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.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM Năm 2014 Đồ án môn học LỜI NÓI ĐẦU 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 thấm-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. 2 Đồ án môn học SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Các vùng đồng bằng phía Nam còn tồn tại rất nhiều vùng đất yếu và hiện là khu vực đang vươn mình phát triển mạnh mẽ của khu vực phía Nam nói riêng và cả nước 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 liên quan 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 vào thực tế đời sống với mong muốn góp phần nhỏ bé vào sự phồn vinh chung của đất nước. Cùng với nhu cầu thực tế và sự quan tâm tìm hiểu về vấn đề thoát nước thẳng đứng nên em chọn đề tài:”Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm và ứng dụng thực tế tại 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 thẳng đứng 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. 3 Đồ án môn học MỤC LỤC Lời nói đầu SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Mục lục PHẦN I:CÁC KHÁI NIỆM 5 I.Giới thiệu về đất yếu 5 I.1. Khái niệm đất yếu 6 I.2.Một số đặc điểm của nền đất yếu 6 I.3. Các loại đất yếu thường gặp 6 PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CỐ BẰNG BẤC THẤM 7 I.Giới thiệu chung 7 I.1.Khái quát phương pháp 7 I.2.Cấu tạo bấc thấm 7 I.3.Gia tải trước 9 I.4.Ưu nhược điểm của bấc thấm 10 II.Tính toán thiết kế bấc thấm 11 II.1.Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm 11 II.2.Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm 23 III.Thi công gia cố nền bằng bấc thấm 27 III.1.Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm 27 III.2.Thi công cắm bấc thấm 28 III.3.Đắp vật liệu gia tải và dở tải 29 III.4.Đánh giá chất lượng gia cố nền bằng bấc thấm 30 IV.Bấc thấm ngang 30 IV.1. Giới bấc thiệu về thấm ngang 30 IV.2. Đặc tính của bấc thấm ngang 31 IV.3. Phạm vi ứng dụng của bấc thấm ngang 32 4 Đồ án môn học IV.4.Cơ sở lý thuyết về khả năng ứng dụng của bấc thấm ngang thay thế cho lớp đệm cát 32 IV.5.Ưu điểm điển hình của việc sử dụng Bấc thấm ngang so với lớp đệm cát 33 IV.6.Thi công bấc thấm ngang 34 PHẦN III:VÍ DỤ TÍNH TOÁN 37 III.1.Đặc điểm tự nhiên của nền đất khu vực nghiên cứu 37 III.2.Tính toán kiểm tra đất nền 38 III.3.Xử lý cắm bấc thấm 47 PHẦN IV:KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN I:CÁC KHÁI NIỆM I.Giới thiệu về đất yếu 5 Đồ án môn học 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 nhiều lần so với độ bền của bản thân các hạt khoáng.Đất tự nhiên gồm ba hợp phần chính:những hạt khoáng rắn,nước và thể bao dạng khí.Điều kiện hình thành đất tự nhiên 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 tác xây dựng cụ thể.Thuật ngữ này chỉ mang tính tương đối gắn liền với công trình cụ thể,ví dụ với loại công trình này thì đất xem là yếu nhưng với loại công trình khác thì 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 lý cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà công trình truyền xuống. o Sức chịu tải bé (0.5-1 kg/cm2) o Đất có tính nén lún lớn (a > 0.1 kg/cm2) o Hệ số rỗng e >1.0 o Độ sệt lớn B >1.0 o Môdun biến dạng bé (E<50 kg/cm2) o Khả năng chống cắt bé (C u < 0.5kg/cm 2 ) o Khả năng thấm nước bé 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 hòa nước, có cường độ thấp;  Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng 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 quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%) 6 Đồ án môn học  Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy 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 cần phải có nhiều thời gian.Để rút ngắn thời gian cố kết này người ta thường dùng thiết 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 vào lòng đất đến độ sâu cần thiết kết hợp với gia tải trước nhằm tạo gradien thủy lực làm 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 và dẫn đến giảm thời gian hoàn thành quá trình cố kết.Như vậy bấc thấm đặt vào trong nền đất có hai mục đích là:làm tăng tốc độ cố kết của nền đất và từ đó nâng cao sự ổn định của công trình đặt trên nền đất yếu. Hình 1.Chất tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng I.2.Cấu tạo bấc thấm 7 Đồ án môn học Bấc thấm là tên gọi chung để gọi các băng chất dẻo được cắm vào trong đất bằng thiết bị đặc biệt,thường có bề rộng khoảng 100~200mm bề dày từ 4~7mm.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 công hoặc 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 bằng polyester không dệt,vải địa kỹ thuật có polypropylene hay giấy vật liệu tổng 8 Đồ án môn học hợp.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 • Độ giãn dài < 65% • Khả năng chống xuyên thủng 1500 – 5000N • Kích thước lỗ vải O 90 < 0.15mm • Hệ số thấm của vải 1.4.10 -4 m/s Các kiểu bấc thấm 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 tạo bằng cách đóng một ống chống bằng thép, đầu ống có thể mở rộng, xuống nền đất và sau đó lấp đầy ống bằng cát. Cọc cát có đường kính nhỏ hơn có thể sẽ bị ngắt 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 sẵn trên mặt đất, có thể làm thủ công) rồi thả vào bể cho bão hòa nước. Đóng một ống hình trụ đường kính 65-75 mm, đầu bọc sắt, xuống nền đất sét. Sau đó tuồn dồi cát vào khi đang rút ống lên. Dồi cát để nhô lên trên mặt đất và phủ một tấm đệm thoát nước. Đường kính dồi cát có thể dao động trong khoảng 55-75 mm, cách nhau 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 vào trong nền đất bằng xe cẩu chuyên dụng. Ngoài ra còn có các loại bấc thấm dây hoặc carton.Hiện nay thực tế người ta chỉ còn sử dụng bấc thấm PVD, sản xuất sẵn đại trà và dễ thi công bằng thiết bị chuyên dụng. I.3.Gia tải trước -Là biện pháp tác dụng áp lực tạm thời lên nền đất để tăng nhanh quá trình ép thoát 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 * 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 9 Đồ án môn học * 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 ∆C u = γ H 1 U tgϕ Trong đó : :giá trị gia tăng của lực dính *H 1 : ứng suất nén thẳng đứng trong lớp đất yếu do nền đất đắp đầu tiên gây ra U: mức độ cố kết của nền đất yếu : góc ma sát ứng với từng mức độ cố kết U * Thời gian lưu tải phải đảm bảo quá trình cố kết hoàn thành,nền đất lún đến ổn định * Khi bên trên có một lớp đất tốt,mỏng thì gia tải phải đảm bảo phá vỡ độ bền liên kết của kiến trúc này * Áp lực gia tải phải lớn hơn áp lực tiền cố kêt của đất nền và không vượt quá sức chịu tải của đất nền. * Cần tính lượng bù lún. I.4.Ưu nhược điểm của bấc thấm Ưu :  Tốc độ lắp đặt cao,5000m/ngày/máy  Không xảy ra hiện tượng đứt bấc  Hệ số thấm cao,do đó thoát nước nhanh 30.10 -6 - 90.10 -6 m 3 /s (giếng cát 20.10 -6 m 3 /s)  Không xảy ra hiện tượng bị cắt trượt  Phạm vi đới phá hủy nhỏ  Chiều sâu cắm bấc thấm có thể đạt 40m  Dễ dàng kiểm tra chất lượng  Chất lượng bấc thấm ổng định Nhược • 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 10 [...].. .Đồ án môn học 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 kết theo sơ đồ bài toán đối xứng trục.Áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết U biến đổi theo thời gian t tùy thuộc vào khoảng cách bấc thấm L và tính chất cơ lý của đất nền Trên cơ sở quan niệm mỗi bấc thấm là một trụ đất. .. gian gia tải độ lún của nền đường tương ứng độ lún thiết kế,tiến hành dở tải.Dở tải theo từng lớp tránh dở tải cục bộ gây mất ổn định cho nền đường III.4.Đánh giá chất lượng gia cố nền bằng bấc thấm Để đánh giá chất lượng gia cố nền bằng bấc thấm ta phải kiểm tra cường độ của đất sau khi gia cố thông qua một số thí nghiệm hiện trường và số liệu quan trắc + Đánh giá độ bền của đất: dùng thí nghiệm xuyên... cách khác, 0.2 m bề rộng của bấc ngang SBD có thể thay thế cho 3.2 m chiều rộng của lớp đệm cát với chiều dày 0.5 m IV.6.Thi công bấc thấm ngang 34 Đồ án môn học Hình 13.Quá trình thi công bấc thấm ngang kết hợp bấc thấm đứng 35 Đồ án môn học Hình 14.Hình ảnh so sánh quá trình thoát nước giữa đệm cát và bấc thấm ngang Hình 15.Hiện trường thi công bấc thấm ngang kết hợp bấc thấm đứng 36 ... tải Nc của nền đất đắp có chiều rộng B trên nền đất yếu có chiều dày Hy • Trường hợp B/Hy < 1.49 Tính theo công thức Hdl = • Trường hợp B/Hy > 1.49 Thì thay + 2 bằng Nc theo toán đồ Trong đó: Hdl:chiều dày lớp đất thứ i B :bề rộng đáy nền đắp 26 Đồ án môn học 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... động thì có thể thi công tầng đệm cát sau khi cắm bấc thấm 27 Đồ án môn học Hình 9.Vị trí đệm cát trong sơ đồ thiết kế gia cố nền đất yếu III.2.Thi công cắm bấc thấm Để cắm bấc thấm vào trong bấc thấm người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành.Bộ phận chính là cần cứng bằng thép rỗng ,bấc thấm được luồn vào phía trong cần thép và đầu bấc thấm được giữ vởi một bản neo,bản neo này sẽ được cần ấn xuống... 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 bấc thấm 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... 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. .. trục + Đánh giá mức độ cố kết:có 2 cách đánh giá là:quan trắc sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong suốt quá trình gia cố và sau khi gia cố hoặc quan trắc độ lún của nền đất gia cố một cách lâu dài trong suốt quá trình gia tải trước và sau khi dở tải,khi xây dưng công trình và cả khi đưa công trình vào sử dụng IV .Bấc thấm ngang Trước đây, việc sử dụng phương pháp bấc thấm đứng (PVD) kết hợp gia tải... lớp đất yếu trong phạm vi chiều sâu ảnh hưởng = (II.29) 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= H a /2 Độ lún cố kết của nền đất đắp được gia cố bằng bấc thấm được tính theo công thức kinh nghiệm sau: St = Sc.U (II.30) Trong đó : Sc:độ lún của nền khi chưa cố. .. nước lỗ rỗng có thể đánh giá được mức độ cố kết của nền đất yếu. Cần bố trí hệ thống giếng khoan bên trong vùng gia cố và hệ thống giếng bên 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 cùng theo yêu cầu của công trình và thời gian cố kết mà nhà thiết kế đặt ra Phương thức gia tải được được . nhược điểm của bấc thấm 10 II.Tính toán thiết kế bấc thấm 11 II.1.Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm 11 II.2.Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm 23 III.Thi công gia cố nền bằng bấc thấm 27 III.1.Thi. hợp 10 Đồ án môn học 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 kết. ĐÀO TẠO o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM Năm 2014 Đồ án môn học LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay,quá trình công nghiệp hóa,đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương