Thiết kế cọc xi măng đất để xử lý nền đường đắp trên đất yếu Tuyến đường vành đai II – Hà Nội

Hiện nay, ở Việt Nam việc xử lý đất yếu dướinền đường đắp và các công trình dân dụng công nghiệp thường dùng các biện phápnhư: vét bùn, gia cố đất bằng cọc tre, cọc tràm hay cọc đất, trả

Trờng Đại học giao thông Vận tải

Bùi ngọc trang

Nghiên cứu, thiết kế cọc xi măng đất để xử lý nền đờng đắp trên đất yếu Tuyến đờng vành đai II

(Đoạn Nhật Tân - Bởi - Cầu Giấy)

Chuyên ngành: Xây dựng sân bay

Mã ngành: 60.58.32

Luận văn thạc Sỹ kỹ thuật

GVHD: Ts vũ đức sỹ

Hà Nội - 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM 7

1.1 KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU 7

1.2 PHÂN LOẠI NỀN ĐẤT YẾU 8

1.3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 13

1.3.1 Giải pháp đào thay đất 13

1.3.2 Biện pháp làm tăng độ chặt của đất nền 14

1.3.2.1 Biện pháp bệ phản áp 15

1.3.2.2 Vải địa kỹ thuật gia cường 16

1.3.2.3 Cọc cát đầm chặt 18

1.3.2.4 Gia cố nền bằng chất kết dính 21

1.3.2.5 Gia tải trước 22

1.3.2.6 Phương pháp bấc thấm 23

1.3.2.7 Phương pháp giếng cát 24

1.3.2.8 Phương pháp hút chân không 30

1.3.3 Phương pháp cải tạo đất bằng hoá lý 32

1.4 NHẬN XÉT 34

CHƯƠNG 2:CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA KHI THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 36

2.1 CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 36 2.2 CÁC VẤN ĐỀ VỀ ỔN ĐỊNH 37

2.2.1 Những hư hỏng của nền đường do mất ổn định 38

2.2.2 Các hư hỏng của nền đắp trên đất yếu tại một số công trình 40

2.2.3 Trình tự tính toán độ ổn định nền đường 43

2.3 CÁC VẤN ĐỀ VỀ LÚN 51

2.3.1 Khái niệm 52

2.3.2 Tính toán độ lún 53

2.4 NHẬN XÉT 64

CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẮT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG - ĐẤT 66

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 66

3.1.1 Khái niệm 66

3.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và quy trình thiết kế, tính toán cọc xi măng đất ở Việt Nam và trên thế giới 66

3.1.3 Cơ sở lý thuyết 68

3.1.4 Các nhân tố ảnh hường đến sự hình thành cường độ 77

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT 82

3.2.1 Cơ sở tính toán cọc xi măng đất 82

3.2.2 Phân tích và lựa chọn các thông số đầu vào tính toán 83

3.2.3 Tính toán độ lún 88

3.2.4 Phân tích ổn định trượt sâu 91

3.3.5 Tính toán sức chịu tải 92

3.2.6 Thiết kế cọc xi măng đất 94

3.2.7 Thiết kế hệ thống quan trắc 97

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CỤ THỂ CHO TUYẾN ĐƯỜNG VÀNH ĐAI II (ĐOẠN : NHẬT TÂN – BƯỞI – CẦU GIẤY ) 100

4.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH 100

4.1.1 Giới thiệu về tuyến đường vành đai II – Hà Nội 100

4.1.2 Đặc trưng địa chất của tuyến đường Vành đai II 102

4.1.3 Các phương pháp xử lý nền xem xét sử dụng 104

4.2 TÍNH TOÁN CỤ THỂ TUYẾN ĐƯỜNG VÀNH ĐAI II – HÀ NỘI 108

4.2.1 Yêu cầu tính toán: 108

4.2.2 Các thông số tính toán: 108

4.2.3 Tính toán và xử lý kết quả 109

4.2.4 Đánh giá và nhận xét 120

4.3 CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 131

MỞ ĐẦU

1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắnnước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đềphải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diệntích lớn Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực đồngbằng sông Hồng và sông Mê Kông Nhiều thành phố và thị trấn được hình thành vàphát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọctheo dòng sông và bờ biển Thực tế này đòi hỏi phải áp dụng các công nghệ thíchhợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu Hiện nay, ở Việt Nam việc xử lý đất yếu dướinền đường đắp và các công trình dân dụng công nghiệp thường dùng các biện phápnhư: vét bùn, gia cố đất bằng cọc tre, cọc tràm hay cọc đất, trải trên mặt đất yếu các

Mặc dù việc thiết kế và thi công giải pháp cọc xi măng đất đã có TCXDVN

385: 2006 “ Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng “, tuy nhiên

trong thực tế áp dụng cho các công trình đã và đang thi công còn nhiều vấn đề bấtcập, ví dụ như : việc tính toán, thiết kế chưa nhất thống, có nhiều quan điểm khácnhau, công nghệ thi công phức tạp, chất lượng công trình chưa kiểm soát triệt để,…

Do đó khi áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất cho các côngtrình khác nhau ở các vùng khác nhau còn gặp nhiều khó khăn dẫn đến hiệu quả xử

lý chưa cao, làm ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ và giá thành công trình

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế cọc xi măng đất để xử lý nền đường đắp trên đất

yếu Tuyến đường vành đai II – Hà Nội (Đoạn Nhật Tân – Bưởi – Cầu Giấy)”

mong muốn đóng góp vào sự hoàn thiện quy trình thiết kế và công nghệ thi côngCọc xi măng đất xử lý nền đắp trên nền đất yếu, để nâng cao chất lượng khai thác

và tuổi thọ công trình

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu đánh giá giải pháp xử lý nền đấtyếu bằng cọc xi măng đất khi xây dựng các công trình ( đường ô tô, sân bay, côngtrình dân dụng, ) qua vùng đất yếu ở Việt Nam và áp dụng cụ thể vào tính toánthiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất cho đường vành đai II (đoạn NhậtTân – Bưởi – Cầu Giấy )

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu tổng quan về các biện pháp

xử lý nền đất yếu dưới công trình xây dựng và đi sâu nghiên cứu, thiết kế giải phápcọc xi măng đất xử lý đất yếu cho đường vành đai II – Hà Nội (Đoạn Nhật Tân –Bưởi – Cầu Giấy)

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu áp dụng cho các công trình xây dựng, trong đó tập trung chocác công trình đường ô tô và đường sân bay ở Việt Nam nói chung và khu vực HàNội nói riêng

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu : là sự kết hợp giữa lý thuyết và tính toán thiết kếthực tế giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất Từ đó giúp các đơn vịsản xuất có cách nhìn và áp dụng hợp lý cho các công trình xây dựng

LỜI CẢM ƠN

Chân thành cảm ơn tiến sĩ Vũ Đức Sỹ Cảm ơn các thầy cô trong Bộ mônĐường ô tô và Sân bay, khoa Sau đại học – Trường đại học Giao thông vận tải,cùng các tác giả trong và ngoài nước đã có các tài liệu tham khảo về việc tạo mọiđiều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu, biên soạn và hình thànhluận văn này Tuy nhiên, địa kỹ thuật trong điều kiện đất yếu Việt Nam là lãnh vựcrất phức tạp và đang trong quá trình phát triển Do đó việc viết luận văn này chắckhông tránh khỏi những khuyết điểm và thiếu sót Tác giả mong sự góp ý chân tìnhcủa độc giả Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 01 năm 2013

Tác giả

Bùi Ngọc Trang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM

1.1 KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU

Khái niệm về đất yếu hiện vẫn còn nhiều ý kiến chưa thống nhất Theo quanđiểm xây dựng, đất yếu được xem xét trong mối quan hệ tương tác với công trình,tùy thuộc vào tải trọng của công trình truyền xuống nền Nếu tải trọng công trìnhtruyền xuống nền lớn hơn sức chịu tải của nền thì nền đất được coi là đất yếu Vìvậy người ta dựa vào các giá trị sức chịu tải quy ước và mô đun tổng biến dạng củanền để phân biệt nền đất yếu Theo quan điểm của địa chất công trình, đất yếu làloại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt, có khả năng chịu tải thấp vàbiết dạng lớn, khi xây dựng công trình không thể áp dụng giải pháp móng nông trênnền thiên nhiên mà bắt buộc phải xử lý nền, hoặc lựa chọn giải pháp móng sâu Đấtyếu rất dễ nhạy cảm khi chịu tải động, cũng như với sự thay đổi môi trường địachất

Dự theo các tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245-2000, 22TCN262-200, thamkhảo các tiêu chuẩn phân loại đất ASTM, BS, phân loại trạng thái đất của Terzaghi

và Peck, phân loại củ F.P Xavarenbsky, N.V Kolomensky, V.Đ Loomtađze … thì

có thể thấy đất yếu có những đặc điểm sau:

 Sức chịu tải quy ước thường nhỏ, Ro < 1,0 KG/cm-2 , mô đun tổng biến dạng

E0 < 50KG/cm2

.

 Đất thường xốp có hệ số rỗng lớn ( e> 1.0) ở trạng thái tự dẻo chảy(Is > 0,75),sức chống cắt thấp ( Cu < 0,15 KG/cm2, sức kháng xuyên đơn vị qc <10KG/cm2, giá trị xuyên tiêu chuẩn Nspt < 5) thường chứa hàm lượng hữu cơ cao

và có nguồn gốc hồ đầm lầy

 Đất thường là các loại trầm tích trẻ chưa được nén chặt và chủ yếu là đất loạisét có cố kết thông thường, bão hòa nước, có thể coi là hệ phân tán hai pha ( chỉgồm các hạt đất và nước chứa trong lỗ rỗng)

Bảng 1.1: Các đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất yếu

Hàm lượng hữu

cơ (%)

Hệ số nén chặt (MPa -1 )

Hệ số thấm K (cm/s)

Cường độ cắt cánh Trị sốxuyên tiêu chuẩn

N 63,5 kPa độ

Ghi chú:

N 63,5 : số nhát đập với quả tạ 63,5 kg để ống tiêu chuẩn xuyên được 30 cm; Hệ số nén chặt ở đây là tương ứng với khoảng áp lực nén từ 1 2 kG/cm 2

1.2 PHÂN LOẠI NỀN ĐẤT YẾU

Đất yếu ở các khu vực đồng bằng lớn trên lãnh thổ Việt Nam có thể phân loạinhư sau:

a) Phân loại theo tuổi, nguồn gốc

Đất yếu được hình thành trong các điều kiện đặc biệt, trong đó yếu tố tuổi,nguồn gốc đóng vai trò quyết định Đất yếu thường là các trầm tích trẻ, nguồn gốc

hồ - đầm lầy ven biển hay được hình thành ở ven sông, cửa sông và tồn tại trongđiều kiện không thoát nước Có thể phân biệt một số loại đất yếu theo tuổi và nguồngốc sau:

Trầm tích sông – biển hỗn hợp thuộc các hệ tầng Vĩnh Phúc ( đồng bằng sôngHồng) và Củ Chi (đồng bằng sông Cửu Long): các trầm tích này có dấu hiệu thựcvật bị phân hủy, than bùn hóa, kiểu đầm lầy ven biển trong quá trình hình thành tamgiác châu tuổi Pleistocene Tùy thuộc vào địa hình, địa mạo cổ mà các trầm tích nàythể hiện ở dạng thấu kính hay lớp ở ven rìa các đồng bằng Thành phần chủ yếu củaloại trầm tích này thường là sét , sét pha màu xám nâu, xám đen chứa ít hữu cơ,trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm

Trầm tích đầm lầy- sông biển hỗn hợp tuổi Holocene thuộc hệ tang Hải Hưng,Thái Bình (đồng bằng sông Hông), Bình Chánh, Cần Giờ( đồng bằng sông CửuLong) loại trầm tích này có diện phân bố khá rộng rãi ở vùng trung tâm đồng bằng.Các trầm tích này chứa tảo nước mặn xen lợ - ngọt, đặc trưng cho kiểu đầm lầy venbiển Thành phần của đất thuộc loại trầm tích này thường là bùn sét, sét pha chứahữu cơ với mức độ phân hủy khác nhau, đôi khi đất ở trạng thái dẻo chảy, dẻo mềmtùy theo điều kiện tồn tại

b) Phân loại theo tính chất cơ lý của đất

Phân loại đất theo tuổi, nguồn gốc có ý nghĩa lớn trong việc xác định và dự báo

sự biến đổi các đặc trưng địa chất công trình của đất như: quy luật phân bố, sự biếnđổi thành phàn và các tính chất vật lý cơ học của đát theo không gian và theo thờigian Việc này đòi hỏi những nghiên cứu sâu rộng Đối với mỗi công trình cáchphân loại này khó có thể áp dụng được.Khi đó, việc phân loại sẽ dựa vào tính chất

cơ lý của đất, chủ yếu dựa vào thành phần và trạng thái như sau:

Các loại đất bùn, bao gồm bùn sét ( nếu chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt Is > 1, hệ sốrỗng eo ≥ 1.5 ), bùn sét pha ( Ip= 7-17, Is >1 , eo ≥1), bùn cát pha ( Ip =1-7, Is>1, eo

≥0,9)

Đát ở trạng thái chảy: sét chảy(Ip ≥ 17, Is >1, eo < 1.5) , sét pha chảy(Ip = 7-17,

Is >1, eo < 1), cát pha chảy (Ip = 1-7, Is >1, eo < 0,9)

Đất ở trạng thái dẻo chảy: sét dẻo chảy (Ip ≥ 17, Is = 0,75-1), sét pha dẻo chảy(Ip = 7-17, Is =0,75-1);

Theo hàm lượng hữu cơ , chia ra thành than bùn nếu hàm lượng hữu cơ P ≥60%, đất than bùn nếu P =20%- 60%, đất chứa hứu cơ nếu P =5- 20%

c) Đặc trưng địa chất công trình của đất yếu Việt Nam

Trước hết, cần thống nhất khái niệm về đặc trưng ĐCCT Đặc trưng ĐCCT củađất là các đặc ddiemr và tính chất của đất có ảnh hưởng đến quá trình thiết kế, thicông và sử dụng công trình, được hiển thị qua các yếu tố sau:

- Sự phân bố và quy luật phân bố của các lớp đất Được thể hiện cụ thể qua bềdày, chiều sâu phân bố và quy luật phân bố của chúng trong không gian

- Đặc điểm về thành phần vật chất bao gồm về thành phần khoáng vật, thànhphần hóa học và các vật chất khác như hữu có, muối, các chất thải nhânsinh

- Các tính chất cơ lý của đất, bao gồm tính chất vật lý như độ ẩm tự nhiên,khối lượng thể tích tự nhiên, khối lượng riêng, các chỉ tiêu về tính dẻo củađất, và các tính chất cơ học của đất như tính kháng cắt, tính biến dạng vàtính chất tương đối với nước của đất trong các điều kiện khác nhau

- Đặc điểm kiến trúc, cấu tạo được thể hiện qua kích thước, hình dạng, đặcđiểm bề mặt của các hạt và sự sắp xếp chúng trong không gian

- Sự thay đổi các tính chất trên trong không gian và theo thời gian dưới tácđộng của hệ tự nhiên- kỹ thuật

Đặc trưng địa chất công trình của đất được quyết định bởi các yếu tố : tuổi,nguồn gốc, điều kiện tồn tại, kiến tạo Nghiên cứu đặc trưng địa chất công trình củađất có ý nghĩa quan trọng trong khảo sát địa chất công trình, thiết kế và thi công cácloại công trình trên mặt và công trình ngầm

 Đặc điểm phân bố

Các lớp bùn sét chủ yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng Cần Giờ được hìnhthành trong giai đoạn biển tiến mạnh ( giai đoạn Holocene giữa, muộn) Vì thế, lớpnày thường phân bố ở các khu vực trung tâm và ven biển của các vùng đồng bằng

ĐỘ sâu phân bố và bề dày tăng dần theo hướng từ trung tâm ra phía biển, từ một vàimét đến 30m Tuy nhiên, do có nguồn gốc hồ- đầm lầy ven biển nên sự phân bố củabùn sét rất phức tạp và biến đổi mạnh

Các loại đất bùn sét pha- cát pha chủ yếu thuộc hệ địa tầng Hải Hưng, TháiBình, Bình chánh được hình thành vào giai đoạn đầu của thời ký biển tiến hoặc ởgiai đoạn biển lấn nhẹ Vì vậy, lớp này thương phân bố dưới lớp bùn sét

Theo hướng dòng chảy, tỉ lệ bùn sét pha, cát pha so với bùn sét giảm Ví dụ ởkhu vực Hà Nội, sự phân bố của bùn sét pha phố biến hơn lớp bùn sét, còn ở HảiPhòng thì ngược lại

Ở một số khu vực, các lớp đất bùn sét hay bùn sét pha tồn tại trong điều kiện

có thể thoát nước lỗ rỗng nên đã được cố kết một phần và trở thành sét, sét pha cótrạng thái dẻo chảy, đôi chỗ có thể là dẻo mềm Vì vậy, đất sét, sét pha trạng tháidẻo chảy cũng có diện phân bố khá phổ biến ở khu vực trung tâm của vùng đồngbằng với chiều dày và chiều sâu không lớn ( thường <10m)

 Đặc điểm về thành phần

Thành phần khoáng vật : nhìn chung, theo tài liệu thu thập được thì thành

phần khoáng vật của các loại đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là các khoáng vật sét,kaolinit, hydromica, vật chất hữu cơ, một ít montmorilonit và các mảnh vụn thạchanh, fenpat, các kết hạch sắt

Thành phần hạt: trầm tích Pleistocene muộn tướng hồ móng ngựa bị đàm lầy

hóa( đất yếu thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc) phân bố ở Yên lạc, Việt Trì, Tiêng Sơn, Sócsơn, Hiệp hòa, Đông Anh, Gia Lâm, Thường Tín, Hoài Đức Hàm lượng các nhómhạt bụi, sét trung bình (<0.05) chiếm tới 65%, hàm lượng nhóm hạt cát chiếm 35%,Tổng hợp các mẫu đất yếu thuộc hệ tầng này ở nội thành Hà Nội cho thấy nhóm hạtcát chỉ còn chiếm 25%, nhóm bụi, sét lên đến 75% Các khu vực còn lại ít gặp đấtyếu của hệ tầng này

Hàm lượng hữu cơ: như đã nói, phần lớn đất yếu ở Việt Nam có nguồn gốc

hồ - đầm lầy vá sông biển hỗn hợp Vì vậy, trong thành phần của chúng thườngchứa hữu cơ và mức độ phân hủy khác nhau tùy theo nguồn gốc và tuổi

Hàm lượng muối: Đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long thường bị

nhiễm mặt với hàm lượng khác nhau

 Tính chất cơ lý

Một trong những đặc điểm quan trọn của đất yếu là chỉ tiêu tính chất cơ lý.Các tính chất này được quyết định chủ yếu bởi thành phần, trạng thái của đất Vìvậy, khi xem xét đến yếu tố tuổi, nguồn gốc, mà còn phải kể đến trạng thái của đấttrong điều kiện tự nhiên

Bản 1.1 Tính chất cơ lý của đất sét mềm ở các địa phương miền Bắc

Bản 1.2 Tính chất cơ lý của bùn ở các địa phương

Tên dịa

phương

Lượng hàm nước w%

Trọng lượng thể tích (KN/m 3 )

Độ rỗng e

Giới hạn chày W,.

(%)

Giới hạn dẻo Wp (%)

Chỉ Sô’

dẻo Ip

Độ nhão

ÌL

Góc nội

ma sát (p, (độ)

Lực dính c (KPa)

Bản 1.3 Phân loại than bùn theo địa chất công trình

daN/cm 2

Ớ độ ẩm bất kỳ, khi nhiệt độ trên 0°c, đào hô sâu 2m, thành thẳng đứng có thế giữ được 5 ngày đêm không bị biến dạng, mực nước ngầm sâu dưới 0,5 - l,2m m trên có các loại cây như sú vẹt.

1,0

II Độ sét không ổn

định

ớ độ ẩm bất kỳ, khi nhiệt độ trèn 0°c, đào hô’ sâu 2 m thành thẳng đứng thì không thể giữ được troag năm ngày đêm Địa thế tươnfỊ đỏi thấp và bằng.

0,5 - 0,8

III

Lỏng, có và không

có lớp vỏ cứng ở trên mặt

Than bùn phân hủy mạnh, khi bải hòa nước ở thể lỏng, nước ngầm thường lộ trên mặt, bộ phận trũng có nước chảy, có các loai cói, sú vet mọc tốt, lớp than bùn có nhiều rễ cây, trên mặt dày 2-4,5m, người và súc vật đi lại được.

- < 0,3

Hình 1.1 Phân bố các vùng đất yếu ở Việt Nam

1.3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI.

Như chúng ta đã biết, đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (R0 nhỏhơn 1KG/cm2), có tính nén và hệ số rỗng lớn (e >1 ), mô đun biến dạng thấp (E0

< 50KG/cm2), trị số sức chống cắt không đáng kể và hầu như bão hoà nước Khitiến hành xây dựng các công trình trên nó thì gặp rất nhiều khó khăn cho việc lựachọn giải pháp nền móng cũng như công tác xử lý, vì không thể đặt móng côngtrình trực tiếp lên nền đất yếu Vì vậy, vấn đề đặt ra lúc này là phải làm sao đưa rabiện pháp xử lý thích hợp đảm bảo về kinh tế, kỹ thuật và điều kiện thi công

Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều giải pháp xử lý nềnđất yếu Trong các giải pháp này, một số đã được đưa vào sử dụng rất rộng rãi, cònmột số giải pháp khác đang ở trong giai đoạn đưa vào thử nghiệm, nhưng nói chungchúng đều có tác dụng thoát nước, tăng nhanh tốc độ cố kết và làm cho đất đượcnén chặt và tăng độ bền của đất, làm giảm độ lún và lún không đều, rút ngắn thờigian thi công, giảm giá thành xây dựng

Dưới đây là một số giải pháp xử lý, gia cố nền đất yếu :

- Phương pháp thay thế đất yếu trong nền bằng các loại đất tốt như cát, sỏi,

đá dăm hoặc đất loại sét có cấp phối tốt được lu lèn trước khi xây dựng công trình ;

- Phương pháp tăng độ chặt của nền đường

- Các biện pháp hóa học như xi măng hóa, vôi hóa…

- Các biện pháp vật lý như nhiệt, điện, băng hóa, trộn các hợp chất polimer,Tuy nhiên, mỗi giải pháp nó thích hợp với một số loại đất nhất định và phùhợp với điều kiện nhân vật lực, công nghệ thi công ở Việt Nam, vì vậy chúng taphải nghiên cứu và xem xét kỹ lưỡng tất cả các điều kiện trước khi áp dụng phươngpháp đó vào xử lý

Ngoài ra việc lựa chọn giải pháp xử lý không chỉ phụ thuộc vào các đặc tính củađất nền, mà còn phụ thuộc vào các loại công trình (nhà, đường, đập, đê, đườngsắt ) và quy mô công trình

1.3.1 Giải pháp đào thay đất

Đào thay đất yếu bằng đệm cát là một giải pháp nền nhân tạo được áp dụngrộng rãi ở những vùng sẵn vật liệu làm đệm cát Khi thay thế lớp đất yếu bằng lớpđệm cát ở ngay dưới móng công trình sẽ làm cho nền tăng sức chịu tải, công trình

có độ lún ít và giảm sự lún không đều, giảm được chiều sâu chôn móng, giảm áplực do công trình truyền xuống đất nền, làm cho công trình lún đều và ổn định

Phương pháp này thi công đơn giản, vật liệu rẻ, chịu lực tốt Tuy nhiên,chúng ta chỉ sử dụng phương pháp này trong trường hợp lớp đất yếu có chiều dàynhỏ tối đa là 6m , tốt nhất là nhỏ hơn 3m Nhưng trong trường hợp mực nước ngầmcao, có áp và lớp đất yếu phải thay thế bằng lớp đệm cát dày hơn 3m thì không nêndùng đệm cát.Vì lúc đó phải chi phí rất lớn về việc hạ mực nước ngầm, thi công khó

và khối lượng cát rất lớn

Khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình bằng lớp đệmcát thì nó vừa đóng vai trò chịu lực, tiếp nhận tải trọng công trình truyền xuống, vừađóng vai trò thoát nước cho nền đất phía dưới, làm tăng nhanh quá trình cố kết chonền đất Sau khi xây dựng công trình lớp đệm cát sẽ được nén chặt hoàn toàn và cósức chịu tải rất cao làm cho công trình được bền vững

Chính vì vậy mà hiện nay phương pháp này đã được sử dụng rất rộng rãitrong thực tế, nó có thể thích ứng với rát nhiều loại công trình khác nhau vẫn đảmbảo sự làm việc đồng thời giữa nền và công trình

Hình 1.2 Giải pháp đào thay đất

1.3.2 Biện pháp làm tăng độ chặt của đất nền.

Các biện pháp làm tăng độ chặt của đất được áp dụng rông rãi trong các lĩnhvực xây dựng thuỷ lợi, giao thông, dân dụng Khi được làm chặt thì các chỉ tiêu về

độ bền của đất tăng, khả năng biến dạng và tính thấm nước giảm Các biện pháp nàyứng dụng rất có hiệu quả khi làm chặt các lớp đất nằm ngay trên mặt, chiều sâuphân bố không lớn, đặc biệt là sử dụng biện pháp làm chặt bằng cơ học trong cáctrường hợp khác hoặc là biện pháp trên không có hiệu quả thì dùng các phương

trọng tĩnh, cải tạo đất bằng năng lượng nổ nhằm làm tăng độ chặt của đất, tăngkhả năng chịu lực, hạn chế lún không đều Sau đây là một số giải pháp cụ thể.

Các biện pháp làm tăng độ chặt của đất nền chia làm 2 nhóm giải pháp: chốngtrượt và tăng cố kết

Bảng1.4 Bảng phân loại các biện pháp xử lý

Phân loại Các biện pháp xử lý nền đất yếu

Hình 1.3 Giải pháp bệ phản áp

Bệ phản áp đóng vai trò một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nền

gian ngắn hơn Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chông thoải độdốc ta luy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất bằng nhau sẽ có lợi hơn do giảmđược mômen của các lực trượt nhờ tập trung tải trọng ở chân ta luy [3] (H.4 chothấy khi tăng chiều rộng của bệ phản áp thì giá trị của hệ số an toàn F sẽ tăng lên.

Chiềucao và chiều rộng bệ phản áp được xác định theo cường độ chông cắt, chiều

dày của lớp đất yếu và hệ số an toàn yêu cầu Kích thước bệ phản áp thường lấy nhưsau :

Hình 1.4 Quan hệ giữa bề rộng của đê phản áp và

hệ số an toàn ( theo F Bourges)

Theo kinh nghiệm Trung Quốc :

- Chiều cao h > 1/3 H

- Chiều rộng L = (2/3 - 3/4) chiều dài trồi đất.

Chiều cao h > 1/3 H;

1.3.2.2. Vải địa kỹ thuật gia cường

Công tác gia cố nền rất cần thiết đối với nền đất hạt mịn, bão hoà nước và

dễ bị xáo động Nền đất bị phá hoại vì khả năng tiêu nước kém và không được gia

cố để đủ chịu tác động của trọng lượng của các lớp đất đắp lên trên nền yếu đótrong quá trình xây dựng

Để tránh sự phá hoại này, có thể đặt vải ĐKT ở giữa phần đất đắp và các lớp đất nền nhằm tạo ra một mặt phân cách Như vậy có thể giữ đúng chiều dày đất đắp thiết kế của đường Việc sử dụng vải ĐKT cho phép tiêu thoát nước ở các lớp bên dưới vải ĐKT Các loại vải ĐKT cũng cho phép thoát nước theo phương ngang, trừ loại vải liên kết bằng nhiệt và loại vải dệt Cải thiện vấn đề tiêu thoát sẽ làm tăng độ bền kháng cắt của các lớp đất và cải thiện điều kiện làm việc lâu dài của đất nền.

Vải ĐKT thường dùng trong các lĩnh vực sau:

 Đường không lát lớp áo đường cũng như đường có lát lớp áo đường;

 Đường chính nối vào công trình, đồng ruộng và đường vào rừng;

 Các kho chứa, bến bãi;

 Đê đập xây dựng trên nền đất yếu;

 Cải tạo, phát triển diện tích đất dành cho khu công ngiệp và xây dựng nhà ở.

Khi sử dụng vải ĐKT cho chúng ta những lợi ích sau:

 Cho phép tăng cường lớp đất đắp bằng khả năng tiêu thoát nước;

 Giảm chiều sâu đào vào các lớp đất yếu;

 Giảm độ dốc mái lớp đất đắp yêu cầu và tăng tính ổn định của chúng;

 Giữ được tốc độ lún đều của các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp;

 Cải thiện các lớp đất đắp và kéo dài tuổi thọ công trình

Hiện nay, trên thế giơi cũng như ở nước ta vải ĐKT đã được sử dụng rộng rãi và cho hiệu quả rất cao.

Hình 1.4 Giải pháp vải địa kỹ thuật gia cường kết hợp tầng đệm cát

1.3.2.3. Cọc cát đầm chặt

Nguyên lý: Khi xử lý nền đất yếu bằng cọc cát, có hai quá trình chính là: Quá

trình nén chặt cơ học và quá trình cố kết thấm.

Ưu điểm nhược điểm của cọc cát đầm chặt:

Công nghệ cọc cát đầm chặt bảo đảm thời gian thi công nhanh, không sử dụnggiải pháp thay đất bằng vật liệu cát mới mà vẫn có thể đảm bảo tăng cường độkháng cắt của đất yếu, do vậy nền đất khoong bị lứt và lún

- Hiện nay đường kính cọc cát được ứng dụng là từ 1,5 đến 2m; do vậy

sẽ đẩy nhanh quá trình thoát nước từ đất yếu ra ngoài bằng cọc cát, giảm bớt độ cốkết của riêng phần đất yếu đi rất nhiều lần Do đó, nếu ứng dụng công nghệ cọc cátđầm chặt này thi hiện tượng cố kết thứ cấp của đất yếu sẽ bị loại bỏ

- Công nghệ cọc cát đầm chặt không gây ảnh hưởng đến môi trường vàtrong tương lai, công nghệ này sẽ trở thành công nghệ xử lý nền đất yếu có hiệuquả

- Có thể kiểm soát về khối lượng và chất lượng công trình trong quátrình thi công

- Các điều kiện về thời tiết không ảnh hưởng nhiều đến quá trình thicông

- Công nghệ cọc cát đầm chặt để xử lý nền đất yếu rất phù hợp với côngtrình cảng và công trình ngoài khơi Công nghệ này có thể thay cho phương pháp

(bùn đất thải) Hơn nữa phương pháp cọc cát đầm chặt này sẽ giảm thiểu ô nhiễmmôi trường nước Trong quá trình nạo vét, nếu điều kiện thời tiết không thuận lợi và

có sóng lớn thì lượng phù sa bồi đắp và dòng chảy sẽ phần nào ảnh hưởng đến quátrình nạo vét và có thể làm tăng chi phí đầu tư Do đó, phương pháp cọc cát đầmchặt rất hữu hiệu vì có thể đảm bảo được mức độ an toàn khi thi công, kiểm soátđược các tác động về môi trường - đây là ưu thế vượt trội trong những công nghệcọc cát đầm chặt

Tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam hiện vẫn chưa có quy trình thi công nghiệmthu cọc cát cho ngành giao thông vận tải, nên việc xử lý nền bằng phương pháp nàymới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu chứ chưa áp dụng rộng rãi để xử lý nền đất yếutrong các công trình giao thông

Phương pháp Cọc cát đầm (SCP) sử dụng tải trọng rung để xuyên một ốngchống tạo cọc cát đầm vào lớp đất yếu Phương pháp này sẽ giúp gia tăng khả năngchịu tải, giảm độ lún cố kết, tăng sức kháng theo phương ngang, tạo sự đồng đềucho đất, tăng hiệu quả thoát nước cố kết do việc tăng độ chặt của đất Phương phápnày được áp dụng cho hầu hết các điều kiện đất gồm cả đất cát, đất sét và đất hữu

As

Fv   nếu là dạng tam giácTrong đó,

As: Diện tích mặt cắt ngang của Cọc cát đầm

d: Khoảng cách từ Tâm đến Tâm

Hình1.5: Sơ đồ bố trí và quan niệm thiết kế Cọc cát đầm (SCP)

 Sức kháng cắt

Nền đất yếu sau khi được xử lý bằng Cọc cát đầm sẽ được xem là nền đấthỗn hợp gồm có Cọc cát đầm và đất yếu bao quanh Sức kháng cắt của nền đất hỗnhợp SC được tính toán như sau:

τsc=(1-Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•sc=(1-Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•c•z)•U+ Fv • (s'•Z+μc•s•z)tans• (cosθ)²)²

τsc=(1-Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•sc=(1- Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•c•z )·U+('m•Z+z )•μc•s •Fv •tans •(cosθ)²)²

Trong đó,

c: Hệ số giảm ứng suất, c c n Fv

) 1 ( 1

s': Trọng lượng thể tích đẩy nổi của cát

Z: Độ sâu của mặt phá hoại

s: Góc ma sát trong của cát

: Góc giữa bề mặt phá hoại so với phương ngang

z: Ứng suất tăng tại mặt phá hoại do tải trọng nền đường đắp

Góc ma sát trong của cát (của Cọc cát đầm) phụ thuộc vào tỷ lệ thay thế thể

hiện trong bảng dưới đây:

Góc ma sát trong và Tỷ lệ phân chia ứng suất theo tỷ lệ thay thế

Tỷ lệ thay thế, Fv Góc ma sát trong

của cát, s

Tỷ lệ phân chia ứng suất, n

Lực dính và góc ma sát của đất hỗn hợp dùng để phân tích sự ổn định của mái

dốc được xác định theo các phương trình tương ứng (2-32) và (2-33) sau đây,

phương trình này xuất phát từ phương trình (2-30)

Độ lún của đất hỗn hợp nhỏ hơn độ lún của đất không được xử lý vì Cọc cát

đầm sẻ chia tải trọng tác động lên mặt đất, và theo đó, làm giảm bớt ứng suất tác

động lên đất Tư vấn thiết kế sử dụng công thức sau đây để tính độ lún của đất hỗn

e

Cc S

o



log 1

1.3.2.4 Gia cố nền bằng chất kết dính

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính như

xi măng, vôi, bitum… nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình

hóa lý và hóa học diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nền

a) Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi.

Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm của đất và đóng vai trò là chất

kết và đông cứng trong vòng từ 5 đến 10 phút Khi hydrat hóa vôi chưa tôi có khảnăng hấp thụ một lượng nước lớn.( 32 đến 100% khối lượng ban đầu) nên nhánhchóng làm nền đất khô ráo và đất nhanh chóng được nén chặt.

Để gia cố nền đất yếu dưới sâu người ta dùng cọc vôi hoặc cọc đất vôi Vôitác dụng với nước sẽ làm tăng thể tích của cọc và làm đất xung quanh cọc nén chặtlại Cọc đất vôi , ngoài tác dụng làm tăng độ chặt của nền còn có độ bền nén, lựcdính và góc ma sát khá lớn, dẫn đến sức chịu tải tổng hợp của khối đất gia cố tănglên

b) Gia cố nền bằng phương pháp trộn xi măng.

Khi trộn xi măng vào đất sẽ xảy ra quá trình kiềm và sau đó là quá trình thứsinh Quá trình kiềm là quá trình thủy phân và hydrat hóa xi măng, được coi là quátrình chủ yếu hình thành nên độ bền của nền đất gia cố

Quá trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớn hydroxit canxi làm tăng độ PH củanước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy quá trình thứ sinh Ở điềukiện bình thường các khoáng vật sét có thành phần hóa học chính là các oxit nhôm

va silic khá bền vững, khó bị hòa tan, song trong môi trường kiềm có PH cao, chúng

dễ bị hòa tan dẫn đến sụ phá hủy các khoáng vật Các ô xít nhôm và silic ở dạng hòatan tạo nên một phần vật liệu gắn kết đông cứng và làm tăng cường độ của đất- ximăng Qúa trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài

Như vậy , việc sử dụng các giải pháp trên đều là các giải pháp làm tăngnhanh quá trình cố kết, tăng độ bền cho nền đất và việc thi công nó cũng không gặpkhó khăn, chi phí ít, cho nên đây là những giải pháp có ý nghĩa cho thực tiễn

1.3.2.5 Gia tải trước.

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử

lý nền đất yếu Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùnggiếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền chophép Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trongtương lai Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đấtđắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra Phương pháp giatải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhi

Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trìnhtại phía Nam.

Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nềnmột cách chi tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phươngpháp thông thường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồngthời khoan lấy mẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn,thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếptục bị lún và công trình bị hư hỏng

Hình1.6: phương pháp gia tải trước (Preloading)

Đối với nền đất xử lý bằng bấc thấm cũng cho hiệu quả rất cao Khi xâydựng công trình trên nền đất yếu thì quá trình cố kết sẽ diễn ra trong thời gian dài.Khi sử dụng bấc thấm thì quá trình cố kết sẽ diễn ra rất nhanh, đồng thời nó sẽ làm

thuật và gia tải trước thì sẽ làm cho nền đất giảm hiện tượng lún không đều, đồngthời đảm bảo cho quá trình lún kết thúc gần hết trong giai đoạn thi công.

Sử dụng bấc thấm có rất nhiều ưu điểm như tốc độ thi công nhanh, khả năngthấm nước cao, chiều sâu cắm lớn và có thể dễ dàng kiểm tra chất lượng, vậnchuyển dễ dàng

có khả năng chịu kéo Lớp vải địa kỹ thuật được bọc nhằm tác dụng để ngăn khôngcho các hạt đất trôi theo dòng nước

+ Ưu nhược điểm:

- Thi công nhanh

- Thoát nước tốt, không bị tắc đường ống

- Tốn vật liệu, không vận dụng được vật liệu địa phương

Sự khác nhau giữa giếng cát và cọc cát:

+ Kích thước của cọc cát và giếng cát là tương tự nhau, điều này phụ thuộc vàocông nghệ thi công

+ Cọc cát làm nhiệm vụ chủ yếu là nén chặt đất, nâng cao cường độ của nềnđất, ngoài ra cọc cát đóng vai trò là thoát nước lỗ rỗng nhanh hơn nhưng đâychỉ là tác dụng phụ

+ Giếng cát có nhiệm vụ cơ bản là thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết,làm cho độ lún chóng ổn định, bên cạnh đó giếng cát cũng góp phần làm chặt đất.Như vậy cọc cát và giếng cát có mục đích sử dụng khác nhau nên biện pháptính toán cũng khác nhau:

+ Trình tự tính toán và thiết kế giếng cát

Bài toán đặt ra là ta xét một mặt cắt địa tầng có lớp đất yếu là đất dính bão hoànước chiều dày H nằm trên một nền đá không thấm nước Nếu không sử dụngmột biện pháp xử lý nào trong đất thì khi chịu tải trọng q nước lỗ rỗng sẽ chỉthoát theo một chiều, theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên và khi đó đươngnhiên ta sử dụng lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi để xác định độ lún cố kết.Giả sử rằng bây giờ người ta khoan các lỗ trong nền, tạo thành các giếng và lấpđầy cát thì mỗi giếng sẽ trở thành một giếng thoát nước, đường thấm nước sẽtheo phương ngang vào giếng vào một phần rất nhỏ vì thế thời gian diễn ra cố

nước sẽ thấm qua lớp đệm cát và thoát ra ngoài Như vậy khi nền có giếng cát

sẽ tính toán theo nền cố kết 3 chiều đối xứng trục của Terzaghi

+ Lý thuyết và nguyên lý tính toán:

a) Độ lún

Do sự thay đổi ứng suất gây ra bởi tải trọng của nền đường và độ sâu phân bổ củađất, một lớp đất sẽ được phân chia thành các lớp nhỏ để tính toán độ lún và độ lúncủa lớp đất sẽ là tổng độ lún của các lớp nhỏ

Có thể tính toán độ lún cố kết bằng cách sử dụng công thức gốc theo mô tả dưới đây(sau đây gọi tắt là phương pháp e):

H e

e e

log

P P H e

s c

P

P P H e

s

c

P

P P H e

C P

P H e

log1

log

1 Đối với đất quá cố kết và Pc<P0+P

Về lớp đất cát, có thể sử dụng công thức sau đây để tính độ lún tức thời (phương pháp De Beer)

o

o i

P

P P H N

P

Trong đó:

Sc: Độ lún cố kết,

Si: Độ lún tức thời của lớp đất cát,

eo: Hệ số rỗng tại áp lực P0 (Hệ số rỗng ban đầu),

Trong trường hợp có đường thấm đứng như là Bấc thấm, Cọc cát, Giếng cát

có vỏ bọc, v.v được bố trí để xử lý nền đất yếu, độ cố kết sẽ được xác định bằng biểu thức Carrillo:

Trong đó:

U: Độ cố kết,

Uv: Thành phần cố kết thẳng đứng được tính như đề cập trên,

Uh: Thành phần cố kết ngang được tính bằng kiến nghị Hansbo như sau:

2

4

13ln1

)

(

n

n n n

d k

ds: Khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các đường thấm đứng,

dw: Đường kính/đường kính tương đương của đường thấm đứng,

kh: Hệ số thấm theo phương ngang,

ks: Hệ số thấm trong vùng đất bị xáo trộn,

ds: Đường kính mặt cắt ngang của vùng đất bị xáo trộn,

L: Chiều dài thoát nước,

qw: Khả năng thoát nước của đường thấm đứng

Đặc biệt trong trường hợp là giếng cát có vỏ bọc, do bố trí đặc biệt , hệ số thời gian

sẽ được tính toán cho từng vùng I, II, và III như sau:

I

III h III II

h II I h

I

h

A A A

U A U

A U

C: Lượng tăng của sức kháng cắt không thoát nước do cố kết,

m: Hệ số tăng của sức kháng cắt không thoát nước

a a

I

I

II I II a

a

d) Kiểm toán trượt

Tư vấn kiến nghị sử dụng Phương pháp Bishop như công thức dưới đây để kiểm toán trượt

tan1

w

b u w b C m

Trong đó (xem hình 1.18):

C: Lực dính,

: Góc ma sát trong,

b: Bề rộng phân tố,

u: Áp lực nước lỗ rộng tác động đáy cung trượt,

W: Trọng lượng của phân tố,

 : Góc nghiêng tại đáy cung trượt so với phương ngang



Hình 1.18 Mô hình kiểm toán trượt

Trong trường hợp có sử dụng lớp vải địa kỹ thuật gia cường, cường độ kháng trượtđược tính như sau:

2 k h

Tensile: Cường độ chịu kéo đứt của vải (=200KN)

k: Hệ số an toàn (=2 với vải được làm bằng polyester theo 22TCN262-2000)k’: Hệ số dự trữ (=0.66 theo 22TCN262-2000)







Hình 1.19 Cường độ kháng cắt của vải địa kỹ thuật

1.3.2.8 Phương pháp hút chân không

Phương pháp bơm hút chân không là một hệ thống sử dụng cho việc gia tải và

cố kết đất yếu và đất bão hòa nước

Hình 1.20 Sơ đồ hoạt nguyên lý của phương pháp chút chân không

Phương pháp bơm hút chân không dùng bấc thấm đứng cắm vào trong lớp sétbão hòa nước cần được gia cố để thoát nước, có lớp cát đệm ở phía trên, các ống lọc

chân không với thiết bị, do đó áp suất chân không sẽ thu được khi vận hành máybơm, áp lực sẽ được truyền đến các cọc bấc thấm đứng, làm giảm áp lực nước trongcác bấc thấm và các lỗ rỗng biên, tạo thành áp lực gây rò rỉ nước từ đất ra ngoàiđường biên, làm giảm các khe rỗng tồn tại bởi áp lực nước Theo nguyên lý cường

độ Taishagi, mọi giá trị sụt của áp lực nước lỗ rỗng trở thành giá trị tăng của cường

độ hữu hiệu khi tổng cường độ không thay đổi, đất sẽ cố kết nhanh hơn

Quá trình cố kết của đất dưới tác dụng của bơm hút chân không là tiến trìnhlàm cho áp lực nước lỗ rỗng giảm và tăng ứng suất có hiệu khi ứng suất tổng khôngthay đổi Đây cũng là phương pháp sử dụng nguyên lý thoát nước cố kết để xử lýđất yếu Bơm hút chân không sử dụng áp suất chân không để thoát nước và cố kếtđất

Theo lý thuyết, thiết bị bơm hút có thể làm giảm áp suất không khí, do đó giátrị tối đa cho phép tương đương 100kPa (trên lý thuyết) cho việc lựa chọn phươngpháp hút chân không Tuy nhiên, dựa vào trình độ kỹ thuật hiện tại ta có thể sửdụng giá trị thông thường từ 80  90kPa Khi được sử dụng độc lập, bơm hút chânkhông thích hợp cho khu vực đất yếu rộng lớn yêu cầu khả năng chịu lực không quá85kPa

Khi sự gia tải trước yêu cầu lớn hơn 80kPa, ta có thể sử dụng phương pháp giatải đất kết hợp bơm hút chân không cùng lúc để làm cho cường độ yêu cầu vượt lêntrên 80kPa (Phương pháp bơm hút chân không kết hợp gia tải tạm thời) Điều đóchứng tỏ rằng: áp lực kết hợp xuất hiện trong trong khối đất mới tạo thành thôngqua áp lực gia tải tạm thời có thể đồng bộ hóa với quá trình giảm lỗ rỗng áp lựcnước trong suốt quá trình gia tải Chúng có cường độ cao hơn so với cường độ tạothành dưới tác dụng của riêng phương pháp bơm hút chân không Do đó phươngpháp kết hợp này làm tăng tốc độ cố kết và tăng cường độ cho đất Cùng một thờiđiểm, khối đất bị co ngót và bị nén bởi áp suất của bơm hút chân không, đất sẽ ổnđịnh hơn dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài, và tốc độ của quá trình gia tải sẽtăng mà không làm đất bị đùn ra ngoài Trong qúa trình hơm hút, áp lực chân không

sẽ thay thế một phần áp lực đất trong biện pháp gia tải tạm thời, chiều dày của lớpgia tải có thể nhỏ xuống, và thời gian gia tải cũng được rút ngắn, vì vậy tổng tiến độthi công sẽ rất ngắn so với các phương pháp gia tải thoát nước thông thường

1.3.3 Phương pháp cải tạo đất bằng hoá lý.

Khi chúng ta xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất cát rời rạc,đất đá cứng có nhiều lỗ hổng, có tính thấm lớn thì phải dùng các giải pháp hoá- lý

để xử lý nền Việc áp dụng các giải pháp hoá lý là nhằm làm tăng khả năng chịu tảicủa đất nền, bảo đảm ổn định về mặt cường độ khi công trình chịu lực ngang lớn,tạo màng chống thấm dưới các công trình thuỷ công, làm giảm tính thấm nước và

áp lực đẩy nổi của nước ngầm tác dụng vào móng công trình, gia cường mặt tiếpgiáp giữa nền và móng công trình để chống trượt và chống thấm

Trong giải pháp này gồm : Phụt dung dịch xi măng, phụt dung dịch silicat,phụt dung dịch bitum, điện thấm, điện hoá học, điện silicat Sau đây xin trình bàycác phương pháp trên

a) Phương pháp phụt xi măng

Bản chất của phương pháp là phụt vào các lỗ rỗng của đất, các khe nưt của

đá cứng một lượng vữa xi măng cần thiết theo yêu cầu thiết kế Vữa xi măng đượcphụt vào sau khi đông cứng sẽ có tác dụng làm giảm tính thấm nước và tăng khảnăng chịu lực của đất nền

Khả năng ứng dụng của phương pháp tuỳ thuộc vào kích thước lỗ rỗng, khenứt của đất đá, tốc độ dòng thấm và thành phần hoá học của nước dưới đất Phươngpháp này có hiệu quả khi kích thước của các khe nứt không nhỏ hơn 0,15mm, tốc

độ thấm không nhỏ hơn 80m/ng.đ, nhưng không vượt quá 200m/ngđ theo tiêuchuẩn của Nga (TY- 31.54), tốc độ nước ngầm cho phép đạt tới 600m/ng.đ Căn cứvào khả năng ăn mòn của nước để chọn loại xi măng thích hợp

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình thuỷcông, cảng, cầu đường, xây dựng các công trình ngầm và kể cả công trình dân dụng

Khi thiết kế xử lý nền bằng phương pháp phụt xi măng cần phải tuân thủtheo các bước:

- Xác định khoảng cách giữa các lỗ khoan phụt, mạng lưới bố trí, đường kính

lỗ khoan và chiều dài các đoạn phụt

- Xác định áp lực phụt vữa;

- Lựa chọn loại và nồng độ của vữa xi măng;

- Chọn thiết bị phụt vữa và cuối cùng là công tác kiểm tra chất lượng phụt ximăng.

Như vậy, khi xử lý nền bằng phương pháp này phải thực hiện theo các bướctrên theo tiêu chuẩn quy định Tuy nhiên chúng ta cũng phải dựa vào điều kiện thực

tế để điều chỉnh lại cho phù hợp để xử lý đạt hiệu quả cao

b) Phương pháp phụt dung dịch silicat

Khi nền đất gồm các loại đất đá có hệ số rỗng và khe nứt nhỏ, không dùngphương pháp phụt xi măng được thì có thể dùng phương pháp này Chất hoá họcthường dùng là natri silicat (thuỷ tinh lỏng) và can xi clorua Phương pháp này thíchhợp nhất với các trường hợp sau:

- Cát thô và sét bão hoà nước có k = 2 - 80m/ng.đ;

- Cát nhỏ và cát bụi có k = 0,5 - 5m/ng.đ;

- Đất hoàng thổ có k = 0,1 - 2m/ng.đ

Khi sử dụng phương pháp này có những tác dụng sau:

- Làm tăng khả năng chịu lực của đất nền, giảm tính thấm của đất đá;

- Tạo nên một màng chắn để ngăn cách bảo vệ móng, chống lại sự xâm thựccủa nước ngầm;

- Hạn chế tính lún ướt của đất

Các bước thiết kế xử lý của phương pháp cũng tương tự như phương phápphụt vữa xi măng Hiện nay tồn tại hai phương pháp là: Phương pháp phụt haidung dịch và một dung dịch Phương pháp hai dung dịch là phương pháp màngười ta lần lượt phụt vào đất thuỷ tinh lỏng và canxi clorua theo nồng độ quyđịnh Khi dùng phương pháp một dung dịch có thể tiến hành theo hai cách sau:

Cách thứ nhất là phụt vào đất một hỗn hợp hoá chất gồm thuỷ tinh lỏng và axitphotphoric

Cách thứ hai là phụt vào đất một hỗn hợp gồm thuỷ tinh lỏng và muối canxi.c) Cải tạo đất bằng phương pháp điện thấm

Bản chất của phương pháp là cắm vào trong đất dính bão hoà nước hai điệncực Cực dương là một thanh kim loại, cực âm là một ống kim loại có đục nhiều lỗnhỏ, sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua thì các hạt keo sét có xu hướng dịch

chuyển về phía cực dương, nước di chuyển về phía cực âm Nếu tại cực âm ta bố tríthiết bị hút nước thì tốc độ thoát nước tăng lên một cách đáng kể.

Phương pháp này không chỉ ứng dụng đối với các đất loại sét bão hoà nước

mà còn có thể gia cố đất than bùn khi có hệ số thấm k < 0,0004cm/s Khi sử dụngphương pháp này thì có những tác dụng chính như nâng cao khả năng chịu lực vàlàm tăng nhanh tốc độ cố kết của các đất loại sét yếu bão hoà nước, làm tăng độ ổnđịnh của mái dốc và đáy hố móng khi thi công, hạ thấp mực nước ngầm trong đất.d) Phương pháp điện hoá học (ĐHH)

Bản chất của phương pháp là đưa vào trong đất các dung dịch như canxiclorua (CaCl2) hoặc thuỷ tinh lỏng (NaOnSiO2) vào trong đất qua cực dương Khi códòng điện một chiều chạy qua, các điện cực sẽ bị phá huỷ, các sản phẩm này sẽ liênkết với các hạt sét, làm cho khối đất cứng lại, nước thoát ra, cường độ của đất tănglên Nếu trong đất có chứa hàm lượng muối lớn thì phương pháp này cho hiệu quảcao Phương pháp này không chỉ dùng cho những đất loại sét có nhóm bụi sét trên50% mà còn dùng cho các loại đất than bùn ở biển có nồng độ muối cao vẫn chohiệu quả tốt

Như vậy, trên đây là một số phương pháp xử lý- gia cố nền đất yếu đượcdùng hiện nay Tuy nhiên việc sử dụng phương pháp nào cho thích hợp thì nó cònphụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại- quy mô công trình, dạng công trình, khả năngtiến hành Bởi vậy trước khi tiến hành xử lý chúng ta phải xem xét, tính toán chi tiếtcác yếu tố trên để công tác xử lý đạt hiệu quả cao nhất

1.4 NHẬN XÉT

Trong hơn 10 năm qua hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tạiViệt Nam Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày cànggia tăng Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp và hạn chế cơ sở vật chấtcủa nước ta Trong những năm tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ khôngngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng đường, cảng biển, lấn biển và côngtrình hạ tầng cơ sở khác;

 Sai sót chủ yếu của các công trình bị hư hỏng có nguyên nhân từ nền móng

là do người thiết kế lựa chọn sai giải pháp xử lý đất nền và thiết kế móng

 Phương pháp thông dụng để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam là dùng cọc tre vàcọc tràm Đây là giải pháp kinh tế cho công trình có điều kiện đất nền và tảitrọng tương đối thuận lợi Do sự giới hạn của chiều dài cọc, nên khả năng ápdụng thực tế cũng bị hạn chế Cần thiết đánh giá sức chịu tải và độ lún củanền được gia cố bằng cọc ngắn theo các phương pháp thông thường Các giảipháp thông thường Các giải pháp này chỉ có tác dụng cho công trình nhà ởđộc lập Không nên sử dụng với chiều rộng đất đắp lớn.

 Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp kinh tế để xử lý nền đất yếu.Cần thiết đánh giá ổn định của nền dưới tải trọng tác dụng Nên tiến hànhquan trắc độ lún và áp lực nước Không nên sử dụng khái niệm chờ lún và bùlún Phải kiểm soát được độ lún Cần quan tâm đến độ lún thứ phát và dựtính

 Gia tải trước kết hợp với thoát nước bằng bấc thấm hoặc giếng cát Tải trọngtác động có thể thay thế bằng công nghệ hút chân không Hiện nay các thiết

bị có thể cắm bấc thấm xuống độ sâu trên 20m Cần thiết phải quan trắc độlún, áp lực nước lỗ rộng, dịch chuyển ngang để so sánh với dự tính

 Cọc đất vôi, đất xi măng nên được dùng rộng rãi để gia cố sâu đất nền Đây

là giải pháp hữu ích, không cần thời gian chất thải, tăng cường độ ổn địnhcủa nền Đồng thời thúc đẩy công nghiệp sản xuất xi măng, lượng xi măngtôn kho của cả nước còn đang rất lớn

 Cọc cát đầm chặt cho phép tăng sức chịu tải và rút ngắn thời gian cố kết củađất nền Thiết bị cọc cát hiện nay cho phép thi công cọc có đường kính 40-70cm và chiều dài 25m Đây là giải pháp công nghệ thích hợp, kinh tế và chophép xử lý sâu Việc đầm chặt cọc cát ở vị trí mũi cọc cho phép tăng hiệuquả gia cố Tuy nhiên, việc khai thác cát quá mức tại các con sông lớn ảnhhưởng nghiệm trọng đến vấn đề môi trường và sạc lở bờ sông đang diễn raphổ biến

Rất cần thiết thực hiện công tác khảo sát, đo đạc, thiết kế, kiểm tra chất lượng và thiết lập hệ thống quan tắc để phục vụ cho công tác xử lý nền đất yếu Có thể tham khảo dự thảo về Quy trình tôn nền trên đất yếu.

Hình thành mạnh lưới Địa Kỹ thuật, tập hợp các chuyên gia địa kỹ thuật của Việt Nam và quốc tế nhằm cùng phối hợp giải quyết các bài toán cơ học đất và địa

kỹ thuật phức tạp chất.

CHƯƠNG 2:CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA KHI THIẾT KẾ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

- Nền đắp trên đất yếu phải bảo đảm ổn định, không bị lún trồi và trượt sâutrong quá trình thi công đắp nền và trong quá trình khai thác sau này Nói khác đi làphải tránh gây ra sự phá hoại trong nền đất yếu trong và sau khi thi công làm hưhỏng nền đắp cũng như các công trình xung quanh, tức là phải bào đảm cho nềnđường luôn ổn định

Theo "Quy trình khảo sát thiết kế nền đường đắp trên đất yếu" Tiêu chuẩnthiết kế 22TCN 262-2000 thì khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổnđịnh do trượt sâu (mặt trượt tròn khoét sâu vào vùng đất yếu) thì phải bảo dảm hệ

số ổn định nhò nhất Kmin = 1,40 Trong trường hợp nghiệm toán độ ổn định do trượtsâu theo phương pháp phân mảnh cổ điển cùa nền đường xây dựng theo từng giaiđoạn thì yêu cầu Kmin = 1,20 hoặc Kmin =1.10 (khi dùng kết quả thí nghiêm cắtnhanh không thoát nước)

Các yêu cầu trên đây chù yếu căn cứ vào các số liệu của quy trình thiết kế nềnđắp trên đất yếu JTJ017-96 của Trung Quốc và đều thấp hơn hệ số ổn định Kmin =1,50 theo quy định cùa các nước phương Tây, vì vậy cần đặc biệt chú ý việc quantrắc chuyển vị ngang trong quá trình đắp nền đường để phán đoán sự ổn định củanền đường và khống chế tốc độ đắp đất Nếu thấy chuyển vị ngang tăng nhanh thìphải đình chi việc đắp đất hoặc dỡ bớt phần đất đã đắp để tránh hiện tượng lún trồihoặc trượt sâu có thể xảy ra Theo kinh nghiệm tốc độ di động ngang không đượclớn hơn 5mm/ngày

- Phải tính chính xác độ lún Độ lún tuy tiến triển chậm hơn nhưng cũng rất bấtlợi - Khi độ lún lớn mà không được xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì có thểlàm biến dạng nền đắp nhiều, không đáp ứng được yêu cầu sử dụng

Ngoài ra khi nền đường lún có thể phát sinh các lực đẩy lớn làm hư hỏng cáckết cẩu chôn trong đất ờ xung quanh (các mố cọc, cọc ván)

Yêu cầu phải tính được độ lún tổng cộng kê từ khi bắt đầu đắp nền đường đếnkhi lún kết thúc để xác định chiều cao phòng lún và chiều rộng phài đắp thêm ở haibên nền đường

Theo 22TCN 262-2000 thì độ lún tổng cộng chỉ tính với 2 thành phần là si(lún tức thời) và Sc (lún cố kết) (S∞ = Si + Sc)

Khi tính độ lún tổng cộng S thì tải trọng gây lún bao gồm tải trọng của nềnđắp, kể cả bệ phản áp (nếu có), không tính với tải trọng xe cộ

Phần độ lún cố kết còn lại cho phép tại tim nền đường sau khi hoàn thànhcông trình nền mặt đường trên nền đất yếu được cho phép như bảng 2.1 dưới đây:

Bảng 2.1 Độ lún cố kết còn lại cho phép tại tim nền đường (*)

Loại cấp đường

Vi trí đoạn nền đắp trên đất yếu

Gần mố cầu(**)

Trên cống hoậcđường chui dân sinh

(**)

Các đoạn nền đắpthống thường

Đường cao tốc và đường

Đường cấp 60 trở xuống

* Theo số liệu của quy trình JTJ017-96 cùa Trung Quốc

** Chiểu dài đoạn đường gần mố cầu bằng 3 lần chiều dài móng mố

cầu gần kề chiều dài đoạn nền đắp trên cổng hoặc trên đường chui dân sinh

bàng 3-5 lần bề rộng móng cống hoặc đường chui dần sinh

Ổn định của đất là từ để nói về tương quan giữa độ bền, khả năng chịu tải củađất đối với các lực và các đặc trưng gây phá hoại trong đất do tải trọng bản thân củađất và tải trọng ngoài gây ra Độ bền của đất trên một diện bất kỳ của một điểmphân bố bất kỳ trong đất được xác định bằng đại lượng sức chống cắt của đất theobiểu thức sau:

f = tg + c

Ở đây: ơ - ứng suất pháp (gây nén) do tải trọng bản thân của đất và tải trọng ngoàigây ra; và c - góc nội ma sát và lực dính của đất phụ thuộc vào thành phần,trạngthái và đặc biệt là độ chặt và độ ẩm của đất (w)

Như vậy độ bền của đất được tạo bởi lực ma sát (g ) và lực dính (C) củađất Đất có góc nội ma sát và lực dính càng lớn thì độ bền và khả năng chịu tải của

nó càng lớn và ngược lại Theo K Terzaghi sức chống cắt của đất dính bảo hòanước hoàn toàn trong quá trình cố kết được xác định bởi biếu thức

f = (-u)tg’ + c’

Trong đó: ơ - ứng suất nén toàn bộ; u - áp lực nước lỗ rỗng; ’ và c’ - góc nội

ma sát và lực dính của đất ứng với lúc đất kết thúc quá trình cố kết dưới áp