CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Khái quát về đất yếu, cọc đất xi măng, lưới địa kỹ thuật và các giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu
1.1.2 Sơ lược về các giải pháp xây dựng trên nền đất yếu cho nền đường đắp
1.1.2.1 Các yêu cầu xử lý nền đất yếu dưới nền đường đắp và tải trọng tác dụng của nền đường đắp trên đất yếu [2]
Khi xây dựng đường ô tô trên nền đất yếu, các vấn đề phát sinh chính bao gồm lún nhiều và lún kéo dài, hay mất ổn định trượt. Từ những vấn đề này, việc xử lý nền đất yếu chính là gia tăng sức chống cắt của đất nhằm giải quyết các bài toán về xử lý chống trượt, giảm độ lún và tăng nhanh tốc độ cố kết để rút ngắn thời gian cố kết nền đất yếu dưới tải trọng đắp ngay trong quá trình thi công.
6
Các yêu cầu chính khi thiết kế giải pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu tập trung các nội dung chính như:
- Về ổn định, nền đắp trên nền đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại do trượt trồi trong quá trình thi công đắp và trong suốt quá trình khai thác sử dụng sau đó;
- Về lún, ngoài việc phân tích dự báo được độ lún tổng cộng, lún cố kết, và lún theo thời gian kể từ khi bắt đầu đắp nền cho đến khi lún hết hoàn toàn;
- Tính toán và thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu hợp lý;
- Thiết kế và bố trí hệ thống quan trắc trong quá trình thi công nền đắp trên nền đất yếu, trong quá trình lưu tải xử lý nền đất yếu, hay khi khai thác vận hành công trình.
Khi kiểm tra ổn định và dự báo lún, cần phải xác định các loại tải trọng tác dụng của nền đường đắp trên đất yếu bao gồm tải trọng đất đắp nền đường, tải trọng xe cộ và tải trọng động đất. Tải trọng đắp nền đường gây ra ứng suất thẳng đứng được tính theo
[2] (công thức 1.1):
z = I.q
trong đó: z - ứng suất thẳng đứng tại độ sâu z do tải trọng đất đắp nền đường; I - hệ số ảnh hưởng theo toán đồ Osterberg; q = h - áp lực thẳng đứng tại đáy nền đường do tải trọng đắp gây ra; - trọng lượng thể tích vật liệu đắp nền đường; h - chiều cao đắp nền đường.
Theo quy trình 22TCN 262:2000, hoạt tải do xe cộ được xem là tải trọng của số xe nặng tối đa cùng một lúc có thể đỗ kín khắp bề rộng của nền đường, được xác định theo [2] (công thức 1.2):
= n.G
qxeB.l (1.2)
trong đó: n - số xe tối đa có thể xếp được trên phạm vi bề rộng nền đường; G - trọng lượng một xe; B - bề rộng phân bố ngang của các xe; l - phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc tim đường.
Tải trọng động đất được tính đến khi kiểm tra mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu có động đất cấp VII (MSK-64) trở lên, là lực quán tính do động đất của bản thân khối trượt, lực này tỷ lệ thuận với trọng lượng bản thân khối trượt [2] (công thức 1.3):
Wi = Kc. Qi
trong đó: Wi - lực động đất tác dụng trên một mảnh trượt i (hoặc khối trượt i), có điểm
đặt là trọng tâm mảnh (hoặc khối trượt) và có phương nằm ngang từ phía trong nền đường ra phía ngoài mái ta luy nền đắp; Qi - trọng lượng của mảnh trượt i (hoặc khối trượt i); Kc - hệ số động đất được tính tùy thuộc cấp động đất.
1.1.2.2 Một số giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu
Để giải quyết vấn đề lún nhiều, lún kéo dài và mất ổn định khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, có ba nhóm giải pháp chính [21], gồm: nhóm giải pháp kết cấu công trình, nhóm giải pháp kết cấu móng và nhóm giải pháp xử lý nền đất yếu.
- Nhóm giải pháp kết cấu công trình
Kết cấu công trình bị phá hoại do các điều kiện biến dạng như lún hoặc lún lệch quá lớn, sức chịu tải không đảm bảo. Giải pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên nền đất hoặc tăng khả năng chịu lực, chịu biến dạng của kết cấu công trình. Trên thế giới thường dùng các biện pháp sau: giảm trọng lượng bản thân công trình khi dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ; làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình bằng các kết cấu tĩnh định, khe lún, khớp dẻo; tăng khả năng chịu lực bằng cách gia cố tại các vị trí xuất hiện ứng suất cục bộ lớn; sử dụng kết cấu rỗng độ cứng lớn (ống cống rỗng) ....
- Nhóm giải pháp kết cấu móng
Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, một số giải pháp về móng đã được sử dụng như thay đổi chiều sâu chôn móng để tăng sức chịu tải và giảm lún khi đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn - giải pháp móng sâu như móng cọc thép, cọc gỗ, cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc bê tông rỗng đổ tại chỗ...;
thay đổi kích thước móng để giảm áp lực lên nền đất hoặc sử dụng loại móng có độ cứng phù hợp với điều kiện địa chất công trình như móng bè, móng trụ tháp...
- Nhóm giải pháp xử lý nền đất yếu
Tùy theo tính chất và quy mô của công trình sử dụng mà có các giải pháp xử lý nền đất yếu khác nhau. Để tăng nhanh tốc độ lún, giảm thiểu lún dư của nền đắp khi khai thác, có thể sử dụng các giải pháp thoát nước thẳng đứng như bấc thấm, giếng cát...
kết hợp gia tải trước hay cố kết đất yếu bằng hút chân không hoặc gia tải trước. Để tăng cường độ đất nền, tăng độ ổn định của nền đắp thì có thể sử dụng các biện pháp như cọc ĐXM, cọc đất vôi, cọc trụ vật liệu rời, gia cố toàn khối bằng chất kết dính, xử lý nền đất yếu bằng vữa hóa học, bệ phản áp....
Với đặc thù của công trình giao thông là trải dài trên tuyến, nhóm giải pháp xử lý nền đất yếu nói chung, giải pháp sử dụng cọc ĐXM nói riêng ngày càng được áp dụng
8
phổ biến nhằm tăng sức chịu tải nền đất, giảm lún công trình và rút ngắn thời gian thi công khi xây dựng nền đường đắp qua đất yếu.