Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 1 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường TÍNH TOÁN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP TRONG TRƯỜNG HỢP CHIỀU SÂU CẮM BẤC NHỎ HƠN VÙNG GÂY LÚN CALCULATION LA CONSOLIDATION DE TERRAIN AYANT LA FONDATION FAIBLE SOUS LE CHARGEMENT DE REMBLAI EN CAS DU PROFONDEUR DE VERTICAL DRAINAGE ARTIFICIEL QUI EST MOINS COURT QUE LA RÉGION DE TASSEMENT ThS. NGUYỄN HỒNG HẢI Khoa XD Cầu đường, Trường Đại Học Bách Khoa TÓM TẮT Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã và đang được ứng dụng nhiều cho các công trình trên thế giới và ở Việt nam. Tuy nhiên, hiện nay "Quy trình khảo sát thiết kế nền đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" chỉ hướng dẫn phương pháp tính toán độ cố kết của nền đất yếu trong phạm vi cắm bấc mà không xét ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến chiều sâu vùng gây lún. Bài báo nhằm mục đích giới thiệu và trình bày phương pháp tính toán độ cố kết nền đất yếu khi chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún. SOMMAIRE La technologie de traiter le terrains ayant la fondation faible a et encours d'appliquer beaucoup aux ouvrages dans le monde et au Vietnam. Pourtant, actuellement "le processus d'examiner de dresser le remblai sur les terrains faibles 22 TCN 262-2000" ne dirige qu'au méthode de calculer la consolidation de terrain faible dans le rayon ayant de vertical drainage artificiel, mais n'examine pas l'influence de profondeur de vertical drainage artificiel avec la région de tassement. L'article de journal vise le but de présenter le méthode de calculer la consolidation de terrain faible quand le profondeur de vertical drainage artificiel qui est moins court que la région de tassement. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Độ cố kết theo thời gian trong trường hợp có sử dụng hệ thống thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm, theo "Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" được xác định theo công thức : )1)(1(1 vh UUU − −−= (1) Trong công thức trên, ta có : U - độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún Z a khi có sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng (bấc thấm hoặc giếng cát). U v - độ cố kết trung bình theo phương thẳng đứng trong phạm vi vùng gây lún Z a . Như vậy, với ý nghĩa của U và U v như trên thì U h phải là độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún Z a do có xử lý bấc thấm. Hay nói cách khác, việc tính toán độ cố kết trung bình U theo công thức trên chỉ hợp lý khi chiều sâu xử lý bấc thấm đến hết phạm vi vùng gây lún Z a . Thực tế, đối với các nền đường đắp cao trên vùng đất yếu có chiều dày lớn, chiều sâu vùng gây lún Z a thường rất lớn (trên 30m [5]). Việc xử lý bấc thấm đến hết phạm vi vùng gây lún có thể không kinh tế hoặc nhiều khi không thể thực hiện được. Lúc này, việc lựa chọn một chiều sâu cắm bấc hợp lý (nhỏ hơn vùng gây lún) nhưng vẫn đảm bảo về Khoa Xõy Dng Cu ng - Trng i Hc Bỏch Khoa TP SAN KHOA HC CễNG NGH 2 Cho mng 20 nm thnh lp ngnh Xõy dng Cu ng mt kinh t v k thut l mt gii phỏp cú th t ra. Tuy nhiờn "Quy trỡnh kho sỏt thit k nn ng ụ tụ p trờn t yu 22TCN 262-2000" li cha cp vn ny trong tớnh toỏn thit k. 2. C S Lí THUYT Trong trng hp chiu sõu x lý bc thm L nh hn vựng gõy lỳn Z a , lỳc ny ta cú th xem nn t yu trong phm vi vựng gõy lỳn Z a bao gm hai vựng nh hỡnh 1, trong ú : - Vựng 1: vựng cú x lý bc thm, cú chiu di L. - Vựng 2: vựng khụng x lý bc thm, cú chiu di (Z a - L) nm di vựng 1. Nu nn t yu trng thỏi cha c kt xong hoc c kt bỡnh thng thỡ c kt theo phng thng ng U v vn xy ra trong c hai vựng 1 v 2 (vựng gõy lỳn Z a ), cũn c kt theo phng ngang ch xy ra trong vựng 1 (vựng cú x lý bc thm) v c kt U h tớnh c cú th xem l c kt trong phm vi cú x lý bc thm. Lỳc ny c kt theo phng ngang trong vựng 2 (vựng khụng x lý bc thm) khụng xy ra v cú th xem c kt theo phng ngang trong vựng hai U h2 = 0. lỳn c kt theo phng ngang sau thi gian t trong vựng 1 cú th xỏc nh theo cụng thc : S h1 = U h .S 1 (2) Vỡ c kt trung bỡnh theo phng ngang trong vựng hai U h2 = 0, nờn c kt trung bỡnh trong phm vi vựng gõy lỳn Z a , cú th c xỏc nh theo cụng thc : (3) Trong ú : S 1 - lỳn tng cng ca t yu trong vựng mt do ti trng p gõy ra khi kt thỳc quỏ trỡnh c kt trong phm vi vựng gõy lỳn Z a . S - lỳn tng cng ca t yu trong c vựng 1 v vựng 2 (hay trong phm vi vựng gõy lỳn Z a ) * Ghi chỳ : Cỏc tr s lỳn S 1 , S cú th xỏc nh theo cỏc phng phỏp tớnh lỳn thụng thng (phng phỏp phõn tng ly tng) . Do ú, c kt trung bỡnh trong phm vi vựng gõy lỳn Z a khi chiu sõu cm bc nh hn vựng gõy lỳn cú th c xỏc nh theo cụng thc : H ỗnh 1- Trổồỡng hồỹp chióửu sỏu bỏỳc thỏỳmL <Za Za Bỏỳc thỏỳm (hoỷc gióỳng caùt) N óửn õừp L <Za óỷm caùt 1:m 1:m ỏỳt yóỳu vuỡng 1 ỏỳt yóỳu vuỡng 2 S S U S S U h h Za h 1 1 == Khoa Xõy Dng Cu ng - Trng i Hc Bỏch Khoa TP SAN KHOA HC CễNG NGH 3 Cho mng 20 nm thnh lp ngnh Xõy dng Cu ng ).1).(1(1 1 S S UUU hv = (4) Cụng thc (4) trờn cho thy : c kt trung bỡnh trong phm vi vựng gõy lỳn Z a khi chiu sõu cm bc nh hn vựng gõy lỳn cú dng tng t nh trng hp chiu sõu cm bc ht vựng gõy lỳn Z a . Ch khỏc vic thay c kt trung bỡnh theo phng ngang Za h U "trong phm vi vựng gõy lỳn Z a " bng c kt trung bỡnh theo phng ngang U h "trong phm vi cm bc" nhõn vi t s S S 1 , v khi xỏc nh c t s S S 1 cú th xỏc nh c c kt tng cng trong phm vi vựng gõy lỳn Z a theo cụng thc nh ó ch dn trong "Quy trỡnh kho sỏt thit k nn ng ụ tụ p trờn t yu 22TCN 262-2000". Cú th túm tt trỡnh t chung khi tớnh toỏn c kt nn t yu di ti trng p khi chiu sõu cm bc nh hn vựng gõy lỳn bng cỏc s thut toỏn chng trỡnh nh hỡnh 2 : Hỡnh 2 - Thut toỏn chng trỡnh tớnh toỏn c kt nn t yu khi chiu sõu cm bc nh hn vựng gõy lỳn 3. KT QU NGHIấN CU - Theo phng phỏp tớnh toỏn hin nay, khi khụng xột nh hng ca chiu sõu cm bc vi chiu sõu vựng gõy lỳn, c kt trung bỡnh theo phng ngang U h trong phm vi cm bc ngoi vic ph thuc vo h s c kt theo phng ngang C h , thi gian Đ Nhập dữ liệu (Thông số nền đắ p ,Đ.kiện địa Bắt đầu Xác định ứng suất gây ra trong nền đất ( Z , bt ) Xác định chiều sâu vùng gây lún Za Giả thuyết chiều sâu cắm bấc L 1 (L 1 Za) L 1 < Z a 1 2 S Xác định độ cố kết theo phơng ngang U h =U h1 .S 1 /S U h1 =exp{-8 Th /( F ( n ) + F r + F s )} Xác định độ cố kết theo phơng đứng U v = f(T v ) Độ cố kết trung bình U U = 1 ( 1 - U v )( 1 U h ) Xác định độ lún cố kết S 1 v S 1 Kết thúc Độ cố kết trung bình U U = 1 ( 1 - U v )( 1 U h ) Xác định độ cố kết theo phơng đứng U v = f(T v ) Xác định độ cố kết theo phơng ngang U h =exp{-8 Th /(F (n) +F r +F s )} 2 Kết thúc Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 4 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường cố kết t, còn phụ thuộc vào chiều sâu cắm bấc L (do chịu ảnh hưởng của sức cản F r ). Khi chiều sâu cắm bấc càng lớn, sức cản F r càng tăng, độ cố kết U h đạt được càng nhỏ (vì U h tỷ lệ nghịch với F r ). Đây là điều hết sức vô lý vì chiều sâu xử lý bấc thấm càng tăng nhưng độ cố kết đạt được càng giảm. (hình 3 ). Hình 3 - Ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến độ cố kết trung bình theo phương ngang U h trong phạm vi cắm bấc Hình 4 - Ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến độ cố kết trung bình theo phương ngang U h Za trong phạm vi vùng gây lún 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Thåìi gian cäú kãút t (nàm) Cv= 5*10 -8 (m 2 /s), Ch=2Cv, Kh/qw=0.001 m -2 , d=1.2 m L= 5 m L= 10 m L= 15 m L= 20 m L= 25 m L= 30 m Độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún U h Za Độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi cắm bấc U h 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Thåìi gian cäú kãút t (nàm) Cv= 5*10 -8 (m 2 /s), Ch=2Cv,K h /q w =0.001 m -2 ,d=1.2m L= 30 m L= 25 m L= 20 m L= 15 m L= 10 m L= 5 m Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 5 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường - Trong trường hợp chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún, nếu sử dụng công thức (1) để tính toán độ cố kết của nền đất yếu thì độ cố kết đạt được lúc này chỉ là độ cố kết trung bình trong phạm vi cắm bấc. Trong khi đó, phần nền đất còn lại trong phạm vi vùng gây lún nằm ngoài vùng cắm bấc thấm (Z a - L) chỉ xảy ra cố kết theo phương đứng (mà độ cố kết U v này thường xảy ra rất chậm), do đó nếu áp dụng theo phưong pháp tính hiện này thì độ lún cố kết đạt được theo tính toán sau khi xử lý thường nhỏ hơn so với thực tế và kết quả nền đường vẫn tiếp tục lún trong quá trình khai thác. - Như vậy, trong trường hợp chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún, lúc này độ cố kết trung bình theo phương ngang U h cần phải được xác định thông qua độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún theo công thức (3), tức là độ cố kết trung bình Za h U "trong phạm vi vùng gây lún". Trị số độ cố kết này ngoài sự phụ thuộc vào ảnh hưởng của nhân tố sức cản F r , còn phụ thuộc tỷ số S S 1 trong đó ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến tỷ số S S 1 là rất lớn [5]. Do đó, khi chiều sâu cắm bấc càng giảm, tỷ số S S 1 càng nhỏ, độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún càng nhỏ và để đạt được độ cố kết yêu cầu cần tăng chiều sâu cắm bấc (Hình 4). Đây là vấn đề mà hiện nay các đơn vị thiết kế, cùng như Qui trình tính toán thiết kế chưa được đề cập đến. 4. KẾT LUẬN Ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đắp trên đất yếu nhằm t ăng nhanh tốc độ cố kết, rút ngắn thời gian xây dựng công trình là rất cần thiết. Đối với các nền đất yếu có chiều dày tương đối lớn, đặt trên lớp đáy khoáng chất có cường độ cao, nếu xử lý bằng bấc thấm đến hết chiều dày lớp đất yếu thì việc tính toán có thể áp dụng các công thức và trình tự tính toán như Qui trình tính toán hiện nay (22 TCN 262-2000). Tuy nhiên, đối với các nền đắp cao trên n ền đất yếu có chiều dày khá lớn, đồng thời việc xử lý bằng bấc thấm không hết phạm vi vùng gây lún, lúc này cần lưu ý quan hệ giữa chiều sâu cắm bấc và vùng gây lún khi tính toán độ cố kết (hay nói cách khác là xác định độ lún còn lại của nền đắp) để nền đắp vẫn đảm bảo ổn định trong quá trình thi công cũng như quá trình khai thác sau này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ GTVT (2001), Qui trình khảo sát và thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262- 2000 , NXB Giao thông Vận tải. [2] Viện Nghiên cứu Nền móng & Công trình Ngầm, Viện Thiết kế Nền móng Quốc gia (1995), Sổ tay thiết kế Nền và móng, Tủ sách Đại học Kiến trúc. [3] D.T.Bergado, J.C.Chai, M.C.Alfaro, A.S.Balasubramaniam (1996), Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng , Bản dịch của Nguyễn Uyên và Trịnh Văn Cương, NXB Giáo Dục. [4] Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình, Vũ Đình Phụng (2001), Đất xây dựng - Địa chất công trình và kỹ thuật cái tạo đất trong xây dựng , NXB Xây Dựng, Hà Nội. [5] Nguyễn Hồng Hải (2003), Tính toán xử lý nền đất yếu trong trường hợp chiều sâu giếng cát hoặc bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún , Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật. . kế nền đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" chỉ hướng dẫn phương pháp tính toán độ cố kết của nền đất yếu trong phạm vi cắm bấc mà không xét ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến chiều sâu vùng. thức (1) để tính toán độ cố kết của nền đất yếu thì độ cố kết đạt được lúc này chỉ là độ cố kết trung bình trong phạm vi cắm bấc. Trong khi đó, phần nền đất còn lại trong phạm vi vùng gây lún nằm. - Trường Đại Học Bách Khoa TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 1 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường TÍNH TOÁN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP TRONG TRƯỜNG HỢP CHIỀU