CHƯƠNG 3 LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP
3.2 Tính toán thiết kế trên từng cấu trúc và lựa chọn giải pháp hợp lý
3.2.1 Thiết kế các giải pháp xử lý
a) Thiết kế xử lý cho mặt cắt IA-IA
Mặt cắt IA-IA có lớp đất yếu 25.0m và chiều cao đắp 2.5m làm phát sinh tổng lún 1.47m và khi đó tổng chiều dày đắp là 3.97m. Với các thông số trên có thể cho thấy mặt cắt này có lớp đất yếu dày và tổng độ lún phát sinh lớn nên sơ bộ sẽ tính toán một số phương án xử lý nền đất yếu bao gồm phương án bấc thấm; phương án giếng cát kết hợp đắp gia tải và phương án cọc cát.
Việc lựa chọn giải pháp xử lý cũng như chiều sâu và khoảng cách của các bấc thấm, giếng cát hay cọc cát cần được thông qua tính toán theo các phương án khác nhau.
Theo kết quả tính toán ở mục 2.4.1 thì ta có qgh=0.8282. Khi đó chiều cao đắp giới hạn ứng với vật liệu đắp có =2 g/cm3 có giá trị như sau
hgh=0.8282 4.141
0.2 m. Như vậy có thể thấy với chiều cao đắp của mặt cắt IA- IA< chiều cao đắp giới hạn nên đã đảm bảo điều kiện ổn định cho phép đắp 1 giai đoạn.
Dưới đây tác giả xin trình bày tính toán cho từng giải pháp xử lý.
Phương án bấc thấm
Đối với đoạn tuyến nghiên cứu, bấc thấm được lựa chọn là loại bấc thấm Mebradrain MD88 có các thông số kỹ thuật như sau :
Bảng 3-2. Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật của bấc thấm.
Các thông số kĩ thuật Kí hiệu Đơn vị Giá trị
ChiÒu réng a mm 100
ChiÒu dμy b mm 4
Cường độ chịu kéo một băng F kN 2,7
Độ dãn dμi η % 28
Khả năng thoát n−ớc khi có áp lực 300kN/m2 qw m3/s 58.10-6 Khả năng thoát n−ớc khi có áp lực 200kN/m2 qw m3/s 55.10-6
Hệ số thấm của vỏ lọc K mm/s 0,09 Kích th−ớc vỏ lọc O90 μm/s 80 Xác định khoảng cách bấc thấm
Theo TCXD 245 - 2000, để không làm đất xáo động quá lớn, khoảng cách giữa các bấc thấm tối thiểu là 1,3m. Để đảm bảo hiệu quả làm việc của mạng lưới bấc thấm, khoảng cách lớn nhất giữa các bấc thấm là 2,2m. Bố trí bấc thấm với sơ đồ ô vuông, tiến hành tính toán khoảng cách bấc thấm hợp lý bảo đảm đạt độ cố kết với thời gian dự án đặt ra. Dưới đây tác giả tính toán với 5 trường hợp khoảng cách bấc thấm khác nhau D=1.3m đến 2.2m như Bảng 3-3.
Trong đó, với cách bố trí hình vuông thì khoảng cách tính toán giữa các bấc thấm có giá trị de=1.13D.
Bấc thấm có đường kính tương đương dw=0.05m.
Bảng 3-3. Bảng tổng hợp thông số tính toán các trường hợp bố trí bấc thấm.
D (m) de (m) dw(m) n Fn Fs Fr
1.3 1.469 0.05 29.38 2.635 0.693 0.007 1.5 1.695 0.05 33.90 2.777 0.693 0.007 1.8 2.034 0.05 40.68 2.958 0.693 0.007 2.0 2.26 0.05 45.20 3.063 0.693 0.007 2.2 2.486 0.05 49.72 3.158 0.693 0.007 Theo yêu cầu của phương án thì toàn bộ thời gian chờ lún là 210 ngày.
Xác định chiều sâu bấc thấm
Theo bảng tính toán lún tại bản 2-21 thì nếu lấy tới độ sâu 18m thì độ lún có giá trị 1.42m, còn từ phạm vi 18m đến hết thì độ lún là 0.146m. Như vậy, nếu tính toán xử lý cho phạm vi ~18m đạt đến độ cố kết 99% thì độ lún dư còn lại chỉ bao gồm phần lún dưới sâu quá 18m sẽ thỏa mãn yêu cầu độ lún dư còn lại. Vậy chiều sâu bấc thấm L=18.0m được đưa vào tính toán.
Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng: CVtb 25.1x10-4 (cm2/s) = 0.0217 (m2/ngày); chiều sâu cắm bấc thấm: L= 18.0 (m). Khi đó, nhân tố cố kết theo phương thẳng đứng có giá trị như sau:
2
0.0217
.210 0.0141
V 18
T
Với giỏ trị Tv=0.0141, tra bảng 2-16 ta được Uv= 0.134;
Ngoài ra, hệ số cố kết theo phương ngang Ch được lựa chọn theo quan hệ Ch/Cv=2 nên ta sẽ thu được Ch=0.0434
Khi đó, lần lượt thay thế vào các công thức đã nêu ta thu được các thông số như sau:
Bảng 3-4. Bảng kết quả tính toán bấc thấm
D (m) t (ngày) Ch (m2/ngày) Tv Th Uh Uv U (%) 1.3 210 0.0434 0.0141 4.223 1.000 0.134 100.0 1.5 210 0.0434 0.0141 3.172 0.999 0.134 99.9 1.8 210 0.0434 0.0141 2.203 0.994 0.134 99.4 2.0 210 0.0434 0.0141 1.784 0.983 0.134 98.5 2.2 210 0.0434 0.0141 1.474 0.966 0.134 97.0
Từ bảng kết quả tính toán bấc thấm trên cho thấy với thời gian chờ lún là 210 ngày thì độ cố kết đạt giá trị lớn đảm bảo yêu cầu qui định về kỹ thuật do đó với các khoảng cách bố trí bấc thấm như trên thì đều thỏa mãn. Tuy nhiên, để thiên về an toàn tác giả kiến nghị chọn khoảng cách bấc thấm là 1.5m. Khi đó từ bảng 2-21 ta xác định được độ lún dư còn lại của phần không xử lý từ dưới 18m đến 25m có giá trị Sr=0.146m<0.3m đảm bảo theo đúng yêu cầu qui định.
Bảng 3-5. Bảng tổng kết các thông số phương án xử lý bấc thấm.
Phương án Sơ đồ bố trí bấc thấm
Khoảng cách bấc thấm (m)
Chiều sâu xử lý (m)
Thời gian chờ lún (ngày)
Bấc thấm Hình vuông 1.5 18.0 210.0
Hình 2-1. Sơ đồ bố trí bấc thấm.
Phương án giếng cát
Đối với phương án giếng cát được lựa chọn sơ đồ cắm tương tự như với bấc thấm là sơ đồ hình vuông, chiều sâu xử lý L=18.0m nhưng với khoảng cách giữa các giếng cát có giá trị thay đổi như 2.0m; 2.5m; 3.0m; 3.5m; 4.0m.
Bảng 3-6. Bảng tổng hợp thông số tính toán các trường hợp bố trí giếng cát.
D (m) de (m) dw(m) n Fn
2.0 2.26 0.4 5.650 1.05 2.5 2.82 0.4 7.075 1.25 3.0 3.39 0.4 8.475 1.42 3.5 3.95 0.4 9.900 1.57 4.0 4.52 0.4 11.30 1.70
Với tính toán tương tự như với phương án bấc thấm đã trình bày ở trên và lần lượt thay thế các giá trị vào ta thu được các thông số như sau:
Bảng 3-7. Bảng kết quả tính toán giếng cát
D (m) t (ngày) Ch (m2/ngày) Tv Th Uh Uv U (%)
2.0 210 0.0434 0.0141 1.784 1.000 0.134 100.0 2.5 210 0.0434 0.0141 1.146 0.999 0.134 99.9 3.0 210 0.0434 0.0141 0.793 0.994 0.134 99.5 3.5 210 0.0434 0.0141 0.584 0.976 0.134 97.9 4.0 210 0.0434 0.0141 0.446 0.942 0.134 95.0
Từ bảng kết quả tính toán giếng cát trên cho thấy với thời gian chờ lún là 210 ngày thì độ cố kết đạt giá trị lớn đảm bảo yêu cầu qui định về kỹ thuật do đó với các khoảng cách bố trí giếng cát như trên thì đều thỏa mãn. Tuy nhiên, để thiên về an toàn tác giả kiến nghị chọn khoảng cách giếng cát là 2.5m. Khi đó từ bảng 2-21 ta xác định được độ lún dư còn lại của phần không xử lý có giá trị Sr=0.147m<0.3m đảm bảo theo đúng yêu cầu qui định.
Bảng 3-8. Bảng tổng kết các thông số xử lý giếng cát.
Phương án Sơ đồ bố trí giếng cát
Khoảng cách giếng cát (m)
Chiều sâu xử lý (m)
Thời gian chờ lún (ngày)
Giếng cát Hình vuông 2.5 17.0 210.0
Hình 2-2. Sơ đồ bố trí giếng cát.
Phương án cọc cát
Lớp đất yếu có hệ số rỗng e0=1.528 và hệ số rỗng tại P=1kG/cm2 có giá trị eyc=1.0. Khi đó, với đường kính cọc cát là 0.8m thì khoảng cách bố trí của cọc cát sẽ có giá trị như sau:
0 0
1 1 1.528
0.886. . 0.886.0.8. 1.56 1.528 1.00
yc
D d e
e e
Với khoảng cách cọc cát là D=1.56m thì tỷ diện tích thay thế được xác định như sau:
2 2
. . 0.8 0.21
4 4 1.56
s
a d
D
Với lựa chọn hệ số tập trung ứng suất n=3 ( theo tác giả BACHUS) khi đó ta sẽ có hệ số giảm độ lún được xác định như sau:
1 1
0.704 1 ( 1). s 1 (3 1).0.21
R n a
Theo kết quả tính toán ở trên, mặt cắt IA-IA có độ lún cố kết Sc=1.42m.
Khi đó, tổng độ lún cố kết của nền đất sau khi xử lý bằng cọc cát được xác định như sau:
St=R.Sc=0.704*1.42=1.00m
Sau khi xử lý bằng cọc cát, chỉ tiêu cơ lý chung của nền sau xử lý được xác định theo công thức sau:
Ach=(1-as).A+as.Ac
Lần lượt thay các giá trị chỉ tiêu cơ lý của nền đất ban đầu và tỷ diện tích thay thế ta lần lượt thu được giá trị chỉ tiêu chung của nền đất sau xử lý có giá trị như sau: ch=(1-0.21)*1.62+0.21*1.80=1.658
Such(z<6.5m) =(1-0.21)*1.4+0.21*2.0=1.526
Such(z>6.5m) =(1-0.21)*1.75+0.21*2.0=1.803
Với khoảng cách bố trí giếng cát như đã tính toán ở trên với D=1.56m.
Khi đó, thay giá trị này vào các công thức ta sẽ thu được các giá trị như sau Bảng 3-9. Bảng tổng hợp thông số tính toán bố trí cọc cát.
D (m) de (m) dw(m) n Fn
1.56 1.76 0.4 2.20 0.30
Bảng 3-10. Bảng kết quả tính toán cọc cát
D (m) t (ngày) Ch (m2/ngày) Tv Th Uh Uv U (%)
1.56 210 0.0434 0.0141 2.942 1.000 0.134 100.0 Từ bảng 3-10 thấy rằng, phần đất yếu được xử lý có độ cố kết U=100%
khi đó từ bảng 2-21 ta xác định được độ lún dư còn lại có giá trị <0.3m đảm bảo yêu cầu đề ra.
Bảng 3-10. Bảng tổng hợp các thông số xử lý cọc cát.
Phương án Sơ đồ bố trí cọc cát
Khoảng cách cọc cát (m)
Chiều sâu xử lý (m)
Thời gian chờ lún (ngày)
Cọc cát Hình vuông 1.56 18.0 210.0
Hình 2-2. Sơ đồ bố trí cọc cát.
Bảng 3-11. Bảng tổng hợp thông số so sánh phương án xử lý mc IA-IA Tổng kết so sánh 3 phương án xử lý đối với mặt cắt IA-IA
Phương
án Giải pháp
Chiều sâu xử lý
(m)
Khoảng cách
(m)
Khối lượng xử
lý (md)
Giá thành (đồng)
PA1 Bấc thấm 18.0 1.5 8300 54,457,130.00
PA2 Giếng cát 18.0 2.5 2988 110,601,716.40
PA3 Cọc cát 18.0 1.56 7673 426,072,933.62
Sau khi tính toán từng phương án với các giải pháp kỹ thuật về chiều sâu xử lý, mật độ xử lý, kết quả cho thấy về mặt kỹ thuật cả 3 phương án đều thỏa mãn với độ lún dư còn lại đảm bảo theo đúng yêu cầu kỹ thuật đề ra. Tuy nhiên, với giá thành như trên thì phương án bấc thấm có giá thành nhỏ nhất nên kiến nghị phương án xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho mặt cắt tính toán.
b) Thiết kế xử lý cho mặt cắt IB-IB
Mặt cắt IB-IB có lớp đất yếu dày 6.1m và chiều cao đắp 2.5m làm phát sinh tổng lún 0.51m và khi đó tổng chiều dày đắp là 3.01m. Với các thông số trên do lớp đất yếu có chiều dày nhỏ và chiều cao đắp thấp cũng như tổng độ lún không lớn nên sơ bộ chọn phương án xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm để đưa vào tính toán. Việc lựa chọn giải pháp xử lý cũng như chiều sâu và khoảng cách bấc thấm sẽ được thử dần với sơ đồ bố trí khác nhau.
Theo kết quả tính toán ở mục 2.4.1 thì ta có qgh=0.79. Khi đó chiều cao đắp giới hạn ứng với vật liệu đắp có =2 g/cm3 có giá trị như sau hgh=0.79 3.5
0.2 m. Như vậy có thể thấy với chiều cao đắp của mặt cắt IB-IB<
chiều cao đắp giới hạn nên mặt cắt đảm bảo cho phép đắp 1 giai đoạn vẫn ổn định chống trượt.
Xác định khoảng cách bấc thấm
Theo TCXD 245 - 2000, để không làm đất xáo động quá lớn, khoảng cách giữa các bấc thấm tối thiểu là 1,3m. Để đảm bảo hiệu quả làm việc của mạng lưới bấc thấm, khoảng cách lớn nhất giữa các bấc thấm là 2,2m. Bố trí bấc thấm với sơ đồ ô vuông, tiến hành tính toán với các khoảng cách cắm bấc thấm để lựa chọn khoảng cách bấc thấm hợp lý nhất. (Bảng 3-12)
Trong đó, với cách bố trí hình vuông thì khoảng cách tính toán giữa các bấc thấm có giá trị de=1.13D.
Bấc thấm có đường kính tương đương dw=0.05m.
Bảng 3-12. Bảng tổng hợp thông số tính toán các trường hợp bố trí bấc thấm.
D (m) de (m) dw(m) n Fn Fs Fr
1.3 1.469 0.05 29.38 2.635 0.693 0.007 1.5 1.695 0.05 33.90 2.777 0.693 0.007 1.8 2.034 0.05 40.68 2.958 0.693 0.007 2.0 2.26 0.05 45.20 3.063 0.693 0.007 2.2 2.486 0.05 49.72 3.158 0.693 0.007
Theo yêu cầu của phương án thì toàn bộ thời gian chờ lún là 210 ngày.
Xác đinh chiều sâu bấc thấm
Theo kết quả dự báo lún (bảng 2-25) cho độ lún đến hết lớp đất yếu (chiều dày 6.1m) có giá trị 0.376m. Nếu tính toán chọn thời gian để đạt được độ cố kết phần nên trên 6.1m đạt 100% thì phần lún dư còn lại chỉ còn 0.048m<0.3m đảm bảo theo tiêu chuẩn. Như vậy, chọn chiều sâu xử lý hết lớp đất yếu với L=6.1m đưa vào tính toán.
Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng: CVtb 25.3x10-4 (cm2/s) = 0.0199 (m2/ngày); chiều sâu cắm bấc thấm: L= 6.1 (m). Khi đó, nhân tố cố kết theo phương thẳng đứng có giá trị như sau:
2
0.0199
.210 0.1123
V 6.1
T
Với giỏ trị Tv=0.1123, tra bảng 2-16 ta được Uv= 0.375;
Ngoài ra, hệ số cố kết theo phương ngang Ch được lựa chọn theo quan hệ Ch/Cv=2 nên ta sẽ thu được Ch=0.0711
Khi đó, lần lượt thay thế vào các công thức đã nêu ta thu được các thông số như sau:
Bảng 3-13. Bảng kết quả tính toán bấc thấm
D (m) t (ngày) Ch (m2/ngày) Tv Th Uh Uv U (%)
1.3 210 0.0711 0.1123 6.919 1.000 0.375 100.0 1.5 210 0.0711 0.1123 5.196 1.000 0.375 100.0 1.8 210 0.0711 0.1123 3.609 1.000 0.375 100.0 2.0 210 0.0711 0.1123 2.923 0.999 0.375 99.9 2.2 210 0.0711 0.1123 2.415 0.996 0.375 99.7
Từ bảng kết quả tính toán bấc thấm trên cho thấy với thời gian chờ lún là 210 ngày thì độ cố kết đạt giá trị lớn đảm bảo yêu cầu qui định về kỹ thuật, do đó với các khoảng cách bố trí bấc thấm như trên thì đều thỏa mãn. Tuy nhiên, để thiên về an toàn tác giả kiến nghị chọn khoảng cách bấc thấm là 1.5m. Khi đó từ bảng 2-25 ta xác định được độ lún dư còn lại của phần không xử lý có giá trị Sr=0.033m<0.3m đảm bảo theo đúng yêu cầu qui định.
Bảng 3-14. Bảng tổng kết các thông số phương án xử lý bấc thấm.
Phương án Sơ đồ bố trí bấc thấm
Khoảng cách bấc thấm (m)
Chiều sâu xử lý (m)
Thời gian chờ lún (ngày)
Bấc thấm Hình vuông 1.5 8.0 210.0