Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm và cừ tràm

Chuyên đề nền móng gia cố nền đất bằng bấc thấm và cừ tràm, có file thuyết trình powerpoint và bìa. Bài thuyết trình đã được thầy duyệt, nội dung đầy đủ. Bài báo cáo gồm 2 phần gộp chung phần đầu gia cố nền đất yếu bằng bấc thắm kết hợp đệm cát và bấc thấm ngang, phần 2 gia cố bằng cừ tràm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG MIỀN TÂY

-o0o -BỘ MÔN NỀN MÓNG – KHOA XÂY DỰNG

GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM VÀ CỪ TRÀM

Năm 2016

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM 1:

1

DANH SÁCH PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ:

LỜI NÓI ĐẦU

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

Nền đất yếu là một trong những vấn đề mà các công trình xây dựng thường gặp.Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng trên nền đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại

và là một bài toán khó đối với người xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cầnđược nghiên cứu xử lý nghiêm túc nhằm đảm bảo sự ổn định và độ lún an toàncủa công trình

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

Trong phần chuyên đề môn học này em xin trình bày phương pháp gia cố đấtbằng bấc thấm – cừ tràm, một trong những phương pháp đang được áp dụnghiện nay và đã được thực tế đánh giá là phương pháp có hiệu quả và rất kinh tế

3

SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

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

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

Trước yêu cầu thực tiễn của đất nước nhóm em muốn vận dụng kiến thức đãhọc vào thực tế đời sống với mong muốn góp phần nhỏ bé vào sự phồn vinhchung của đất nước

Cùng với nhu cầu thực tế và sự quan tâm tìm hiểu về vấn đề thoát nước thẳngđứng và làm cho bản chất vật lý của nền đất tốt hơn nên nhóm em chọn đề tài:

“Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm và cừ tràm”

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Bước đầu tiếp cận bài toán thực tế về tính toán thiết kế để xử lý nền đất yếu tạiĐồng Bằng Sông Cửu Long

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Bấc thấm: có phạm vi áp dụng rộng rãi không chỉ cho các công trình nhà dândụng mà cả các chung cư,cao ốc,cầu,đường Có những điều kiện địa chất theoyêu cầu

Cừ tràm: dùng thích hợp và có hiệu quả để xử lý nền đất yếu dưới các côngtrình dân dụng và công nghiệp cũng như các công trình khác với quy mô vừa vànhỏ khi ứng suất trung bình dưới đế móng không vượt quá 0,8 kG/cm2

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU 7

1.1 Giới thiệu về đất yếu: 7

1.1.1 Khái niệm đất yếu: 7

1.1.2 Một số đặc điểm của nền đất yếu: 7

1.1.3 Các loại đất yếu thường gặp: 7

1.2 Các biện pháp cải tạo đất yếu: 9

1.2.1 Mục đích của cải tạo đất yếu: 9

1.2.2 Giải pháp cải tạo đất yếu: 10

CHƯƠNG II: BẤC THẤM 13

2.1 Giới thiệu chung: 13

2.1.1 Khái quát phương pháp: 13

2.1.2 Cấu tạo bấc thấm: 13

2.1.3 Gia tải trước: 16

2.1.4 Ưu, nhược điểm của bấc thấm: 18

2.1.5 Ứng dụng: 18

2.2 Tính toán thiết kế bấc thấm: 18

2.2.1 Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm: 18

2.2.2 Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm: 27

2.3 Thi công gia cố nền bằng bấc thấm: 33

2.3.1 Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm: 33

2.3.2 Thi công cắm bấc thấm: 34

2.3.3 Đắp vật liệu gia tải và dở tải: 37

2.3.4 Đánh giá chất lượng gia cố nền bằng bấc thấm: 38

2.4 Bấc thấm ngang: 38

2.4.1 Giới thiệu về bấc thấm ngang: 39

2.4.2 Đặc tính của bấc thấm ngang: 40

2.4.3 Phạm vi ứng dụng của bấc thấm ngang: 40

5

2.4.4 Cơ sở lý thuyết về khả năng ứng dụng của bấc thấm ngang thay thế cho lớp

đệm cát: 40

2.4.5 Ưu điểm điển hình của việc sử dụng Bấc thấm ngang so với lớp đệm cát: 42

2.4.6 Thi công bấc thấm ngang: 42

CHƯƠNG III: CỪ TRÀM 51

3.1 Giới thiệu cừ tràm: 51

3.2 Lịch sử cừ tràm: 52

3.3 Đặc điểm cừ tràm: 54

3.3.1 Cọc tràm: 54

3.3.2 Cách đóng cừ tràm: 55

3.4 Đặc điểm làm việc: 56

3.5 Tính toán cọc tràm: 57

3.5.1 Theo khả năng chịu tải: 57

3.5.2 Tính toán cọc tràm theo khả năng biến dạng: 58

3.6 Một số vấn đề khi thiết kế móng cọc tràm: 60

3.7 Phương pháp thi công hạ cọc: 62

3.8 Ứng dụng cừ tràm: 63

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

4.1 Kết luận: 65

4.1.1 Bấc thấm: 65

4.1.2 Cừ tràm: 65

4.2 Kiến nghị: 65

4.2.1 Bấc thấm: 65

4.2.2 Cừ tràm: 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU

1.1 Giới thiệu về đất yếu:

1.1.1 Khái niệm đất yếu:

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

đá bao quanh Trái Đất, không dính hoặc dính với độ bền liên kết nhỏ gấp nhiềulần so với độ bền của bản thân các hạt khoáng Đất tự nhiên gồm ba hợp phầnchính: những hạt khoáng rắn, nước và thể bao dạng khí Điều kiện hình thành đất

tự nhiên quyết định đặc điểm và tính chất cơ lý của đất

Đất yếu là thuật ngữ dùng chỉ loại đất có thành phần và tính chất không đápứng được với một số yêu cầu kỹ thuật nhằm sử dụng chúng trong công tác xâydựng cụ thể Thuật ngữ này chỉ mang tính tương đối gắn liền với công trình cụ thể,

ví dụ với loại công trình này thì đất xem là yếu nhưng với loại công trình khác thìkhông xếp vào loại đất yếu

1.1.2 Một số đặc điểm của nền đất yếu:

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

Một số đặc điểm nhận biết đất yếu:

 Độ bão hòa nước G >0.8

 Thành phần vật chất hữu cơ cao

1.1.3 Các loại đất yếu thường gặp:

Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bãohòa nước, có cường độ thấp

Hình 1.1: Công trình trên nền đất sét mềm

7

Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn,

ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực

Hình 1.2: Công trình trên nền đất bùn

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

Hình1.3: Đất than bùn

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

Hình 1.4: Đất cát chảy

1.2 Các biện pháp cải tạo đất yếu:

1.2.1 Mục đích của cải tạo đất yếu:

Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải, kiểm soát biến dạng

và đẩy nhanh cố kết, ổn định theo phương ngang, tăng khả năng chống hoá lỏng vàcải thiện 1 số tính chất cơ lý của đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún,tăng độ chặt, tăng trị số mô - đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…

Đối với công trình thuỷ lợi việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm củađất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Những chức năng này có thể đạt được bằng nhiều cách, trong đó có hoặc không sửdụng tới vật liệu ngoài việc xử lý đất trên bề mặt thường là dễ và ít tốn kém Tuynhiên, ở độ sâu lớn việc xử lý trở nên khó khăn hơn, đòi hỏi phải phân tích kỹ lưỡng

và cần các thiết bị chuyên dụng, quy trình thi công phức tạp

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, chúng ta gặp phải rất nhiều khó khăn.Xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùythuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùngphương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độlún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường của công trình

9

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trênnền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xácđược các tính chất cơ lý của nền đất Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ cáctính chất cơ lý của nền đất yếu để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phùhợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thứckhoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm tối đa các sự cố, hư hỏng côngtrình khi xây dựng trên nền đất yếu.

Hình 1.5: Công trình bị sập lún trên nền đất yếu

1.2.2 Giải pháp cải tạo đất yếu:

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều điều kiệnnhư: đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất, đặc điểm điều kiện địa chất thủyvăn… Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra biện pháp hợp lý đề xử lý

Có thể phân loại các biện pháp xử lý thành 6 nhóm:

 Các biện pháp cơ học: bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấnđộng, phương pháp làm chặt bằng các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc balat, cọcvôi…) phương pháp thay đất, phương pháp nén trước…

Nếu xét tới các yếu tố như: ý nghĩa công trình, tải trọng tác dụng, điều kiện hiệntrường, thời gian xây dựng… Thì việc lựa chọn phương pháp thích hợp cho loại đấtriêng biệt trở nên rất quan trọng Đối với đất yếu và đất dính trong vùng dễ lún, việccải tạo đất bằng gia cố, bằng vật liệu chộn và bằng thoát nước là thích hợp Với côngtrình đắp, việc cải tạo đất bao gồm cho cả nền đất lẫn khối đất đắp

11

Để rút ngắn thời gian cố kết, nâng cao sự ổn định của công trình người ta thường

sử dụng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước bằng các khối đấtđắp tạm thời Thiết bị tiêu nước thẳng đứng gồm nhiều loại và các đặc trưng cơ lýkhác nhau nhằm tạo ra đường thoát nước nhân tạo cho đất

CHƯƠNG II: BẤC THẤM

2.1 Giới thiệu chung:

2.1.1 Khái quát phương pháp:

Nền đất sét yếu có hệ số thấm nhỏ, vì vậy để hoàn thành giai đoạn lún cố kếtcần phải có nhiều thời gian Để rút ngắn thời gian cố kết này người ta thường dùngthiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước can thiệp trực tiếp vào nền đất.Trong phương pháp gia cố nền bằng bấc thấm, người ta dùng bấc thấm cắmvào lòng đất đến độ sâu cần thiết kết hợp với gia tải trước nhằm tạo gradien thủylực làm cho nước lỗ rỗng thoát ra khi nước trong đất chảy nhanh theo phươngngang về phía bấc thấm rồi sau đó chảy tự do ra ngoài

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

Hình 2.1 Chất tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng

2.1.2 Cấu tạo bấc thấm:

Bấc thấm có dạng băng thường được cấu tạo từ hai lớp: lớp vỏ hay áo lọc bằngvải địa kĩ thuật không dệt sợi liên tục chất liệu PP hoặc PET 100% ; lớp lõi thoát nướcdùng bằng nhựa hạt PP, có tiết diện hình răng khía phẳng hoặc hình chữ nhật có nhiều

lỗ rỗng tròn và có rãnh cả hai phía dùng để:

 Tạo các rãnh để dẫn nước thấm dọc theo lõi

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

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

13

Hình 2.2: Cấu tạo bấc thấm

Bấc thấm thường có chiều rộng 100mm, dày từ 4 đến 7mm và cuốn thành cuộn cótổng chiều dài hàng trăm mét Bấc thấm làm chức năng thoát nước lỗ rỗng từ nền đấtyếu lên tầng đệm cát mỏng (khoảng 50-60 cm) để thoát ra ngoài, như vậy sẽ tăngnhanh quá trình cố kết của nền đất yếu

Bấc thấm phải đạt các chỉ tiêu cơ lý sau:

 Cường độ chịu kéo (cặp hết chiều rộng bấc thấm) không dưới 1,6 kN;

 Độ giãn dài (cặp hết chiều rộng bấc thấm) lớn hơn 20%;

 Khả năng thoát nước dưới áp lực 10 kPa với gradient thủy lực I = 0,5 từ80x10-6 m³/s đến 140x10-6 m³/s;

 Khả năng thoát nước dưới áp lực 400 kPa với gradient thủy lực I = 0,5 từ60x10-6 m³/s đến 80x10-6 m³/s

Lõi được bọc bằng một lớp vải địa kỹ thuật Lớp vải được chế tạo bằngpolyester không dệt, vải địa kỹ thuật có polypropylene hay giấy vật liệu tổng hợp

Nó là hàng rào vật lý ngăn cách lòng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh và là

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

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

 Cường độ chịu kéo 1.0kN

 Độ giãn dài < 65%

 Khả năng chống xuyên thủng 1500 – 5000N

 Kích thước lỗ vải O90 < 0.15mm

 Hệ số thấm của vải 1.4.10-4m/s

Các kiểu bấc thấm:

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

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

Hình 2.3: Cọc cát

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

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

Hình 2.4: Dồi cát

15

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

cao, thường rộng khoảng 75-100 mm, dày khoảng 4-7 mm Chúng được ấn vàotrong nền đất bằng xe cẩu chuyên dụng

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

2.1.3 Gia tải trước:

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

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

 Gia tải bằng trọng lượng khối đắp:

Hình 2.7: Kích thước hình học của nền đắp có bệ phản áp trong phương pháp

xử lý bằng bấc thấm thoát nước thẳng đứng thông thường PVD

 Gia tải bằng bơm hút chân không:

Hình 2.8: Gia tải bằng bơm hút chân không

Một số lưu ý khi gia tải trước:

 Tổng tải trọng gia tải  1.2 tải trọng thiết kế công trình

 Vật liệu gia tải trước có thể là đất loại cát, loại sét hoặc bằng tải trọng côngtrình

 Phải đắp theo giai đoạn, trong từng giai đoạn đắp phải đảm bảo nền ổnđịnh

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

 Tốc độ lắp đặt cao 5000m/ngày/máy.

 Không xảy ra hiện tượng đứt bấc

 Hệ số thấm cao do đó thoát nước nhanh 30.10-6 - 90.10-6 m3/s

 Kém hiệu quả khi chiều dày lớp đất yếu quá dày

 Thời gian chờ đợi khá nhiều

 Dễ bị hư hại khi cắm vào đất

 Sẽ không hiệu quả nếu không có phương pháp gia tải kết hợp phù hợp.2.1.5 Ứng dụng:

Gia cố nền đất yếu: Bấc thấm được sử dụng để xử lý gia cố nền đất yếu, trong thờigian ngắn để đạt tới 95% độ ổn định dài hạn, tạo khởi động cho quá trình ổn định tựnhiên của giai đoạn sau Quá trình gia cố có thể tăng tốc bằng gia tải

Ổn định nền: Các công trình có thể ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đất yếu rất đadạng bao gồm: đường cao tốc, đường dẫn đầu cầu, đường băng sân bay, đường sắt, bếncảng, kho bãi trên nền đất yếu và có tải trọng động

Xử lý môi trường: Bấc thấm để xử lý nền đất yếu, đất nhão thường ở các khu vựcchôn lắp rác thải Nó cũng được sử dụng để tẩy rửa các khu vực đất ô nhiễm bằngcông nghệ hút chân không, hút nước ngầm thấm qua các lớp đất bị ô nhiễm mang theocác chất ô nhiễm lên bề mặt để xử lý

2.2 Tính toán thiết kế bấc thấm:

2.2.1 Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm:

a) Tính toán bố trí bấc thấm:

Nền đất có cắm bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng ngoài sẽ cố kết theo sơ

đồ bài toán đối xứng trục Áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết (U) biến đổi theo thờigian (t) tùy thuộc vào khoảng cách bấc thấm (L) và tính chất cơ lý của đất nền

Hình 2.9: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ độ cố kết (U) biến đổi theo thời gian (t)

tùy thuộc vào khoảng cách bấc thấm (L)

Trên cơ sở quan niệm mỗi bấc thấm là một trụ đất có diện tích tương đương,Baron(1948) đã đưa ra lời giải toàn diện cho bài toán cố kết của trụ đất có chứagiếng cát ở trung tâm Lý thuyết của ông dựa trên việc đơn giản hóa các giả thuyết

cố kết một chiều của Terzaghi 1943 cùng 2 giả thiết:

 Biến dạng thẳng đứng là tự do, cho nên ứng suất bề mặt thẳng đứng là hằng

số và dịch chuyển bề mặt ngang là không đồng nhất trong quá trình cố kết

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

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

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

R : Khoảng cách hướng tâm của điểm đang xét, từ tâm của trụ đất tiêu nước

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

C t d

T   (II.4)

19

e

d n d

de: Đường kính trụ đất tương đương

dw: Đường kính của thiết bị tiêu nước

n: Tỉ số khoảng cách

Hansbo (1979) đã cải tiến các phương trình Barron để dùng chothiết bị tiêu nước chế tạo sẵn Cải tiến chủ yếu là đơn giản hóa các giả thiết về kíchthước và các đặc trưng vật lý của thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn và ông đưa vàocông thức các hệ số ảnh hưởng đến quá trình cố kết

2

h h

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

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

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

 

w– 0.75

 dm: Là đường kính của đường tròn tương đương có diện tích bằng diện tíchtiết diện ngang của cần xuyên dùng cắm bấc thấm.

 kh: Hệ số thấm theo phương ngang trong đới phá hoại

 ks: Hệ số thấm của đất theo phương ngang trong đới xáo động

 dw: Đường kính tương đương của bấc thấm

Hình 2.10: Sơ đồ sức cản tiêu nước và phá hoại đất theo Rixner(1986)

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

a: Chiều rộng mặt cắt ngang của bấc thấm

b: Bề dày mặt cắt ngang của bấc thấm

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

L: Chiều dài thiết bị tiêu nước khi tiêu nước một phía và bằng nửa chiều dàithiết bị khi tiêu nước hai phía.

qw : Khả năng tiêu nước của thiết bị tiêu nước khi gradient thủy lực bằng 1

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

ln( ) h ln( ) 34

s

k n

w

s

d d

2 2 w( )

h s

h

H k q

b) Tính toán thông số gia tải trước:

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

Nội dung là xét một lớp đất sét có chiều dày Hc nằm giữa hai lớp cát đang chịutải trọng công trình trên một đơn vị diện tích là p p Khi đó độ lún cố kết tối đa dotải trọng công trình gây ra là:

0

1

log1

Giả định độ lún do tổng tải trọng tức thời dop p p f gây ra đến thời điểm t2

bằng độ lún S p tại thời điểm t1 Tại thời điểm t2 đó tiến hành dở tải và công trìnhvới tải trọng thường xuyên trên một đơn vị diện tích p p được xây dựng thì độ lúnxảy ra là không đáng kể Đây là bản chất của phương pháp

Ta có thể xác định mức độ cố kết tại thời điểm t2 dưới tác dụng của tải trọng

S U

o p o

T H t

C

c) Tính toán dự báo độ lún nền đất yếu:

Khi tải trọng tác dụng tức thời lên nền đất yếu sẽ gây ra lún gồm các thànhphần: lún tức thời, lún sơ cấp, lún thứ cấp Trong đó lún sơ cấp chiếm ưu thế vàcần xét đến trong phương pháp nén trước

+ Đất cố kết thường:

' 'log1

 vo'  v 'p thì độ lún cố kết được tính theo công thức:

' ' log '1

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

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

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

d) Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả kỹ thuật xử lý nền bằng bấc thấm:

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

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

 Các cấu trúc nền liên quan trực tiếp với tầng chứa nước Holocen, Pleitocenhoặc tầng nước có áp thì không nên cắm bấc thấm vào tầng cát được vì bấcthấm sẽ dẫn nước từ tầng có áp lên, ngăn cản và làm giảm quá trình thoátnước trong các lớp đất yếu

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

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

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

* *

u

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

=> Như vậy với lượng gia tải trước phù hợp kết hợp với bấc thấm sẽ cho kết quả

cố kết tốt hơn

 Ảnh hưởng sức cản của giếng:

Khái niệm sức cản giếng tác động đến mức độ cố kết Uh làm cho nó khôngcòn là hằng số theo chiều sâu Yếu tố này thể hiện rất rõ khi bấc thấm có chiều dàilớn Sức cản giếng ảnh hưởng nhiều tới tốc độ cố kết khi chiều dài tiêu nước tăng(Jamiolkowski,1983) Ta biết rằng khả năng tiêu thoát nước của bấc thấm thayđổi Phụ thuộc khoảng cách cắm bấc thấm và áp lực hông Vì do bộ lọc bằng vảiđịa kỹ thuật của bấc thấm ép sát vào ống lõi làm giảm tiết diện ngang của bấcthấm, hoặc do bản thân các lòng dẫn ép sát vào nhau làm thu hẹp đường thoátnước

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

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

Đường kính De được xác định theo công thức sau:

De = 1,13L (sơ đồ hình vuông) (II.29)

De = 1,05L (sơ đồ hình tam giác) (II.30)

Với L: Khoảng cách bấc thấm

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

Thiết kế bấc thấm phụ thuộc nhiều vào các đại lượng của công thức trên.

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ở Việt Nam có thể lấy tỷ số h 2 6

v

k

k   hoặc cóthể tính Ch theo công thức đề nghị của Jamiolkowski:

w

h v h

k C

m



Với m v: Hệ số biến đổi thể tích

w: Dung trọng tự nhiên của nước

Nhìn chung đường kính tương đương của bấc thấm nằm trong khoảng từ50mm-70mm là thích hợp Thiết bị tiêu nước có khả năng chuyển được ít nhất100m3/năm được đo dưới gradient bằng 1 khi ứng suất hiệu quả không nở hông tạichổ cực đại

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

 Trong những điều kiện tới hạn và khắc nghiệt:

kvải địa cơ 10kđất

 Trong những trường hợp kém khắc nghiệt hơn:

kvải địa cơ < 10kđất

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

Ở đây:

O50: đường kính lỗ lọc chiếm 50%

O90: đường kính lỗ lọc chiếm 90%

O95: đường kính lỗ lọc chiếm 95%

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

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

Tỷ số 50

50

O

D đảm bảo lực thấm ở trong bộ lọc là hợp lí

2.2.2 Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm:

a) Thiết kế đệm cát trên đầu bấc thấm:

Hình 2.13: Đệm cát trên đầu bấc thấm

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

và phải có biện pháp đảm bảo thoát nước ngang trong toàn bộ quá trình xử

lý nền, chịu được tải trọng của máy thi công cắm bấc thấm, cắm được quatầng đệm cát dễ dàng và thoát nước tốt

 Cát làm tầng đệm phải thỏa mãn yêu cầu: cát thô hoặc hạt trung, cỡ hạt

>0.5mm chiếm trên 50%, tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0.15mm không quá 10%, hệ

số thấm của cát không nhỏ hơn 10-4m/s, hàm lượng hữu cơ không quá 5%

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

 Trong phạm vi chiều cao tầng đệm cát và dọc theo chu vi (biên) tầng đệmcát phải có tầng lọc ngược thiết kế bằng sỏi đá theo cấp phối chọn lọc hoặc

sử dụng vãi địa kỹ thuật

 Khi nền đất yếu ở trạng thái dẽo nhão có khả năng làm nhiễm bẩn lớp đệmcát trực tiếp bên trên đầu bấc thấm thì cần trải một lớp vải địa kỹ thuậttrước khi thi công tầng đệm cát nhằm tạo ra lớp ngăn cách tăng khả năngchống trượt của khối đất đắp

27

Thiết kế chiều sâu cắm bấc thấm:

Nguyên tắc là bấc thấm được cắm hết chiều sâu ảnh hưởng Ha của nền đất dotải trọng công trình gây ra Chiều sâu ảnh hưởng kết thúc tại điểm mà tỉ số giữaứng suất bản thân của nền đất bằng 5 10  lần ứng suất do tải trọng công trình gây

ra tùy theo loại đất

Hình 2.14: Ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc thấm đến độ cố kết trung bình

11

n

Dg a

: là hệ số phụ thuộc n = D/dw xác định theo biểu đồ Hình 2.15;

n: là trọng lượng của nước tự nhiên lấy bằng 9,81 kN/m³;

P: là tải trọng công trình hay tải trọng nén trước (kPa)

Hình 2.15: Biểu đồ xác định hệ số 

GHI CHÚ: Từ công thức (II.34) tính ra D và từ đó tính ra L (khoảng cách các bấc thấm) Hệ số  do người thiết kế lựa chọn bằng cách thử dần quan hệ

n = D/dw sao cho có độ cố kết U tốt nhất với thời gian cố kết t ngắn nhất

(dw là đường kính tương đương của bấc thấm dw = 2(a+b)/n; a, b là kích thước bấc thấm)

Bố trí bấc thấm theo sơ đồ hình vuông hay hình tam giác:

+ Với sơ đồ hình vuông: D = 1,13L (Hình 2.11)

+ Với sơ đồ hình tam giác: D = 1,05L (Hình 2.12)

Như vậy khoảng cách giữa các bấc thấm sẽ là:

L  Cho sơ đồ hình tam giác (II.36)

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

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

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

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

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

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

+ Công trình nhà dân dụng và công nghiệp bố trí ngay dưới đáy móng và

ra ngoài mép móng một khoảng 0.2 bề rộng đáy móng

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

+ Bố trí theo hình vuông hoặc tam giác

29

c) Dự báo độ lún cố kết của nền đất yếu khi dùng bấc thấm:

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

i vi

H C

h C

H: Chiều dài đường thoát nước Nếu có 2 đường thoát nước thì H H a / 2

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

Trong đó:

S c: độ lún của nền khi chưa cố bấc thấm

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

pháp trên chỉ áp dụng cho nền đồng nhất, có độ chính xác thấp và chỉ đo được trên

bề mặt Với những công trình đòi hỏi chính xác cao hơn thì có thể dùng máy đolún (Tassommetre) của trung tâm cầu đường Pháp để đo lún ở nhiều lớp khácnhau

Hình 2.15: Quan trắc lún

 Quan trắc chuyển vị ngang:

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

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

vị ngang

31

Hình 2.16: Quan trắc chuyển vị ngang

 Đo áp lực nước lỗ rỗng:

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

e) Tính toán lượng gia tải trước:

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

Phương thức gia tải được qui định dựa vào điều kiện thi công, đặc điểm địachất công trình và điều kiện kinh tế kỹ thuật Có hai phương thức gia tải cơ bản:

 Phương thức tăng tải liên tục (với tốc độ đều đến tải trọng thiết kế): áp lựccho phép đặt lên nền trong quá trình gia tải được tính theo công thức:

0.32* P

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

Hình 2.17: Toán đồ xác định hệ số chịu tải N c của nền đất đắp có chiều rộng B trên nền đất yếu có chiều dày H y

Thì thay  2 bằng Nc theo toán đồ

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

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

g) Tính toán lượng bù lún:

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

Xác định chiều cao phòng lún như sau:

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

S: độ lún do nền đắp chiều dày HR gây ra

Ta tìm giao điểm của đường biểu diễn sự thay đổi của hiệu số (HR–H) và đườngbiểu diễn sự thay đổi của độ lún tính toán theo HR

2.3 Thi công gia cố nền bằng bấc thấm:

2.3.1 Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm:

Đệm cát phải được thi công trước khi cắm bấc thấm.Tầng đệm cát cấu tạo từ cáthạt trung hoặc hạt thô có chiều dày 0.5cm÷0.6cm lớn hơn độ lún dự báo 20÷40cmthi công thành từng lớp dày 25cm÷30cm, đầm chặt theo thiết kế

Cát hạt trung hay thô phải đạt yêu cầu sau:

 Tỷ lệ cỡ hạt >0.5mm chiếm trên 50%

 Tỷ lệ cỡ hạt <0.14mm không quá 10%

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

 Hàm lượng hữu cơ không quá 5%

 Độ chặt K đạt yêu cầu thiết kế

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

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

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

 Nếu trên mặt gặp lớp đất tốt, phương tiện thi công bấc thấm có thể linh độngthì có thể thi công tầng đệm cát sau khi cắm bấc thấm

33