Tiểu luận cơ học đất giếng cát

1 | P a g e LỜI MỞ ĐẦU Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất.

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là một bài toán khó đối với người xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của công trình

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều,

do vậy không thể là nền thiên nhiên cho công trình xây dựng Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thược và tính chất cảu lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dúng phương pháp

xử lý nền móng nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…

Các biện pháp xử lý nền thông thường:

chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…

pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…

vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa…

NỘI DUNG

I Khái niệm giếng cát:

Giếng cát là một cột cát liên tục có tiết diện ngang hình tròn, đường kính không đổi được hình thành sau quá trình đưa một lượng cát chọn lọc vào trong tầng đất yếu qua ống vách bằng phương pháp ấn và rút ống vách Giếng cát được dùng để dẫn nước từ dưới nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát ra ngoài, nhờ đó tăng tốc độ cố kết, tăng nhanh sức chịu tải do thay đổi một số chỉ tiêu cơ lý cơ học về sức kháng cắt của bản thân đất yếu

Nó là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất bùn, than bùn cùng những loại đất dính bão hòa nước có tính biến dạng lớn Khi xây dựng các công trình lớn có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian theo thời gian theo nền

Hi ̀nh 1.Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát

II Đặc điểm và phạm vi áp dụng:

1) Đặc điểm:

Về mặt cấu trúc, giếng là một cấu trúc thủy lực chôn thẳng đứng Trong quá trình hoạt động, nó tiếp xúc với nước ngầm và nước thải, cũng như sự khắc nghiệt của nhiệt độ trong mùa đông lạnh và tan băng sau đó

Vật liệu sản xuất của nó phải có khả năng chống lại các yếu tố này, nếu không độ kín của bể sẽ được đặt câu hỏi

Các giếng cát khác nhau về đường kính của các vòng bên trong và nở Các yếu tố này khá bền, nhưng nếu khoảng trống xuất hiện, sẽ rất khó để sửa chữa chúng Tùy chọn tốt nhất trong trường hợp này là thay thế hoàn toàn phần bị rò rỉ

 Ưu điểm:

-Sử dụng trong vùng có đất yếu lớn, chiều sâu xử lý lớn hơn 20m

-Tốc độ cố kết nhanh hơn bậc thấm, nên thời gian chờ lún cố kết nhỏ Độ lún dư sau khi xử lý nhỏ

-Mực độ rủi ro thấp, diễn biến lún không phức tạp

-Khả năng chống mất ổn định trượt sau cao hơn bậc thấm, vì ngoài tác dụng chính là thoát nước để cố kết, còn tác dụng cải thiện đất ngau trong quá trình thi công giếng cát

 Nhược điểm:

-Phải có thiết bị thi công, nhất là khi cần cắm giếng cát sâu hơn 20m

-Phải tốn cát có hệ số thấm cao để lấp giếng

Hi ̀nh 3: Cấu trúc giếng cát

-Có thể xảy ra hiện tượng cát nhồi bị ngắt quãng trong giếng, khi đó tác dụng dẫn nước

bị giảm

-Tiến độ thi công chậm hơn bậc thấm

-Cần lưu ý rằng khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạt được độ đồng đêu của cát trong suốt chiều dại giếng cát, tránh hiện tượng đứt đầu giếng cát dưới tác dụng các loại tải trọng

 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm lượng hữu cơ không lớn (thường < 10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cố kết của đất yếu

2) Phạm vi áp dụng:

Giếng cát thoát nước được dùng để gia cố nền đất yếu cho các loại công trình sau: Trong xây dựng công trình giao thông: Xây dựng nền đường trên đất yếu (gọi tắt là nền đường đắp) để tăng nhanh tốc độ cố kết và tăng nhanh cường độ của đất yếu để đảm bảo ổn định nền đắp và hạn chế độ lún trước khi làm kết cấu áo đường;

Trong công trình dân dụng và công nghiệp: Tôn nền trên đất yếu (gọi tắt là nền đắp) đề làm mặt bằng chứa vật liệu, để xây dựng các kho chứa một tầng, để xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp loại nhỏ có tải trọng phân bố trên diện rộng (sau khi nền đó lún đến ổn định)

III Trình tự thi công:

Trình tự thi công gia cố nền đất yếu bằng

giếng cát được thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Chuẩn bị thi công;

Bước 2: Thi công lớp vải địa kỹ thuật

ngăn cách;

Bước 3: Thi công lớp đệm cát thoát nước

ngang và hệ thống thoát nước bề mặt;

Bước 4: Thi công giếng cát (thi công

thí điểm; thi công đại trà);

Bước 5: Thi công hệ thống quan trắc;

Bước 6: Đắp vật liệu gia tải và dỡ tải

Hi ̀nh 4: Một số hình ảnh về thi công giếng

cát

IV Kiểm tra và nghiệm thu:

1) Kiểm tra trước thi công:

Kiểm tra thiết bị, vật liệu, mặt bằng thi công theo hồ sơ thiết kế

Kiểm tra chiều dày, cao độ của tầng đệm cát theo hồ sơ thiết kế

2) Kiểm tra trong quá trình thi công:

Trong quá trình thi công giếng cát, đối với mỗi giếng cát đều phải kiểm tra các nội dung sau: Vị trí cắm ống vách; kiểm tra phương thẳng đứng của ống vách so với dây dọi; chiều dài giếng cát; lượng cát thi công; kết quả lực cắm ống vách; tốc độ cắm và rút ống vách của từng vị trí giếng cát quy định

Trong trường hợp có sự cố khi thi công giếng cát dẫn đến lượng cát tính toán không đủ cho giếng cát cần kiểm tra tính liên tục thông qua thí nghiệm xuyên tĩnh Nếu kết quả kiểm tra phản ánh cát trong giếng cát không liên tục phải để thiết kế bố trí bổ sung giếng cát thay thế

Kiểm tra chất lượng của vật liệu:

- Kiểm tra chất lượng của cát thi công giếng cát theo tần suất 100 m3 thí nghiệm một mẫu

- Kiểm tra chất lượng của cát thoát nước theo tần suất 500 m3 phải thí nghiệm kiểm tra một mẫu

- Kiểm tra chất lượng của bản thoát nước ngang theo tần suất 500 m thí nghiệm một mẫu hoặc khi thay đổi lô hàng nhập

- Kiểm tra chất lượng của vải địa kỹ thuật theo tần suất 10.000 m2 thí nghiệm một mẫu hoặc khi thay đổi lô hàng nhập Khối lượng kiểm tra trung bình 1.000 m dài đường may mối nối vải thí nghiệm một mẫu

3) Kiểm tra nghiệm thu sau khi hoàn thành:

Trước khi nghiệm thu nhà thầu phải

-Tự kiểm tra chất lượng các hạng mục thi công theo các quy định

-Phải dọn sạch sẽ hiện trường thi công theo yêu cầu

Kiểm tra phục vụ cho việc nghiệm thu phải được thực hiện với các nội dung sau:

- Kiểm tra các biên bản đã thực hiện trong quá trình thi công

- Kiểm tra các yếu tố hình học

Nếu kết quả kiểm tra cho thấy một số nội dung chưa đạt yêu cầu, phải yêu cầu nhà thầu

bổ sung, sửa chữa cho đến khi kiểm tra đạt mới ra văn bản nghiệm thu

Việc nghiệm thu hạng mục công trình giếng cát phải thực hiện theo các quy định hiện hành

V Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát ở đường liên tỉnh 25A, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai:

Tóm tắt: Dự án nâng cấp, mở rộng đường liên tỉnh 25A, nối từ QL51, tỉnh Đồng Nai

đến Cát Lái, TP Hồ Chí Minh Có 3 đoạn điều chỉnh tuyến, đi qua vùng đất bùn sét yếu

có chiều dày 12m - 17m Bài báo trình bày nghiên cứu xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát Sử dụng hai cách tính toán: Lập bảng tính Excel và sử dụng phần mềm Plaxis 2D, qua đó có so sánh và rút ra các kết luận cần thiết, phù hợp với thực tế

1 Đặt vấn đề:

Đồng Nai là một trong những tỉnh có tốc độ phát triển công nghiệp nhanh chóng hàng đầu cả nước Nhu cầu vận chuyển từ các nhà máy, khu công nghiệp đến các bến cảng để xuất - nhập hàng hóa là rất lớn Tuyến đường liên tỉnh 25A là một tuyến đường trọng điểm trên địa bàn huyện Nhơn Trạch, đi về cảng Cát Lái, có yêu cầu cao, kể cả về lưu lượng và tải trọng trục xe

Tuyến đường đi trên nền đường cũ, nhưng có một số đoạn chỉnh sửa tuyến, phải qua vùng địa chất có nền đất yếu bùn sét, với chiều dày trung bình từ 12m đến 17m, cần phải được xử lý để đảm bảo ổn định và độ lún đạt tiêu chuẩn cho phép So sánh nhiều giải pháp

xử lý nền đất yếu khác nhau, đã lựa chọn phương pháp giếng cát cho công trình này

2 Đặc điểm địa chất công trình:

Hồ sơ khảo sát địa chất bổ sung chủ yếu khoan tại những vị trí xuất hiện đất yếu, những đoạn nền đường đi qua đất đồi ổn định không khoan bổ sung mà sử dụng hồ sơ tài liệu khoan trước đây Địa chất công trình có đặc điểm các lớp đất như sau: [1]

- Đất đắp: Đất san lấp nền đường hiện hữu và đất đắp bờ kênh, bờ ruộng, bờ ao Đây là

lớp đất nền đường hiện hữu và đất đắp bờ kênh, bờ ruộng và bờ ao trong khu vực tuyến khảo sát, có chiều dày từ 0,70m ÷ 1,20m Lớp đất này có chiều dày mỏng và phân bố gián đoạn trong khu vực tuyến khảo sát Do vậy, chỉ mô tả chi tiết lớp đất này trong phiếu hình trụ các hố khoan, không thể hiện trên mặt cắt địa chất công trình

- Lớp 1: Bùn sét lẫn ít mùn thực vật màu xám đen; trạng thái chảy đến dẻo chảy

+ Lớp bùn sét nằm trên cùng khu vực nghiên cứu Lớp có chiều dày lớn 12,70 ÷ 17,00m

và phân bố gián đoạn trong nền đất tuyến khảo sát

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (27 thí nghiệm) có giá trị N = 1 ÷ 3 Giá trị này cho thấy đây là tầng đất yếu tại những vị trí khoan khảo sát

- Lớp 2: Sét màu xám vàng, xám tro, trạng thái dẻo cứng

+ Lớp sét phân bố tại khu vực hố khoan (HK3-BS) và theo tài liệu địa chất khu vực, lớp này phân bố giãn đoạn và lộ ra trên bề mặt tuyến khảo sát nơi địa hình cao chân sườn đồi Chiều dày tại hố khoan HK3-BS là 5,80m

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (3 thí nghiệm) có giá trị N = 6 ÷ 15

- Lớp 3: Sét pha màu xám vàng, xám trắng, đốm tím, trạng thái dẻo cứng

+ Lớp sét pha phân bố tại khu vực hố khoan (HK3-BS) và theo tài liệu địa chất khu vực, lớp này phân bố giãn đoạn trên tuyến khảo sát nơi địa hình cao chân sườn đồi Chiều dày tại hố khoan HK3-BS là 4,20m

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (2 thí nghiệm) có giá trị N = 5 ÷ 7

- Lớp 4:Cát hạt mịn đến thô lẫn bụi sét màu xám trắng, xám vàng, nâu đỏ, chặt vừa

+ Lớp này nằm dưới lớp 3, chiều dày >1,00 ÷ 7,00m phân bố rộng khắp trong nền đất khảo sát cầu, bắt gặp tại tất cả các hố khoan

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (10 thí nghiệm) có giá trị N = 7 ÷ 17

- Lớp 5: Sét màu xám trắng, xám tro, trạng thái dẻo cứng

+ Lớp sét nằm dưới lớp 4 và là lớp dưới cùng của chiều sâu nghiên cứu, chiều dày lớn chưa xác định, khoan vào lớp này được 1,50m, bắt gặp tại hố khoan HK5-BS

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (1 thí nghiệm) có giá trị N = 11

Bảng 2.1 Thống kê một số chỉ tiêu cơ - lý của các lớp đất

Hình 2.1: Ảnh chụp đoạn 1 chỉnh tuyến đi qua vùng đất yếu

Hình 2.2: Ảnh chụp đoạn 2 và 3 chỉnh tuyến đi qua vùng đất yếu

3 Tính toán xử lý gia cường nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát:

- Bố trí giếng cát: Sử dụng giếng cát D = 0,3m, bố trí lưới tam giác cạnh đều @ = 2,5m, kết hợp với 1 lớp vải địa kỹ thuật và hệ thống rãnh thoát nước ở chân ta-luy đắp

- Chiều dài mỗi giếng dự kiến: Tùy vào địa chất từng vị trí cầu thiết kế chiều sâu khác nhau, từ 11 đến 15m [2]

3.1 Tính toán xử lý nền

Sử dụng hai phương pháp tính để so sánh kết quả: Tính bằng bảng tính Excel và tính bằng phần mềm Plaxis 2D (Version 8.5)

3.1.1 Tính bằng bảng tính Excel

Công thức tính: [3]

Trong đó:

p);

p);

3.1.2 Tính bằng phần mềm Plaxis 2D Ver 8.5

3.2 Một số kết quả tính toán:

Bảng 3.1 Kết quả tính toán xử lý giếng cát bằng phần mềm Plaxis - Đoạn 1

Bảng 3.2 So sánh kết quả tính toán giữa lập bảng tính Excel và phần mềm Plaxis -

Đoạn 1

4 Một số hình ảnh quá trình thi công:

5 Kết luận

- Xử lý đất yếu bùn sét dưới nền đường đắp bằng giếng cát là một phương pháp khá phổ biến, có thể thi công đơn giản và giá thành rẻ hơn nhiều so với giải pháp xử lý bằng cọc xi măng đất, đặc biệt ở những nơi có sẵn nguồn cát sông dồi dào như ven sông Đồng Nai của công trình đường liên tỉnh 25A này

- Kết quả tính toán bằng phương pháp lập bảng tính Excel và sử dụng phần mềm Plaxis 2D khá tương đồng Tuy nhiên, Plaxis cho thấy kết quả tổng quát hơn, bao gồm cả về biến dạng, độ lún, độ ổn định, đường đồng mức chuyển vị và thể hiện cung trượt nguy hiểm

- Khi tính toán xác định độ lún cố kết cuối cùng của nền đất yếu nên sử dụng cách tính theo 22TCN 262-2000 vì cách tính này có xét đến đặc trưng quá cố kết của đất yếu, sẽ cho kết quả phù hợp hơn với thực tế Trong tính toán cần chia các bước phù hợp với điều kiện thi công và phải xét đến thời gian tác dụng của tải trọng đắp khi tính độ lún và độ cố kết theo thời gian

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 2

I Khái niệm giếng cát: 2

II Đặc điểm và phạm vTi áp dụng: 3

1) Đặc điểm: 3

 Ưu điểm: 3

 Nhược điểm: 3

2) Phạm vi áp dụng: 4

III Trình tự thi công: 4

IV Kiểm tra và nghiệm thu: 5

1) Kiểm tra trước thi công: 5

2) Kiểm tra trong quá trình thi công: 5

3) Kiểm tra nghiệm thu sau khi hoàn thành: 5

V Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát ở đường liên tỉnh 25A, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai: 6

1 Đặt vấn đề: 6

2 Đặc điểm địa chất công trình: 6

3 Tính toán xử lý gia cường nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát: 8

3.1 Tính toán xử lý nền 8

3.1.1 Tính bằng bảng tính Excel 8

3.1.2 Tính bằng phần mềm Plaxis 2D Ver 8.5 9

3.2 Một số kết quả tính toán: 10

4 Một số hình ảnh quá trình thi công: 11

5 Kết luận 11

Tài liệu tham khảo:

TCVN 11713-2017

https://tapchigiaothong.vn

https://engineer.decorexpro.com

https://toc.123docz.net