Đồ án môn học gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm

Hiện nay,quá trình công nghiệp hóa,đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương đầu với hang loạt các vấn đề về xây dựng các công trình lớn,các nhà máy công nghiệp nặng trên nền đất yếu,khắc phục các sự cố công trình do nền đất bên dưới gây ra…Nền đất yếu là một trong những vấn đề mà các công trình xây dựng thường gặp.Cho đến nay ở nước ta,việc xây dựng trên nền đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là một bài toán khó đối với người xây dựng,đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc nhằm đảm bảo sự ổn định và độ lún an toàn của công trình.Đây là một vấn đề hết sức khó khăn,đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết.Trong phần đồ án môn học này em xin trình bày phương pháp gia cố đất bằng bấc thấmmột trong những phương pháp đang được áp dụng hiện nay và đã được thực tế đánh giá là phương pháp có hiệu quả và rất kinh tế.

-o0o -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM

Năm 2014

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay,quá trình công nghiệp hóa,đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ đòi hỏi các nhàkhoa học phải đương đầu với hang loạt các vấn đề về xây dựng các công trìnhlớn,các nhà máy công nghiệp nặng trên nền đất yếu,khắc phục các sự cố côngtrình do nền đất bên dưới gây ra…

Nền đất yếu là một trong những vấn đề mà các công trình xây dựng thườnggặp.Cho đến nay ở nước ta,việc xây dựng trên nền đất yếu vẫn là một vấn đề tồntại và là một bài toán khó đối với người xây dựng,đặt ra nhiều vấn đề phức tạpcần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc nhằm đảm bảo sự ổn định và độ lún antoàn của công trình

Đây là một vấn đề hết sức khó khăn,đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thứckhoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết

Trong phần đồ án môn học này em xin trình bày phương pháp gia cố đất bằng bấcthấm-một trong những phương pháp đang được áp dụng hiện nay và đã được thực

tế đánh giá là phương pháp có hiệu quả và rất kinh tế

SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Các vùng đồng bằng phía Nam còn tồn tại rất nhiều vùng đất yếu và hiện là khuvực đang vươn mình phát triển mạnh mẽ của khu vực phía Nam nói riêng và cảnước nói chung.Đây là vùng có nhiều tiềm năng kinh tế rất lớn

Triển vọng phát triển đòi hỏi nhu cầu xây dựng cao kéo theo những vấn đề liênquan đến xử lý nền đất yếu,sự cố công trình

Trước yêu cầu thực tiễn của đất nước em muốn vận dụng kiến thức đã học vàothực tế đời sống với mong muốn góp phần nhỏ bé vào sự phồn vinh chung của đấtnước

Cùng với nhu cầu thực tế và sự quan tâm tìm hiểu về vấn đề thoát nước thẳngđứng nên em chọn đề tài:”Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm và ứng dụng thực tếtại kho LPG,cảng Cái Mép,tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Bước đầu tiếp cận bài toán thực tế về tính toán thiết kế hệ thống thoát nước thẳngđứng để xử lý nền đất yếu tại kho LPG,cảng Cái Mép,tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài có phạm vi áp dụng rộng rãi không chỉ cho các công trình nhà dân dụng mà

cả các chung cư,cao ốc,cầu,đường có những điều kiện địa chất theo yêu cầu

2

MỤC LỤC Lời nói đầu

SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Mục lục

I.Giới thiệu về đất yếu 5

I.1 Khái niệm đất yếu 5

I.2.Một số đặc điểm của nền đất yếu 5

I.3 Các loại đất yếu thường gặp 5

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CỐ BẰNG BẤC THẤM 6 I.Giới thiệu chung 6

I.1.Khái quát phương pháp 6

I.2.Cấu tạo bấc thấm 7

I.3.Gia tải trước 8

I.4.Ưu nhược điểm của bấc thấm 9

II.Tính toán thiết kế bấc thấm 10

II.1.Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm 10

II.2.Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm 21

III.Thi công gia cố nền bằng bấc thấm 25

III.1.Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm 25

III.2.Thi công cắm bấc thấm 26

III.3.Đắp vật liệu gia tải và dở tải 27

III.4.Đánh giá chất lượng gia cố nền bằng bấc thấm 27

IV.Bấc thấm ngang 28

IV.1 Giới bấc thiệu về thấm ngang 28

IV.2 Đặc tính của bấc thấm ngang 29IV.3 Phạm vi ứng dụng của bấc thấm ngang 29IV.4.Cơ sở lý thuyết về khả năng ứng dụng của bấc thấm ngang thay thế cho lớp đệm cát 30IV.5.Ưu điểm điển hình của việc sử dụng Bấc thấm ngang so với lớp đệm cát 31IV.6.Thi công bấc thấm ngang 31

PHẦN III:VÍ DỤ TÍNH TOÁN 34

III.1.Đặc điểm tự nhiên của nền đất khu vực nghiên cứu 34III.2.Tính toán kiểm tra đất nền 34III.3.Xử lý cắm bấc thấm 43

PHẦN IV:KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO

4

PHẦN I:CÁC KHÁI NIỆM

I.Giới thiệu về đất yếu

I.1 Khái niệm đất yếu

Đất theo thuật ngữ địa chất là tất cả sản phẩm hình thành do phong hóa lớp

vỏ đá bao quanh Trái Đất,không dính hoặc dính với độ bền liên kết nhỏ gấp nhiềulần so với độ bền của bản thân các hạt khoáng.Đất tự nhiên gồm ba hợp phầnchính:những hạt khoáng rắn,nước và thể bao dạng khí.Điều kiện hình thành đất tựnhiên quyết định đặc điểm và tính chất cơ lý của đất

Đất yếu là thuật ngữ dùng chỉ loại đất có thành phần và tính chất không

đáp ứng được với một số yêu cầu kỹ thuật nhằm sử dụng chúng trong công tácxây dựng cụ thể.Thuật ngữ này chỉ mang tính tương đối gắn liền với công trình cụthể,ví dụ với loại công trình này thì đất xem là yếu nhưng với loại công trình khácthì không xếp vào loại đất yếu

I.2.Một số đặc điểm của nền đất yếu

Khái niệm đất yếu chỉ mang tính tương đối và phụ thuộc vào trạng thái vật lýcũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà công trìnhtruyền xuống

o Độ bão hòa nước G >0.8

o Thành phần vật chất hữu cơ cao

I.3 Các loại đất yếu thường gặp

 Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòanước, có cường độ thấp;

 Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ởtrạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực

 Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quảphân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%)

 Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc phaloãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng tháichảy gọi là cát chảy

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CỐ BẰNG BẤC THẤM

I.Giới thiệu chung

I.1.Khái quát phương pháp

Nền đất sét yếu có hệ số thấm nhỏ,vì vậy để hoàn thành giai đoạn lún cố kết cầnphải có nhiều thời gian.Để rút ngắn thời gian cố kết này người ta thường dùngthiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước can thiệp trực tiếp vào nền đất.Trong phương pháp gia cố nền bằng bấc thấm,người ta dùng bấc thấm cắm vàolòng đất đến độ sâu cần thiết kết hợp với gia tải trước nhằm tạo gradien thủy lựclàm cho nước lỗ rỗng thoát ra khi nước trong đất chảy nhanh theo phương ngang

về phía bấc thấm rồi sau đó chảy tự do ra ngoài

Việc đặt bấc thấm vào trong nền đất sét sẽ làm giảm chiều dài đường thấm vàdẫn đến giảm thời gian hoàn thành quá trình cố kết.Như vậy bấc thấm đặt vàotrong nền đất có hai mục đích là:làm tăng tốc độ cố kết của nền đất và từ đó nângcao sự ổn định của công trình đặt trên nền đất yếu

Hình 1.Chất tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng

6

I.2.Cấu tạo bấc thấm

Bấc thấm là tên gọi chung để gọi các băng chất dẻo được cắm vào trong đấtbằng thiết bị đặc biệt,thường có bề rộng khoảng 100~200mm bề dày từ4~7mm.Lõi bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để:

 Tạo các rãnh để dẫn nước thấm dọc theo lõi

 Nâng đỡ lớp vỏ bọc không bị dính vào nhau do áp lực ngang trong đất

 Chống chịu lực kéo căng khi thi công giúp bấc thấm không bị đứt khi thi cônghoặc do cắt trượt khi có chuyển vị ngang lớn xảy ra trong đất

Hình 2 Mặt cắt điển hình của bấc thấm PVD

Hình 3 Bấc thấm PVD điển hình.

Lõi được bọc bằng một lớp vải địa kỹ thuật.Lớp vải được chế tạo bằngpolyester không dệt,vải địa kỹ thuật có polypropylene hay giấy vật liệu tổnghợp.Nó là hàng rào vật lý ngăn cách lòng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh và

là bộ lọc hạn chế đất hạt mịn đi vào lõi làm tắc đường dẫn

Vải địa kỹ thuật phải đạt chỉ tiêu cơ lý sau:

 Cường độ chịu kéo 1.0kN

Sand drains ( Cọc cát): Được sử dụng rộng rãi trong chất tải trước từ đầu

những năm 30 của thế kỷ trước Cọc cát (đường kính 300-500 mm) được tạobằng cách đóng một ống chống bằng thép, đầu ống có thể mở rộng, xuống nềnđất và sau đó lấp đầy ống bằng cát Cọc cát có đường kính nhỏ hơn có thể sẽ bịngắt đoạn vì hiệu ứng tạo vòm của cát

Sand wicks (Dồi cát): Dồi cát được làm từ vải đay hoặc vật liệu dễ thấm khác

như HDPE, may lại thành các ống hình trụ và đựng đầy cát Dồi cát được làm sẵntrên mặt đất, có thể làm thủ công) rồi thả vào bể cho bão hòa nước Đóng một ốnghình trụ đường kính 65-75 mm, đầu bọc sắt, xuống nền đất sét Sau đó tuồn dồicát vào khi đang rút ống lên Dồi cát để nhô lên trên mặt đất và phủ một tấm đệmthoát nước Đường kính dồi cát có thể dao động trong khoảng 55-75 mm, cáchnhau khoảng 1-2 m

Band drains (Bấc thấm): Bấc thấm làm từ vải địa kỹ thuật PVD có tính thấm

cao, thường rộng khoảng 75-100 mm, dầy khoảng 3-5 mm Chúng được ấn vàotrong nền đất bằng xe cẩu chuyên dụng

Ngoài ra còn có các loại bấc thấm dây hoặc carton.Hiện nay thực tế người tachỉ còn sử dụng bấc thấm PVD, sản xuất sẵn đại trà và dễ thi công bằng thiết bịchuyên dụng

I.3.Gia tải trước

-Là biện pháp tác dụng áp lực tạm thời lên nền đất để tăng nhanh quá trình épthoát nước lỗ rỗng,tăng nhanh tốc độ cố kết của đất,làm cho nền được lún trước

và lún tới khi ổn định.Có 2 phương pháp gia tải trước:

+Gia tải bằng trọng lượng khối đắp+Gia tải bằng bơm hút chân không

8

* Tổng tải trọng gia tải >= 1.2 tải trọng thiết kế công trình

* Vật liệu gia tải trước có thể là đất loại cát,loại sét hoặc tải trọng công trình

* Phải đắp theo giai đoạn,trong từng giai đoạn giai đoạn đắp phải đảm bảo nền ổn định

* Cường độ đất yếu được gia tăng sau cố kết được tính theo công thức

DCu = g H1 U tgj

Trong đó :

:giá trị gia tăng của lực dính

*H1 : ứng suất nén thẳng đứng trong lớp đất yếu do nền đất đắp đầu tiên

 Không xảy ra hiện tượng đứt bấc

 Hệ số thấm cao,do đó thoát nước nhanh 30.10-6 - 90.10-6 m3/s (giếngcát 20.10 -6 m3/s)

 Không xảy ra hiện tượng bị cắt trượt

Kém hiệu quả khi chiều dày lớp đất yếu quá dày

Thời gian chờ đợi khá nhiều

Dễ bị hư hại khi cắm vào đất

Sẽ không hiệu quả nếu không có phương pháp gia tải kết hợp phù hợp

II.Tính toán thiết kế bấc thấm

II.1.Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm

II.1.1 Tính toán bố trí bấc thấm

Nền đất có cắm bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng ngoài sẽ cố kếttheo sơ đồ bài toán đối xứng trục.Áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết U biến đổitheo thời gian t tùy thuộc vào khoảng cách bấc thấm L và tính chất cơ lý của đấtnền

Trên cơ sở quan niệm mỗi bấc thấm là một trụ đất có diện tích tươngđương,Baron(1948) đã đưa ra lời giải toàn diện cho bài toán cố kết của trụ đất cóchứa giếng cát ở trung tâm.Lý thuyết của ông dựa trên việc đơn giản hóa các giảthuyết cố kết một chiều của Terzaghi,1943 cùng 2 giả thiết:

 Biến dạng thẳng đứng là tự do,cho nên ứng suất bề mặt thẳng đứng là hằng số vàdịch chuyển bề mặt ngang là không đồng nhất trong quá trình cố kết

 Giả thiết biến dạng thẳng đứng là bằng nhau nên ứng suất bề mặt thẳng đứngkhông đồng nhất

Trong trường hợp biến dạng bằng nhau,phương trình vi phân chỉ đạo hàm quátrình cố kết có dạng:

Trong đó:

U áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại một điểm bất kì

r khoảng cách hướng tâm của điểm đang xét,từ tâm của trụ đất tiêu nước

t thời gian sau một độ tăng tức thời của tổng ứng suất thẳng đứng

Ch hệ số cố kết ngang

Với trường hợp chỉ tiêu nước hướng tâm,lời giải của Barron trong điều kiện lý

tưởng(không bị xáo động và không có sức cản của giếng) như sau:

F(n) = [ ] [ - + ] (II.4)

de đường kính trụ đất tương đương

dw đường kính của thiết bị tiêu nước

n—tỉ số khoảng cách n =

Hansbo(1979) đã cải tiến các phương trình Barron để dùng cho thiết bị tiêu nướcchế tạo sẵn.Cải tiến chủ yếu là đơn giản hóa các giả thiết về kích thước và các đặctrưng vật lý của thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn và ông đưa vào công thức các hệ sốảnh hưởng đến quá trình cố kết

F = F(n) +Fs +Fr

Ở đây:

F : hệ số ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố

F(n) :nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách giữa các bấc thấm

Với tỷ số khoảng cách n 20 ta có hệ số khoảng cách đơn giản là:

+ dm là đường kính của đường tròn tương đương có diện tích bằng diện tích tiếtdiện ngang của cần xuyên dùng cắm bấc thấm.

+ kh :hệ số thấm theo phương ngang trong đới phá hoại

+ ks :hệ số thấm của đất theo phương ngang trong đới xáo động

+ dw :đường kính tương đương của bấc thấm

Hình 4.Sơ đồ sức cản tiêu nước và phá hoại đất theo Rixner(1986)

Hansbo (1987) đề nghị dùng biểu thức sau cho thiết kế

a:chiều rộng mặt cắt ngang của bấc thấm

b:bề dày mặt cắt ngang của bấc thấm

Rixner (1986) đưa ra cách tính đường kính của bấc thấm tương sau:

Z: Khoảng cách từ bề mặt đến đầu trên của thiết bị thoát nước

L:chiều dài thiết bị tiêu nước khi tiêu nước một phía và bằng nửa chiều dài thiết

bị khi tiêu nước hai phía

qw = khả năng tiêu nước của thiết bị tiêu nước khi gradient thủy lực bằng 1

Để đơn giản hóa các quá trình tính toán Ur do dòng chảy hướng tâm,G.X.Zeng và K.H.Xie(1986) đưa ra công thức tính gần đúng:

II.1.2 Tính toán thông số gia tải trước

Braja M.Das đưa ra phương pháp tính toán thông số gia tải trên cơ sởtính toán mức độ cố kết của đất nền khi có tải trọng ngoài tác dụng

Nội dung là xét một lớp đất sét có chiều dày Hc nằm giữa hai lớp cátđang chịu tải trọng công trình trên một đơn vị diện tích là pp Khi đó độ lún cốkết tối đa do tải trọng công trình gây ra là:

Ta có thể xác định mức độ cố kết tại thời điểm t2 dưới tác dụng của tải trọng pp+ pf qua biểu thức sau:

===> như vậy nếu biết trước pf ta tính được U (II.20) ,sau đó tìm Tv và cuối

cùng tính được thời gian gia tải

II.1.3 Tính toán dự báo độ lún nền đất yếu

14

Khi tải trọng tác dụng tức thời lên nền đất yếu sẽ gây ra lún gồm cácthành phần: lún tức thời,lún sơ cấp,lún thứ cấp.Trong đó lún sơ cấp chiếm ưu thế

và cần xét đến trong phương pháp nén trước

:hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu

Cc :chỉ số nén lúc đầu( độ dốc của đường cong nén lần đầu)

Cr :chỉ số nén lại( độ dốc của đường cong nén lại)

: áp lực bản thân cột đất: áp lực tiền cố kết

:áp lực do tải trọng công trình

II.1.4 Tính toán kiểm tra ổn định nền đất đắp trên nền đất yếu

Có hai phương pháp kiểm tra ổn định nền đất đắp :

+ Phương pháp phân mảnh cổ điển+ Phương pháp Bishop

Phương pháp phân mảnh cổ điển

Nội dung phương pháp này tập trung ở cung tròn mặt trượt là:chọn trướcdạng và độ dốc nền đất đắp.Sau đó giả định mặt trượt có thể xảy ra trong nền là

mặt trượt trụ tròn quay quanh một tâm O (bán kính R tùy ý).Tỷ số của momentchống trượt và moment gây trượt của tất cả các lực tác dụng lên mặt trượt trụ trònđối với tâm O đánh giá mức độ ổn định của nền đất công trình.

Hình 5.Sơ đồ phân mảnh với mặt trượt tròn

Các lực gây trượt và chống trượt tác dụng lên mặt trượt tròn được tìm theocách phân mảnh lăng trụ trượt.Mỗi mảnh có trọng lượng Wi ,khi bỏ qua ảnhhưởng của các lực tác dụng lên mặt hông của mỗi mảnh,các lực tác dụng lên phân

tố mặt trượt của mỗi mảnh có chiều rộng l và chiều dày l đơn vị gồm có:

+ lực chống trượt :lực ma sát

+ lực dính:wi.cos tg

+ lực gây trượt :wi.sin

Hệ số ổn định K được xác định theo biểu thức do Terzaghi đề xuất:

Trong đó:

:góc nghiên của mặt trượt phân tố với mặt nằm ngang

ci:lực dính của đất trong phạm vi chiều dài li của phân tố mặt trượt

Với nhiều mặt trượt trụ tròn giả định khác nhau theo các tâm quay O khác nhau

sẽ tìm được các hệ số ổn định tương ứng.Từ đó tìm ra giá trị Kmin tương ứng vớimặt trượt nguy hiểm nhất,đó chính là hệ số ổn định của nền đất đắp.Có ba trườnghợp như sau:

+ Kmin 1 :nền công trình bị phá hoại theo mặt trụ tròn

+ Kmin 1 :nền công trình ở trạng thái cân bằng tới hạn

16

+ Kmin 1 :nền đường ổn định

Trong trường hợp có dùng vải địa kỹ thuật giửa lớp đất yếu và nền đất đắp thìphần moment chống trượt có cộng them lượng F(Y/R) với

F:lực ma sát do vải địa kỹ thuật gây ra

Y:cánh tay đòn của lực F gây ra đến tâm O

Phương pháp Bishop

Tính theo phương pháp Bishop thì hệ số ổn định K ứng với một mặt

trượt tròn tâm O được xác định theo công thức sau:

Hình vẽ 6.Sơ đồ xác định tâm trượt nguy hiểm

Về cơ bản phương pháp này giống phương pháp phân mảnh cổ điển ,chỉ khác là

có hệ số mi phụ thuộc hệ số ổn định K cho nên phải tính lặp nhờ vào chương trìnhmáy tính

II.1.5.Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả kỹ thuật xử lý nền bằng bấc thấm

II.1.5.1.Ảnh hưởng của cấu trúc nền đất

Cấu trúc nền có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả kỹ thuật của phương pháp bấcthấm

+ Các dạng địa hình thấp,thường xuyên bị ngập nước,mực nước ngầm cao sẽ làm giảm hiệu quả của quá trình thoát nước

+ Các cấu trúc nền liên quan trực tiếp với tầng chứa nước Holocen,Pleitocenhoặc tầng nước có áp thì không nên cắm bấc thấm vào tầng cát được vì bấc thấm

sẽ dẫn nước từ tầng có áp lên,ngăn cản và làm giảm quá trình thoát nước trongcác lớp đất yếu

+ Nền đất yếu có nhiều chất hữu cơ thì cắm bấc thấm vào dễ phá vỡ cấu trúc nền dẫn tới trượt ngang

II.1.5.2.Ảnh hưởng của lượng gia tải trước

Để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả cố kết người ta kết hợp bấcthấm với phương pháp gia tải bằng khối đất đắp hoặc bơm hút chân không

Cường độ của nền đất yếu sau khi gia cố đạt được tính theo công thức sau:

Cu = P.U.tg

Với P : Áp lực do lượng gia tải trước gây ra

 Như vậy với lượng gia tải trước phù hợp kết hợp với bấc thấm sẽ cho kết quả cố kết tốt hơn

II.1.5.3Ảnh hưởng của đới xáo động và phá hoại

Khi lắp đặt bấc thấm,đất xung quanh sẽ bị phá hoại.Sự phá hoại phụthuộc chủ yếu vào hình dạng,kích thước của trụ đóng,kết cấu vĩ mô của đất vàthao tác lắp đặt

Từ thực nghiệm năm 1991 Bergado đã rút ra kết luận tốc độ lún ở vùng có trụcắm bấc thấm nhỏ sẽ lớn hơn tốc độ lún ở vùng có trụ cắm bấc thấm lớn hơn

Jamiolkowski (1981) đã thiết lập mối quan hệ giữa đường kính của vùng pháhoại ds với đường kính của tiết diện ngang trụ cắm bấc thấm dm dùng trong thiếtkế:

ds =

18

Hình 7.Vùng phá hoại xung quanh trụ cắm

Tại khoảng cách này biến dạng cắt lý thuyết xấp xỉ 5%

Như vậy đới xáo động càng lớn thì hiệu quả thoát nước của bấc thấm càng

giảm

II.1.5.4.Ảnh hưởng sức cản của giếng

Khái niệm sức cản giếng tác động đến mức độ cố kết Uh làm cho nókhông còn là hằng số theo chiều sâu.Yếu tố này thể hiện rất rõ khi bấc thấm cóchiều dài lớn.Sức cản giếng ảnh hưởng nhiểu tới tốc độ cố kết khi chiều dài tiêunước tăng(Jamiolkowski,1983 ).Ta biết rằng khả năng tiêu thoát nước của bấcthấm thay đổi

phụ thuộc khoảng cách cắm bấc thấm và áp lực hông.Vì do bộ lọc bằng vải địa kỹthuật của bấc thấm ép sát vào ống lõi làm giảm tiết diện ngang của bấc thấm,hoặc

do bản thân các lòng dẫn ép sát vào nhau làm thu hẹp đường thoát nước

Ngoài ra nếu trường hợp bấc thấm bị cong cũng làm giảm khả năng tiêu thoát nước

II.1.5.5.Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí bấc thấm

Thời gian để đạt một mức độ cố kết nhất định là hàm của bình phươngđường kính tương đương của trụ đất(vùng ảnh hưởng) De.Đường kính này phụthuộc vào khoảng cách và sơ đồ bố trí bấc thấm(sơ đồ hình vuông hoặc tam giác)

Đường kính De được xác định theo công thức sau:

II.1.5.6.Ảnh hưởng của các thông số tới thời gian cố kết

Thời gian tương ứng với mức độ cố kết nhất định được xác định theo

Ch = ( ) (IV.2) Thiết kế bấc thấm phụ thuộc nhiều vào các đại lượng của công thức trên.

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ở Việt Nam có thể lấy tỷ số = 2 hoặc có

thể tính Ch theo công thức đề nghị của Jamiolkowski :

Ch =

Với mv : hệ số biến đổi thể tích

w : dung trọng tự nhiên của nước

II.1.5.8.Ảnh hưởng của việc lựa chọn thiết bị tiêu nước

Nhìn chung đường kính tương đương của bấc thấm nằm trong khoảng

từ 50mm-70mm là thích hợp.Thiết bị tiêu nước có khả năng chuyển được ít nhất100m3/năm được đo dưới gradient bằng 1 khi ứng suất hiệu quả không nở hôngtại chổ cực đại

Bộ lọc của bấc thấm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia cố.Bộlọc vừa phải có độ thấm cao vừa chặng được các hạt cát nhỏ chui qua

 Trong những điều kiện tới hạn và khắc nghiệt:

kvải địa cơ 10kđất

 Trong những trường hợp kém khắc nghiệt hơn

kvải địa cơ 10kđất

Các thông số kinh nghiệm dùng xác định tiêu chuẩn của bộ lọc

 1.7 3 (Schober và Teindl ,1979)

 2 3(Calhoun,1972)

 1.3 1.8(Chen và Chen ,1986)

 10 20(Chen và Chen ,1986)

Ở đây :

O50 :đường kính lỗ lọc chiếm 50%

O90 : đường kính lỗ lọc chiếm 90%

O95 : đường kính lỗ lọc chiếm 95%

D50 :đường kính hạt ứng với hàm lượng tích lũy là 50%

D85 :đường kính hạt ứng với hàm lượng tích lũy là 85%

Tỷ số đảm bảo lực thấm ở trong bộ lọc là hợp lí

II.2.Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm

II.2.1.Thiết kế đệm cát trên đầu bấc thấm

 Chiều dày tầng đệm cát tối thiểu là 50cm,lớn hơn độ lún dự báo 20–40cm

 Cát làm tầng đệm phải thỏa mãn yêu cầu:cát thô hoặc hạt trung,cỡ hạt >0.5mmchiếm trên 50%,tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0.15mm không quá 10%,hệ số thấm của cátkhông nhỏ hơn 10-4m/s,hàm lượng hữu cơ không quá 5%

 Độ đầm nén của lớp cát phải thỏa hai điều kiện : máy thi công ổn định và phù hợpvới độ chặt theo yêu cầu nền đất đắp

 Khi nền đất yếu ở trạng thái dẽo nhão có khả năng làm nhiễm bẩn lớp đệm cáttrực tiếp bên trên đầu bấc thấm thì cần trải một lớp vải địa kỹ thuật trước khi thicông tầng đệm cát nhằm tạo ra lớp ngăn cách tăng khả năng chống trượt của khốiđất đắp

II.2.2.Thiết kế chiều sâu cắm bấc thấm

Nguyên tắc là bấc thấm được cắm hết chiều sâu ảnh hưởng Ha của nền đất

do tải trọng công trình gây ra.Chiều sâu ảnh hưởng kết thúc tại điểm mà tỉ số giữaứng suất bản thân của nền đất bằng 5 10 lần ứng suất do tải trọng công trình gây

ra tùy theo loại đất

Một số lưu ý khác:

 Nếu Ha lớn hơn chiều dày tầng đất yếu thì chỉ cắm bấc thấm hết tầng đất yếu

 Trường hợp ngay dưới Ha là tầng nước có áp thì không cắm bấc thấm vào tầng đó

II.2.3.Thiết kế khoảng cách cắm bấc thấm

Bố trí bấc thấm dựa trên cơ sở mức độ cố kết cần đạt và tốc độ lún dự báo

Trường hợp chung mức độ cố kết đạt tối thiểu 90%,đối với đường cấp cao có thể

áp dụng về tốc độ lún dự báo còn lại 2cm/năm

Mật độ cắm bấc thấm bố trí bằng cách thử dần với cự li cắm bấc thấm khácnhau(thử dần khoảng cách S sao cho thỏa mức độ cố kết yêu cầu

22

Nhằm tránh làm xáo động đất quá lớn khoảng cách qui định tối thiểu là1.3m,khoảng cách lớn nhất là 2.2m

Bố trí bấc thấm phân bố đều trên mặt bằng công trình

+công trình nhà dân dụng và công nghiệp bố trí ngay dưới đáy móng và ra ngoài mép móng một khoảng 0.2 bề rộng đáy móng

+công trình đường bố trí đến chân taluy của nền đắp

+bố trí theo hình vuông hoặc tam giác

II.2.4.Dự báo độ lún cố kết của nền đất yếu khi dung bấc thấm

Độ lún cố kết theo thời gian xác định theo công thức sau:

:hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của lớp đất yếu trong

phạm vi chiều sâu ảnh hưởng

Với :

hi:chiều dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi chiều sâu ảnh hưởng

Cvi:hệ số cố kết thẳng đứng của lớp đất yếu thứ i

H:chiều dài đường thoát nước.Nếu có 2 đường thoát nước thì H= Ha /2

Độ lún cố kết của nền đất đắp được gia cố bằng bấc thấm được tính theo công

thức kinh nghiệm sau:

Trong đó :

Sc:độ lún của nền khi chưa cố bấc thấm

Phần độ lún cố kết còn lại sau thời gian t sẽ là:

đo được trên bề mặt.Với những công trình đòi hỏi chính xác cao hơn thì có thểdùng máy đo lún (Tassommetre) của trung tâm cầu đường Pháp để đo lún ở nhiềulớp khác nhau.

 Quan trắc chuyển vị ngang

Thông thường là so sánh một tuyến trên khối đất đắp và một tuyến chuẩn nằmngoài vùng ảnh hưởng của khối đất đắp.Trong điều kiện thông thường 50÷100 m

sẽ có một trắc ngang.Mỗi trắc ngang bố trí 6 mốc,khoảng cách giữa các mốc là5m và 10m.Mốc thứ nhất cách chân taluy nền đắp 2m.Mốc làm bằng gỗ tiết diện10cm 10cm đầu có đinh mũi.Mũi được đóng sâu vào tầng đất tối thiểu là 1m caohơn mặt đất 2 3m.Mốc chuẩn đặt máy quan trắc phải bố trí ít nhất 3 điểm chomột công trình và đặt nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của quá trình lún và chuyển

vị ngang

 Đo áp lực nước lỗ rỗng

Mức độ biến đổi áp lực nước lỗ rỗng có thể đánh giá được mức độ cố kết của nềnđất yếu.Cần bố trí hệ thống giếng khoan bên trong vùng gia cố và hệ thống giếngbên ngoài không chịu ảnh hưởng của quá trình cố kết

II.2.6.Tính toán lượng gia tải trước

Tổng lượng tải trọng gia tải trước được tính toán dựa vào độ cố kết cuối cùngtheo yêu cầu của công trình và thời gian cố kết mà nhà thiết kế đặt ra

Phương thức gia tải được được qui định dựa vào điều kiện thi công ,đặc điểmđịa chất công trình và điều kiện kinh tế kỹ thuật.Có hai phương thức gia tải cơbản:

24

Phương thức tăng tải liên tục(với tốc độ đều đến tải trọng thiết kế):áplực cho phépđặt lên nền trong quá trình gia tải được tính theo công thức:

= 0.32*P

Phương thức tăng tải gián đoạn:có thể tính gần đúng giai đoạn tăng tải theophương pháp xuất phát từ công thức xác định tải trọng giới hạn của lớp đất yếunhư ở toán đồ dưới đây

Toán đồ xác định hệ số chịu tải N c của nền đất đắp

có chiều rộng B trên nền đất yếu có chiều dày H y

Hy: chiều dày lớp đất yếu

:dung trọng đất đắp

Cui:lực cắt không thoát nước của lớp đất yếu

F:hệ số an toàn,F = 1.05÷ 1.1

Thời gian gia tải phải đảm bảo cho quá trình cố kết hoàn thành như yêu cầu

Khi trong nền cần gia cố có một lớp đất tốt mỏng 2m nằm bên trên thì tải trọngđặt trên nền đất tốt phải đủ lớn để phá vỡ độ bền kết cấu của lớp đất này và gây ralún theo dự báo

II.2.7.Tính toán lượng bù lún

Căn cứ vào độ lún ổn định sau khi dở tải và cốt cao thiết kế cả công trình để tínhtoán khối lượng đất đắp bù lún

Xác định chiều cao phòng lún như sau:

Gọi H:hiệu giữa độ cao thiết kế và nền thiên nhiên thì chiều cao khối đắp

sẽ là HR = H + S(S: độ lún do nền đắp chiều dày HR gây ra)

Ta tìm giao điểm của đường biểu diễn sự thay đổi của hiệu số (HR – H)

và đường biểu diễn sự thay đổi của độ lún tính toán theo HR

III.Thi công gia cố nền bằng bấc thấm

III.1.Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm

Đệm cát phải được thi công trước khi cắm bấc thấm.Tầng đệm cát cấu tạo

từ cát hạt trung hoặc hạt thô có chiều dày 0.5cm ÷0.6cm lớn hơn độ lún dự báo20÷40cm thi công thành từng lớp dày 25cm÷30cm,đầm chặt theo thiết kế

Cát hạt trung hay thô phải đạt yêu cầu sau:

+ Tỷ lệ cỡ hạt >0.5mm chiếm trên 50%

+ Tỷ lệ cỡ hạt <0.14mm không quá 10%

+ Hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 10-4m/s

+ Hàm lượng hữu cơ không quá 5%

+ Độ chặt K đạt yêu cầu thiết kế

Cứ 500m3 cát làm đệm thì phải kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý trên 01 lần

Lớp đệm cát phải đắp theo từng lớp dày từ 25÷30cm

Lớp đệm cát phủ kín đầu bấc thấm phải dày >25cm

Nếu trên mặt gặp lớp đất tốt,phương tiện thi công bấc thấm có thể linh

động thì có thể thi công tầng đệm cát sau khi cắm bấc thấm

26