Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu giải pháp xử lý trên nền kênh san lấp khu vực huyện Giồng Riềng

TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐỀ TÀI NGUYÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ TRÊN NỀN KÊNH SAN LẤP KHU VỰC HUYỆN GIỒNG RIỀNG Kỹ thuật xử lý nền đất yếu bằng dụng vật liệu CSLM là giải pháp xử lý nền đất yếu ph

GIẢI PHÁP XỬ LÝ

cố cừ àm

Theo tài liệu của GS Hoàng ăn Tân GS guyễn ăn Thơ GS Lê Bá Lương Thạc sĩ Bùi Đức Tiễn KS guyễn gọc Tú khi nền gia cố cừ tràm tính chất đất nền được cải thiện như sau:

+ Hệ số r ng e của đất nền giảm xuống 6 % hệ số r ng ban đầu + Khả năng chịu tải của đất nền tăng 69 ÷ 1 lần khi ép với các dạng nền khác nhau

+ Khả năng chịu tải của đất sét và bùn sét bùn á sét tăng lên 41÷2.45 lần khi cừ tràm làm việc như cọc ma sát

Cọc tràm cũng giống như các lọai cọc g khác được dùng thích hợp và có hiệu quả trong xử lý nền đất yếu dưới công tr nh dân dụng và công nghiệp cũng nhu các công tr nh khác có quy mô vừa và nhỏ khi ứng suất trung b nh dưới đáy móng không vượt quá tấn/m 2

-10- Đường kính cọc tràm thường dùng 8cm đến cm chiều dài cọc tràm nên chọn từ 4m đến 5m mật độ từ 6 cây/m 2 đến 5 cây/m 2 đối với đất cát pha sét ho c đất sét c n đối với loại đất bùn sét ho c than bùn có thể sử dụng 36 cây/m 2

+ Đối với nhà thấp tầng tải trọng nhỏ có thể dùng cọc tre miền Bắc cọc tràm miền am cọc g

+ Chi phí thấp cọc tràm luôn có trên thị trường + Thích hợp với công tr nh có tải trọng không lớn lắm có thể chọn giải pháp móng đơn hay móng băng Cừ tràm phải đóng xuống dưới mực nước ngầm cừ ngâm trong nước mới vững bền

+ Thi công đào móng khó khăn dễ lún sụp nhà bên cạnh ho c sau khi xây xong nhà bên cạnh đào móng có thể sụp móng cừ tràm

+ Gía thành cho móng băng cừ tràm khá cao khối lượng bêtông và cốt thép nhiều đào và đắp đất nhiều

+ o phải đào nền và lắp lại nên khả năng lún nền cao sau khi hoàn thiện

+ Tính bền vững công tr nh không cao dễ bị nghiêng lún + Sức chịu tải yếu cở sở tính toán chỉ là giả định ngôi nhà bị treo trên tầng đất yếu.

cọc ậ ệ ờ [3]

Cọc vật liệu rời được sử dụng để gia cường các loại đất yếu không đủ khả năng gánh đỡ công tr nh ho c có độ lún quá lớn khi chịu tải cọc có tiết diện thay đ i từ 3m đến m thậm chí lớn hơn hương pháp tạo vật liệu rời trong đất yếu nhằm giảm thiểu áp lực lên nền đất yếu và tăng khả năng chịu tải của h n hợp đất – cọc vật liệu rời

Có nhiều phương pháp khác nhau để tạo cọc vật liệu rời: phương pháp nén ch t bằng phương pháp rung được sử dụng để làm ch t đết rời bằng một bộ phận rung bộ phận này ch m vào đất nhờ trọng lượng bản thân cùng với chấn động rung có ho c không có sự h trợ của tia nước bộ phận của rung động được rút lên từ từ.

ước[3]

1.4.4 ước bằ ươ c : Độ lún của công tr nh do biến dạng nén cố kết của nền đất sét yếu ho c cát rời thường gây ra những hư hỏng nền móng và công tr nh.Để giảm nguy cơ này người ta thường áp dựng phương pháp gia tải trước trên nền đất để tạo độ lún trước rồi dỡ tải đi và xây dựng công tr nh Đối với nền cát rời do có tính thấm nước mạnh ho c cát xốp trên mực nước ngầm nên độ lún dưới tải gia trước diễn ra nhanh chống trong v ng vài tuần ho c nhiều nhất là vài tháng Trong khi đó nền sét yếu thấm nước kém nên thời gian lún do cô kết dưới tác dụng của gia tải có thể kéo dài đến vài năm thậm chí vài chục năm Trong trường hợp này để rút ngăn thời gian cô kết các thiết bị thoát nước đứng nhanh thường được sử dụng kèm theo như: giếng cát rãnh cát bất thấm cọc bản nhựa…

Gia tải trước thường được dùng trong kỹ thuật nền móng là nhằm cho nền đất lún trước đất sẽ giảm l r ng tương ứng với gia tăng trên mắt đất sức chịu đựng sẽ gia tăng vấn đề của bài toán là chọn gia tải sau cho phù hợp với áp lực công tr nh tác dụng lên nền trong tương lai và dự đoán được biện pháp thi công.

ước bằ ươ bơm ú c â k ô : Sáng kiến sử dụng áp suất chân không để gia tải trước do giáo sư Wikjellman

đề xuất năm 5 kể từ đó phương pháp đã phát triển thành một phương pháp xử lý đất yếu ngày nay

Trong quá tr nh gia tải trước có vấn đề khó khăn phát sinh: do đất yếu khu vực chân khối đất đấp gia tăng tải hay bị trượt d n đến khi xử lý nền đất phải xử dụng phản áp choán rất nhiều diện tích ho c phải gia tăng từng cấp tốn rất nhiều thời gian

Chi phí vận chuyển đất đấp làm gia tải sau đó lại phải vận chuyển đi phần dư hơn nữa giá thành mua vật liệu gia tải cũng rất lớn ột phương pháp có thể khắc phục được được các nhực điển trên là phương pháp gia tải bằng hút chân không guyên lý hoạt động của phương pháp gia tải trước bằng hút chân không nếu cách ly m t đất với lớp không khí bên trên và hút chân không khu vực cô lập trong

-12- khu vực này áp lực trong l r ng gồm áp lực khí quyển và áp lực nước sẽ hạ thấp và ứng suất hữu hiệu sẽ tăng lượng tương ứng gây biến dạng co khối đất m t đất lún xuống nh n góc cạnh khác toàn bộ khu vực bị hạ áp lực l r ng chịu lực nén bằng với trọng lượng côt không khí tương ứng t lệ hút chân không ếu hút chân không được 8 % th áp lực nén tương ứng 8 % trọng lượng cốt không khí tức là khoảng 80kpa o áp lực không khí trong l r ng giảm giống nhau theo mọi phương nên khối đất bị hút chân không xuất hiện uất suất lệch nên không có hiện tượng trượt ở khu vực biên chịu tải Điểm lợi thế khi tắt máy hút chân không áp lực nén sẽ biến mất không tốn chi phí doạn dẹp vât liệu gia tải không tốn vật liệu gia tải như pháp phương truyền thống

Bất lợi của phương pháp hút chân không là lượng nước hút từ khu vực xunh quanh sẽ thấm vào vùng có áp l r ng thấp điều này d n đến lượng nước bơm sẽ lớn hơn nhiều lần độ lớn độ giảm thể tích l r ng khu vực cần nén ch t để khắc phục hiện tượng này có thể làm tường bao xung quanh khu vực cần gia tải trước với vật liệu kiểm tra độ thấm.

ọc mă ộ mă oặc ô

- Từ lâu ta đã biết trộn đất sét với một lượng vôi xi măng ho c chất liên kết vô cơ tương tự th sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao đất không gia cố;

- hương pháp h nh thành cọc trông đất với vôi sống ho c với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai ho c ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn điều đất với vật liệu kết dính;

- Quá tr nh ninh kết ninh kết h n hợp đất và vôi ho c đất-xi măng sẽ phát sinh nhiệt một phần nước xung quanh sẽ bị hút vào quá tr nh thủy hóa môt phần nước khác sẽ bị bóc hơi do nhiệt Hiện tượng này sẽ làm cho đất xunh quanh cọc tăng độ bền hơn

- Cọc đất trộn xi măng ho c vôi là cọc mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự nhiên Tuy nhiên h hợp đất-vôi ho c đất xi măng sẽ đạt tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối ưu của chất ninh kết Cho nên phải tính thật kỹ

-13- nghiệm để xác định hàm lượng tối ưu đó và hướng d n cụ thể khi tiến hành thi công tại hiện trường;

- Theo nguyên cứu của Law viện kỹ thuật châu -1989) [15] nguyên cứu đối với đất sét ở Băng Cốc sau khi trộn % xi măng theo trọng lượng đất gia cố th cường độ nén nở hông xi măng-đất tăng lên lần so với đất mềm tự nhiên

- Theo Miura 1987 [15] thí nghiệm bằng cách trộn kG xi măng pooclan/m 3 đất sét ở ph ng thí nghiệm và bảo dưỡng 8 ngày th độ bền nén nở hông có giá trị tăng gấp lần ban đầu

- Theo các nguyên cứu trong nước [ ] đối với đất sét trộn với hàm lượng xi măng 5 -250 kG/ m 3 đất gia cố nghĩa là từ - 5% trọng lượng đất gia cố th cường độ nén nở hông của xi măng-đất lơn hơn gấp mấy chục đến hàng trăm lần đất nền tự nhiên ộ số thông số cơ bản trong quá tr nh nguyên cứu của đất trộn xi măng:

 Cường độ nén nở hông qu=4.08÷ 40.8kG/cm 2

 Cường độ chịu kéo t = (0.15÷0.25)qu

 Lực dính C = ÷ 3 qu ; góc ma sát trong  ÷30 0

 ô dun biến dạng khi ứng suất xi măng-đất đạt 5 % giá trị phá hoại:

 Hệ số thấm k= -7 ÷10 -6 cm/s - Tham khảo nhiều tài liệu cho thấy ứng dụng của các loại cọc đất trộn xi măng ho c vôi có thể áp dụng trong các vùng đất bùn yếu hệ số thấm bé không áp dụng được các loại cọc vật liệu rời

+ hạm vi áp dụng rộng thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội;

+ Làm giảm độ lún và rút ngắn thới gian lún cố kết trong quá tr nh sự dụng;

+ Có thể xử lý cục bộ các lớp đất yếu không ảnh hưởng đến các lớp đất tốt;

+ Có thể xử lý dưới móng ho c kết cấu hiện có mà không ảnh hưởng đến công tr nh;

+ Thi công được dưới nước;

+ t bằng thi công nhỏ ít chấn động ít tiếng ồn hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công tr nh lân cận;

+ Thiết bị nhỏ gọn có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế nhiều chướng ngại vật;

+ Chi phí cao + hải thí nghiệm nhiều lần để có hàm lượng chất kết dính tối ưu cho từng khu vực có địa chất thay đ i;

+ Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn ho c rác hữu cơ th axit humic trong đất có thể làm chậm ho c phá hoại quá tr nh ninh kết của h n hợp xi măng đất;

+ Thi công phức tạp đ i hỏi phải có máy móc và công nhân kỹ thuật có kinh nghiệm ho c được đào tạo chuyên môn;

+ Có thể gây trương nở nền và gây ra các chuyển vị quá giới hạn trong l ng đất p lực siêu cao c n có khả năng gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thể lọt vào các công tr nh ngầm sẵn có như hố ga tầng hầm lân cận;

+ Khó kiểm tra chất lượng sau khi thi công;

+ Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn ho c rác hữu cơ th axit humic trong đất có thể làm chậm ho c phá hoại quá tr nh ninh kết của h n hợp xi măng đất;

ậ ệ có cườ ộ k ểm o ( LS ) [14]

ăm 1964 cục khoai hoan của ỹ đã đưa ra tài liệu được biết đến lần đầu tiên của viện kiển soát vật liệu có cường độ thấp (controlled low strengh material – CLS ật liệu này được gọi là nhựa xi măng đất được sử dụng làm vật liệu thay thế cho đất làm bệ đỡ ống d n trong dự án sông Aquiduct Canada phía bắc Texas dài 5 5km Từ đó CLS trở thành vật liệu ph biến cho các công tr nh như: san lấp chân nền móng nền vĩa hè bệ đỡ nền móng

CLS có khả năng tự ch t lại được sử dụng chủ yếu như khối đất đắp thay cho lớp đất đã được đầm ch t CLSM là một loại vật liệu có cường độ nén khoảng 8 pa ho c nhỏ hơn hưng hầu hết các CLS được ứng dụng có cường độ chịu nén khoảng 4 pa cho phép có thể đào lên trong tương lai khi cần thiết

CLS bao gồm nước xi măng porland cốt liệu và tro bay hợp nhất với nhau Là một loại chất lỏng với độ sụt khoảng 54mm goài ra thành phần của CLS bao gồm một số cốt liệu kết hợp khác như rơm sơ dừa vụn cao su sợi thép sợi lưới nông nghiệp

Theo tác giả Linh năm [6] đã nghiên cứu vật liệu RLS (rubber added lightweight soil) có trọng lượng nhẹ hơn đất tự nhiên khoảng 3k /m 2 sức kháng cắt của RLS cao hơn sức kháng cắt của đất tự nhiên khoảng -3 % nhưng v n đảm bảo các tiêu chuẩn về đất đắp theo TC 6 – 2000 iệc sử dụng RLS với hàm lượng xi măng 10% - cao su 50% để đắp nền đường cao 3m m i lớp đắp dày 5m, bề rộng m t đường rộng m với làn xe chạy tải trọng xe thiết kế là : 5 k /m 2 , tuyến đường dài km thuộc công tr nh T84 Đồng Tháp) ật liệu RLS có trọng lượng nhẹ nên dễ dàng đào lên đối với các công tr nh tạm thời có giúp lớp đất thoát nước nhanh hơn Thêm vào đó vụn cao su là loại liệu ph biến, chi phí thấp có thể được sử dụng như là lớp đất đắp cho mái taluy, kè được xây dựng trên nền móng yếu và đắp tường chắn ậ é

Có nhiều nguyên nhân gây lún và lún lệch công tr nh xây dựng trên nền san lấp một trong những nguyên nhân quan trọng là nền san lấp trên đất yếu Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu m i biện pháp xử lý điều có ưu điểm riệng tùy theo điều kiện địa chất vị trí đia lý công tr nh xây bên trên điều kiện kinh tế kỹ thuật mà ta có những biện pháp xử lý nền thích hợp

Thực tế đối với các công tr nh nhà dân cư trên nền đất yếu san lấp, công trình yêu cầu thời gian thi công ngắn độ lún c n lại nhỏ yêu cầu đất nền cố kết nhanh ít chấn động ít tiếng ồn hạn chế ảnh hưởng đến các công tr nh lân cận có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế nhiều chướng ngại vật, th giải pháp xử lý nền đất yếu san lấp bằng trụ đất trộn xi măng ho c vật liệu CLS tỏ ra khá hiệu quả

XỬ L S L

Các thi t b n 1 Thuy t b n Mohr – coulomb: [3] 1 Thuy t b n Mohr – coulomb: [3]

Một m u đất được thí nghiệm trong điều kiện nở hông Đất dính Đất cát Đất sét thuần túy Định luật Mohr –coulomb: Sức chống cắt của đất tại một điểm trên một m t phẳng là hàm số tuyến tính theo ứng suất pháp tuyến trên m t phẳng đó

Các yếu tố sức chống c t của đất:

- Lực ma sát trên bền m t các hạt; gọi là ma sát trong, xảy ra giữa các hạt trong khối đất

- Lực dính: gồm lực dính kéo nhớt, lực dính liên kết cứng và lực dính giả

Coulomb 6 đã đưa ra một máy thí nghiệm nhằm đo sức kháng cắt của đất sức kháng cắt: s= tan + c (2.1)

Trong đo: s: sức chống cắt của đất; - ứng suất nén hay ứng suất pháp tuyến tuyến thẳng góc với m t trượt;  góc ma sát trong; c- lực dính hư vậy đường Mohr –coulomb ứng với ứng suất pháp tuyến không quá lớn và là đường thẳng s= tan + c trong hệ trục (,), cắt trục tung tạo c và nghiên với m t phẳng ngang một góc 

Khi xét đến áp lực có hiệu và áp lực nước l r ng định luật Mohr –coulomb được hiệu chỉnh: s= tan + c s= tan + c s= c c c

-17- s= ’ tan  ’ + c ’ (2.2) các điều kiện cân bằng n định:

 < s: đất n định;  = s: đất ở trạng thái cân bằng giới hạn

 > s: không xảy ra trong đất khi đất đã bị phá hoại trước khi đạt đến ứng suất đó

Có thể biểu diễn quan hệ giữa cường độ chống cắt s và áp lực pháp tuyến :

2.1.2 Thuy t cân bằng theo Mohr – Rankin: [3]

Cường độ sức chống cắt của đất theo Coulomb là cường độ mà đất có thể phát huy trên một m t phẳng đang xét

Xét điểm M nằm trong nền đất dưới tác dụng của ngoại lực điểm M sẽ bị phá hoại trượt theo một m t phẳng  nào đó

Trong đo: - lực gây trượt; - lực chống trượt;  0 - t ng lực của , Một điểm M nằm trên m t phẳng đó ở trạng thái cân bằng bền ( n định) khi:

Xét điều kiện n định chống cắt của đất tại một điểm, mà tại điểm ấy có thể vẽ được vô số m t phẳng, do đó trạng thái ứng suất của điểm ấy sẽ được biểu diễn trên biểu đồ  -  bằng một tập hợp nhiều điểm hợp thành một v ng tr n gọi là v ng tr n ứng suất ohr

H nh v ng tr n ohr và phương tr nh Coulomb

Vòng tròn Mohr có tâm là

Nếu vòng tròn ohr nằm thấp hơn đường sức chống cắt th đất ở trạng thái cân bằng bền n định ếu v ng tr n ohr tiếp xúc với đường tr n thí đất ở trạng thái cân bằng giới hạn Ứng suất chính lớn nhất tác dụng lên đất theo phương đứng ký hiệu là  1 , ứng suất chính cực tiểu tác dụng lên đất theo phương ngang ký hiệu là  3 , ứng suất chính tác dụng theo m t phẳng thứ ba bất kỳ là ứng suất trung gian  

-19- hư vậy ta có thể tính được ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại bất kỳ m t phẳng nào nếu biết được các ứng suất chính theo các phương x y z

Tuy nhiên do trong đất có rất nhiều m t trượt và để đánh giá đúng sự n định của nền đất th ta cần t m ra m t trượt nguy hiểm nhất ựa theo lý thuyết Coulomb và điều kiện cân bằng Mohr – Rankin, ta thể hiện trạng thái n định của đất qua việc xét vòng tròn Mohr ứng suất và đường sức chống cắt của đất

Xét điểm trong đất dưới tác dụng của ngoại lực và tải trọng bản thân Trên một m t phẳng a-b qua M, ứng sấut t ng tác dụng lên M là 0 hợp bởi ứng suất pháp

Giả sử điểm ở trạng thái cân bằng giới hạn th v ng tr n Mohr tiếp xúc với đường Coulomb tại điểm I nếu m t phẳng a-b đi qua không phải là m t trượt tới hạn th điểm K nằm trên vòng tròn Mohr ứng với m t phẳng ấy sẽ thấp hơn đường bao sức chống cắt

Trường hợp quay m t phẳng a-b quanh M, ta sẽ có m t trượt và điểm tương ứng trên vòng tròn Mohr là I Lúc đó góc lệch ứng suất  giữa  và 0 sẽ đạt cự đại là max So sách với góc nội ma sát của đất Ta đánh giá được trạng thái n định của nền :

 = : điểm M ở trạng thái cân bằng giới hạn

 > : điểm M mất n định Ta xét các trường hợp n định tương ứng với từng loại đất như sau:

Từ max= m ta có thể biểu diển theo cách khác, trong đó max được biểu diễn qua các ứng suất chính  1 và  3 xét tam giác OIC (hình vẽ):

Từ đó có thể viết:

 (2.6) hư vậy -8 là phương tr nh toán học của điều kiện cân bằng giới hạn cảu các loại đất rời gọi là điều kiện cân bằng giới hạn Mohr – Rankin đối với đất rời

-21- ậy điều kiện Mohr – Rankin:

 Nếu dùng điều kiện bền Mohr – Rankin cho nền chịu tải trọng: ếu tính gần đúng không xét đến trọng lượng bản thân của đất nền các ứng suất chính được xác định:

Trong một số trường hợp điều kiện cân bằng Mohr – Rankin c n dược dùng một dạng khác biểu diễn qua các ứng suất  z ,  y và  yz

Kết luận: Để tính toán n định điểm trong nền đất Tính toán góc lệch max so sánh với góc ma sát trong :

 = : điểm M ở trạng thái cân bằng giới hạn

 > : điểm M ở trạng thái mất n định ơ sở lý thuy t tính toán ịnh và bi n dạng n n san l p có x t xi mă [7]:

Với các chỉ tiêu cơ lý nền đã được gia cố trong đó cần thực hiện 2 yêu cầu chính của bài toán thiết kế nền đó là: kiểm tra n định nền và độ lún của nền

* Trước hết, chọn chiều sâu chôn móng và chiều rộng móng băng sơ bộ theo điều kiện áp lực tiêu chuẩn lên nền để tận dụng tối đa khả năng làm việc của nền trong giai đoạn biến dạng tuyến tính:

 tc dx tc dx tc tb p

Rdx – Cường độ tính toán của nền gia cố trụ đất xi măng tại độ sâu đáy móng Giá trị Rdx tốt nhất xác định bằng thí nghiệm bàn nén tĩnh tại hiện trường ho c bằng thí nghiệm xuyên S T xuyên tĩnh các dụng cụ cắt cánh… Trong trường hợp thiết kế sơ bộ Rdx có thể xác định như sau:

Rcu – Giá tị b nh quân cường dộ chịu nén giới hạn một trục của m u đất xi măng trong ph ng có t lệ như trụ đất xi măng thiết kế, giá trị này có thể suy ra từ cường độ chịu nén sau 7 ngày tu i:

R  R (2.24) p tc min max - Áp lực tiêu chuẩn lên nền được xác định như sau:

 N o tc - t ng tải trọng nén tiêu chuẩn tác dụng tại đỉnh móng; n - hệ số độ tin cậy chung ( n = 1,2);

 - Áp lực tiêu chuẩn lên nền do trọng lượng móng và đất trên móng gây ra e – Độ lệch tâm được xác định như sau: tc o m tc ox tc oy

2 min max tc tc tc tb p p p 

M , - Mômen và lực cắt ở chân cột; hm – Chiều cao móng

* Sau đó để lựa chọn chiều rộng móng băng cuối cùng còn phải kiểm tra nền theo 2 TTGH I, II

2.2.1 Tính toán n n theo trạng thái giới hạn thứ nh t (TTGH I) 2.2.1.1 Tính toán theo ểm cọc mă àm ệc ư cọc Để móng cọ đảm bảo an toàn cần đảm bảo các điều kiện sau nội lực lớn nhất trong một cọc:

Moment lớn nhất trong cọc : M