- Tính tốn cốt thép trong giằng:
5. Dự báo độ lún cố kết theo thời gian của nền đất khi dùng bấc thấm:
3.3.7. Phương pháp gia cố nền bằng cố kết hút chân khơng ðặc điểm và phạm vi áp dụng:
ðặc điểm và phạm vi áp dụng:
Hút chân khơng là phương pháp xử lý nền bằng cách bơm hút nước ra khỏi đất nền để giảm hệ số rỗng, tăng liên kết giữa các hạt đất, nhờđĩ mà giảm được độ lún và tăng sức chịu tải của nền khi xây dựng cơng trình. Cĩ hai phương pháp cố kết hút chân khơng là phương pháp cách khí bằng màng kín và phương pháp ống hút trực tiếp.
Khi cần gia cố vị trí nền nào đĩ, người ta dùng một lớp vải bạt hay màng nhựa phủ kín vùng
đĩ khơng cho khơng khí lọt vào và tạo chân khơng ở bên dưới lớp màng này. ðể tạo chân khơng người ta dùng hệ thống ống hút và bơm chân khơng. Cơng nghệ này cĩ thể tạo ra một tải trọng nén trước tương đương với một khối đắp nén trước cao khoảng 4-5m.
Phương pháp ống hút trực tiếp: các bấc thấm được nối trực tiếp vào các ống nhựa dẻo và dẫn
đến các bơm hút chân khơng.
Phương pháp này được sử dụng trong những trường hợp sau đây:
• Sử dụng để thay thế hoặc thay thế một phần tải trọng đắp gia tải trước để cố kết nền
đất sét yếu cĩ sử dụng hệ thống thốt nước thẳng đứng bằng bấc thấm.
• Khi trong lớp đất yếu cĩ xen kẹp lớp đất bụi, đất cát hoặc các lớp thấm nước và khí, phải dùng các phương pháp bịt kín (tường kín khí) trong khu vực xử lý. Chiều sâu của tường kín khí phải lớn hơn chiều sâu của lớp xen kẹp dưới cùng.
• Chiều sâu xử lý cĩ hiệu quả khơng quá 35m và khơng được sử dụng trong điều kiện dưới đáy của lớp đất yếu cần xử lý là lớp đất bụi, đất cát hoặc lớp đất cĩ hệ số thấm lớn hơn 10-5cm/s.
Tính tốn thiết kế xử lý nền bằng bơm hút chân khơng
Xác định chiều dày lớp gia tải
a) ðối với phương pháp hút chân khơng cĩ màng kín khí
Theo phương pháp này, lớp gia tải cĩ vai trị chính là tạo khoảng khơng để bơm hút khí, tạo áp lực chân khơng phía dưới màng kín khí. Vì vậy, vật liệu gia tải cần cĩ hệ số thấm khí lớn, cịn chiều dày lớp gia tải thì khơng cần lớn, thường trong khoảng 0,5÷1,5 m, tùy thuộc loại máy bơm và khả năng cung cấp vật liệu gia tải. Máy bơm cĩ cơng suất lớn thì chọn chiều dày gia tải lớn.
b) ðối với phương pháp hút chân khơng khơng cĩ màng kín khí
Trong trường hợp này, chiều dày lớp gia tải phải đủ lớn để ngăn khơng khí đi vào nền đang
được xử lý bơm hút. Ngồi ra, lớp gia tải cịn cĩ tác dụng tăng tốc độ cố kết đất nền. Theo điều kiện kín khí, chiều dày gia tải HS(m) được xác định theo cơng thức:
A K Q P H air a w vac S =γ (3-103)
Trong đĩ: Pvac: áp suất chân khơng dưới lớp gia tỉa kín khí (KN/m2);
γw: trọng lượng riêng của nước (KN/m3); Qa: lưu lượng máy bơm hút chân khơng (m3/s);
Kair: hệ số thấm khí của lớp gia tải kín khí (m/s);
A: diện tích bề mặt xử lý (m2).
Xác định chiều sâu cắm bấc thấm:
Chiều sâu cắm bấc thấm phụ thuộc vào điều điện địa chất nền, cấp tải trọng do cơng trình tác dụng lên nền và yêu cầu hạn chế độ lún sau khi xây dựng cơng trình. Trước khi quyết định biện pháp xử lý nền cần thực hiện các tính tốn địa kỹ thuật, xác định:
• Ổn định tổng thể của cơng trình trên nền (trạng thái giới hạn I);
• ðộ lún của cơng trình (lún sơ cấp, lún cố kết, lún dư): theo trạng thái giới hạn II. Từ các tính tốn nêu trên sẽ xác định được yêu cầu về xử lý nền để tăng cường độ (đảm bảo
ổn định) và giảm độ lún dư (đảm bảo điều kiện biến dạng). Chiều sâu nền cần xử lý là trị số
lớn nhất xác định từ 2 điều kiện đã nêu. Chiều sâu cắm bấc được xác định như sau:
• Trường hợp chiều dày lớp đất yếu trong nền nhỏ hơn chiều sâu cần xử lý theo tính tốn: lấy chiều sâu cắm bấc bằng chiều dày lớp đất yếu, tức là hút chân khơng xử lý tồn bộ lớp đất yếu trong nền.
• Trường hợp chiều dày lớp đất yếu trong nền lớn hơn chiều sâu cần xử lý theo tính tốn: lấy chiều sâu cắm bấc bằng chiều sâu cần xử lý.
• Nếu chiều sâu cắm bấc xác định như trên đây cĩ giá trị L ≥ 30m thì cần luận chứng bằng cách so sánh với một số phương án xử lý khác.
Lựa chọn loại bấc thấm:
Việc lựa chọn loại bấc thấm chủ yếu phụ thuộc vào khả năng cung cấp của thị trường và thơng số kỹ thuật của máy cắm bấc. Hiện nay, điều kiện cung cấp bấc thấm của thị trường là tương đối dễ dàng. Vì vậy việc lựa chọn loại bấc là theo đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị
do từng đơn vị thi cơng sở hữu.
Lựa chọn sơđồ cắm bấc:
Trong thi cơng thường gặp 2 sơđồ cắm bấc chính là sơđồ tam giác và sơđồ hình vuơng. Việc chọn sơđồ nào là phụ thuộc vào cách vận hành thiết bị cắm bấc.
Xác định khoảng cách cắm bấc (d):
Khoảng cách cắm bấc phụ thuộc vào thời gian gia cố cho phép và khối lượng gia tải. Trình tự
• Với một thời gian gia cố dự định trước (t) giả thiết một số giá trị khoảng cách bấc thấm d.
• Với trị số t và d, theo các cơng thức tính tốn cố kết, xác định được chiều dày gia tải tương ứng HS.
• So sánh kinh tế giữa các phương án khoảng cách bấc thấm d, với các thành phần chi phí được tính bao gồm chi phí cho bấc thấm (tính theo tổng chiều dài bấc) và chi phí theo gia tải (tính theo tổng khối lượng gia tải), từđĩ lựa chọn được khoảng cách bấc thấm hợp lý.
Bài tốn xác định mối quan hệ giữa khoảng cách cắm bấc với các thơng số khác (chiều sâu cắm bấc, chiều dày gia tải, áp lực chân khơng, thời gian xử lý ...) cĩ thể được giải theo các phương pháp khác nhau. Thường sử dụng các phần mềm tính tốn chuyên dụng (ví dụ: các phần mềm Plaxis, Fossa, Msettle…).
Lựa chọn máy bơm và sơđồ nối ống:
Thơng thường đối với một đơn vị thi cơng, hệ thống máy bơm đã được trang bị sẵn và được sử dụng cho nhiều cơng trình. Khi đĩ nội dung tính tốn khơng phải là chọn máy bơm mà là chọn sơđồ nối ống tập trung nước vào máy bơm, theo các bước sau:
- Tính tốn khả năng tập trung nước của một bấc thấm Qg (m3/s) - Tính tốn số bấc thấm do một máy bơm phụ trách: g a b b Q Q K n = (3-104) Trong đĩ: Qa: năng lực của máy bơm (m3/s); Qg: khả năng tập trung nước của 1 giếng (bấc), m3/s;
Kb: hệ số xét đến tổn thất năng lượng trong hệ thống tập trung nước.
Khi một máy bơm phụ trách hút nước cho nhiều ống thì thường nối ống theo sơđồ phân cấp: cấp 1 - ống nối với máy bơm; cấp 2- các ống cùng đổ vào một ống cấp 1; cấp 3- các ống cùng
đổ vào một ống cấp 2.
Bố trí hệ thống hào vây:
Hệ thống hào vây chỉ được bố trí khi xử lý bơm hút chân khơng cĩ màng kín khí. Nhiệm vụ
của hào là để nhém mí màng kín khí phủ trên bề mặt khu vực xử lý. Sau khi gắn chặt mí màng chống thấm vào đáy hào thì đổ vữa bentonite lên để làm kín khí. Trong trường hợp quy mơ khu vực xử lý khơng lớn thì cĩ thể dùng đất sét nhão để nhém mí màng chống thấm thay cho vữa bentonite.
Hào được đào trong đất nguyên thổ, với kích thước mặt cắt khơng lớn: chiều rộng đáy: (0,3÷0,5)m; chiều sâu: (0,4÷0,6)m; hệ số mái dốc: m = 0,5÷1,0 (phụ thuộc vào khả năng ổn
Bố trí thiết bị quan trắc, bao gồm:
Thiết bị quan trắc thường bao gồm: quan trắc lún đứng bề mặt (lún tổng); quan trắc lún cho từng lớp địa chất; quan trắc lún nghiêng (chuyển vị ngang); quan trắc áp lực nước lỗ rỗng trong đất, áp lực chân khơng trong bấc thấm.
Các số liệu quan trắc được sử dụng trong quá trình xử lý đểđiều chỉnh áp lực chân khơng khi bơm hút cho phù hợp với sơđồ tính tốn và quyết định thời điểm dừng bơm hút (khi độ cố kết
đã đạt yêu cầu thiết kế).
Thi cơng:
Hiện nay trên thế giới cĩ rất nhiều cơng ty xây dựng triển khai cơng nghệ hút chân khơng, mỗi một cơng ty lại cĩ những cải tiến riêng, những thiết bị riêng để phù hợp với các cơng trình xây dựng mà cơng ty đĩ thực hiện. Vì vậy trong thực tế cĩ nhiều biện pháp thi cơng hút chân khơng khác nhau. Tuy nhiên các phương pháp này đều dùng gia tải để hỗ trợ quá trình rút nước khỏi nền. Về cơ bản cĩ thể phân thành hai loại chính là thi cơng hút chân khơng cĩ màng kín khí và khơng cĩ màng kín khí.
Nhĩm phương pháp thi cơng cĩ màng kín khí:
Màng kín khí thơng thường là màng địa kỹ thuật (geo-membrane) bao kín tồn bộ khu vực thi cơng. Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và khơng khí cũng được rút ra, tạo một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từđĩ hình thành một gia tải phụ do sự chênh lệch về áp suất khơng khí ở trên và dưới màng kín khí (hình 3.33).
Trình tự thi cơng xử lý nền bằng biện pháp cố kết hút chân khơng cĩ màng kín khí được thực hiện theo các bước sau:
Chuẩn bị thi cơng
Thi cơng lớp vải địa kỹ thật ngăn cách
Thi cơng lớp đệm cát thốt nước ngang và hệ thống thốt nước bề mặt
Thi cơng cắm bấc thấm, hào kín khí hoặc tường kín khí
Thi cơng hệ thống thốt nước ngang và đồng hồđo áp lực chân khơng
Thi cơng hệ thống quan trắc
Thi cơng lớp màng kín khí
Thi cơng hệ thống gia tải chân khơng
Thi cơng lớp bù lún và gia tải thêm
Kết thúc chạy chân khơng và dỡ tải.
Nhĩm phương pháp thi cơng khơng cĩ màng kín khí:
Nguyên tắc của nhĩm phương pháp thi cơng khơng cĩ màng kín khí dựa trên việc đơn giản hĩa phương pháp cố kết chân khơng cĩ màng kín khí bằng cách bỏ đi màng kín khí, cũng là bỏđi sự trợ giúp của áp suất khí quyển. Thay vào đĩ, nhĩm phương pháp này yêu cầu đắp lớp gia tải cao hơn để bù đắp sự thiếu hụt về áp lực gia tải (Hình 3.34). Nhìn chung nhĩm phương pháp này thi cơng đơn giản, nhưng khối lượng gia tải lại tương đối lớn.
Bơm thốt nước Cát Bấc thấm ðất chưa xử lý (đất sét, than bùn) Cát thốt nước đứng thốt nước ngang
ðại diện cho nhĩm thi cơng hút chân khơng khơng cĩ màng kín khí là phương pháp Beaudrain (hệ thống ống tập trung nước được thi cơng lắp đặt ngầm dưới mặt đất) và phương pháp Beaudrain-S (hệ thống ống tập trung nước được thi cơng lắp đặt nổi trên mặt đất, sau đĩ
đắp lớp gia tải phủ lên trên).
ðể gia tăng hiệu quả bơm hút chân khơng trên diện rộng, cả hai nhĩm phương pháp đều cĩ thể áp dụng các biện pháp cải tiến như là nối ống kín trực tiếp với bấc. ðiều này làm cho áp suất chân khơng trong bấc đạt tới độ sâu lớn hơn, tăng lưu lượng nước bơm hút được.