b. Cải tạo bản thân đất nền – làm tăng độ chặt của đất nền
4.2.2.2. Trường hợp cĩ thể kéo dài thời gian thi cơng
Với đặc điểm thi cơng đê ở Nam Bộ, chiều cao khơng lớn, thời gian thi cơng cĩ thể kéo dài thì dùng biện pháp đắp đê theo nhiều giai đoạn để nâng cao sức chịu tải của nền là giải pháp thi vừa cơng đơn giản vừa hiệu quả.
Khi cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đê ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nĩ bằng cách đắp đất từng lớp một, chờ cho đất nền cố kết, sức chống cắt tăng lên, cĩ khả năng chịu được tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo.
Thực chất của giải pháp này là dưới tác dụng của chiều cao lớp đất thứ nhất, đất nền chưa bị phá hoại, nhưng đựơc nén chặt, sức chống cắt của nền tăng lên do nén cố kết. Sau đĩ đắp tăng cao lớp thứ hai, khi đĩ nền đã đủ khả năng chịu tải.
Thời gian 0 0 Thời gian I II III H cuối Ch iều ca o đ ắp 100 Đo ä co á ke át (% ) Lư ïc d ính Ki ểm tra Ki ểm tra
Hình 4.17: Sơ đồ phân đoạn đắp đê theo chiều cao
Về nguyên tắc, giải pháp này cũng dựa vào sự tăng cao sức chống cắt của nền đất yếu dưới tác dụng của lớp đất đầu tiên để đắp tiên để đắp tiếp lớp đất tiếp theo. Sức chống cắt τ = σtgϕ + C của đất dính mềm yếu phụ thuộc vào trạng thái độ chặt, độ ẩm của nĩ.
Khi tác dụng áp lực nén chưa vượt quá khả năng chịu tải của đất nền, nước lỗ rỗng của đất thốt ra làm giảm độ ẩm (W), giảm tỉ số kẽ rỗng (ε), và tăng dung trọng khơ (γc ) của đất (tức là đất nền được cố kết). Trong quá trình cố kết, sức chống cắt của đất τ = σtgϕ + C (gĩc ma sát trong ϕ và lực dính C) sẽ tăng lớn, khả năng chịu tải của nền cũng tăng. Sự gia tăng này phụ thuộc vào mức độ cố kết của đất nền dưới tải trọng tác dụng lên nĩ.
Dựa vào đặc điểm trên, ta phân đoạn đê theo chiều cao và đắp đất trong nhiều thời đoạn khác nhau nhằm nâng cao dần sức chịu tải của đất nền cho phù hợp với chiều cao khối đất đắp.
Đaát đa ép Đaát đa ép Co á k ết Co á k ết
Ứng suất tổng Ứng suất hiệu qủa yêu cầu
Áp lực nước kẽ rỗng Ứ ng su ất Chiều cao đắp Hình 4.18: Ap lực lỗ rỗng và quá trình đắp đất Trình tự tính tốn như sau :
Trước hết xác định chiều cao cho phép của lớp đất đắp đầu tiên H, lúc bấy giờ sức chống cắt của đất yếu là Cu1 (lực dính xác định bằng thí nghiệm khơng cố kết, khơng thốt nước). Cĩ thể bỏ qua phần sức chống cắt do ma sát vì áp lực cĩ hiệu quả truyền lên hạt đất xem như khơng đáng kể. Chiều cao H1 tính từ cơng thức Mandel-SelenΗon [6]:
H1 = Nc. Cu1/γF (4.20) Trong đĩ :
- F: hệ số an tồn, F lấy bằng 1,5; Nc: hệ số tra ở (biểu đồ 3.29 [6] phụ thuộc tỷ số B/h, với B là chiều rộng trung bình của nền đắp, h là chiều dày đất yếu).
Chờ cho đất cố kết hồn tồn dưới tác dụng của tải trọng γH1, khi đĩ sức chống cắt của nền đất yếu tại độ sâu z sẽ tăng thêm (hình 4.19):
∆Cu = ∆σztgϕcu = γ.H1.tgϕcu (4.21)
Trong đĩ ∆σz: độ tăng ứng suất cĩ hiệu thẳng đứng trong nền đất yếu ở độ sâu z do tải trọng đất đắp γH1 gây ra.
Nếu khơng chờ cố kết hồn tồn mà chỉ cố kết U% thì độ tăng của sức chống cắt là :
∆Cu = γ.H1.U.tgϕcu (4.22)
Thực tế cơng thức này cho độ tăng sức chống cắt ở dưới tim của nền đê, cịn
∆Cu sẽ gần bằng 0 ở chân đê. Vì vậy ta lấy độ tăng trung bình gần đúng theo cung trượt là :
∆Cu = 1/2 γ.H1.U.tgϕcu (4.23)
Như vậy ta sẽ cĩ một sức chống cắt (lực dính) mới là Cu2 = Cu1 + ∆Cu cho phép ta đắp nền đường đến chiều cao H2 và cứ tiếp tục như vậy cho lớp H3 …
ϕc u ∆ c u2 ∆σz Cu1 Cu2 σz1 σz2 Cu σz 0
Hình 4.19 : Sức chống cắt của đất nền tăng thêm
Cĩ thể kiểm tra trạng thái cố kết của đất yếu dưới nền đắp bằng các biện pháp : - Đo áp lực lỗ rỗng
- Xác định độ tăng thêm của lực dính Cu bằng thí nghiệm cắt cánh.
Tuy nhiên với đặc điểm thi cơng đê ở Nam Bộ thì chỉ nên thi cơng đắp đê trong 2 giai đoạn vì thời gian cố kết của đất diễn ra rất chậm sẽ kéo dài tiến độ hồn thành đê. Trong trường hợp thời gian giữa các giai đoạn thi cơng quá dài thì cĩ thể kết hợp với biện pháp cọc cát.