CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐOẠN TUYẾN NGHIÊN CỨU
3.4. Thiết kế xử lý bằng bấc thấm cho đoạn tuyến từ Km1346+700 đến Km1349+048 (cấu trúc nền kiểu I)
3.4.7. Thời gian chờ giữa hai giai đoạn đắp
Theo phương án thiết kế tại các mặt cắt đều thiết kế bấc thấm với khoảng cách giữa tâm các bấc thấm là 1,2m. Vì vậy, việc tính toán thời gian chờ đợi giữa các giai đoạn tại các mặt cắt có thể xác định theo phương pháp sau:
Khi đắp nền theo giai đoạn, giả sử độ cố kết của nền đất yếu đạt được sau từng giai đoạn là:
- Giai đoạn 1: 45%
- Giai đoạn 2: 90%
Thời gian thi công đắp giai đoạn 1 đến 2,79m là 10 ngày.
Độ cố kết tại thời điểm t bất kỳ được xác định theo công thức:
U = 1-(1-Uh).(1-Uv) Với Uh- độ cố kết theo phương ngang;
r s n
h
F F F
T
h e
U + +
-
-
=
8
1
Th- nhân tố thời gian: 2.
e h
h D
t T =C
Theo tính toán ở trên : De = 1,47m; Cv= 1,959m2/năm; Ch=4,9 m2/năm;
Fn=2,6; Fs=1,04; Fr =0,0177.
Ta có: 2
47 , 1
. 9 , 4 t
Th = =2,27.t
Độ cố kết theo phương thẳng đứng Uv sẽ được xác định bằng cách tra bảng dựa vào nhân tố thời gian theo phương thẳng đứng:
2
. h
t T C
tb v
v = với h =22m
Ta có 2
22 . 959 ,
1 t
Tv = = 0,004t
Giả thiết thời gian chờ sau khi đắp đất giai đoạn 1 để nền đất đạt độ cố kết U = 45% là t = 1,5 tháng = 0,125 năm, ta có:
Th = 2,27.0,125 = 0,284
Vậy 2,6 1,04 0,0117
284 , 0 . 8
1 + +
-
-
= e
Uh = 0,46
Tv = 0,004.0,125= 0,0005 Tra bảng ta được Uv= 0
Khi đó U = 1-(1-0,46)(1-0)= 46%.
Vậy thời gian đợi giữa giai đoạn 1 và giai đoạn 2 là 1,5 tháng = 45 ngày.
Thời gian chờ cố kết giai đoạn 2:
Giả thiết thời gian chờ sau khi đắp đất giai đoạn 2 để nền đất đạt độ cố kết U=90% là t=6 tháng = 0,5 năm, ta có:
Th = 2,27.0,5 = 1,135
Vậy 2,6 1,04 0,0117
135 , 1 . 8
1 + +
-
-
= e
Uh = 0,91
Tv = 0,004.0,5 = 0,002 Tra bảng ta được Uv = 0,115
Khi đó U = 1-(1-0,91)(1-0,115)= 92,1%
Vậy thời gian đợi cố kết giai đoạn 2 là 6 tháng = 180 ngày.
Độ lún cố kết còn lại:
ΔS = (1-U).Sc = (1-0,921).0,59 = 0,04m = 4cm
Bảng 3.10. Thời gian chờ cố kết giữa các giai đoạn Giai đoạn Thời gian chờ (ngày) U%
1-2 45 46
2 180 92,1
Bảng 3.11. Tổng hợp quá trình thi công đắp theo giai đoạn tại mặt cắt ngang điển hình cấu trúc nền kiểu I
STT Hạng mục công việc Thời gian thi công (ngày)
Thời gian cộng dồn (ngày)
Độ cố kết đạt được U%
1
Dọn dẹp mặt bằng, rải vải địa kỹ thuật + đắp đệm cát, thi công bấc thấm
15 15
2 Đắp đến chiều cao 2,79m 25 40
3 Đợi đất cố kết 45 85 46
4 Đắp đến chiều cao 4,56m 10 95
5 Đợi đất cố kết 180 275 92,1
3.4.8. Thiết kế mạng lưới xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước
12
2 2
3 3
Vải địa kỹ thuật gia cường (200kN/m) Vải địa kỹ thuật ngăn cách (12kN/m)
Đệm cát thoát nước, chiều dày 1,0m 1
2 3
Mốc quan trắc lún Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng
Cọc đo chuyển vị ngang BÊc thÊm
4
4
5 5
6
6 1:2
B B'
Chiều cao phòng lún B
B' 1,2m
Km 1349+040 KiÓu I
Km 1346+700
Nam 2015
7
Lớp cát phủ đầu bấc thấm 7
Phần đắp gia tải trước
Sơ đồ thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước
3.4.9. Quan trắc địa kỹ thuật
Khi sử dụng phương pháp xử lý nền đất yếu phải có hệ thống quan trắc để kiểm tra các dự báo thiết kế và điều chỉnh bổ sung khi cần thiết. Công tác quan trắc để đánh giá chất lượng cố kết của nền đất bao gồm:
+ Quan trắc đo lún;
+ Đo chuyển vị ngang;
+ Đo áp lực nước lỗ rỗng.
a. Quan trắc lún - Mục đích:
+ Xác định độ lún trực tiếp của nền đường sau khi thi công xong, từ đó xác định khối lượng đất đắp phù hợp;
+ Xác định mức độ sai lệch của độ lún so với thiết kế, nếu độ sai lệch này vượt quá giới hạn cho phép của công trình thì cần phải có biện pháp xử lý cho phù hợp;
+ Kết quả đo lún cũng có thể dùng để kiểm tra lại các giá trị tính toán trong quá trình thiết kế công trình.
- Nội dung quan trắc:
+ Xây dựng các mốc quan trắc chuẩn để quan trắc. Phải có ít nhất 3 mốc chuẩn cho một công trình. Các mốc này có thể được chôn dưới đất hoặc gần trên tường các công trình kiên cố đã xây dựng từ lâu. Các mốc này được tiến hành xây dựng trong phần chuẩn bị của công tác tổ chức thi công;
+ Xây dựng các mốc lún: đế mốc đo lún phải đặt trên lớp vải địa kỹ thuật, giữa lớp đệm cát.
+ Tiến hành quan trắc lún.
+ Xử lý kết quả đo;
+ Lập báo cáo các công việc trên.
Thiết bị đo lún có cấu tạo như sau
Hình 3-9.Cấu tạo thiết bị đo lún - Thiết kế mạng lưới quan trắc
Theo tiêu chuẩn TCVN9355-2012, thiết kế mạng lưới quan trắc lún như sau:
+ Tại mỗi mặt cắt ngang tuyến đường bố trí 3 thiết bị đo lún nền đặt ở các vị trí tim tuyến đường và hai vai đường.
+ Trên toàn bộ đoạn đường bố trí cách 250m /1vị trí - Phương pháp tiến hành:
+ Sử dụng máy thủy chuẩn Ni – 004 hoặc máy thủy chuẩn Ni – 007 và mia Invar để quan trắc;
+ Quan trắc tiến hành theo chu kỳ:
* Sau khi xây dựng xong mốc lún, tiến hành đo cao độ các mốc lún;
* Tiến hành đo lún với tần suất 1 ngày/1lần với các lần gia tải đắp theo giai đoạn;
* Sau khi hoàn thành đưa nền vào sử dụng, tiến hành đo lún với tần suất 1tuần/1lần trong 2 tháng đầu, 1tháng/1lần cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao cho ban quản lý bao gồm đoạn tuyến đường và các thiết bị quan trắc.
b. Quan trắc chuyển vị ngang
- Mục đích : quan trắc chuyển vị ngang nhằm xác định khả năng ổn định trượt của nền đường, từ đó có biện pháp xử lý thích hợp trong quá trình thi công.
- Nội dung quan trắc:
+ Xây dựng các mốc chuẩn để quan trắc, công việc này được tiến hành trong quá trình tổ chức thi công;
+ Xây dựng các mốc quan trắc chuyển vị ngang;
+ Tiến hành quan trắc;
+ Xử lý kết quả đo;
+ Lập báo cáo.
Mốc quan trắc chuyển vị ngang được làm bằng gỗ tiết diện 10x10cm, đầu có đính mũ.
- Thiết kế mạng lưới quan trắc:
+ Tại mỗi mặt cắt ngang tuyến đường, bố trí 6 mốc đo, mỗi bên 3 mốc;
+ Các mốc cách nhau 5m, mốc thứ nhất cách taluy nền đắp 2m. Mốc được đóng sâu vào trong đất là 1m và cao lên trên mặt đất 2m;
+ Các mặt cắt ngang đo chuyển vị ngang, trùng với mặt cắt bố trí quan trắc lún và đo áp lực nước lỗ rỗng.
- Phương pháp tiến hành quan trắc:
+ Dùng mốc chuẩn và máy kinh vĩ và mia Invar để theo dõi sự phát triển của chuyển vị ngang theo thời gian;
+ Trong quá trình đắp nền, mỗi ngày đo chuyển vị ngang 1 lần, và cứ 3 ngày kiểm tra cao độ đỉnh cọc một lần xem đất yếu có bị đẩy trồi lên không;
+ Quan trắc 1 tuần/1 lần sau khi ngừng đắp 2 tháng, 1tháng/1lần cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao cho ban quản lý, bao gồm cả đoạn tuyến đường và các thiết bị quan trắc.
c. Đo áp lực nước lỗ rỗng
- Mục đích : áp lực nước lỗ rỗng tăng làm giảm sức chống cắt của đất nền dẫn đến công trình có thể bị phá hoại. Đồng thời áp lực nước lỗ rỗng cũng chịu phản ánh độ cố kết của đất nền. Do đó, việc đo áp lực nước lỗ rỗng nhằm xác định độ lún theo thời gian của nền đất dưới tác dụng của tải trọng do quá trình thi công và đưa vào sử dụng của đường, từ đó có được các biện pháp xử lý kịp thời nếu độ lún của công trình vượt quá quy định.
- Nội dung quan trắc :
+ Xác định vị trí đo áp lực nước lỗ rỗng;
Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng là máy LPC thủy lực, được sử dụng để đo áp lực nước lỗ rỗng ở các thời điểm khác nhau, loại này cho phép đọc mực nước trong ống áp suất
+ Tiến hành đo áp lực nước lỗ rỗng, ghi kết quả, xử lý số liệu và lập báo cáo.
- Thiết kế mạng lưới quan trắc
+ Tại mỗi trắc ngang tuyến đường, bố trí vị trí đo áp lực nước lỗ rỗng ở các độ sâu khác nhau: ngay dưới lớp đệm cát, ở giữa lớp đất yếu và cuối chiều sâu cắm bấc thấm;
+ Các mặt cắt đo áp lực nước lỗ rỗng, trùng với mặt cắt bố trí quan trắc lún và đo chuyển vị ngang.
- Phương pháp tiến hành quan trắc:
+ Lắp đặt thiết bị đo;
+ Đo áp lực nước lỗ rỗng 1 ngày/lần trong quá trình đắp nền, 1 tuần/lần sau khi ngừng đắp 2 tháng, 1 tháng/1lần cho đến hết thời gian bảo hành và giao cho ban quản lý, bao gồm cả đoạn tuyến đường và các thiết bị quan trắc khác.
Bảng 3.12.Tổng hợp vị trí các trắc ngang quan trắc
Phương pháp xử lý
Vị trí đo (Km)
Số lượng thiết bị đo Bàn đo
lún
Mốc đo chuyển vị
ngang
Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng (3 vị trí đo/1 điểm đo)
Bấc thấm
1346+700 3 6 1
1346+950 3 6 1
1347+200 3 6 1
1347+450 3 6 1
1347+700 3 6 1
1347+950 3 6 1
1348+200 3 6 1
1348+450 3 6 1
1348+700 3 6 1
1348+950 3 6 1
Tổng 30 60 10
3.4.10. Thi công bấc thấm 3.4.10.1 Yêu cầu vật liệu
ã Cỏt dựng cho đệm cỏt
- Cát phải là cát hạt trung trở lên, có một số chỉ tiêu cơ bản sau:
- Hàm lượng hạt > 0,25mm chiếm trên 50%;
- Hàm lượng hạt < 0,08mm chiếm ít hơn 5%;
- Hàm lượng hữu cơ < 5%;
- Hệ số thấm ³ 10-5m/s
- Thoả mãn một trong hai điều kiện sau:
6
10 60 >
D
D
( ) 3 1 .
60 10
2 30 <
< D D
D
Với D60, D30, D10 là kích cỡ hạt mà lượng chứa các cỡ hạt nhỏ hơn nó chiếm 60%, 30%, 10%.
ã Vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật không dệt (dùng làm tầng lọc thoát nước và ngăn cách):
- Vải địa kỹ thuật loại không dệt;
- Cường độ chịu kéo theo phương dọc và ngang (ASTM D4595): ³12kN/m;
- Cường độ chịu kéo giật (ASTM D4632): ³1,0kN;
- Cường độ chịu xé rách (ASTM D4533): ³ 0,3 kN;
- Khả năng chống xuyên thủng CBR (BS 6906-4): 1500-5000N;
- Độ giãn dài khi đứt (ASTM D4595): ≤ 65%;
- Đường kính lỗ lọc (ASTM D4751): O90 ≤ 0,125mm và O90 ≤ 0,64 D85;
Trong đó D85 là đường kính hạt vật liệu đắp mà lượng chứa các cỡ hạt nhỏ hơn nó chiếm 85%;
- Hệ số thấm (BS 9606-3): ³ 1,4 10-4m/s;
- Độ bền tia cực tím: cường độ sau 3 tháng chịu tia cực tím (ASTM D-4355):
>70%.
Vải địa kỹ thuật loại dệt (dùng để gia cường):
- Vải địa kỹ thuật loại dệt;
- Vật liệu: Polyester;
- Cường độ chịu kéo dọc khi đứt (ASTM D4595): theo phương dọc ³200kN/m, theo phương ngang ³50kN/m;
- Cường độ chịu kéo giật (ASTM D4632): ³1,8kN;
- Khả năng chống xuyên thủng CBR (BS 6906-4): 1500-5000N;
- Độ giãn dài khi đứt theo phương dọc và ngang (ASTM D4595): ≤ 15%;
- Hệ số thấm (BS 9606-3): ³ 1,4 10-4m/s;
- Độ bền tia cực tím: cường độ sau 3 tháng chịu tia cực tím (ASTM D4355):
>70%.
ã Bấc thấm - Bề dày 3,0mm - Bề rộng 100mm
- Vỏ lọc của bấc thấm có hệ số thấm k ≥ 1,4 x 10-4 m/s, đường kính của lỗ lọc không vượt quá 0,08mm.
- Khả năng thoát nước với cấp áp lực 10kPa ứng với graiden thủy lực i = 0,5 từ 60 x10-6 m3/s đến 140 x10-6 m3/s
- Khả năng thoát nước với cấp áp lực 400kPa ứng với graiden thủy lực i = 0,5 từ 60 x10-6 m3/s đến 80 x10-6 m3/s
- Cường độ chịu kéo (cặp hết chiều rộng của bấc thấm) >1,60 kN - Độ giãn dài ( cặp hết chiều rộng của bấc thấm) >20%
- Tốc độ thấm 2,4x10-4 m/s
- Lưu lượng thoát nước đơn vị ≥ 6,0m3/ ngày - Đường kính lỗ lọc D95 < 90 micron
- Chiều dài cuộn : 250÷300m tương ứng với đường kính cuộn từ 1,1÷1,2m 3.4.10.2. Kỹ thuật thi công
a. Công tác chuẩn bị
Trước khi thi công cần chuẩn bị:
* Cắm lưới đo đạc và định vị công trình
Các mốc chuẩn định vị công trình được làm bằng bê tông, đặt ở những vị trí chắc chắn, ổn định không nằm trong khu vực thi công và được rào chắn bảo vệ. Từ mốc chuẩn công trình, các đơn vị thi công sẽ dẫn về các mốc gửi của đoạn thi công.
Các mốc gửi được làm bằng cọc gỗ 60x60x700 mm đóng sâu vào đất, xung quanh có gạch định vị, được bảo vệ chắc chắn. Trong quá trình thi công thường xuyên kiểm tra độ chính xác ổn định của các mốc gửi.
Xác định vị trí công trình trên mặt bằng thi công được tiến hành theo trình tự:
- Xác định đường trục công trình (đóng các định vị trục công trình, 20 - 50m/mốc). Các cọc định vị này được làm bằng gỗ 40x40x500 mm, trên đỉnh cọc có đinh định vị.
- Sau đó lấy đường trục làm chuẩn đo vuông góc về hai phía để xác định hình dạng khối đào đắp. Căn cứ vào bản vẽ thiết kế, tiến hành cắm các mốc gửi.
- Các mốc gửi được giữ trong suốt quá trình thi công, hoàn công và bàn giao công trình.
- Các mốc chuẩn của công trình được giữ lại để theo dõi và đánh giá sự biến dạng cho công trình trong quá trình vận hành.
* Bố trí các công trình phụ trợ, lắp đặt hệ thống điện và cấp thoát nước Hệ thống này được xây dựng tập trung gấn ngay tuyến đường thi công sao cho được thuận tiện và đảm bảo an toàn trong quá trình thi công công trình.
* Tập kết nguyên vật liệu và thiết bị thi công
Các kho bãi vật liệu được xây dựng hợp lý để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công.
b. Thiết bị thi công
Những thông tin chi tiết và tính năng kỹ thuật của thiết bị phải được Tư vấn giám sát xem xét, chấp thuận trước khi chúng được huy động tới công trường.
- Máy thi công: máy ép phải có đủ năng lực thi công đến độ sâu theo hồ sơ thiết kế;
- Máy phải có thiết bị đo độ sâu, độ nghiêng, tốc độ xuyên xuống, tốc độ rút lên của ống định hướng.
c. Trình tự thi công
Trình tự thi công xử lý nền đất yếu bao gồm các bước lần lượt như sau:
- Đắp bờ vây ngăn nước, bơm nước tháo khô mặt bằng thi công (nếu có);
- Đào bỏ lớp không thích hợp (đất hữu cơ) và các vật liệu khác;
- Rải vải địa kỹ thuật không dệt có cường độ chịu kéo 12kN/m;
- Lắp đặt các thiết bị quan trắc (nếu có);
- Đắp 0,3m lớp cát đệm;
- Thi công cọc cát, bấc thấm: dùng thiết bị chuyên dụng đảm bảo chiều sâu và chất lượng;
- Đắp nốt phần cát đệm còn lại;
- Ốp và gập vải địa kỹ thuật vào lớp cát đệm tạo tầng lọc ngược;
- Rải lớp vải địa kỹ thuật loại dệt cường độ 200kN/m (nếu có);
- Đắp nền đường (K=0,95) và nghỉ theo từng giai đoạn như trong biểu đồ tiến trình đắp; khống chế tốc độ đắp 10≤ cm/ngày;
- Thi công mố trụ cầu, cống, rãnh,.... (nếu có);
- Thi công các lớp kết cấu mặt đường.
Chi tiết một số công tác thi công xử lý nền đất yếu được mô tả như dưới đây:
* Thi công rải vải địa kỹ thuật
Trước khi tiến hành thi công các hạng mục được mô tả ở mục này, nhà thầu phải đảm bảo các hạng mục cần thiết phải thi công trước đã hoàn thiện.
- Cắm lại tim và cọc định vị phạm vi rải vải, kiểm tra cao độ mặt bằng chuẩn bị rải vải.
- Vải địa kỹ thuật sẽ được rải trên phạm vi được thể hiện ở bản vẽ thi công:
- Bơm hút nước hoặc tháo khô nền đường toàn bộ diện tích rải vải địa kỹ thuật.
- Bề mặt được chuẩn bị rải vải phải được dọn sạch gốc cây, cỏ rác; những vật liệu cứng, sắc nhọn, các vật liệu khác.
- San phẳng đất nền trước khi trải vải, diện tích những vị trí gồ gề không được vượt quá 5%.
- Vải địa kỹ thuật được rải ngang (vuông góc với hướng tuyến ngoại trừ loại vải địa kỹ thuật loại dệt gia cường dọc mố nếu có khi đó sẽ rải dọc) theo đồ án thiết kế. Mối nối chồng hoặc mối nối bằng máy khâu chuyên dụng. Trường hợp dùng mối nối chồng, chiều rộng mối nối không nhỏ hơn 500mm, mối nối bằng máy may khâu đè gập đường nối thành đường viền kép không nhỏ hơn 100mm. Đường khâu cách biên 5 - 15cm, khoảng cách mũi chỉ là 7-10mm.
- Vật liệu địa kỹ thuật phải được đặt đúng hướng, vị trí trong nền đường. Các tấm vật liệu phải được giữ ở trạng thái căng theo các phương và được cố định bằng các neo, cọc bằng tre hoặc gỗ trước và trong suốt quá trình đắp vật liệu nền.
- Nhà thầu cần bố trí phương tiện lu lèn kiểu bánh lốp để đảm bảo độ chặt của vật liệu đắp theo yêu cầu mà không gây ra những hư hại cho vật liệu địa kỹ thuật trước, trong và sau quá trình đầm lèn vật liệu đắp.
- Với lớp đắp đầu tiên trên lớp vật liệu địa kỹ thuật, sau khi san vật liệu, lu bằng lu bánh lốp với tải trọng tăng dần để đạt độ chặt theo quy định của hồ sơ thiết kế. Từ lớp đắp thứ 2 thi công và kiểm tra bình thường như đắp nền đường thông thường.
- Trong quá trình thi công không được để máy thi công di chuyển trực tiếp trên mặt vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật.
- Bất kỳ vật liệu nào bị phá hỏng đều phải được sửa chữa hoặc thay thế để thoả mãn được các yêu cầu kỹ thuật và Nhà thầu phải chịu mọi chi phí.
- Vải địa kỹ thật phải được bảo quản cẩn thận, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng quá 3 ngày.
* Thi công lớp đệm cát
Trước khi tiến hành thi công các hạng mục được mô tả ở mục này, nhà thầu phải đảm bảo các hạng mục cần thiết phải thi công trước đã hoàn thiện và trước khi tiến hành thi công lớp đệm cát thoát nước, bề mặt đáy đào hoặc lớp dưới phải được chuẩn bị để tránh hiện tượng trộn lẫn giữa các vật liệu với nhau.
- Lớp đệm cát thoát nước được thi công thành 2 đợt. Đợt 1 thi công trước khi cắm bấc thấm với chiều dày đảm bảo cho thiết bị thi công cắm bấc thấm có thể làm việc nhưng không lớn hơn tổng chiều dày lớp đệm cát thoát nước và phải đảm bảo phần còn lại thi công đợt 2 phải có chiều dày ≥20cm.
- Sau khi thi công xong bấc thấm, bề mặt lớp đệm cát phải được dọn dẹp đảm bảo chất lượng cát đệm theo đúng qui định trước khi thi công nốt phần còn lại của đệm cát thoát nước.