 4.3: Mặt cat địa chất công trình cầu Ông Điệp (định vị Hỗ khoan OD-M1, OD-T5).
HO KHOAN Mực nước ngầm OD-M! 07 0m sẽ
— — —tôp dat 1 —————_- a a ie tT KNB — —~ —~ —~——~———
—.—.——.-—— ee pe pe pm pm pom pet pm promt pment peed
230m | — —————.—.——.————._—.—=_—a.—=.— on dã 22/271 w= ?0.3KN/m3⁄22⁄⁄0 = 17 e32 Be = Hee pate "gabe — 1m eee rtp đã 8 rất 26 ®
AK= r[ùW= 20.8KN/m3 = 13,BKN:/ oun tt mg Lớp đất 4 o= esi
Lop đất 5 ‘ws 201KM/m3 @= i§e22 P (6KN/m2| _s>
= (a2 Roe meư=geee=z=prcvrczsceceiserrcekerseoe sasm |——————————————
Hình 4.4: Mặt cắt địa chất công trình cau Ong Điệp vi trí lỗ khoan OD-MI.
- Lớp san lấp: Dat đắp: Cát lẫn sét, đá dim, xám vàng: Lớp nay gặp tại 2 lỗ khoan OD-MI và OD-T5 Bé dày lớp biến thiên từ 1,7 (OD-MI) đến 1,9m (OD-T5).
Cao độ đáy lớp biến thiên từ 0,50m (OD-T5) đến 0,6m (OD-MI)
- Lớp 1: Sét lẫn cát (CH) màu xám đen, xám xanh, trạng thái déo chảy Lớp này gặp ở cả 2 16 khoan Bé dày lớp biến thiên từ 21,3m (OD-MI) đến 22,1m (OD- T5) Cao độ đáy lớp biến thiên từ -21,60m (OD-T5) đến -20/70m (OD-MI).
- Lóp 2: Sét lẫn cát (CL) màu xám vàng, trang thái dẻo cứng: Lớp này gặp ở cả 2 lỗ khoan OD-MI và OD-T5 Bé dày lớp biến thiên từ 2,0 (OD-T5) đến 2,5m (OD-MI) Cao độ đáy lớp biến thiên từ -23,20m (OD-MI) đến -23,60m (OD-T5).