Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng xử của nền đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp với bấc thấm

Tóm Tắt Luận Văn Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, một trong những giải pháp mà người thiết kế lựa chọn là xử lý nền đất để tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-[ \ -

DƯƠNG MINH HẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP VỚI BẤC THẤM

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2012

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS LÊ BÁ VINH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: DƯƠNG MINH HẢI Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 30/10/1982 Nơi sinh : Hà Nội Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010 MSHV : 10090327 1- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG GIA

TẢI TRƯỚC KẾT HỢP VỚI BẤC THẤM2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

2.1 NHIỆM VỤ :

Nghiên cứu, tính toán độ cố kết và độ ổn định của nền đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp với bấc thấm, từ đó giúp cho người kỹ sư có một cơ sở lý luận chính xác trong việc lựa chọn các thông số thiết kế cho công trình

2.2 NỘI DUNG :

Mở đầu Chương 1 : Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04-07-2011 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 29-06-2012 5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LÊ BÁ VINH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS LÊ BÁ VINH

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS VÕ PHÁN

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành khoá học, ngoài nỗ lực bản thân còn có sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, đông nghiệp, bạn bè và gia đình

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Bá Vinh, là người đã tận tình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành tri ân sâu sắc đến các thầy cô trong bộ môn Địa Cơ Nền Móng và các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy trong thời gian học tập tại trường

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm động viên và giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt để tôi hoàn thành khoá học

Cuối cùng xin gửi đến Cha Mẹ và gia đình với lòng biết ơn vô hạn vì đã luôn động viên cho tôi trong thời gian học tập

Xin chân thành cảm ơn!

Dương Minh Hải

Tóm Tắt Luận Văn

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, một trong những giải pháp mà người thiết kế lựa chọn là xử lý nền đất để tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mô đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt… Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu như dùng đệm cát, đầm chặt lớp mặt, dùng cọc tre, bấc thấm, cọc cát, cọc xi măng đất…Trong đó công nghệ xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước kết hợp với bấc thấm có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi

Luận văn này nghiên cứu việc mô phỏng tính toán bài toán xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước kết hợp với bấc thấm theo phương pháp PTHH, nghiên cứu ảnh hưởng của tải đắp, khoảng cách cắm bấc, chiều sâu cắm bấc tới tốc độ cố kết của nền Đồng thời nghiên cứu phương pháp kiểm tra ổn định cho nền đắp theo phương pháp Matsuo, đồng thời xây dựng biểu đồ Matsuo dựa vào điều kiện địa chất của Việt Nam

Abstract

When constructing on soft ground, one of which the design solution option is to treat the soil to increase load capacity of the soil and improve some mechanical properties of soft ground such as reducing the hollow coefficient, reducing compression deflection, increasing value of deformation module, enhancing shear resistance There are many treatment methods for soft ground such as sand cushion, compacted surface layer, using bamboo stakes, PVD, sand piles, soil cement column of which, technology of solving soft ground by preload combining with PVD has many advantages and is widely used

This essay focuses on researching the description of soft ground solving calculation problem by preload combining with PVD according to Finite Element Method (FEM), the impact of preload, distance between PVD, depth of PVD and ground consolidate capacity Also, the essay researches the method of inspecting ground stability based on Matsuo method and sets up Matsuo diagram based on Viet Nam geological conditions

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ và tên: DƯƠNG MINH HẢI Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 30/10/1982 Nơi sinh: Hà Nội Quê quán: Quận Long Biên, Hà Nội Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Khu phố 3, Phường Thạnh Xuân, Quận 12, Tp HCM

Điện thoại : 090.7571.666 E-mail: hai_ct@hcmutrans.edu.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1

I Đặt vấn đề nghiên cứu 1

II Mục tiêu nghiên cứu 2

III Phạm vi nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP VỚI BẤC THẤM 1.1 Khái niệm về đất yếu 4

1.2 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu 5

1.3 Giới thiệu về phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm 7

1.4 Các ưu điểm của phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm trong cải tạo nền đất yếu 8

1.5 Tải trọng gia tải 9

2.2 Lý thuyết tính toán bấc thấm 13

2.3 Độ lún của nền đất 15

2.4 Một số kết quả nghiên cứu đi trước 16

2.5 Các phương pháp được sử dụng trong đề tài Luận văn 20

2.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn PTHH .20

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

2.5.2 Tính toán hệ số cố kết ngang Ch 23

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH XỬ LÝ NỀN TẠI CẢNG CÁI MÉP – THỊ VẢI PHẦN A : ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÔNG TRÌNH 3.1 Mô tả công trình .25

3.1.1 Giới thiệu chung .25

3.1.2 Điều kiện tự nhiên .26

3.1.3 Mặt cắt ngang điển hình xử lý nền đất yếu 27

3.1.4 Điều kiện địa chất 28

3.1.5 Bố trí hệ thống quan trắc tại hiện trường 31

3.1.6 Một số hình ảnh thi công thực tế tại công trường Cái Mép – Thị Vải 33

PHẦN B : MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 3.2 Mô phỏng theo phương án 1 34

3.2.1 Lý thuyết tính toán 34

3.2.2 Thiết kế của đoạn Km 1 + 00 ÷ KM 1+100 .36

3.2.2.1 Mặt cắt ngang xử lý nền 36

3.2.2.2 Số liệu tính toán .37

3.2.2.3 Các giai đoạn thi công và trình tự thi công .38

3.2.2.4 Tính toán phân tích công trình bằng chương trình Plaxis 8.2 .39

3.2.3 Thiết kế của đoạn Km3+500 ÷ KM 3+600 .51

3.3 Mô phỏng công trình theo phương án 2 .55

3.3.1 Lý thuyết tính toán .55

3.3.2 Mô phỏng cho đoạn đường KM1+00 ÷ KM1+100 .56

PHẦN C : SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VỚI QUAN TRẮC THỰC TẾ 3.4 So sánh kết quả tính lún với quan trắc lún tại hiện trường 65

3.4.1 So sánh tại KM1+00÷KM1+100 ……….65

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

3.4.1.1 So sánh kết quả của phương án 1 .……… 65

3.4.1.2 So sánh kết quả của phương án 2 .……… 68

PHẦN D: PHÂN TÍCH DỰ BÁO ĐỘ LÚN CUỐI CÙNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ASAOKA a Phân tích cho đoạn KM1+00÷KM1+100 .……… 71

b Phân tích cho đoạn KM3+500÷KM3+100 ……… 73

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT KHI THAY ĐỔI CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ, BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 4.1 Phân tích ứng xử của nền đất khi thay đổi chiều sâu cắm bấc thấm………76

4.2 Phân tích ứng xử của nền đất khi thay đổi khoảng cách cắm bấc thấm… 88

4.3 Phân tích khi thay đổi chiều cao tải đắp……… 93

4.4 Kiểm tra ổn định khi tăng chiều cao của lớp cát gia tải:……… 100

A Tính toán hệ số ổn định theo phương pháp PTHH……… 100

B Kiểm tra ổn định nền đắp theo phương pháp Matsuo……… 104

C Tìm đường giới hạn ổn định nền đắp theo phương pháp Matsuo với điều kiện Việt Nam……….108

D Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ gia tải đến độ ổn định của nền đắp…….111

4.5 Kiểm chứng giả thuyết của GS Dương Học Hải……… 113

CHƯƠNG 5: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận……… 117

5.2 Kiến nghị và các phương hướng nghiên cứu tiếp theo……… 118

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Mở đầu

I Đặt vấn đề nghiên cứu:

Trong những năm gần đây, để phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội của cả nước, nhà nước ta đã tiến hành xây dựng nhiều công trình lớn như cầu, đường, cảng, đê, đập thủy điện,… Các công trình này chủ yếu được xây dựng trên nền đất yếu nên vấn đề xử lý nền đất yếu làm mất nhiều thời gian cũng như kinh phí của nhà nước

Ở phía nam, công trình xây dựng không những phát triển nhiều ở thành phố Hồ Chí Minh mà hiện nay đang có hướng mở rộng ra các vùng lân cận như Đồng Nai, Long An, Bà Rịa Vũng Tàu Đây là khu vực đất yếu đòi hỏi phải có biện pháp hợp lý trong việc xử lý nền và thiết kế móng công trình Thông thường các công trình trong quá trình thi công và khai thác xảy ra độ lún rất lớn và kéo dài Vì vậy vấn đề đặt ra là phải có giải pháp xử lý nhằm tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, tăng nhanh độ lún cố kết và rút ngắn quá trình thi công, giảm độ lún của nền trong quá trình khai thác Hiện nay có nhiều phương pháp để xử lý nền đất yếu: phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát; phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm, phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm, … Các phương pháp này qua thử nghiệm đã có tác dụng tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng nhanh quá trình lún của nền, tạo độ lún trước, rút ngắn thời gian thi công và tăng sức chống cắt của đất Từ đó làm tăng khả năng chịu tải của đất yếu

Trong các phương pháp đã nêu trên thì phương pháp xử lý đất yếu bằng gia tải trước kết hợp bấc thấm được sử dụng rất phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới bởi nó chứa đựng nhiều ưu điểm

Hiện nay có rất nhiều công trình trên nền đất yếu đã được xử lý bằng phương án này như là: tuyến đường đại lộ Đông Tây; đường vào nhà máy đóng tàu Ba Son thuộc huyện Tân Thành, Bà Rịa Vũng Tàu; tuyến đường số 11 thuộc khu công nghiệp Phú Mỹ 1, trạm nạp bình LPG Thị Vải,…

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 1

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Tuy nhiên việc xử lý bằng phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm còn tồn tại một số vấn đề như sau:

- Việc tính toán thiết kế bấc thấm bằng lời giải giải tích như vẫn được sử dụng hiện nay thì việc dự báo ứng xử qua thời gian là khó khăn mà mất nhiều thời gian Còn vấn đề mô phỏng nền đất yếu được xử lý bằng gia tải và kết hợp bấc thấm bằng các phần mềm chuyên dụng tại Việt Nam hiện còn nhiều hạn chế và chưa được phổ biến rộng rãi

- Phân tích các số liệu quan trắc ở giai đoạn đầu của quá trình gia tải để dự đoán được độ lún ổn định của nền, và độ lún theo thời gian trong quá trình thi công và đưa công trình vào sử dụng

- Tính toán ổn định của nền đắp trên vùng đất yếu dựa vào các phương pháp có sẵn trên thế giới để áp dụng vào công trình việt nam với các chiều sâu bấc thấm khác nhau, với các số liệu địa chất khác nhau Từ đó có thể điều chỉnh được chiều cao gia tải trong quá trình thi công dựa vào các chuyển vị đứng và chuyển vị ngang quan trắc được trên hiện trường

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán với trường hợp bấc thấm cắm không hết chiều

sâu vùng ảnh hưởng của tải trọng gia tải lên vùng đất yếu bên dưới Phạm vi đề tài “Nghiên cứu ứng xử của nền đất yếu được xử lý bằng gia tải trước kết hợp với bấc thấm” là một vấn đề cần thiết để góp phần đưa ra

phương án giải quyết, các kết luận cho các vấn đề nêu trên

II Mục tiêu nghiên cứu

Những vấn đề nêu trên cũng chính là mục tiêu nghiên cứu của đề tài Như vậy mục tiêu chính của đề tài bao gồm:

- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng bài toán gia tải trước kết hợp bấc thấm So sánh, đối chiếu với giá trị quan trắc thực tế

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 2

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

- Sử dụng các số liệu quan trắc chuyển vị và kết quả tính toán bằng mô phỏng để kiểm tra lại lý thuyết tính ổn định nền đất đắp trên vùng đất yếu

- Sử dụng số liệu quan trắc về chuyển vị để dự đoán ứng xử của nền đất sau khi gia tải và trong suốt quá trình làm việc

- Nghiên cứu phương pháp tính toán với trường hớp chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn chiều sâu tác dụng của tải trọng gia tải lên nền đất yếu bên dưới

- Mô phỏng bằng phương pháp Phần Tử Hữu Hạn dưới mô hình 2D bằng các cách khác nhau, sau đó tiến hành so sánh đối chiếu kết quả với kết quả quan trắc từ đó tìm ra phương án mô phỏng hợp lý

III Phạm vi nghiên cứu

- Nền đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long mà cụ thể là Bà Rịa – VT - Mô phỏng bằng mô hình đối xứng trục 2D

- Sử dụng các dữ liệu quan trắc để tính toán lại độ lún và ổn định của nền - Thay đổi các phương án thiết kế để tìm ra chiều cao gia tải, khoảng cách cắm

bấc và chiều sâu cắm bấc hợp lý - Sử dụng số liệu tính toán mô phỏng để kiểm tra lại giả thuyết tính toán độ cố

kết do GS TS Dương Học Hải đề nghị, khi nền đất yếu được xử lý bấc thấm chưa hết chiều sâu tác dụng của tải trọng gia tải

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 3

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

BẰNG GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP VỚI BẤC THẤM 1.1 Khái niệm về đất yếu

Theo nguồn gốc hình thành đất yếu được phân ra thành 2 loại: *) Nguồn gốc khoáng vật:

- Vùng ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu là bùn sét,

bùn á sét Khi lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích thường có màu đen, xám đen, có mùi

- Vùng thung lũng thường hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát

mịn - Các đặc trưng cơ lý:

0,75 < B ≤ 1 là đất yếu dẻo chảy Độ sệt B (I1) > 1 là đất bùn Hệ số rỗng:

Bùn sét e ≥ 1,5; Bùn á sét e ≥ 1,0; Bùn á cát e ≥ 1,0 Lực dính thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước Cuu ≤ 0,15 daN/cm2 Lực dính thí nghiệm cắt cánh ngoài hiện trường C ≤ 0,35 daN/cm2 Góc ma sát thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước φuu từ 0 – 100 *) Nguồn gốc hữu cơ:

Thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy tạo ra thành phần hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Tùy vào hàm lượng hữu cơ được phân thành các tên đất sau:

- Lượng hữu cơ có từ 20-30%: Đất nhiễm than bùn - Lượng hữu cơ có từ 30-60%: Đất than bùn

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 4

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

- Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn Ngoài thỏa mãn các đặc trưng cơ lý của đất có nguồn gốc khoáng vật đất có

nguồn gốc hữu cơ còn phân trạng thái thành 03 loại: - Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng

đứng sâu 1m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1-2 ngày; - Loại II: Loại có độ sệt không ổn định; loại này không đạt tiêu chuẩn loại

I nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy; - Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy

1.2 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu:

Hiện nay để xử lý nền đất yếu thường dùng một số biện pháp sau:

1 Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát

Đào bỏ lớp đất yếu, thay thế bằng lớp cát hạt trung, hạt thô và đầm chặt

Tăng khả năng chịu tải của nền, tăng ổn định của công trình, giảm chiều sâu chôn móng nên giảm khối lượng vật liệu làm móng

Lớp đất yếu có chiều dày <3m, không sử dụng khi đất có mực nước ngầm cao vì đệm cát kém ổn định, hạ MNN tốn kém

2 Phương pháp đầm chặt đất (cố kết động)

Đầm chặt các lớp mặt bằng đầm rung hoặc bằng các khối nặng 10-15T

Tăng cường độ, sức chịu tải, giảm tính nén lún của đất nền

Đất có lỗ rỗng lớn, cát tơi, đất chưa nén chặt

3 Phương pháp gia tải nén trước

Chất tải trọng (gạch, đá, cát, sỏi)

Tăng sức chịu tải của đất nền, tăng

Cát pha bão hòa nước, sét pha, bùn

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 5

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

bằng hoặc lớn hơn tải trọng thiết kế

nhanh cố kết và ổn định lún

sét, than bùn

4 Phương pháp xử lý nền bằng cọc cát

Cọc cát đường kính 30-40cm được đóng bằng công nghệ rung ống chống để chiếm đất, đổ đầy cát và rung để đầm chặt

Thoát nước, tăng nhanh cố kết, tăng cường độ của nền cọc cát (cọc cát và đất giữa các cọc)

Nền đất yếu dày hơn 3m, không dùng khi đất quá nhão

5 Phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm

Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật vào lõi chất dẻo, lõi này là đường tập trung và dẫn nước thoát ra khỏi nền đất yếu

Tăng tốc độ cố kết, giảm độ rỗng, tăng dung trọng, tăng sức chịu tải

Chiều dày của lớp đất yếu lớn, độ thấm của nền đất nhỏ

6 Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc tre, cọc tràm

Cọc tre, cọc tràm dài từ 2,5-6m được đóng với mật độ 16-25 cọc/m2

Tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún của đất nền

Nền đất luôn ở trạng thái ẩm ướt, công trình có tải trọng không lớn, không dùng cho đất cát

7 Phương pháp cố kết bằng hút chân không

Dùng công nghệ hút chân không để hút nước trong đất

Tăng tốc độ cố kết, tăng sức chịu tải, giảm tính nén

Nền đất sét yếu

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 6

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

làm cho đất cố kết nhanh

lún

8 Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc xi măng đất

Trộn vôi hoặc phun xi măng – đất vào lỗ khoan với tỷ lện định trước

Giảm độ ẩm 8%, tăng lực dính (1,5-3 lần), tăng cường độ chịu tải

5-Đất sét và sét pha dẻo nhão, bùn

Bảng 1.1 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu

1.3 Giới thiệu về phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm:

Các loại đất hình thành một cách tự nhiên trong các môi trường khác nhau, do vậy công trình xây dựng cần phải chấp nhận và cố gắng điều chỉnh để phù hợp với điều kiện nền đất như là vốn có Tuy vậy nhiều khi nền đất tự nhiên lại chưa đủ chắc khoẻ để hỗ trợ các công trình như cầu cống, nhà cửa, đê đập … xây dựng bên trên, hay nói cách khác, khả năng chịu tải của chúng thấp hơn so với tải trọng dự kiến Một số trường hợp sử dụng móng cọc nhưng phương pháp này đối với các công trình vừa và thấp tầng nhiều khi là quá đắt Vì vậy cần cải thiện tính chất của đất nền trong phạm vi đới ảnh hưởng để chúng có thể đủ sức chịu tải trọng dự kiến

Tại những nơi có nền đất yếu, do tính thấm thấp chúng thường mất nhiều thời gian để đạt đến trạng thái cố kết hoàn toàn Vì vậy chúng thường có khả năng chịu tải thấp, dẫn tới độ lún cao ngay khi chỉ chịu tải trọng vừa phải Về cơ bản, cải thiện nền đất nghĩa là tăng sức bền kháng cắt và giảm khả năng lún của đất nền đến một độ nào đó Chất tải trước là phương pháp đơn giản và kinh tế nhất để giảm thiểu lún cho công trình xây dựng sau đó đến mức có thể chấp nhận được Đất được gia cường có sức chịu

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 7

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

tải cao hơn và ít lún hơn Nhược điểm của phương pháp này là mất nhiều thời gian để đạt đến độ cố kết yêu cầu

Sử dụng thêm bấc thấm là để tăng nhanh quá trình cố kết Kết hợp cả hai quá trình chính là phương pháp cải tạo nền đất hiệu quả và kinh tế

Hình 1.1 Hình ảnh minh họa về phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm

1.4 Các ưu điểm của phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm trong cải tạo nền đất yếu:

- Tốc độ thi công bấc thấm rất nhanh: mỗi máy có thể cắm bấc thấm 6000m/ngày/máy, số cọc bấc thấm cắm được trong một giờ trung bình là 30 cái - Trong quá trình lắp đặt bấc thấm sẽ không xảy ra hiện tượng đứt bấc thấm như

đối với giếng cát - Trong quá trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy ra hiện

tượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra - Bấc thấm có khả năng thấm nước cao, hệ số trung bình đạt từ 30.10-6 đến

9.10-6m3/s - Khi thi công bấc thấm phạm vi gây nên sự vấy bẩn và phá họai kết cấu nền nhỏ

hơn so với khi thi công cọc cát, giếng cát hay là cọc đất gia cố xi măng - Không yêu cầu nước phục vụ thi công

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 8

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

- Chiều sâu cắm bấc có thể rất sâu, có khi đạt đến 40m - Dễ dàng kiểm tra được chất lượng

- Thoát nước tốt trong các điều kiện khác nhau Không bị ảnh hưởng bởi nhiều điều kiện khác

- Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo trong nhà máy công nghệ và chất lượng ổn định

1.5 Tải trọng gia tải:

- Việc gia tải được thực hiện đắp từng lớp một theo từng giai đọan - Sau khi đất nền cố kết hoàn toàn dưới tác dụng của tải trọng gia tải thì tiếp tục đắp

lớp kế tiếp - Thời gian giữa các lần chất tải cần thỏa mãn tốc độ tăng sức chịu tải của đất, đủ để

đắp lớp kế tiếp theo tính toán - Sau các lần gia tải: qtải phụ = Fatqct; Fat = 1.2 là hệ số an toàn

1.6 Bấc thấm:

Hiện nay quy trình quy phạm đã quy định rất rõ về lý thuyết tính toán và xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm, sau đây tác giả xin tóm tắt những vấn đề cơ bản để phục vụ tính toán như sau:

- Bấc thấm được dùng cho đất sét bão hòa nước, chức năng chính của bấc thấm là tăng tốc độ cố kết, tạo ra độ lún trước, tăng khả năng chịu tải của đất nền

- Bấc thấm thường được bố trí theo hình tam giác đều hoặc ô vuông, đến chân taluy đường

- Chiều dài của bấc thấm phải bố trí hết chiều sâu chịu nén cực hạn - Đường kính tương đương của bấc thấm được tính như sau: dw = (a + b)/2 Với a là bề rộng, b là bề dày của bấc thấm

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 9

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

- Tổng chiều dày đệm cát trung bình thông thường là 1,5m, bao gồm chiều dày tính toán khoảng 1m cộng thêm 0,5m cát bị xâm nhập bùn

- Khi nền đất yếu ở trạng thái dẻo nhão, có khả năng nhiễm bẩn lớp đệm cát trực tiếp bên trên đầu bấc thấm thì dùng vải địa kỹ thuật để ngăn cách giữa lớp đất yếu và lớp đệm cát Khi đó chiều dày đệm cát chỉ cần tối thiểu là 0,5m và lớn hơn độ lún dự báo

- Lắp đặt hệ thống thoát nước và chất tải - Quan trắc lún, chuyển vị ngang, áp lực nước lỗ rỗng - Dỡ tải và tiến hành xây dựng công trình

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

BẰNG GIA TẢI TRƯỚC KẾT HỢP VỚI BẤC THẤM

2.1 Cơ sở tính toán bài toán cố kết thấm: 2.1.1 Các giả thiết của bài toán cố kết:

- Đất nền đồng nhất và bão hoà nước, hạt đất và nước lỗ rỗng không bị nén - Độ thay đổi thể tích ΔV của phân tố đất là bé so với thể tích ban đầu của đất - Cố kết thấm tuân theo định luật Darcy

- Hệ số thấm là hằng số trong suốt quá trình cố kết - Từ biến không xuất hiện trong quá trình lún Khảo sát một phân tố dxdydz tại điểm (x,y,z) trong khối đất Vận tốc thấm v được phân tích thành 3 thành phần vx, vy, vz Theo định luật bảo toàn khối lượng thì độ chênh lệch của lượng nước vào và ra bằng độ thay đổi thể tích của phân tố đất:

Vi phân (2.2) thay vào (2.3) ta được:

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Nếu bài toán thấm được xem xét trong điều kiện thấm một chiều (chỉ có thấm thẳng đứng), phương trình thấm một chiều có dạng:

=∂ ∂ u (2.7)

Đây là phương trình vi phân đạo hàm riêng bậc nhất dạng Parabol với hệ số không đổi Giải phương trình vi phân trên bằng dãy Fourier cho kết quả có dạng:

h

π

= , h là chiều dài đường thấm

2.1.2 Lời giải giải tích cho bài toán cố kết thấm

Trong trường hợp không có mặt khí hút bám, với giả thiết biến dạng và chất tải tức thời, phương trình cố kết có dạng: uCvz 22

u

δ = δ (2.9) Ta có:

2221

π∞

=

= ∑ − (2.10) Quan hệ độ lún lớp đất có bề dày h có thể biểu diễn dưới dạng:

C iaqh

ππ

∞

=

hoặc viết dưới dạng: S t( )= S U∞ t (2.13)

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 12

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Với Ut là mức độ cố kết

2.2 Lý thuyết tính toán bấc thấm : 2.2.1 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng (Barron, 1948) :

Trong trường hợp thấm hướng tâm, độ cố kết dựa trên phương trình vi phân:

22

1[

r là khoảng cách hướng tâm từ điểm đang xét đến tâm vật thoát nước Với điều kiện lý tưởng ( không bị xáo động và không có sức cản của vật thoát nước), độ cố kết trung bình: 1 exp( 8 h)

h

TU

μ

= − − (2.15) Với De là bán kính tương đương của trụ đất

dw là bánh kính tương đương của vật thoát nước 2 2 ln( ) 3 2 2

d

=

Hình 2.1 Khối đất giả thiết dưới điều kiện lý tưởng (Barron, 1948)

2.2.2 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo, 1981):

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 13

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Hansbo đã cải tiến từ lý thuyết cố kết của Barron cho cả hai trường hợp vùng biến

động làm giảm tính thấm và tăng sức cản Độ cố kết trung bình: 1 exp( 8 h)

r

TU

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

2.3 Độ lún của nền đất

Độ lún nền đất thiết kế gồm 3 phần:

ρ ρ ρ= i+ c+ ρs (2.18) Với ρ : lún tổng cộng; ρi: lún tức thời

σσ

2.3.3 Lún thứ cấp:

1

[ log( )]1

n

Cp

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Cα chỉ số nén lún trong giai đoạn lún thứ cấp Hi là bề dày lớp đất thứ i

t là thời gian tính toán

2.3.4 Dự tính độ tăng sức chống cắt của nền đất :

Đối với nền đất tự nhiên yếu hoặc không yếu nằm dưới nền đắp : sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường và trí số lực dính tính toán cu được xác định theo công thức sau :

cu = μSs (MPa) (2.22) Trong đó:

Ss: sức chống cắt nguyên dạng (MPa) không thoát nước từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường

μ : hệ số hiệu chỉnh (theo Bejum) xét đến ảnh hưởng bất đẳng hướng của đất, tốc độ cắt và tính phá hoại liên tiếp của nền đất yếu tùy thuộc vào chỉ số dẻo (Ip) của đất theo bảng sau:

Trong đó U là mức độ cố kết của nền đắp tại thời điểm đang xét Trị số sức chống cắt tính toán này khi U = 1 phải nhỏ hơn: Su ≤(σz+σvz)tgϕi+

2.4 Một số kết quả nghiên cứu đi trước:

Trong quá trình nghiên cứu, hình thành ý tưởng và lên khung cho luận văn, tác giả đã tham khảo nhiều kết quả nghiên cứu trước đây trong lĩnh vực tính toán cho nền gia tải trước kết hợp bấc thấm của nhiều tác gia đi trước Những nghiên cứu này có những ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến những nội dung ý tưởng của luận văn Vì vậy, thiết nghĩ

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 16

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

cũng nên đề cập đến các nghiên cứu này như là lời giới thiệu cũng như là lời cảm ơn của tác giả đến với những người nghiên cứu đi trước trong lĩnh vực này

Trước tiên là nghiên cứu của Gs.Ts Dương Ngọc Hải về nội dung tính toán cho nền đắp gia cố bấc thấm như sau:

2.4.1 Chiều sâu cắm bấc thấm: Với nền đất yếu có chiều dày nhỏ ( < 25m), ta có thể quyết định ngay chiều sâu cắm bấc bằng với chiều sâu nền lớp đất yếu Nếu chiều sâu lớp đất yếu lớn thì theo 22TCN 262 – 2000:

Ta có chiều dày vùng họat động nén chặt dưới tác dụng của tải trọng đắp xác định theo điều kiện:

σz ≤0.1σzv (2.24)

Trong đó: σz là ứng suất nén thẳng đứng do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu z σzv là ứng suất nén thẳng đứng do tải trọng bản thân các lớp đất tự nhiên Bấc thấm có thể được cắm hết chiều sâu gây lún Theo 22TCN 262 – 2000 thì: U = 1 – (1 – Uh)(1 – Uv) (2.25) Với U là độ cố kết trung bình trong phạm vi gây lún Za khi có sử dụng bấc thấm Và Uh, Uv là độ cố kết trung bình theo phương ngang và phương thẳng đứng trong phạm vi gây lún Za

Tuy nhiên khi chiều sâu xử lý bấc thấm L nhỏ hơn vùng gây lún Za như hình vẽ:

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 17

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Hình 2.3 Chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn chiều sâu vùng tính lún Gs.Ts Dương Học Hải ( trường Đại học Xây dựng) đề nghị công thức sau: U 1 (1 Uv)(1 Uh1 )S1

S

= − − − (2.26) Với Uh1 là độ cố kết theo phương ngang của đất yếu trong vùng 1

S, S1 là độ lún của cả nền đất yếu và của đất yếu trong vùng 1

2.4.2 Mô phỏng bấc thấm trong phương pháp PTHH:

Tiếp theo là các phương pháp mô phỏng nền đắp gia tải trước kết hợp bấc thấm bằng các chương trình sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Sau đây là những phương án mô phỏng thường dùng của nhiều tác giả đi trước Đây là những phương án đã trở nên rất phổ biến:

Trước đây việc mô phỏng bấc thấm bằng các phần mềm sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn đều không có các phần tử đặc biệt để mô phỏng bấc thấm một cách chính xác Có hai phương hướng mô phỏng thông dụng:

- Phương hướng 1: Do tác dụng của PVD chủ yếu là để thoát nước và PVD có tính chất là một vật liệu đàn hồi nên khi mô phỏng trong phương pháp PTHH, với bài toán phẳng 2D ta có thể mô phỏng PVD bằng những phần tử với vật liệu đàn hồi

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

thoát nước và có hệ số thấm theo phương đứng tương tự như tốc độ thấm của bấc thấm

- Phương hướng 2: Các PVD được cắm vào trong đất làm tăng nhanh quá trình cố kết thoát nước trong nền đất nên có thể xem vùng có PVD là vùng tương đương Có thể coi vùng đất có PVD như vùng đất bình thường nhưng hệ số thấm đứng tương đương kve rất lớn so với hệ số thấm đứng kv của đất bình thường

22

Theo tác giả Matsuo thì: Sự phá hoại của nền đắp có thể được dự báo trước dựa vào tiến trình chuyển vị của các vị trí trong nền đất Việc xác định mối quan hệ giữa chuyển vị đứng và chuyển vị ngang trong nền đất trong quá trình đắp tải sẽ cho các đánh giá về ổn định của nền Khi xuất hiện hiện tượng chuyển vị ngang nhanh hơn so với chuyển vị đứng thì nền bắt đầu có hiện tượng bị phá hoại Và mối quan hệ này được thể hiện như biểu đồ sau:

00,511,52

2,533,54

ux/uy

FOS = 1FOS = 1,11FOS = 1,25FOS = 1,43FOS = 1,67

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 19

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị đứng và chuyển vị ngang theo hệ số ổn định

trượt theo Matsuo et al (1977) Với ux và uy lần lượt là chuyển vị theo phương ngang và theo phương thẳng đứng FOS là hệ số an toàn về ổn định trượt trong đắp gia tải

Matsuo và các đồng sự đã tiến hành thí nghiệm hiện trường với nhiều nền đắp khác nhau trên các nền địa chất khác nhau và nhận thấy: phá hoại trượt của tất cả các trường hợp đều quy chung về một đường quan hệ duy nhất là FOS = 1 (Failure Criterion Line) FOS = 1 thể hiện các trường hợp làm việc của nền đắp tại ngưỡng phá hoại, các trường hợp còn lại thể hiện sự làm việc của nền với hệ số an toàn cao hơn

2.5 Các phương pháp tính toán được sử dụng trong đề tài luận văn:2.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH):

a) Giới thiệu sơ lược về phương pháp PTHH:

Phương pháp PTHH thường được dùng trong các bài toán cơ học (cơ học kết cấu, cơ học môi trường liên tục) để xác định trường ứng suất và biến dạng của vật thể Trong những năm 60 – 70 cơ học truyền thống chia những bài toán ra làm hai nhóm Nhóm thứ nhất bao gồm những bài toán xác định khả năng chịu tải của móng; ổn định mái dốc của khối đất đắp, của đập, của các hầm và bể ngầm; áp lực lên tường chắn Nhóm thứ hai gồm các bài toán tính lún của nền đất dưới tải trọng ngoài và các công trình khác, trong đó có thể kể đến cố kết thấm, bài toán tiếp xúc về tác dụng tương hỗ giữa công trình và đất …

Phép giải bài toán nhóm thứ hai dựa trên giả thiết về mối liên hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng trong đất; điều đó tạo cơ sở vận dụng các phương pháp của lý thuyết đàn hồi khi phân tích biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng Do đó khó thu được lời giải đàn hồi, các bài toán biến dạng của cơ học đất thường với nhiều giả thiết đơn giản hoá Điều đó cho phép vận dụng lời giải đã biết của các bài toán đơn giản nhất, bỏ qua một số thành phần của tensơ ứng suất khi tính biến dạng

Khi giải các bài toán của nhóm thứ nhất, biến dạng của đất không được xét đến và được giả thiết là vừa đủ để huy động toàn bộ sức kháng Ở nhóm bài toán thứ hai, ứng

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

suất và biến dạng được giả thiết là khá nhỏ, vùng trạng thái giới hạn còn chưa hình thành hoặc nhỏ đến mức có thể bỏ qua Khi độ lớn vùng dẻo nhỏ thì người ta bỏ qua chúng và coi bài toán là đàn hồi Khi biến dạng dẻo phát triển đáng kể thì cần phải kể đến chúng và xét bài hỗn hợp, và việc giải bài toán này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn

Ngày nay, phương pháp phần tử hữu hạn viết cho cơ học đất với nhiều mô hình khác nhau: mô hình đàn hồi, Morh-Coulomb, Cam-clay … nên rất thích hợp để phân tích bài toán cơ học đất với việc sử dụng thích hợp các mộ hình tùy theo các loại đất khác nhau Trong luận văn sử dụng chương trình Plaxis để mô phỏng bài toán gia tải trước kết hợp bấc thấm

Tu

4

hhp

C tT

B

hvw

kC

m γ=

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

4

hp

h

kn

r

w

rs

r

= re là bán kính ảnh hưởng của bấc thấm rs là bán kính vùng xáo trộn

rw bán kính tương đương của bấc thấm rw =(a b+ ) /2

với a là chiều rộng của bấc thấm, b là chiều dày của bấc thấm s: độ xáo trộn

qw là lưu lượng riêng của bấc thấm z là độ sâu xem xét

H là chiều sâu của bấc thấm kh là hệ số thấm theo phương ngang của đất nền ks là hệ số thấm theo phương ngang của vùng xáo trộn mv là hệ số nén thể tích

γw là trọng lượng riêng của nước Theo sơ đồ bài phẳng tương đương có thể giả thiết tại cùng một thời điểm với cùng một tải trọng tác dụng thì độ cố kết trung bình của đất cho cả hai trường hợp: đối xứng trục (

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 22

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Và hệ số thấm tương đương có xét đến vùng xáo trộn có thể được chuyển đổi từ hệ đối xứng trục (axi-symetric) sang hệ phẳng (plane strain) theo công thức sau (Hird et al, 1992):

6(ln( / ) ( / ) ln( ) 0.75)

hhp

hs

kk

nskks

π=

+ − (2.32)

Bài toán được mô phỏng theo sơ đồ bài toán biến dạng phẳng, sử dụng lưới phần tử hữu hạn bao gồm các phần tử tam giác 15 điểm nút

CC

de là đường kính ảnh hưởng của thiết bị tiêu nước e

w

dn

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Trình tự phân tích: - Quan trắc độ lún của nền đất yếu dưới nền đắp trong một khoảng thời gian - Thiết lập biểu đồ quan hệ biểu diễn các điểm Sn, Sn-1, Sn-2, …

- Tìm đường thẳng đại diện của các điểm này - Xác định giao cắt của đường này với đường Sn = Sn-1 - Hoành độ của điểm giao cắt là độ lún ổn định của nền - Ngoài ra từ đường thẳng đại diện tìm được độ dốc β1 giúp ta xác định được các thông số cố kết

β = Δ = − Δ ( thoát nước một phía) từ đó xác định Cv thực tế - Tuy nhiên khi kết hợp đất đắp và bấc thấm, thoát nước chủ yếu là theo phương ngang Vì vậy, phát triển dựa theo phương pháp Asaoka, hệ số cố kết theo phương ngang suy ra từ Barron (1948) và Hansbo (1981) đưa đến kết quả :

2

1

ln( )8

eh

d FC

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH XỬ LÝ NỀN TẠI CẢNG CÁI MÉP -THỊ VẢI

Phần A Đặc điểm chung của công trình

3.1 Mô tả công trình 3.1.1 Giới thiệu chung

Gói thầu số 5: Xây dựng đường nối từ quốc lộ 51 đến cảng Cái Mép-Thị Vải Đường dẫn từ QL51 đến cảng Cái Mép: tổng chiều dài 8,489 km, thiết kế theo tiêu chuẩn cấp đường 80, với quy mô 4 làn xe bề rộng nền Bn=31m, riêng tại khu vực trước cảng Cái Mép bố trí 6 làn xe rộng 38m, mặt đường Bm=20m, vỉa hè B lề =4,5m

Nền đường trên nền đất yếu, được xử lý gia cố bằng bấc thấm (PVD) và phương pháp xi măng trộn sâu Trong quá trình gia cố nền đất yếu, bổ sung thêm bệ phản áp để đảm bảo ổn định trong quá trình thi công

Độ dốc ngang mặt đường im=2%, lề đường i=2% Taluy nền đắp 1:2, phía ngoài bờ nền đắp phủ lớp đất dính dày 50cm Nền đường trên nền đất yếu, được xử lý gia cố bằng bấc thấm (PVD) với chiều dài bấc thấm sử dụng tùy thuộc vào địa chất từng đoạn tuyến; chiều dài cắm bấc thấm sâu nhất là Lmax = 37,30m, chiều dài cắm bấc thấm ngắn nhất là Lmin=4,13m

Trong quá trình thi công gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm, bổ sung thêm bệ phản áp để bảo đảm ổn định nền đường với bề rộng, cao độ bệ phản áp (Được chỉ rõ trong Tập Bản vẽ thiết kế)

3.1.2 Điều kiện tự nhiên

Mô tả điều kiện khu vực a Vị trí khu vực

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 25

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Khu vực thi công của gói thầu số 5 nằm trong khu vực rừng đước, giữa Quốc lộ 51 và sông Cái Mép – Thị Vải Chính phủ đã xác định khu vực Cái Mép là một khu công nghiệp quan trọng trong tương lai Hiện tại một vài khu công nghiệp lân cận đã được xây dựng, bao gồm nhà máy nhiệt điện, nhà máy sản xuất phân bón, chi nhánh LPG và nhà máy sản xuất bột mỳ đang trong quá trình hoạt động Nhà máy sản xuất thép và trạm phân phối dầu cũng đang được thi công xây dựng

b Địa hình khu vực

Khu vực được xác định tại vị trí cuối lưu vực sông Mê Kông, được bao phủ hoàn toàn bằng rừng đước và rừng ngập mặn Điều kiện sinh học và địa chất tại khu vực rất đa dạng Phần lớn đặc tính nền đất tại khu vực này là các trầm tích lắng đọng được vận chuyển đến bởi dòng chảy sông Thị Vải Điều kiện địa chất dọc theo sông và các nhánh bao gồm phần nhô ra biển đều rất yếu Vì vậy cần thiết phải gia cố nền đất khu vực bằng cách gia tải trước, sử dụng vật liệu đắp gia tải, xử lý nền đất yếu theo phương pháp cắm bấc thấm PVD kết hợp gia tải trước

c Điều kiện khí hậu

Khu vực có điều kiện khí hậu ẩm ướt, đặc trưng cho điều kiện khí hậu của các nước ở khu vực Đông Nam Á Thời tiết khu vực bị chi phố bởi sự xuất hiện của gió mùa Mùa khô xuất hiện từ tháng 11 đến tháng 4 trong suốt quá trình gió mùa Đông Bắc, và mùa mưa xuất hiện từ tháng 5 đến tháng 10 trong suốt quá trình gió mùa Tây Nam

Nằm vùng áp thấp nhiệt đới tại vị trí nam 11 độ Bắc, được ghi lại trong 26 năm qua từ năm 1954 đến năm 1980 Trên cơ sở các số liệu ghi chép từ trạm khí tượng thủy văn tại TP Hồ Chí Minh, bốn (4) cơn gió có tốc độ vượt quá 20 m/giây đã được ghi lại trong vòng hơn 60 năm qua

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 26

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

3.1.3 Mặt cắt ngang điển hình xử lý nền đất yếu: a Măt cắt ngang điển hình

Sau đây là mặt cắt ngang điển hình của đoạn đường đắp trên nền đất yếu được xử lý bằng phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm

Hình 3.1 Mặt cắt ngang điển hình xử lý nền đất yếu Do đoạn đường được xử lý bằng gia tải trước kết hợp bấc thấm kéo dài ( từ KM1+00 tới KM8+00) và chạy qua khu vực có địa chất thay đổi nên bề dày của các lớp đất dưới nền đường có thay đổi, cùng với đó thì chiều cao của nền đất đắp gia tải, bề rộng của bệ phản áp và chiều sâu cắm bấc thấm cũng thay đổi tùy thuộc vào bề dày của nền đất yếu tại điểm đó

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

b Sơ đồ bố trí bấc thấm trên mặt bằng :

Trên toàn bộ tuyến đường thì cách bố trí bấc thấm trên mặt bằng là giống nhau, bấc thấm đều được cắm theo mô hình lưới tam giác có cạnh là 1,2m Sau khi hoàn tất quá trình cắm bấc thấm đứng thì người ta liên kết các bấc thấm đứng với bấc thấm thoát nước ngang để nước bên dưới nền đất dễ dàng thoát đến các giếng thu nước

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 28

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

Bảng 3.1 Địa chất trên tuyến

b Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất :

*) Lớp đất đắp (1)

TT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Dung trọng thiên nhiên γw g/cm3 1,6 3 Dung trọng bão hòa γsat g/cm3 1,8 4 Lực dính C kG/cm2 0.01

5 Mô đun biến dạng EoKN/m2 5000 6 Hệ số nở hông (Poisson ratio) υ - 0.3 7 Hệ số thấm đứng kvm/ngày 1 8 Hệ số thấm ngang khm/ngày 1

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của lớp 1

*) Lớp sét béo màu xám xanh (2):

TT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Giới hạn chảy WL % 75.6 2 Giới hạn dẻo WP % 27.7

5 Dung trọng thiên nhiên γw g/cm3 1.52

7 Lực dính C kG/cm2 0.082

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 29

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS LÊ BÁ VINH

8 Góc ma sát ϕ độ 40 19’ 9 Mô đun biến dạng EoKN/m2 823 10 Hệ số nở hông (Poisson ratio) υ - 0.3 11 Hệ số thấm đứng kvm/ngày 1.6x10-5

12 Hệ số thấm ngang khm/ngày 4.384x10-5

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý của lớp 2

*)Lớp cát sét màu xám vàng (3):

TT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Giới hạn chảy WL % 26.7 2 Giới hạn dẻo WP % 16.9

5 Dung trọng thiên nhiên γw g/cm3 1.99

7 Lực dính C kG/cm2 0.105 8 Góc ma sát ϕ độ 230 23’ 9 Mô đun biến dạng EoKN/m2 2100 10 Hệ số nở hông (Poisson ratio) υ - 0.3 11 Hệ số thấm đứng kvm/ngày 1.12x10-4

12 Hệ số thấm ngang khm/ngày 3.069x10-4

Bảng 3.4 Chỉ tiêu cơ lý của lớp 3

Giải thích:

Với các loại đất khác nhau thì hệ số thấm ngang Kx thường gấp từ 2 đến 5 lần hệ số thấm đứng Ky Tuy nhiên ở các cơng trình xây dựng Việt Nam thì chúng ta thường chỉ thí nghiệm ra kết quả của hệ số thấm đứng Ky dựa vào thí nghiệm nén cố kết Cịn hệ số thấm ngang sẽ được suy ra từ tỷ số trên, nhưng tỷ số từ 2 tới 5 là một khoảng khá lớn nên nếu chọn khơng đúng thì bài tốn sẽ cho ra các kết quả khác nhau Ở trong luận văn này tác giả cĩ dựa vào tỷ số giữa hệ số cố kết ngang Ch với hệ số cố kết đứng Cv được tính tốn bằng bài tốn phân tích ngược kết quả quan trắc tại hiện trường theo phương pháp Asaoka (sẽ được trình bày ở phần sau), tỷ số giữa hệ số cố kết Ch/Cv

chính là bằng tỷ số giữa hệ số thấm Kx/Ky Biết được tỷ số trên và hệ số thấm Ky từ thí nghiệm ta sẽ suy ra được hệ số cố kết ngang Kx cho bài tốn mơ phỏng

HV: DƯƠNG MINH HẢI MSHV: 10090327 Page: 30