nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu đê biển nam đình vũ - hải phòng

Mặt khác tuyến đê biển Nam Đình Vũ là tuyến đê lấn biển, chịu tác động của sóng, bão và môi trường lớn, nền địa chất yếu, phức tạp vì vậy các phương án biện pháp công trình phải thỏa mãn

Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập

và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong Bộ môn Đê điều và bảo vệ bờ và Trung tâm Công trình đồng bằng ven biển & Đê điều – Viện Thủy công - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn

Xin cảm ơn lãnh đạo Ban quản lý dự án đầu tư hạ tầng khu kinh tế Hải Phòng – Ban quản lý khu kinh tế Hải Phòng

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các em trong gia đình, vợ và con gái đã động viên, tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành quá trình học tập và viết luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả

Lê Anh Đức

Học viên

Lê Anh Đức

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 TÍNH CẤP THIẾT PHẢI XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 3

1.2 TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN 5

1.2.1 Nhóm phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền 6

1.2.2 Nhóm phương pháp làm tăng độ chặt của đất nền 11

1.2.3 Nhóm phương pháp nhằm truyền tải trọng công trình xuống lớp đất chịu lực tốt hơn 15

1.2.4 Nhóm phương pháp dùng đất có cốt 17

1.2.5 Nhóm phương pháp xử lý bằng hóa lý 18

1.2.6 Nhóm phương pháp dùng thiết bị thoát nước thẳng đứng 20

1.2.7 Các yêu cầu đối với thiết kế địa kỹ thuật hiện nay 23

1.3 TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 23

1.3.1 Tổng quan dự án đê biển Nam Đình Vũ 23

1.3.2 Điều kiện địa chất công trình 25

1.3.3 Các phương án kết cấu đề xuất áp dụng 26

1.4 SỰ CẦN THIẾT PHẢI ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO CÁC PA KẾT CẤU ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 26

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 28

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 29

2.1 CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU 29

2.1.1 Đặc điểm và phân loại nền đất yếu 29

2.1.2 Cường độ chống cắt không thoát nước Su 29

2.2 QUAN HỆ ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ TIÊU CHUẨN PHÁ HOẠI 30 2.2.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính 30

2.2.2 Mô hình đàn – dẻo 31

2.2.3 Một số mô hình khác 32

2.2.4 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb 33

2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỐ KẾT THẤM 34

2.4 LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 39

2.4.1 Phương pháp cân bằng giới hạn 40

2.4.2 Phương pháp phân tích giới hạn 44

2.5 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN 47

2.5.1 Phương pháp giải tích 48

2.5.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 49

2.5.3 Giải bài toán cố kết thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn 49

2.5.4 Tính ứng suất biến dạng bằng phương pháp PTHH 52

2.5.5 Tính ổn định bằng phương pháp chiết giảm cường độ chống cắt (Shear Strength Reduction) 54

2.5.6 Lựa chọn phần mềm tính toán 55

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 56

Chương 3 ỨNG DỤNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ 58

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH 58

3.1.1 Vị trí địa lý 58

3.1.2 Địa hình, địa mạo 58

3.1.3 Điều kiện địa chất cơ bản và ứng xử của nền đất yếu vùng tuyến đê biển Nam Đình Vũ 58

3.1.4 Các phương án kết cấu đê biển được lựa chọn áp dụng 64

3.1.5 Đặc điểm và điều kiện làm việc của đê biển Nam Đình Vũ 72

3.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ – HẢI PHÒNG 72

3.3 LỰA CHỌN MÔ HÌNH VÀ THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 73

3.3.1 Lựa chọn mô hình đất nền 73

3.3.2 Chọn thông số cho mô hình tính 74

3.4 TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐÊ ĐẤT MÁI NGHIÊNG 78

3.4.1 Lựa chọn phiên bản phần mềm Plaxis để tính toán 78

3.4.2 Lựa chọn mặt cắt tính toán đê đất mái nghiêng 78

3.4.3 Các trường hợp tính toán đê đất mái nghiêng 79

3.4.4 Trình tự thi công đê đất mái nghiêng 79

3.4.5 Kết quả tính toán đê đất mái nghiêng – TH 1 (không xử lý nền) 79

3.4.6 Kết quả tính toán đê đất mái nghiêng – phương án chọn 84

3.4.7 Đánh giá chung về kết quả tính toán 88

3.5 TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐÊ BÊ TÔNG 89

3.5.1 Lựa chọn phiên bản phần mềm Plaxis để tính toán 89

3.5.2 Lựa chọn mặt cắt tính toán Đê bê tông 90

3.5.3 Các trường hợp tính toán đê bê tông 90

3.5.4 Kết quả tính toán đê bê tông phương án chọn 92

3.6 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN CHƯƠNG 98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 100

2 NHỮNG HẠN CHẾ TỒN TẠI 101

3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 105

PHỤ LỤC 1 : ĐÊ BÊ TÔNG PHƯƠNG ÁN CHỌN 105

1 Mô hình bài toán 105

2 Nội lực trong cọc qua các giai đoạn đắp 106

3 Chuyển vị của đất nền qua các giai đoạn đắp 108

PHỤ LỤC 2 : TÍNH TOÁN ĐÊ ĐẤT - TH 1 (KHÔNG XỬ LÝ NỀN) 110

1 Chuyển vị khi đắp tới cao trình +1,00m 110

2 Khi đắp tới cao trình +3,00m 111

3 Khi đắp tới cao trình +5,00m 112

PHỤ LỤC 3 : TÍNH TOÁN ĐÊ ĐẤT – PHƯƠNG ÁN CHỌN 113

1 Chuyển vị khi đắp tới cao trình +1,00m 113

2 Khi đắp tới cao trình +3,00m 114

3 Khi đắp tới cao trình +5,00m 115

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 - 1: Vị trí vùng dự án đê biển Nam Đình Vũ 5

Hình 1 - 2: Lớp đệm cát có chiều dày không đổi 6

Hình 1 - 3: Lớp đệm cát giữa dày, 2 bên mỏng 6

Hình 1 - 4: Lớp đệm cát giữa mỏng, 2 bên dày 7

Hình 1 - 5: Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu nền đê 9

Hình 1 - 6: Bệ phản áp làm giảm độ dốc mái nghiêng 10

Hình 1 - 7: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum- Hàn Quốc 10

Hình 1 - 8: Cọc cát trong nền đất yếu 11

Hình 1 - 9: Dây chuyền công nghệ thi công trụ đất xi măng đơn pha 13

Hình 1 - 10: Thi công hàng cọc xi măng đất 13

Hình 1 - 11: Cột vật liệu rời 14

Hình 1 - 12: Đê biển New Orleans surge – Mỹ (cọc BTLT DƯL D1500) 16

Hình 1 - 13: Móng cọc khoan nhồi 17

Hình 1 - 14: Dùng vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu 18

Hình 1 - 15: Cách bố trí hệ thống giếng cát và tải trọng phụ tạm thời 21

Hình 1 - 16: Mô hình nền xử dụng bấc thấm 22

Hình 1 - 17: Trình tự thi công bấc thấm 22

Hình 1 - 18: Hình ảnh vệ tinh khu vực dự án 24

Hình 2 - 1: Quan hê ứng suât – biến dạng (đàn - dẻo) 32

Hình 2 - 2: Đường bao cực hạn 33

Hình 2 - 3: Lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb [15] 34

Hình 2 - 4: Mô hình thí nghiệm và Sơ đồ tính toán cố kết thấm trong trường hợp bài toán cố kết thấm 1 chiều 35

Hình 2 - 5: Xác định mômen chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn 41

Hình 2 - 6: Xác định góc ma sát và lực dính huy động 45

Hình 2 - 7: Chuyển vị phần tử tam giác 53

Hình 2 - 8: Quan hệ ứng suất pháp và ứng suất cắt, giảm cường độ chống cắt 55

Hình 3 - 1: Khoan khảo sát đê đã đắp bằng phương pháp đắp lấn 59

Hình 3 - 2: Cắt dọc địa chất điển hình tuyến đê từ hố khoan M76 đến M79 60

Hình 3 - 3: Biểu đồ cường độ kháng cắt không thoát nước theo chiều sâu 63

Hình 3 - 4: Sơ đồ tuyến công trình 64

Hình 3 - 5: Kết cấu điểm hình đê bê tông 67

Hình 3 - 6: Kết cấu điển hình đê đất mái nghiêng 71

Hình 3 - 7: Quan hệ đường cong -logp 74

Hình 3 - 8: Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục (theo Plaxis Material Models Manual) 75

Hình 3 - 9: Đường thí nghiệm nén 3 trục tại vị trí M78 75

Hình 3 - 10: Mô hình tính toán TH 1 (không xử lý nền) 80

Hình 3 - 11: Lưới phần tử phân tích TH 1 (không xử lý nền) 80

Hình 3 - 12: Điểm khảo sát chuyển vị TH 1 (không xử lý nền) 81

Hình 3 - 13: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp (TH 1) 81

Hình 3 - 14: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp( TH 1) 81

Hình 3 - 15: Hệ số ổn định Msf= 1,092 khi đắp tới +5,00m (TH 1) 83

Hình 3 - 16: Hình dạng mặt trượt khi đắp đến +5.0 84

Hình 3 - 17: Mô hình tính toán phương án chọn 84

Hình 3 - 18: Lưới phần tử phân tích phương án chọn 85

Hình 3 - 19: Điểm khảo sát chuyển vị phương án chọn 85

Hình 3 - 20: Chuyển vị đứng của các điểm khảo sát theo quá trình đắp(PA chọn) 86 Hình 3 - 21: Chuyển vị ngang của các điểm khảo sát theo quá trình đắp(PA chọn) 86 Hình 3 - 22: Hình dạng mặt trượt khi đắp tới +5,00m 88

Hình 3 - 23: Hệ số ổn định Msf= 1,281 khi đắp tới +5,00m 88

Hình 3 - 24: Mô hình tính toán 94

Hình 3 - 25: Sơ đồ lưới phần tử 94

Hình 3 - 26: Hình dạng mặt trượt 97

Hình 3 - 27: Hệ số ổn định của công trình khi đắp tới cao trình thiết kế 97

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 - 1: Một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của các lớp đất yếu phân bố trên mặt 25

Bảng 2 - 1: Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu [10] 29

Bảng 3 - 1: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 1c đến lớp 3c 62

Bảng 3 - 2: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 4 đến lớp 7b 62

Bảng 3 - 3: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất từ lớp 7c đến lớp 7g 63

Bảng 3 - 4: Giá trị Eu=Es Theo Foundation analysis and design [16] 76

Bảng 3 - 5: Giá trị E các loại đất Theo Foundation analysis and design [16] 76

Bảng 3 - 6: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan M78 78

Bảng 3 - 7: Các thông số khai báo trong mô hình 80

Bảng 3 - 8: Kết quả tính toán chuyển vị nền theo Plaxis 83

Bảng 3 - 9: Thông số vật liệu cừ bê tông ma sát cao 84

Bảng 3 - 10: Thông số vật liệu lớp cát hạt trung xử lý nền 84

Bảng 3 - 11: Kết quả tính toán chuyển vị nền theo từng giai đoạn đắp 85

Bảng 3 - 12: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan M17 90

Bảng 3 - 13: Thông số địa chất tại vị trí tính toán (HK M17) 92

Bảng 3 - 14: Thông số tường chắn sóng 93

Bảng 3 - 15: Thông số cọc D50, D60, cọc D80 94

Bảng 3 - 16: Kết quả chuyển vị theo các giai đoạn thi công 95

Bảng 3 - 17: Kết quả nội lực trong cọc theo các giai đoạn thi công 96

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của Hải Phòng tới năm

2020, kinh tế đối ngoại tiếp tục được xác định là lĩnh vực kinh tế động lực của thành phố Trong đó hoạt động đầu tư nước ngoài có vai trò đặc biệt quan trọng, là một trong những động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố theo định hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá Để thực hiện mục tiêu này, một trong những biện pháp quan trọng là xây dựng và phát triển khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải Khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải được quy hoạch bao gồm: khu Công nghiệp Nam Đình

Vũ 1, khu công nghiệp Nam Đình Vũ 2 và khu Phi Thuế Quan

Dự án đầu tư xây dựng đê biển Nam Đình Vũ thuộc khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải là dự án xây dựng đê bao lấn biển dài nhất Việt Nam hiện nay Tổng chiều dài toàn tuyến đê là 14.987 km Tuyến đê biển và các công trình trên đê có nhiệm vụ bảo vệ vùng lấn biển trực tiếp diện tích khoảng 2100 ha và hơn 3000 ha vùng bờ biển phía trong để xây dựng khu công nghiệp tập trung của thành phố Hải Phòng Toàn bộ tuyến đê được xây dựng chủ yến trên nền đất yếu là bùn sét, màu xám, xám đen, lẫn hữu cơ phân hủy, đôi chỗ kẹp lớp cát mỏng, trạng thái chảy Một vài đoạn ngắn xen kẹp lớp bùn sét pha (bùn cát pha), màu xám, xám đen, đôi chỗ lẫn vỏ don hến, trạng thái chảy chảy Hai lớp đất yếu này có chiều sâu trung bình từ 15m đến 23 m Mặt khác tuyến đê biển Nam Đình Vũ là tuyến đê lấn biển, chịu tác động của sóng, bão và môi trường lớn, nền địa chất yếu, phức tạp vì vậy các phương án

biện pháp công trình phải thỏa mãn các yêu cầu: (i) Kết cấu phải vững chắc, chịu

được tác động lớn của môi trường như : sóng, gió, dòng chảy, tác động bất thường

của môi trường trong quá trình thi công …; (ii) Nền đất yếu nên kết cấu thân đê, xử

lý nền phải dạng kết cấu mềm và giảm nhẹ tối đa trọng lượng bản thân; (iii) Công

nghệ thi công không phức tạp, phù hợp với trình độ và khả năng thi công hiện có

của Việt Nam; (iv) Thời gian thi công nhanh vì tuyến đê này là tiền đề để dự án khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải sớm hoàn thành và (v) Tận dụng nguyên, vật liệu địa

phương như cát, đá, xi măng v.v Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền

đất yếu đê biển Nam Đình Vũ - Hải Phòng” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa

học và thực tiễn cao

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu ổn định đê biển trên nền đất yếu và đề xuất giải pháp tăng ổn định cho đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng đảm bảo công trình an toàn và kinh tế

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý nền hợp lý cho các kết cấu của đê biển Nam Đình Vũ Hải Phòng Từ đó tính toán phân tích ứng suất biến dạng, phân tích ổn định của các giải pháp, lựa chọn biện pháp và kết cấu xử lý nền đảm bảo công trình

- Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu;

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mô hình toán và các phần mềm ứng dụng;

+ Phương pháp chuyên gia và hội thảo;

+ Phương pháp phân tích, tổng hợp và đề xuất giải pháp xử lý nền hợp lý

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT PHẢI XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ

Hải Phòng là thành phố ven biển, nằm phía Đông miền Duyên hải Bắc Bộ, cách thủ đô Hà Nội 102 km, có tổng diện tích tự nhiên là 152.318,49 ha chiếm 0.45% diện tích tự nhiên cả nước Hải Phòng nằm ở vị trí giao lưu thuận lợi với các tỉnh trong nước và quốc tế thông qua hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt, đường biển, đường sông và đường hàng không

Trong quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội của Hải Phòng tới năm

2010, kinh tế đối ngoại tiếp tục được xác định là lĩnh vực kinh tế động lực của thành phố Trong đó hoạt động đầu tư nước ngoài có vai trò đặc biệt quan trọng, là một trong những động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố theo định hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá Để thực hiện mục tiêu này, một trong những biện pháp quan trọng là xây dựng và phát triển khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải Để đạt được mục tiêu đề ra, Hải Phòng đang nỗ lực hoàn thiện quy hoạch phát triển cơ

sở hạ tầng, phát triển các khu công nghiệp, khu kinh tế có mặt bằng sạch, an toàn đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế ngày càng cao và tạo ra môi trường đầu tư ngày càng thuận lợi tại Hải Phòng Xây dựng khu Kinh tế Đình Vũ – Cát Hải thành một trong những trung tâm kinh tế biển của vùng Bắc Bộ cả nước, là đầu mối giao thương quốc tế hiện đại ở Bắc Bộ, là động lực lôi kéo, thúc đẩy Hải Phòng phát triển, trở thành hạt nhân tạo sự chuyển biến cơ bản cho thành phố theo hướng công nghiệp hoá hiện đại hoá

Ngày 10/1/2008 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số TTg v/v Thành lập và ban hành Quy chế hoạt động của Khu Kinh tế Đình vũ – Cát Hải thành phố Hải Phòng Ngày 01/02/2008, Thủ tướng Chính phủ có văn bản số 180/TTg-CN chấp thuận điều chỉnh mở rộng 2 khu công nghiệp và bổ sung 11 khu công nghiệp mới với tổng diện tích 8157ha và danh mục các khu công nghiệp dự kiến ưu tiên thành lập mới đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 Ngày 5/5/2009 Uỷ ban Nhân dân thành phố Hải Phòng có Quyết định số 795/QĐ-UBND phê duyệt quy hoạch chi tiết Khu phi thuế quan và Khu Công nghiệp Nam Đình Vũ

06/2008/QĐ-(khu 1) do Công ty Cổ phần Đầu tư Nam Đình Vũ làm chủ đầu tư Ngày 16/4/2009

Uỷ ban Nhân dân thành phố Hải Phòng có Quyết định số 644/QĐ-UBND phê duyệt quy hoạch chi tiết Khu Công nghiệp Nam Đình Vũ (Khu 2) do Công ty Cổ phần Công ty cổ phần Khu Công nghiệp Hải Phòng làm chủ đầu tư

Khu Công nghiệp Nam Đình Vũ (khu 1) là dự án có quy mô lớn trong khu kinh

tế Đình Vũ – Cát Hải Tổng diện tích khu công nghiệp là 899.667ha Khu Phi Thuế quan Nam Đình Vũ thuộc Khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải là một trong hai Khu phi thuế quan tạo thành một khu chức năng đặc biệt của Khu Kinh tế, đảm nhiệm chức năng ngoại quan, là cửa sổ quan trọng của Khu Kinh tế ra ngoài Khu Phi thuế quan

có diện tích 437.5ha Khu Công nghiệp Nam Đình Vũ (Khu 2) có diện tích 646 ha Các Khu Công nghiệp và Phi thuế quan nói trên dự kiến thu hút từ 10-15 tỉ USD đầu tư nước ngoài với tổng số lao động lên đến hàng trăm nghìn lao động với nhiều

cơ sở sản xuất công nghiệp, thương mại, dân sinh quan trọng Để đảm bảo lợi ích, tài sản cũng như an toàn con người của các nhà đầu tư, chủ động phòng chống bão

lũ, nước biển dâng, tạo điều kiện thuận lợi cho các dự án lấn biển tạo quỹ đất, vươn

ra chiếm lĩnh biển, tạo tiền đề phát triển kinh tế biển, Uỷ ban Nhân dân thành phố Hải Phòng đã phê duyệt chủ trương Đầu tư xây dựng tuyến đê biển Nam Đình Vũ Qua phân tích quy mô diện tích, tỉ suất đầu tư trên mỗi ha diện tích đất, số lượng lao động sẽ tham gia vào hoạt động của các khu công nghiệp, khu phi thuế quan trong khu vực Nam Đình Vũ thấy rằng việc đầu tư tuyến đê biển bảo vệ khu vực này là cần thiết Sau khi tuyến đê biển được đầu tư xây dựng, toàn bộ diện tích đất sau đê sẽ được bảo vệ an toàn trước tình hình thời tiết biển khắc nghiệt, bão lũ gia tăng, biến đổi khí hậu và nước biển dâng bất thường… Việc đầu tư xây dựng tuyến đê biển Nam Đình Vũ giúp đẩy nhanh quá trình hình thành Trung tâm công nghiệp thương mại trọng tâm trong Khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải Bên cạnh đó, tuyến đê biển Nam Đình Vũ sau khi được đầu tư xây dựng cùng với các tuyến đê biển quốc gia Đồ Sơn, đê Cát Hải góp phần tăng cường năng lực phòng chống lụt bão, đối chọi với thiên nhiên khắc nhiệt vùng ven biển Hải Phòng, thúc đẩy kinh tế biển khu vực Hải Phòng phát triển trở thành nghành kinh tế mũi nhọn, đóng góp chủ yếu vào mục tiêu đến năm 2020, kinh tế biển chiếm 5055%

Hình 1 - 1: Vị trí vùng dự án đê biển Nam Đình Vũ

1.2 TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN

Bất kỳ biện pháp xử lý nền đất nào nếu làm tăng được cường độ liên kết giữa các hạt đất và làm tăng được độ chặt của đất nền thì đều mục đích chung là tăng khả năng chịu tải của đất nền, giảm khả năng biến dạng, giảm độ lún và tính thấm của đất nền Hiện nay có nhiều phương pháp cải tạo gia cố nền đất yếu nhưng nhìn

chung có thể xếp chúng vào một số nhóm phương pháp sau : (i) Nhóm phương pháp

nhằm cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền (dùng đệm cát,

đệm sỏi, đệm đất, bệ phản áp…), (ii) nhóm phương pháp làm tăng độ chặt của đất

nền (dùng cọc cát, cọc vôi, nén trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt đất trên mặt và

dưới sâu, làm chặt đất bằng năng lượng nổ…), (iii) nhóm phương pháp nhằm truyền

tải trọng công trình xuống lớp chịu lực tốt (móng cọc, móng trụ, giếng chìm), (iv) nhóm phương pháp đất có cốt (dùng các dải kim loại, vải địa kỹ thuật…), (v) nhóm phương pháp xử lý bằng hóa lý (phụt vữa ximăng, silicat hóa, điện thấm, điện hóa

học…) (vi) nhóm phương pháp dùng thiết bị thoát nước thẳng đứng (giếng cát, bấc

thấm …)

Tùy theo điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng

và tính chất sử dụng của công trình để chọn biện pháp xử lý thích hợp

1.2.1 Nhóm phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền

Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn (thường nhỏ hơn 3m) nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đá hoặc bệ phản áp… để gia cố đất nền

1.2.1.1 Thay nền bằng cát (đệm cát)

a Nội dung phương pháp

Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát, đệm đá… có tác dụng tăng khả năng chịu lực của nền, giảm bớt độ lún toàn bộ và lún không đều, đồng thời tăng nhanh quá trình cố kết, giảm kích thước và chiều sâu chôn móng

(1) Lớp đệm cát co chiều dày không đổi áp dụng ở nơi có lớp đất yếu mỏng nhưng tương đối chặt, cường độ không quá thấp [13]

Hình 1 - 2: Lớp đệm cát có chiều dày không đổi (2) Lớp đệm cát ở giữa dày, hai bên mỏng Được áp dụng ở nơi có lớp bùn tương đối dày Ơ giữa chịu ứng suất lớn, hai bên chịu ứng suất nhỏ [13]

Hình 1 - 3: Lớp đệm cát giữa dày, 2 bên mỏng (3) Lớp đệm cát ở giữa mỏng, hai bên dày Được áp dụng ở nơi có lớp đất yếu thay đổi Làm dày ở hai bên có tác dụng để không cho bùn bị đẩy sang và nếu nằm trên đất cứng thì có thể đắp bằng đá [13]

Hình 1 - 4: Lớp đệm cát giữa mỏng, 2 bên dày

Phương pháp này thích hợp được sử dụng trong các điều kiện sau:

- Chiều cao nền đất đắp từ (6,09,0) mét và lớp đất yếu không quá dày

- Có nguồn khai thác cát ở gần và dễ vận chuyển

Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn thì khối lượng đào đất hoặc nạo vét chuyển đi sẽ tăng lên Còn khi nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng

di động, đồng thời gây ra độ lún phụ thêm dưới móng công trình Lớp đệm cát được thi công sau khi đã đào bỏ một phần lớp đất yếu

Chiều dày của lớp đệm cát trong trường hợp trên phụ thuộc vào ứng suất của nền đất đắp tác dụng lên trên mặt lớp cát Cát làm đệm được thi công trải ra thành từng lớp, chiều dày của mỗi lớp phụ thuộc vào thiết bị đầm nén

Cát để dùng làm lớp đệm tốt nhất là dùng các hạt lớn và các hạt vừa, không lẫn đất bụi Với một số nền không quan trọng lắm và không có mực nước ngầm ở cao thì có thể sử dụng đệm cát đen để hạ giá thành

Cát sau khi đầm nén xong phải kiểm tra độ chặt tại hiện trường bằng phao Kôvalep, phương pháp cân trong nước hoặc phương pháp xuyên

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt Tăng nhanh

quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi

Mặt khác, dùng lớp đệm cát việc thi công đơn giản hơn nhưng thời gian đắp đất tương đối lâu, vì thường kết hợp với giải pháp xây dựng theo từng giai đoạn Phạm

vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém

về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định

1.2.1.2 Đắp bệ phản áp

a Nội dung của phương pháp

Nội dung của phương pháp này là dùng các vật liệu địa phương như đất đá, cát đắp ở hai bên công trình để chống trượt do sự phát triển của vùng biến dạng dẻo gây

ra

Bệ phản áp đóng vai trò như một đối trọng, tăng độ ổn định, cho phép đắp nền đường với chiều cao lớn hơn Do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn Mặt khác nó còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng và chống thấm nước Giải pháp này không làm rút bớt được thời gian lúc đất cố kết và không giảm được độ lún, còn tăng thêm khả năng nén lún (do phụ thêm tải trọng của bệ phản áp

ở hai bên đường) Nó có nhược điểm là khối lượng đất đắp lớn và diện tích chiếm đất nhiều Phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ cũng như khối lượng quỹ đất dồi dào, khoảng cách vận chuyển không bị hạn chế về phạm vi

Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét Vật liệu dùng là các loại đất hoặc cát thông thường Trong trường hợp khó khăn có thể sử dụng cả đất lẫn hữu cơ

Xác định kích thước là vấn đề mấu chốt trong việc tính toán và thiết kế bệ phản

áp Nhiều phương pháp dựa vào giả thiết khác nhau nhưng chỉ gần đúng Có tác giả dựa vào sự hình thành vùng biến dạng dẻo phát triển ở hai bên công trình Người khác dựa vào giả thiết mặt trượt của đất nền có dạng hình trụ tròn Cũng có tác giả tính toán dựa theo lý luận cân bằng giới hạn để xác định mặt trượt và suy ra trạng

thái giới hạn của đất nền Để đơn giản hơn trong tính toán, một số tác giả dựa vào điều kiện khống chế ứng suất ngang để quyết định kích thước của bệ phản áp

Với các công trình nền đường, nền đất đắp,… phương pháp tính toán kích thước

bệ phản áp dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo được áp dụng nhiều hơn Tăng chiều rộng của bệ phản áp, hệ số an toàn sẽ tăng lên

Theo kinh nghiệm của Trung Quốc thì:

- Chiều cao bệ phản áp Hpa > 1/3 lần chiều cao nền đường Hnđ

- Bề rộng của bệ phản áp Lpa = (2/33/4) lần chiều dài truồi đất

Theo toán đồ của Pilit thì:

- Chiều cao bệ phản áp Hpa = (4050)% chiều cao nền đường Hnđ

- Bề rộng của bệ phản áp Lpa = (23) lần chiều dày lớp đất yếu D

(1) Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu của nền đường hay công trình đất đắp, được áp dụng khi nền đường hay công trình đất đắp có dạng hình thang

- Chiều cao bệ phản áp Hpa =(1/31/2) lần chiều cao nền đất đắp Hnđ

- Bề rộng của bệ phản áp Lpa mỗi bên nhất thiết phải vượt quá phạm vi của cung trượt tru tròn nguy hiểm nhất từ 1,03,0m [13]

Hình 1 - 5: Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu nền đê (2) Bệ phản áp làm xoải mái dốc taluy của nền đường hay công trình đất đắp, được áp dụng khi nền đường hay nền công trình đất đắp có dạng hình tam giác hay gần với hình tam giác

- Chiều cao bệ phản áp Hpa = (1/52/5) lần chiều cao nền đất đắp Hnđ

- Bề rộng của bệ phản áp bpa = 1/3 b [13]

Hình 1 - 6: Bệ phản áp làm giảm độ dốc mái nghiêng

Chiều cao của bệ phản áp không được quá lớn để có thể lại gây trượt trồi (mất

ổn định) đối với chính phần đất đắp Khi thiết kế thường giả thiết chiều cao bệ phản

áp bằng chiều cao của nền đất đắp rồi nghiệm toán ổn định theo phương pháp mặt trượt trụ tròn Chiều cao trung bình bệ phản áp lấy từ (1,52,0)mét Độ chặt đất đắp nên đạt K  0,9 (đầm nén tiêu chuẩn)

Hình 1 - 7: Mặt cắt ngang đê biển Saemangeum- Hàn Quốc

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Bệ phản áp là một trong những phương pháp hiệu quả khi xây dựng các nền đường, đê, đập khi có điều kiện về không gian đất sử dụng Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ chống sóng, chống thấm trên vùng đất yếu So với việc làm thoải mái taluy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất bằng nhau sẽ có lợi hơn vì tăng được mômen của các lực chống trược do tải trọng tập trung ở chân mái taluy Phương pháp này thi công đơn giản, nhanh gọn, tận dụng được nguồn quỹ đất khai thác ngay tại địa phương

Tuy nhiên muốn phương pháp này phát huy được hiệu quả thì diện tích chiếm đất của nó phải rất lớn, thể tích khối đắp lớn Do đó nó không phù hợp với những

khu vực thi công phải vận chuyển đất đắp từ nới khác đến Giải pháp này không làm giảm được thời gian lún cố kết mà còn làm tăng thêm độ lún của công trình do tăng thêm tải trọng do bệ phản áp ở hai bên đường

Vì vậy giải pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp rẻ tiền, khai thác được vật liệu tại chỗ Tầng đất yếu có chiều dày không lớn lắm và khối đắp cao trung bình và phạm vi đắp đất không hạn chế

1.2.2 Nhóm phương pháp làm tăng độ chặt của đất nền

Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước, tính nén lớn hoặc đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng Để xây dựng công trình trên nền đất này cần xử lý bằng cọc cát, cọc vôi hoặc nén trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt đất trên mặt và dưới sâu, làm chặt đất bằng năng lượng

nổ…

1.2.2.1 Phương pháp cọc cát

Khi xử lý nền bằng cọc cát, nền đất được nén chặt lại làm cho độ rỗng, độ

ẩm của nền giảm đi, trọng lượng thể tích, mô đun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên, do đó sức chịu tải của nền tăng lên Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc làm việc đồng thời, trị số mô đun biến dạng gần như giống nhau tại mọi điểm Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được xử lý bằng cọc cát có thể xem như nền thiên nhiên Đây cũng là ưu điểm của cọc cát so với các loại cọc

cứng khác, mô đun biến dạng của

vật liệu làm cọc lớn hơn nhiều lần

mô đun biến dạng của đất xung

quanh thân cọc, do đó toàn bộ tải

trọng công trình sẽ truyền lên các

cọc, các lớp đất dưới mũi và xung

quanh cọc Đất ở xa cọc hầu như

không tham gia chịu lực

Hình 1 - 8: Cọc cát trong nền đất yếu

Khi dùng cọc cát làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền Ngoài tác dụng nén chặt nền, nó còn làm việc như các giếng cát thoát nước, nước trong đất thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng Phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công [12]

1.2.2.2 Phương pháp cọc vôi

Phương pháp này được sử dụng thích hợp với đất yếu như bùn, than bùn, sét và

á sét ở trạng thái dẻo nhão Đặc điểm của cọc vôi là sau khi tác dụng với nước thì cường độ tăng lên rất nhanh, vôi tăng thể tích 2 lần làm cho đất xung quanh nén chặt, môđun biến dạng tăng 34 lần, lực dính tăng 1,53 lần, cường độ nền cọc vôi tăng 23 lần Theo kết quả thực nghiệm, cường độ của cọc vôi khi nén một trục có thể đạt tới 1025kG/cm2 Đồng thời khi vôi được tôi nhiệt độ lên tới 1201600C làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi, đất giảm độ ẩm và nén chặt nhanh [12]

lý trên diện rộng và yêu cầu phải có đơn vị thi công chuyên nghiệp [12]

1.2.2.4 Phương pháp trụ đất xi măng

Trụ đất xi măng là trụ tròn bằng hỗn hợp đất - xi măng, hay đất - vữa xi măng được chế tạo bằng cách trộn cơ học xi măng hoặc vữa xi măng với đất tại chỗ Quá trình trộn có thể là trộn khô hoặc trộn ướt Trộn khô là quá trình xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột xi măng khô với đất, có hoặc không có phụ gia Trộn ướt là quá trình xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn vữa xi măng gồm nước, xi măng, có hoặc không có phụ gia với đất Khi gia cố trụ, hiện tượng nổi trội chính là sự phân bố lại ứng suất trong hệ thống trụ-đất theo thời gian Ngay khi tác động, tải trọng được chịu bởi áp lực nước lỗ rỗng dư Trụ tăng độ cứng theo thời

gian sẽ chịu dần tải trọng, giảm bớt tải trọng lên đất Hệ quả là áp lực nước lỗ rỗng

dư trong đất yếu giảm nhanh Phân bố lại ứng suất là nguyên nhân chính để giảm độ lún và tăng tốc độ lún [12]

Công nghệ Jet grouting: là công nghệ trộn ximăng với đất tại chỗ dưới sâu

Trước tiên đưa cần khoan đến đáy cọc dự kiến thì dừng lại và bắt đầu vữa bơm vữa ximăng phụt ra thành tia ở đầu mũi khoan, vừa bơm vữa vừa xoay cần khoan rút

lên Tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (200 - 400 atm), vận tốc lớn ( 100 m/s) làm cho các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra, hòa trộn với vữa phụt, sau đó đông cứng tạo thành một cọc (cột) đồng nhất Theo lịch sử phát triển,

đã có 3 công nghệ S, D và T ra đời nhằm đạt được mục tiêu tạo cọc có đường kính lớn hơn và chất lượng trộn đồng đều hơn

- Công nghệ đơn pha (Công nghệ S)

- Công nghệ hai pha (Công nghệ D)

- Công nghệ ba pha (Công nghệ T)

Hình 1 - 9: Dây chuyền công nghệ thi công trụ đất xi măng đơn pha

Hình 1 - 10: Thi công hàng cọc xi măng đất

1.2.2.5 Phương pháp cột Balát (cột vật liệu rời)

Hệ thống cột balát đầm chặt được tạo

các điểm tăng cường đất mềm, cải thiện độ

ổn định và giảm nhỏ độ lún Hình 1 - 11: Cột vật liệu rời

Do là vật liệu rời nên nó cũng có tác dụng thoát nước thẳng đứng Có thể kiểm tra các đặc trưng cơ học của cột bằng thiết bị xuyên và thí nghiệm gia tải trên cột Tuy nhiên phương pháp này chỉ hiệu quả với chiều dày xử lý không lớn hơn 15m và giá thành tương đối cao [12]

1.2.2.6 Phương pháp gia cố bằng năng lượng nổ

Dùng năng lượng nổ để gia cố nền đất yếu là một phương pháp được Viện Thiết

kế Bộ Giao thông Vận tải đưa vào sử dụng bắt đầu từ những năm chống chiến tranh phá hoại của giặc Mỹ

Nội dung của phương pháp này như sau: trong phạm vi bề mặt và chiều dày của lớp đất yếu cần được gia cố sẽ bố trí các quả mìn dài theo mạng lưới tam giác đều Những giếng được năng lượng nổ tạo thành sẽ nén đất ra xung quanh Kích thước

và khoảng cách giếng phải được tính toán đủ đảm bảo nén đất đến độ chặt cần thiết Sức chịu tải của nền yếu tăng lên đơn thuần nhờ sức nổ ép làm cho các hạt đất sắp xếp lại, sít vào nhau hơn và cũng có thể do tác dụng của quá trình cố kết thấm của

các giếng cát lấp các giếng nổ [12]

1.2.2.7 Phương pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh

Đối với nền đất dưới công trình có tính nén lớn và biến dạng không đồng đều như sét, sét pha cát ở trạng thái chảy hoặc cát nhỏ, cát nhỏ ở trạng thái bão hòa nước, muốn nén chặt nó yêu cầu phải có tải trọng tác dụng thường xuyên trong thời gian dài thì mới có hiệu quả Trong nhiều trường hợp, nếu độ lớn dự tính rất lớn,

vượt quá những chỉ dẫn cho phép trong quy phạm, để đảm bảo cho công trình có thể

sử dụng được ngay sau khi thi công thì một trong những biện pháp hay dùng là nén trước bằng tải trọng tĩnh

Tác dụng của biện pháp này là làm cho nền đất được nén chặt một phần, độ ẩm

và biến dạng của đất giảm đi và khả năng chịu lực của đất nền tăng lên [12]

1.2.3 Nhóm phương pháp nhằm truyền tải trọng công trình xuống lớp đất chịu lực tốt hơn

Khi dưới lớp đất yếu là lớp chịu lực thì có thể dùng móng cọc Nhiệm vụ chủ yếu của móng cọc là truyền tải trọng từ công trình xuống các lớp đất ở dưới mũi cọc

2) Khi chịu các tải trọng nằm ngang, móng cọc có thể chống uốn khi đang chống đỡ tải trọng thẳng đứng của công trình Trường hợp này xảy ra khi thiết kế xây dựng các công trình chắn đất và móng các nhà cao tầng chịu lực gió hay động đất

3) Công trình xây dựng trên đất trương nở hay sụt lở có khả năng thay đổi thể tích khi độ ẩm thay đổi, áp lực trương nở có thể rất cao nên dùng móng nông thì rất không an toàn, phải thay bằng móng cọc với độ sâu cọc ở dưới đới xảy ra co ngót

lại hiệu quả tốt, mà ngược lại có khi vì ứng dụng không đúng chỗ có thể gây lãng phí và nguy hiểm đối với công trình Chẳng hạn, lớp đất bên trên tương đối tốt, còn bên dưới là lớp đất yếu thì khi đóng cọc xuống, lớp đất bên trên sẽ bị phá hoại, còn lớp đất bên dưới sẽ sinh ra biến dạng phụ thêm gây nên nguy hiểm đối với điều kiện làm việc của công trình

Dưới đây giới thiệu một số loại cọc chủ yếu thường dùng trong thiết kế hiện nay

1.2.3.1 Cọc bê tông cốt thép

Cọc bê tông cốt thép là loại cọc dùng phổ biến trong việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu Loại cọc này có khả năng tiếp thu được tải trọng lớn từ công trình, mỗi cọc có thể chịu được tải trọng 250300 tấn Cọc thường được cấu tạo tiết diện tròn, vuông, tam giác hoặc đa giác Để tăng tính kinh tế, giảm bớt lượng xi măng, thép và dễ dàng hơn trong vận chuyển, thay vì cọc đặc như trước đây người

ta thường chế tạo những cọc rỗng Với những cọc có chiều dài lớn người ta thường dùng loại cọc bê tông cốt thép ứng lực trước để tăng cường khả năng chịu lực của cọc

Hình 1 - 12: Đê biển New Orleans surge – Mỹ (cọc BTLT DƯL D1500)

1.2.3.2 Cọc nhồi

Cọc nhồi là loại cọc được chế tạo hạ xuống đất ngay tại chỗ bằng cách khoan đào sẵn trong đất những lỗ cọc, đặt cốt thép sau đó đổ bê tông nhồi đầy lỗ cọc Để cho lỗ cọc không bị sụt nở, người ta thường dùng ống vách bằng thép kết hợp với

cọc không giập hoặc vỡ

1.2.4 Nhóm phương pháp dùng đất có cốt

Đất có cốt là vật liệu xây dựng gồm có đất đã được tăng cường độ bằng cách bố trí các vật liệu chịu kéo như các thanh và dải kim loại, vải không bị phân hủy sinh học trong đất (vải địa kỹ thuật) Lợi ích cơ bản của đất có cốt là làm tăng cường độ chống kéo và cường độ chống cắt của đất do lực ma sát tồn tại ở mặt phân cách đất -

trong đất thoát nhanh làm tăng độ bền chống cắt, độ ổn định của đất; Tác dụng lọc, khi đất ở giữa hai lớp hạt thô và hạt mịn, vải địa kỹ thuật vẫn cho nước thấm qua các lớp nhưng giữ cho không cho hạt mịn lôi cuốn vào hạt thô; Tác dụng chia tách, chia tách các lớp đất trong thi công và khi công trình làm việc; Tác dụng gia cố, làm tăng sức chịu tải nền đất do độ bền chống kéo của vải

Hình 1 - 14: Dùng vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu

Vải địa kỹ thuật có thể bố trí một hay nhiều lớp, (15)lớp Mỗi lớp vải xen kẽ với một lớp cát đắp dày (15,030,0)cm tùy theo khả năng lún và lu lèn khi thi công Tổng cường độ chịu kéo đứt của các lớp vải địa kỹ thuật có Fmax tương ứng

Nên chọn loại vải sợi dệt (wowen), cường độ chịu kéo đứt tối thiểu 25kN/m để đảm bảo hiệu quả đầm nén đất trên vải nhằm tạo hệ số ma sát cao

Ưu diểm là thi công đơn giản, nhanh gọn, không cần có thiết bị máy móc; tăng cường ổn định cho nền đất đắp trên đất yếu, giá thành thấp; không phụ thuộc vào mực nước ngầm cao hay thấp; ngăn không cho cát chui xuống đất yếu và có tuổi thọ cao

Nhược điểm là không làm giảm thời gian lún, độ lún cố kết của công trình, thích hợp khi độ lún còn lại của công trình  30,0 cm

Có thể thay thế lớp vải địa kỹ thuật bằng lưới địa kỹ thuật Loại này có cường

độ cao hơn vải địa kỹ thuật và có lỗ mắt cáo tạo lên một sức cài chặt

1.2.5 Nhóm phương pháp xử lý bằng hóa lý

1.2.5.1 Phương pháp điện thấm

Khi cắm vào trong đất dính bão hòa nước hai điện cực, cực dương là một thanh kim loại, cực âm là một ống kim loại có nhiều lỗ nhỏ, sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua, hạt đất chuyển dịch về phía cực dương, còn nước trong đất chuyển

về phía cực âm, khiến cho ống làm cực âm đầy nước Tại đây sẽ bố trí thiết bị hút nước, kết quả là nước thoát ra và đất ở giữa các điện cực được nén chặt lại

Phương pháp điện thấm trong xây dựng có tác dụng: Nâng cao khả năng chịu lực và tăng nhanh tốc độ cố kết của đất sét yếu; Làm tăng độ ổn định của mái dốc

và đáy hố móng khi thi công; Hạ mực nước ngầm trong đất [12]

1.2.5.2 Phương pháp điện hóa học

Phương pháp điện hóa học dựa vào nguyên lý điện thấm để gia cường nền đất Phương pháp này bố trí cực dương là một thanh kim loại và cực âm là ống kim loại

có nhiều lỗ nhỏ để hút nước Để làm tăng tốc độ cố kết và hiệu quả nén chặt của đất nền khi cho dòng điện một chiều chạy qua, người ta thường dùng các dung dịch hóa học như canxi clorua, natri silicat,…Các dung dịch này được đưa vào trong đất qua cực dương Khi có dòng điện chạy qua, các điện cực sẽ bị phá hủy Các sản phẩm phá hủy liên kết với các hạt sét làm cho khối đất trở nên cứng lại và nước sẽ thải ra cực âm

Hiệu quả ứng dụng của phương pháp điện hóa học phụ thuộc vào thành phần hóa học của loại đất cần gia cường Nếu đất có lượng muối lớn thì hiệu quả cao Do

đó, phương pháp điện hóa học không những chỉ dùng với đất sét có hàm lượng bụi

và hàm lượng sét lớn hơn 50% mà còn có thể áp dụng đối với các loại đất bùn ở biển có nồng độ muối cao

1.2.5.3 Phương pháp nhiệt

Phương pháp nhiệt dùng để gia cường các loại đất hoàng thổ có hệ số thấm 1020cm/phút nằm ở trên mực nước ngầm Phương pháp này chỉ dùng tốt khi chiều dày lớp đất gia cường lớn trên 3m Thực chất của phương pháp này là dùng nhiệt độ cao để gia cường đất và kết quả là loại trừ được tính lún sập, đồng thời làm tăng khả năng chịu tải và tính chịu nước của đất

Hiện nay gia cường đất bằng nhiệt có thể tiến hành theo cách là phụt vào trong đất qua lỗ khoan dòng khí nóng có nhiệt độ 6008000C, hoặc là qua lỗ khoan đưa nhiên liệu cháy (ở thể khí hoặc lỏng) vào trong đất và đốt ở nhiệt độ 11000C

1.2.6 Nhóm phương pháp dùng thiết bị thoát nước thẳng đứng

Khi chiều dày của lớp đất yếu khá lớn (bề dày tầng đất yếu vượt quá bề rộng đáy nền đất đắp) Không thể dùng các biện pháp khác để xử lý được

Giải pháp này sử dụng cho loại đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước, tính nén lún lớn, đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng còn nhỏ (đất cát rời, đất dính ở trạng thái dẻo chảy, đất bùn, than bùn) Nhờ cách bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm) nên nước cố kết ở các lớp sâu trong lòng đất yếu dưới tác dụng của tải trọng đắp sẽ có điều kiện thoát nhanh (nước dịch chuyển theo phương ngang thẩm thấu vào giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo đường này thoát lên mặt đất tự nhiên)

Chiều cao nền đất đắp tối thiểu 4,0 mét khi thiết kế cần thỏa mãn: [12]

1.2.6.1 Phương pháp giếng cát

Đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái bão hòa nước có biến dạng lớn kéo dài và sức chịu tải thấp Với những trường hợp này đòi hỏi phải rút ngắn giai đoạn lún và độ lún tiếp đó trong thời gian đã đưa công trình vào sử dụng không vượt quá giới hạn cho phép

Giếng cát là một trong những phương pháp gia cố nền đáp ứng được các yêu cầu trên Giếng cát có tác dụng chính là: Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình xây dựng trên đó nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

Giếng cát và cọc cát có kích thước (đường kính và chiều dài) tương tự nhau, nhưng khoảng cách các giếng cát lớn hơn cọc cát Chính vì vậy mà cọc cát có nhiệm vụ chủ yếu là nén chặt đất, tăng sức chịu tải của nền, còn nhiệm vụ thoát nước lỗ rỗng là thứ yếu

Quá trình thoát nước của các giếng cát sẽ làm giảm độ ẩm của đất yếu Làm tăng cao C và , làm xảy ra trước độ lún của nền đất yếu

Giếng cát có nhiệm vụ chủ yếu là rút ngắn chiều dài đường thấm thoát nước thẳng đứng ở trong nền đất yếu và cải tạo một phần tính chất của đất Hệ thống giếng cát gồm 3 bộ phận chính không thể thiếu: giếng cát, đệm cát và tải trọng phụ

tạm thời có tác dụng tao ra gradient trong nền đất yếu để ép đẩy nước ra ngoài Khi không có giếng cát, chỉ có lớp đệm cát ở trên mặt thì dưới tác dụng của tải trọng công trình, nước trong vùng hoạt động D có khả năng thoát ra theo phương thẳng đứng dưới tác dụng của gradient thuỷ lực (iv) ép đẩy nước theo phương đứng Khi có bố trí giếng cát trong nền đất yếu, dưới tác dụng của tải trọng nền đường, nước trong đất thoát ra chủ yếu theo phương ngang để đi vào các giếng cát dưới tác dụng của gradient thuỷ lực Ở mặt phẳng đáy các giếng cát gradient thuỷ lực theo phương ngang ir lớn hơn 10 lần gradient theo phương đứng iv (ir  10.iv)

Hình 1 - 15: Cách bố trí hệ thống giếng cát và tải trọng phụ tạm thời

Với những đặc điểm trên, giếng cát có thể làm tăng các đặc trưng khả năng chịu tải (lực dính C và góc nội ma sát ) của nền đất yếu Đồng thời tạo độ lún trước cho nền đất yếu trước khi xây dựng công trình

Theo kinh nghiệm thiết kế: đường kính giếng cát nên chọn d  30,0 cm Tốt nhất là dc = (3545) cm;

1.2.6.2 Phương pháp dùng bấc thấm

Khi thi công các công trình trên nền đất yếu, nền đất có hàm lượng nước, tính nén ép cao, cường độ đất, tính thấm nước kém độ sâu lớp bùn lớn Phương pháp thoát nước cấu kết là phương pháp giải quyết hữu hiệu sự lún và ổn định của nền đất sét mềm yếu và đất bùn làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất giảm đi Trọng lượng thể tích, mô đun biến dạng, lực dính, góc ma sát trong tăng lên Để đạt được những yếu tố trên người ta vẫn thường dùng phương pháp quen thuộc là giếng cát (đã giới

thiệu phần trên) Trong khoảng hơn 20 năm trở lại đây, khắp thế giới đã và đang phát triển các loại bấc thấm chế tạo sẵn để thay thế giải pháp dùng giếng cát như trước đây bởi những ưu điểm nổi trội của nó Đó là, bấc thấm được chế tạo trong nhà máy nên có thể sản xuất được khối lượng rất lớn; có thể thi công nhanh bằng máy chuyên dụng; Thoát nước lỗ rỗng tốt hơn, do đó quá trình cố kết đất nhanh hơn; Giá thành bấc thấm chỉ bằng 25% giếng cát

Bấc thấm là loại vật liệu địa kỹ

thuật dùng để thoát nước đứng nhằm

gia tăng khả năng ổn định của nền

móng, được cấu tạo từ hai lớp: Lớp áo

lọc bằng vải địa kỹ thuật không dệt, sợi

liên tục PP hoặc PET 100%, không

Hình 1 - 17: Trình tự thi công bấc thấm

Yêu cầu về bấc thấm:

+ Hệ số thấm của vỏ lọc ASTM D4491  1.10-4 m/sec;

+ Kích thước lỗ vỏ lọc xác định theo tiêu chuẩn ASTM D4571 O95  75m; + Bề rộng bấc thấm để phù hợp với thiết bị tiêu chuẩn hoá (1000,05) mm; + Bấc thấm nên bố trí so le theo kiểu hoa mai với cự ly trong (1,02,2) mét + Khả năng thoát nước của bấc thấm với áp lực 350 KN/m2 (ASTM D4716)

qw  60.10-6 m3/sec;

+ Cường độ chịu kéo ứng với độ giãn dài dưới 10% (ASTM D4595) nhằm chống đứt khi thi công  1 KN/bấc;

1.2.7 Các yêu cầu đối với thiết kế địa kỹ thuật hiện nay

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu như hiện nay, hàng năm mực nước biển ngày càng dâng cao và tình hình động đất sóng thần, triều cường, bão lớn ngày càng có chiều hướng diễn biến phức tạp Việc đầu tư các hệ thống đê biển có ý nghĩa hết sức quan trọng nhằm bảo vệ tài sản tính mạng nhân dân các vùng ven biển và lân cận Mặt khác hầu hết các vị trí xây dựng đê biển vùng cửa sông đều nằm trên vùng địa chất bồi mềm yếu Do đó việc nghiên cứu các giải pháp xây dựng, xử lý nền đất yếu đóng góp một phần quan trọng trong việc xây dựng hệ thống đê biển đảm bảo bền vững, an toàn

Có rất nhiều biện pháp đã được nghiên cứu và sử dụng trong thực tế như đã trình bày ở trên Mỗi giải pháp đều có ưu nhược điểm, điều kiện áp dụng nhất định Vấn đề đặt ra với các chuyên gia kỹ thuật nền móng công trình là làm sao có thể đưa ra những giải pháp móng hợp lý nhất, tương ứng từng đối tượng xây dựng cụ thể nhằm đạt được độ ổn định và bền vững của công trình mà chi phí xử lý nền là thấp nhất

1.3 TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ

1.3.1 Tổng quan dự án đê biển Nam Đình Vũ

Dự án Đầu tư xây dựng tuyến đê biển nam Đình Vũ thuộc Khu kinh tế Đình Vũ

- Cát Hải được đầu tư nghiên cứu từ năm 2009 cùng với quy hoạch chung xây dựng

Khu kinh tế Đình Vũ - Cát Hải Đầu tư xây dựng tuyến đê biển khu Nam Đình Vũ nhằm đáp ứng yêu cầu chủ động phòng chống lụt, bão, nước biển dâng một cách chắc chắn, lâu dài, hạn chế thiệt hại do thiên tai gây ra, đặc biệt trong việc hạn chế các tác hại của nước biển dâng do biến đổi khí hậu toàn cầu, bảo vệ an toàn tính mạng và tài sản của Nhà nước, nhân dân và của các nhà đầu tư trong và ngoài nước tại bán bán đảo Đình Vũ; đắp đê lấn biển tạo diện tích đất đai góp phần thúc đẩy sự phát triển về kinh tế- xã hội, tạo điều kiện phát triển vững chắc khu công nghiệp Đình Vũ góp phần xây dựng thành công Khu kinh tế Đình Vũ - Cát Hải đồng thời đảm bảo điều kiện an ninh, quốc phòng và bảo vệ môi trường của khu vực vùng biển Hải Phòng

Tuyến đê biển và các công trình trên đê có nhiệm vụ bảo vệ toàn bộ khu vực phía Nam bán bán đảo Đình Vũ, trong đó là cả một vùng dân sinh kinh tế đặc biệt quan trọng mà trực tiếp là Khu công nghiệp Nam Đình Vũ đã được Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Hải Phòng phê duyệt Quy hoạch chi tiết tại các Quyết định số 644/QĐ – UBND ngày 16/04/2009 và Quyết định số 795/QĐ – UBND ngày 5/5/2009

Với tổng chiều dài toàn bộ tuyến đê là 14.181 km, bảo vệ vùng lấn biển trực tiếp diện tích khoảng 2100 ha tạo quỹ đất xây dựng khu công nghiệp Nam Đình Vũ và hơn 3000 ha vùng bờ biển phía trong để xây dựng khu công nghiệp tập trung của thành phố Hải Phòng Đê biển Nam Đình Vũ được đánh giá là tuyến đê lấn biển dài nhất và quy mô lớn nhất Việt Nam hiện nay

Hình 1 - 18: Hình ảnh vệ tinh khu vực dự án

1.3.2 Điều kiện địa chất công trình

Đê biển Nam Đình Vũ được xây dựng tại bán đảo Nam Đình Vũ, một đầu tuyến là cửa sông Bạch Đằng, đầu tuyến còn lại là cửa sông Cấm thuộc Phường Đông Hải 2

& phường Tràng Cát, Quận Hải An, thành phố Hải Phòng Vị trí xây dựng là cửa sông nên trên toàn tuyến đê gần như nằm trên nền đất bồi mềm yếu, địa chất phân

bố phức tạp bao gồm 22 lớp đất xen kẹp nhau Tầng đất bùn sét yếu trên mặt có chiều sâu từ 15 đến 23 m, các lớp đất yếu này, có hệ số nén lún lớn, hệ số rỗng tự nhiện lớn, môđun tổng biến dạng nhỏ Dưới tải trọng làm việc của công trình, các lớp nêu trên có thể bị lún mạnh và lún không đều, làm ảnh hưởng đến độ ổn định và tuổi thọ của công trình

Các lớp đất yếu chủ yếu phân bố trên mặt toàn tuyến công trình bao gồm : (1) Lớp 1c: Bùn đáy sông, biển: Bùn sét pha mầu nâu hồng, nâu xám, lẫn cát hạt mịn xám đen, vỏ sò xám trắng

(2) Lớp 2: Bùn sét - bùn sét pha màu xám nâu, xám đen, xám ghi, xen kẹp cát hạt mịn, lẫn hữu cơ vỏ sò xám trắng

(3) Lớp 3b: Sét pha màu xám đen, xám nâu, trạng thái dẻo chảy, kẹp cát hạt mịn, lẫn hữu cơ vỏ sò xám trắng

(4) Lớp 3c: Bùn sét pha xám ghi, xám nâu, lẫn hữu cơ, kẹp cát hạt mịn

(5) Lớp 4: Sét mầu xám ghi, xám xanh, trạng thái chảy đến dẻo chảy, kẹp cát hạt mịn lẫn vỏ sò

(6) Lớp 5: Sét màu xám ghi, xám vàng, trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm, kẹp cát hạt mịn, lẫn vỏ sò

Bảng 1 - 1: Một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của các lớp đất yếu phân bố trên mặt

Lớp 3c

1.3.3 Các phương án kết cấu đề xuất áp dụng

Với đặc điểm thủy hải văn, sóng bão, đặc điểm địa hình toàn tuyến công trình, đặc điểm làm việc và điều kiện sử dụng đê và điều kiện thi công đê biển Có nhiều kết cấu đê đã được đưa vào nghiên cứu nhưng nhìn chung có các kết cấu đê chính sau đây được đề xuất nghiên cứu áp dụng vào đê biển Nam Đình Vũ

- Kết cấu đê cứng :

+ Đê dạng tường bê tông đặt trên hệ cọc bê tông đóng cách nhau 1 khoảng a Sử

dụng đá đổ để lèn chặt chân cọc và làm khối phản áp phía biển

+ Đê dạng tường bê tông đặt trên hệ cọc bê tông đóng cách nhau 1 khoảng a Sử

dụng đá đổ để lèn chặt chân cọc và dùng vòi voi để chắn đá

+ Đê dạng cọc bê tông đóng ken sít hoặc cừ bản bê tông đóng ken sít chắn đất Với dạng kết cấu đê cứng này thì mặt cắt khá nhỏ gọn, khả năng giảm sóng leo hạn chế, chỉ phù hợp với các vị trí có chiều cao sóng nhỏ, địa hình tự nhiên sâu để thi công đóng cọc và thi công bê tông Mặt khác cần có yêu cầu phải kết nối hài hòa với các công trình khác trong quy hoạch tổng thể chung của khu công nghiệp

- Kết cấu đê mềm :

+ Đê đắp bằng đất hoặc cát theo mái nghiêng thoải dài, bên ngoài bảo vệ bằng

đá đổ và các cấu kiện bê tông

+ Sử dụng các túi geotube để làm chân đê và xếp dần lên mái theo bậc thang để bảo vệ mái và giữ ổn định cho khối cát đắp hoặc đất đắp phía trong

Kết cấu đê mềm này phù hợp với các vị trí công trình có chiều cao sóng lớn, yêu cầu giảm năng lượng sóng khi tác động vào công trình là ưu tiên số 1 Nền đất tự nhiên cao, bởi vì nếu nền sâu thì khối lượng đắp rất lớn và để ổn định được trên nền đất yếu thì cần phải mái rất thoải và dài Mặt khác không có yêu cầu hạn chế không gian xây dựng công trình

1.4 SỰ CẦN THIẾT PHẢI ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO CÁC PA KẾT CẤU ĐÊ BIỂN NAM ĐÌNH VŨ

Đối với đê biển Nam Đình Vũ, sức phá hoại tự nhiên là yếu tố thường xuyên tồn tại Cho đến nay, toàn bộ lý luận và kinh nghiệm mà loài người đã tích luỹ được

trong thực tiễn tuy có thể hạn chế được khả năng phá hoại công trình trong một phạm vi nhất định nhưng vẫn không thể xoá bỏ triệt để khả năng này

Trong các yếu tố tự nhiên uy hiếp an toàn của công trình thì yếu tố chủ yếu là điều kiện thuỷ hải văn, điều kiện sóng bão và địa chất nền công trình Ngoài ra các yếu tố do con người gây ra như công tác khảo sát, thiết kế, thi công, vận hành và quản lý công trình không hợp lý hay không đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật, hay cả những tác động phá hoại môi trường làm thay đổi điều kiện khí hậu, nước biển dâng, mữa lớn thất thường, bão và sóng thần … Cũng gây ra những thảm hoạ, những sự cố công trình không chỉ thiệt hại về của cả vật chất mà nhiều khi còn tổn thất về con người nghiêm trọng

Các nguyên nhân gây sự cố đê biển có thể phân thành nhóm chủ yếu :

+ Nguyên nhân do yếu tố tự nhiên (Địa chất yếu, mưa bão, sóng thần .) + Nguyên nhân do yếu tố khảo sát, thiết kế

+ Nguyên nhân do yếu tố thi công công trình

+ Nguyên nhân do yếu tố quản lý vận hành

Qua các kết quả đánh giá và phân tích thì nguyên nhân sự cố công trình khi xây dựng đê như sạt, trượt, lún nhiều, lún không đều … vv, thì nguyên nhân chính là do nền đê yếu, biện pháp xử lý nền và thân đê không hợp lý, tốc độ thi công quá nhanh Đối với đê biển Nam Đình Vũ, được xây dựng trên vùng cửa sông, có chiều sâu lớp đất bồi mềm yếu lớn, việc lựa chọn các biện pháp xử lý nền càng có ý nghĩa quan trọng Với phương án kết cấu đê bê tông, nếu không có biện pháp hợp lý khi san nền (trên nền bùn bồi mềm yếu) làm khu công nghiệp, áp lực đất đắp làm cho nền biến dạng và nứt gãy các cọc bê tông cốt thép dẫn đến đổ vỡ công trình Với các kết cấu đê cát mái nghiêng, không có biện pháp xử lý nền hợp lý, khi đắp đê sẽ sinh biến dạng lún, trồi lớn Làm tăng khối lượng đắp đê, tiến độ thi công kéo dài, gây hư hỏng các cấu kiện bảo vệ mái, kết cấu thân đê chủ yếu bằng cát sẽ không giữ được ổn định khi lớp áo bảo vệ mái đã không còn mà thường xuyên chịu ảnh hưởng của sóng bão

Mặt khác sau khi xây dựng xong, đê được đóng vai trò như kè bảo vệ mái, bảo

vệ khu công nghiệp Nam Đình Vũ Nền khu công nghiệp được đắp hoàn toàn bằng cát, nếu công trình bảo vệ hư hỏng thì có thể sóng gió sẽ tác động gây xói mòn vào sâu trong khu công nghiệp Ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản con người trực tiếp trong khu công nghiệp Nam Đình Vũ và các vùng lân cận

Các phương pháp xử lý nền đất yếu đã nêu ở trên đều được áp dụng nhiều trong thực tế Tuy có nhiều phương án xử lý nền đất yếu nhưng tuỳ thuộc vào điều kiện

và đặc điểm của mỗi công trình có thể chọn một phương pháp xử lý cho phù hợp Cần phải phân tích ứng xử nền đất yếu vùng tuyến xây dựng, phân tích các đặc điểm cấu tạo và điều kiện làm việc của các kết cấu đê Nam Đình Vũ để xác định biện pháp xử lý nền đảm bảo về kỹ thuật và hiệu quả về kinh tế

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương 1, tác giả đã mô tả tổng quan về dự án đê biển Nam Đình Vũ – Hải Phòng, sự cấp thiết phải xây dựng dự án đê biển để bảo vệ tính mạng và tài sản trong khu vực nói chung và khu công nghiệp Nam Đình Vũ tương lai nói riêng Các phương án kết cấu đang được nghiên cứu Cơ bản là điều kiện địa chất của công trình và sự cần thiết phải đề xuất các giải pháp xử nền đất yếu cho đê biển Nam Đình Vũ Đó cũng là mục đích nghiên cứu chính của luận văn

Ngoài ra, tác giả đã trình bày một số giải pháp xử lý nền đất yếu nói chung và

xử lý nền đất yếu cho đê biển nói riêng đang được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều thực tế Mô tả chung về các biện pháp, đặc điểm và điều kiện áp dụng Đề từ

đó có những định hướng áp dụng cho các kết cấu đê biển Nam Đình Vũ

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU

2.1.1 Đặc điểm và phân loại nền đất yếu

Nền đất là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số lỗ rỗng lớn, lực dính theo các thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Su ≤ 0.25daN/cm2 Theo sức kháng cắt không thoát nước, Su, và trị số xuyên tiêu chuẩn N, như sau :

+ Đất rất yếu : Su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2

+ Đất yếu : Su ≤ 25kPa hoặc N ≤ 4

Đất sét yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp,đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu Đất sét yếu nói chung là loại đất có sức chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường

độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e>1) , có môđun biến dạng thấp (E0< 50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu mà thiếu biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình Bảng 2.1 trình bày một

số chỉ tiêu phân loại đất mềm yếu

Bảng 2 - 1: Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu [10]

Chỉ tiêu

loại đất

Hàm lượng nước tự nhiên (%)

Độ rỗng tự nhiên

Hệ số co ngót

Độ bão hòa (%)

Góc nội ma sát chịu cắt nhanh

Đất sét > 40 >1,2 >0,50 >95 <5 Đất á sét > 30 >0,95 >0,30 >95 <5

2.1.2 Cường độ chống cắt không thoát nước S u

Khái niệm này mô tả cường độ chống cắt của đất trong trường hợp không thoát nước Giá trị này phụ thuộc vào một số yếu tố chính :

+ Góc quay ứng suất

 Su : là cường độ chống cắt không thoát nước, Su = (13) / 2

Mục đích của điều kiện không thoát nước, không có biến dạng thể tích xảy ra, vì vậy hệ số poát xông được xem bằng 0,5 trong suốt quá trình cắt

2.2 QUAN HỆ ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ TIÊU CHUẨN PHÁ HOẠI

Trong tính toán ổn định nền công trình, việc lựa chọn mô hình tính toán phù hợp với ứng xử của đất nền là điều hết sức quan trọng Việc lựa chọn mô hình tính toán

có tính quyết định đến kết quả và sự chính xác của bài toán Có rất nhiều mô hình vật liệu khác nhau được đưa vào nghiên cứu trong cơ học đất như :

+ Mô hình đàn hồi tuyến tính

+ Mô hình đàn hồi phi tuyến

+ Mô hình đàn - dẻo

+ Một số mô hình khác : mô hình Cam clay …

Theo lý thuyết đàn hồi, có thể xác định được mức độ biến dạng của bất kỳ điểm nào trong khối vật liệu rắn xem là đàn hồi, đồng chất, đẳng hướng Tuy nhiên, môi trường đất trong thực tế không phải hoàn toàn đàn hồi, thường là bất liên tục, bất đồng nhất và dị hướng, nên khi áp dụng lý thuyết đàn hồi thì hết sức thận trọng, cần tiến hành các thực nghiệm để kiểm tra và có các hiệu chỉnh tương thích

2.2.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính

Cơ sở của mô hình lý thuyết đàn hồi là định luật Hooke

Trong điều kiện nén hoặc kéo đơn một trục, ứng suất và biến dạng sẽ có quan hệ tuyến tính :

Vấn đề khá quan trọng trong tính toán đàn dẻo các khối đất là sự lựa chọn các

hệ phương trình vi phân vật lý phù hợp đối với biến dạng dẻo được xác định bởi mô hình đất đang thực hiện trong phép giải đã cho Hiện nay trong các ứng dụng thực tế thì các mô hình của môi trường đàn dẻo lý tưởng và môi trường đàn dẻo tăng bền, giảm bền được áp dụng rộng rãi nhất

Mô hình này là sự tổng quát hóa của môi trường đàn hồi và dẻo cứng có ma sát Trong bài toán biến dạng, mô hình được dùng ohair bảo đảm lời giải nhận được là đồng nhất, ứng suất và biến dạng là đồng trục Với bài toán của môi trường này, đã

có nhiều lời giải bằng giải tích được giới thiệu, điều đó cho phép so sánh các lời giải bằng số với các lời giải giải tích chính xác Về bản chất, mô hình phối hợp hai lý thuyết cơ sở của cơ học hiện đại : lý thuyết đàn hồi và lý thuyết trạng thái tới hạn ;

mô hình được mô tả bằng các đặc trưng cơ học thông thường trong khảo sát địa chất công trình

Quan hệ ứng suất biến dạng được thể hiện trong hình 2-1 Cơ chế làm việc của

mô hình này cũng khá đơn giản