2.4. Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn
2.4.5 Tính tốn độ lún đất gia cố
2.4.5.1. Các giai đoạn lún
Quá trình lún trong đất được gia cố nông trải qua 4 giai đoạn (các giai đoạn lúc trong đất gia cố nơng được thể hiện trong hình 2.9).
1. Q trình thi cơng gia cố nơng: Trong q trình thi cơng gia cố nơng, chất liên kết dạng khô sẽ được chèn vào đất bằng khí nén. Chất liên kết sẽ trộn với đất bằng 1 ống mềm có gắn thiết bị trống xoay. Trong giai đoạn thi công trộn nông, hiện tượng xới tơi của đất được gia cố nông hay xảy ra và làm cho bề mặt đất gia cố nông trồi lên.
2. Đầm chặt nền đắp gia cố nông (compaction embankment): Độ lún lớn nhất của lớp đất gia cố nông xảy ra lúc ban đầu khi đầm chặt nền đất đắp. Chiều dày của một lớp đất đắp điển hình khoảng từ 50cm đến 100cm. Đầm chặt nền đất đắp ảnh hưởng tới kết cấu trong suốt thời gian ninh kết.
3. Nền đắp hồn thiện (đất khơng gia cố): Lớp đất đắp hồn thiện được đắp trên các lớp đất đã được đầm chặt và nếu cần thiết thì có thể thay thế vật liệu đầm chặt khác. Trước khi thi cơng nền đắp hồn thiện thì nên đánh giá q trình đầm chặt các lớp đất gia cố nông bằng bàn quan trắc lún.
4. Đắp gia tải trước: Nếu cần giảm độ lún trong quá trình khai thác kết cấu thì cần phải gia tải trước đất gia cố nơng bằng tải trọng đắp hồn thiện hoặc chất tải thêm. Nếu các lớp đất yếu (không được gia cố) vẫn nằm dưới các lớp đất được gia cố nông và độ lún của các lớp đất yếu này khơng tính đến gia tải trước thì độ lún dư vẫn tiếp tục phát triển. Đối với gia cố nơng tồn khối của đất yếu là than bùn thì biện pháp gia tải trước là khơng thể thiếu.
48
Hình 2. 9 Các giai đoạn lún của đất gia cố và biểu đồ lún theo thời gian.
1-Thi công gia cố nông; 2-Đầm chặt nền đắp gia cố nông theo lớp từ 0.5-1m; 3-Nền đắp hồn thiện (đất khơng gia cố); 4-Đắp gia tải trước (có hoặc khơng chất tải thêm).
2.4.5.2. Tính tốn độ lún
Độ lún tổng cộng của các lớp đất gia cố được tính theo cơng thức 2.7 với giả thiết khối đất gia cố làm việc như là lớp đàn hồi phẳng. Công thức 2.7 (Sổ tay ổn định tồn khối - Cơng ty BCX) gộp cả giai đoạn 2 và giai đoạn 3 trong hình 2.9.
S ổ = x h (2.7)
Stổng là độ lún tổng cộng
q là tải trọng phân bố đều (kN/m2)
E50 là mô đun biến dạng của khối đất gia cố h là chiều dày lớp đất gia cố (m).
49
Bởi vì độ lún tổng cộng bằng tổng độ lún của nhiều giai đoạn nên trong công thức 2.8 thể hiện độ lớn tổng cộng được tính tối thiểu độ lún của 2 giai đoạn (giai đoạn 2 và 3 trong hình 2.9).
Stổng cộng= Scố kết + Sdư (2.8)
Scố kết là độ lún gây ra bởi đất đầm chặt được gia cố (m). Sdư là độ lún gây ra bởi đất đắp hồn thiện (m).
Việc tính tốn độc lập độ lún gây ra bởi đất đầm chặt được gia cố có thể tính tốn được lượng vật liệu cần thiết cho việc xây dựng lớp đất đắp hoàn thiện. Ngoài ra độ lún trong giai đoạn đầm chặt (lún cố kết) cũng cần để đánh giá độ lún của tồn kết cấu hồn thiện. Trong tính tốn độ lún dư, chiều dầy của lớp đất đắp hoàn thiện và lớp đất trộn nông được xác định cùng với độ lún do đất đầm chặt được gia cố (lún cố kết).
Độ lún cố kết được xác định theo cơng thức (2.9) (giai đoạn 2 trong hình 2.9).
Scố kết = ∗
ố ế
(2.9)
Trong đó:
Scố kết là độ lún cố kết do đất đầm chặt được gia cố (m)
q là tải trọng đất đầm chặt được gia cố (kN/m2)
Ecố kết là mô đun biến dạng của đất đang trong quá trình ninh kết, đóng cứng (kN/m2)
h là chiều dày lớp đất được gia cố (m)
Mô đun biến dạng của lớp đất gia cố đang trong quá trình ninh kết dao động trong khoảng từ 0.1 đến 0.3 Mpa (100 đến 300 kN/m2). Giá trị này có thể xác định bằng cách đo độ lún của mẫu trộn nơng thử trong q trình kết cứng. Nhìn chung, độ lún
50
của sét và bùn khoảng 5-15%, và của đất trầm tích và than bùn khoảng 10-30% chiều dày ban đầu của lớp đất được gia cố nông.
Độ lún cịn dư do đất đắp hồn thiện ở trên lớp đất được gia cố sau thời gian kết cứng được tính tốn theo cơng thức 2.10 (giai đoạn 3 trong hình 2.9).
Sdư = ổ
ổ
x (h - Scố kết) (2.10)
Sdư : là độ lún gây ra bởi đất đắp hoàn thiện (m)
qtổng là tải trọng đất đắp hồn thiện (được tính từ bề mặt của lớp đất được gia cố nơng đến đỉnh của lớp đất đắp hồn thiện) (m)
Etổng là mô đun biến dạng của lớp đất được trộn nông cố kết (thường bằng 350- 450 kN/m2).
Khi mà đắp gia tải trước được sử dụng (giai đoạn 4 trong hình 2.9), cần phải tính tốn độc lập độ lún gây ra bởi tải trọng này và độ lún sau khi đắp gia tải trước. Trong tính tốn lún, cần phải xem xét cả lớp đất yếu hoặc các cấu tạo xử lý ổn định theo phương dọc dưới tầng đất được trộn nơng.Trong các cơng thức tính tốn ở trên, các giá trị mô đun của lớp đất được gia cố là gần đúng. Các giá trị mô đun này được xác định độc lập dựa vào các kết quả mẫu thí nghiệm trong phịng hoặc là theo kinh nghiệm. Các giá trị mô đun không phải là hằng số và bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: chất lượng đất, hàm lượng và loại chất liên kết, độ lớn tải trọng và thời gian kết cứng dưới lớp đất đầm chặt.
Thời gian lún của lớp đất được gia cố phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều dày của lớp đất, cấp độ cố kết, sự phát triển cường độ. Đối với phương pháp gia cố nông, tiến độ thi công dự án luôn được thiết kế độc lập. Ví dụ dưới đây có thể có ý nghĩa trong việc kế hoạch tiến độ:
51
- Từ 1 đến 3 tháng – đất đắp hồn thiện (khơng gia cố - giai đoạn 3 trong hình 2.9).
- Từ 0 đến 6 tháng – có thể là đắp gia tải trước (giai đoạn 4 trong hình 2.9). - Từ 2 đến 6 tháng – tầng móng.
- Từ 3 đến 9 tháng – tầng mặt.
Hình 2. 10 Vùng đất yếu nhỏ trong lớp đất gia cố có thể sẽ khơng ảnh hưởng tới trượt
trụ tròn.
Đất yếu
Đất gia cố Đất sét
52
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM VÀ MƠ PHỎNG TÍNH TỐN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI