BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT TIỂU LUẬN MÔN HỌC HỌC PHẦN KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU VÀ VẬT LIỆU ĐỊA KỸ THUẬT TỔNG HỢP MÃ HỌC PHẦN 8040507 Đề tài Hãy lựa chọn và thiết kế giải pháp[.]
ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT TUYẾN ĐƯỜNG, ĐẤT NỀN VÀ DỰ BÁO VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHO NỀN ĐƯỜNG
Xác định tải trọng tính toán của nền đường
Mục đích xác định tải trọng tính toán là để kiểm tra khả năng ổn định của phần đất đắp trên nền đất yếu và dự báo khả năng lún của công trình Tải trọng tính toán bao gồm các yếu tố chính nhằm đánh giá chính xác ảnh hưởng của tải trọng đến cấu trúc đất, đảm bảo an toàn và độ bền của nền móng Việc xác định đúng tải trọng tính toán giúp đảm bảo tính an toàn, ổn định lâu dài cho công trình xây dựng trên nền đất yếu.
Theo tiêu chuẩn 22TCN 262 - 2000, tải trọng xe cộ được định nghĩa là tổng trọng lượng của tất cả các xe nặng tối đa có thể đỗ kín toàn bộ bề rộng nền đường trên chiều dài 1 mét Tải trọng này được quy đổi thành một lớp đất có chiều cao x h x, dựa trên công thức tính toán: hx n.G, giúp đánh giá khả năng chịu lực của nền đường phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật.
G: trọng lượng một xe (chọn xe nặng nhất), tấn; 7 n: số xe tối đa có thể xếp được trên bề rộng phạm vi đường;
: khối lượng thể tích của đất đắp nền đường, T/m 3 ; l: phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc;
Bảng 3 Quan hệ giữa tải trọng xe và phạm vi phân bố tải trọng theo hướng dọc của xe.
Hình 1 Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên đất yếu
Bo: bề rộng phân bố ngang của các xe được xác định theo sơ đồ 2.2.
Bảng 4 Quan hệ giữa loại xe và khoảng cách giữa hai bánh xe.
Loại xe Ô tô Xe xích b (m) 1,8 2,7
Trong đó, khoảng cách giữa hai bánh xe được ký hiệu là b, có đơn vị tính bằng mét, đảm bảo an toàn và phù hợp với thiết kế đường bộ Khoảng cách ngang tối thiểu giữa các xe, d, thường được lấy là 1,3 mét để đảm bảo sự phối hợp an toàn khi vận chuyển Bề rộng lốp đôi hoặc vệt bánh xích, e, thường dao động từ 0,5 đến 0,8 mét, phản ánh kích thước tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Số lượng xe tối đa được chọn, n, phải đảm bảo tính theo công thức sao cho phù hợp, không vượt quá bề rộng của nền đường B, nhằm duy trì ổn định và an toàn trong quá trình vận hành xe.
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận
Thay vào công thức (1.1) ta có: hx = 0,8 (m)
Chiều cao lớp đất đắp: H đ = 2,0 (m)
Chiều cao lớp đất đắp quy đổi từ tải trọng xe cộ: h x = 0,80 (m)
Vậy, chiều cao lớp đất đắp kể đến tải trọng quy đổi tại tim đường:
Do đó, tải trọng tác dụng tại tim đường: q I = H đ = 2,8*1,90 = 5,315 (T/m 2 )
Vấn đề mất ổn định do lún trồi
Khi đắp nền đường trên đất yếu, phần giữa nền có xu hướng bị lún xuống do đất không chịu lực tốt, trong khi đất yếu ở hai chân mái dốc bị đẩy trồi lên gây ra hiện tượng lún trồi Hiện tượng phá hoại này thường xảy ra khi đất yếu nằm xen kẹp giữa các lớp đất tốt hơn, phân bố ngay dưới nền đất đắp, dẫn đến mất ổn định và giảm độ bền của công trình đường bộ.
Hình 2 Nền đường bị phá hoại do lún trồi. Để tính toán, tôi sử dụng công thức của J.Mandel: K q gh
Nếu K > 1,2 nền đường ổn định.
Nếu K < 1,2 nền đường mất ổn định.
Trong đó: q gh - áp lực giới hạn của nền đất yếu. q - ứng suất do nền đường gây ra tại tim đường được tính theo công thức: q = P đ + P ht (1.4)
Với P đ : áp lực tải trọng đất đắp (T/m 2 );
P ht : áp lực tải trọng xe cộ (T/m 2 );
Trường hợp nền đường có chiều rộng nhỏ so với chiều dày lớp đất yếu
Trường hợp nền đường có chiều rộng lớn so với chiều dày lớp đất yếu
(B/h > 1,49 ) thì q gh = N c *C u (1.6) Trong đó: C u - lực dính kết không thoát nước của lớp đất yếu.
N c - hệ số thay đổi theo tỷ số B/H tra theo toán đồ
Hình 3 Toán đồ Pilot-Moreau. Đoạn I:
Chiều dày đất yếu là: h = 20,0 (m), bề rộng nền đường Bn = (25 + 2*2) = 29 (m); nên bề rộng nền đường quy đổi Bqđ = Bn + 2*Hđ = (29+2*2) = 33,0 (m).
Ta có C utb = 0,096 kG/cm 2 = 0,96 T/m 2
Ta có: = 33/20 = 1,65 > 1,49 tính theo công thức (1.6) q gh = N c *C u q gh = 5,1*0,96 = 4,89 T/m 2
Tải trọng tác dụng lên tim đường: Theo công thức (1.4) q = P đ +P x = (H đ +h x ).γ đ = 1,90*(2,0 + 0,8) = 5,32
Vậy nền đường tại đoạn I mất ổn định bị lún trồi. Đoạn II :
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận
Chiều dày đất yếu là: h = 10,0m, bề rộng nền đường Bn = (25 + 5*2) = 35 (m); nên bề rộng nền đường quy đổi Bqđ = Bn + 2*Hđ = (35+2*5) = 45,0m
Ta có C utb = 0,048 kG/cm 2 = 0,48 T/m 2 ,
Ta có: = 45/10 = 4,50 > 1,49 tính theo công thức (1.6) q gh = N c *C utb q gh = 5,1*0,48 = 2,45 T/m 2
Tải trọng tác dụng lên tim đường: Theo công thức (1.4) q = P đ +P x = (H đ +h x ).γ đ = 1,90*(5,0 + 0,8) = 11,02
Vậy nền đường tại đoạn II mất ổn định bị lún trồi.
Như vậy nền toàn bộ tuyến đường tại đoạn I và đoạn II đều mất ổn đinh lún trồi
Vấn đề mất ổn định do trượt cục bộ
Mất ổn định do trượt một bộ phận của nền đắp và nền đất yếu là hình thức phá hoại phổ biến nhất trong xây dựng Khi trong nền đất phát sinh ứng suất cắt vượt quá độ bền kháng cắt của đất dưới tác dụng của tải trọng công trình, sẽ xảy ra hiện tượng trượt cục bộ Đặc biệt, lớp đất yếu nằm trên lớp đất có sức chịu tải cao dễ gây ra sụt lún, tạo thành bậc trượt, với đất ở đỉnh nền đường và dưới chân taluy bị đẩy trồi lên Trong các tuyến đường có tồn tại lớp đất yếu (lớp 1) nằm phía trên lớp đất có khả năng chịu tải tốt, cần tiến hành kiểm tra, đánh giá ổn định trượt cục bộ để đảm bảo an toàn công trình.
Việc tính ổn định do trượt được tiến hành theo phương pháp phân mảnh cổ điển với giả thiết mặt trượt có dạng hình trụ tròn.
Hình 4 Sơ đồ tính toán ổn định theo phương pháp phân mảnh cổ điển
Theo Goldstein, có thể xác định hệ số an toàn F ứng với cung trượt nguy hiểm nhất theo công thức sau:
Trong bài viết này, hệ số phụ thuộc vào độ dốc của mái taluy, được xác định bằng phương pháp tra bảng (A, B) Hệ số f được tính bằng hệ số tg của góc ma sát trong của đất yếu, góp phần quan trọng vào phân tích độ an toàn của công trình.
C u : lực dính không thoát nước; w : Khối lượng thể tích tự nhiên của đất đắp;
H R : chiều cao khối đất đắp.
Khi F < F gh thì nền đường bị trượt;
Khi F > F gh thì nền đường không bị trượt;
Bảng 5 trình bày hệ số A, B của độ mặt trượt qua nền đất yếu khi tiếp xúc với mặt nằm ngang tại các độ sâu khác nhau như h = 0.25 H, h = 0.5 H, h = H, h = 1.5 H, cùng với các trường hợp mái dốc taluy Các hệ số này rất quan trọng trong việc xác định khả năng chịu lực và ổn định của nền đất, góp phần vào thiết kế kiến trúc và nền móng an toàn, hiệu quả Việc phân tích các hệ số A, B theo từng độ sâu giúp các kỹ sư lựa chọn phương án phù hợp để đảm bảo độ bền và ổn định của công trình xây dựng trên nền đất yếu.
Học viên cao học: Trần Bảo Long 12 Bài tiểu luận
- Đánh giá ổn định trượt cục bộ Đoạn I
Căn cứ vào độ dốc mái taluy 1:1 chọn: A= 5,78; B = 5,75
Theo công thức (1.7)với các thông số: d = 1,90(T/m 3 );
P ht : tải trọng do phương tiện giao thông gây ra (H30-XB80) quy ra cột đất tương đương:
Hệ số ma sát f = tg u =tg8 0 17’= 0,143;
Lực dính kết không thoát nước của lớp đất yếu C u = 0,098(T/m 2 );
Vậy nền đường tại phân đoạn I trên xảy ra hiện tượng trượt cục bộ.
Vấn đề biến dạng lún của nền đường
Độ lún của nền đường đắp trên nền đất yếu là tổng hợp của độ lún của nền đắp và nền đất yếu dưới nền đắp sau khi chịu tải trọng Trong đó, vật liệu đắp là cát được đầm chặt tối đa, nên không xét đến độ lún của chính nền đắp Việc tính toán độ lún tập trung vào độ lún của nền đất yếu gây ra bởi tải trọng của nền đắp Để đánh giá chính xác biến dạng lún của nền đất yếu, cần xác định cả độ lún cuối cùng và độ lún theo thời gian để có phương pháp tính toán phù hợp cho các thiết kế nền đường.
5.1 Xác định độ lún cuối cùng của nền đất
Theo 22TCN 262-2000, trình tự tính toán của nền đắp trên đất yếu như sau:
Trong phân tích nền đất, giả thiết độ lún tổng cộng S thường được đặt lớn hơn 5-10% chiều dày đất yếu hoặc chiều sâu vùng đất yếu chịu lún (za) Đối với các loại đất như than bùn có khả năng lún nhiều hơn, giả thiết S có thể lên đến 20-30% diện tích mặt bằng nói trên, giúp đánh giá chính xác hơn mức độ biến dạng của công trình trong quá trình thi công và sử dụng.
Trong phân tích phân bố ứng suất zi theo toán đồ Osterberg, chiều cao nền đắp thiết kế được tính toán dựa trên chiều cao dự phòng lún H'tk = Htk + Sgt, trong đó Htk là chiều cao nền đắp thiết kế Quá trình này giúp xác định chính xác phân bố ứng suất trong đất đắp, đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình Việc tính Toán này rất quan trọng trong thiết kế nền móng, giúp dự phòng hiệu quả cho các yếu tố lún không mong muốn.
Trần Bảo Long, học viên cao học, đã viết bài tiểu luận về thiết kế mặt đất tự nhiên trước khi thi công; trong đó, ông nhấn mạnh việc xác định độ cao mặt đất tự nhiên và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thi công Đồng thời, bài viết cũng đề cập đến việc đào bớt đất yếu để đảm bảo độ ổn định, bắt đầu từ cao độ mặt đất yếu sau khi thực hiện đào Nội dung này giúp hiểu rõ quy trình chuẩn bị mặt bằng tự nhiên, tối ưu hóa kỹ thuật thi công và đảm bảo an toàn, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng và SEO liên quan đến lĩnh vực xây dựng.
- Với tải trọng đắp H ’ tk tính độ lún cố kết S c theo công thức (1.9) hoặc (1.11) tùy trường hợp:
+ Nếu S c tính được thỏa mãn điều kiện S c = với m = 1,1 ÷ 1,4 thì chấp nhận kết quả và độ lún tổng cộng S = S gt
Trong quá trình tính toán độ lún của nền đất, nếu không thỏa mãn các điều kiện đã đặt ra, cần phải giả thiết lại giá trị S và lặp lại quá trình tính toán để đạt độ chính xác cao hơn Độ lún cuối cùng của nền đất bao gồm cả độ lún tức thời và độ lún cố kết, được tính bằng công thức S = S_tt + S_c Việc xác định chính xác tổng độ lún này là quan trọng để đảm bảo tính an toàn và ổn định của công trình xây dựng.
Trong đó: S tt là độ lún tức thời
S c là độ lún cố kết. Độ lún tức thời được xác định theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000
Hệ số dự đoán theo kinh nghiệm (m) thường trong khoảng từ 1,1 đến 1,4, giúp xác định độ lún cố kết chính xác Độ lún cố kết đảm bảo ổn định nền đất, được tính bằng phương pháp phân tầng lấy tổng để xác định chính xác mức độ lún của các lớp đất yếu Theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000, độ lún của các phần đất yếu được xác định dựa trên chỉ số nén lún và tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể, áp dụng các công thức phù hợp để tính toán chính xác mức độ lún cố kết.
Trường hợp đất ở trạng thái cố kết bình thường và chưa cố kết σ bt >σ c
Trường hợp đất ở trạng thái quá cố kết σ bt >1, thì có thể tính F(n) theo công thức F(n)= ln(n)-3/4 Fs: nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động đến đất nền khi đóng bấc thấm
Tỷ số giữa hệ số thấm theo phương ngang trước và sau khi đóng bấc thấm, ký hiệu là k_h, thường được xác định dựa trên mối quan hệ: k_h = C_h / C_v, trong đó C_h là hệ số thấm ngang ban đầu và C_v là hệ số thấm dọc sau khi đóng bấc thấm Đường kính tương đương của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm, s, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định mối liên hệ này Việc tính toán chính xác tỷ số này giúp tối ưu hóa quá trình thoát nước và ổn định đất nền trong các công trình xây dựng.
Fr: Nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm:
Với: H là chiều dài tính toán của bấc thấm
Trần Bảo Long, học viên cao học, đã thực hiện 22 bài tiểu luận về khả năng thoát nước của bấc thấm dựa trên gradient thủy lực, chú trọng đến chứng chỉ xuất xưởng của bấc thấm đo lường theo m³/s Trong thực tế, quá trình tính toán đối với đất yếu dạng sét thường sử dụng tỷ số k/h từ 0,00001 đến 0,001 m²/s để đánh giá hiệu quả thoát nước.
Với: t: thời gian cố kết
C h : hệ số cố kết theo phương ngang;
D w : đường kính tương đương của trụ đất
Đường kính ảnh hưởng của trụ đất tương đương là yếu tố quan trọng trong thiết kế và phân tích đất nền Xác định độ cố kết theo phương thẳng đứng θv (dọc trục) giúp đánh giá khả năng thoát nước và ổn định của đất mềm Độ cố kết θv phụ thuộc vào nhân tố thời gian Tv, giúp xác định thời gian cần thiết để đất đạt trạng thái ổn định Tv được xác định dựa trên các yếu tố kỹ thuật và đặc điểm của đất, đảm bảo tính chính xác trong quá trình tính toán và dự báo các biến đổi của đất trong tương lai.
C v tb : Hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất yếu trong phạm vi chiều sâu chịu nén H a ;
Với: h i : chiều dài của các lớp đất yếu nằm trong phạm vi vùng chịu nén H a ;
C v : Hệ số cố kết thẳng đứng của lớp đất yếu thứ I;
H: chiều sau thoát nước có kết theo phương thẳng đứng.Nếu chỉ có một mặt thoát nước ở phía trên H = H a , còn nếu có hai mặt thoát nước cả trên và dưới thìH H a /2. b Diện tích cố kết
Trong lý thuyết cố kết dựa trên tiêu nước hướng tâm, đất được thoát nước nhờ vào thiết bị tiêu nước thẳng đứng có mặt cắt ngang hình tròn Đường kính tương đương của thiết bị tiêu nước dạng dải bằng với đường kính của thiết bị hình tròn có hiệu suất tiêu nước hướng tâm lý thuyết bằng thiết bị dạng dải Hansbo (1979) đã đề xuất công thức tính đường kính tương đương của bấc thấm là dw = 2(a+b)/π, giúp xác định chính xác hơn hiệu quả thoát nước của các thiết bị tiêu nước trong các công trình địa kỹ thuật.
Sau đó, năm 1986 phương pháp phần tử hữu hạn Rixner đưa ra cách tính đường kính tương đương và đã được Hansbo xác nhận là: d w = (a+b)/2
Trong đó: a: chiều rộng mặt cắt ngang của bấc thấm; b: chiều dài mặt cắt ngang của bấc thấm.
Hình 5 Sơ đồ mặt cắt ngang bấc thấm
Vùng ảnh hưởng của thiết bị tiêu nước bấc thấm;
Bố trí các thiết bị tiêu nước thẳng đứng bấc thấmtheo hai sơ đồ tính hình vuông hay tam giác đều;
+ Bố trí theo sơ đồ hình vuông, có đường kính là ảnh hưởng D e là: D e = 1,13X + Bố trí theo sơ đồ hình tam giác đều có đường kính ảnh hưởng D e là: D e 1,05X
D e : đường kính đới ảnh hưởng của bấc thấm bấc thấm, cm
X: khoảng cách giữa tâm các bấc thấm nằm cạnh nhau, cm
Hình 6 Sơ đồ bố trí bấc thấm theo sơ đồ tam giác đều (trái) và sơ đồ hình vuông (phải)
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận c Tốc độ có kết
Mục đích của công tác gia cố đất sét bão hòa nước bằng bấc thấm là để đạt được mức độ cố kết yêu cầu trong khoảng thời gian xác định Việc sử dụng thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước giúp tăng hiệu quả cố kết đất, trong đó tổng mức độ cố kết θ phản ánh kết quả của quá trình tiêu nước theo phương ngang (hướng tâm) và phương dọc (dọc trục) Carilli (1942) đã đưa ra công thức mô tả quá trình này, góp phần tối ưu hóa quá trình gia cố đất sét bão hòa nước.
U h : Độ cố kết theo phương ngang (hướng tâm)
U v : Độ cố kết theo phương đứng (dọc trục)
2.1.3 Tính toán thiết kế. a Lựa chọn bấc thấm
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại bất thấm với chất lượng khác nhau từ các quốc gia như Hàn Quốc, Đài Loan và Hà Lan Viện Kỹ thuật châu Á đã tiến hành thử nghiệm và khuyến nghị sử dụng loại bất thấm của Hà Lan do đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật cao nhất Sản phẩm của Hà Lan nổi bật với độ bền chắc, khả năng chống thấm tối ưu và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế về chất lượng Việc lựa chọn bất thấm từ Hà Lan giúp đảm bảo công trình bền vững, an toàn và hiệu quả về mặt kinh tế lâu dài.
+ Cường độ chịu kéo 2,03kN
+ Độ giãn dài với áp lực 0,5 kN là 4 %; khi đứt là 25%
+ Khả năng thoát nước với áp lực 300 kN/m 2 là q w = 52 * 10 -6 m 3 /s và với áp lực là 200 kN/m 2 là = 49 * 10 -6 m 3 /s
Hệ số thấm của vỏ bọc K = 0,09 m/s Để chọn phương án bố trí bấc thấm phù hợp, ta tiến hành tính toán độ cố kết của ba phương án khác nhau, sau đó so sánh để chọn phương án tối ưu nhất Cả ba phương án đều sử dụng mạng lưới tam giác để đảm bảo sự đồng nhất trong sơ đồ tiêu nước, góp phần nâng cao hiệu quả cố kết của hệ thống.
+ Khoảng cách giữa các tim bấc thấm là X = 1m
+ Chiều sâu cắm bấc thấm là h = 20 m
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận
+ Đường kính tương đương của thiết bị tiêu nước hình tròn: d w = (10 + 3,2)/2
+ Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm: D e = 1,05*1 = 1,05m = 105 cm + Tỷ số Barron: n = 20,35
Hệ số cố kết theo các phương:
Cố kết theo phương thẳng đứng U v = F(T v ) với yêu cầu của công trình thời gian là 18 tháng = 540 ngày = 46656000 giây + Nhân tố theo phương thẳng đứng
Tra bảng B.1 (TCVN 9355 - 2012), ta được U v 0,086; + Nhân tố theo phương ngang
= (2/3)*3.14*10^2*0.00001 = 0.0021 Vậy độ cố kết theo phương ngang:
U h = 1- exp[-8 * 3,4/2,3+0.69+0.0021] 1 Độ cố kết chung:
Vậy độ lún có kết sau khi xử lý bấc thấm là: S t = S*U = 3,19 * 1 = 3,19 m Độ lún còn lại sau khi xử lý là: S - S t = 3,19 - 3,19 = 0 m (đạt yêu cầu).
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận
+ Khoảng cách giữa các tim bấc thấm là X = 1,5 m
+ Chiều sâu cắm bấc thấm là h = 20 m
+ Đường kính tương đương của thiết bị tiêu nước hình tròn: d w = (10 + 3,2)/2
+ Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm: D e = 1,05x 1,5 = 1,575m = 157,5 cm + Tỷ số Barron: n = 30,52
Hệ số cố kết theo các phương:
Cố kết theo phương thẳng đứng U v = F(T v ) với yêu cầu của công trình thời gian là 18 tháng = 540 ngày = 46656000 giây
+ Nhân tố theo phương thẳng đứng
Tra bảng ta có độ cố kết theo phương thẳng đứng U v 0,086; + Nhân tố theo phương ngang
= (2/3)*3.14*10^2*0.00001 = 0.0021 Vậy độ cố kết theo phương ngang:
U h = 1 - exp[(-8 * 1,51)/(2,7+0.69+0.0021)] = 0,97 Độ cố kết chung: U = 1 - (1 - 0,97)*(1 - 0,086) 0,97 Vậy độ lún có kết sau khi xử lý bấc thấm là:
S t = S*U = 3,19 * 0,97 = 3,09 m Độ lún còn lại sau khi xử lý là: S - S t = 3,19 - 3,09 = 0,1m (không đạt yêu cầu)
Học viên cao học: Trần Bảo Long 27 Bài tiểu luận
+ Khoảng cách giữa các tim bấc thấm là X = 1,5 m
+ Chiều sâu cắm bấc thấm là h = 10 m
+ Đường kính tương đương của thiết bị tiêu nước hình tròn: d w = (10 + 3,2)/2
+ Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm: D e = 1,05x 1,5 = 1,575m = 157,5 cm + Tỷ số Barron: n = 30,52
Hệ số cố kết theo các phương:
Cố kết theo phương thẳng đứng U v = F(T v ) với yêu cầu của công trình thời gian là 18 tháng = 540 ngày = 46656000 giây + Nhân tố theo phương thẳng đứng
Tra bảng ta có độ cố kết theo phương thẳng đứng U v 0,16; + Nhân tố theo phương ngang
= (2/3)*3.14*10^2*0.00001 = 0.0021 Vậy cố kết theo phương ngang:
U h = 1 - exp[(-8 * 1,51)/(2,7+0.69+0.0021)] = 0,97 Độ cố kết chung: U = 1 - (1 - 0,97)*(1 - 0,16) 0,97 Vậy độ lún có kết sau khi xử lý bấc thấm là:
Học viên cao học: Trần Bảo Long 28 Bài tiểu luận Độ lún còn lại sau khi xử lý là: S - S t = 3,19 - 3,094 = 0,096m (không đạt yêu cầu) => Vậy, ta lựa chọn phương án 1.
Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng giải pháp cọc đất xi măng (ĐXM)
Phương pháp trộn sâu dùng chất kết dính để tạo thành các cọc đã xuất hiện từ những năm 1960 tại Nhật Bản và nhanh chóng phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới Công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi tại các quốc gia như Thụy Điển, Hà Lan, Trung Quốc, Mỹ và các nước Đông Nam Á, góp phần nâng cao hiệu quả và độ bền của các công trình xây dựng Thường được sử dụng trong các dự án xây dựng đất nền và móng, phương pháp trộn sâu mang lại giải pháp tối ưu cho các điều kiện địa chất phức tạp.
Khi khoan vào đất, thiết bị trộn đặc biệt gắn ở phía dưới được sử dụng để đưa xi măng vào đất, nhằm tạo ra trụ Đ-XM chắc chắn Sau quá trình trộn, cần rút thiết bị trộn và dụng cụ khoan ra khỏi khu vực thi công để hoàn tất quá trình xây dựng trụ đất xi măng Công nghệ khoan này giúp tăng cường khả năng chống chịu và độ bền của các công trình xây dựng trên nền đất yếu.
Kết quả là làm cho cường độ chóng cắt của đất được gi cố tăng lên, biến dạng giảm đi.
2.2.2 Các yếu tố kỹ thuật.
1 Số liệu thiết kế đầu vào:
1.1 Thông số cọc đất xi măng
+ Tiết diện ngang cọc Acol (m 2 ) = 0,79;
+ Kích thước khu vực xử lý nền B (m) = 35; L (m) 18; + Chiều dài cọc trong lớp đất yếu D (m) = 10,0;
+ Cường độ kháng cắt vật liệu cọc τc (T/m 2 ) = 75,0;
+ Cường độ kháng nén vật liệu cọc (T/m 2 ) = 150,0;
+ Tổng tải trọng phân bố tác dụng lên nền (T/m 2 ) p = 12,6.
2 Tính toán cọc đất xi măng
2.1 Thông số tính toán cọc đất xi măng
* Cường độ kháng cắt của nền gia cố được tính: Ctb = Cu*(1-a) + a*Cc
Cu: Sức kháng cắt của đất, tính theo phương pháp trọng số cho nền nhiều lớp; Cu = 0,098 kG/cm 2 = 0,98 T/m 2
Sức kháng cắt của cọc qu được xác định là 8 kg/cm² (tương đương 80 T/m²), góp phần đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu Tỷ diện tích của cọc, ký hiệu là a, được tính bằng công thức a = n * Ac / Bs, trong đó n là số cọc trên mỗi mét chiều dài của khối đắp, Ac là diện tích một cọc, và Bs là chiều rộng của khối đắp Với hệ số n = 153 cọc, việc tính toán chính xác dựa trên các thông số này giúp đảm bảo độ bền và ổn định của công trình xây dựng.
Chọn đường kính cọc bằng D = 1,0m; Ac = π*r 2 = 3.14*0.5 2 = 0,79 m 2 ; a = 153*0,079/18 = 0,667
Thay vào công thức trên ta được:
* Modul đàn hồi tương ứng (Eeq) của khối xử lý được tính theo công thức: Eeq = Ecol *a + (1-a)* Esoil = 981
Ecol: Modul đàn hồi cọc đất xi măng, Ecol = 50*Cc = 50*80 = 4000 (T/m 2 ); Esoil: Modul biến dạng đất yếu, Esoil = 250*Cu= 250*0,98 = 245 (T/m 2 );
2.2 Kiểm tra điều kiện ổn định
2.2.1 Cường độ chịu tải bề mặt khối xử lý nền
* Cường độ chịu tải của nền đất yếu xung quanh cọc đất xi măng: Chỉ tiêu cơ lý nền đất yếu:
Cường độ chịu tải của nền đất yếu (Rn) xác định theo công thức:
+ Chiều rộng móng tính toán B = 3,5 m;
+ Chiều sâu móng tính toán D = 2,0 m;
+ Hệ số an toàn FS = 2;
+ Nγ, Nq, Nc: hệ số phụ thuộc góc ma sát trong của đất;
Với φ = 8 0 17’ => Nγ = 1,10; Nq = 2,03; Nc 7,46 Thay vào công thức trên ta được:
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận qa = 9,01 (T/m 2 ).
* Áp lực phân bố tác dụng lên đầu cọc và nền đất xung quanh xác định theo công thức:
Thay vào công thức trên ta được σcol = 18,32 (T/m 2 ) σsoil = 1,12 (T/m 2 )
Ta có b ngả so sánh kêất quả như sau: Áp lực phân bố (T/m 2 ) Cường độ chịu tải (T/m 2 ) Kiểm tra Đất nền xung quanh 1,12 9,01 Đạt
Cọc đất xi măng 18,32 150 Đạt
2.2.2 Cường độ chịu tải của đất nền phía dưới khối xử lý
Chỉ tiêu cơ lý của nền đất phía dưới khối xử lý:
Cường độ chịu tải của nền đất phía dưới xác định theo công thức:
+ Chiều rộng móng tính toán B = 11,5 m;
+ Chiều sâu móng tính toán D = 10,0 m;
+ Hệ số an toàn FS = 2;
+ Nγ, Nq, Nc: hệ số phụ thuộc góc ma sát trong của đất;
Với φ = 9 0 52’ => Nγ = 1,10; Nq = 2,03; Nc 7,46 Thay vào công thức trên ta được: qa = 26,51 (T/m 2 ).
Ta có b ngả so sánh kêất quả như sau:
31 Áp lực phân bố (T/m 2 ) Cường độ chịu tải (T/m 2 ) Kiểm tra Đất nền xung quanh 1,12 26,51 Đạt
2.3 Kiểm tra điều kiện biến dạng Độ lún tổng cộng của nền (S) gồm độ lún của khối nền gia cố (S1) và độ lún của phần đất dưới khối nền gia cố (S2):
* Độ lún của nền xử lý cọc đất xi măng: Độ lún S1 được tính:
Trong đó: q: Tải trọng công trình truyền lên khối gia cố (kN); H: Chiều sâu gia cố (m); a: Tỷ diện tích, a = n*Ac/B*L n: Tổng số cọc;
Ac: Diện tích tiết diện cọc;
B, L: Kích thước phần nền gia cố;
Ecol: Modul đàn hồi cọc đất xi măng, Ecol = 100*Cc = 50*80 = 4000 (T/m 2 ); Esoil: Modul biến dạng đất yếu, Esoil = 250*Cu= 250*0,98 = 245 (T/m 2 );
Ta có các chỉ số như sau:
Thay vào công thúc trên ta có:
* Độ lún cố kết của nền đất xử lý Độ lún cố kết theo thời gian S1(t) của nền đất xử lý được tính theo công thức:
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận
U: Độ cố kết theo thời gian;
Ch: Hệ số cố kết theo phương ngang của đất nền; t: Thời gian lún cố kết;
R: bán kính ảnh hưởng của cọc, R = 0,6s; s: Khoảng cách tâm các cọc đất xi măng; n = R/r (r bàn kính cọc đất xi măng);
LD: Chiều dài thoát nước bằng nửa chiều dày lớp xử lý nền nếu có lớp cát thoát nước phía dưới;
Ks: Hệ số thấm của đất nền;
Kc: Hệ số thấm của cọc đất xi măng, Kc = 200*Ks đối với cọc đất xi măng thi công bằng phương pháp trộn ướt.
Kêất qu tnhả toán đ lúnộ theo th i ờgian c aủnêền đấất xửlý sau 6 tháng như sau: t LD s R r Ch S1 S1(t)
STT (ngày) (m) (m) (m) (m) n Ks/Kc f(n) (m 2 /ngày) U (mm) (mm)
S2: được tính theo phương pháp cộng lún từng lớp (TCVN 9362-2012), trước khi chưa xử lý nền đất yếu.
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận
B ng ả9 B ng ảtnh lún cốấ kêất t ại tm nêền đường tại đoạn II Độ sâu H i z/b’ K 0 σ z σ bt σ c
Vậy độ lún tổng cộng của nền sau khi thi công bằng phương pháp cọc Đ - XM:
Nền đất sau khi xử lý bằng cọc đất xi măng thoả mãn yêu cầu về ổn định.
+ Độ lún S1 của khối xử lý nền là 130 mm Độn lún S1 của nền đất xử lý cọc đất xi măng kéo dài thời gian và đạt 41% sau 6 tháng.
+ Độ lún S2 của nền đất phía dưới là 70 mm.
Trên cơ sở phân tích thiết kế các giải pháp gia cố như:
Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước giúp tăng nhanh tốc độ cố kết đất nhờ hệ thống đường thoát nước thẳng đứng, giảm thời gian thi công Công nghệ này nâng cao khả năng chịu tải của đất nền, đảm bảo độ ổn định và an toàn cho công trình Ngoài ra, phương pháp còn giảm thiểu biến dạng đất, mang lại hiệu quả bền vững trong xây dựng các công trình hạ tầng.
- Phương pháp cọc Đ-XM: làm cho đất tăng về cường độ chống cắt và biến dạng được giảm đi.
Trong thiết kế các giải pháp xử lý nền đường, việc lựa chọn phương pháp phù hợp dựa trên khuyết điểm của từng giải pháp như bấc thấm – kết hợp gia tải trước hoặc cọc đất xi măng là hết sức quan trọng Đánh giá công trình cũng đóng vai trò quyết định trong việc đưa ra quyết định cuối cùng Trong đó, phương pháp bấc thấm kết hợp với gia tải trước được xem là lựa chọn tối ưu về mặt kinh tế, mang lại hiệu quả cao và tối ưu chi phí thi công.
Học viên cao học: Trần Bảo Long Bài tiểu luận