1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

PHÂN TÍCH CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA BẤC THẤM XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

161 248 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 161
Dung lượng 8 MB

Nội dung

Các phương pháp xử lý nền đất yếu Đối với nền đất yếu để xây dựng các công trình xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của

Trang 2

Tôi xin chân thành cảm ơn Quí thầy cô, các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ, và các cán bộ công tác tại Khoa Công trình, Phòng Đào tạo ĐH và SĐH đã giúp tôi hoàn thành Luận văn cũng như trong quá trình học tập tại Trường Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Hồng Nam và TS Nguyễn Thành Công đã giúp tôi hoàn thành bản luận văn này Cuối cùng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp tại Viện Thủy công – Viện

KH Thủy lợi VN cũng như gia đình đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Trang 6

Hình 1.1: Hầm chui qua cầu Văn Thánh 2 đường Nguyễn Hữu Cảnh 5

Hình 1.2: Hiện trường sự cố sập nhịp dẫn cầu Cần thơ 6

Hình 1.3: Xử lý nền đất yếu dùng đệm cát (Phạm Quang Tuấn, 2003) 9

Hình 1.4: Sơ đồ các dạng bệ phản áp thường được áp dụng (Phạm Quang Tuấn, 2003) 12

Hình 1.5: Cọc cát trong nền đất yếu 14

Hình 1.6: Dây chuyền công nghệ thi công trụ đất xi măng 15

Hình 1.7: Các ứng dụng của trụ đất xi măng trộn sâu 16

Hình 1.8: Cột vật liệu rời 17

Hình 1.9: Trình tự thi công cọc khoan nhồi 20

Hình 1.10: Móng cọc khoan nhồi 20

Hình 1.11: Dùng vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu 21

Hình 1.10: Cách bố trí hệ thống giếng cát và tải trọng phụ tạm thời 28

Hình 1.12: Các sơ đồ để tính toán giếng cát 29

Hình 1.13: Mô hình nền xử dụng bấc thấm 31

Hình 2.1: Sơ đồ tính toán 34

Hình 2.2: Mô hình phân tố đơn vị của một vật thoát nước được bao quanh bởi trụ đất (Baron, 1948) 37

Hình 2.3: Sơ đồ của trụ đất với vật thoát nước thẳng đứng (theo Hansbo, 1997) 39

Hình 2.4: Chuyển đổi một phân tố đơn vị đối xứng trục thành điều kiện biến dạng phẳng (phỏng theo Hird và nnk, 1992 và Indraratna và Redana, 1997) 41

Hình 2.5: Ví dụ minh hoạ lưới PTHH theo Hird và nnk (1992) (Yildiz, 2009) 42

Hình 2.6: Ví dụ minh hoạ lưới PTHH theo Indraratna và Redana (1997) (Yildiz, 2009) 44

Hình 2.7: Xác định chiều dài tính toán bấc thấm trong các điều kiện thoát nước 45

Trang 7

ơ đồ bố trí bấc thấm 52

Hình 2.10: Sơ đồ bố trí bấc thấm dạng lưới ô vuông (theo Yeung, 1997) 55

Hình 2.11: Biểu đồ quan hệ giữa URrR và (T’RrR)R 1 R (theo Yeung, 1977) 57

Hình 2.12: Quan hệ giữa α’ và n (theo Yeung, 1977) 58

Hình 3.1: Mặt cắt ngang điển hình tuyến đường và đê sông (đoạn đắp áp trúc thân đê cũ) 59

Hình 3.2: Sơ đồ tính toán của mặt cắt đường 60

Hình 3.3: Mô phỏng bài toán 61

Hình 3.4: Lưới phần tử hữu hạn 61

Hình 3.5: Biểu đồ các giai đoạn thi công 63

Hình 3.6a: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đắp đất đến cao trình +3m 64

Hình 3.6b: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi xét tải trọng của người và xe đi lại 65

Hình 3.6c: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đất cố kết hoàn toàn 65

Hình 3.7: Độ lún tại các điểm trên tim đường theo thời gian 66

Hình 3.8a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi đắp đất đến cao trình +3m 66

Hình 3.8b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi xét tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP 2 P 67

Hình 3.8c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi đất cố kết hoàn toàn 67

Hình 3.9a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi đắp đến cao trình đỉnh 68

Hình 3.9b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi xét tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP 2 P 69

Trang 8

Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư theo thời gian tại các điểm trên

đường tim đường 70

Hình 3.10: Kết quả tính ổn định tại giai đoạn đắp đến cao trình +3m 70

Hình 3.11: Sơ đồ các thông số tính toán bấc thấm 71

Hình 3.12: Mặt cắt ngang điển hình tuyến đường đê bao Hải Phòng khi xử lý bằng bấc thấm 72

Hình 3.13 Mặt cắt tính toán mô phỏng theo Hird và nnk (1992) 74

Hình 3.14: Lưới phần tử hữu hạn theo phương pháp Hird và nnk (1992) 74

Hình 3.15: Biểu đồ các giai đoạn thi công 75

Hình 3.16a: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đắp đất đến cao trình +3m 77

Hình 3.16b: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi xét tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP 2 P 77

Hình 3.16c: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đất cố kết hoàn toàn 78

Hình 3.17: Độ lún tại các điểm trên đường tim đường theo thời gian 78

Hình 3.18a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi đăp đất đến cao trình +3m 79

Hình 3.18b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi xét tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP 2 P 79

Hình 3.18c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi đất cố kết hoàn toàn 80

Hình 3.19a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi đắp đến cao trình đỉnh +3m 81

Hình 3.19b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi khi xét tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP 2 P 81

Hình 3.19c: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi cố kết hoàn toàn 82

Trang 9

Hình 3.20: Kết quả tính ổn định tại giai đoạn đắp đến cao trình +3,0m 83

Hình 4.1: Mặt cắt tính toán mô phỏng theo Indraratna và Redana (1997) 86 Hình 4.2: Lưới phần tử hữu hạn theo phương pháp Indraratna và Redana (1997) 87 Hình 4.3a: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đắp đất

đến cao trình +3m 88

Hình 4.3b: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi xét

tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP

2

P

89 Hình 4.3c: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đất

cố kết hoàn toàn 89 Hình 4.4: Độ lún tại các điểm trên đường tim đường theo thời gian 90 Hình 4.5a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường

khi đắp đất đến cao trình +3m 90

Hình 4.5b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường

khi xét tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP

2

P

91 Hình 4.5c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi đất cố kết hoàn toàn 91 Hình 4.6a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi đắp đến cao trình đỉnh +3m 92

Hình 4.6b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi khi xét tải trọng của người và

xe đi lại q = 20 kN/mP

2

P

93 Hình 4.6c: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi cố kết hoàn toàn 93 Hình 4.6d: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư theo thời gian tại các điểm trên

đường tim đường 94 Hình 4.7: Mặt cắt tính toán mô phỏng theo Chai và nnk (2001) 95 Hình 4.8: Lưới phần tử hữu hạn theo Chai và nnk (2001) 96 Hình 4.9a: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đắp đất

đến cao trình +3m 97

Trang 10

Hình 4.9c: Đường đẳng chuyển vị ngang trong thân và nền đường khi đất

cố kết hoàn toàn 98 Hình 4.10: Độ lún tại các điểm trên đường tim đường theo thời gian 99 Hình 4.11a: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường

khi đắp đất đến cao trình +3m 99

Hình 4.11b: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường

khi xét tải trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP

2

P

100 Hình 4.11c: Đường đẳng chuyển vị theo phương đứng trong thân và nền đường khi đất cố kết hoàn toàn 100 Hình 4.12a: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi đắp đến cao trình đỉnh +3m 101

Hình 4.12b: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi cố kết hoàn toàn khi xét tải

trọng của người và xe đi lại q = 20 kN/mP

2

P

102 Hình 4.12c: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng dư khi cố kết hoàn toàn 102 Hình 4.12d: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng dư theo thời gian tại các điểm trên

đường tim đường 103 Hình 4.13: So sánh độ lún tại điểm C(0; 19,5) trong quá trình thi công tính toán theo của 3 phương pháp 104 Hình 4.14: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng theo các giai đoạn đắp theo 3 phương pháp 105 Hình 4.15: Biến thiên áp lực nước lỗ rỗng khi cố kết hoàn toàn theo 3 phương

pháp 106 Hình 4.16: Ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến lún của nền tại điểm E(0; 8,5) (tính từ lúc bắt đầu cho đến khi đắp đến đỉnh) 109 Hình 4.17: Ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến lún của nền theo thời gian, tại điểm E(0; 8,08) 109 Hình 4.18: Ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

dư lớn nhất trong nền 110

Trang 11

Hình 4.19: Ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến lún của nền, tại điểm E(0; 8,5) (tính từ lúc bắt đầu đắp cho đến khi đắp đến đỉnh) 112 Hình 4.20: Ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến lún của nền theo thời gian, tại điểm E(0; 8,08) 112 Hình 4.21: Ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

dư lớn nhất trong nền 113 Hình 4.22: Ảnh hưởng của khoảng cách bấc thấm đến lún của nền theo thời gian, tại điểm E(0; 8,08) 115 Hình 4.23: Ảnh hưởng của khoảng cách bấc thấm đến tiêu tán áp lực nước lỗ

rỗng dư lớn nhất trong nền 116 Hình 4.24: Ảnh hưởng của độ xáo trộn đến lún của nền, tại điểm E(0; 8,08)

(tính từ lúc bắt đầu thi công cho đến khi đắp đên đỉnh) 118 Hình 4.25: Ảnh hưởng của độ xáo trộn đến lún của nền theo thời gian, tại điểm E(0; 8,08) 119 Hình 4.26: Ảnh hưởng của độ xáo trộn đến tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư lớn nhất trong nền 119 Hình 4.27: Ảnh hưởng của hệ số thấm ngang đến lún của nền, tại điểm E(0; 8,08) (kể từ khi bắt đầu đến khi đắp đến đỉnh) 121 Hình 4.28: Ảnh hưởng của hệ số thấm ngang đến lún của nền theo thời gian,

tại điểm E(0; 8,08) 122 Hình 4.29: Ảnh hưởng của hệ số thấm ngang đến tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng

dư lớn nhất trong nền 122 Hình 4.30: Ảnh hưởng của hệ số thấm vùng xáo trộn đến lún của nền, tại điểm E(0; 8,08) (vừa thi công xong) 124 Hình 4.31: Ảnh hưởng của hệ số thấm vùng xáo trộn đến lún của nền theo thời gian, tại điểm E(0; 8,08) 125 Hình 4.32: Ảnh hưởng của hệ số thấm vùng xáo trộn đến tiêu tán áp lực nước

lỗ rỗng dư lớn nhất trong nền 125

Trang 12

Bảng 1.1: Các đặc trưng cơ lý của các loại đất yếu 3 Bảng 3.1: Các thông số mô hình đất nền và đất đắp 62 Bảng 3.2: Độ lún và thời gian cố kết tại các điểm trong nền dọc tim đường khi độ

cố kết đạt 90 và 100% 64 Bảng 3.3: Các tham số mô hình đất đắp và đất nền theo mô hình Mohr-Coulomb 73 Bảng 3.4: Độ lún và thời gian cố kết tại các điểm trong nền dọc tim đường khi độ

cố kết đạt 90 và 100% 76 Bảng 4.1: Các tham số mô hình đất đắp và đất nền theo mô hình Mohr-Coulomb 86 Bảng 4.2: Độ lún và thời gian cố kết tại các điểm trong nền dọc tim đường khi độ

cố kết đạt 90 và 100% 88 Bảng 4.3: Các tham số mô hình đất đắp và đất nền theo mô hình Mohr-Coulomb 94 Bảng 4.4: Độ lún và thời gian cố kết tại các điểm trong nền dọc tim đường khi độ

cố kết đạt 90 và 100% 97

Bảng 4.5: So sánh kết quả tính độ lún cực đại (m) theo 3 phương pháp tại các

giai đoạn thi công khác nhau 103

Bảng 4.6: Kết quả tính lún tại điểm C(0; 19,5) của 3 phương pháp 104 Bảng 4.7: So sánh kết quả tính áp lực nước lỗ rỗng dư lớn nhất (kPa) theo 3

phương pháp tại các giai đoạn thi công khác nhau 105 Bảng 4.8: Các tham số thiết kế bấc thấm khi chiều dài thay đổi theo phương

pháp Hird và nnk (1992) 107

Bảng 4.9: Độ lún và thời gian cố kết của nền tại điểm E(0; 8,08) 108

Bảng 4.10: Các tham số thiết kế bấc thấm khi chiều dài thay đổi theo Indraratna

và Redana (1997) 110

Bảng 4.11: Độ lún và thời gian cố kết của nền tại điểm E(0; 8,08) 111

Trang 13

Bảng 4.13: Độ lún và thời gian cố kết của nền tại điểm E(0; 8,08) 115

Bảng 4.14: Các tham số thiết kế bấc thấm khi độ xáo trộn thay đổi theo phương pháp Hird và nnk (1992) 116

Bảng 4.15: Độ lún và thời gian cố kết của nền tại điểm E(0; 8,08) 118

Bảng 4.16: Các tham số thiết kế khi hệ số thấm ngang thay đổi theo phương

pháp Hird và nnk (1992) 120

Bảng 4.17: Độ lún và thời gian cố kết của nền tại điểm E(0; 8,08) 121

Bảng 4.18: Các tham số thiết kế khi hệ số thấm trong vùng xáo trộn thay đổi

theo phương pháp Hird và nnk (1992) 123

Bảng 4.19: Độ lún và thời gian cố kết của nền tại điểm E(0; 8,08) 124

Trang 14

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Nền đất yếu là một trong những yếu tố hàng đầu gây ra các sự cố cho các công trình nói chung và công trình thủy lợi nói riêng, dẫn đến những thiệt hại về người và của Nền đất yếu phân bố rộng ở đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu Long Mặt khác, đây là hai khu vực có tốc độ phát triển kinh tế xã hội nhanh, mật độ xây dựng các khu công nghiệp, khu đô thị mới, các công trình giao thông, công trình thủy lợi không ngừng tăng; vì thế, khi công trình gặp sự cố nó kéo theo rất nhiều yếu tố bị ảnh hưởng, càng làm tăng thiệt hại Tiêu biểu cho các sự cố công trình do nền đất yếu gây nên như sự cố sập nhịp dẫn cầu Cần Thơ vào tháng 9 năm 2007 gây thiệt hại nghiêm trọng về người và của, nguyên nhân là do lún lệch đài móng trụ tạm; Sự cố cầu Văn Thánh 2, quận Bình Thạnh bị nứt, lún sâu tới hàng mét, sau nhiều lần sửa chữa vẫn không có kết quả đáng kể Đặc biệt đối với các công trình thủy lợi như các hệ thống hồ chứa đê bao dù nhỏ hay lớn khi sự cố xảy ra vùng bán kính ảnh hưởng rất lớn không những gây ra thiệt hại về người và của mà còn làm ảnh hưởng đến môi trường; gần đây nhất vào ngày 4 tháng 1 năm 2010 đoạn đê bao dọc theo Rạch Võ (phường Hiệp Bình Chánh Q.Thủ Đức, TPHCM) bị vỡ làm 200

hộ dân bị ngụp lặn trong nước, nguyên nhân dẫn đến sự cố là do việc sử lý nền không đúng yêu cầu Để tránh được những hư hỏng gây thiệt hại lớn và ảnh hưởng xấu tới đời sống xã hội, trước khi xây dựng bất cứ công trình gì việc đánh giá khả

năng chịu tải, biến dạng dưới tác dụng tải trọng, xử lý nền trong vùng đất yếu là một vấn đề quan trọng và hết sức cấp thiết

II Mục đích của đề tài

Đề tài có mục đích nghiên cứu, phân tích các nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến sự làm việc của bấc thấm được sử dụng xử lý nền đất yếu

Trang 15

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Thu thập, phân tích các tài liệu đã có trong vùng dự án

Mô phỏng bài toán cố kết thấm nền đất yếu được xử lý bằng bấc thấm theo

phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm Plaxis

Đề tài tập trung nghiên cứu và áp dụng tính toán cho công trình đê bao Hải Phòng

IV Kết quả dự kiến đạt được

Phân tích được các nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến sự làm việc của bấc thấm

xử lý nền đất yếu như: chiều sâu cắm bấc, khoảng cách bấc, độ xáo trộn, sức cản, hệ

số thấm ngang

Đề xuất giải pháp thiết kế hiệu quả khi sử dụng bấc thấm xử lý nền công trình

đê bao Hải Phòng

Trang 16

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

1.1 Khái niệm về đất yếu

Đất yếu có khả năng chịu tải nhỏ (0,5÷1 daN/cmP

Khả năng chống cắt bé (ϕ, c bé); khả năng thấm nước bé; hàm lượng nước trong đất

cao, độ bão hòa nước G > 0,8 dung trọng bé

Đất yếu có thể là đất sét yếu, đất cát yếu, bùn, than bùn và đất hữu cơ, đất

thải,…Đất yếu được tạo thành ở lục địa (tàn tích, sườn tích, do gió, …), ở vùng vịnh

(cửa sông, tam giác châu, vịnh biển) hoặc ở biển (khu vực nước nông) Chiều dày

lớp đất yếu thay đổi có thể từ một vài mét đến 35 ÷ 40 m

Các đặc trưng địa kỹ thuật của đất yếu được quyết định bởi chính các thành

phần khoáng vật sét cấu tạo đất và cấu trúc nguyên tử của đất Các đặc trưng cơ lý

nền đất yếu tham khảo Bảng 1.1 (Nguyễn Quang Chiêu và Nguyễn Xuân Đào,

2004)

Bảng 1.1: Các đặc trưng cơ lý của các loại đất yếu

Các đặc trưng Than bùn Đất hữu cơ Bùn Đất sét mềm

Suất biến đổi của CRuR

λ= ∆CRuR/∆σ 0.5 0.2 ÷0.3 0.2 ÷0.3 0.2 ÷0.3

Trang 17

Khối lượng thể tích khô

Do vậy khi xây dựng công trình trong vùng có nền đất yếu trên, để công trình

làm việc bình thường thì cần phải gia cố và xử lý nền

1.2 Một số sự cố công trình trên nền đất yếu

Những sự cố thường gặp của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu là: lún

nhiều, lún không đều và lún kéo dài gây ảnh hưởng đến kết cấu phần trên công trình

và các công trình lân cận

Dưới đây là một số sự cố công trình nghiêm trọng xảy ra gần đây mà nguyên

nhân sự cố là do nền đất yếu

Dự án đường Nguyễn Hữu Cảnh, quận Bình Thạnh do Công ty Thanh niên xung phong (thuộc Lực lượng thanh niên xung phong TP HCM) làm chủ đầu tư Độ

dài suốt tuyến gần 3,7 km Điểm đầu tuyến tại giao lộ đường Tôn Đức Thắng, quận

1, kết thúc tại khu vực chân cầu Sài Gòn với 3 cây cầu trên tuyến: Thị Nghè 2, Văn

Thánh 2 và vượt nút giao thông đầu cầu Sài Gòn

Đường Nguyễn Hữu Cảnh đứng đầu trong số những địa chỉ thường xuyên ngập lụt ở Thành phố Hồ Chí Minh Nguyên nhân bị ngập chủ yếu do lún quá mức, thấp hơn cao độ cần thiết chống triều cường Một kết quả đo đạc của Phân viện Khoa học công nghệ xây dựng cùng Cục giám định và quản lý công trình giao thông cho

thấy, năm 2004 độ lún lớn nhất của đường là 57cm, một năm sau lún đến 70÷80cm Trung bình mỗi tháng, mặt đường lún khoảng 3,3÷8mm Độ lún thực tế của nền

đường nhiều hơn, kéo dài hơn so với dự kiến của thiết kế Nguyên nhân ở đây là do công tác xử lý nền đã không được thực hiện

Trang 18

Nằm trên đường Nguyễn Hữu Cảnh, cầu Văn Thánh 2 từ khi đưa vào sử dụng năm 2002 liên tục gặp sự cố lún, nứt, sụt lở Quan trắc nền đường dẫn vào cầu từ

tháng 2/2003 đến nay cho thấy điểm có độ lún lớn nhất trong tháng là 3 cm/tháng, còn lại là 2 cm/tháng, có đoạn lún đến 50 cm so với thiết kế Cục giám định và quản lý công

trình giao thông nhận định, hiện tượng chuyển dịch ngang của mố cầu là do thi công xử

lý nền, đắp các đường dẫn lên cầu không đúng quy trình thiết kế được duyệt Cụ thể như bỏ qua công đoạn đắp đất gia tải chờ lún, thi công nhanh để kịp tiến độ

Thêm vào chi phí để khắc phục những sự cố này đã đẩy mức đầu tư Dự án lên cao Tổng vốn đầu tư xây dựng ban đầu dự án cầu đường Nguyễn Hữu Cảnh là 278

tỷ đồng, sau được điều chỉnh thành hơn 419 tỷ đồng Ngày 30/7/2007 UBND TP HCM chi hơn 141 tỷ đồng sửa chữa cho riêng cầu Văn Thánh và đường dẫn 2 đầu cầu Chi phí bồi thường cho 57 hộ dân bị nứt nhà khoảng gần 4 tỷ đồng

(http://www.vnexpress.net)

1.2.2 Sự cố lún, nứt đốt hầm Thủ Thiêm

Hầm Thủ Thiêm nằm dưới đáy sông Sài Gòn thuộc Dự án đại lộ Đông Tây, là công trình ngầm vượt sông đầu tiên ở Việt Nam Theo thiết kế, đường ngầm này bắt

Trang 19

đầu chui xuống đất bởi 2 đoạn dẫn ở hai bờ quận 1 và quận 2, với độ nghiêng 4% Với tổng vốn đầu tư gần 10.000 tỷ đồng, hầm sẽ dìm dưới lòng đất bằng 4 đốt, mỗi

đốt dài 93 m, rộng 33 m, cao 9 m, ở độ sâu xấp xỉ 14 m so với mặt nước giữa sông

Sài Gòn Dự kiến đầu năm 2010, hầm Thủ Thiêm chính thức được vận hành Giữa năm 2008, cơ quan chức năng đã phát hiện nứt rạn bê tông trên bề mặt và một số vết nứt xuyên các đốt hầm dìm Ngoài ra hầm chữ U - hầm dẫn xuống 4 đốt hầm

Thủ Thiêm cũng đang bị lún với tốc độ 10 mm/tháng

trụ cầu đang được xây dựng thì bị đổ sụp, kéo theo giàn giáo cùng nhiều công nhân,

kỹ sư đang làm việc xuống đất Đến ngày 2 tháng 7 năm 2008, Bộ trưởng Xây dựng

Trang 20

Theo kết quả điều tra, sự cố xảy ra trong quá trình thi công tại hai nhịp neo của

cầu Cần Thơ, mỗi nhịp dài 40m Qua kiểm tra địa chất, hàng cọc gần phía trụ P14

có mũi cọc tựa trên lớp cát xốp và hàng cọc gần phía trụ P13 có mũi cọc tựa trên lớp cát chặt vừa Điều này dẫn tới hàng cọc gần trụ P14 bị lún nhiều hơn hàng cọc gần trụ P13 làm đài móng trụ tạm T13 nghiêng về trụ P14 Độ lún lệch theo tính toán

đạt 12mm gây mất ổn định trụ tạm T13 và sau đó là sự sụp đổ của các kết cấu bên

trên (tài liệu Ủy ban Quốc gia điều tra sự cố)

1.3 Các phương pháp xử lý nền đất yếu

Đối với nền đất yếu để xây dựng các công trình xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm nhẹ hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số môđun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất v.v… Đối với các công trình thủy lợi, việc sử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Đối với những công trình xây dựng trên nền đất yếu thường có hai biện pháp giải quyết

Biện pháp kết cấu bên trên công trình để làm tăng độ cứng, bao gồm việc chọn

sơ đồ kết cấu hợp lý, bố trí khe lún, cấu tạo các gối tựa cứng, chọn loại móng và độ sâu chôn móng thích hợp

Biện pháp thứ hai là gia cố nhân tạo nền đất yếu để tăng sức chịu tải, giảm khả

năng biến dạng Hướng giải quyết này gồm có các nhóm phương pháp như: Nhóm phương pháp nhằm cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền (dùng đệm cát, đệm sỏi, đệm đất, bệ phản áp…), nhóm phương pháp làm tăng độ chặt của đất nền (dùng cọc cát, cọc vôi, nén trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt đất trên mặt và dưới sâu, làm chặt đất bằng năng lượng nổ…), nhóm phương pháp nhằm truyền tải trọng công trình xuống lớp chịu lực tốt (móng cọc, móng trụ, giếng chìm), nhóm phương pháp đất có cốt (dùng các dải kim loại, vải địa kỹ

Trang 21

thuật…), nhóm phương pháp xử lý bằng hóa lý (phụt vữa ximăng, silicat hóa, điện

thấm, điện hóa học…)

Tùy theo điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng và tính chất sử dụng của công trình để chọn biện pháp xử lý thích hợp Đối với những công trình quan trọng cần phải kết hợp cả hai biện pháp trên

Trong phạm vi đề tài này chỉ giới thiệu các phương pháp của biện pháp thứ hai:

Gia cố nhân tạo nền đất yếu

1.3.1 Nhóm ph ương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền

Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn (thường nhỏ hơn 3m) nằm trực tiếp

dưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đá hoặc bệ phản áp, … để gia cố đất nền Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát, đệm đá… có tác dụng tăng khả năng chịu lực của nền, giảm bớt độ lún toàn bộ

và lún không đều, đồng thời tăng nhanh quá trình cố kết, giảm kích thước và chiều sâu chôn móng

a) Lớp đệm cát có chiều dày không đổi Áp dụng ở nơi có lớp đất yếu

mỏng nhưng tương đối chặt, cường độ không quá thấp.

b) Lớp đệm cát ở giữa dày, hai bên mỏng Được áp dụng ở nơi có lớp

bùn tương đối dày Ở giữa chịu ứng suất lớn, hai bên chịu ứng suất nhỏ

Trang 22

c) Lớp đệm cát ở giữa mỏng, hai bên dày Được áp dụng ở nơi có lớp đất yếu thay đổi Làm dày ở hai bên có tác dụng để không cho bùn bị đẩy

sang và nếu nằm trên đất cứng thì có thể đắp bằng đá

Dùng lớp đệm cát việc thi công đơn giản hơn nhưng thời gian đắp đất tương đối lâu (vì thường kết hợp với giải pháp xây dựng theo từng giai đoạn)

Phương pháp này thích hợp được sử dụng trong các điều kiện sau:

- Chiều cao nền đất đắp từ (6,0÷9,0) mét và lớp đất yếu không quá dày

- Có nguồn khai thác cát ở gần và dễ vận chuyển

Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 3,0 mét hoặc nước ngầm có áp lực tác dụng

trong phạm vi lớp đệm cát, không nên áp dụng các biện pháp xử lý này

Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn thì khối lượng đào đất hoặc nạo vét chuyển đi sẽ tăng lên Còn khi nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng

di động, đồng thời gây ra độ lún phụ thêm dưới móng công trình Lớp đệm cát được thi công sau khi đã đào bỏ một phần lớp đất yếu Có thể bố trí theo các dạng mặt cắt như trên Hình 1.3

Chiều dày của lớp đệm cát trong trường hợp trên phụ thuộc vào ứng suất của nền đất đắp tác dụng lên trên mặt lớp cát Cát làm đệm được thi công trải ra thành từng lớp, chiều dày của mỗi lớp phụ thuộc vào thiết bị đầm nén

Cát để dùng làm lớp đệm tốt nhất là dùng các hạt lớn và các hạt vừa, không lẫn đất bụi Với một số nền không quan trọng lắm và không có mực nước ngầm ở cao thì có thể sử dụng đệm cát đen để hạ giá thành

Trang 23

Cát sau khi đầm nén xong phải kiểm tra độ chặt tại hiện trường bằng phao Kôvalep, phương pháp cân trong nước hoặc phương pháp xuyên

Việc thi công lớp đệm cát rất đơn giản Chỉ cần dùng mái ủi san lấp, không cần các thiết bị thi công đặc biệt khác Cần khống chế cẩn thận chuyển vị ngang và độ lún khi thi công Trước khi đắp lớp cát đầu tiên, nếu không vét được bùn thì cần lót một lớp bó cành cây (hoặc vải Địa kỹ thuật) để cát hoặc đá khỏi bị chìm vào lớp bùn

Chuyển vị ngang trung bình mỗi ngày không quá 4,0÷6,0 mm, khống chế trong khoảng 1,0 cm/ngày là có thể đảm bảo nền đường ổn định

Đối với nền đường, nền đất đắp nằm trên vùng bùn lầy thì việc áp dụng bệ phản

áp để khống chế khả năng phát triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đất yếu gây ra, chống trượt hai bên là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả nhất

Bệ phản áp đóng vai trò như một đối trọng làm tăng độ ổn định, cho phép đắp nền đường với chiều cao lớn hơn Do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn, có tác dụng phòng lũ, chống sóng và chống thấm nước

Giải pháp này không làm rút bớt được thời gian lúc đất cố kết và không giảm được độ lún, còn tăng thêm khả năng nén lún (do phụ thêm tải trọng của bệ phản áp

ở hai bên đường) Nó có nhược điểm là khối lượng đất đắp lớn và diện tích chiếm đất nhiều Phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ cũng như khối lượng quỹ đất dồi dào, khoảng cách vận chuyển không bị hạn chế về phạm vi

Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét, vật liệu dùng là các loại đất hoặc cát thông thường Trong trường hợp khó khăn có thể sử dụng cả đất lẫn hữu cơ

Xác định kích thước là vấn đề mấu chốt trong việc tính toán và thiết kế bệ phản

áp Nhiều phương pháp dựa vào giả thiết khác nhau nhưng chỉ gần đúng Có tác giả dựa vào sự hình thành vùng biến dạng dẻo phát triển ở hai bên công trình Người khác dựa vào giả thiết mặt trượt của đất nền có dạng hình trụ tròn Cũng có tác giả

Trang 24

tính toán dựa theo lý luận cân bằng giới hạn để xác định mặt trượt và suy ra trạng thái giới hạn của đất nền Để đơn giản hơn trong tính toán, một số tác giả dựa vào điều kiện khống chế ứng suất ngang để quyết định kích thước của bệ phản áp

Với các công trình nền đường, nền đất đắp,… phương pháp tính toán kích thước bệ phản áp dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo được áp dụng nhiều hơn Tăng chiều rộng của bệ phản áp, hệ số an toàn sẽ tăng lên

Theo kinh nghiệm của Trung Quốc thì:

- Chiều cao bệ phản áp HRpaR> 1/3 lần chiều cao nền đường HR

- Bề rộng của bệ phản áp LRpaR = (2/3÷3/4) lần chiều dài truồi đất

Theo toán đồ của Pilit thì:

- Chiều cao bệ phản áp HRpaR = (40÷50)% chiều cao nền đường HR

- Bề rộng của bệ phản áp LRpaR = (2÷3) lần chiều dày lớp đất yếu D

a) Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu của nền đường hay công trình đất đắp, được

áp dụng khi nền đường hay công trình đất đắp có dạng hình thang

Trang 25

b) Bệ phản áp làm xoải mái dốc taluy của nền đường hay công trình đất đắp, được

áp dụng khi nền đường hay nền công trình đất đắp có dạng hình tam giác hay

gần với hình tam giác

(Phạm Quang Tuấn, 2003)

Bệ phản áp được đắp cùng một lúc với việc xây dựng nền đất đắp chính Nếu

xe máy thường xuyên đi lại trên đó, phần dưới của bệ phản áp phải được đắp bằng vật liệu thấm nước và cần đầm lèn cho cẩn thận

Chiều cao của bệ phản áp không được quá lớn để có thể lại gây trượt trồi (mất

ổn định) đối với chính phần đất đắp Khi thiết kế thường giả thiết chiều cao bệ phản

áp bằng chiều cao của nền đất đắp rồi nghiệm toán ổn định theo phương pháp mặt

trượt trụ tròn Chiều cao trung bình bệ phản áp lấy từ (1,5÷2,0) mét Độ chặt đất đắp

nên đạt K ≥ 0,9 (đầm nén tiêu chuẩn)

Ưu điểm của phướng pháp là thi công đơn giản, nhanh gọn, tận dụng được nguồn quỹ đất khai thác ngay tại địa phương

Nhược điểm là khối lượng đất đắp lớn, chiếm nhiều diện tích đất tự nhiên, không phù hợp đối với các loại đất yếu là than bùn và bùn sét Đồng thời hoàn toàn không phù hợp với những khu vực thi công phải vận chuyển đất đắp từ nơi khác

Trang 26

đến; Giải pháp này không làm giảm được thời gian lún cố kết mà còn làm tăng thêm

độ lún của công trình do tăng thêm tải trọng do bệ phản áp ở hai bên đường

Giải pháp này chỉ nên dùng khi đắp đường trực tiếp trên nền đất với tác dụng chính làm tăng cường mức ổn định chống trượt trồi cho nền đường, nhằm đạt được yêu cầu về ổn định cả trong quá trình đắp và quá trình khai thác lâu dài; Tầng đất yếu có chiều dày không lớn lắm và nền đường đắp cao trung bình; Quỹ đất để xây dựng thật dồi dào và dễ khai thác, gần khu vực thi công; Khi độ lún còn lại của công trình ≤ 30,0cm

Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước, tính nén lớn hoặc đất

có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng Để xây dựng công trình trên nền đất này cần xử lý bằng cọc cát, cọc vôi hoặc nén trước bằng tải

trọng tĩnh, nén chặt đất trên mặt và dưới sâu, làm chặt đất bằng năng lượng nổ…

1.3.2.1 Ph ương pháp cọc cát

Khi xử lý nền bằng cọc cát (Hình 1.5), nền đất được nén chặt lại làm cho độ rỗng, độ ẩm của nền giảm đi, trọng lượng thể tích, mô đun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên, do đó sức chịu tải của nền tăng lên Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc làm việc đồng thời, trị số

mô đun biến dạng gần như giống nhau tại mọi điểm Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được xử lý bằng cọc cát có thể xem như nền thiên nhiên Đây cũng là

ưu điểm của cọc cát so với các loại cọc cứng khác, mô đun biến dạng của vật liệu làm cọc lớn hơn nhiều lần mô đun biến dạng của đất xung quanh thân cọc, do đó toàn bộ tải trọng công trình sẽ truyền lên các cọc, các lớp đất dưới mũi và xung quanh cọc Đất ở xa cọc hầu như không tham gia chịu lực

Khi dùng cọc cát làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền Ngoài tác dụng nén chặt nền, nó còn làm việc như các giếng cát thoát nước, nước trong đất thoát ra

Trang 27

nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng Phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công (Hoàng Văn Tân và nnk, 2006)

Hình 1.5: Cọc cát trong nền đất yếu

1.3.2.2 Ph ương pháp cọc vôi

Phương pháp này được sử dụng thích hợp với đất yếu như bùn, than bùn, sét và

á sét ở trạng thái dẻo nhão Đặc điểm của cọc vôi là sau khi tác dụng với nước thì cường độ tăng lên rất nhanh, vôi tăng thể tích 2 lần làm cho đất xung quanh nén chặt, môđun biến dạng tăng 3÷4 lần, lực dính tăng 1,5÷3 lần, cường độ nền cọc vôi tăng 2÷3 lần Theo kết quả thực nghiệm, cường độ của cọc vôi khi nén một trục có thể đạt tới 10÷25kG/cmP

Trang 28

khi thi công sẽ được các cột có đường kính nhất định, cải thiện được độ ổn định và giảm nhỏ độ lún, tăng sức chịu tải của nền 3÷4 lần Kỹ thuật này ít phổ biến khi xử

lý trên diện rộng và yêu cầu phải có đơn vị thi công chuyên nghiệp (Hoàng Văn Tân

và nnk, 2006)

1.3.2.4 Ph ương pháp trụ đất xi măng

Trụ đất xi măng là trụ tròn bằng hỗn hợp đất - xi măng, hay đất - vữa xi măng được chế tạo bằng cách trộn cơ học xi măng hoặc vữa xi măng với đất tại chỗ Quá trình trộn có thể là trộn khô hoặc trộn ướt Trộn khô là quá trình xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột xi măng khô với đất, có hoặc không có phụ gia Trộn ướt là quá trình xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn vữa xi măng gồm nước, xi măng, có hoặc không có phụ gia với đất Khi gia cố trụ, hiện tượng nổi trội chính là sự phân bố lại ứng suất trong hệ thống trụ-đất theo thời gian Ngay khi tác động, tải trọng được chịu bởi áp lực nước lỗ rỗng dư Trụ tăng độ cứng theo thời gian sẽ chịu dần tải trọng, giảm bớt tải trọng lên đất Hệ quả là áp lực nước lỗ rỗng

dư trong đất yếu giảm nhanh Phân bố lại ứng suất là nguyên nhân chính để giảm độ lún và tăng tốc độ lún (Hoàng Văn Tân và nnk, 2006)

Hình 1.6: Dây chuyền công nghệ thi công trụ đất xi măng

Dưới đây là các ứng dụng chính của trụ đất xi măng trộn sâu

Trang 29

Hình 1.7: Các ứng dụng của trụ đất xi măng trộn sâu

1.3.2.5 Ph ương pháp cột Balát (cột vật liệu rời)

Hệ thống cột balát đầm chặt được tạo thành trong đất nhờ một đầm dùi chấn động hoặc bằng cách hạ một ống rỗng rồi rót đá balát vào và đầm chặt bằng chấn

động tạo thành các cột đá balát đường kính từ 60 ÷ 120cm Các cột này có tác dụng

như các điểm tăng cường đất mềm, cải thiện độ ổn định và giảm nhỏ độ lún Do là vật liệu rời nên nó cũng có tác dụng thoát nước thẳng đứng Có thể kiểm tra các đặc trưng cơ học của cột bằng thiết bị xuyên và thí nghiệm gia tải trên cột Tuy nhiên phương pháp này chỉ hiệu quả với chiều dày xử lý không lớn hơn 15m và giá thành tương đối cao (Hoàng Văn Tân và nnk, 2006)

Trang 30

Hình 1.8: Cột vật liệu rời

Dùng năng lượng nổ để gia cố nền đất yếu là một phương pháp được Viện Thiết kế Bộ Giao thông Vận tải đưa vào sử dụng bắt đầu từ những năm chống chiến tranh phá hoại của giặc Mỹ

Nội dung của phương pháp này như sau: trong phạm vi bề mặt và chiều dày của lớp đất yếu cần được gia cố sẽ bố trí các quả mìn dài theo mạng lưới tam giác đều Những giếng được năng lượng nổ tạo thành sẽ nén đất ra xung quanh Kích thước

và khoảng cách giếng phải được tính toán đủ đảm bảo nén đất đến độ chặt cần thiết Sức chịu tải của nền yếu tăng lên đơn thuần nhờ sức nổ ép làm cho các hạt đất sắp xếp lại, sít vào nhau hơn và cũng có thể do tác dụng của quá trình cố kết thấm của các giếng cát lấp các giếng nổ (Hoàng Văn Tân và nnk, 2006)

1.3.2.7 Ph ương pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh

Đối với nền đất dưới công trình có tính nén lớn và biến dạng không đồng đều như sét, sét pha cát ở trạng thái chảy hoặc cát nhỏ, cát nhỏ ở trạng thái bão hòa nước, muốn nén chặt nó yêu cầu phải có tải trọng tác dụng thường xuyên trong thời

Trang 31

gian dài thì mới có hiệu quả Trong nhiều trường hợp, nếu độ lớn dự tính rất lớn, vượt quá những chỉ dẫn cho phép trong quy phạm, để đảm bảo cho công trình có thể

sử dụng được ngay sau khi thi công thì một trong những biện pháp hay dùng là nén trước bằng tải trọng tĩnh

Tác dụng của biện pháp này là làm cho nền đất được nén chặt một phần, độ ẩm

và biến dạng của đất giảm đi và khả năng chịu lực của đất nền tăng lên (Hoàng Văn Tân và nnk, 2006)

 Khi chịu các tải trọng nằm ngang, móng cọc có thể chống uốn khi đang chống đỡ tải trọng thẳng đứng của công trình Trường hợp này xảy ra khi thiết kế xây dựng các công trình chắn đất và móng các nhà cao tầng chịu lực gió hay động đất

 Công trình xây dựng trên đất trương nở hay sụt lở có khả năng thay đổi thể tích khi độ ẩm thay đổi, áp lực trương nở có thể rất cao nên dùng móng nông thì rất không an toàn, phải thay bằng móng cọc với độ sâu cọc ở dưới đới xảy ra co ngót và trương nở

Trang 32

 Các móng ở dưới mực nước ngầm chịu lực đẩy ngược của nước ngầm, cọc được dùng để chống lại lực đẩy ngược này

 Các trụ cầu thường xây dưng trên móng cọc để tránh khả năng tổn thất sức chịu tải do đất ở mặt đất bị xâm thực

Tuy nhiên, cũng cần chú ý rằng không phải lúc nào dùng móng cọc cũng mang lại hiệu quả tốt, mà ngược lại có khi vì ứng dụng không đúng chỗ có thể gây lãng phí và nguy hiểm đối với công trình Chẳng hạn, lớp đất bên trên tương đối tốt, còn bên dưới là lớp đất yếu thì khi đóng cọc xuống, lớp đất bên trên sẽ bị phá hoại, còn lớp đất bên dưới sẽ sinh ra biến dạng phụ thêm gây nên nguy hiểm đối với điều kiện làm việc của công trình

Dưới đây giới thiệu một số loại cọc chủ yếu thường dùng trong thiết kế hiện nay

- Cọc tre: Ở nước ta cọc tre từ lâu đã được sử dụng để gia cố nền đất yếu có

chiều dày không lớn (2÷3m) dưới các công trình dân dụng, công nghiệp và thủy lợi loại vừa và nhỏ Tuổi thọ của cọc tre có khi đạt đến 30÷50 năm, tuy nhiên không nên dùng cọc tre ở những nơi đất nền khô hoặc khô ướt theo mùa, độ ẩm đất nền thay đổi sẽ làm cọc tre nhanh mục và hư hỏng Chiều dài làm việc có hiệu quả của cọc tre thường 2÷3m và đường kính cọc lớn hơn 6cm Tre làm cọc phải là loại tre đực, già trên 2 năm, thẳng và tươi Khi đóng cọc cần bảo đảm đầu cọc không giập

hoặc vỡ

- Cọc bê tông cốt thép: Cọc bê tông cốt thép là loại cọc dùng phổ biến trong

việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu Loại cọc này có khả năng tiếp thu được tải trọng lớn từ công trình, mỗi cọc có thể chịu được tải trọng 250÷300 tấn Cọc thường được cấu tạo tiết diện tròn, vuông, tam giác hoặc đa giác Để tăng tính kinh tế, giảm bớt lượng xi măng, thép và dễ dàng hơn trong vận chuyển, thay vì cọc đặc như trước đây người ta thường chế tạo những cọc rỗng Với những cọc có chiều dài lớn người ta thường dùng loại cọc bê tông cốt thép ứng lực trước để tăng cường

khả năng chịu lực của cọc

Trang 33

- Cọc nhồi: Cọc nhồi là loại cọc được chế tạo hạ xuống đất ngay tại chỗ bằng

cách khoan đào sẵn trong đất những lỗ cọc, đặt cốt thép sau đó đổ bê tông nhồi đầy

lỗ cọc Để cho lỗ cọc không bị sụt nở, người ta thường dùng ống vách bằng thép kết hợp với dung dịch sét bentonite

Cọc nhồi khắc phục được một trong những khó khăn chủ yếu khi ứng dụng móng cọc ở nước ta là thiết bi đóng hạ cọc còn hạn chế

Hình 1.9: Trình tự thi công cọc khoan nhồi

Trang 34

1.3.4 Nhóm phương pháp dùng đất có cốt

Đất có cốt là vật liệu xây dựng gồm có đất đã được tăng cường độ bằng cách bố trí các vật liệu chịu kéo như các thanh và dải kim loại, vải không bị phân hủy sinh học trong đất (vải địa kỹ thuật) Lợi ích cơ bản của đất có cốt là làm tăng cường độ chống kéo và cường độ chống cắt của đất do lực ma sát tồn tại ở mặt phân cách đất - cốt (Nguyễn Uyên, 2008)

Do nhược điểm của vật liệu làm cốt là dải kim loại thường bị ăn mòn, nên hiện nay thường dùng vải địa kỹ thuật làm cốt cho đất

Vải địa kỹ thuật có tác dụng chính là: Tác dụng thoát nước, vải làm cho nước trong đất thoát nhanh làm tăng độ bền chống cắt, độ ổn định của đất; Tác dụng lọc, khi đất ở giữa hai lớp hạt thô và hạt mịn, vải địa kỹ thuật vẫn cho nước thấm qua các lớp nhưng giữ cho không cho hạt mịn lôi cuốn vào hạt thô; Tác dụng chia tách, chia tách các lớp đất trong thi công và khi công trình làm việc; Tác dụng gia cố, làm tăng sức chịu tải nền đất do độ bền chống kéo của vải

Vải địa kỹ thuật có thể bố trí một hay nhiều lớp, (1÷5)lớp Mỗi lớp vải xen kẽ với một lớp cát đắp dày (15,0÷30,0)cm tùy theo khả năng lún và lu lèn khi thi công Tổng cường độ chịu kéo đứt của các lớp vải địa kỹ thuật có Fmax tương ứng

Nên chọn loại vải sợi dệt (wowen), cường độ chịu kéo đứt tối thiểu 25 kN/m để

đảm bảo hiệu quả đầm nén đất trên vải nhằm tạo hệ số ma sát cao

Trang 35

Ưu diểm là thi công đơn giản, nhanh gọn, không cần có thiết bị máy móc; Tăng cường ổn định cho nền đất đắp trên đất yếu, giá thành thấp; Không phụ thuộc vào mực nước ngầm cao hay thấp; Ngăn không cho cát chui xuống đất yếu và có tuổi thọ cao

Nhược điểm là không làm giảm thời gian lún, độ lún cố kết của công trình,

thích hợp khi độ lún còn lại của công trình ≤ 30,0 cm

Có thể thay thế lớp vải địa kỹ thuật bằng lưới địa kỹ thuật Loại này có cường

độ cao hơn vải địa kỹ thuật và có lỗ mắt cáo tạo lên một sức cài chặt

1.3.5 Nhóm phương pháp xử lý bằng hóa lý

Khi cắm vào trong đất dính bão hòa nước hai điện cực, cực dương là một thanh kim loại, cực âm là một ống kim loại có nhiều lỗ nhỏ, sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua, hạt đất chuyển dịch về phía cực dương, còn nước trong đất chuyển

về phía cực âm, khiến cho ống làm cực âm đầy nước Tại đây sẽ bố trí thiết bị hút nước, kết quả là nước thoát ra và đất ở giữa các điện cực được nén chặt lại

Phương pháp điện thấm trong xây dựng có tác dụng: Nâng cao khả năng chịu lực và tăng nhanh tốc độ cố kết của đất sét yếu; Làm tăng độ ổn định của mái dốc

và đáy hố móng khi thi công; Hạ mực nước ngầm trong đất (Hoàng Văn Tân và nnk, 2006)

Phương pháp điện hóa học dựa vào nguyên lý điện thấm để gia cường nền đất Phương pháp này bố trí cực dương là một thanh kim loại và cực âm là ống kim loại

có nhiều lỗ nhỏ để hút nước Để làm tăng tốc độ cố kết và hiệu quả nén chặt của đất nền khi cho dòng điện một chiều chạy qua, người ta thường dùng các dung dịch hóa học như canxi clorua, natri silicat,…Các dung dịch này được đưa vào trong đất qua cực dương Khi có dòng điện chạy qua, các điện cực sẽ bị phá hủy Các sản phẩm

Trang 36

phá hủy liên kết với các hạt sét làm cho khối đất trở nên cứng lại và nước sẽ thải ra cực âm

Hiệu quả ứng dụng của phương pháp điện hóa học phụ thuộc vào thành phần hóa học của loại đất cần gia cường Nếu đất có lượng muối lớn thì hiệu quả cao Do

đó, phương pháp điện hóa học không những chỉ dùng với đất sét có hàm lượng bụi

và hàm lượng sét lớn hơn 50% mà còn có thể áp dụng đối với các loại đất bùn ở biển có nồng độ muối cao

Phương pháp nhiệt dùng để gia cường các loại đất hoàng thổ có hệ số thấm 10÷20cm/phút nằm ở trên mực nước ngầm Phương pháp này chỉ dùng tốt khi chiều dày lớp đất gia cường lớn trên 3m Thực chất của phương pháp này là dùng nhiệt độ cao để gia cường đất và kết quả là loại trừ được tính lún sập, đồng thời làm tăng khả năng chịu tải và tính chịu nước của đất

Hiện nay gia cường đất bằng nhiệt có thể tiến hành theo cách là phụt vào trong đất qua lỗ khoan dòng khí nóng có nhiệt độ 600÷800P

1.3.6 Giải pháp thiết bị thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu

Giải pháp này sử dụng cho loại đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước, tính nén lún lớn, đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng còn nhỏ (đất cát rời, đất dính ở trạng thái dẻo chảy, đất bùn, than bùn) Khi chiều dày của lớp đất yếu khá lớn (bề dày tầng đất yếu vượt quá bề rộng đáy nền đất đắp) Không thể dùng các biện pháp khác để xử lý được

Nhờ cách bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm) nên nước cố kết ở các lớp sâu trong lòng đất yếu dưới tác dụng của tải trọng đắp sẽ có điều kiện thoát nhanh (nước dịch chuyển theo phương ngang thẩm thấu vào giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo đường này thoát lên mặt đất tự nhiên)

Trang 37

Chiều cao nền đất đắp tối thiểu 4,0 mét khi thiết kế cần thỏa mãn: (Phạm Quang Tuấn, 2003)

σR vz R + σR z R ≥ (1,2÷1,5).σR pz R và y = ( )

( vz z) vz

pz z

vz

σσ

σ

σσ

σ

lglg

lglg

−+

−+

> 0,6

Trong đó:

σR vz R = Σ γR i R - hR i R ứng suất (áp lực) thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất yếu gây ra ở độ sâu z (Mpa)

γR i R và hR i R - trọng lượng thể tích và bề dày của lớp đất thứ i nằm trong phạm vi

từ mặt tiếp xúc của đất với đắy nền đắp (z = 0) đến độ sâu z Đối với các lớp đất yếu nằm dưới mực nước ngầm thì trị số γR i Rphải dùng trọng lượng thể tích đẩy nổi

σR z R - ứng suất (áp lực) thẳng đứng do tải trọng đất đắp (phần nền đắp và phần gia tải trước, nhưng không kể phần chiều cao đắp hR x R quy đổi từ tải trọng phía trn gây ra ở độ sâu z trong đất yếu kể từ đáy nền đắp (MPa);

σR pz R - xác định từ thí nghiệm, áp lực tầng cố kết ở độ sâu z (MPa)

Hai điều kiện trên phải thỏa mãn đối với độ sâu z trong phạm vi từ đáy nền đất đắp đến hết chiều sâu đóng giếng cát hoặc bấc thấm Nếu không thỏa mãn các điều kiện nói trên thì có thể kết hợp với biện pháp gia tải trước để tăng σR z R

cm cao hơn mặt trên của tầng đệm cát

Nhiệm vụ chủ yếu của lớp đệm cát là để cho nước từ trong nền đất yếu dưới nền đường thoát ra ngoài Không có lớp đệm cát, nền đường lại đắp bằng loại đất dính thì khả năng vắt nước từ trong nền đất ra hầu như không có hoặc rất nhỏ Tác

Trang 38

dụng kèm theo là chịu lực thay cho lớp đất yếu trên mặt nền có sức chịu tải nhỏ nhất nhưng lại chịu các ứng suất cắt và nén lớn nhất

Trong điều kiện đất yếu, lớp đệm cát có chiều dày tối thiểu 0,5 mét Nếu là chiều dày nhỏ hơn, khi gặp đất yếu, đặc biệt là đất bùn, chúng sẽ xâm nhập vào đệm cát, làm mất tính chất thoát nước của nó Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả nhất khi tầng đất yếu ở trạng thái bão hòa nước và có chiều dày nhỏ (2,0 3,0) mét

Cát dùng làm tầng đệm phải là cát hạt to, hạt trung, có thể sử dụng cát hạt nhỏ nhưng không được dùng cát hạt mịn hoặc hạt bụi, có tỉ lệ hữu cơ < 5%, cỡ hạt lớn hơn 0,25 mm chiếm trên 50%, cỡ hạt nhỏ hơn 0,08 mm chiếm ít hơn 5% và phải thỏa mãn một trong hai điều kiện sau:

2 30

.D D

D

> 1 Trong đó:

DR 30 R – kích cỡ hạt cát mà lượng chứa các hạt nhỏ hơn nó chiếm 30%

DR 10 R – kích thước đường kính hạt cát lượng chứa cỡ nhỏ hơn chiếm 10% Chiều dày tầng đệm cát ít nhất phải bằng độ lún tổng cộng, nhưng không được nhỏ hơn 50,0cm Độ chặt đầm nén đạt yêu cầu K ≥ 0,9 độ chặt tiêu chuẩn

Bề rộng của mặt tầng đệm cát phải rộng hơn đáy nền đất đắp mỗi bên tối thiểu

là (0,5÷2,0) mét Mái dốc và phần mở rộng mỗi bên của tầng cát đệm phải cấu tạo tầng lọc ngược sao cho nước cố kết có thể thoát ra không lôi theo cát Nhất là khi lún chìm vào đất yếu nước cố kết vẫn có thể thoát ra Khi cần thiết dùng bơm hút bớt nước sẽ không gây phá hoại tầng cát đệm

Để đảm bảo nước trong đất có khả năng thoát ra theo phương thẳng đứng khi sử dụng giếng cát, chiều dày lớp đệm cát xác định như sau: hR đ R = S + (0,3÷0,5)m, với S

là độ lún tính toán của nền đất yếu

Trang 39

1.3.6.1 Phương pháp giếng cát

Đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái bão hòa nước có biến dạng lớn kéo dài và sức chịu tải thấp Với những trường hợp này đòi hỏi phải rút ngắn giai đoạn lún và độ lún tiếp đó trong thời gian đã đưa công trình vào sử dụng không vượt quá giới hạn cho phép

Giếng cát là một trong những phương pháp gia cố nền đáp ứng được các yêu cầu trên Giếng cát có tác dụng chính là: Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình xây dựng trên đó nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

Giếng cát và cọc cát có kích thước (đường kính và chiều dài) tương tự nhau, nhưng khoảng cách các giếng cát lớn hơn cọc cát Chính vì vậy mà cọc cát có nhiệm vụ chủ yếu là nén chặt đất, tăng sức chịu tải của nền, còn nhiệm vụ thoát nước lỗ rỗng là thứ yếu

đoạn: giai đoạn đầu tiên và giai đoạn cuối cùng

Xác định theo trị của tải trọng an toàn (ứng với vùng biến dạng dẻo, chỉ tồn tại một điểm ở hai mép diện chịu tải) hoặc một điểm trên trục đối xứng của tải trọng cho tải trọng phân bố theo luật tam giác cân

- Cho tải trọng phân bố đều:

qR at R = ( )

2 cot

cot

Π

− +

+ Π

ϕϕ

ϕγ

g

g c h

ϕ sin cos

.

Trong trường hợp này ϕ và c ứng với trạng thái tự nhiên của đất chưa cố kết

Trang 40

Tải trọng phụ cho giai đoạn cuối cùng: Xác định theo tải trọng an toàn (qR at R) nêu trên nhưng các trị số C và ϕ lấy ứng với trường hợp đất nền đã được tăng lên do tác dụng vắt ép nước của tải trọng phụ tạm thời cho giai đoạn đầu tiên

Quá trình thoát nước của các giếng cát sẽ làm giảm độ ẩm của đất yếu Làm tăng cao C và ϕ, làm xảy ra trước độ lún của nền đất yếu

Giếng cát có nhiệm vụ chủ yếu là rút ngắn chiều dài đường thấm thoát nước thẳng đứng ở trong nền đất yếu và cải tạo một phần tính chất của đất Hệ thống giếng cát gồm 3 bộ phận chính không thể thiếu: giếng cát, đệm cát và tải trọng phụ tạm thời có tác dụng tao ra gradient trong nền đất yếu để ép đẩy nước ra ngoài Khi không có giếng cát, chỉ có lớp đệm cát ở trên mặt thì dưới tác dụng của tải trọng công trình, nước trong vùng hoạt động D có khả năng thoát ra theo phương thẳng đứng dưới tác dụng của gradient thuỷ lực (iR v R) ép đẩy nước theo phương đứng Khi có bố trí giếng cát trong nền đất yếu, dưới tác dụng của tải trọng nền đường, nước trong đất thoát ra chủ yếu theo phương ngang để đi vào các giếng cát dưới tác dụng của gradient thuỷ lực Ở mặt phẳng đáy các giếng cát gradient thuỷ lực theo phương ngang iR r Rlớn hơn 10 lần gradient theo phương đứng iR v R (iR r R ≥ 10.iR v R) Nếu các giếng cát bố trí theo kiểu tam giác đều thì chiếu dài đường thấm:

Trong đó: a- cự ly giữa các giếng cát và r- bán kính của giếng cát

phụ thuộc vào đường kính giếng cát và tốc độ cố kết của nền đất yếu Dựa vào đặc tính của nền đất yếu và tính chất tác dụng của tải trọng Ứng với mỗi kích thước của đường kính có thể chọn khoảng cách giữa các giếng cát một cách hợp lý Theo kinh nghiệm thực tế, khoảng cách giữa các giếng cát có thể chọn trong phạm vi từ (1,0÷10) mét Trong thực tế hay chọn khoảng cách (1,0÷5,0) mét

Ngày đăng: 15/03/2019, 12:05

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
1. Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Hoàng Văn Tân (1998), Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn, Nxb Xây dựng Sách, tạp chí
Tiêu đề: Tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn
Tác giả: Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Hoàng Văn Tân
Nhà XB: Nxb Xây dựng
Năm: 1998
2. Cao V ăn Chí, Trịnh Văn Cương, (2003). C ơ học đất, Nxb Xây dựng, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Cơ học đất
Tác giả: Cao V ăn Chí, Trịnh Văn Cương
Nhà XB: Nxb Xây dựng
Năm: 2003
4. Nguyễn Quang Chiêu, Nguyễn Xuân Đào, (2004). Ứng dụng các giải pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu đường ô tô và sân bay, Nxb Xây dựng Sách, tạp chí
Tiêu đề: Ứng dụng các giải pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu đường ô tô và sân bay
Tác giả: Nguyễn Quang Chiêu, Nguyễn Xuân Đào
Nhà XB: Nxb Xây dựng
Năm: 2004
6. Đỗ Văn Đệ, (2008). Phần mềm Plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công. Nxb Xây dựng, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Phần mềm Plaxis ứng dụng vào tính toán các công trình thủy công
Tác giả: Đỗ Văn Đệ
Nhà XB: Nxb Xây dựng
Năm: 2008
7. N guyễn Thị Bích Hạnh, (2008). Nghiên cứu biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - Trường Đại học Thủy lợi Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nghiên cứu biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát
Tác giả: N guyễn Thị Bích Hạnh
Năm: 2008
8. Nguyễn Thị Bích Hạnh, Nguyễn Hồng Nam, số 3-2008. Mô phỏng bài toán giếng cát xử lý nền đất yếu theo sơ đồ bài toán phẳng tương đương, Tạp chí Địa kỹ thuật Sách, tạp chí
Tiêu đề: Mô phỏng bài toán giếng cát xử lý nền đất yếu theo sơ đồ bài toán phẳng tương đương
9. Nguyễn Bá Kế, (2008). Sự cố nền móng công trình, Nxb xây dựng, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Sự cố nền móng công trình
Tác giả: Nguyễn Bá Kế
Nhà XB: Nxb xây dựng
Năm: 2008
10. Bùi Tuấn Long, (2007), Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu - Luận văn T hạc sĩ kỹ thuật - Trường Đại học Thủy lợi Sách, tạp chí
Tiêu đề: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu -
Tác giả: Bùi Tuấn Long
Năm: 2007
12. Hoàng Văn Tân, Phan Xuân Trường, Trần Đình Ngô, Nguyễn Hải, Phạm Xuân (2006). Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu , Nxb Giaothông Vận tải Sách, tạp chí
Tiêu đề: Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu
Tác giả: Hoàng Văn Tân, Phan Xuân Trường, Trần Đình Ngô, Nguyễn Hải, Phạm Xuân
Nhà XB: Nxb Giao thông Vận tải
Năm: 2006
16. Nguyễn Uyên, (2008), Xử lý nền đất yếu trong xây dựng, Nxb Xây dựng, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Xử lý nền đất yếu trong xây dựng
Tác giả: Nguyễn Uyên
Nhà XB: Nxb Xây dựng
Năm: 2008
17. Whitlow, R. (1996). C ơ học đất , t ập 2. Bản dịch của Nguyễn Uyên và Trịnh V ăn Cương.Tiếng Anh Sách, tạp chí
Tiêu đề: Cơ học đất
Tác giả: Whitlow, R
Năm: 1996
19. Chai J.C.,, Shen S.L., Miura N. and Bergado D.T. (2001). Simple Method of Moderning PVD - Improved Subsoil, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 127, No. 11,, pp. 965-972 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Simple Method of Moderning PVD - Improved Subsoil
Tác giả: Chai J.C.,, Shen S.L., Miura N. and Bergado D.T
Năm: 2001
22. Holtz R.D, Kovacs W.D, (1981). An Introduction to Geotechnical Engineering. Prentice Hall Sách, tạp chí
Tiêu đề: An Introduction to Geotechnical Engineering
Tác giả: Holtz R.D, Kovacs W.D
Năm: 1981
25. Matsui, T. and San, K.C.(1992), Finite element stability analysis by shear strenth reduction technique, Soils and Foundations, Vol.32, No.1, pp59-70 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Finite element stability analysis by shear strenth reduction technique, Soils and Foundations
Tác giả: Matsui, T. and San, K.C
Năm: 1992
3. Nguyễn Quang Chiêu, (2004). Nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam Khác
11. Nguyễn Hồng Nam và Nguyễn Hồng Trường (2010). Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng, Tạp chí khoa học thủy lợi và môi trường, Số 30, tr. 28-36 Khác
13. Nguyễn Hồng Trường (2010). Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Thủy lợi Khác
14. TCXD 245-2000, Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước Khác
18. Brinkgreve, R.B.J., Broere, W and Waterman, D, (2006). PLAXIS 2D - version 8, User’s manual, Plaxis BV, The Netherlands Khác
20. Hansbo, S. (2004). Experience of Consolidation Process from Test Areas with and without Vertical Drains Khác

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w