3.1.1 Cỏc chỉ tiờu cơ, lý, hoỏ
Mục đớch khảo sỏt để đỏnh giỏ điều kiện Địa chất cụng trỡnh phạm vi nghiờn cứu. Nội dung, phương phỏp khảo sỏt tuõn thủ cỏc qui trỡnh quy phạm hiện hành của Việt Nam. Bao gồm:
Phương phỏp khoan, phương phỏp lấy, bảo quản và vận chuyển mẫu thớ nghiệm, kể cả mẫu nước theo tiờu chuẩn Việt Nam TCVN2683-1991 Đất xõy dựng – phương phỏp lấy, bao gúi, vận chuyển và bảo quản mẫu.
Đối với việc khảo sỏt nền đất yếu cú thể tham khảo Quy trỡnh khảo sỏt thiết kế đường ụtụ đắp trờn đất yếu 22 TCN 262-2000 của Bộ Giao thụng Vận tải.
Phương phỏp khảo sỏt nhanh để xỏc định cỏc đặc trưng của nền trờn hiện trường bằng phương phỏp xuyờn tiờu chuẩn SPT theo TCXD 226:1999 hoặc phương phỏp xuyờn tĩnh CPT 20 TCN 174-89.
Chỉ tiờu cơ lý, hoỏ lý của cỏc mẫu đất được thớ nghiệm theo tiờu chuẩn hiện hành của Việt Nam hoặc tham khảo tiờu chuẩn nước ngoài nếu chưa cú tiờu chuẩn Việt Nam tương ứng.
- Cỏc chỉ tiờu cơ lý thụng thường bao gồm: thành phần hạt, khối lượng thể tớch tự nhiờn, khối lượng riờng, độ ẩm tự nhiờn, giới hạn chảy, giới hạn dẻo, hệ số nộn lỳn (nộn nhanh), sức khỏng cắt và gúc ma sỏt trong (cắt trực tiếp).
- Ngoài cỏc chỉ tiờu cơ lý thụng thường, khảo sỏt địa kỹ thuật phục vụ thiết kế cọc xi măng đất cần thớ nghiệm/xỏc định cỏc chỉ tiờu:
+ Sức khỏng cắt khụng thoỏt nước Cu hoặc Su + Cỏc chỉ tiờu cố kết Cv, Cc, Cs, Pc
+ Cỏc chỉ tiờu về độ bền ϕ, c (cắt nhanh khụng thoỏt nước) và ϕcu, ccu (cố kết khụng thoỏt nước)
+ Hàm lượng hữu cơ
Ngoài những thụng tin thụng thường về điều kiện địa chất cụng trỡnh, khảo sỏt địa kỹ thuật phục vụ thiết kế cọc xi măng đất cần cung cấp tối thiểu nhưng thụng tin về:
- Sự cú mặt của cỏc lớp cú thể gõy khú khăn cho thi cụng hoặc yờu cầu phương phỏp và thiết bị thi cụng phự hợp như cuội, tảng, lớp xi măng hoỏ;
- Sự cú mặt của cỏc lớp đất cú tớnh trưởng nở;
- Đặc tớnh húa lý của nước ngầm (độ ụ nhiễm, độ ăn mũn, pH, chủng loại và hàm lượng ion…).
- Cỏc hang hốc, lỗ hổng hoặc hoỏ thạch.
- Cỏc thụng tin khỏc cú thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn biện phỏp thi cụng.
Chiều sõu khảo sỏt phải đủ để cú thể dự tớnh độ lỳn của cụng trỡnh; khi khụng cú lớp đất cứng thỡ chiều sõu khoan đến độ sõu khụng cũn ảnh hưởng lỳn (là độ sõu mà tại đú ỏp lực gõy lỳn khụng vượt quỏ 10% ỏp lực đất tự nhiờn).
Để cú số liệu đầu vào cho thiết kế, cụng tỏc khảo sỏt địa kỹ thuật cần tiến hành càng sớm càng tốt, vỡ sự phỏt triển cường độ nền đất-xi măng phụ thuộc vào thời gian. Để cú thể chọn lựa phương ỏn xử lý, ớt nhất phải cú kết quả thớ nghiệm mẫu trong phũng sau 28 ngày bảo dưỡng.
Kinh nghiệm thi cụng trộn sõu ở cỏc cụng trỡnh cú điều kiện địa chất tương tự được tham khảo để quyết định quy mụ khảo sỏt. Số liệu khảo sỏt tại cỏc cụng trỡnh lõn cận chỉ chấp nhận sau khi được kiểm chứng cẩn trọng.
3.1.2 Cỏc phương phỏp khảo sỏt nhanh phục vụ xử lý nền bằng cụng nghệ trộn sõu CDM CDM
Do đặc điểm của phương phỏp gia cố nền bằng cọc xi măng-đất, để rỳt ngắn thời gian hiệu chỉnh cường độ cần phải sử nờn sử dụng hai phương phỏp khảo sỏt nhanh là CPT và SPT. Số lượng thớ nghiệm theo quy định hiện hành TCXD 226:1999 và CPT 20 TCN 174-89.
Thớ nghiệm xuyờn tĩnh (CPT): Thớ nghiờm xuyờn tĩnh sẽ được tiến hành tại hiện trường với đất chưa được gia cố và đất được gia cố bằng cột ximăng đất, từ đú đưa ra kết luận đỏnh giỏ mức độ đồng đều của cột và kết quả so sỏnh về hiệu quả gia cố. Thớ nghiờm xuyờn của Hà Lan được dựng rất phổ biến cho cỏc kết quả: Sức khỏng xuyờn qc, ma sỏt bờn qf, ỏp lực lỗ rỗng...Từ đú xỏc định được cỏc thụng số:
+ Cấu tạo địa tầng.
+ Cỏc chỉ tiờu cơ lý: E0, C, ϕ... + Sức chịu tải của cột xi măng đất.
- Thớ nghiệm xuyờn thiờu chuẩn (SPT): Trong thớ nghiệm xuyờn tiờu chuẩn, ta đúng một ống lấy mẫu (kớch thước tiờu chuẩn) vào trong đất dưới năng lượng đúng tiờu chuẩn. Ta đếm số nhỏt đập N để ống mẫu ngập vào trong đất một đoạn là 30cm. Từ số N cú thể dự bỏo địa tầng, cỏc chỉ tiờu cơ lý của cỏc lớp đất...
đầu cắt thân ống đầu trên
Hỡnh 3.1. Ống lấy mẫu SPT thường dựng để lấy mẫu nguyờn dạng
- Yờu cầu số liệu đất nền phục vụ cho việc tớnh toỏn xử lý đất yếu bằng cọc xi măng – đất như bảng dưới.
Bảng 3.1 Số liệu đầu vào phục vụ việc tớnh toỏn xử lý đất yếu bằng CDM
Hạng mục thớ nghiệm Kớ hiệu Đơn vị Ghi chỳ
Độẩm tự nhiờn W % Độ chặt tự nhiờn ρ g/cm3 Trọng lượng đơn vị γtn/γk g/cm3 Độ chặt tương đối của hạt đất Gs Dựa vào loại đất để chọn làm Đường kớnh hạt hợp thành D mm Giới hạn chảy LL % Giới hạn dẻo PL % Chỉ số dẻo PI % Hàm lượng hữu cơ % Chọn mẫu TN đại diện Độ PH PH Chọn mẫu TN đại diện Hàm lượng muối dễ tan % Làm với muối Cường độ khỏng nộn khụng nở hụng qu KN/m2 Chọn mẫu đại diện để làm Hệ số ộp co a 0,1 -0,2 MN/m2-1 Hệ số cố kết Cv m2/s Phải làm Cvđồng thời chọn mẫu làm đại diện CH Thớ nghiệm cố kết Ứng suất tiền cố kết Pc KN/m2 Chọn mẫu cú tớnh đại diện Lực dớnh Cq KN/m2 Cắt nhanh Gúc nội ma sỏt ϕq (o) Lực dớnh Cg KN/m2 Cố kết nhanh phải phối hợp cắt nhanh Cắt nhanh cố kết Gúc nội ma sỏt ϕg (o) Cố kết nhanh kết hợp cắt nhanh Lực dớnh Cuu KN/m2 Dựa vào cụng trỡnh, lọai đất chọn làm Gúc nội ma sỏt ϕuu (o) Dựa vào cụng trỡnh, lọai đất chọn làm Lực dớnh Ccu KN/m2 Dựa vào cụng trỡnh, lọai đất chọn làm Gúc nội ma sỏt ϕcu (o) Dựa vào cụng trỡnh, lọai đất chọn làm Lực dớnh C’ KN/m2 Dựa vào cụng trỡnh, lọai đất chọn làm Thớ nghiệm cắt Cắt ba trục Gúc nội ma sỏt ϕ’ (o) Dựa vào cụng trỡnh, lọai đất chọn làm
3.1.3 Trộn thử trong phũng
Ngoài cỏc thớ nghiệm đối với đất, khảo sỏt địa kỹ thuật phục vụ thiết kế cần tiến hành trộn thử trong phũng. Kết quả trộn thử trong phũng được xem là một nội dung trong bỏo cỏo khảo sỏt địa kỹ thuật.
Mục đớch thớ nghiệm trộn thử trong phũng nhằm sơ bộ xỏc định hàm lượng xi măng thiết kế.
- Tối thiểu phải trộn thử 3 hàm lượng khỏc nhau cho mỗi loại ximăng dự kiến với đất lấy từ chớnh cụng trỡnh cần xử lý, nước cũng nờn lấy từ chớnh nguồn nước sẽ sử dụng khi thi cụng.
- Với mục đớch làm tường chống thấm, mẫu được thớ nghiệm trờn thiết bị ộp nước cú cột nước thay đổi từng cấp để xỏc định hệ số thấm Kt và Gradient giới hạn.
- Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gia cố bao gồm tớnh chất cơ lý, hoỏ lý của đất (thành phần hạt, độ ẩm, giới hạn dẻo, giới hạn chảy, độ pH, hàm lượng hữu cơ, thành phần khoỏng vật), loại và hàm lượng xi măng, mức độ trộn và điều kiện bảo dưỡng. Vỡ cú rất nhiều yếu tố ảnh hưởng, sự ảnh hưởng của của chỳng lại rất phức tạp, nờn rất khú xỏc định trực tiếp cường độ đất gia cố thực tế thụng qua thớ nghiệm trộn thử trong phũng. Do đú kết quả thớ nghiệm này chỉ cú tớnh định hướng và là cơ sở phục vụ cụng tỏc trộn thử tại hiện trường.
- Sau khi tiến hành thớ nghiệm, mẫu đất trộn thử được thực hiện theo một qui trỡnh như sơ họa ở hỡnh dưới.
Hiệu chỉnh độ ẩm của mẫu
Trộn
Đúc mẫu
Bảo d−ỡng mẫu
Thí nghiệm nén nở hông
Xi măng
phụ gia (nếu cần thiết)
(Trộn bằng máy trộn tiêu chuẩn)
(Mẫu có đ−ờng kính 5cm, cao 10cm)
(Bão d−ỡng −ớt ở nhiệt độ 20+3 C)0 -
(Tuổi mẫu 1,2 và 4 tuần)
Hỡnh 3.2. Qui trỡnh thớ nghiệm trộn thử trong phũng Ghi chỳ: Qui trỡnh tạo và bảo dưỡng mẫu thử xem phụ lục A và B
- Mẫu thử sau khi bảo dưỡng được thớ nghiệm nộn nở hụng xỏc định cường độ khỏng nộn một trục. Kết quả thớ nghiệm được biểu diễn dưới dạng biểu đồ quan hệ cường độ mẫu thử - hàm lượng xi măng.
Hỡnh 3.3. Biểu đồ quan hệ cường độ khỏng nộn một trục – hàm lượng xi măng
- Thớ nghiệm trộn thử trong phũng cần cung cấp những thụng tin tối thiểu gồm: + Loại xi măng, loại chất độn và phụ gia (nếu cú);
+ Hàm lượng xi măng, chất độn và phụ gia (nếu cú); + Tỷ lệ nước/xi măng (phương phỏp trộn ướt); + Độ pH của nước (phương phỏp trộn ướt);
+ Cường độ khỏng nộn một trục ở 1, 2 và 4 tuần tuổi và cỏc biểu đồ tương ứng.
3.1.4 Thớ nghiệm cọc thử tại hiện trường
3.1.4.1 Khoan lấy mẫu thớ nghiệm
Thớ nghiệm cọc thử được thực hiện ngoài phạm vi cụng trường, nơi cú điều kiện địa chất cụng trỡnh tương tự. Số lượng cọc thử do tư vấn thiết kế quyết định, nhưng khụng ớt hơn 2 cọc. Trong trường hợp cụng trỡnh thi cụng dưới nước, để thuận lợi cho cụng tỏc thử nghiệm cú thể chọn ở vị trớ trờn cạn gần cụng trỡnh, số lượng cọc thử trong trường hợp này khụng ớt hơn 3 cọc. Nờn thớ nghiệm với một số hàm lượng gia cố khỏc nhau. Cỏc hàm lượng này định hướng theo kết quả trộn thử trong phũng (lưu ý rằng kết quả nghiờn cứu về cường độ cọc ở vựng đồng bằng sụng Cửu Long cho thấy cường độ cọc xi măng đất ngoài hiện trường chỉ nờn lấy bằng ẵ so với cường độ cọc thớ nghiệm trong phũng).
Đường kớnh cọc thử cho mục tiờu xử lý nền được xỏc định bằng cỏch đào lộ đầu cọc và đo bằng thước. Chất lượng cọc thử được đỏnh giỏ bằng phương phỏp khoan lấy lừi 100%. Thớ nghiệm nộn một trục nở hụng ở tuổi 28 ngày với mẫu lấy từ lừi khoan, với khoảng cỏch liờn tục khụng quỏ 2m/mẫu.
qu
Với mục tiờu được dựng để phũng chống ụ nhiễm, ngăn ngừa ảnh hưởng của chất phế thải hoặc cỏc mục đớch tương tự mà tương tỏc giữa xi măng và vật liệu hiện trường (in-situ) chưa dự tớnh được thỡ phải tiến hành thờm cỏc thớ nghiệm đặc biệt.
3.1.4.2 Thớ nghiệm nộn tĩnh xỏc định sức chịu tải cọc ximăng - đất
Mục này xõy dựng “Hướng dẫn thớ nghiệm nộn tĩnh xỏc định sức chịu tải của cọc xi măng – đất”. Để sử dụng trong một số trường hợp, nếu cần thiết cú thể cho phộp thực hiện nộn tĩnh để xỏc định sức chịu tải cọc ximăng đất cho cả cọc đơn và nhúm cọc. Thụng qua đú xem cú cần thiết phải điều chỉnh lại kết quả tớnh toỏn hay khụng ?.
Kinh nghiệm thực hiện một số thớ nghiệm nộn tĩnh ở vựng đồng bằng sụng Cửu Long thấy rằng cú 2 yếu tố cần lưu ý trong việc chuẩn bị thiết bị thớ nghiệm: (1) Khụng nờn sử dụng cỏc cục chất tải vỡ việc vận chuyển, cẩu lờn xuống rất khú khăn; (2) Đầu cỏc cọc xi măng đất cần phải được làm phẳng bằng một lớp vữa bờ tụng M 250 trước khi thớ nghiệm và để khụng bị mất thời gian đầu cọc xi măng đất khi đào ra nờn làm luụn việc làm phẳng này, sau đú mới thực hiện cỏc cụng tỏc khỏc. Quy trỡnh chuẩn bị và thớ nghiệm như sau:
* Yờu cầu với cọc thớ nghiệm:
- Tỡnh trạng đầu cọc khi thi cụng nếu bị hư hại cần cú biện phỏp xử lý.
- Cần cú biện phỏp bảo đảm độ bằng phẳng đầu cọc trỏnh hiện tượng gõy tập trung ứng suất trong khi làm thớ nghiệm làm ảnh hưởng đến kết quả thớ nghiệm.
* Thiết bị và phương phỏp lắp đặt:
Cỏc thiết bị chủ yếu dựng cho thớ nghiệm bao gồm:
- Đối với cụng tỏc lấy mẫu dựng thiết bị khoan địa chất bỡnh thường. - Kớch thuỷ lực phự hợp với tải trọng yờu cầu.
- Đồng hồ và kớch đó được hiệu chỉnh đồng bộ tại cơ quan đo lường tiờu chuẩn. - Hệ thống dầm thộp cú khả năng chịu tải.
- Cỏc giỏ đỡ mốc chuẩn đặt cỏch cỏc cọc thớ nghiệm một khoảng theo quy định. - Hệ thống neo trong đất cú khả năng nộn được tải trọng theo yờu cầu thiết kế. - Cỏc khe hở giữa dầm chớnh, dầm phụ và giàn chất tải được chốn kỹ để đảm bảo sự làm việc đồng thời của cả hệ.
* Quy trỡnh nộn tĩnh:
- Thớ nghiệm nộn tĩnh dọc trục và nộn ngang được tiến hành xỏc định tải trọng phỏ hoại.
- Quỏ trỡnh thớ nghiệm được thực hiện theo 3 chu kỡ, cỏc cấp tăng giảm tải được chia nhỏ để lực gia tải và giảm tải lờn cọc đều khụng tạo cỏc xung lực đồng thời xỏc định chớnh xỏc cấp tải trọng phỏ hoại.
* Quy trỡnh đo
Quy trỡnh đo thực hiện trong quỏ trỡnh thớ nghiệm bao gồm ghi chộp cỏc số đọc độ lỳn, tải trọng và thời gian.
* Điều kiện tăng tải:
- Tăng tải lờn cấp tiếp theo khi đạt độ ổn định lỳn quy ước 0,1mm/h. - Cọc được coi là đạt tới Pmax khi:
- ∆Sn ≥ 5∆Sn-1 trong đú n là cấp tải - Sn ≥ 0.1D
* Dừng thớ nghiệm:
- Chuyển vị đạt 0,1D (mm)
- Khụng hoàn thành được thớ nghiệm do kết cấu cọc bị phỏ hỏng - Cỏc dụng cụ/thiết bị đo hỏng hoặc hoạt động khụng bỡnh thường - Cọc bị biến hỡnh, chuyển dịch ngang ...vv
* Quy định vềổn định quy ước
- Khi một cấp tải đạt độ ổn định qui ước thỡ tăng tiếp cấp sau, cứ như vậy cho đến khi cấp tải lớn nhất và ổn định và tiến hành giảm tải.
- Một cấp tải được coi là ổn định qui ước khi theo dừi cấp tải đú liờn tục trong thời gian 60 phỳt mà sai số độ lỳn của cọc khụng vượt quỏ 0,1mm (∆s ≤ 0,1mm).
- Cọc được xem là phỏ hoại khi độ lỳn của cấp sau lớn hơn 5 lấn độ lỳn của cấp trước ( ∆Sn ≥ 5∆Sn-1 trong đú n là cấp tải).
- Hoặc cọc được xem là phỏ hoại khi tổng độ lỳn đạt 10% đường kớnh cọc
* Quy định về kết thỳc thớ nghiệm:
Cọc được coi là đạt tải trọng phỏ hoại và cho phộp tiến hành dỡ tải để kết thỳc thớ nghiệm khi:
- Tải trọng nộn gõy phỏ hoại cọc. - Biến dạng của cọc vượt quỏ quy định.
- Biến dạng của cọc khụng đạt ổn định quy ước. - Đầu cọc bị phỏ huỷ.
* Xử lý và trỡnh bày kết quả thớ nghiệm:
- Cỏc số liệu thớ nghiệm được phõn tớch xử lý và đưa vào dạng bảng: + Bảng số liệu thớ nghiệm
+ Bảng tổng hợp kết quả thớ nghiệm
- Từ cỏc số liệu thớ nghiệm, thành lập cỏc biểu đồ quan hệ sau đõy: + Biểu đồ quan hệ tải trọng - chuyển vị
+ Biểu đồ quan hệ chuyển vị - thời gian của cỏc cấp tải + Biểu đồ quan hệ tải trọng - thời gian
+ Biểu đồ quan hệ chuyển vị - tải trọng - thời gian
- Từ kết quả thớ nghiệm, sức chịu tải của cọc đơn cú thể được xỏc định bằng cỏc phương phỏp sau.
+ Phương phỏp đồ thị dựa trờn hỡnh dạng đường cong qua hệ tải trọng - chuyển vị. Trường hợp đường cong biến đổi nhanh, thể hiện rừ điểm tại đú độ dốc thay dổi đột ngột (điểm uốn), sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với điểm đường cong bắt đầu biến đổi độ dốc. Nếu đường cong biến đổi chậm, khú hoặc khụng thể xỏc định chớnh xỏc điểm uốn thỡ căn cứ vào cỏch gia tải và quy trỡnh thớ nghiệm để chọn phương phỏp xỏc định sức chịu tải giới hạn.
+ Phương phỏp dựng chuyển vị giới hạn tương ứng với sức chịu tải giới hạn: Sức chịu tải giới hạn bằng tải trọng tương ứng với chuyển vị bằng 10% đường kớnh