Đệm cỏt thường sử dụng khi lớp đất yếu ở trạng thỏi bóo hũa nước như sột nhóo; cỏt pha bóo hũa nước, sột pha nhóo; bựn; than bựn cú chiều dày lớp đất cần thay thế khụng lớn lắm (nhỏ hơn 3m). Người ta búc bỏ cỏc lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cỏt cú khả năng chịu lực lớn hơn.
Kớch thước đệm cỏt được xỏc định từ điều kiện: σ1 + σ2 ≤ Rđy (2.19)
Trong đú:
σ1 - ứng suất thường xuyờn do trọng lượng bản thõn đất trờn cốt đỏy múng và của đệm cỏt tỏc dụng trờn mặt lớp đất yếu dưới đỏy đệm cỏt. σ2 - ứng suất do cụng trỡnh gõy ra, truyền trờn mặt lớp đất yếu đỏy đệm cỏt.
σ2 = Ko(σo tc
- γhM) (2.20)
Trong đú:
Ko - hệ số phụ thuộc vào m = 2z/b và n = l/b, được tra bảng. σo
tc
- ứng suất tiờu chuẩn trung bỡnh dưới đỏy múng xỏc định như sau :
Trường hợp múng chịu tải trọng đỳng tõm:
σo tc = tc o tb M N γ h +∑F (2.21)
Trường hợp múng chịu tải trọng lệch tõm:
σotc = 2 tc min tc max+σ σ (2.22) tc tc tc o max,min tb M M N σ γ h F W ∑ ∑ = + ± (2.23) Trong đú: ∑ tc 0
N - tổng tải trọng tiờu chuẩn thẳng đứng của cụng trỡnh tỏc dụng xuống múng;
∑ tc
M - tổng moment do tải trọng cụng trỡnh tỏc dụng vào múng; F - diện tớch đỏy múng;
W - moment chống uốn của tiết diện đỏy múng;
γtb - dung trọng trung bỡnh của múng và đất đắp lờn múng.
hủ h Hy σ1 σ2 bủ b ΣNo tc α Hỡnh 2.4 Sơ đồ tớnh toỏn đệm cỏt.
Cướng độ tớnh toỏn tại mặt lớp đất yếu, dưới đỏy lớp đệm cỏt xỏc định theo cụng thức : Rđy = tc 2 1 k m m
(AbyγII + BHyγ’II + DcII - γ’IIho) (2.24)
Trong đú :
A,B,D : tra bảng phụ thuốc vào ϕII (lưu ý rằng đõy là gúc ma sỏt trong của lớp đất ở phớa dưới đệm cỏt).
by : bềrộng múng quy ước, xỏc định như sau : + Đối với múng băng :
by = tc o 2 N σ l ∑ (2.25) + Đối với múng chữ nhật : by = 2 + y −∆ F Δ ; ∆ = 2b l− (2.26) 2 tc o y σN F ∑ = (2.27)
Để đơn giản,chiều dày đệm cỏt cú thể được tớnh toỏn theo cụng thức :
hđ = K.b (2.28) R1 R2 6,0 4,0 3,0 2,0 1,0 5,0 0,0 0,5 1,0 1,5 K b l =1 =2 b l =x l b Hỡnh 2.5 Biểu đồ xỏc định hệ số K. Trong đú : K : hệ số phụ thuộc vào tỷ số l/b và R1/R2 tra trờn biểu đồ hỡnh 2.5.
R1 : cường độ tớnh toỏn của đệm cỏt, thường được xỏc định bằng thớ nghiệm nộn tĩnh tại hiện trường hoặc theo cụng thức quy phạm.
R2 : cường độ tớnh toỏn của lớp đất yếu nằm dưới đệm cỏt, thường được xỏc định bằng bàn nộn tại hiện trường hoặc tớnh toỏn theo CII; ϕII.
Chiều rộng đệm cỏt xỏc định như sau:
bđ = b + 2hđtgα (2.29)
α : gúc truyền lực của cỏt hoặc cú thể lấy trong khoảng 30 – 45o.
Kiểm tra về độ lỳn :
S = S1 + S2 ≤ Sgh (2.30)
Trong đú : S1 : độ lỳn của đệm cỏt; S2 : độ lỳn của cỏc lớp đất nằm dưới đệm cỏt trong vựng chịu nộn; Sgh : độ lỳn cho phộp.
2.1.3. Cơ sở lý thuyết phương phỏp xử lý nền bằng giếng cỏt
Phương phỏp kỹ thuật xử lý nền đất yếu bằng giếng cỏt xõy dựng nền đất yếu đắp theo giai đoạn hoặc phương phỏp gia tải tạm thời với mục đớch tăng nhanh tốc độ cố kết và độ bền nhanh chúng đạt được yờu cầu, nõng cao sự ổn định của cụng trỡnh trờn nền đất yếu. Như vậy, nội dung của bài toỏn thiết kế giếng cỏt là xỏc định khoảng cỏch và chiều sõu của giếng để đạt được độ cố kết cần thiết trong khoảng thời gian cho trước.
2.1.3.1. Kiểm tra điều kiện làm việc của hệ thống giếng cỏt
Thiết bị thoỏt nước thẳng đứng chỉ làm việc khi tải trọng của nền đắp đủ lớn để ỏp lực gõy ra tại mọi điểm (trong phạm vi bố trớ thiết bị thoỏt nước) dưới tỏc dụng của tải trọng nền đắp lớn hơn trọng lượng bản thõn của cỏc lớp đất. Trước hết là để thắng được ỏp lực nước lỗ rỗng và sau đú đẩy nước theo thiết bị thoỏt nước thẳng đứng lờn. Khi thiết kế cần thỏa món hai điều kiện:
Điều kiện 1: σz+σvz≥(1, 2 1, 5− )σpz (2.31) Điều kiện 2: ( ) ( ) ( ) ( ) lg lg 0, 6 lg lg vz z pz vz z vz σ σ σ η σ σ σ + − = > + − (2.32) Trong đú: σvz- ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thõn cỏc lớp đất yếu gõy ra ở độ sõu z: σvz = Σγihi [7];
σz- ứng suất thẳng đứng do tải trọng đắp gõy ra ở độ sõu z trong đất yếu kể từ đỏy nền đắp.
2.1.3.2. Cấu tạo lớp đệm cỏt trờn mặt hệ thống thoỏt nước của giếng cỏt
Để đảm bảo nước trong đất cú khả năng thoỏt ra ngoài theo phương thẳng đứng khi ứng dụng giếng cỏt người ta thường thiết kế lớp đệm cỏt ở trờn mặt cỏc thiết bị tiờu thoỏt nước. Lớp đệm cỏt cú chiều dày tối thiểu là 50cm và phải lớn hơn độ lỳn dự bỏo từ 20 – 40cm. Bề rộng mặt tầng đệm cỏt phải rộng hơn đỏy nền đắp tối thiểu là 0,5 – 1m.
Cỏt để làm lớp đệm cỏt phải là cỏt thụ hoặc cỏt hạt trung với cỏc yờu cầu sau: - Tỉ lệ cỡ hạt lớn hơn 0,5mm phải chiếm trờn 50%;
- Tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0,14mm khụng quỏ 10%; - Hệ số thấm của cỏt khụng nhỏ hơn 10-4
m/sec; - Hàm lượng hữu cơ khụng quỏ 5%.
2.1.3.3. Sơ đồ bố trớ và khoảng cỏch giữa cỏc thiết bị thoỏt nước thẳng đứng
Thụng thường cỏc thiết bị tiờu nước giếng cỏt được bố trớ theo mạng lưới ụ vuụng hoặc theo mạng lưới tam giỏc đều. Tựy theo cỏch bố trớ cỏc thiết bị tiờu nước của giếng mà ta cú cụng thức xỏc định đường kớnh ảnh hưởng của nú như sau:
Bố trớ theo mạng ụ vuụng:
de = 1,13*D (2.33) Bố trớ theo mạng tam giỏc đều:
de = 1,05*D (2.34) Trong cụng thức và hỡnh 2.6:
D- khoảng cỏch giữa tõm của giếng cạnh nhau; de- đường kớnh đới ảnh hưởng của thiết bị giếng;
L e
d
Baỏc thaỏm, gieỏng caựt
de
L L
L
Hỡnh 2.6: Sơ đồ bố trớ thiết kế giếng cỏt.
a- theo sơ đồ hỡnh tam giỏc đều; b- theo sơ đồ hỡnh vuụng.
Đường kớnh tương đương của thiết bị tiờu nước thẳng đứng d đối với giếng cỏt chớnh là đường kớnh của giếng cỏt, cũn đối với bấc thấm được xỏc định theo cụng thức như sau:
Theo Hansbo : π ) ( * 2 a b d = + (2.35) Theo Rixner : 2 b a d + = (2.36)
Khoảng cỏch L giữa cỏc giếng phụ thuộc vào đường kớnh tương đương d của nú cũng như tốc độ cố kết của đất nền. Dựa vào đặc tớnh của đất nền và tớnh chất tỏc dụng của tải trọng trờn nú mà ứng với mỗi loại đường kớnh ta cú thể chọn khoảng cỏch giữa cỏc giếng một cỏch hợp lý.
2.1.3.4. Tớnh toỏn chiều sõu giếng cỏt
Chiều sõu bố trớ giếng L được bố trớ hết chiều sõu vựng chịu lỳn Ha do tải trọng cụng trỡnh đắp gõy ra. Khi xỏc định chiều sõu bố trớ giếng phải đồng thời xột tới cỏc trường hợp sau:
- Nếu Ha > chiều dày tầng đất yếu thỡ chỉ cần cắm hết chiều dày tầng đất yếu;
- Khi lớp đất yếu quỏ dày, chiều sõu vựng chịu lỳn quỏ lớn thỡ cần chỳ ý tới chiều sõu thực sự hiệu quả của giếng;
- Trong trường hợp bờn dưới Ha cú tầng cỏt mịn chứa nước cú ỏp thỡ khụng cắm vào tầng cỏt mịn đú.
2.1.3.5.Tớnh toỏn tốc độ cố kết của nền đất yếu theo thời gian
Mức độ cố kết trung bỡnh đạt được của một lớp đất sau thời gian kể từ lỳc đắp xong cú thể được biểu diễn như sau:
U =1−(1−Uv) (*1−Uh) (2.37) Trong đú:
U- mức độ cố kết trung bỡnh của một lớp đất;
Uv- mức độ cố kết trung bỡnh theo chiều thẳng đứng;
Uh- mức độ cố kết trung bỡnh theo chiều hướng tõmđược xỏc định như sau:
) * 8 exp( 1 r s n h h F F F T U + + − − = (2.38)
Th- nhõn tố thời gian theo phương ngang; t d C T e h h = 2* (2.39) h
C - hệ số cố kết theo phương ngang de- đường kớnh đới ảnh hưởng của giếng;
Fn- nhõn tố xột đến ảnh hưởng của khoảng cỏch bố trớ giếng - Đối với giếng cỏt thỡ Fn được xỏc định như sau:
2 2 2 2 4 1 3 ) ( * 1 ) ( n n n Ln n n n F − − − = (2.40)
Fs- nhõn tố xột đến ảnh hưởng của vựng đất bị xỏo động xung quanh bấc thấm. Khi dựng giếng cỏt thỡ khụng xột đến nhõn tố này (tức là xem Fs = 0)
Như vậy, sau khi tớnh được Uh và Uv từ biểu thức (2.37) ta cú thể xỏc định được mức độ cố kết trung bỡnh của một lớp đất yếu khi bố trớ hệ thống giếng cỏt.
2.1.3.6. Xỏc định độ lỳn cố kết cuối cựng của nền đất yếu
Độ lỳn cố kết trung bỡnh của nền đất yếu được gia cố bằng thiết bị tiờu nước thẳng đứng sau thời giant được xỏc định như sau:
St = Sc*U (2.41)
Trong đú:
Sc- độ lỳn cố kết của nền đất yếu khi chưa gia cố bằng giếng cỏt
U- độ cố kết của nền đất yếu sau khi đó được gia cố bằng giếng cỏt Phần độ lỳn cũn lại sau thời gian t sẽ là:
∆S = (1-U)*Sc (2.42)
2.1.3.7. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC
Cụng tỏc quan trắc dài hạn địa chất cụng trỡnh được tiến hành nhằm mục đớch:
- Ghi nhận và đỏnh giỏ cỏc đặc trưng định tớnh và định lượng của đối tượng quan trắc;
- Phỏt hiện qui luật phỏt triển và tỡm nguyờn nhõn gõy ra sự biến đổi của cỏc đối tượng quan trắc;
- Đề phũng những tỏc động bất lợi do đối tượng quan trắc gõy ra đối với cụng trỡnh xõy dựng và đối với cuộc sống con người;
- Luận chứng cỏc biện phỏp bảo vệ cụng trỡnh xõy dựng và mụi trường địa chất.
a. Đo chuyển vị ngang
Mốc đo chuyển vị ngang làm bằng gỗ tiết diện 10 ì 10cm, đầu cú gắn đinh (hỡnh 2.7). Mốc được đúng sõu vào trong đất yếu ớt nhất 1,2m và cao lờn trờn mặt đất yếu ớt nhất 50cm, mốc được bố trớ trờn trắc ngang. Hệ thống qun trắc chuyển vị ngang được bố trớ để theo dừi mức độ ổn định trong quỏ trỡnh đắp nền.
1,2m 0,5m
Coùc goó 10x10cm Cao ủoọ neàn thieõn nhieõn
ẹinh saột
Hỡnh 2.7: Sơ đồ bố trớ cọc đo chuyển vị ngang.
Dựng mốc chuẩn và mỏy kinh vĩ để đo chuyển vị ngang theo thời gian, mỗi ngày đo chuyển vị ngang 1 lần. Đồng thời với đo chuyển vị ngang phải đo cao độ đỉnh cọc để theo dừi bề mặt đất yếu cú bị đẩy trồi lờn hay khụng. Đoạn tuyến dài 100m nờn bố trớ một trắc ngang để quan trắc.
b. Quan trắc lỳn
Bàn đo lỳn cú kớch thước 50 x 50 cm, dày trờn 3 cm, được gắn chắc chắn với cần đo (hỡnh 2.8). Cần đo làm bằng thộp cú ren nối, đường kớnh ∅40 mm. Bờn ngoài cần đo cú một ống vỏch chắn đất, đường kớnh ∅100 mm. Cần đo và ống vỏch được làm thành từng đoạn 50 cm để tiện nối theo chiều cao đắp. Bàn đo lỳn được đặt ở trờn mặt tầng đệm cỏt. Trờn mỗi trắc ngang bố trớ 3 bàn đo lỳn (1 bàn tại tim nền đường và 2 bàn ở vị trớ mộp vai nền đường), cứ 100m ta bố trớ một trắc ngang đo lỳn.
80 x 80cm
15cm
oỏng nhửùa baỷo veọ
∅= 100 mm
Naộp ủaọy
Taỏm ủaựy BTCT maực 200
oỏng theựp coự ren noỏi ∅= 40 mm
Đặt bàn đo lỳn sao cho mặt đỏy nằm ngang, cần đo thẳng đứng, lắp ống bảo vệ (vỏch chắn đất), rồi đo cao độ của mặt đất và đỉnh cần đo. Sau đú, mỗi ngày đo một lần bằng mỏy thuỷ bỡnh để đo lỳntrong suốt quỏ trỡnh đắp.
c. Đo ỏp lực nước lỗ rỗng
Ta sử dụng mỏy đo ỏp lực nước lỗ rỗng LPC thuỷ lực để đo ỏp lực nước lỗ rỗng ở cỏc thời điểm khỏc nhau. Loại này cho phộp đọc mực nước trong ống ỏp suất, cấu tạo của mỏy gồm 2 bộ phận:
- Ống Piezometre: Đõy là ống bằng đồng nối với buồng trung tõm cũng bằng đồng đục lỗ nhỏ, ống cú đường kớnh 42mm. Chiều dài toàn bộ là 310mm, phần thõn cú chiều dài là 225mm, nú được nối với phần trờn bằng hai ống:
+ Một ống cú đường kớnh 4mm để truyền ỏp suất lờn bảng đo; + Một ống để đo ỏp lực nước lỗ rỗng (hoạt động như Piezometre); d. Bảng đo
Nguyờn lý đo ỏp lực nước lỗ rỗng bằng mỏy PLC tương tự như đo ỏp lực trờn mỏy nộn ba trục. Nú bao gồm một ống bằng thuỷ ngõn, một bộ phận kiểm tra ỏp lực, một đồng hồ Manomet và một bỡnh trữ nước. Áp lực nước trong ống đo được giữ cõn bằng nhờ pistong. Vặn pistong để chỉ số cột thuỷ ngõn ở điểm 0, ta cú số đọc trờn đồng hồ là P, ỏp lực lỗ rỗng là:
U = P + hm.γw (2.43)
Trong đú:
hm- mực nước trong ống đo; γw- khối lượng thể tớch của nước.
Nếu chiều cao hm là chiều cao lớp nước trờn ống đo (hm = hw ) thỡ ỏp lực nước lỗ rỗng thực tế là:
U = P + hm.γw - hw.γw (2.44)
Thời gian đo lần lượt là 1 giờ đo 1 lần, mỗi trắc ngang bố trớ 3 vị trớ đo ỏp lực nước lỗ rỗng của lớp đất yếu (ở đầu, giữa và cuối lớp đất yếu), với khoảng cỏch là 100m ta bố trớ một trạm đo ỏp lực nước lỗ rỗng.
Monometro Nút cao su Lớp đất sét nén chặt ống bằng đồng (d=42mm) Bảng đo
OÁng ủuùc loó coự lửụựi thaỏm
Hỡnh 2.9: Sơ đồ dụng cụ đo ỏp lực nước lỗ rỗng.
2.2. Thiết bị thi cụng xử lý nền bằng vật liệu cỏt
2.2.1. Thiết bị thi cụng cọc cỏt
Hiện nay người ta dựng mỏy đúng cọc cỏt được thiết kế gồm một chiếc cần thộp, đầu cần gắn liền với mũi nhọn bằng thộp cỏnh tự mở. Chiều dài cần lấy bằng 4,0 m, đường kớnh ở đầu mũi nhọn 30cm. Mỏy đầm loại BΠΠ−2 và mỏy kộo loại T T-75. Để chứa cỏt trong lỳc thi cụng cọc người ta dựng loại thựng gỗ với kớch thước như sau: 100 x 100 x 100 cm.
1- mỏy xỳc; 2- cần trục; 3- thanh thộp chữ U dẫn hướng; 4- mỏy chấn động;
5- thựng đựng cỏt; 6- mũi bằng thộp tự mở; 7- đầu cần khoan; 8- cần khoan;
Hỡnh 2.10: Thiết bị đúng cọc cỏt khụng dựng ống thộp
2.2.2. Thiết bị thi cụng đệm cỏt
Khi thi cụng xõy dựng cụng trỡnh trờn nền trầm tớch sột yếu và bựn cú chiều dày < 6m người ta dựng đệm cỏt để tăng nhanh cố kết và nộn chặt đất bựn. Cỏt được đổ theo từng lớp và để đầm chặt cỏt rời ở trạng thỏi đất đắp hoặc ở trạng thỏi tự nhiờn người ta dựng thiết bị mỏy đầm chấn động. Hiện này người ta hay dựng thiết bị đầm ЛBK 25 của Nga sản xuất. Loại đầm này đầm chặt cỏt đến độ sõu 1,5m. Hiệu suất khoảng 2000 – 3000 m3 cỏt nộn trong 1 ca. Bờn cạnh đú người ta cũn dựng mỏy đầm SW180, PD100, SP100N và SP 110N của Nhật sản xuất cũng cho hiệu quả tốt.
2.2.3. Thiết bị thi cụng giếng cỏt
Hiện nay người ta dựng thiết bị mỏy chuyờn dụng thi cụng giếng cỏt loại HITACHI 150 để hạ giếng cỏt. Nguyờn lý làm việc của thiết bị này gồm cú bỳa đúng cọc gắn ống thộp và đặt trờn mỏy bỏnh xớch di động. Khi mỏy đến vị