CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG
2.3. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG
Việc luận chứng giải pháp xử lý nền tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế là hết sức cần thiết và quan trọng. Nó ảnh hưởng đến chất lượng cũng như giá thành của công trình. Mỗi một kiểu cấu trúc nền đất yếu đều có một hay nhiều biện pháp xử lý thích hợp. Do vậy, khi quyết định chọn biện pháp xử lý nào cần phải phân tích trên cơ sở các yếu tố sau:
- Cấu trúc nền đất yếu: cần nhấn mạnh chiều sâu và chiều dày phân bố các lớp đất yếu và các lớp đất tốt phân bố gần mặt đất, như kết quả đã phân chia cấu trúc nền ở mục 2.2.3
- Quy mô tải trọng và đặc điểm làm việc của tải trọng công trình;
- Các yêu cầu kỹ thuật của công trình: sức chịu tải, độ lún, độ lún dư, lún theo thời gian,...;
- Các điều kiện thi công bao gồm: vật liệu thi công, tiến độ thi công, thiết bị, công nghệ thi công,...;
- Hiệu quả kinh tế.
Trên đây, là những yêu cầu chung khi xem xét lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp. Để lựa chọn giải pháp xử lý nền cho đoạn tuyến nghiên cứu cần làm sáng tỏ các vấn đề sau:
* Về cấu trúc nền đất yếu
Cấu trúc nền đất yếu biến đổi phức tạp, kết quả nghiên cứu ở mục 2.2.3 đã phân biệt được 3 cấu trúc nền khác biệt cả về khả năng ổn định, độ lún. Điều này, được minh chứng qua các kết quả tính toán trên. Tuy nhiên, đất yếu phân bố nông, chiều dày biến đổi lớn và có sự biến đổi ở các đoạn tuyến. Do vậy, việc lựa chọn phương pháp xử lý nhất thiết phải phù hợp với các kiểu cấu trúc nền đã phân chia.
* Về ổn định của nền công trình
60
Qua các kết quả phân tích ổn định cho thấy nền đường đắp trên cấu trúc nền I có chiều cao nhỏ hơn 3,20m đều ổn định về trượt, các đoạn tuyến đắp trên cấu trúc nền IIa và IIb có hệ số ổn định cao hơn (mặt cắt MC7 và MC8), nhưng phụ thuộc vào chiều dày lớp áo cứng trên mặt.
Các kết quả phân tích lún cho thấy, độ lún cố kết không những phụ thuộc vào chiều cao đắp mà còn phụ thuộc vào kiểu cấu trúc nền đất yếu và chiều dày lớp đất yếu. Thời gian đạt độ lún yêu cầu (∆S ≤ 0,30m) phụ thuộc vào kiểu cấu trúc nền và chiều dày lớp thoát nước tốt trên mặt (lớp 2). Trong các kiểu cấu trúc nền trên, phụ kiểu IIb có thời gian giảm rõ rệt, cho thấy vai trò của lớp thoát nước trên mặt ảnh hưởng lớn đối với xử lý nền về tốc độ lún. Ở đây, cần nhấn mạnh rằng, vai trò của các lớp đất yếu ảnh hưởng rất lớn đối với sự gia tăng độ lún, thời gian chờ lún và sự giảm ổn định chống trượt của nền đường đắp, do vậy nó quyết định đến độ sâu xử lý của nền. Đối với phụ kiểu cấu trúc nền IIa và IIb tại các vị trí có chiều cao đắp không lớn, có hệ số ổn định trượt tăng lên rõ rệt, phụ thuộc chặt chẽ với chiều dày của các lớp đất tốt trên mặt. Ngoài ra, lớp đất thoát nước tốt trên mặt, có vai trò làm tăng nhanh tốc độ lún của nền. Vì vậy, đây cũng là cơ sở quan trọng để lựa chọn giải pháp xử lý nền nông nhằm làm tăng nhanh tốc độ cố kết và tăng ổn định trượt đối với các đoạn tuyến đắp thấp.
Qua xem xét sự phân bố các lớp đất yếu trên toàn bộ chiều dài của tuyến đường, nhận thấy chủ yếu là các lớp đất 3a, 4 và 5. Ảnh hưởng lún của các lớp đất yếu này trên toàn bộ độ lún của nền đường được thể hiện qua số liệu tính toán trong phụ lục 4 và được thể hiện theo bảng 2.11:
Bảng 2.11: Giá trị độ lún cố kết của các lớp đất yếu Độ lún từng lớp đất yếu TT Mặt cắt tính
toán
Độ lún cố
kết (m) Lớp 3a Lớp 4 Lớp 5
Phần trăm lún %
1 MC1 1,05 0,28 0,15 0,62 100,0
2 MC2 0,43 - 0,13 0,25 88,4
3 MC3 0,70 - 0,25 0,39 91,4
4 MC4 0,80 - - 0,67 83,8
61
5 MC5 0,78 - 0,21 0,29 64,1
6 MC6 0,95 - 0,33 0,62 100,0
7 MC7 1,08 - 0,70 0,20 83,3
8 Km 0 +315 0,45 - 0,36 - 80,0
9 Km 1+075 0,81 0,04 0,08 0,60 88,9
10 Km 2+500 0,91 0,16 0,13 0,54 91,2
11 Km 6 +144 0,82 0,15 0,11 0,52 95,1
Các lớp đất yếu trên đều có hệ số cố kết thấm nhỏ, gây nên sự biến dạng kéo dài theo thời gian, hơn nữa chúng lại phân bố dưới sâu nên giải pháp xử lý nền triệt để phải là các giải pháp xử lý sâu.
* Về lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu
Qua kết quả tính toán ổn định trượt và biến dạng lún, với các lớp đất đắp có chiều cao nhỏ hơn 3,20m đều ổn định về trượt (Fs ≥ 1,40) và có độ lún lớn hơn giới hạn cho phép (S ≥ 0,3m). Mặt khác, trên biểu đồ hình 2.16a cho thấy, với chiều cao đắp lớn hơn 3,0m đều có độ lún khá lớn. Do vậy, đối với các đoạn tuyến đắp có chiều cao đắp nhỏ hơn 3,00m lựa chọn giải pháp xử lý nông, thay thế lớp đất yếu trên mặt bằng các lớp đất có cường độ và tốc độ thoát nước tốt nhằm tăng cường độ ổn định và tăng tốc độ cố kết của nền.
Các đoạn tuyến có chiều cao đắp lớn hơn 3,00m đối với cấu trúc nền I cấu trúc nền IIa và IIb khi áp dụng giải pháp xử lý nền sâu, cần phải chú ý đến chiều sâu phân bố của đất yếu và chiều sâu hoạt động nén ép của công trình để lựa chọn chiều sâu xử lý nền. Qua kết quả tính toán, với chiều cao đắp thiết kế lớn hơn 3,00m có vùng hoạt động nén ép vượt qua chiều sâu đất yếu, vì vậy cần phải có giải pháp xử lý trên toàn bộ chiều dày lớp đất yếu.
Ngoài ra, việc lựa chọn giải pháp xử lý sâu cần phải đảm bảo nguyên tắc xử lý đã trình bày ở mục 1.2.2. Trên cơ sở xem xét các cấu trúc nền đất dọc tuyến, quy mô công trình và điều kiện về vật liệu, công nghệ thi công ở địa phương, các giải pháp xử lý nền đất yếu được xem xét lựa chọn bao gồm: sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước, giếng cát kết hợp gia tải trước, phương pháp cọc cát và cọc đất xi
62
măng. Các giải pháp xử lý nền được lựa chọn, tính toán tại các đoạn tuyến đã phân chia, trên các mặt cắt đại diện. Được thực hiện tính toán theo nguyên tắc ưu tiên các giải pháp truyền thống như bấc thấm gia tải trước, giếng cát gia tải trước. Những đoạn đắp cao, xem xét tính toán với giải pháp cọc xi măng đất hoặc cọc cát để làm cơ sở so sánh lựa chọn giải pháp xử lý nền tối ưu cho toàn tuyến.
2.3.2. Phân đoạn tuyến đường, lựa chọn giải pháp xử lý nền
Việc phân đoạn tuyến đường được tiến hành trên cơ sở tính toán chiều cao đắp thiết kế dựa vào bình đồ, mặt cắt ngang, trắc dọc tuyến và mặt cắt địa chất được đánh giá theo các kiểu cấu trúc nền, được phân chia theo số liệu bảng 2.3a÷ 2.3c.
Trên cơ sở các luận chứng theo các tiêu chí trên, giải pháp xử lý nền được phân chia thành 02 nhóm giải pháp:
+ Nhóm giải pháp xử lý nông: thay thế đất, gia tải,…
+ Nhóm giải pháp xử lý sâu: Bấc thấm kết hợp gia tải, giếng cát, cọc đất xi măng,…
Với phương án xử lý nông, được tiến hành trên các kiểu cấu trúc nền. Đối với phụ kiểu cấu trúc nền IIa và IIb thì xử lý các lớp đất yếu phía trên các lớp đất tốt; kiểu cấu trúc nền I xử lý một phần lớp đất yếu trên mặt. Vật liệu xử lý thay thế đất yếu là đất cát đen. Ngoài ra, để tăng ổn định khối đắp, dùng vải địa kỹ thuật ngăn cách giữa lớp đất thay thế và đất yếu.
Khi lựa chọn giải pháp xử lý nông, để tăng tốc độ lún của nền, đạt độ lún yêu cầu cần phải tiến hành gia tải. Việc lựa chọn chiều cao đắp gia tải cần phải xem xét trên các cơ sở tính toán về ổn định biến dạng và ổn định trượt của khối đắp. Nguyên lý giảm thời gian chờ lún được minh họa như hình 2.20. Với đường (1) biểu diễn đường lún theo thời gian ứng với tải trọng công trình. Đường (2) biểu diễn độ lún theo thời gian ứng với tải trọng công trình và tải trọng đắp gia tải thêm. Khi đó, đạt độ lún yêu cầu Syc thời gian chờ lún giảm từ t2 đến t1.
63
Thêi gian t
S
t
Syc
t1 2
1 2
Hình 2.20: Sơ đồ đường lún khi gia tải
Với phương án xử lý sâu lựa chọn ưu tiên tính toán các giải pháp xử lý truyền thống như: bấc thấm và giếng cát kết hợp gia tải trước cho toàn bộ các đoạn tuyến xử lý. Đối với những đoạn đắp cao tại mố cầu, khu vực cống phân tích thêm giải pháp cọc đất xi măng thực hiện với việc đắp nhanh để giảm thời gian thi công.
Sau đó tiến hành phân tích các thông số kỹ thuật để lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp cho toàn bộ tuyến đường.
Các nhóm giải pháp xử lý nền này, áp dụng cho toàn bộ các đoạn tuyến đã phân chia theo bảng số liệu sau:
Bảng 2.12: Lựa chọn giải pháp xử lý nền trên các đoạn tuyến Đoạn tuyến
(ĐT)
Chiều dài (m)
Kiểu CT nền
Kiểu MCĐH
Chiều đắp (m)
Nhóm giải pháp xử lý nền lựa chọn Đoạn tuyến 1 550 IIb ĐH1 2,14 Xử lý nông Đoạn tuyến 2 400 IIa ĐH 1, 2 2,27 Xử lý nông Đoạn tuyến 3 270 I ĐH 2 2,80 Xử lý nông Đoạn tuyến 4 160 IIa ĐH2 3,30 Xử lý sâu Đoạn tuyến 5 1.240 I ĐH2 3,46 Xử lý sâu Đoạn tuyến 6 750 IIa ĐH 2, 3 4,10 Xử lý sâu Đoạn tuyến 7 280 I ĐH3 3,44 Xử lý sâu Đoạn tuyến 8 180 I ĐH3 5,24 Xử lý sâu Đoạn tuyến 9 370 IIa ĐH3 4,63 Xử lý sâu
64
Đoạn tuyến 10 180 IIb ĐH3 5,39 Xử lý sâu Đoạn tuyến 11 427 I ĐH3 1,54 Xử lý nông Đoạn tuyến 12 453 I ĐH3 3,20 Xử lý sâu Đoạn tuyến 13 260 IIa ĐH3 1,60 Xử lý nông Đoạn tuyến 14 600 IIa ĐH3 2,79 Xử lý nông Đoạn tuyến 15 80 I ĐH3 4,55 Xử lý sâu Đoạn tuyến 16 700 IIb ĐH1 2,43 Xử lý nông Đoạn tuyến 17 235 IIa ĐH1 4,17 Xử lý sâu Đoạn tuyến 18 173 IIb ĐH4 5,90 Xử lý sâu Đoạn tuyến 19 222 IIb ĐH4 2,10 Xử lý nông Đoạn tuyến 20 190 IIa ĐH4 2,00 Xử lý nông Đoạn tuyến 21 960 IIa ĐH4 3,81 Xử lý sâu Đoạn tuyến 22 490 IIb ĐH4 4,35 Xử lý sâu Đoạn tuyến 23 145 I ĐH4 4,34 Xử lý sâu Đoạn tuyến 24 185 IIb ĐH4 4,46 Xử lý sâu
Như vậy, các giải pháp xử lý sâu được lựa chọn gồm 15 đoạn tuyến, có tổng chiều dài xử lý là 5.881m, giải pháp xử lý nông gồm 09 đoạn tuyến với tổng chiều dài là 3.619m.