CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC
2.1. Các giải pháp không cải thiện nền đất yếu trong quá trình xây dựng
Đây là các giải pháp thường được sử dụng. Khi áp dụng các biện pháp này phải nhằm đạt đƣợc hai mục tiêu:
Đảm bảo khả năng chịu lực (cường độ)của nền đất trong khi chịu tải trọng.
Đáp ứng độ lún cho phép phù hợp với thời gian thi công.
Khi áp dụng các biện pháp này thì yêu cầu lớp trên nền đất yếu phải tiếp xúc với một lớp vật liệu thấm nước tốt. Nếu vật liệu nền là đất dính thì phải làm một lớp đệm cát có chiều dày từ 0,5m đến 1m để tăng nhanh thời gian cố kết.
Đắp nền theo từng giai đoạn
H 2 1 G ắ ề e ạ
Khi cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đất ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nó bằng cách đắp đất từng lớp một, chờ cho đất nền cố kết, sức chịu tải tăng lên, có khả năng chịu đƣợc tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo.
Đắp trực tiếp trên đất yếu chỉ đảm bảo ổn định khi chiều cao đất đắp (bao gồm cả phần đắp dự phòng lún) chiều cao đắp giới hạn: Hgh. Do vậy để áp dụng đƣợc giải pháp này phải tính dự báo độ lún tổng cộng và phải xác định đƣợc Hgh tuỳ thuộc vào sức chống cắt ban đầu và bề dày tầng đất yếu.
Để xác định Hgh một cách nhanh chóng ngoài việc sử dụng các chương trình tính toán ổn định đã đƣợc lập sẵn, rất nhiều các tác giả đã tính và lập sẵn các toán đồ tiện dụng để tra Hgh tuỳ theo các yếu tố nói trên. Rõ ràng khi chiều cao đất đắp cao và độ lún lớn thì không thể đắp trực tiếp đƣợc.
DUT.LRCC
Đắp dần theo giai đoạn (vừa đắp vừa chờ) là lợi dụng tối đa thời gian thi công cho phép để tăng chiều cao đất đắp trực tiếp lên trị số Hgh. Theo cách này đất đắp đến Hgh gọi là giai đoạn I, tiếp đó duy trì tải trọng đắp trong một thời gian nhất định để chờ đất yếu phía dưới cố kết (tức là chờ cho sức chống cắt của đất yếu tăng thêm theo mức độ cố kết đạt đƣợc trong thời gian) nhờ đó có thể tăng chiều cao đắp lên đến HghII (chiều cao đắp giới hạn sau khi đắp đến Hgh và chờ một thời gian). Đến đây lại có thể chờ để đắp giai đoạn III lên HghIII. Trong quá trình đắp để tăng độ an toàn thi công nhiều tư vấn nước ngoài đã khống chế tốc độ đắp trung bình là 5cm/ngày.
Giải pháp này rõ ràng bị khống chế bởi thời gian chờ cho phép phụ thuộc vào cách tính toán dự báo cố kết U=f(t))
2.1.1. Đắp bệ phản áp
H 2 2 G ắ 1
Bệ phản áp dùng khi đắp đất nền trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức độ ổn định chống trƣợt trồi cho nền để đạt các yêu cầu về ổn định. Bệ phản áp có vai trò nhƣ một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nền với các chiều cao lớn hơn, do đó đạt đƣợc độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn hơn. Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chấm thấm nước. So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp với một khối lƣợng đất đắp bằng nhau sẽ có lợi hơn do giảm đƣợc momen của các lực trƣợt nhờ tập trung tải trọng ở chân taluy.
Chiều cao bệ phản áp phải nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao đắp trực tiếp giới hạn Hgh và nên từ 1/3 1/2 chiều cao nền đắp chính. Để tiết kiệm đất, chiều rộng bệ phản áp L có thể rút xuống bằng (2/3 3/4) chiều dài chồi đất ứng với cung trƣợt nguy hiểm nhất (theo kinh nghiệm của một số nước chiều rộng L không cần phải chùm kín hết chiều dài chồi đất này).
DUT.LRCC
Bệ phản áp là giải pháp tăng độ ổn định của nền đắp chính nhƣng cũng có thêm tác dụng là hạn chế thành phần lún do đất yếu bị đẩy ngang sang hai bên dưới tác dụng của tải trọng đắp chính. Phải đắp bệ phản áp cùng một lúc với nền đắp chính, tuy nhiên đắp không cần đầm nén chặt.
2.1.2. Gia tải tạm thời
Hình 2.3. Gi ề ắ ề
Phương pháp gồm có việc đặt một gia tải (thường là 2m-3m nền đắp bổ sung) trong vài tháng rồi sẽ lấy đi ở thời điểm t mà ở đó nền đắp sẽ đạt đƣợc độ lún cuối cùng dự kiến như trường hợp với nền đắp không gia tải. Nói cách khác đây là phương pháp cho phép đạt đƣợc một độ cố kết yêu cầu trong một thời gian ngắn hơn.
Để có hiệu quả thì theo kinh nghiệm các nước, chiều cao đắp thêm không được nhỏ quá (thường từ 2 3m) và thời gian duy trì tải trọng đắp thêm này ít nhất là 6 tháng. Phần đắp gia tải trước không cần đầm nén và có thể dùng cả đất xấu lẫn hữu cơ.
Khi áp dụng giải pháp này cần đặc biệt chú ý kiểm toán sự ổn định của nền đắp khi có thêm tải trọng đắp gia tải trước và theo dõi khống chế tốc độ đắp phần đắp gia tải trước, nếu không rất dễ xảy ra mất ổn định trong quá trình đắp gia tải trước khi chiều cao đắp tổng cộng vƣợt quá chiều cao đắp giới hạn Hgh. Do đó giải pháp đắp gia tải trước cũng thường được kết hợp với giải pháp bệ phản áp.
Gia tải phải phù hợp với điều kiện ổn định của nền đắp. Phương pháp này chỉ nên dùng khi chiều cao tới hạn cao hơn nhiều so với chiều cao thiết kế.
2.1.3. Nền đắp nhẹ
Nền đắp nhẹ là giải pháp giảm trọng lƣợng nền đắp tác dụng lên đất yếu. Có thể sử dụng hai cách sau đây:
Giảm chiều cao nền đắp đến trị số tối thiểu cho phép căn cứ vào điều kiện địa chất thủy văn (đảm bảo chiều cao tối thiểu của nền đắp cũng nhƣ chiều cao tối thiểu trên mực nước tính toán theo quy phạm).
DUT.LRCC
Dùng vật liệu nhẹ để đắp nền: sử dụng các vật liệu đắp có trọng lƣợng thể tích nhỏ thì có thể loại trừ các yếu tố bất lợi ản hưởng đến sự ổn định của nền đắp cũng nhƣ giảm nhỏ độ lún.
Hiện nay ở các nước thường dùng:
Tro bay của nhà máy nhiệt điện để đắp nền trên đất yếu. Để dễ đầm nén nên ung loại tro bay cỡ hạt từ 0,001 2mm, trong đó lƣợng hạt < 0,074mm nên chiếm dưới 45% và phải có lượng tổn thất khi nung là dưới 12%, loại này thường có dung trọng khô là 0,9 1,2T/m3 (tỉ trọng 2,1 2,2T/m3); lực dính và góc nội ma sát theo kết quả cắt phẳng tương ứng độ chặt 95% ở trạng thái bão hòa là C = 6 20kPa và = 14 33o. Trị số môđun đàn hồi có thể lấy từ 25 30Mpa. Với tro bay có thể xây dựng theo hai cách:
+ Đắp nền toàn bằng tro bay và dùng loại đất có chỉ số d o 6, bọc cả phần đáy nền và cả 2 bên taluy nhƣ kiểu đắp cát.
+ Đắp xen kẽ cứ hai lớp tro bay (m i lớp dày 15 20cm) lại đắp một lớp đất thường, hai bên m i lớp đều đắp đất bao loại có tính dính.
Dùng các miếng polistiren có kích thước 0,61,250,5m xếp thành nền đường, trên đỉnh nền nên rải một lớp bê tông cốt thép dày 10cm để làm tầng bảo vệ và phân bố đều áp lực. Các lớp móng áo đặt trên lớp bê tông cốt thép này.
2.1.4. Sử dụng vật liệu tăng cường địa kỹ thuật
H 2 4 Sử dụ ị ỹ ể ờ ộ ị
Nguyên lý của giải pháp này là dùng vải, lưới địa kỹ thuật làm cốt tăng cường ở đáy nền đắp, khu vực tiếp xúc giữa nền đắp và đất yếu. Do bố trí cốt nhƣ vậy khối trƣợt của nền đắp nếu xảy ra sẽ bị cốt chịu kéo giữ lại nhờ đó tăng thêm mức độ ổn
O ( tâm trƣợt nguy hiểm nhất)
R R
Y
h
i
H
l
1
l
2
Vải địa kỹ thuật
DUT.LRCC
định cho nền đắp. Tùy theo lực kéo tạo ra lớn hay nhỏ chiều cao đắp an toàn có thể vƣợt quá chiều cao đắp giới hạn Hgh nhiều hay ít.
Tăng cường ổn định bằng giải pháp này thi công rất đơn giản nhưng chú ý rằng giải pháp này không có tác dụng giảm lún và do vậy nó chỉ có thể sử dụng một mình khi độ lún trong phạm vi cho phép.
Xu thế phát triển của giải pháp này là sử dụng các loại lưới vải địa kỹ thuật để tăng ma sát giữa đất yếu và lưới (có lợi cho việc tạo ra lực kéo), thậm chí người ta đã sử dụng cả tầng đệm đáy bằng một lớp lồng cao 1m, các lồng này bằng lưới địa kỹ thuật kết cấu mạng tổ ong hoặc bằng lưới ô vuông polime móc chặt vào nhau sau đó đổ chặt sỏi cuội, đá vào trong các lồng đó. Khi đắp nền đắp cả khối lồng đá này chìm vào trong đất yếu tạo ra tác dụng chống lại sự phá hoại trƣợt trồi.
Việc đặt một hoặc nhiều lớp thảm bằng vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật ở đáy của nền đắp sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền chống lại sự trƣợt tròn. Nhƣ vậy có thể tăng chiều cao nền đắp đất của từng giai đoạn không phụ thuộc vào sự lún trồi của đất. Vải địa kỹ thuật còn có tác dụng phụ làm cho độ lún của đất dưới nền đắp được đồng đều hơn.
2.1.5. Sử dụng hệ móng cọc
H 2 5 Sử dụ ó ọ e ị ỹ
Sử dụng giải pháp này tải trọng của nền đắp đƣợc truyền xuống nền cứng thông qua các cọc đóng hoặc cọc khoan, trên m i cọc gắn một tấm nhỏ nhằm truyền một phần tải trọng của nền đắp lên cọc. Kỹ thuật này cho phép cải thiện độ ổn định và giảm
DUT.LRCC
độ lún. Biện pháp này thường được sử dụng ở nền đắp của công trình có móng cọc, các khu vực cục bộ cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài centimet.
Có thể sử dụng tất cả các loại cọc quen thuộc kể cả các cọc nhỏ nhƣ cọc tre, cọc cừ tràm. Việc chọn cọc phụ thuộc vào tính chất của đất yếu phải vƣợt qua. Các cọc thường được gắn các tấm nhỏ bê tông cốt thép cách rời nhau để thu nhận tải trọng của nền đắp. Đôi khi cũng làm một mũ móng liên tục trên các cọc. Có thể rải một lớp thảm vải địa kỹ thuật trên các tấm nhỏ bê tông cố thép làm thành một cột đệm phân bố tải trọng trên các cọc. Trên thực tế hiện nay thường sử dụng hai giải pháp là sàn bê tông cốt thép tựa trên hệ móng cọc (sàn cứng, ngoài ra có thể gọi là sàn truyền tải) và sử dụng lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc (sàn mềm).
2.1.6. Lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc (đắp trên móng cứng)
H 2 6 Sử dụ ữ ớ ị ỹ ó ọ Dựa trên tính năng làm việc của vải địa kỹ thuật cường độ cao hay lưới địa kỹ thuật, sự kết hợp giữa các lớp vật liệu tăng cường địa kỹ thuật này với hệ móng cọc phía bên dưới. Tải trọng nền đất đắp và các tải trọng chất thêm trên công trình sẽ được truyền lên hệ móng cọc thông qua hiệu ứng vòm trong đất và sự truyền tải của lớp lưới địa kỹ thuật.
Giải pháp sử dụng lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc này tạo ra kết cấu nối tiếp giống nhƣ sàn truyền tải. Hiệu quả của nó mang lại cao do giải quyết đƣợc độ lún tổng thể, hệ thống kết hợp này còn khắp phục tốt vấn đề chênh lệch lún, lưới địa kỹ thuật còn tăng cường khả năng chịu cắt cho nền đất, nâng cao độ ổn định của nền đắp. Chi phí xây lắp thấp hơn so với giải pháp sử dụng sàn bê tông cốt thép trên hệ móng cọc.
DUT.LRCC
H 2 7 ơ ề ớ ị ỹ ó ọ Trong quá trình xây dựng, hệ thống móng cọc sẽ được thi công trước, sau đó lưới địa kỹ thuật sẽ được đặt ở vị trí đầu các cọc. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, chiều cao đất đắp nền mà chọn số lớp lưới địa kỹ thuật cho hợp lý, thông thường số lớp lưới địa kỹ thuật lớn hơn một. Khi sử dụng giải pháp này sẽ có sự phân bố lại ứng suất ở phần nền đắp, cơ chế truyền tải trọng cũng thay đổi, quá trình ứng xử khác hẳn so với các trường hợp khác. Với một chiều cao đất đắp hợp lý, vòm đất sẽ suất hiện trong nền đường đắp, toàn bộ tải trọng phía bên trên thông qua vòm đất sẽ được chuyển xuống đầu cọc rồi truyền xuống tầng đất tốt. Lớp lưới địa kỹ thuật sẽ chịu phần tải trọng còn lại (dưới vòm đất) từ đó truyền lên đầu cọc.
Qua thực tế về tình hình sử dụng giải pháp kết hợp giữa lưới địa kỹ thuật và hệ móng cọc ở Hoa kỳ, hiệu quả mang lại rất cao. So với phương pháp chỉ sử dụng hệ móng cọc có mũ ở đầu, để thoả mãn yêu cầu đảm bảo an toàn kỹ thuật về độ lún thì tỉ lệ phủ diện tích bề mặt thông qua mũ cọc thường là 60%-70%, nếu sử dụng phương pháp kết hợp nói trên, tỉ lệ này yêu cầu khoảng 10%-20%. Bên cạnh đó, nếu so sánh với giải pháp sàn bê tông cốt thép trên hệ móng cọc thì giải pháp này có chi phí xây dựng thấp hơn.