Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm cho công trình nâng cấp, mở rộng QL6, đoạn qua địa phận Thị Trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, Thành phố Hà nội

LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn Thạc sĩ kỹ thuật: “Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm cho công trình nâng cấp, mở rộng QL6, đoạn qua địa phận Thị Trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, Thành phố Hà nội” đã hoàn thành đúng thời hạn và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra trong bản đề cương đã được phê duyệt. Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Trường Đại học Giao thông vận tải đã đào tạo và quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho em trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Em xin trân trọng cảm ơn Thầy PGS.TS Lã Văn Chăm đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn. Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên em, động viên và khuyến khích em trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình. Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, em khó tránh khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy, cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn. Xin trân trọng cảm ơn Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Nguyễn Văn Tuyên LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Nguyễn Văn Tuyên, học viên cao học lớp xây dựng đường ô tô và đường thành phố K21.1A, khoá 20132015. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm cho công trình nâng cấp, mở rộng QL6, đoạn qua địa phận Thị Trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, Thành phố Hà nội”. là công trình nghiên cứu của riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu được từ thực nghiệm và không sao chép. Học viên Nguyễn Văn Tuyên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 LỜI CAM ĐOAN 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC HÌNH VẼ 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU 8 PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP SỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3 1.1. Yêu cầu với nền đường. 3 1.2. Khái niệm đất yếu. 4 1.3. Các phương pháp gia cố nền đất yếu. 5 1.3.1 Khái quát 5 1.3.2. Các phương pháp gia cố nền đất yếu 8 1.3.2.1 Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát. 8 1.3.2.2 Phương pháp cọc đất gia cố xi măng (hoặc gia cố vôi) 10 1.3.2.3 Phương pháp thay đất đệm cát 11 1.3.2.4 Phương pháp sử dụng bấc thấm 13 1.4. Kết luận. 15 1.5. Nhận xét và đánh giá. 15 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP SỬ LÝ ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM 17 2.1. Giới thiệu chung. 17 2.1.1 Khái niệm. 17 2.1.2 Bấc thấm. 18 2.1.3 Vải địa. 20 2.1.4 Ưu và nhược điểm của bấc thấm. 23 2.1.4.1 Ưu điểm: 23 2.1.4.2 Nhược điểm: 24 2.2. Phương pháp tính toán và thiết kế. 24 2.2.1 . Cấu tạo chung. 24 2.2.2 . Thiết kế và tính toán. 25 2.2.2.1 Thiết kế tầng lọc cát trên đầu bấc thấm. 25 2.2.2.2 Tính toán bố trí bấc thấm. 25 2.2.2.3 Tính toán dự báo độ lún 28 2.2.2.4 Thiết kế hệ quan trắc lún 34 2.2.2.5 Tính toán gia tải nén trước 35 2.2.2.6 Kiểm tra ổn định nền đất khi gia tải 36 2.2.2.7 Tính toán bù lún 40 2.3. Các phương pháp thi công. 41 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP BẤC THẤM CHO CÔNG TRÌNH NÂNG CẤP, MỞ RỘNG QL6, ĐOẠN QUA ĐỊA PHẬN THỊ TRẤN CHÚC SƠN, HUYỆN CHƯƠNG MỸ, THÀNH PHỐ HÀ NỘI 43 3.1. Mô tả dự án. 43 3.1.1 Khái quát chung về dự án. 43 3.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế. 46 3.1.2.1. Quy phạm, quy trình và tiêu chuẩn thiết kế nền đất yếu 46 3.1.2.2. Quy phạm, quy trình, tiêu chuẩn khảo sát và thiết kế dự án (bảng 3.1) 46 3.1.3 Quy mô dự án. 48 3.1.3.1. Vị trí dự án 48 3.1.3.2. Quy mô 48 3.2. Hiện trạng và đặc trưng địa chất của tuyến đường hiện tại. 50 3.2.1 Hiện trạng dự án. 50 3.2.2 Đặc trưng địa chất của tuyến đường hiện tại. 50 3.3. Tính toán thiết kế và xử lý nền đường đắp trên đất yếu. 55 3.3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật. 55 3.3.1.1 Nền đắp. 55 3.3.1.2 Hoạt tải tính toán. 56 3.3.1.3 Đặc trưng kỹ thuật địa chất đất yếu của dự án. 57 3.3.2 Tính toán và thiết kế bằng phương án bấc thấm. 57 3.3.2.1 Chiều sâu ảnh hưởng Ha 57 3.3.2.2 Tính chiều cao phòng lún: 58 3.3.2.3 Dự tính lún theo thời gian 63 3.3.2.4 kiểm toán nền khi chưa xử lí 65 3.3.2.5 Tính toán xử lí nền đường đắp theo giai đoạn và tăng nhanh quá trình cố kết bằng bấc thấm 66 3.3.2.6 Tính toán xử lí nền đường đắp bằng cọc cát 72 3.3.3 Đánh giá lựa chọn phương án. 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Một số dự án được thực hiện từ năm 2008 2012 do ban QLDAXDCB huyện Bắc Hà quản lý Error Bookmark not defined. Bảng 2.2. Giá trị đầu tư và thanh quyết toán dự án thuộc nguồn vốn trái phiếu chính phủ. Error Bookmark not defined. Bảng 2.3. Thời gian thực hiện theo kế hoạch và thực tế các dự án thực hiện nguồn vốn trái phiếu chính phủ Error Bookmark not defined. Bảng 2.4. Giá trị đầu tư và thanh quyết toán dự án thuộc nguồn vốn thuộc chương trình 135 Error Bookmark not defined. Bảng 2.5. Thời gian thực hiện theo kế hoạch và thực tế dự án thực hiện nguồn vốn thuộc chương trình 135 Error Bookmark not defined. Bảng 2.6. Giá trị đầu tư và thanh quyết toán các dự án thuộc nguồn vốn Thực hiện NQ37 Error Bookmark not defined. Bảng 2.7. Thời gian thực hiện theo kế hoạch và thực tế các dự án thực hiện nguồn vốn Thực hiện NQ37 Error Bookmark not defined. Bảng 2.8. Giá trị đầu tư và thanh quyết toán các dự án thuộc nguồn vốn Ngân sách tập trung Error Bookmark not defined. Bảng 2.9. Thời gian thực hiện theo kế hoạch và thực tế các dự án thực hiện nguồn vốn Ngân sách tập trung. Error Bookmark not defined. Bảng 2.10. Giá trị đầu tư và thanh quyết toán dự án thuộc nguồn vốn Hạ tầng du lịch Error Bookmark not defined. Bảng 2.11. Thời gian thực hiện theo kế hoạch và thực tế dự án thực hiện nguồn vốn Hạ tầng du lịch Error Bookmark not defined. Bảng 2.12. Giá trị đầu tư và thanh quyết toán dự án thuộc nguồn vốn Nghị quyết 30A Error Bookmark not defined. Bảng 2.13. Thời gian thực hiện theo kế hoạch và thực tế dự án thực hiện nguồn vốn Nghị quyết 30A Error Bookmark not defined. Bảng 2.14: Tổng mức đầu tư và giá trị thanh quyết toán của một số dự án sử dụng tiết kiệm kinh phí được giao Error Bookmark not defined. Bảng 2.15: Tình hình giải ngân một số dự án tính đến 31122012 Error Bookmark not defined. PHẦN MỞ ĐẦU I. Đặt vấn đề: Trong những năm qua, Chính phủ đã tập trung nhiều nguồn lực đầu tư xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông, mỗi năm ngành giao thông vận tải đã xây dựng mới và cải tạo nâng cấp hàng ngàn kilomet đường bộ, hàng trăm cây cầu. Các công trình xây dựng trên đưa vào khai thác sử dụng đã phần nào đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế xã hội trong thời kỳ đổi mới. Quốc lộ 6 là con đường huyết mạch nối thủ đô Hà Nội với các tỉnh phía Tây Bắc của Việt Nam, chiều dài toàn tuyến Quốc lộ 6 là 504km đi qua địa phận 4 tỉnh và thành phố (Hà Nội, Hoà Bình, Sơn La và Điện Biên), Quốc lộ 6 giữ vai trò quan trọng trong sự thông thương với các tỉnh phía Tây Bắc. Với sự gia tăng quá nhanh của các phương tiện giao thông như hiện nay, Quốc lộ 6 ngày càng chật hẹp, không đáp ứng được nhu cầu giao thông của người dân. Với sự gia tăng rất nhanh của các phương tiện giao thông, nhất là đoạn qua địa phần thị trấn Chúc sơn, quốc lộ 6 cần được nâng cấp và mở rộng. Tuy nhiên 2 bên tuyến đường này trước kia và hiện nay địa chất rất yếu, qua các ruộng lúa ao bùn. Vì vậy để ổn định nền đắp cần có phương án xử lý lún hợp lý, ổn định cho tuyến đường vận hành đưa vào khai thác sử dụng. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để xử lý nền đất yếu như: Giếng cát, các loại cọc cát, cọc đất, cọc vôi, vải địa kỹ thuật, keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa. Tuy nhiên dựa vào tình trạng lún của tuyến so sánh cả về kinh tế kĩ thuật thì lựa chọn phương pháp bấc thấm là giải pháp tối ưu. Vì vậy Em xin chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm cho công trình nâng cấp, mở rộng QL6, đoạn qua địa phận Thị Trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, Thành phố Hà nội” để nghiên cứu. II. Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng nền đường tuyến QL6 đoạn qua Thị Trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, TP Hà nội. III. Phương pháp nghiên cứu: Thu thập các tài liệu liên quan đến phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp nền đất tuyến Quốc lộ 6 và lựa chọn giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm cho tuyến này. IV. Nội dung nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu của luận án sẽ được thể hiện trong các chương sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về các biện pháp xử lý nền đất yếu Chương 2: Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Chương 3: Nghiên cứu thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm cho công trình nâng cấp, mở rộng QL6, đoạn qua địa phận Thị Trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, Thành phố Hà nội. Kết luận và kiến nghị CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP SỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1. Yêu cầu với nền đường. Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là một bài toán khó đối với người xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của công trình. Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể xây dựng các công trình. Đất yếu là một loại đất không có khả năng chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên. Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà ngư¬ời ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình th¬ường cho công trình. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. Do vậy khi xây dựng công trình trên nền đất yếu cần phải áp dụng các phương pháp xử lí nền hợp lí nhằm cải thiện tính chất cơ lí của đất nền theo chiều hướng tang độ chặt,tính liền khối,độ bền,độ ổn định,giảm độ biến dạng và độ thầm nước. Đối với nền đường Quốc lộ 6, đoạn qua thị trấn Chúc Sơn hai bên tuyến đường trước kia và một số vị trí hiện nay địa chất rất yếu, qua các ruộng lúa, ao bùn. Vì vậy, việc xử lý nền đất yếu trước khi xây dựng nâng cấp, mở rộng QL6, đoạn qua địa phận Thị Trấn Chúc Sơn là một yêu cầu tất yếu. 1.2. Khái niệm đất yếu. Đất yếu là loại đất có sức chịu tải bé, đất có tính nén lún lớn, hệ số rỗng e lớn, độ sệt lớn, mô đun biến dạng bé, khả năng chống cắt bé, khả năng thấm nư¬ớc bé; Hàm l¬ượng n¬ước trong đất cao, độ bão hòa nước G>0,8, dung trọng bé. Đất yếu bao gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước,thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá sét,các loại cát hạt nhỏ,mịn ,rời rạc,than bùn và các trầm tích bị mùn hóa,than bùn hóa..v.v. + Một số đặc điểm của đất yếu Sức chịu tải bé (0.51 kgcm2) Đất có tính nén lún lớn (a > 0.1 kgcm2) Hệ số rỗng e >1.0 Độ sệt lớn B >1.0 Môdun biến dạng bộ (E0.8 Thành phần vật chất hữu cơ cao + Nguồn gốc của các loại đất yếu Có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa ,vũng vịnh hoặc biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi),sườn tích (deluvi),lũ tích (proluvi),lở tích (koluvi),do gió,do lầy,do băng,và do con người (đất đắp). Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông,tam giác châu hoặc vịnh biển Nguồn gốc biển có thể được tạo thành ở khu vực nước không sâu quá 200m,thềm lục địa (2003000m) hoặc biển sâu hơn 3000m. + Các loại nền đất yếu thường gặp Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét t¬ương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trư¬ờng nư¬ớc, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, đ¬ược hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 80%); Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy; Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt. 1.3. Các phương pháp gia cố nền đất yếu. 1.3.1 Khái quát Kỹ thuật cải tạo đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đư¬a ra các cơ sở lý thuyết và phư¬ơng pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. Với các đặc điểm của đất yếu như¬ trên, muốn đặt móng công trình xây dựng trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Công trình xây dựng khi tiến hành xây dựng trên nền địa chất yếu sẽ phát sinh biến dạng lún gây nên sự hoạt động không bình thường của kết cấu bên trên, nguyên nhân là do nền đất yếu không đủ khả năng chịu lực, phát sinh biến dạng lún lớn. Chính vì vậy khi xây dựng công trình trên nền đất yếu người ta thường phải có các biện pháp xử lý dựa vào các yêu cầu đảm bảo hạn chế được các tác dụng bất lợi của nước ngập và nước ngầm: + Đất đắp phải dùng loại ổn định nước tốt, tuyệt đối không dùng các loại đất bụi. + Độ chặt, chiều cao đắp tối thiểu trên mức nước ngập và mức nước ngầm cùng các yêu cầu cấu tạo khác của nền đường (như đắp bao ta luy khi thân nền đường là cát …) phải tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành. + Trong phạm vi 20m từ chân ta luy nền đắp ra mỗi bên phải san lấp các chỗ trũng và tuyệt đối không đào lấy đất trong phạm vi đó. + Cố gắng giảm chiều cao nền đắp để tạo điều kiện dễ bảo đảm ổn định và giảm độ lún; tuy nhiên, trừ trường hợp đường tạm, chiều cao nền đắp tối thiểu phải từ 1.21.5m kể từ chỗ tiếp xúc với đất yếu, hoặc phải là 0.81m kể từ bề mặt tầng đệm cát (nếu có) để đảm bảo phạm vi khu vực tác dụng của nền mặt đường không bao gồm vùng đất yếu. Trị số cao của chiều cao đắp tối thiểu nói trên được áp dụng cho nền đắp đường cao tốc và các đường có nhiều xe tải nặng, trị số thấp áp dụng cho nền đắp các đường khác. Đảm bảo yêu cầu về mặt cường độ: Nền đất yếu sau khi được áp dụng các biện pháp xử lý thì cần phải đủ cường độ hay nói cách khác là cần phải đủ sức chịu tải, không phát sinh hiện tượng phá hoại cắt hoặc trượt khi tiến hành xây dựng bên trên trong suốt quá trình thi công cũng như khai thác. Khi áp dụng phương pháp kiểm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn khoét xuống vùng đất thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin= 1,2. Riêng trường hợp cắt nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm thì Kmin= 1,1. Khi áp dụng phương pháp Bishhop để kiểm toán ổn định thì Kmin=1,4 Các yêu cầu trên đây chủ yếu căn cứ vào các số liệu của quy trình thiết kế nền đắp trên đất yếu JTJ01796 của Trung Quốc và đều thấp hơn hệ số ổn định Kmin = 1.50 theo quy trình các nước phương Tây, vì vậy cần đặc biệt chú ý việc quan trắc chuyển vị ngang trong quá trình đắp nền đường để phán đoán sự ổn định của nền đường và khống chế tốc độ đắp đất. Nếu thấy chuyển vị ngang tăng nhanh thì phải đình chỉ việc đắp đất hoặc dỡ bớt phần đất đã đắp để tránh hiện tượng lún trồi hoặc trượt sâu có thể xảy ra. Bố trí hệ thống quan trắc di động ngang phải tuân theo quy trình quy phạm hiện hành. Một số quy định theo 22TCN 2622000: + Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đường không được vượt quá 10mmngày đêm. + Tốc độ di động ngang của các cọc quan trắc lún đóng hai bên nền đắp không được vượt quá 5mmngày đêm. Đảm bảo yêu cầu về độ lún: Phải tính toán được độ lún của nền cũng như của công trình để từ đó có biện pháp xử lý thích hợp. Phải tính chính xác độ lún.Độ lún tuy tiến triển chậm hơn nhưng cũng rất bất lợi.Khi độ lún lớn mà không được xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì có thể làm 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 các kết cấu chôn trong đất ở xung quanh (các mố cọc, cọc ván). Phần độ lún cố kết còn lại S cho phép tại tim nền đường sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường trên nền đất yếu được cho phép như bảng 1.1 Bảng 1.1 Độ lún cố kết còn lại cho phép tại tim nền đường Loại cấp đường Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Gần mố cầu Trên cống hoặc đường chui dân sinh Các đoạn nền đắp thông thường Đường cao tốc và đường cấp 80  10cm  20cm  30cm Đường cấp 60 trở xuống và có lớp mặt cấp cao  20cm  30cm  40cm Yêu cầu phải tính được độ lún tổng cộng kể từ khi bắt đầu đắp nền đường đến khi lún kết thúc để xác định chiều cao phòng lún và chiều rộng phải đắp thêm ở hai bên nền đường theo công thức: bm = S.m trong đó 1m là độ dốc ta luy nền đắp thiết kế và S là độ lún tổng cộng, theo 22TCN 2622000 S chỉ bao gồm hai thành phần là độ lún tức thời Si và độ lún cố kết Sc, S = Si + Sc. Khi tính độ lún tổng cộng thì tải trọng gây lún bao gồm tải trọng của nền đắp, kể cả bệ phản áp (nếu có), không tính với tải trọng xe cộ. Đảm bảo yêu cầu quan trắc lún: Các công trình xây dựng trên đất yếu bắt buộc phải thiết kế hệ thống quan trắc lún, hệ thống này phải được bố trí theo các quy trình quy phạm hiện hành như: + Đo cao độ lúc đặt bàn đo lún và đo lún mỗi ngày một lần trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước, nếu đắp làm nhiều đợt thì mỗi đợt đều phải quan trắc hàng ngày. + Khi ngừng đắp và trong 2 tháng sau khi đắp phải quan trắc lún hàng tuần, tiếp đó quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao công trình. Mức độ chính xác phải đến mm. + Đối với các đoạn nền đắp trên đất yếu có quy mô lớn và quan trọng hoặc có điều kiện địa chất phức tạp như đoạn có chiều cao đắp lớn, hoặc phân bố các lớp địa chất không đồng nhất (có lớp vỏ cứng) khiến cho thực tế có những điều kiện khác nhiều với các điều kiện dùng trong tính toán ổn định và lún thì nên bố trí thêm hệ thống quan trắc áp lực nước lỗ rỗng (cùng các điểm quan trắc mực nước ngầm) và các thiết bị đo lún ở độ sâu khác nhau (thiết bị kiểu guồng xoắn). 1.3.2. Các phương pháp gia cố nền đất yếu 1.3.2.1 Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát. Phạm vi áp dụng: Cọc cát là một giải pháp xử lý nền đất yếu áp dụng phổ biến đối với các trường hợp công trình có tải trọng không lớn với chiều dày lớp đất yếu tương đối lớn. Nó có các tác dụng sau: Làm tăng nhanh quá trình thoát nước lỗ rỗng, dẫn đến quá trình cố kết của nền đất yếu được nhanh hơn, làm cho độ lún của nền đất nhanh đạt tới trạng thái ổn định. Đất được nén chặt thêm, độ rỗng của đất giảm và cường độ của nền phức hợp (gồm cọc cát và đất giữa cọc cát) được tăng lên. Thi công đơn giản bằng các vật liệu rẻ tiền như cát thô, sỏi sạn nên chi phí thấp hơn so với đệm cát và các loại móng cọc. Cọc cát dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 3m. Cọc cát có ưu điểm là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất. Tuy nhiên, cọc cát không nên dùng với trường hợp nền đất yếu quá nhão và khi chiều dày lớp đất yếu mỏng. Phương pháp thi công: Hình 1.1 Thi công cọc cát Quá trình thi công cọc cát thường trải qua các bước sau: làm lớp đệm cát, tạo lỗ trong đất yếu, rót cát vào lỗ đầm chặt. Trước khi thi công cọc cát người ta thường làm lớp đệm dày tối thiều 50cm, lớp đệm này có tác dụng tạo phẳng mặt thi công và thoát nước trong các cọc cát ra ngoài. Hiện nay công nghệ thi công cọc cát thường dùng bằng máy tạo lỗ cọc chuyên dụng. Máy ấn ống thép (đường kính 40 – 50cm) vào đất đến độ sâu thiết kế. Khi ấn, đầu ống thép đóng lại, sau đó nhấc bộ phận chấn động ra, nhồi cát vào và đổ cao chừng 1m. Rồi đặt máy chấn động và rung khoảng 15 – 20s, tiếp theo bỏ máy chấn động ra và rút ống lên khoảng 0.5m, rồi lại đặt máy chấn động vào rung khoảng 10 – 15s để cho đầu cọc của ống mở ra và cát tụt xuống. Sau đó rút ống lên dần dần với vận tốc đều, vừa rút vừa rung cho cát được làm chặt. Sau khi thi công xong cọc cát cần kiểm tra lại bằng phương pháp xuyên tiêu chuẩn, thử bàn nén tĩnh hoặc khoan lấy mẫu để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất sau khi lèn chặt bằng cọc cát. 1.3.2.2 Phương pháp cọc đất gia cố xi măng (hoặc gia cố vôi) Phạm vi áp dụng: Gia cố bằng cọc đất xi măng (hoặc vôi) là phương pháp cải tạo sâu làm tăng độ ổn định của nền đất yếu bằng phương pháp trộn khô hoặc trộn ướt các chất kết dính với đất tạo thành một trụ đất xi măng hoặc vôi. Phương pháp này có thể cải tạo một phần hoặc toàn bộ chiều dày của nền đất yếu tùy thuộc vào tải trọng của công trình. Phương pháp cọc đất xi măng (hoặc vôi) được sử dụng nhằm mục đích sau: Tăng độ bền của kết cấu đất cần được cải tạo nhằm để tăng độ ổn định của khối đất đắp, tăng khả năng chịu tải trọng, ngăn chặn hiện tượng hóa lỏng của nền đất. Cải tạo tính chất biến dạng của đất yếu thông qua việc giảm độ lún của nền, giảm thời gian chờ lún cố kết của nền đất, từ đó giảm thời gian thi công của công trình. Phương pháp thi công: Hiện nay, phương pháp gia cường cải tạo đất có hai loại: phương pháp phun trộn khô, phương pháp phun trộn ướt. Hình 1.2 Thi công cọc xi măng đất Phương pháp phun trộn khô: phương pháp này, bột xi măng hoặc vôi bột sống được phụt sâu vào lòng đất thông qua ống khí nén, sau đó các bột này được trộn một cách cơ học nhờ thiết bị cánh quay. Với phương pháp trộn khô, không cho thêm nước vào trong đất nền hiệu quả sẽ cao hơn phương pháp phun vữa. Khi dùng vôi sống, quá trình thủy phân sẽ tạo ra lượng nhiệt làm khô đất xung quanh, do đó công tác cải tạo sẽ có kết quả hơn. Hiện nay, bằng thiết bị máy móc hiện đại cọc đất xi măng có thể trộn với chiều sâu 40m. Phương pháp phun trộn ướt: với phương pháp này vữa sẽ được phun vào nền đất sét với áp lực 20kPa bằng một vòi phun xoay. Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị thi công nhẹ nên có thể di chuyển dễ dàng trong công trường. Nhược điểm của phương pháp là đường kính của cọc đất thay đổi theo độ sâu tùy theo độ bền cắt của đất nền. 1.3.2.3 Phương pháp thay đất đệm cát Phạm vi áp dụng. Thay đất là biện pháp thay nền đất yếu bằng các loại vật liệu có cường độ chống cắt lớn như cát, cát sỏi, đất tốt… lớp đệm cát sử dụng hiệu quả nhất khi lớp đất yếu là đất sét bão hòa nước và có chiều dày nhỏ hơn 3m. Việc thay đất bằng đệm cát thường có tấc dụng chính sau đây: Giảm độ lún của nền công trình và độ lún không đều, đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền (vì cát có hệ số thấm lớn). Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng khả năng chống trượt. Kích thước kết cấu móng, nền đắp và chiều sâu chôn móng giảm do sức chịu tải của nền đất tăng lên. Thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị nhiều nên được sử dụng tương đối rộng rãi ở nước ta. Với ưu điểm tăng độ ổn định của nền đất, giảm lún. Tuy nhiên, việc thay đất bằng đệm cát cũng có những hạn chế nhất định và thường không sử dụng trong các trương hợp sau: Lớp đất yếu cần thay thế quá dày, chiều dày trên 3m. Vì khi đó thi công khó khăn, chi thi công phí lớn. Mực nước ngầm cao và nước có áp, vì cần phải hạ thấp mực nước ngầm và tầng đệm cát sẽ không ổn định do dễ xuất hiện hiện tượng xói ngầm và hóa lỏng của cát. Phương pháp thi công. Hình 1.3 Thi công thay đất yếu bằng cát Chất lượng lớp đệm cát phụ thuộc vào loại cát và chất lượng thi công đệm cát. Đệm cát được đánh giá theo chỉ tiêu độ chặt thông qua hệ số rỗng e hoặc độ chặt tương đối D. Còn chiều dày đầm lèn đệm cát phụ thuộc vào loại thiết bị đầm nén và tải trọng đầm nén. Để đảm bảo độ chặt theo yêu cầu thì độ ẩm tốt nhất của cát trong lớp đệm cát phải thõa mãn công thức (1.1): (1.1) Trong đó: e – hệ số rỗng của cát trước khi đầm nén. Δ – tỷ trọng hạt của cát. Theo kinh nghiệm thi công thì độ ẩm tốt nhất có thể được lấy như sau: Với cát hạt nhỏ: W = 21.7 – 22.5% Với cát hạt trung: W = 15.5 – 17% Khi thi công xong đệm cát cần tiến hành kiểm tra độ chặt bằng các phương pháp quy định trong quy phạm. 1.3.2.4 Phương pháp sử dụng bấc thấm Phạm vi áp dụng. Bấc thấm là một băng tiết diện hình chữ nhật, được dùng để dẫn nước từ trong nền đất yếu lên tầng đệm cát (Vải địa kỹ thuật nếu cần) để thoát nước ra ngoài, nhờ đó tăng nhanh tốc độ cố kết, tăng khả năng chịu tải, thay đổi một số chỉ tiêu cơ lý của đất (Lực dính và góc nội ma sát), làm tăng nhanh tốc độ lún của nền đất yếu. Bấc thấm cấu tạo gồm hai phần gồm : lõi +Võ bọc lõi; Lõi được làm từ chất polypropylene polyester, tiết diện hình chữ nhật, nhiều rãnh tác dụng thoát nước; Võ bọc làm bằng polyester mỏng (màng) có tác dụng ngăn bẩn và tăng thêm khả năng thoát nước cho lõi bấc thấm. Bấc thấm dùng để gia cố và xử lý nền đất yếu cho nền đường ôtô, nền đường hầm, nền nhà công nghiệp Ổn định nền: Các công trình xây dựng trên nền đất yếu và có tải trọng động như đường cao tốc, đường dẫn đầu cầu, đường băng sân bay, đường sắt, bến cảng, kho bãi...có thể ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đất yếu. Gia cố nền đất yếu:Bấc thấm được sử dụng để xử lý gia cố nền đất yếu, trong thời gian ngắn có thể đạt được tới 95% độ ổn định dài hạn, tạo khởi động cho quá trình ổn định tự nhiên ở giai đoạn sau. Quá trình gia cố có thể được tăng tốc bằng gia tải. Xử lý môi trường: Bấc thấm được sử dụng để xử lý nền đất yếu, đất nhão thường ở các khu vực ô chôn lấp rác thải. Nó cũng được sử dụng để tẩy rửa các khu vực đất ô nhiễm, bằng công nghệ hút chân không, hút nước ngầm thấm qua các lớp đất bị ô nhiễm, mang theo các chất ô nhiễm lên bề mặt để xử lý Phương pháp thi công. Hình 1.4 Thi công cắm bấc thấm Dùng thiết bị chuyên dụng, tạo lực ép cắm bấc thấm xuống đất cùng với cần dẫn (ống thép rỗng tiết diện 120x50mm), Khi cắm được bấc thấm xuống chiều sâu thiết kế thì tiến hành rút cần dẫn lên khỏi mặt đất, dùng kéo cắt bấc thấm ra và chuyển máy sang cắm bấc thấm khác. Sau khi cắm xong bấc thấm bắt buộc phải tiến hành gia tải trước hoặc hút chân không. Bấc thấm có bề rộng khoảng 100200mm, bề dày 510mm, được cuộn trong các rulo thành từng cuộn với chiều dài 200300mm, nặng từ 1440kg, được cắm vào sâu trong đất với chiều sâu 1020 mét hoặc sâu tới 50 mét có tác dụng xử lý nền đất yếu. Chiều dài bấc thấm còn chừa lại trên mặt đất là 15cm. Sau khi ép hết mỗi cuộn bấc, cuộn mới được nối với phần cũ bằng cách nối măng sông, phần măng sông là 30cm và được kẹp lại chắc chắn bằng ghim bấm. 1.4. Kết luận. Trong những năm qua hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam. Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng gia tăng. Trong xây dựng đặc biệt là xây dựng cầu đường với đặc điểm là công trình trải dài theo tuyến nên việc đi qua vùng địa chất yếu là vấn đề thường gặp. Vấn đề ở chổ phải biết nhìn nhận và đánh giá những ưu nhược điểm của phương pháp để lựa chọn ra một giải pháp gia cố hợp lý với điều kiện cụ thể của công trình. Trong các nội dung đã trình bày ở trên, tác giả đã giới thiệu, phân tích một số biện pháp gia cố và cải tạo nền đất yếu. Trong mỗi biện pháp đã phân tích, trình bày một cách cụ thể những ưu nhược điểm, phạm vị ứng dụng…đồng thời cũng giới thiệu phương pháp tính toán và thi công một số giải pháp gia cố nền đất yếu. Ngày nay, trong xây dựng đặc biệt là xây dựng cầu đường với đặc điểm là công trình trải dài theo tuyến nên việc đi qua vùng địa chất yếu là vấn đề thường gặp. Vấn đề ở chổ là phải biết nhìn nhận và đánh giá những ưu nhược điểm của phương pháp để lựa chọn ra một giải pháp gia cố hợp lý với điều kiện cụ thể của công trình. 1.5. Nhận xét và đánh giá. Từ những năm 1980 trở lại đây, phương pháp sử dụng bấc thấm được các nước trên thế giới áp dụng rộng rãi trong xử lý đất yếu , đặc biệt ở một số nước như Nhật Bản, Trung Quốc… Biện pháp thi công bằng bấc thấm đó được áp dụng tại rất nhiều công trình xây dựng hiện nay và đó được nêu trong các tiêu chuẩn hiện hành: TCVN 9355:2012“Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước”, 22TCN 24498 “Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường và tiêu chuẩn 22TCN 2622000 “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô trên nền đất yếu”; Riêng các công trình xây dựng trên địa bàn thủ đô Hà nội thì việc sử dụng các biện pháp xử lý đất yếu hiện còn nhiều bất cập, hiệu quả chưa cao làm ảnh hưởng đến tiến độ thi công và không đạt được các yêu cầu về kỹ thuật. Do đó việc Nghiên cứu xử lý đất yếu bằng bấc thấm áp dụng tính toán vào công trình Nâng cấp, mở rộng QL6 đoạn qua thị trấn Chúc Sơn, huyện Chương mỹ, thành phố Hà Nội là hết sức cần thiết. Trong khuôn khổ của luận văn này, tác giả sẽ nghiên cứu các vấn đề liên quan đến nguyên lý thiết kế và biện pháp thi công xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm, đồng thời áp dụng phương pháp này vào 1 dự án cụ thể, là dự án: Nâng cấp, mở rộng QL6 đoạn qua thị trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, thành phố Hà Nội. CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP SỬ LÝ ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM 2.1. Giới thiệu chung. 2.1.1 Khái niệm. Thời gian lún cố kết của nền đất yếu thường gây ra nhiều sự cố cho nền móng công trình. Hơn nữa, nền đất yếu dù có nguồn gốc khoáng vật hay hữu cơ thì chủ yếu là đất sét, á sét hay than bùn đầm lầy có hệ số thấm nhỏ, vì vậy để hoàn thành giai đoạn cố kết thứ nhất cần phải có nhiều thời gian. Việc xử lý nền đất yếu không những xử lý độ lún lớn mà cả thời gian cố kết. Việc cố kết của đất yếu phụ thuộc vào việc thoát nước lỗ rỗng trong đất, vì thế cần có biện pháp tăng áp lực tác dụng lên nền đất đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc nước thoát ra ngoài. Yêu cầu này cầu này thường được thực hiện bằng cách dùng thiết bị tiêu nước thẳng đứng hay bấc thấm kết hợp với biện pháp nén trước bằng khối đắp tạm thời hoặc hút chân không. Phư¬ơng pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước. Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép. Việc làm ổn định nền đất yếu bằng các biện pháp thoát nước thẳng đứng được áp dụng ở nơi đất bão hoà nước và yếu như sét hoặc bùn sét. Các loại đất này đều có chung đặc điểm là cốt đất rất yếu và thể tích rỗng lớn và chứa đầy nước trong các lỗ rỗng đó. Khi có tải trọng bên trên tác dụng lên nền đất yếu thì sẽ xuất hiện độ lún rất lớn và trong thời gian dài do nước trong lỗ rỗng thoát ra ngoài và đất cố kết lại. Bất cứ sự tăng tải nào cũng có thể làm tăng áp lực nước lỗ rỗng và trong các loại đất không thấm thì nước này thoát ra ngoài rất chậm từ nơi có áp lực cao. Hơn nữa, áp lực nước lỗ rỗng đã bị tăng cao tác động từ trong ra đến mái dốc và có khả năng làm mất ổn định và phá hoại mái dốc. Các biện pháp nhân tạo làm thoát nước thẳng đứng nhanh kết hợp với việc gia tải trước là một biện pháp xử lý thường được áp dụng hiệu quả trong nền đất có hệ số thấm nhỏ như đất sét, bùn sét .... làm giảm nguy cơ lún không đều và quá trình lún xẩy ra chủ yếu trong giai đoạn thi công, trong giai đoạn khai thác sử dụng xảy ra rất ít, chỉ trong phạm vi cho phép. Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất yếu mà chủ yếu là lực dính được tăng lên rất nhanh trong quá trình cố kết đó theo độ cố kết. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 – 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải. 2.1.2 Bấc thấm. Định nghĩa. Bấc thấm là băng có lõi bằng polypropylene, có tiết diện hình răng khía phẳng hoặc hình chữ nhật có nhiều lỗ rỗng tròn, bên ngoài được bọc vỏ lọc bằng vải địa kỹ thuật không dệt. Bấc thấm thường có chiều rộng 100mm, dày từ 4 đến 7mm và cuốn thành cuộn có tổng chiều dài hàng trăm mét. Bấc thấm làm chức năng thoát nước lỗ rỗng từ nền đất yếu lên tầng đệm cát mỏng (khoảng 50 ÷ 60cm) để thoát ra ngoài, như vậy sẽ tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu Hình 2.1 Một số hình ảnh bấc thấm PVD Cấu tạo. Bấc thấm bao gồm phần vỏ bọc bằng vật liệu tổng hợp bao quanh trụ chất dẻo có đặc điểm sau: + Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm vào trong thiết bị. + Làm đường thấm để nước trong lỗ rỗng tập trung có thể chuyển động dọc theo chiều dài thiết bị để thoát ra ngoài. Lõi bấc thấm: + Vật liệu: lõi nhựa thường làm bằng chất dẻo tổng hợp từ vật liệu 100% polypropylene có nhiều rãnh nhỏ để nước do mao dẫn đưa lên cao và đỡ võ bọc ngay cả khi áp lực lớn. + Kích thước: bề rộng của bấc thấm thường từ xấp xỉ 100mm, bề dày thường từ 3.55mm. Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau: Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo. Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước. Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị. Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn. Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 104ms) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét ( k = 10 x 105mngày đêm). Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài. 2.1.3 Vải địa. Vải địa kĩ thuật được chế tạo từ những sản phẩm phụ của dầu mỏ, từ một hoặc hai loại polymer (polyamide) như polyester vàhoặcpolypropylen. Tùy theo hợp chất và cách cấu tạo, mỗi loại vải địa kĩ thuật có những đặc tính cơ lí hóa như sức chịu kéo, độ dãn, độ thấm nước, môi trường thích nghi v.v...khác nhau. Hình 2.2 Một số hình ảnh vải địa kỹ thuật Hầu hết các sản phẩm có mặt tại Việt Nam đều được chế tạo bằng polyester và polypropylen. Vải địa kĩ thuật được chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi: dệt, không dệt và vải địa phức hợp. Vải địa thường được chia làm 3 loại: Nhóm dệt: Gồm những sợi được dệt ngang dọc giống như vải may, như vải địa kĩ thuật loại dệt polypropylen. Biến dạng của nhóm này thường được thí nghiệm theo 2 hướng chính: hướng dọc máy, viết tắt MD (machine direction) và hướng ngang máy, viết tắt CD (cross machine derection). Sức chịu kéo theo hướng dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo hướng ngang máy. Vải dệt thông thường được ứng dụng làm cốt gia cường cho các công tác xử lí nền đất khi có yêu cầu. Nhóm không dệt: Gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một hướng nhất định nào, được liên kết với nhau bằngphương pháp hóa (dùng chất dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc cơ (dùng kim dùi). Nhóm vải phức hợp: Là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt. Nhà sản xuất may những bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt. Vải địa có các chức năng sau: Ngăn cách: Các phương pháp thông thường để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nước là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công. Mức độ tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền có CBR 1 nhỏ hơn 0,5. Việc sử dụng loại vải địa kĩ thuật thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đường sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại đất. Vải địa kĩ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng. Ngoài ra, vải địa kĩ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường nhằm bảo toàn các tính chất cơ lí của vật liệu đắp và do đó nền đường có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng xe. Gia cường: Đối với đường có chiều cao bé (từ 0,5 đến 1,5m), có giả thiết cho rằng cần phải dùng vải cường độ cao như là một bộ phận chịu lực của kết cấu móng đường. Tuy nhiên, tải trọng xe tác dụng trên móng đường chủ yếu theo phương đứng, trong khi phương chịu kéo của vải địa lại là phương nằm ngang. Vì vậy, cường độ chịu kéo và độ cứng chịu uốn của vải có ảnh hưởng rất nhỏ trong sự gia tăng khả năng chịu tải của nền dưới tải trọng đứng của bánh xe. Trong thực tế, dưới tải trọng bánh xe khả năng chịu tải của nền đường có vải địa kĩ thuật chủ yếu là do chức năng phân cách (nhằm duy trì chiều dày thiết kế và tính chất cơ học ban đầu của các lớp cốt liệu nền móng đường) hơn là chức năng gia cường về khả năng chịu kéo của kết cấu. Trong trường hợp đường có tầng mặt cấp cao (đường bê tông hoăc đường nhựa) hiệu ích từ chức năng gia cường càng rất giới hạn. Đó là bởi vì, để phát triển lực kéo trong vải địa cần phải có chuyển vị đủ lớn trong kết cấu móng đường để sinh ra biến dạng ngang tương ứng, mà điều nầy thi không cho phép đối với đường có tầng mặt cấp cao. Trong trường hợp xây dựng đê, đập hay đường dẫn vào cầu có chiều cao đất đắp lớn, có thể dẫn đến khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp, vải địa kĩ thuật có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo phương ngang nhằm gia tăng ổn định của mái dốc. Trong trường hợp này vải địa có chức năng gia cường. Thoát nước, lọc ngược: Đối với các nền đất yếu có độ ẩm tự nhiên lớn và độ nhạy cảm cao. Vải địa kĩ thuật có thể làm chức năng thoát nước nhăm duy trì và thậm chí gia tăng cường độkháng cắt của đất nền và do đó làm gia tăng khả năng ổn định tổng thể của công trình theo thời gian. Vải địa kĩ thuật loại không dệt, xuyên kim có chiều dày và tính thấm nước cao là vật liệu có khả năng tiêu thoát tốt, cả theo phương đứng (thẳng góc với mặt vải) và phương ngang (trong mặt vải). Vì thế, loại vải địa này có thể làm tiêu tán nhanh chóng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong quá trình thi công cũng như sau khi xây dựng và dẫn đến sức kháng cắt của nền đất yếu sẽ được gia tăng. Trong giao thông vải địa kĩ thuật có thể làm tăng độ bền, tính ổn định cho các tuyến đường đi qua những khu vực có nền đất yếu như đất sét mềm, bùn, than bùn... Trong thủy lợi, dùng che chắn bề mặt vách bờ bằng các ống vải địa kĩ thuật độn cát nhằm giảm nhẹ tác động thủy lực của dòng chảy lên bờ sông. Còn trong xây dựng, dùng để gia cố nền đất yếu ở dạng bấc thấm ứng dụng trong nền móng... Trong các công trình bảo vệ bờ (đê, kè,...) vải địa kỹ thuật được sử dụng thay cho tầng lọc ngược ngược, có tác dụng hạ thấp mực nước ngầm vẫn đảm bảo giữ cốt liệu nền khỏi bị rửa trôi theo dòng thấm 2.1.4 Ưu và nhược điểm của bấc thấm. 2.1.4.1 Ưu điểm: + Có khả năng thoát nước lớn. + Mềm, dễ uốn. + Đảm bảo an toàn vệ sinh môi trường. + Có cường độ cao, như nhau theo cả hai phương. + Không co dãn thay đổi độ ẩm, không thay đổi cường độ. + Có khả năng thấm nước cao. + Chịu được axit, kiềm và muối. + Có đặc tính lọc hoàn hảo. + Chống chọc thủng, xé rách. + Đảm bảo vệ sinh môi trường. + Tốc độ lắp đặt bấc thấm (cắm vào đất yếu) đạt trung bình 5000mngàymáy. Tốc độ cắm nhanh thế này làm giảm giá thành công trình. + Trong qúa trình lắp đặt sẽ không xẩy ra hiện tượng bấc thấm bị đứt. Hiện tượng này có thể xảy ra trong quá trình thi công giếng cát, cọc cát. + Trong qúa trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không bị cắt đứt do sự cắt trượt của khối đất yếu gây ra. + Khả năng thấm nước cao, hệ số thấm trung bình từ 30.106 – 90.106m3sec. Trong khi đó, một cọc cát có đường kính 350mm thì khả năng thoát nước của nó chỉ đạt 20.106m3sec (theo Van San Woort, 1994). + Trong quá trình thi công bấc thấm, phạm vi vấy bẩn và phá hoại kết cấu nền nhỏ hơn nhiều so với việc thi công cọc cát, giếng cát. + Không yêu cầu phục vụ nước khi thi công. + Chiều sâu cắm bấc thấm có thể đạt tới 40m. + Dễ dàng kiểm tra được chất lượng. + Thoát nước tốt trong các điều kiện khác nhau. + Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo sẵn trong nhà máy và chất lượng ổn định. 2.1.4.2 Nhược điểm: + 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 2.2. Phương pháp tính toán và thiết kế. 2.2.1 . Cấu tạo chung. 1 Phần đắp gia tải 2 Nền đắp 3 Đệm cát 4 Bấc thấm 5 Nền đất yếu 6 Vải địa kỹ thuật 7 Mốc đo lún 8) Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng Hình 2.3 Cấu tạo xử lý đất yếu bằng bấc thấm 2.2.2 . Thiết kế và tính toán. 2.2.2.1 Thiết kế tầng lọc cát trên đầu bấc thấm. Chiều dày tầng đệm cát tối thiểu là 50cm,lớn hơn độ lún dự báo 20–40cm Cát làm tầng đệm phải thỏa mãn yêu cầu: cát thô hoặc hạt trung,cỡ hạt >0.5mm chiếm trên 50%,tỉ lệ cát hạt nhỏ hơn 0.15mm không quá 10%,hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 104ms,hàm lượng hữu cơ không quá 5%. Độ đầm nén của lớp cát phải thỏa hai điều kiện : máy thi công ổn định và phù 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 đệm cát phải có tầng lọc ngược thiết kế bằng sỏi đá theo cấp phối chọn lọc hoặc sử dụng vải địa kĩ thuật. Sử dụng vải địa kĩ thuật: Khi nền là đất yếu ở trạng thái dẻo nhão, có khả năng làm nhiễm bẩn lớp đệm cát trực tiếp bên trên đầu bấc thấm thì dùng vải địa kĩ thuật ngăn cách lớp đất yếu và lớp đệm cát. Sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng khả năng chống trượt của khối đắp khi cần thiết; Sử dụng vải địa kỹ thuật để làm kết cấu tầng lọc ngược. 2.2.2.2 Tính toán bố trí bấc thấm. Nền đất có cắm bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng sẽ cố kết theo sơ đồ bài toán đối xứng trục. Áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết U biến đổi theo thời gian t tùy thuộc khoảng cách bấc thấm L và các tính chất cơ lí của đất (chiều dày h, hệ số cố kết Cvz, Cvh). Tính toán bố trí bấc thấm phải xuất phát từ yêu cầu đối với mức độ cố kết cần đạt được hoặc tốc độ lún dự báo còn lại trước khi xây dựng công trình. Trường hợp chung mức độ cố kết phải đạt được tối thiểu U = 90 %. Đối với đường cấp cao có thể áp dụng yêu cầu về tốc độ lún dự báo còn lại là dưới 2 cmnăm. Đối với công trình dân dụng và công nghiệp thì độ cố kết yêu cầu là U > 90 %. Tính toán mật độ bấc thấm: Theo nguyên tắc thử dần với các cự li cắm bấc thấm khác nhau, để không làm xáo động đất quá lớn, khoảng cách giữa các bấc thấm quy định tối thiểu là 1,30 m. Để đảm bảo hiệu quả làm việc của mạng lưới bấc thấm, khoảng cách giữa các bấc thấm không quá 2,20 m. Khi xác định khoảng cách bấc thấm phải chú ý đến điều kiện địa chất công trình cụ thể bấc thấm làm việc có hiệu quả tốt nhất. Tính toán khoảng cách bấc thấm: Căn cứ vào thời gian cần thiết t (tính bằng phần trăm của năm) để đạt cường độ cố kết yêu cầu u (%) (thường lấy u = 90 % hay U = 0,9) để xác định đường kính ảnh hưởng của bấc thấm D (tính bằng mét). Từ đó xác định được khoảng cách giữa các bấc thấm L (tính bằng mét) theo công thức (2.1): (2.1) Trong đó:  = 0,5 ÷ 1,0 Cv là hệ số cố kết thấm, tính bằng mét vuông trên năm (m²năm);  là hệ số phụ thuộc n = Ddw xác định theo biểu đồ Hình 2.4; n là trọng lượng của nước tự nhiên lấy bằng 9,81 kNm³; P là tải trọng công trình hay tải trọng nén trước, tính bằng kilôpascan (kPa). Hình 2.4 Biểu đồ xác định hệ số  Bố trí bấc thấm Bố trí bấc thấm theo sơ đồ hình vuông (hình2.5) hay hình tam giác (hình 2.6) + Với sơ đồ hình vuông: D = 1,13L + Với sơ đồ hình tam giác: D = 1,05L Như vậy khoảng cách giữa các bấc thấm sẽ là: L = cho sơ đồ hình vuông L = cho sơ đồ hình tam giác Hình 2.5 Sơ đồ cắm bấc thấm hình tam giác Hình 2.6 Sơ đồ cắm bấc thấm hình vuông Chiều dài bấc thấm: Bố trí hết chiều sâu tầng chịu nén Ha của nền đất dưới tác dụng của tải trọng công trình. Chiều sâu tầng chịu nén kết thúc ở điểm có z trong khoảng 0,1 vz đến 0,2 vz, trong đó z là ứng suất nén do tải trọng công trình gây ra tại độ sâu z và vz là ứng suất nén do tải trọng các lớp đất bên trên gây nên ở trạng thái tự nhiên. Giá trị cụ thể của Ha do thiết kế tính toán cụ thể cho từng loại công trình. Nếu chiều sâu tầng chịu nén Ha nhỏ hơn chiều dày tầng đất yếu thì bấc thấm chỉ cần cắm hết chiều sâu tầng chịu nén; Chiều dài bấc thấm có thể giới hạn ở độ sâu có ứng suất do tải trọng công trình gây ra cân bằng với áp lực tiền cố kết của đất z = pz . Khi lớp đất yếu quá dày, bề rộng công trình quá lớn cần chú ý chiều sâu thực sự hiệu quả của bấc thấm; Trong trường hợp bên dưới Ha có tầng cát chứa nước có áp thì không cắm bấc thấm vào tầng cát đó. 2.2.2.3 Tính toán dự báo độ lún Để bảo đảm việc dự báo độ lún gần với thực tế cần phải có số liệu đầu vào chính xác như: tải trọng công trình, tính chất đất nền và thời gian chất tải... . Sai số cho phép của độ lún dự báo không quá 10 % đối với nhà và 25 % đối với đường. Độ lún cố kết Sc (khi nền chưa có bấc thấm) Độ lún cố kết Sc của nền đất được tính theo phương pháp tổng các lớp phân tố với công thức (2.2): (2.2) Trong đó: Hi là chiều dày lớp đất tính lún thứ i (hi ≤ 2m); ei¬o là hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu (khi chưa đắp nền lên trên); ci¬c là chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún (biểu diễn dưới dạng e ~ log) trong phạm vi i > ipz của lớp đất thứ i; cir là chỉ số nén lún hồi phục khi dỡ tải, hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún trong phạm vi áp lực tiền cố kết của lớp đất thứ i (ipz); ivz là áp lực do trọng lượng bản thân của các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp đất thứ i; iz là áp lực do công trình gây nên. Chiều sâu vùng đất yếu bị lún dưới tác dụng của tải trọng đắp hoặc tải trọng công trình do tư vấn quyết định. Có thể xác định như sau: Đối với nhà và công trình sâu chịu nén cực hạn Ha hết thúc khi z ≤ 0,1 vz; Đối với đường, Ha kết thúc sau khi có z ≤ 0,15 vz hoặc z ≤ 0,2 vz. Dự tính độ lún tổng cộng S và độ lún tức thời Si + Độ lún tổng cộng được dự tính theo quan hệ kinh nghiệm, và được trình bày như công thức (2.3): S = mSc (2.3) Trong đó: m là hệ số kể đến sự phá hỏng kết cấu đất khi thi công bấc thấm và sự dịch chuyển ngang của nền đất yếu. Với m trong khoảng từ 1,1 đến 1,4, nếu có các biện pháp hạn chế nền đất yếu bị đẩy trồi ngang dưới tải trọng đắp (bằng cách đắp phản áp hoặc dùng vải địa kĩ thuật) thì dùng trị số m = 1,1. Ngoài ra, đất nền càng yếu và chiều cao đắp càng cao thì dùng trị số m càng lớn. + Độ lún tức thời dự tính như công thức (2.4): St = (m 1)Sc (2.4) m có ý nghĩa và xác định như trong công thức Dự báo độ lún cố kết theo thời gian của nền đất khi dùng bấc thấm + Độ cố kết U đạt được sau thời gian t kể từ lúc đắp xong được xác định theo công thức (2.5): U = 1 (1 Uv)(1 Uh) (2.5) Trong đó: Uv là độ cố kết theo phương thẳng đứng Uh là độ cố kết theo phương ngang + Xác định độ cố kết thẳng đứng Uv Độ cố kết Uv phụ thuộc nhân tố thời gian Tv. Tv được xác định như công thức (2.6): Tv = (2.6) Trong đó: Cthv là hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất yếu trong phạm vi chiều sâu chịu nén cực hạn Ha, được tính theo công thức (2.7). (2.7) Trong đó: Hi là chiều dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi vùng chịu nén Ha. Cvi là hệ số cố kết thẳng đứng của lớp đất yếu thứ i, xác định tương đương với áp lực trung bình mà lớp đất yếu i phải chịu đựng trong quá trình cố kết. H là chiều sâu thoát nước cố kết theo phương pháp thẳng đứng. Nếu chỉ có một mặt thoát nước ở phía trên thì H = Ha, còn nếu có hai mặt thoát nước cả trên và dưới (dưới có lớp cát hoặc thấu kính cát) thì H = 12 Ha. Trị số của độ cố kết thẳng đứng Uv có thể xác định theo bảng 2.1: Bảng 2.1 Độ cố kết Uv đạt được tùy thuộc nhân tố thời gian Tv Tv 0,004 0,008 0,012 0,020 0,028 0,036 0,048 Uv 0,080 0,104 0,125 0,160 0,189 0,214 0,247 Tv 0,060 0,072 0,100 0,125 0,167 0,200 0,250 Uv 0,276 0,303 0,357 0,399 0,461 0,504 0,562 Tv 0,300 0,350 0,400 0,500 0,600 0,800 1,000 Uv 0,631 0,650 0,698 0,764 0,816 0,887 0,931 Tv 2,000 U

Nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm cho công trình nâng cấp, mở rộng QL6, đoạn qua địa phận Thị Trấn Chúc Sơn, huyện Chương Mỹ, Thành phố Hà nội

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan