Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát của một công trình thực tế đang trong quá trình thi công. Các số liệu quan trắc tại hiện trường được phân tích, đánh giá và dùng để kiểm chứng lại mô hình tính toán, các số liệu đầu vào và độ tin cậy của giải pháp. Kết quả nghiên cứu thu được có thể là tài liệu tham khảo cho các công trình có tính chất tương tự.
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC nNgày nhận bài: 28/6/2021 nNgày sửa bài: 07/7/2021 nNgày chấp nhận đăng: 5/8/2021 Nghiên cứu xử lý đường đắp cao đất yếu cọc cát Study on treatment of embankment on soft soil with sand compaction pile > TS ĐỖ THẮNG1, KS NGUYỄN DUY HỒNG1 Trường Đại học Thủy lợi TĨM TẮT: Nền đường đắp cao đất yếu phải đảm bảo điều kiện ổn định độ lún giới hạn cho phép Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý đất yếu, nhiên cơng trình cụ thể để lựa chọn giải pháp phù hợp mặt kinh tế kỹ thuật vấn đề mà người thiết kế cần giải đáp Bài báo trình bày kết nghiên cứu giải pháp xử lý đất yếu cọc cát cơng trình thực tế q trình thi cơng Các số liệu quan trắc trường phân tích, đánh giá dùng để kiểm chứng lại mơ hình tính tốn, số liệu đầu vào độ tin cậy giải pháp Kết nghiên cứu thu tài liệu tham khảo cho cơng trình có tính chất tương tự Từ khóa: Cọc cát, đất yếu, đường đắp cao, ổn định, lún ABSTRACT: The embankment on soft soil must ensure stable conditions and settlement within the allowable limit Currently, there are many solutions to treat soft soil, but for each specific project, choosing the right solution in terms of economic and technical is a problem that the designer needs to answer This paper presents the results of the study on solutions to treat soft soil with sand compaction pile of actual construction in progress The field monitoring data is analyzed, evaluated, and used to verify the calculated model, input data, and the reliability of the solution Research results can be used as references for similar works Keywords: Sand compaction pile, soft soil, embankment, stability, settlement 48 08.2021 ISSN 2734-9888 ĐẶT VẤN ĐỀ Cọc cát phương pháp xử lý đất yếu cách đưa cát đầm nén chặt vào lớp đất yếu Nguyên lý làm việc cọc cát vừa đóng vai trị thiết bị nước đứng giếng cát, vừa có tác dụng làm chặt đất Phương pháp áp dụng cho tất loại đất yếu nên sử dụng rộng rãi nước giới áp dụng ngày nhiều cơng trình giao thơng có u cầu kỹ thuật cao Việt Nam như: Đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai, Đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng, Đường đầu cầu Tân Vũ - Lạch Huyện, Đường cao tốc Bắc Nam Đất hỗn hợp bao gồm đất yếu cọc cát nén chặt hình thành có cường độ kháng cắt cao khả nước tốt Nhờ có cọc cát, sức chịu tải đất tăng lên đất yếu thay phần tượng tập trung ứng suất Sự tập trung ứng suất tải trọng tập trung chủ yếu vào cọc cát Ngồi ra, hiệu nước cọc cát làm tăng độ cứng chung đất giảm khả bị đẩy trồi giảm độ lún cố kết Trong báo trình bày kết nghiên cứu đoạn đường tuyến cao tốc Bắc Nam xử lý đất yếu cọc cát q trình thi cơng Từ số liệu địa hình, địa chất, thủy văn, vẽ thiết kế, tác giả xây dựng mơ hình tính tốn ổn định lún cho cơng trình Các số liệu quan trắc trường phân tích, đánh giá dùng để kiểm chứng lại mơ hình tính tốn, số liệu đầu vào độ tin cậy giải pháp GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH Đoạn đường xử lý đất yếu cọc cát q trình thi cơng qua tỉnh Thừa Thiên - Huế thuộc dự án xây dựng số đoạn đường cao tốc tuyến Bắc Nam phía đơng (giai đoạn 2017 – 2020) thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 5729-2012 Đường cấp 80 - 100 có tốc độ tính tốn Vtt= 80 - 100km/h Quy mơ mặt cắt ngang xe sau: bề rộng đường Bnền=23m; chiều rộng mặt đường Bmặt=2(23,75m)=15,0m; dải phân cách Bpc=0,5m; dải an tồn phía 20,5m=1,0m; dừng xe khẩn cấp 22,5m=5,0m; lề đất: Blề=20,75m=1,5m Giải pháp thiết kế: Chiều cao đắp Hđ=9m; độ dốc taluy 1/2; đắp cấp có tạo rộng 2m, cao mặt đất tự nhiên 3m (thấp vai đường 6m) Cao độ mực nước ngầm mặt đất tự nhiên Vật liệu đắp đất lấy mỏ có dung trọng thể tích ứng với K=0,95 = 21kN/m3, c=23kPa, =20,50 Địa tầng khu vực gồm lớp đất theo thứ tự từ xuống sau: - Lớp HC: Sét dẻo lẫn dăm sạn, rễ màu xám nâu, xám vàng, phủ bề mặt địa hình Chiều dày lớp dao động từ 0,3m đến 0,5m Lớp bóc bỏ thi cơng - Lớp 1: Sét dẻo (CL) trạng thái dẻo cứng màu xám nâu, xám vàng Lớp nằm lớp HC, chiều dày 5m, nguồn gốc sườn tích, NSPT = 9-13 - Lớp 1b: Sét dẻo (CL) trạng thái dẻo mềm - dẻo chảy màu xám nâu, xám ghi Lớp nằm lớp 1, chiều dày lớp trung bình 15m, NSPT = 2-7 - Lớp 2: Sét dẻo (CL) chứa dăm sạn, trạng thái nửa cứng, màu xám nâu, xám vàng Một số tiêu lý đất tổng hợp Bảng Bảng Một số tiêu lý đất Cu Bề dày w e Cc Cs Cv Tên lớp (m) (kN/m³) (kPa) 0,78 Lớp 5,0 18,7 42,0 0,890 0,116 0,03 Lớp 1b 15,0 17,1 21,2 1,409 0,434 0,09 0,88 Lớp >5,0 19,0 57,8 0,839 0,085 0,03 0,74 Nền đất yếu xử lý phương án cọc cát đường kính D700, chiều dài cọc trung bình 13-14m, khoảng cách cọc 1,8m Lớp đệm cát thoát nước cát hạt trung dày 60cm KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG Theo tiêu chuẩn 22TCN 262:2000 - Quy trình khảo sát thiết kế đường tô đắp đất yếu Khi sử dụng phương pháp Bishop, hệ số an toàn ổn định tối thiểu [Kmin] = 1,40 Cọc cát bố trí theo sơ đồ tam giác với khoảng cách tim cọc 1,8m nên tỷ số diện tích thay tính theo công thức sau: D 2 3,14 0,7 as 0,137 s 3 1,8 Hệ số tăng ứng suất cọc cát: s n 2,354 s (n 1)as (3 1)0,137 đó: ứng suất trung bình; n hệ số tập trung ứng suất, lấy n=3 Hệ số giảm ứng suất đất xung quanh cọc cát: c 1 0,785 c (n 1)as (3 1)0,137 Góc nội ma sát đất hỗn hợp cọc cát đất xung quanh xác định theo công thức: tb arctan( s as tan s ) arctan(2,354 * 0,137 * tan 350 ) 12,740 Lực dính đơn vị đất hỗn hợp xác định theo công thức: ctb (1 as )c - Giữa cọc cát lớp đất 1: ctb1 (1 0,137)42 36, 24kPa - Giữa cọc cát lớp đất 1b: ctb (1 0,137)21, 18, 29kPa Tải trọng xe ô tô quy đổi thành tải trọng rải q=1,5T/m2 Để đơn giản tính tốn, sử dụng phần mềm GEOSTUDIO/SLOPE/W Canada Kết tính tốn thể Hình Ta thấy Kmin=1,442 > [Kmin]=1,4 (với phương pháp Bishop) → Nền đường đảm bảo ổn định KIỂM TOÁN LÚN Theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000, sau hồn thành cơng trình mặt đường xây dựng vùng đất yếu, phần độ lún cố kết lại S trục tim đường với đoạn đắp thông 30cm thường phải S Độ lún cố kết Sc của đất gia cường cọc cát dự tính theo phương pháp phân tầng lấy tổng với cơng thức: C zi vzi Sc1 c H i lg c vzi e0 đó: Hi - Bề dày lớp đất tính lún thứ i (phân thành n lớp có đặc trưng biến dạng khác nhau), i từ đến n lớp; Hi 2,0m; e0i - Hệ số rỗng lớp đất i trạng thái tự nhiên ban đầu Cci - Chỉ số nén lún vzi - Ứng suất trọng lượng thân lớp đất tự nhiên nằm lớp i zi - Ứng suất gây lún tương ứng với độ sâu z lớp đất Độ lún cố kết Sc của đất cọc cát dự tính theo phương pháp phân tầng lấy tổng với công thức: C i i Sc c H i lg z i vz vz e0 Độ lún cố kết đất gia cường cọc cát chiết giảm hệ số giảm ứng suất c Kết tính tốn thể Bảng Độ cố kết U đạt sau thời gian t kể từ lúc đắp xong phạm vi cọc cát xác định theo công thức sau: U 1 (1 U v )(1 U h ) đó: U v - Độ cố kết theo phương thẳng đứng U h - Độ cố kết theo phương ngang tác dụng cọc cát Độ lún cố kết sơ cấp đắp đất yếu sau thời gian t xác định sau: St USc Độ lún cố kết đất cọc cát bao gồm độ cố kết theo phương đứng U v Kết tính tốn độ lún theo thời gian phạm vi cọc cát thể Bảng đất cọc cát thể Bảng ISSN 2734-9888 08.2021 49 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Bảng Kết tính lún cố kết đất Lớp đất Dày lớp (m) 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 1,29 1,29 1,29 1,29 1,29 1,29 1,29 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 Nền hỗn hợp cọc cát + lớp dày 5m Nền hỗn hợp cọc cát + lớp 1b dày 9m Lớp 1b dày 6m Z (m) 0,25 0,75 1,25 1,75 2,25 2,75 3,25 3,75 4,25 4,75 5,64 6,93 8,21 9,50 10,79 12,07 13,36 14,43 15,29 16,14 17,00 17,86 18,71 19,57 = (kN/m3) 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 8,70 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 7,10 z (MPa) 0,002 0,007 0,011 0,015 0,020 0,024 0,028 0,033 0,037 0,041 0,040 0,049 0,058 0,067 0,077 0,086 0,095 0,102 0,109 0,115 0,121 0,127 0,133 0,139 eo 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 vz (MPa) 0,189 0,189 0,189 0,189 0,189 0,189 0,189 0,188 0,188 0,188 0,187 0,185 0,184 0,181 0,179 0,176 0,172 0,170 0,167 0,165 0,163 0,160 0,158 0,155 Cc 0,002 0,007 0,011 0,015 0,020 0,024 0,028 0,033 0,037 0,041 0,040 0,049 0,058 0,067 0,077 0,086 0,095 0,102 0,109 0,115 0,121 0,127 0,133 0,139 Độ lún cố kết Sc = Sc (m) 0.056 0.042 0.036 0.032 0.029 0.026 0.024 0.023 0.021 0.020 0.155 0.138 0.125 0.114 0.105 0.096 0.089 0.066 0.063 0.060 0.057 0.055 0.053 0.050 1,54 Bảng Tính tốn độ lún theo thời gian phạm vi cọc cát 50 Số tháng Số ngày (tháng) (ngày) 0,5 Cố kết đứng phần cọc cát Cố kết ngang phần cọc cát Uv % Uh % Độ cố kết chung Độ lún cố kết sơ cấp Ut (%) Sc (cm) 43,38 45,93 52,03 0,0619 67,94 70,83 80,24 13,54 0,0929 81,84 84,30 95,50 0,0090 18,05 0,1238 89,72 91,58 103,74 75 0,0113 22,57 0,1548 94,18 95,49 108,18 3,5 105 0,0158 14,64 0,2167 98,13 98,41 111,48 120 0,0181 15,91 0,2477 98,94 99,11 112,27 180 0,0271 20,98 0,3715 99,89 99,91 113,18 7,5 225 0,0339 24,79 0,4644 99,98 99,99 113,26 270 0,0406 25,02 0,5572 100,00 100,00 113,28 Tv Uv% Th Uh(%) 15 0,0023 4,51 0,0310 30 0,0045 9,03 1,5 45 0,0068 60 2,5 08.2021 ISSN 2734-9888 Số tháng (tháng) Bảng Tính tốn độ lún theo thời gian đất cọc cát Nhân tố thời gian Độ cố kết Ut % Độ lún theo thời gian Tv (%) St (cm) 0,0127 12,79 5,15 0,0253 17,94 7,22 0,0380 21,95 8,84 0,0570 26,93 10,85 Từ Bảng 3, ta thấy chọn tỷ số Ch/Cv=1 (nhỏ so với khuyến nghị tiêu chuẩn 22TCN262-2000 khoảng từ 5), với giải pháp xử lý cọc cát vòng tháng sau đắp xong độ cố kết đạt 91,58% sau tháng độ cố kết đạt 100% Độ cố kết đất cọc cát (bảng 4) chậm nhiều so với phạm vi cọc cát, nhiên sau tháng lún 10,85cm Do vậy, sau tháng độ lún lại đường bằng: S Sc Sc1 Sc 154 113, 28 10,85 29,87cm 30cm → Đạt yêu cầu S THẢO LUẬN Cơng trình đắp xong tháng trình chờ cố kết Kết quan trắc độ lún sau tháng xấp xỉ 60cm, nhỏ nhiều độ lún tính tốn ( S tt2thang S1 S 103,74 5,15 108,89cm ) Tốc độ lún quan trắc giảm dần, ngày gần xấp xỉ 5mm/ngày Kết tính tốn độ lún theo thời gian (tốc độ lún) phù hợp với kết quan trắc nên dự đốn đất chuẩn bị đạt độ cố kết yêu cầu Như vậy, độ lún cố kết thực tế đất nhỏ nhiều độ lún dự tính gia cường cọc cát Điều phù hợp với cơng trình đường đầu cầu Tân Vũ - Lạch Huyện đưa vào khai thác gần năm mà tác giả người phân tích số liệu quan trắc kiến nghị hướng xử lý Cơng trình đường đầu cầu Tân Vũ - Lạch Huyện việc bố trí bàn đo lún cọc quan trắc chuyển vị ngang cơng trình cịn áp dụng biện pháp quan trắc đại như: đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezometer), đo chuyển vị ngang theo chiều sâu (Inclinometer) Việc đo áp lực nước lỗ rỗng cần thiết để thấy mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dư tránh kết luận sai lầm vào độ lún lại: Trường hợp độ lún thực tế nhỏ nhiều độ lún dự báo (thường xảy với phương án gia cố cọc cát, cọc đá dăm…) thêm thời gian chờ cố kết; ngược lai độ lún thực tế lớn nhiều độ lún dự báo (thường xảy với phương án gia cố bấc thấm) dẫn đến hậu đưa vào khai thác gắn biển “đường chờ lún” Tiêu chuẩn JTGD30-2004 Trung Quốc quy định quan trắc tháng liên tiếp, tháng độ lún không vượt 5mm, thoả mãn yêu cầu dỡ tải đào đường bắt đầu cho phép rải mặt đường Từ năm 2008, tác giả vận dụng để tính tốn, khảo sát cho nhiều số liệu đầu vào khác nhận thấy quy định thực tế thời gian quan trắc ngắn lại giải vấn đề dự báo độ lún cố kết khơng xác Quy định Bộ Giao thông Vận tải đưa vào “Quy định tạm thời hướng dẫn việc theo dõi xử lý đoạn đường ô tô qua vùng đất yếu có chờ lún sau đưa vào khai thác” theo Quyết định 1897/QĐBGTVT ngày 20 tháng năm 2016 Hệ số tập trung ứng suất n có ảnh hướng lớn đến kết tính tốn ổn định dự báo độ lún cố kết đất gia cường cọc cát Trong tính tốn nay, để thiên an toàn thường chọn hệ số nhỏ Do cần xây dựng tương quan cường độ cọc cát đất xung quanh với hệ số tập trung ứng suất để có kết tính toán phù hợp với thực tế KẾT LUẬN Thơng qua việc nghiên cứu cơng trình thực tế thấy cọc cát giải pháp xử lý đất yếu hiệu quả, phù hợp với cơng trình có yêu cầu kỹ thuật cao Cọc cát thay phần đất yếu vừa đóng vai trị thiết bị thoát nước đứng giếng cát vừa làm tăng độ cứng chung đất giảm khả bị đẩy trồi giảm độ lún cố kết Hiện nay, nước ta chưa có tiêu chuẩn cọc cát nên việc tính tốn thiết kế thi cơng nghiệm thu cịn chưa thống Việc lựa chọn mơ hình tính tốn cần nghiên cứu lý thuyết cách tồn diện kiểm chứng với cơng trình thực tế thi cơng để hiệu chỉnh cho phù hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 22TCN 262-2000, Quy trình khảo sát thiết kế đường tơ đắp đất yếu Tiêu chuẩn thiết kế; [2] TCVN5729-2012, Đường ô tô cao tốc - Yêu cầu thiết kế; [3] JTG D30-2004, Quy trình thiết kế đường Bộ Giao thông nước CHND Trung Hoa ban hành; [4] TCVN 8869:2011, Quy trình đo áp lực nước lỗ rỗng đất; [5] TCVN 11713:2017, Gia cố đất yếu giếng cát - Thi công nghiệm thu; [6] Quyết định 1897/QĐ-BGTVT ngày 20 tháng năm 2016, Quy định tạm thời hướng dẫn việc theo dõi xử lý đoạn đường tơ qua vùng đất yếu có chờ lún sau đưa vào khai thác ISSN 2734-9888 08.2021 51 ... 0,03 0,74 Nền đất yếu xử lý phương án cọc cát đường kính D700, chiều dài cọc trung bình 13-14m, khoảng cách cọc 1,8m Lớp đệm cát thoát nước cát hạt trung dày 60cm KIỂM TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG Theo... KẾT LUẬN Thơng qua việc nghiên cứu cơng trình thực tế thấy cọc cát giải pháp xử lý đất yếu hiệu quả, phù hợp với cơng trình có u cầu kỹ thuật cao Cọc cát thay phần đất yếu vừa đóng vai trị thiết... cấp đắp đất yếu sau thời gian t xác định sau: St USc Độ lún cố kết đất cọc cát bao gồm độ cố kết theo phương đứng U v Kết tính tốn độ lún theo thời gian phạm vi cọc cát thể Bảng đất cọc cát