Trong thiết kế cảng và các công trình bến, loại nền móng thích hợp sẽ được chọn lựa căn cứ vào tầm quan trọng của công trình và điều kiện đất nềnNếu đất nền có lớp đất sét yếu, thì độ ổn định và độ lún của nền móng sẽ phải xem xét kỹ lưỡng. nếu đất nền gồm các lớp cát rời, thì ảnh hưởng của yếu tố hóa lỏng do động đất sẽ được đề cập đếnNếu sức chịu tải của đất nền không đủ so với tải trọng của kết cấu thì cần thiết phải tính đến giải pháp móng cọc và cải tạo đất nền cho công trình
Chơng Các phơng pháp cải tạo đất 7.1 Khái quát : Để ngăn ngừa đất yếu bị phá hoại ngời ta tiến hành cải tạo đất Phơng pháp cải tạo thích hợp đợc lựa chọn dựa theo đặc trng đất nền, loại quy mô công trình, tính thuận lợi thời gian thi công, yếu tố kinh tế, ảnh hởng đến môi trờng yếu tố khác 7.2 Phơng pháp thay đất: Thiết kế phơng pháp thay đất đợc thực sở xem xét ổn định trợt cung tròn, độ lún đất tính dễ thi công phơng pháp thay [Chú giải] Phơng pháp thay đất đợc phân loại thành phơng pháp đào bỏ thay phơng pháp thay cỡng Phơng pháp thay cỡng bao gồm cỡng tự trọng khối đắp, nổ mìn, phơng pháp cọc cát đầm chặt1) [Chỉ dẫn kĩ thuật] Phần trình bày phơng pháp đào bỏ thay thờng đợc dùng phổ biến cho công trình biển: (1) Phân tích ổn định: Phơng pháp tính toán ổn định hệ số an toàn cho phân tích cung tròn trình bày Chơng :ổn định mái dốc Để tính áp lực lên tờng cừ hay kết cấu neo bên khu vực bị thay cần phân tích mặt trợt phối hợp thêm vào tính toán áp lực đất truyền thống Khi toàn lớp đất yếu đ ợc thay nhng lớp chịu lực bên dới nằm nghiêng cần kiểm tra độ ổn định trợt phối hợp theo bề mặt lớp chịu lực (2) Kiểm tra độ lún: Khi lớp đất dính bên dới lớp đất cát thay (trong trờng hợp thay phần hay đào mái dốc), xẩy độ lún cố kết cần kiểm tra ảnh hởng công trình (3) Cát thay góc ma sát trong: Góc ma sát cát thay thờng khoảng 30 độ Tuy nhiên giá trị phụ thuộc vào cỡ hạt, thành phần hạt, trình tự thực trình tự thay đất, thời gian chờ đợi, gia tải vấn đề khác Cần ý đến điều kiện cát thay chúng xốp (4) Kiểm tra hóa lỏng : Có thể đánh giá hóa lỏng dựa phân bố thành phần hạt giá trị N cát thay Khi việc khó khăn đánh giá hóa lỏng thí nghiệm ba trục chu kỳ (xem phần II, Chơng 13: Sự hóa lỏng) Khi hóa lỏng yếu tố chủ đạo thiết kế, xem xét từ giai đoạn chọn vật liệu thay Nếu không đạt đợc cờng độ cần thiết theo giá trị N cát thay phải đầm chặt 5) Cát thay cần có phân bố thành phần hạt thích hợp với hàm l ợng bùn sét thấp Thờng thành phần hạt mịn giữ thấp 15% 6) Giá trị N cát thay chịu ảnh hởng cỡ hạt phân bố cỡ hạt, trình tự thực trình tự thay đất, thời gian chờ đợi, gia tải yếu tố khác Theo số trờng hợp thực tế, giá trị N cát thay thờng 10 đổ đồng thời với khối lợng lớn từ xà lan mở đáy có dung tích lớn, đợc đổ gầu ngoạm từ tầu chở cát chí nhỏ đổ tầu bơm hút Một số trờng hợp thực tế cho thấy giá trị N cát thay xốp tăng lên dùng gia tải thời gian chờ đợi (sau đổ cát thay thế, sau chứa đống, sau đặt cassion yếu tố khác) 7.3 Phơng pháp thoát nớc đứng 7.3.1 Nguyên tắc thiết kế Thiết kế phơng pháp thoát nớc đứng cần thực sở xem xét gia tăng cờng độ yêu cầu, độ lún cho phép công trình, diện tích chiều sâu cần đợc cải tạo yếu tố khác 7.3.2 Xác định chiều cao chiều rộng khối đắp : [1] Chiều cao chiều rộng khối đắp cần để cải tạo đất : - V.59 - Chiều cao chiều rộng khối đắp cần đợc xác định cách xem xét gia tăng cờng độ yêu cầu đất để đảm bảo ổn định cho công trình đợc xây dựng nh độ lún cho phép, ảnh hởng đến khu vực chung quanh yếu tố khác [Chú giải] Nên bố trí chiều rộng đỉnh khối đắp lớn chiều rộng cải tạo đất yêu cầu (xem hình C7.3.1) Chiều rộng trung bình Chiều rộng đắp (đất đắp) [2] Chiều cao chiều rộng khối đắp cần để ổn định khối đất đắp : Diện tích cải tạo Cần khẳng định ổn định thân khối đất đắp phân tích trợt cung tròn phơng pháp thích hợp khác để xác định kích thớc chiều cao (Đất thấm) chiều rộng khối đất đắp Hình C-7.3.1 Chiều rộng khối đắp phơng pháp thoát nớc đứng [Chỉ dẫn kĩ thuật]: Gia số cờng độ đất độ lún khối đắp xác định phơng trình (7.3.1) (7.3.2) sau đây: c = (c/p)(h-pc)U (7.3.1) S = mv ( h-pc)HU (7.3.2) Trong : h : chiều cao khối đắp (m) H : chiều dầy lớp đất sét (m) mv : hệ số nén ép thể tích (m2/kN) pc : áp lực tiền cố kết (kN/m2) S : độ lún (m) U : độ cố kết : hệ số phân bố ứng suất (tỉ số ứng suất thẳng đứng phân bố bên đất áp lực khối đắp).: c : gia số cờng độ cắt không thoát nớc (kN/m2) c/p : tỉ số tăng cờng độ Do gia tải thờng đặt theo nhiều giai đoạn phơng pháp thoát nớc đứng, độ cố kết U đa vào phơng trình (7.3.1) (7.3.2) khác theo giai đoạn chất tải Tuy nhiên gia tăng cờng độ thờng tính toán đợc cách giả thiết mức độ cố kết đồng khoảng 80% 7.3.3 Thiết kế cọc thoát nớc: Khi thiết kế cọc thoát nớc, trình cố kết cần đợc tính toán có xét đến khoảng cách cọc thoát nớc, đờng kính cọc thoát nớc điều kiện thoát nớc đỉnh đáy lớp sét nh đặc trng vật liệu thoát nớc lớp đệm cát chiều dầy lớp đệm cát [1] Cọc thoát nớc đệm cát : Cọc thoát nớc đệm cát cần có khả thoát nớc yêu cầu [Chỉ dẫn kĩ thuật]: (1) Độ cố kết đờng kính cọc thoát nớc Độ cố kết gần tỉ lệ thuận với đờng kính cọc thoát nớc tỉ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách cọc thoát nớc Nói chung khối lợng vật liệu cọc thoát nớc giảm cách dùng cọc cát đờng kính nhỏ với khoảng cách nhỏ dùng cọc lớn với khoảng cách lớn Tuy nhiên cọc cát đờng kính nhỏ làm việc hạt đất sét cọc bị gẫy hỏng biến dạng trình chất tải cố kết Theo kinh nghiệm thực tế thờng dùng phổ biến đờng kính 40 cm nói chung đờng kính thay đổi khoảng 30 50 cm.Phơng pháp cọc chế tạo sẵn cọc cát bọc vải địa kỹ thuật có đờng kính 12 cm th- - V.60 - ờng đợc dùng cho điều kiện đất mềm thi công đất liền Thờng bó gồm cọc cát đợc cắm đồng thời thiết bị đóng cọc cỡ nhỏ Trong công trình biển cọc gói sẵn đờng kính 40 cm lớn thờng đợc dùng phổ biến để cải tạo đất yếu (2) Cát dùng cho cọc cát: Cát dùng cho cọc cát cần có tính thấm cao nh kích thớc hạt thích hợp để không bị hạt sét bít chặt Phân bố cỡ hạt cát dùng công trình thực tế cho hình T7.3.1 Cát có thành phần mịn cao chút đợc sử dụng Cát mịn Cát thô Sỏi Phần trăm trọng lợng qua sàng (%) Bụi Kích thớc hạt (mm) Hình T-7.3.1 Các ví dụ cát dùng cho cọc cát (3) Vật liệu dùng cho bấc thấm nhựa: Thay cho cọc cát, ngời ta dùng bấc thấm chất dẻo Trong thiết kế bấc thấm , bấc thấm đợc tính đổi cọc cát có đờng kính cho chu vi với chu vi bấc thấm để áp dụng đợc phơng pháp thiết kế truyền thống Bằng cách lấy hệ số an toàn có giá trị cao phơng pháp truyền thống, thiết kế đợc tiến hành với giả thiết bấc thấm có chiều rộng 10 cm chiều dầy cm tơng đơng với cọc cát đờng kính cm Khi khả thoát nớc thấp cần xem xét khả trễ cố kết xảy đặc biệt đỉnh bấc thấm đứng: ví dụ nh đáy lớp cố kết (4) Đệm cát: Chiều dầy đệm cát thờng khoảng 1,0 đến 1,5 m công trình biển 0,5 đến 1,0 m cho công trình bờ Đệm cát có chiều dầy lớn gây khó khăn cho việc đóng bấc thấm, nhng chiều dầy nhỏ tính thấm không lọc đợc hạt sét Khi khả thoát nớc đệm cát thấp xảy trễ cố kết đầu thoát nớc bấc thấm Khi chậm trễ cố kết xẩy rõ chung quanh trung tâm vùng trải đệm cát Vì vật liệu đệm cát cần có tính thấm cao Đối với trờng hợp mà chậm trễ xảy đệm cát có tính thấm thấp vùng cải tạo đất rộng sử dụng toán xấp xỉ để đánh giá chậm trễ [2] Khoảng cách cọc thoát nớc Khoảng cách cọc thoát nớc cần đợc xác định để đạt đợc độ cố kết yêu cầu khoảng thời gian thi công cho [Chỉ dẫn kĩ thuật]: (1) Khái quát Phơng pháp thoát nớc đứng đợc áp dụng mức độ cố kết chiều phơng pháp chất tải trớc nhỏ với việc khống chế thời gian thi công Hình T-7.3.2 cho mối quan hệ thời gian cố kết yêu cầu t 80 (ngày), khoảng cách thoát nớc H (m) hệ số cố kết c v (cm2/min), đợc tính cho điều kiện cố kết 80% lớp sét theo phơng pháp chất tải trớc phơng pháp cố kết chân không thoát nớc đứng (2) Xác định khoảng cách cọc thoát nớc - V.61 - Khoảng cách cọc thoát nớc cần đợc xác định Hình T-7.3.3 phơng trình (7.3.3) Nếu khoảng cách cọc thoát nớc nhỏ xảy chậm trế cố kết ảnh hởng xáo trộn lớp sét trình đóng cọc thoát nớc nguyên nhân khác nữa2 10 năm năm năm năm năm năm tháng Lớp thấm Sét Lớp thấm Lớp thấm Sét Lớp không thấm Hình T-7.3.2 Số ngày cần thiết để lớp sét cố kết 80% D nDw (7.3.3) : D : khoảng cách cọc thoát nớc(cm) : hệ số ( = 0,886 bố trí ô vuông = 0,952 bố trí mạng tam giác) n De : tỉ số đờng kính De/Dw (n tra hình T-7.3.3) : đờng kính vùng thoát nớc có hiệu (cm) Dw : đờng kính cọc thoát nớc (cm) Th : thông số tơng tự hệ số thời gian (Th = cvh*t/ Dw2) cvh : hệ số cố kết ngang (cm2/phút) t thời gian cố kết (phút) : Chú ý : thời gian t dùng hình T-7.3.3 7.3.4 đợc thể theo đơn vị ngày Hình T-7.3.3 Biểu đồ tính n - V.62 - = (3) Tính độ cố kết Sau xác định khoảng cách cọc thoát nớc, giá trị xác độ cố kết U h đợc tính theo phơng trình (7.3.4) (7.3.5) Hình 7.3.4 Th = cvht/De2 (7.3.4) n = De/Dw (7.3.5) : Th : hệ số thời gian cố kết ngang cvh : hệ số cố kết ngang (cm2/phút) t : thời gian trễ tính từ bắt đầu cố kết (phút) De : đờng kính vùng cố kết có hiệu (cm) Dw : đờng kính cọc thoát nớc (cm) Hình T-7.3.4 Biểu đồ tính cố kết ngang hiệu (4) Đờng kính có Đờng kính có hiệu vùng thoát nớc De đờng kính vòng tròn tơng đơng có diện tích với đất đợc thoát nớc cọc cát Quan hệ D e khoảng cách cọc thoát nớc D nh sau : De = 1,128D bố trí ô vuông De = 1,050D bố trí mạng tam giác 7.4 Phơng pháp trộn sâu 7.4.1 Nguyên tắc thiết kế [1] Phạm vi áp dụng - V.63 - (1) Phơng pháp thiết kế đợc mô tả mục cần đợc áp dụng để cải tạo đất bên dới công trình trọng lực nh đê chắn sóng, tờng bến kè bờ (2) Phơng pháp thiết kế áp dụng cho công trình cải tạo đất dạng khối dạng tờng Bề mặt biển Bề mặt biển [Chú giải]: Đất yếu (1) Phơng pháp trộn sâu nêu mục phơng pháp mà đất chỗ đợc trộn họcĐất vớinền xi yếu Bề mặtmăng biển (2) biển Cải tạo đất quy mô lớn phơng pháp trộn công trình cảng bến cảng Bề sâu mặt biển Đáy chủ yếu đợc dùng cho đất đê chắn sóng, tờng bến kè kiểu caisson Đã có vài trờng hợp áp dụng cho dạng kết cấu khác Do phạm vi phần nh nêu Đáy biển Đất (3) Khi yếu áp dụng phơngĐất trộn cải tạo pháp sâu cho công trình cảng bến cảng, kết cấu cứng cảidtạo yếuđã đợc gia cố cácĐất ới đất đợc hình thành gối lên cộtĐất đất máy trộn Việc bố trí cải tạo đợc lựa chọn tùy theo kết cấu bên hay đặc trng đất Dạng Tờng khối dạng tờng trình bày Hình C-7.4.1 kiểu điểnTờng hình dài cải tạo đát công trình cảng bến cảng Trong mục thảo luận hai cách bốngắn trí Cảidạng tạo loại khối (b)bày Cải tạo tờng (4) Cải(a)tạo tờng bao gồm tờng dài ngắn nh trình trênloại Hình C-7.4.1(b) Quan niệm thiết kế tờng dài có chức truyền ngoại lực đến lớp đất cứng tờng ngắn có chức tăng độ đồng đất cải tạo Hình C-7.4.1 Các kiểu cải tạo đất điển hình theo phơng pháp trộn sâu [2] Khái niệm Thiết kế cải tạo đất phơng pháp trộn sâu cần đợc thực cách kiểm tra ổn định ngoài, ổn định chuyển vị khối đợc gia cố [Chú giải]: (1) Thuật ngữ Định nghĩa thuật ngữ nh sau: Đất đợc gia cố: đất đợc xử lý phơng pháp trộn sâu Khối đợc gia cố : loại kết cấu dới đất bao gồm đất đợc gia cố (trong cải tạo dạng Hệ thống đất đợc cải tạo : hệ thống bao gồm đất đợc cải tạo kết cấu bên mặt phẳng đứng qua mũi gót đất đợc cải tạo Sự ổn định ngoài: kiểm tra ổn định khối đợc gia cố kết cấu bên đợc xem nh khối cứng thống Sự ổn định trong: kiểm tra phá hoại bên trong khối đất đợc gia cố với điều kiện đảm bảo ổn định bên Loại cố định: thực cải tạo đất cho toàn lớp đất yếu để khối đợc gia cố nằm lớp chịu lực ngoại lực truyền trực tiếp lên Loại : việc cải tạo đất dừng chừng lớp đất yếu nên khối đất đ ợc gia cố không đạt đến lớp đất chịu lực mà nằm đỉnh đất yếu (2) Nói chung, đất đợc gia cố phơng pháp trộn sâu có mô đun đàn hồi cờng độ cao nhiều biến dạng nhỏ nhiều so với đất không đợc xử lý Do khối đất đợc gia cố đợc xem nh loại kết cấu dới đất Vì lý phân tích ổn định nên đợc thực - V.64 - nh ổn định toàn kết cấu (ổn định ngoài), cờng độ thân khối đất đợc gia cố (ổn định trong), chuyển vị ngang lật khối đợc gia cố nh khối cứng [Chỉ dẫn kĩ thuật]: Trong thiết kế trộn sâu tham khảo Sổ tay kỹ thuật Ph ơng pháp trộn sâu công trình biển Sổ tay kỹ thuật cho Ph ơng pháp trộn sâu thi công công trình đất liền 7.4.2 Giả thiết kích thớc khối đợc gia cố [1] Thiết kế trộn cho đất gia cố Tỷ lệ trộn đất xi măng cho đất gia cố cần đợc xác định thí nghiệm trộn phòng thí nghiệm trờng [2] ứng suất cho phép khối đợc gia cố ứng suất cho phép khối đợc gia cố cần đợc xác định thích hợp để kiểm tra ổn định [Chỉ dẫn kĩ thuật] : (1) ứng suất nén cho phép ca đợc biểu thị phơng trình (7.4.1) dựa cờng độ chịu nén không thoát nớc ca = 1/F*quf (7.4.1) : ca : ứng suất nén cho phép (kN/m2) F : hệ số an toàn vật liệu : hệ số diện tích tiết diện ngang có hiệu cột đất gia cố : hệ số hiệu chỉnh cờng độ bị phân tán quf : cờng độ chịu nén không thoát nớc trung bình đất đợc gia cố trờng (2) ứng suất hình thành khối đất đợc gia cố cần thấp ứng suất nén cho phép ca , ứng suất cắt cho phép a ứng suất kéo cho phép ta đợc cho theo phơng trình sau : a = ca/2 (7.4.2) ta = 0,15 ca 200kN/m2 (7.4.3) cờng độ đất giả thiết đồng (3) Trong thiết kế, khối đợc gia cố đợc giả thiết nh kết cấu cứng có cờng độ đồng Tuy nhiên thực địa hình thành khối không đồng tùy theo thao tác máy thi công phơng pháp tạo chồng lấn cột gia cố để hình thành khối gia cố Hệ số an toàn hệ số khác phơng trình (7.4.1) hệ số chiết giảm kể đến không đồng đất đợc cải tạo, đó,cờng độ đất giả thiết đồng (a) Hệ số an toàn vật liệu (F) Do ứng suất nén cho phép ca dựa ứng suất nén không thoát nớc,cần xác định giảtị an toàn phù hợp cách xét đến ảnh hởng dão chất tải chu kỳ, tầm quan trọng kết cấu, loại tải trọng, phơng pháp tính toán thiết kế độ tin cậy vật liệu Trong công trình trớc hệ số an toàn thờng lấy 3,0 điều kiện bình thờng 2,0 điều kiện động đất (b) Hệ số tiết diện ngang có hiệu cột đất gia cố () Khi đợc gia cố máy trộn sâu (DM) có nhiều lỡi trộn, tiết diện ngang khối gia cố bao gồm nhóm vòng tròn, nh hình T-7.4.1 Trong cải tạo dạng khối dạng tờng, cột gia cố chồng lên tạo khối gia cố nh hình T-7.4.2 Trong hai trờng hợp này, chiều dài phần có liên kết dọc theo đờng chồng lấn nhỏ so với các đờng khác Hệ số tiết diện ngang có hiệu cột đất gia cố đợc xác định để hiệu chỉnh phần đất không đợc xử lý - V.65 - Mặt nối Hình T-7.4.1 Chiều rộng có hiệu quy định máy trộn Chiều rộng phần chồng lên Hình T-7.4.2 Các mặt liên kết (c) Hệ số tin cậy chồng lấn () Phần chồng lấn đợc tạo nên liên kết cột gia cố tơi với cột có sẵn Do cần phải kể đến độ xác thực chiết giảm c ờng độ Hệ số tin cậy chồng lấn tỷ số cờng độ phần chồng lấn cờng độ đất đợc gia cố Nó phụ thuộc vào khoảng thời gian chồng lấn, khả trộn máy, phơng pháp cung cấp chất gia cố vấn đề khác Hệ số lấy gần khoảng 0,8 0,9 (d) Hệ số hiệu chỉnh cờng độ bị phân tán () Cờng độ đất gia cố thực địa cho thấy bị phân tán lớn xét theo cờng độ nén không thoát nớc Hệ số hiệu chỉnh cờng độ bị phân tán nhằm tính đến phân tán cờng độ (4) Cờng độ đất đợc gia cố phòng thí nghiệm trờng Cờng độ chịu nén không thoát nớc trung bình đất gia cố trờng quf có quan hệ với cờng độ chịu nén không thoát nớc trung bình đất gia cố phòng thí nghiệm q ul theo phơng trình (7.4.4): quf = qul (7.4.4) Hệ số hiệu chỉnh lấy =1 nhiều công trình biển nhng kiến nghị nên xác định thí nghiệm trờng (5) Giá trị hệ số dùng thiết kế cần đợc xác định cách xem xét trờng hợp không phụ thuộc vào trờng hợp khác có liên quan chặt chẽ với Theo công trình xây dựng tỷ số ứng suất nén cho phép trờng cờng độ phòng thờng lấy 1/6 1/10 xem hệ số có chứa 7.4.3 Tính toán ngoại lực Các ngoại lực tác dụng lên khối gia cố cần đợc xác định đắn, tơng ứng cho ổn định ngoài, ổn định chuyển vị khối gia cố [Chỉ dẫn kĩ thuật]: (1) Hình T-7.4.3 trình bày sơ đồ ngoại lực tác động lên khối gia cố 4) trờng hợp tờng bến kiểu trọng lực (2) Do khối gia cố kiểu tờng có chứa đất không xử lý nên ngoại lực cần đợc xác định riêng rẽ đất đợc gia cố không đợc gia cố tùy theo mục đích kiểm tra (3) Để phân tích ổn định ngoài, Pa Pp cần đợc xác định tơng ứng nh áp lực đất chủ động bị động nh trình bày Phần II, Chơng 14 áp lực đất áp lực nớc Để phân tích ổn định , Pa thể áp lực đất chủ động ,còn Pp cần đợc xác định cách thích hợp phạm vi áp lực đất bị động áp lực đất tĩnh xem xét ổn định (4) Thực nghiệm khẳng định lực dính tác động mặt đứng mặt chủ động bị động khối gia cố Trong trờng hợp đắp đất phía sau, ma sát âm độ lún cố kết đất không gia cố tác động theo chiều xuống bề mặt đứng mặt chủ động khôí gia cố Do lực dính mà trình bày cần đợc xét đến điều kiện bình thờng5) Mặt khác điều kiện động đất P av Ppv giả thiết tác động theo hớng thuận lợi để phân tích cho ổn định ngoài, tiến hành xem xét thiết kế thiên an toàn hai lực khối lợng dao động khối gia cố áp lực đất động đất tác động đồng thời xảy động đất - V.66 - Trong trờng hợp độ ổn định tờng điển hình Hình T-7.4.3 Các ngoại lực tác động khối gia cố Các ký hiệu dùng hình T-7.4.3 nh sau : Pa : áp lực đất tổng cộng chiều dài đơn vị tác động mặt đứng mặt phía chủ động (kN/m) W4 : trọng lợng chiều dài đơn vị khối đất gia cố (kN/m) HK4 : lực quán tính động đất tác động khối đất gia cố (kN/m) Pav : lực dính đứng tổng cộng chiều dài đơn vị, tác động mặt đứng mặt phía chủ động (kN/m) Pw : áp lực nớc d tổng cộng đơn vị chiều dài (kN/m) Pp : áp lực đất tổng cộng chiều dài đơn vị tác động mặt đứng mặt phía bị động (kN/m) Ppv : lực dính đứng tổng cộng chiều dài đơn vị, tác động mặt đứng mặt phía bị động (kN/m) Pdw : áp lực nớc động tổng cộng có động đất (kN/m) R : sức kháng cắt chiều dài đơn vị tác động đáy khối gia cố (kN/m) T : phản lực chiều dài đơn vị tác động đáy khối gia cố (kN/m) t1 , t : áp lực phản lực chiều dài đơn vị tơng ứng chân cạnh khối gia cố (kN/m) W1 : trọng lợng chiều dài đơn vị kết cấu bên (gia tải, đất bên trên, kết cấu bên loại khác) (kN/m) HK1 : lực quán tính động đất chiều dài đơn vị tác động kết cấu (kN/m) W2 : trọng lợng chiều dài đơn vị khối đá đổ (kN/m) HK2 : lực quán tính động đất chiều dài đơn vị , tác động khối đá đổ (kN/m) W3 : trọng lợng chiều dài đơn vị đất đắp phía sau (kN/m) HK3 : lực quán tính động đất chiều dài đơn vị, tác động đất đắp phía sau (kN/m) W4 : Trọng lợng chiều dài đơn vị khối đá đổ (kN/m HK4 : Lực quán tính chiều dài đơn vị động đất tác động lên khối gia cố (kN/m) - V.67 - Những ngoại lực sau xem xét trờng hợp cải tạo đất dạng tờng : W5 : trọng lợng có hiệu chiều dài đơn vị đất không gia cố nằm tờng dọc (kN/m) HK5 : lực quán tính động đất tác động đất không gia cố nằm tờng dọc (kN/m) Để đánh giá ngoại lực đất hóa lỏng xảy động đất cần xem xét đến áp lực n ớc động Việc tính toán áp lực nớc động trình bày Phần II, 14.4.2 áp lực nớc động động đất 7.5 Phơng pháp xử lý đất trọng lợng nhẹ 7.5.1 Những nét phơng pháp xử lý đất trọng lợng nhẹ Những mục phần cần đợc áp dụng để thiết kế phơng pháp xử lý đất trọng lợng nhẹ [Chú giải] Phơng pháp xử lý đất trọng lợng nhẹ tạo trọng lợng nhẹ cách nhân tạo đất ổn định cách trộn thêm vật liệu nhẹ phụ giá tạo cứng vào đất trạng thái vữa đất nạo vét đất đào từ công trình xây dựng, sau trộn làm vật liệu tôn tạo đắp phía sau Khi sử dụng bọt khí làm vật liệu nhẹ đợc gọi đất đợc xử lý bọt, sử dụng hạt EPS (polistyrol mở rộng) đợc gọi đất đợc xử lý hạt Phơng pháp xử lý đất trọng lợng nhẹ có đặc điểm sau : (1) Trọng lợng khoảng nửa cát bình thờng không khí khoảng phần năm nớc biển Trọng lợng nhẹ nh tránh giảm độ lún đất tôn tạo đắp phía sau (2) Do có trọng lợng nhẹ cờng độ cao nên làm giảm áp lực đất xảy động đất Điều giúp cho tạo đợc kết cấu đất tôn tạo chịu đợc động đất 3) Sử dụng đợc bùn nạo vét mà thờng đợc xử lý nh chất thải cảng bến cảng, đất thải công trình xây dựng đất liền Do việc sử dụng đất đợc xử lý có trọng lợng nhẹ làm giảm lợng vật liệu thải cần phải mang đổ bãi thải [Chỉ dẫn kĩ thuật] : Tham khảo Sổ tay kỹ thuật ph ơng pháp xử lý đất trọng lợng nhẹ Cảng, Bến cảng Sân bay chi tiết thiết kế dựa theo phơng pháp 7.5.2 Khái niệm thiết kế : Đất xử lý trọng lợng nhẹ, loại vật liệu gia cố địa kỹ thuật có trọng lợng nhẹ, phù hợp với phơng pháp thiết kế kết cấu đất trình bày Chơng Sức chịu tải Móng nông đến Chơng ổn định mái dốc [Chú giải]: Ngoài thí nghiệm trộn phơng pháp thiết kế đất xử lý trọng lợng nhẹ giống nh kết cấu đất khác6) [Chỉ dẫn kĩ thuật ] Các đặc trng đất xử lý trọng lợng nhẹ cần đợc đánh giá thí nghiệm phòng có kể đến điều kiện môi trờng thi công trờng Chúng đợc đánh giá nh sau: (1) Trọng lợng đơn vị Trọng lợng đơn vị t lấy phạm vi từ đến 15 kN/m cách điều chỉnh lợng vật liệu nhẹ nớc Khi đợc sử dụng cảng công trình cảng, công tác chế tạo khó khăn gặp nguy hiểm bị lên mức nớc biển dâng cao trọng lợng riêng nhỏ nớc biển Do trọng lợng riêng thiết kế thờng lấy giá trị sau đây: Dới mực nớc biển : t = 12 kN/m3 Trên khô : t = 10 kN/m3 Trong thiết kế pha trộn cần xét đến thực tế trọng l ợng đơn vị đất xử lý trọng lợng nhẹ phụ thuộc lớn vào điều kiện môi trờng đặc biệt cờng độ áp lực thủy tĩnh7),8) sau chế tạo(9) (2) Cờng độ chịu cắt Cờng độ tĩnh đất xử lý trọng lợng nhẹ chủ yếu cờng độ hóa cứng hình thành đông cứng xi măng Đất xử lý trọng lợng nhẹ thờng dùng phạm vi cờng độ 100 500 kN/m2 xét theo cờng độ chịu nén không thoát nớc qu Do có chứa bọt khí hay hạt EPS dự kiến không tăng cờng độ áp lực chung quanh tăng, nhng cờng độ d khoảng - V.68 - lớn 1,0 Hệ số ma sát đáy đất xử lý nên lấy 0,6 Tuy nhiên lớp bên dới đất xử lý đất dính cần sử dụng lực dính lớp đất đánh giá sức chống trợt đáy đất đợc xử lý áp lực đất tổng cộng phơng trình (7.7.1), mà đợc dùng để tính hệ số an toàn trợt trờng hợp đất không đợc xử lý không bị hóa lỏng, biểu thị trờng hợp đơn giản mức nớc d trùng với mức nớc ngầm Khi đất không đợc xử lý bên dới đất xử lý bị hóa lỏng, áp lực chất lỏng đất hóa lỏng tác động hớng lên vào đất đợc xử lý hình dạng đất xử lý nh hình T-7.7.1 Nó làm giảm trọng lợng có hiệu đất xử lý Do hình dạng đất xử lý nh T-7.7.1 có yếu điểm trợt so với nh thể hình T-7.7.2 Khi mực nớc d thấp mực nớc ngầm đất không xử lý bị hóa lỏng, lớp đất bên mực nớc d mực nớc ngầm cần đợc xem nh bị hóa lỏng truyền áp lực nớc lỗ rỗng bị vợt từ lớp bên dới Khi đất không đợc xử lý không bị hóa lỏng Bằng cách định nghĩa chiều dơng ngoại lực lực chống đỡ nh hình T7.7.1, hệ số an toàn chống trợt Fs tính theo phơng trình (7.7.1) 7.7.1 Trong : Pw1 : Pw2 : (1/2) wh12 (7/12) kwh12 Pw3 : H1 : H2 : (1/2) wh22 kW1 kW2 Ph : (1/2) Kaw h22cos (+)/cos P R1 : : - Ph tang (+) f1 W1 R2 R2 : : f2 (W2 - P) ( lớp bên dới đất gia cố đất cát) clbc ( lớp bên dới đất gia cố đất dính) w : trọng lợng riêng nớc biển (kN/m3) w Ka k h1 h2 : : : : : trọng lợng riêng ngập nớc đất không gia cố (kN/m3) hệ số áp lực đất chủ động đất không đợc xử lý xảy động đất hệ số động đất chiều cao mực nớc tính từ đáy biển phía trớc công trình (m) chiều cao mực nớc d tính từ đáy biển (m) (mực nớc d hình T-7.2.1 để đơn giản lấy mực nớc ngầm) : góc ma sát tờng đất đợc xử lý đất đợc không xử lý (cd) (độ) : f1 f2 c bc : : : : góc phía sau đất đợc xử lý (cd) so với phơng đứng (độ) (dơng theo chiều ngợc kim đồng hồ; hình T-7.7.1 âm) hệ số ma sát đáy công trình hệ số ma sát đáy đất đợc xử lý (=0,6) lực dính lớp đất dính bên dới đất đợc gia cố (kN/m2) chiều dài đáy đất xử lý (bc) (m) Kết cấu Đất xử lý ý - V.73 - Đất không xử lý (hóa lỏng) ý H1 : lực động đất tác dụng lên công trình (abef) (kN/m) H2 : lực động đất tác dụng lên đất xử lý (bcde) (kN/m) Pw1 : áp lực nớc tĩnh tác dụng lên mặt trớc công trình (af) (kN/m) Pw2 : áp lực nớc động tác dụng lên mặt trớc công trình (af) (kN/m) Pw3 : áp lực nớc tĩnh tác dụng lên mặt sau đất đợc xử lý (cd) (kN/m) Ph : thành phần ngang tổng hợp áp lực đất chủ động xảy động đất đất không đợc xử lý tác động mặt sau đất đợc xử lý (cd) (kN/m) Pv : thành phần thẳng đứng tổng hợp áp lực đất chủ động xảy động đất đất không đợc xử lý tác động mặt sau đất đợc xử lý (cd) (kN/m) W1,W2 : trọng lợng công trình (abef) đất đợc xử lý (bcde) (không kể đến lực đẩy áp lực nớc tĩnh) (kN/m) W1,W2: trọng lợng có hiệu công trình (abef) đất đợc xử lý (bcde) ( kể đến lực đẩy ) (kN/m) R1 : sức kháng ma sát đáy công trình (ab) (kN/m) R2 : sức kháng ma sát đáy đất đợc xử lý (ab) (kN/m) Hình T-7.7.1 Ngoại lực tác động đất không đợc xử lý không bị hóa lỏng ( Giảm áp lực đất) Khi đất không đợc xử lý bị hóa lỏng Bằng cách định nghĩa chiều dơng ngoại lực lực chống đỡ nh hình T-7.7.2, hệ số an toàn chống trợt Fs tính theo phơng trình 7.7.2 7.7.2 Trong : Pw1 : (1/2) wh12 Pw2 : (7/12) kwh12 H1 : kW1 H2 : kW2 Ph : (1/2) w h22 + (7/12)kw h22 P : Ph tang R1 : f1 W1 R2 : f2 {W2 + [ P - (1/2) w h22 tang ]} ( lớp bên dới đất gia cố đất cát) R2 : clbc : góc phía sau đất đợc xử lý (cd) so với phơng đứng (độ) (dơng theo chiều ngợc kim đồng hồ; hình T-7.7.1 dơng) ( lớp bên dới đất gia cố đất dính) Các ký hiệu khác tơng tự nh mục Kết cấu Đất xử lý ý Đất không xử lý (hóa lỏng) ý áp lực tĩnh (Đất + Nớc H1 : H2 : Pw1 : lực động đất tác dụng lên công trình (abef) (kN/m) lực động đất tác dụng lên đất xử lý (bcde) (kN/m) áp lực nớc tĩnh tác dụng lên mặt trớc công trình (af) (kN/m) - V.74 - áp lực động ( Đất + Nớc) Pw2 : Ph : Pv W1,W2 : : W1,W2 : R1 R2 : : áp lực nớc động tác dụng lên mặt trớc công trình (af) (kN/m) thành phần ngang tổng hợp áp lực đất tĩnh động đất hóa lỏng tác động mặt sau đất đợc xử lý (cd) (kN/m) thành phần thẳng đứng tổng hợp áp lực đất tĩnh động đất hóa lỏng tác động mặt sau đất đợc xử lý (cd) (kN/m) trọng lợng công trình (abef) đất đợc xử lý (bcde) (không kể đến lực đẩy nổi) (kN/m) trọng lợng có hiệu công trình (abef) đất đợc xử lý (bcde) ( kể đến lực đẩy áp lực nớc tĩnh ) (kN/m) sức kháng ma sát đáy công trình (ab) (kN/m) sức kháng ma sát đáy đất đợc xử lý (ab) (kN/m) Hình T-7.7.2 Ngoại lực tác động đất không đợc xử lý bị hóa lỏng ( Ngăn ngừa hóa lỏng) (b) Kiểm tra ổn định trợt tròn ổn định trợt tròn cần đợc kiểm tra theo mục 6.2.1 Phân tích ổn định theo phơng pháp mặt trợt tròn 7.8 áp lực đất chủ động vật liệu địa kỹ thuật cứng hóa 7.8.1 Phạm vi áp dụng [Chỉ dẫn kĩ thuật] Chơng trình bày nguyên tắc thiết kế để tính áp lực đất chủ động dùng vật liệu địa kỹ thuật bị cứng hóa chất gia cố nh xi măng làm vật liệu đắp phía sau Vật liệu địa kỹ thuật bị cứng hóa đợc xem xét chơng bao gồm loại cứng tự nhiên loại cứng nhân tạo cách cho thêm xi măng chất gia cố khác Các vật liệu đ ợc phát triển đợc liệt kê dới Chắc chắn tơng lai vật liệu gia tăng Đất trộn trớc (đất đợc xử lý cách trộn trớc) Đất xử lý trọng lợng nhẹ Đất trộn xi măng khác với hai loại Tro than cứng hóa Tro than nửa cứng hóa Xỉ lò cao dạng hạt dùng trạng thái cứng hóa 7.8.2 áp lực đất chủ động [1] Khái quát [Chỉ dẫn kĩ thuật] (1) Khi sử dụng vật liệu địa kỹ thuật cứng hóa, đặc trng vật liệu đặc tính dịch chuyển động đất cần phải đợc xét đến cách thích hợp tính toán áp lực đất chủ động công trình (2) Khi tính toán áp lực đất chủ động xảy động đất nói chung thờng sử dụng phơng pháp hệ số động đất Tuy nhiên cần phải kiểm tra chi tiết áp lực đất xảy động đất cần phải thực phân tích phản ứng phân tích khác Các phơng pháp tính áp lực đất sử dụng phơng pháp hệ số động đất xem xét đặc trng vật liệu nh trình bày phần sau (3) Nói chung vật liệu địa kỹ thuật cứng hóa mà có lực dính đủ lớn không cần thiết xem xét đến hóa lỏng khu vực xử lý Nếu cờng độ chịu nén không thoát nớc qu lớn khoảng 50 100 kN/m2, bỏ qua hình thành áp lực nớc lỗ rỗng bị vợt đất xử lý xảy động đất điều phụ thuộc vào cờng độ lực động đất [2] Các tham số cờng độ [Chỉ dẫn kĩ thuật] Phơng pháp xác định tham số cờng độ vật liệu địa kỹ thuật phụ thuộc vào vật liệu sử dụng Lực dính góc ma sát đợc đánh giá theo đặc trng vật liệu sử dụng Nói chung đất trộn sâu ( đất đợc xử lý phơng pháp trộn sâu), đất xử lý trọng lợng nhẹ, tro than cứng hóa đợc giả thiết vật liệu dính Đất trộn trớc loại vật liệu có lực dính ma sát Xỉ lò cao dạng hạt thờng đợc coi nh vật liệu hạt có góc ma sát nhng đợc coi nh vật liệu dính sử dụng trình cứng hóa hình thành - V.75 - [3] Tính toán áp lực đất chủ động [Chỉ dẫn kĩ thuật] (1) Nói chung áp lực đất đợc tính toán dựa theo điều khoản Chơng II, Chơng 14 áp lực đất áp lực nớc Nguyên tắc tính toán áp lực đất xem nh nguyên tắc Mononobe-Okabe Trong phơng pháp áp lực đất đợc tính theo cân lực theo giả thiết áp lực đất Coulomb giả thiết đất phá hoại tạo thành nêm đất (2) Nhiều yếu tố cha biết áp lực đất xảy động đất Điều đặc biệt rõ với áp lực đất xảy động đất đất bị ngập nớc Mặc dù nguyên tắc áp lực đất Phần II, Chơng 14 áp lực đất áp lực nớc đợc chấp nhận với kết đạt yêu cầu nhiều công trình (3) Phơng trình (7.8.1), mở rộng phơng trình áp lực đất Phần II, Chơng 14 áp lực đất áp lực nớc áp dụng cho vật liệu có lực dính c góc ma sát (xem hình T-7.8.1) (7.8.1) : pai ci : : áp lực đất chủ động tác động tờng lớp thứ i (kN/m2) lực dính lớp đất thứ i (kN/m2) i : góc ma sát lớp đát thứ i (độ) i hi : : trợng lợng đơn vị lớp đát thứ i (kN/m3) chiều dày lớp đát thứ i (m) : góc tờng so với phơng đứng (độ) : góc mặt đất so với phơng ngang (độ) : góc ma sát tờng (độ) i w : : góc mặt phá hoại lớp thứ i so với phơng ngang (độ) chất tải đơn vị diện tích mặt đất (kN/m2) k k : : : góc động đất tổng cộng (độ); = tang-1k = tang-1k hệ số động đất hệ số động đất biểu kiến - V.76 - Hình T-7.8.1 áp lực đất (4) Phơng trình (7.8.1) dợc mở rộng từ phơng trình Okabe12) Sự mở rộng thiếu chặt chẽ nh Okabe giải cân lực Tuy nhiên mà đất vật liệu hạt lực dính vật liệu dính ma sát phù hợp với ph ơng trình Phần II, Chơng 14 áp lực đất áp lực nớc (5) áp lực đất góc mặt phá hoại cần đợc tính toán riêng rẽ cho lớp đất có đặc trng đất khác nhau, phân bố áp lực đất đờng phá hoại lớp đợc xem nh tuyến tính Thực tế lớp đất phân bố áp lực đất đờng phá hoại trở thành đờng cong tính cho phân lớp đợc chia nhỏ Điều mâu thuẫn với giả thiết ban đầu phơng trình Okabe dựa đờng trợt tuyến tính giả thiết sở áp lực đất Coulomb (6) Khi dùng phơng trình trên, diện vết nứt đợc xem xét phù hợp với đặc trng vật liệu địa kỹ thuật sử dụng [4] Trờng hợp khu vực cải tạo đất bị hạn chế [Chỉ dẫn kĩ thuật] (1) Khi khu vực đợc xử lý vật liệu địa kỹ thuật cứng hóa áp dụng phơng trình Mononobe-Okabe cách đơn giản, áp lực đất đợc tính toán phơng pháp thích hợp cho phép đánh giá đợc ảnh hởng diện tích đợc xử lý Khi diện tích đợc xử lý bị hạn chế, tính áp lực đất theo phơng pháp cắt miếng Phơng pháp tính áp lực đất giả thiết mặt trợt phía sau công trình Khối đất nằm mặt trợt mặt tờng đợc chia thành phân đoạn mặt đứng áp lực đất đợc tính toán từ cân lực tự trọng, đẩy nổi, lực cắt dọc theo mặt trợt lực động đất phân đoạn chia tơng ứng Mặc dù mặt trợt thực tế đất không phù hợp với cách phân tích nh nhng phơng pháp dùng phơng pháp phù hợp (2) Các đặc điểm tính toán áp lực đất dùng phơng pháp cắt miếng nêu nh sau: (a)Trong đất nhiều lớp bán vô hạn, áp lực lực đất áp lực nớc.đất đợc tính theo phơng pháp hầu nh phù hợp với nh tính theo Phần II, Chơng 14 áp lực đất áp lực nớc (b)Trong đất nhiều lớp giới hạn, áp lực đất tính toán đợc phù hợp với cách phân tích Mononobe-Okabe áp lực đất (c) Khi đất bao gồm lớp đất rời, góc ma sát tờng lấy 15 độ Khi đất bao gồm lớp đất dính góc không (d) Điểm đặt tổng hợp áp lực đất nhận đợc Vì để có điểm đặt lực sử dụng phơng pháp sau đây: Tổng hợp áp lực đất nhận đợc hai điểm dọc tờng, khoảng cách chúng phải đủ nhỏ - V.77 - Cờng độ áp lực đất hai điểm tính đợc cách chia hiệu số tổng hợp áp lực đất cho khoảng cách hai điểm Các bớc đợc lặp lại cho toàn chiều cao tờng Nhờ có đợc phân bố áp lực đất Điểm đặt lực tính đợc dùng phân bố áp lực đất (e) Kiểu phá hoại tính toán phân bố áp lực đất theo ph ơng đứng mâu thuẫn với kiểu phá hoại để tính toán tổng hợp áp lực đất nói chung Trong trờng hợp cần lu ý xác định phân bố áp lực đất dùng thiết kế (f) Với phơng pháp cắt miếng kiểm tra ba kiểu phá hoại (xem hình T-7.8.2) Kiểu 1: hình thành mặt trợt đồng toàn khối đắp phía sau (kiểu sức kháng cắt) Kiểu 2: phát triển vết nứt kéo xuống đáy lớp đất cứng hóa( kiểu phá hoại nứt) Kiểu 3: mặt trợt hình thành dọc theo đờng biên phạm vi cứng hóa(kiểu sức kháng ma sát) Chú ý : Trong kiểu 1, trờng hợp mà mặt trợt không qua khối cứng hóa đợc xếp hạng kiểu (g)Tính toán phân bố áp lực đất cách giả thiết hiệu số tổng hợp áp lực đất chiều sâu cạnh áp lực đất cho chiều sâu tơng ứng Kiểu Kiểu Kiểu Kiểu HìnhT-7.8.2 Ba kiểu trợt theo phơng pháp Slince 7.9 Phơng pháp cọc cát đầm chặt 7.9.1 Nguyên tắc thiết kế Thiết kế phơng pháp cọc cát đầm chặt để làm chặt đất cát cần đợc tiến hành đắn sau kiểm tra đặc điểm đặc trng đất phơng pháp thi công, nh tính đến số liệu thi công qua kết thí nghiệm [Chỉ dẫn kĩ thuật] (1) Mục đích cải tạo Mục đích cải tạo đất cát xốp phân loại thành : a/ cải thiện c ờng độ hóa lỏng, giảm độ lún c/ cải thiện ổn định mái dốc hay đặc trng chịu tải b/ (2) Đầm chặt lớp sâu Dao động hay va đập bề mặt đất thờng hiệu làm chặt lớp cát sâu Phơng pháp cải tạo thờng chấp nhận đóng cọc sỏi hay cát hay đóng rung vào lớp cát rời sâu 7.9.2 Khối lợng cát cần cung cấp Thiết kế khối lợng cát cần cung cấp cần đợc thực đắn, kiểm tra đặc điểm đất nền, mật độ tơng đối cần thiết trị số N [Chỉ dẫn kĩ thuật] 1/ Khối lợng cát cần cung cấp tính theo phơng trình (7.9.1) (7.9.1) : e : e0 : v : tỷ số rỗng thiết kế đất đợc cải tạo (giữa cọc cát) tỷ số rỗng đất nguyên thủy khối lợng cát cung cấp cần thiết cho đơn vị thể tích đất nguyên thủy (m 3/ m3) (2) Giá trị N sau cải tạo chịu ảnh hởng lớn giá trị N đất nguyên thủy khối lợng cát cung cấp nh phân bố thành phần cỡ hạt áp lực đất bên Đặc biệt hiệu - V.78 - cải tạo giảm đất có hàm lợng cao hạt mịn nhỏ 75 àm (Fc) Do tỷ số giảm hàm lợng hạt mịn cần phù hợp thiết kế dựa theo Hình T-7.9.1 (3)Thiết kế đầm chặt đất cát xốp phơng pháp rung tiến hành sở nhiều số liệu thực tế tập hợp đợc Thiết kế phơng pháp đầm chặt khác tiến hành sở số liệu tơng tự có đợc (4)Để cải tạo đất cát rời có hàm lợng hạt mịn 20% hay nhỏ , tỷ lệ cung cấp cát F v (= v) tính đợc sở sô liệu kinh thủy (N 0) đất cải tạo trung tâm cọc cát (Np) cho Hình T-7.9.2 với thông số tỷ lệ cung cấp cát F v Tơng tự giá trị N đất cải tạo vị trí trung gian cọc cát cho Hình T-7.9.3 Các đồ thị nhận đợc từ trờng hợp thực tế thu thập đợc công trình đất liền - V.79 - Xác định giá trị N đất nguyên thủy, N từ khảo sát trờng giá trị N thiết kế sau cải tạo N1 từ điều kiện công trình bên Bớc Kiểm tra emax emin theo hàm lợng hạt mịn Fc (%) phơng trình sau : emax = 0,02 Fc + 1,0 emin = 0,008 Fc + 0,6 Bớc Tính mật độ tơng đối Dr0 e0 phơng trình sau thay giá trị N đất nguyên thủy N0, áp lực không thoát nớc v (kN/m2) Bớc Tính tỷ số giảm cho gia số giá trị N theo hàm lợng hạt mịn = 1,0 0,5 log Fc (đối với Fc > 1,0) Bớc Tính trị số hiệu chỉnh N, N từ giá trị N tính đợc, N1 hàm lợng hạt mịn, xét đến tỷ số giảm N1 = N0 + (N1- N0)/ Bớc Tính e1 cho N1 cách thay N1 vào phơng trình Bớc thay cho N0 Bớc Tính tỷ số tăng mật độ as cách thay e0 e1 vào Bớc Xác định khoảng cách cọc cát x từ tiết diện cọc cát A s diện tích 7.9.1 Trình kế phơng cọc cát chặt N Giá trị trọng tâm cócau cải tạo Np Hình Ttự thiết pháp đầm hay - V.80 - N0 : N - Giá trị gốc Np : N - Giá trị trọng tâm cọc sau cải tạo Fv : Tỷ lệ cát cung cấp N Giá trị vị trí cọc cát sau cải tạo N - Giá trị gốc N0 Hình T-7.9.2 Quan hệ giá trị N đất nguyên thủy (N 0) giá trị N tâm cọc cát sau cải tạo (Np)(hàm lợng hạt mịn20%) N0 : N - Giá trị gốc N1 : N - Giá trị vị trí trung gian cọc cát sau cải tạo Fẩ : Tỷ lệ cát cung cấp N - Giá trị gốc N0 Hình T-7.9.3 Quan hệ giá trị N đất nguyên thủy (N0) giá trị N vị trí trung gian sau cải tạo (N1)(hàm lợng hạt mịn20%) 7.9.3 Thiết kế dựa theo thực nghiệm Khi số liệu kinh nghiệm tin cậy đất có hàm lợng bùn cao cần tiến hành thực nghiệm trớc thiết kế cải tạo đất cát Thực thử nghiệm cần đợc lập kế hoạch chặt chẽ để kiểm tra mức độ làm chặt yêu cầu tính theo tỷ số độ rỗng, sức chịu thực tế vấn đề khác 7.10 Phơng pháp cọc cát đầm chặt (cho đất dính) 7.10.1 Nguyên tắc thiết kế [1] Phạm vi áp dụng Phơng pháp thiết kế trình bày phần đợc áp dụng để cải tạo đất dính bên dới công trình kiểu trọng lực nh đê chắn sóng, tờng bến kè [2] Giả thiết thiết kế Đất đợc cải tạo phơng pháp cọc cát đầm chặt loại đất hỗn hợp đợc tạo đóng cọc cát vào đất dính mềm Do thiết kế cần đợc tiến hành phù hợp sở xem xét chất hỗn hợp đất ảnh hởng việc thi công đất - V.81 - 7.10.2 Cờng độ tính thấm cọc cát Cọc cát cần có cờng độ tính thấm phù hợp [Chú giải] Vật liệu cho cọc cát cần có tính thấm cao, hàm lợng hạt mịn thấp (nhỏ 75 àm), phân bố cỡ hạt có cấp phối tốt, dễ đầm chặt đủ cờng độ nh dễ xả khỏi ống vách Khi cọc cát với tỷ số diện tích thay thấp đợc dự kiến làm chức cọc thoát nớc để tăng nhanh cố kết cuả lớp đất sét tính thấm vật liệu cọc cát ngăn ngừa tắc nghẽn quan trọng Yêu cầu tính thấm quan trọng trờng hợp cải tạo với tỷ số diện tích thay cao, gần với việc thay đào bỏ Do vật liệu cho cọc cát cần đ ợc lựa chọn xem xét tỷ số diện tích thay mục đích cải tạo [Chỉ dẫn kĩ thuật] Có quy định kỹ thuật riêng vật liệu cần dùng cho cọc cát Bất kỳ vật liệu cát đ ợc cung cấp gần trờng sử dụng theo quan điểm kinh tế miễn thỏa mãn yêu cầu [ Chú giải] Hình T-7.10.1 thể số ví dụ cát đợc sử dụng trớc Hiện cát có hàm lợng hạt mịn cao chút thờng đợc sử dụng Phần trăm trọng lợng qua sàng (%) Bụi Cát mịn Cát thô Sỏi nhỏ Sỏi trung bình Sỏi thô Kích thớc (mm) Hình T-7.10.1 Các ví dụ phân bố cỡ hạt cát dùng cho cọc cát đầm chặt 7,10,3 Cờng độ chịu cắt đất cải tạo Cờng độ chịu cắt đất cải tạo cần đợc xác định phù hợp xem xét phơng pháp phân tích ổn định tỷ số diện tích thay [Chỉ dẫn kĩ thuật] (1) Công thức tính cờng độ chịu cắt đất đợc cải tạo Nhiều công thức đợc đề nghị để tính cờng độ chịu cắt đất đợc cải tạo gồm cọc cát đất dính mềm Phơng trình (7.10.1) đợc dùng phổ biến thực tế, không xét đến tỷ số diện tích thay (xem hình T-7.10.2) = (1-as)(c0+kz+zàcc/pU) + (sz+àsz) as tangscos2 (7.10.1) đó: as: c0 : c0+kz : k : tỷ số diẹn tích thay cọc cát (diện tích tiết diện ngang cọc cát chia cho diện tích tiết diện ngang có hiệu đợc cải tạo cọc cát đó) cờng độ chịu cắt không thoát nớc z=0 (kN/m2) cờng độ chịu cắt không thoát nớc đất sét đất tự nhiên (kN/m2) tỷ số tăng cờng độ theo chiều sâu (kN/m3) n U z : : : tỷ số phân chia ứng suất (n= s/c ) độ cố kết trung bình tọa độ đứng (m) : cờng độ chịu cắt trung bình đất huy động đợc mặt trợt (kN/m2) às : àc hệ số tập trung ứng suất cọc cát (às=s/z = : n/[1+(n-1) as]) hệ số giảm ứng suất phần đất sét (àc=c/z = 1/[1+(n-1) as]) - V.82 - s : trọng lợng đơn vị cọc cát ( hay trọng lợng đơn vị có hiệu bên dới mực nớc ngầm) (kN/m3) c : trọng lợng đơn vị đất dính (hay trọng lợng đơn vị có hiệu bên dới mực nớc ngầm) (kN/m3) s : góc ma sát cát cọc (độ) : góc đờng trợt so với phơng ngang (độ) z : gia số ứng suất đứng trung bình ngoại lực mặt trợt (kN/m2) s : gia số ứng suất đứng ngoại lực cọc cát mặt trợt (kN/m2) c : gia số ứng suất đứng ngoại lực phần đất sét cọc cát mặt trợt (kN/m2) c/p : tỷ số tăng cờng độ đất dính đất nguyên thủy Đờng trợt Sét Cọc cát Hình T-7.10.2 Cờng độ chịu cắt đất hỗn hợp 2/ Các thông số thiết kế Các thông số thiết kế dùng phơng trình (7.10.1) thay đổi đến mức độ định trờng hợp thực tế qua Các thông số thiết kế cần đợc chọn cách kiểm tra cờng độ đất nguyên thủy, hệ số an toàn sử dụng, phơng pháp tính toán (xem 7.10.4 Phân tích ổn định) tốc độ thi công Sau trị số tiêu chuẩn tỷ số phân chia ứng suất góc ma sát trong, nhận đợc từ nghiên cứu thực tế thiết kế số liệu thi công trớc phơng trình (7.10.1) as 0,4 : n=3 , s=300 0,4 as 0,7 : n=2 , s=300 as 0,7 : n=1 , s=350 Khi giá trị as lớn 0,7 , số hạng phần bên phải phơng trình (7.10.1) thờng đợc bỏ qua, diện tích đợc cải tạo thờng đợc giả thiết đất cát đồng có s=300 7.10.4 Phân tích ổn định Phân tích ổn định cần đợc thực theo phân tích mặt trợt tròn phù hợp xem xét số liệu thực nghiệm trớc [Chú giải] Phơng pháp Fellenius cải biên thờng đợc dùng để phân tích mặt trợt tròn để đánh giá ổn định đất cải tạo phơng pháp cọc cát đầm chặt Trong phơng pháp đất công trình bên đợc chia thành số phân đoạn ứng suất pháp mặt trợt đợc tính toán không kết hợp với lực tác động mặt đứng phân đoạn Điều có nghĩa ngoại lực tác động phân đoạn đợc giả thiết gây ứng suất pháp mặt trợt phân đoạn Sau phần này, phơng pháp tính toán đợc gọi phơng pháp phân mảnh Trong đất thực tế, nói cách khác, ứng suất ngoại lực đ ợc phân bố phạm vi định Để tính đến ảnh hởng phân bố ứng suất phân tích mặt trợt tròn, gia số ứng suất đứng z điểm tùy ý mặt trợt mà nhận đợc theo phơng trình Boussinesq đợc dùng phơng pháp Fellenius cải biên Sau phơng pháp đợc gọi phơng pháp phân bố ứng suất Để phân tích ổn định đất đ ợc cải tạo phơng pháp cọc cát đầm chặt dùng phơng pháp phân mảnh hay phơng pháp phân bố ứng suất [Chỉ dẫn kỹ thuật.] - V.83 - Trong công trình thực tế mà áp dụng phơng trình (7.10.1) chấp nhận hệ số an toàn 1,2 đến 1,4 gồm trờng hợp kiểm tra ổn định thi công Giá trị hệ số an toàn tính toán phụ thuộc nhiều vào thông số cờng độ chịu cắt phơng trình đợc chọn Do cần xác định cách phù hợp tổ hợp ph ơng trình tính toán thông số thiết kế cách kiểm tra tài liệu thiết kế số liệu thi công tr ớc đó.ảnh hởng công thức cờng độ chịu cắt, thông số thiết kế phơng pháp tính toán đến hệ số an toàn đợc trình bày tham khảo 130, bao gồm việc đánh giá hệ số an toàn sở phân tích ngợc trờng hợp công trình biển thực tế 7.10.5 Kiểm tra cố kết Cố kết đất cải tạo cần đợc kiểm tra phù hợp cách xem xét đặc trng đất hỗn hợp [Chú giải] Cố kết đất cải tạo phơng pháp cọc cát đầm chặt đợc tính toán theo cách tơng tự nh phơng pháp cọc cát thoát nớc ngoại trừ hai điểm sau Trong thiết kế phơng pháp cọc cát thoát nớc đờng kính khoảng cách cọc cát ( thể theo tỷ số diện tích thay trờng hợp cọc cát đầm chặt) xác định đợc theo độ dài thời gian thi công, bỏ qua ảnh hởng cọc cát đến ổn định đất Trong thiết kế phơng pháp cọc cát đầm chặt thờng đánh giá độ cố kết đất cải tạo sau tỷ số diện tích thay đợc xác định phân tích ổn định, tỷ số diện tích thay ảnh hởng lớn đến ổn định cố kết thờng kết thúc thời gian ngắn Một điểm khác độ lún đất giảm mức độ cố kết thay đổi so với phơng pháp cọc cát thoát nớc có tập trung ứng suất đến cọc cát phơng pháp cọc cát đầm chặt [Chỉ dẫn kỹ thuật.] (1) Tính toán cố kết Độ lún sau đất cải tạo S f độ lún sau đất nguyên thủy S 0f tính theo phơng trình sau : Sf = zH = S0f (7.10.2) S0f = mv pH (7.10.3) Trong : H : chiều dày lớp cố kết (m) mv : hệ số nén thể tích đất nguyên thủy (m2/kN) : tỷ số độ lún đất cải tạo so với đất nguyên thủy : = Sf/ S0f z : biến dạng đứng p : áp lực cố kết trung bình (kN/m2) Cố kết đất cải tạo dợc tính toán theo trình tự sau : (a) Tính quan hệ độ cố kết thời gian tơng ứng theo phơng pháp nh nêu 7.3 Phơng pháp thoát nớc đứng đờng kính, khoảng cách bố trí cọc cát theo tỷ số diện tích thay xác định đợc phân tích ổn định (b) Tính độ lún sau đất cải tạo cách nhân độ lún sau tính đ ợc đất nguyên thủy với tỷ số độ lún (c) Tính quan hệ thời gian độ lún Gia số cờng độ chịu cắt đất sét cọc cát cố kết, c, nhận đợc theo phơng trình sau đây, nh thể số hạng vế phải phơng trình (7.10.1) c = zàc(c/p)U (7.10.4) Trong tính toán hiệu chỉnh hệ số cố kết c v nhận đợc từ thí nghiệm cố kết nh lựa chọn phù hợp tỷ số độ lún hệ số giảm ứng suất àc thực đợc cách xem xét số liệu có sẵn nh trình bày sau (2) So sánh độ lún tính đợc số liệu trờng Độ lún sau đất cải tạo đợc tính cách nhân độ lún cuối dự báo đất nguyên thủy với tỷ số độ lún nh nêu phơng trình (7.10.2) Tỷ số độ lún nói chung đợc thể dạng tơng tự nh hệ số giảm ứng suất àc Hình T-7.10.3 thể so sánh tỷ số độ lún tính toán số liệu đo đợc trờng giá trị qua đo đạc trờng hình vẽ nhận đợc nh tỷ số độ lún sau đất cải tạo, chúng đợc tính cách lấy xấp xỉ quan hệ thời gian-độ lún với đờng cong hypecbol, giá trị tính toán độ lún sau đất nguyên thủy - V.84 - Hình vẽ tỷ số độ lún = 1-as đợc dùng theo kinh nghiệm trờng hợp tỷ số diện tích thay cao Trong hình thấy giảm độ lún cải tạo đáng kể hiệu chịu ảnh hởng tỷ số diện tích thay Hơn giá trị đo đạc tản mát, thấy độ lún đo đợc gần với tính đợc tỷ số phân chia ứng suất gần với n=4 (3) So sánh thời gian cố kết đo đợc tính đợc Tỷ số cố kết đất đợc cải tạo phơng pháp cọc cát đầm chặt có xu hớng bị chậm so với dự báo theo phơng trình Barron Hình T-7.10.4 dựa sở số liệu thi công trớc cho thấy chậm trễ cố kết theo ý nghĩa hệ số cố kết thông số Trong hình vẽ c v hệ số cố kết đợc phân tích ngợc từ số liệu thực tế quan hệ thời gian-độ lún, c v0 hệ số cố kết nhận đợc từ thí nghiệm phòng Có thể thấy thời gian trễ cố kết lớn tăng tỷ số diện tích thay Xây dựng biển Xây dng đất liền Trờng hợp Tỷ số lún Trờng hợp Trờng hợp Trờng hợp Trờng hợp 1,2 Tỷ số diện tích thay as Hình T-7.10.3 Quan hệ tỷ số độ lún tỷ số diện tích thay Chú thích Xây dựng biển Xây dng đất liền Tỷ số diện tích thay as Hình T-7.10.4 Sự trễ cố kết đất cải tạo phơng pháp cọc cát đầm chặt (4) So sánh gia số cờng độ thực tế tính toán Gia số cờng độ đất sét cọc cát c đợc tính theo phơng trình (7.10.4) Hình T-7.10.5 thể so sánh gia số cờng độ thực tế tính toán, àc đợc phân tích với gia số đo đợc cờng độ đất sét cọc cát Giá trị đo đợc àc ( = ca/cc) nhận - V.85 - đợc từ gia số đo đợc cờng độ đất sét ca đất cải tạo phơng pháp cọc cát đầm chặt gia số tính đợc cờng độ đất sét cc = [z(c/p)U] đất nguyên thủy Đã tìm thấy số liệu đo đạc trờng thay đổi khoảng đờng cong có tỷ số phân chia ứng suất n xấp xỉ từ đến cc: Số gia tính toán cờng độ đất sét : Số gia đo đợc cờng độ đất c a sét Trên Trên đất liền biển Tỷ số diện tích thay as Hình T-7.10.5 Gia tăng cờng độ sét cọc cát đất cải tạo [Tài liệu tham khảo] - V.86 - - V.87 - [...]... (kN/m) Hình T -7. 7.1 Ngoại lực tác động khi đất không đợc xử lý không bị hóa lỏng ( Giảm áp lực đất) Khi đất không đợc xử lý bị hóa lỏng Bằng cách định nghĩa các chiều dơng của các ngoại lực và các lực chống đỡ nh trên hình T -7. 7.2, hệ số an toàn chống trợt Fs có thể tính theo phơng trình 7. 7.2 7. 7.2 Trong đó : Pw1 : (1/2) wh12 Pw2 : (7/ 12) kwh12 H1 : kW1 H2 : kW2 Ph : (1/2) w h22 + (7/ 12)kw h22 P... mm 0,4 25 mm 0, 250 mm 0,106 mm 0,0 75 mm 99100 80100 30 75 73 0 3 15 16 04 (2) Trọng lợng đơn vị Xỉ lò cao dạng hạt nhẹ hơn cát tự nhiên do nó có các bong bóng khí bên trong các hạt của chúng và có tỷ số độ rỗng cao nhờ có hình dạng sắc cạnh và kích cỡ hạt đơn Theo các số liệu trớc đây trọng lợng đơn vị ớt của xỉ lò cao dạng hạt thay đổi từ 8 đến 13 kN/m 3 và trọng lợng đơn vị ngập nớc là khoảng 7 kN/m3... bảng T7.6.1 Cỡ hạt của xỉ lò cao dạng hạt nói chung là 4, 75 mm hoặc nhỏ hơn và hàm l ợng hạt mịn của chúng cực kỳ nhỏ Sự phân bố thành phần hạt có cấp phối kém và hầu hết là hạt đơn, chủ yếu trong phạm vi của cát thô, có hệ số đồng nhất từ 2 ,5 đến 4,2 và hệ số đờng cong là 0,9 đến 1,4 Bảng T -7. 6.1 Phân bố thành phần hạt của xỉ lò cao dạng hạt Phần trăm trọng lợng lọt qua sàng (%) 4, 75 mm 2,00 mm 0, 85 mm... từ lớp bên dới Khi đất không đợc xử lý không bị hóa lỏng Bằng cách định nghĩa các chiều dơng của các ngoại lực và các lực chống đỡ nh trên hình T7 .7. 1, hệ số an toàn chống trợt Fs có thể tính theo phơng trình (7. 7.1) 7. 7.1 Trong đó : Pw1 : Pw2 : (1/2) wh12 (7/ 12) kwh12 Pw3 : H1 : H2 : (1/2) wh22 kW1 kW2 Ph : (1/2) Kaw h22cos (+)/cos P R1 : : - Ph tang (+) f1 W1 R2 R2 : : f2 (W2 - P) ( khi lớp bên dới... đá đổ) có thể chấp nhận các giá trị sau đây: đất xử lý trọng lợng nhẹ cát : à= 0 ,55 0,60 đất xử lý trọng lợng nhẹ đá đổ : à= 0, 75 0,80 (5) Mô đun biến dạng E50 Khi các thí nghiệm đợc thực hiện trên các mẫu đợc chế tạo cẩn thận nh có hai mặt chế tạo chính xác và việc đo đạc các biến dạng nhỏ chính xác thì mô đun cắt E 50 lấy từ các thí nghiệm đó có thể đợc dùng nh mô đun biến dạng trong thiết kế Khi... của các thiết kế và số liệu thi công trớc đây bằng phơng trình (7. 10.1) as 0,4 : n=3 , s=300 0,4 as 0 ,7 : n=2 , s=300 as 0 ,7 : n=1 , s= 350 Khi giá trị của as bằng hoặc lớn hơn 0 ,7 , số hạng đầu tiên của phần bên phải của phơng trình (7. 10.1) thờng đợc bỏ qua, hoặc diện tích đợc cải tạo thờng đợc giả thiết là đất cát đồng nhất có s=300 7. 10.4 Phân tích ổn định Phân tích ổn định cần đợc thực hiện theo... lực chất lỏng của đất đã hóa lỏng tác động hớng lên trên vào đất đã đợc xử lý nếu hình dạng của đất đã xử lý nh trên hình T -7. 7.1 Nó sẽ làm giảm trọng lợng có hiệu của đất đã xử lý Do đó hình dạng đất đã xử lý nh trên T -7. 7.1 có yếu điểm khi trợt so với nh thể hiện trên hình T -7. 7.2 Khi mực nớc d thấp hơn mực nớc ngầm và đất không xử lý bị hóa lỏng, lớp đất bên trên mực nớc d cho đến mực nớc ngầm cần... định từ các điều kiện yêu cầu để giảm áp lực đất10) 7 .5. 5 Thí nghiệm xác định tính dễ thi công Khi không có kinh nghiệm về thi công để tham khảo, hoặc khi phải thi công trong các điều kiện đặc biệt thì phải thực hiện các thí nghiệm để khẳng định tính dễ thi công tr ớc khi bắt đầu thực hiện 7. 6 Phơng pháp thay thế bằng xỉ lò cao dạng hạt - V.69 - 7. 6.1 Nguyên tắc thiết kế Khi sử dụng xỉ lò cao dạng... trình sau đây : E50 = ( 100 200 ) qu ( 7 .5. 2) Mô đun biến dạng cho nh trên tơng ứng với mức biến dạng 0, 05% 0,2% (6) Hệ số Poisson Hệ số Poisson của đất xử lý trọng lợng nhẹ thay đổi tùy theo mức ứng suất và trạng thái trớc và sau khi đạt đến cờng độ đỉnh Khi gia tải nhỏ hơn ứng suất tiếp cố kết của đất đã xử lý thì có thể sử dụng các giá trị sau đây : đất xử lý bọt : = 0,10 (7) Các đặc trng động... đất có thể áp dụng phơng pháp đã trình bày trong 7. 8 áp lực đất chủ đọng của vật liệu địa kỹ thuật đã hóa cứng 7 .5. 3 Thiết kế pha trộn của đất xử lý (1) Cần thực hiện thiết kế trộn để có đợc cờng độ và trọng lợng đơn vị yêu cầu tại hiện trờng (2) Loại phụ gia đông cứng và làm nhẹ cần đợc xác định sau khi hiệu quả của nó đã dợc các thí nghiệm khẳng định 7 .5. 4 Kiểm tra khu vực sẽ xử lý Khu vực sẽ đắp bằng