Nghiên cứu bố trí hợp lý cọc xi măng đất khi thi công nền đường đắp qua vùng đất yếu trong điều kiện thành phố hồ chí minh,luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Hiện nay, việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đã và đang áp dụng những biện pháp như: thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng lớp vật liệu có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn, sử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

NGUYỄN DUY HOÀ

“NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ HỢP LÝ CỌC XIMĂNG ĐẤT KHI THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP QUA VÙNG ĐẤT YẾU TRONG

ĐIỀU KIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH”

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

TP Hồ Chí Minh, Tháng 11/2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

NGUYỄN DUY HOÀ

“NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ HỢP LÝ CỌC XIMĂNG ĐẤT KHI THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP QUA VÙNG ĐẤT YẾU TRONG

ĐIỀU KIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH”

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ SỐ : 60 – 58 – 30

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT

THẦY HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN HÙNG

TP Hồ Chí Minh, Tháng 11/2011

Trong thời gian thực hiện luận án, tôi xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, sự quan tâm và hỗ trợ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp Bên cạnh đó, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến Bộ môn Đường Bộ, Khoa Công trình

và Phòng Đào tạo Đại học & Sau Đại học - Trường Đại học Giao thông vận tải đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án tốt nghiệp của mình

Đặc biệt, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng đã tận tâm hướng dẫn tôi trong quá trình làm luận án này

Xin trân trọng cảm ơn./

Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 11 năm 2011

Nguyễn Duy Hoà

Lớp Cao học XD Đường Ôtô &TP K15

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 1

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 4

1 SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: 4

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: 4

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 4

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 5

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG CỦA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 6

1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU: 6

1.2 ĐẶC TRƯNG ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: 6

1.2.1 ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ ĐỊA CHẤT TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: 6

1.2.2 ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: 6

1.3 CÁC VẤN ĐỀ VỀ ỔN ĐỊNH THƯỜNG GẶP KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN VÙNG ĐẤT YẾU: 8

1.3.1 NHỮNG DẠNG PHÁ HOẠI NỀN ĐƯỜNG THƯỜNG GẶP: 8

1.3.1.1 PHÁ HOẠI NỀN ĐƯỜNG DO LÚN TRỒI: 8

1.3.1.2 PHÁ HOẠI NỀN ĐƯỜNG DO TRƯỢT SÂU: 8

1.3.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HƯ HỎNG: 9

1.4 CÁC VẤN ĐỀ VỀ LÚN: 9

1.5 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU ĐÃ ÁP DỤNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: 10

1.5.1 THAY ĐỔI, PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: 10

1.5.2 CÁC BIỆN PHÁP LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC BỐ TRÍ THỜI GIAN XÂY DỰNG HAY GIẢI PHÁP VỀ VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH: 11

1.5.3 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ BẢN THÂN NỀN ĐẤT YẾU: 12

1.5.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU THƯỜNG DÙNG: 12

1.5.4.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT: 12

1.5.4.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC VÔI VÀ CỌC ĐẤT GIA CỐ XIMĂNG: 12

1.5.4.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG ĐỆM CÁT: 13

1.5.4.4 PHƯƠNG PHÁP ĐẮP BỆ PHẢN ÁP: 14

1.5.4.5 PHƯƠNG PHÁP ĐẦM CHẶT LỚP ĐẤT MẶT: 14

1.5.4.6 PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI NÉN TRƯỚC: 14

1.5.4.7 PHƯƠNG PHÁP XỬ DỤNG LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT: 15

1.5.4.8 PHƯƠNG PHÁP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT KẾT HỢP VỚI HỆ MÓNG CỌC: 15

1.5.4.9 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM: 16

1.6 CÁC CÔNG TRÌNH TIÊU BIỂU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐÃ ÁP DỤNG BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU: 17

1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 18

CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XIMĂNG ĐẤT 19

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT YẾU: 19

2.1.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU: 19

2.1.1.1 YÊU CẦU VỀ ĐỘ ỔN ĐỊNH: 19

2.1.1.2 YÊU CẦU VÀ TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN LÚN 19

2.1.2 TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU: 20

2.1.2.1 ĐỘ LÚN TỨC THỜI: 20

2.1.2.2 ĐỘ LÚN CỐ KẾT 21

2.1.2.3 ĐỘ LÚN TỪ BIẾN: 22

2.1.3 TÍNH LÚN THEO THỜI GIAN: 22

2.1.3.1 THOÁT NƯỚC MỘT CHIỀU THEO PHƯƠNG ĐỨNG: 23

2.1.3.2 THOÁT NƯỚC HAI CHIỀU: 25

2.1.4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH: 27

2.1.4.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH CỔ ĐIỂN: 27

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 2

2.1.4.2 PHƯƠNG PHÁP BISHOP 28

2.1.5 TÍNH TOÁN GIA TẢI NÉN TRƯỚC: 29

2.1.5.1 TÍNH TOÁN CHIỀU CAO ĐẮP : 29

2.1.5.2 GIA TĂNG CƯỜNG ĐỘ ĐẤT YẾU SAU QUÁ TRÌNH CHẤT TẢI 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP CỌC XIMĂNG ĐẤT – DSMC (DEEP SOIL MIXED COLUMN): 30

2.2.1 NGUYÊN LÝ VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT: 30

2.2.1.1 NGUYÊN LÝ: 30

2.2.1.2 PHẠM VI VÀ ỨNG DỤNG CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT: 31

2.2.2 BỐ TRÍ CỘT ĐẤT XI MĂNG: 33

2.2.3 CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỘT ĐẤT XI MĂNG: 35

2.2.3.1 CÔNG NGHỆ TRỘN KHÔ (Dry jet mixing): 36

2.2.3.2 CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT (Jet grouting): 36

2.2.4 PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG: 39

2.2.5 TRÌNH TỰ THI CÔNG: 40

2.2.5.1 THIẾT BỊ 40

2.2.5.2 KHOAN: 41

2.2.5.3 PHUN VỮA: 41

2.2.5.4 HỖN HỢP VỮA: 42

2.2.5.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ KHOAN PHỤT: 42

2.2.6 CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC XIMĂNG ĐẤT ỨNG DỤNG TRONG DỰ ÁN ĐƯỜNG NỐI CẦU THỦ THIÊM VỚI ĐẠI LỘ ĐÔNG TÂY: 43

2.2.6.1 CÔNG NGHỆ TRỘN KHÔ - DJM (DRY JET MIXING) 43

2.2.6.2 CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT - JMM (JET MIXING METHOD) 46

2.2.7 THÍ NGHIỆM CỘT ĐẤT XI MĂNG 47

2.2.7.1 THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG: 48

2.2.7.2 THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG: 49

2.2.7.2.1 THÍ NGHIỆM NÉN NỞ HÔNG MẪU KHOAN TRONG CỌC XIMĂNG ĐẤT - UCT (UNCONFINED COMPRESSION TEST): 51

2.2.7.2.2 THÍ NGHIỆM XUYÊN CÔN – DCPT (DYNAMIC CONE PENETRATION TEST): 52

2.2.8 TƯƠNG QUAN GIỮA CƯỜNG ĐỘ MẪU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VÀ CƯỜNG ĐỘ MẪU THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG: 54

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: 56

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XIMĂNG ĐẤT 57

3.1 CÁC QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN CỘT XIMĂNG - ĐẤT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU: 57

3.1.1 NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH CƯỜNG ĐỘ CỌC XIMĂNG ĐẤT: 57

3.1.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG: 57

3.1.1.2 QUÁ TRÌNH THUỶ HOÁ VÀ TÁC DỤNG GIỮA XIMĂNG VÀ ĐẤT: 58

3.1.1.3 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT: 58

3.1.1.4 DỰ BÁO CƯỜNG ĐỘ CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT: 59

3.1.2 QUAN ĐIỂM TÍNH TOÁN CỌC XIMĂNG ĐẤT: 60

3.1.2.1 THEO QUAN ĐIỂM LÀM VIỆC NHƯ “CỌC”: 61

3.1.2.1.1 ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CÁC TRỤ GIA CỐ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 1: 61

3.1.2.1.2 ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CÁC TRỤ GIA CỐ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 2: 62

3.1.2.2 THEO QUẢN ĐIỂM TÍNH TOÁN NHƯ NỀN TƯƠNG ĐƯƠNG: 62

3.1.2.3 QUAN ĐIỂM HỖN HỢP: 62

3.1.2.3.1 CÁCH TÍNH TOÁN CỦA VIỆN KỸ THUẬT CHÂU Á - A.I.T: 62

3.1.2.3.1.1 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỘT ĐƠN: 62

3.1.2.3.1.2 KHẢ NĂNG CHỊU TẢI GIỚI HẠN CỦA NHÓM CỌC XIMĂNG ĐẤT: 65

3.1.2.3.1.3 TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG: 66

3.1.2.3.2 CÁCH TÍNH TOÁN THEO QUY PHẠM CỦA TRUNG QUỐC DBJ 08-40-94 70

3.1.2.3.2.1 SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐƠN: 70

3.1.2.3.2.2 TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG 72

3.2 CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM KHI THIẾT KẾ CỌC XIMĂNG ĐẤT: 72

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 3

3.2.1 MỘT SỐ CƠ CHẾ PHÁ HOẠI CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU DÙNG CỌC XIMĂNG

ĐẤT: 72

3.2.1.1 ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT: 72

3.2.1.1.1 MẤT ỔN ĐỊNH DO TRƯỢT NGANG: 72

3.2.1.1.2 MẤT ỔN ĐỊNH DO KHỐI CỌC QUAY QUANH MÉP CỦA KHỐI: 73

3.2.1.2 MẤT ỔN ĐỊNH DO CÁC CỌC KHÔNG ĐỦ CƯỜNG ĐỘ: 73

3.2.1.2.1 MẤT ỔN ĐỊNH DO TRƯỢT NGANG: 73

3.2.1.2.2 MẤT ỔN ĐỊNH DO KHỐI TRƯỢT NGANG CẮT QUA CÁC CỌC: 73

3.2.1.2.3 MẤT ỔN ĐỊNH DO KHỐI TRƯỢT UỐN GẪY CÁC CỌC: 74

3.2.2 HIỆN TƯỢNG HIỆU ỨNG VÒM: 74

3.2.2.1 HIỆN TƯỢNG HIỆU ỨNG VÒM KHI KHÔNG SỬ DỤNG VẢI ĐKT: 74

3.2.2.2 HIỆN TƯỢNG HIỆU ỨNG VÒM KHI SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KT 76

3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3: 77

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỢP LÝ CỌC XIMĂNG ĐẤT KHI XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 78

4.1 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CỌC XIMĂNG ĐẤT KHI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU: 78

4.1.1 ĐIỀU KIỆN HÌNH HỌC BÀI TOÁN: 78

4.1.1.1 THÔNG SỐ HÌNH HỌC: 78

4.1.1.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG: 78

4.1.2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT: 80

4.1.3 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN: 81

4.1.3.1 QUY LUẬT PHÂN BỐ ỨNG SUẤT GÂY LÚN: 81

4.1.3.2 VÙNG TÁC DỤNG TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC CỌC: 82

4.1.4 MÔ HÌNH LỰA CHỌN TÍNH TOÁN: 83

4.2 TÍNH TOÁN GIA CỐ CỌC XIMĂNG ĐẤT: 84

4.2.1 TÍNH ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐƯỜNG KHI CHƯA GIA CỐ: 84

4.2.2 GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT ĐƯỜNG KÍNH 0.6M: 86

4.2.2.1 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC BẰNG 2D = 1.2M: 86

4.2.2.2 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC BẰNG 2.5D = 1.5M: 87

4.2.2.3 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC BẰNG 3D = 1.8M: 88

4.2.2.4 TỔNG HỢP PHƯƠNG ÁN CỌC D600 89

4.2.3 GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC XIMĂNG ĐẤT ĐƯỜNG KÍNH 0.8M: 90

4.2.3.1 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC BẰNG 2D = 1.6M: 90

4.2.3.2 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC BẰNG 2.5D = 2.0M: 91

4.2.3.3 KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC CỌC BẰNG 3D = 2.4M: 92

4.2.3.4 TỔNG HỢP PHƯƠNG ÁN CỌC D800 93

4.3 KẾT LUẬN: 94

4.3.1 NHẬN XÉT CHUNG: 94

4.3.2 SO SÁNH MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ: 97

4.3.2.1 ĐƯỜNG LIÊN CẢNG CÁI MÉP - THỊ VẢI 97

4.3.2.2 ĐƯỜNG NỐI CẦU THỦ THIÊM ĐẾN ĐẠI LỘ ĐÔNG TÂY 97

4.3.2.3 ĐƯỜNG VÀO KHU CÔNG NGHIỆP PHÚ HỮU QUẬN 9 97

4.3.3 KẾT LUẬN CỦA ĐỀ TÀI: 99

4.4 KIẾN NGHỊ: 100

4.5 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHẦN PHỤ LỤC 103

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 4

PHẦN MỞ ĐẦU

1 SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:

Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, mạng lưới giao thông đã và đang được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn Các công trình xây dựng thường tập trung ở những nơi có điều kiện kinh tế, giao thông thuận lợi tuy nhiên phần lớn lại bất lợi về điều kiện địa chất công trình Tại đây, cấu trúc nền thường rất phức tạp, gồm nhiều lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt Khi xây dựng nền đường việc lựa chọn giải pháp thiết kế nền móng thường gặp nhiều khó khăn Khó khăn là ở chỗ, chọn giải pháp vừa đáp ứng được yêu cầu của kết cấu, vừa đảm bảo tiến độ thi công và giá thành hợp lý Hiện nay, việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đã

và đang áp dụng những biện pháp như: thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng lớp vật liệu có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn, sử dụng vải địa kỹ thuật, bấc thấm, cọc cát, giếng cát, cọc đất gia cố ximăng…

Những năm gần đây tại thành phố Hồ Chí Minh cọc ximăng đất đã bắt đầu được sử dụng phổ biến để xử lý nền đất yếu trong việc xây dựng nền đường với ưu điểm thời gian thi công nhanh, công nghệ không quá phức tạp và xử lý khá triệt để vấn đề lún của công trình

Mặc dù việc thiết kế và thi công giải pháp cọc ximăng đất đã có TCXDVN

385:2006 “Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất ximăng”, tuy nhiên các

thông số như: chiều dài cọc, đường kính cọc, khoảng cách giữa các cọc chưa được quy định cụ thể Do đó khi thiết kế các đơn vị tư vấn tính toán và lựa chọn các giá trị khác nhau rất lớn dẫn đến việc bố trí kích thước hình học và phạm vi phân bố của cọc ximăng đất còn có sự chênh lệch rất lớn làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng, tiến độ

và giá thành của công trình

Vì vậy đề tài “Nghiên cứu bố trí hợp lý cọc ximăng đất khi thi công nền

đường đắp qua vùng đất yếu trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh” là cần thiết

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu bố trí hợp lý cọc ximăng đất (về chiều dài, đường kính và khoảng cách giữa các cọc) khi thi công nền đường qua vùng đất yếu trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế của công trình

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

Đối tượng được nghiên cứu là sử dụng hợp lý các thông số như chiều dài, đường kính và khoảng cách giữa các cọc ximăng đất khi xây dựng nền đường đắp qua vùng đất yếu

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong xây dựng nền đường ôtô với điều kiện của thành phố Hồ Chí Minh

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 5

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Phương pháp nghiên cứu: là sự kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và phương pháp thống kê để xác định chiều dài, đường kính và khoảng cách giữa các cọc ximăng đất Đó là một chuỗi tính toán về độ lún của nền đường và khả năng chịu tải của lớp đất đã được xử lý được thực hiện bằng cách thay đổi kích thước của đường kính, chiều dài và khoảng cách của cọc ximăng đất, đồng thời so sánh với các công trình đã xây dựng để đề ra giải pháp thiết kế hợp lý

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm những vấn đề sau:

Tình hình xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đắp trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh

Thực trạng tình hình thiết kế và thi công cọc ximăng đất khi xây dựng nền đường đắp qua vùng đất yếu trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh

Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài, đường kính và khoảng cách giữa các cọc đến trạng thái ứng suất và biến dạng của nền đường khi xử lý nền đất yếu bằng cọc ximăng đất

Nghiên cứu ổn định của nền đường đắp trên đất yếu đã xử lý bằng cọc ximăng đất (sử dụng phần mềm Plaxis)

Nghiên cứu và đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý cọc ximăng đất khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh để đảm bảo chất lượng công trình và hiệu quả kinh tế

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU TRONG ĐIỀU KIỆN XÂY DỰNG CỦA THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH

1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU:

Nền đắp trên đất yếu là một trong những công trình xây dựng thường gặp Trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh đặc biệt là các khu vực Quận 2, Quận 4, Quận 7, Quận 9, huyện Nhà Bè, huyện Bình Chánh, bán đảo Thanh Đa (quận Bình Thạnh), huyện Cần Giờ là những khu vực có tầng đất yếu khá dày, 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

Do điều kiện địa chất của thành phố phần lớn là đất yếu, đồng thời đặc thù yêu cầu khai thác của thành phố phần lớn là hoàn thiện công trình đưa vào sử dụng ngay, không có thời gian chờ lún và ổn định nền đường Vì vậy, vấn đề nền đất yếu và các giải pháp xử lý cần được nghiên cứu nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của công trình, đồng thời đáp ứng được yêu cầu kinh tế

1.2 ĐẶC TRƯNG ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH:

1.2.1 ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ ĐỊA CHẤT TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH:

Theo đề tài nghiên cứu của Liên đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam, Viện Vật lý Địa cầu là đã xác định và chia nền đất của TPHCM ra làm 5 loại nền với tên gọi A, B,

C, D, S Trong đó, nền loại A là vững chắc nhất và nền S là yếu nhất Theo kết quả đo dao động vi địa chấn, các nhà nghiên cứu nhận thấy nền loại A và B chỉ có một diện tích rất nhỏ nằm ở khu vực núi đá ĐH Quốc gia TPHCM (quận Thủ Đức) và phường Long Bình (Quận 9) Nền loại C (loại trung bình) chỉ chiếm diện tích khoảng 40%, thuộc các khu vực phía Bắc quận 9, Đông Bắc quận Thủ Đức, Tây Bắc huyện Bình Chánh và Tây quận Tân Bình

Riêng nền loại D và S (2 loại nền đất yếu nhất), chiếm đến 60% diện tích đất của TPHCM Đất nền loại này đại diện bởi bùn, sét lẫn nhiều mùn thực vật, phần lớn dày trên 10 m đến hơn 30 m Đất nền loại S phân bố chủ yếu ở khu vực các quận: 2, 4,

6, 7, 8, 9, huyện Nhà Bè và huyện Cần Giờ, dọc bờ sông Sài Gòn, sông Đồng Nai, giáp ranh giữa huyện Củ Chi và huyện Hóc Môn, hiện đang là nơi phát triển xây dựng

đô thị và công nghiệp hết sức sôi động với nhiều công trình cao tầng và các khu công nghiệp, cảng biển lớn

1.2.2 ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA NỀN ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH:

Đặc điểm cấu tạo địa chất của khu vực thành phố Hồ Chí Minh có thể chia thành hai khu vực: Khu vực trũng thấp có cao độ địa hình dưới vài mét, trong các mặt địa chất công trình thường bắt gặp 3 tầng cấu trúc: bên trên là sét, bùn sét màu xám đen - xám xanh giàu hữu cơ Đất chưa được cố kết (Kd < 0) hoặc mới ở giai đoạn đầu của sự cố kết tự nhiên (Kd = 0) Đất có trạng thái từ dẻo chảy đến chảy, bề dày thay

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 7

đổi từ 5 - 6m (vùng tiếp giáp với địa hình cao) đến 25 - 30 m (vùng trũng thấp ven sông Sài Gòn và các kênh rạch) Bên dưới là sét, á sét thường có màu xám loang lổ màu nâu đỏ hay mâu vàng, trạng thái từ dẻo cứng đến nửa cứng Bên dưới là cát trung

- thô màu xám trắng hay màu vàng, trạng thái chặt vừa

Khu vực còn lại là vùng có địa hình cao hơn 3 - 4m, trong các mặt cắt địa chất công trình thường bắt gặp 2 tầng cấu trúc: Bên trên thường gặp là sét, sét pha có kết hạch laterit, đất đã được cố kết tự nhiên nên có trạng thái từ dẻo cứng đến nửa cứng Bên dưới là cát như vừa mô tả bên trên

Thông qua số liệu khảo sát địa chất của các dự án lớn như: Đường nối đại lộ Đông Tây – Cầu Thủ Thiêm, đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây (đoạn qua khu vực Quận 2, Quận 9), đường Nguyễn Văn Linh, Đại lộ Đông – Tây, Đường vành đai phía Đông, Dự án mở rộng Xa lộ Hà Nội, Đường vào khu công nghiệp Phú Hữu thì các lớp đất chính thường gặp là những loại đất bùn sét hữu

cơ và bùn sét không có hữu cơ có trạng thái độ sệt khác nhau, ngoài ra còn có lớp cát, sét lẫn sỏi sạn Laterit

Tùy thuộc vào từng khu vực cụ thể mà chiều dày và sự phân bố các lớp đất yếu

sẽ khác nhau, theo thống kê từ số liệu thu thập được, khu vực thành phố Hồ Chí Minh

có những dạng địa chất cơ bản sau đây:

Bảng 1.1:Các dạng địa chất cơ bản khu vực thành phố Hồ Chí Minh

HVTH: Nguyễn Duy Hồ Trang 8

1.3 CÁC VẤN ĐỀ VỀ ỔN ĐỊNH THƯỜNG GẶP KHI XÂY DỰNG NỀN

ĐƯỜNG TRÊN VÙNG ĐẤT YẾU:

Khi thi cơng đắp nền đường trên vùng đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất, nếu sự tăng ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đĩ (tuỳ thuộc vào tính chất cơ học và trạng thái của đất nền) thì đất nền sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều và đột ngột Cùng với sự lún sụp của nền đường đắp thì nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên tương ứng

1.3.1 NHỮNG DẠNG PHÁ HOẠI NỀN ĐƯỜNG THƯỜNG GẶP:

1.3.1.1 PHÁ HOẠI NỀN ĐƯỜNG DO LÚN TRỒI:

Tồn bộ nền đường đắp lún vào nền đất yếu, đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần chân taluy

Hình 1.1 Phá hoại nền đường do lún trồi

1.3.1.2 PHÁ HOẠI NỀN ĐƯỜNG DO TRƯỢT SÂU:

Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thơng thường của nền đường đắp Một cung trượt trịn sinh ra do nên đắp bị lún cục bộ, ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi

Hình 1.2 Phá hoại nền đường do trượt sâu

Đất yếu

Nền đắp

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 9

Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đường đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất

và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp Để tính toán, trong các trường hợp đơn giản nhất thường xem đường phá hoại tương tự một đường cong tròn và sự trượt được gọi là trượt tròn

1.3.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HƯ HỎNG:

Sự phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp nền đường quá cao là một hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong khi thi công hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn

Qua theo dõi sự phá hoại thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần

Tuy nhiên cũng có những phá hoại khác xảy ra sau khi thi công xong vài tháng hoặc vài năm như trong trường hợp tôn cao nên đường mới trên nền đắp hiện hữu hoặc khi đào đất ở chân taluy

Các chuyển vị thẳng đứng thường có một biển độ đến hàng chục centimet với các lớp rất mềm hoặc chiều dày lớn, biên độ này có thể đến vài mét Các chuyển vị này ở tim nền đắp đều lớn hơn so với ở mép taluy sinh ra một biến dạng của mặt nền đường

Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thẳng đứng, tỷ số giữa hai chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào hệ số an toàn, kích thước hình học của nền đắp

và chiều dày của đất yếu Tuy nhiên đã quan sát được các chuyển vị ngang đến vài chục centimet

Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và sự có mặt của các lớp thoát nước

Độ lún khác nhau ở chỗ nối tiếp giữa nền đường đắp trên đất yếu và mố cầu đặt trên móng cọc sâu tựa trên nền cứng không lún thường tạo thành một bậc cấp lớn hoặc một chỗ nứt gẫy, ảnh hưởng xấu đến việc chảy xe

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 10

1.5 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN

ĐẤT YẾU ĐÃ ÁP DỤNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH:

Nếu sức chịu tải của nền đất yếu không đủ hoặc nếu độ lún của nền đường diễn biến quá chậm thì cần áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt để tăng độ ổn định và tăng nhanh thời gian lún của nền đắp trên đất yếu

Hiện nay, đã và đang có khá nhiều biện pháp xử lý và do đó cũng có khá nhiều biện pháp xây dựng nền đường đắp trên đất yếu, như:

 Đào thay một phần đất yếu

 Đào thay toàn bộ đất yếu

 Gia tải tạm thời

 Giảm chiều cao nền đắp

 Đắp theo giai đoạn

Tuy nhiên khi phân tích kỹ thì phần lớn các biện pháp xử lý đều có liên quan cả vấn đề ổn định và lún Trên thực tế ta có thể chia thành 3 nhóm biện pháp xử lý như sau:

1.5.1 THAY ĐỔI, PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:

Thay đổi, phương án thiết kế: như giảm chiều cao nền đắp, thay đổi cấu tạo nền móng công trình hoặc di chuyển vị trí tuyến đến khu vực có chiều dày lớp đất yếu mỏng

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương pháp xử lý về móng thường dùng như:

 Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền; khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; đồng thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn Tuy

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 11

nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh

tế và kỹ thuật

 Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp

 Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé

và độ lún sẽ bé Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn

Đây là biện pháp tốt nhất, nên cố gắng áp dụng

1.5.2 CÁC BIỆN PHÁP LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC BỐ TRÍ THỜI GIAN XÂY

DỰNG HAY GIẢI PHÁP VỀ VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH:

Giải pháp liên quan đến bố trí thời gian xây dựng như xây dựng theo giai đoạn hay phân kỳ đầu tư

Các giải pháp về vật liệu và kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình:

 Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng

 Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy

ra lún lệch hoặc lún không đều

 Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn

 Sử dụng bệ phản áp hoặc đào bỏ một phần đất yếu…

Hoặc các biện pháp kết hợp 2 giải pháp trên Các biện pháp này tương đối đơn giản có thể thi công rộng rãi

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 12

1.5.3 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ BẢN THÂN NỀN ĐẤT YẾU:

Nhóm biện pháp này đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dùng và do các đơn vị chuyên nghiệp thi công

Xử lý nền đất yếu 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

Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Các biện pháp xử lý nền thông thường:

 Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng

đầm, đầm 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

 Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm,

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

 Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi

măng, vữa xi măng, phương pháp silicat hóa, phương pháp điện hóa

1.5.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU THƯỜNG DÙNG:

1.5.4.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT:

Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc tre ) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát

Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình

cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m

1.5.4.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC VÔI VÀ CỌC ĐẤT

GIA CỐ XIMĂNG:

Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão

Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau:

 Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 13

 Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt

 Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: độ ẩm của đất giảm 5 - 8%; lực dính tăng lên khoảng 1,5 - 3lần

Việc chế tạo cọc đất - ximăng cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm và để không bị tắc ống phun

Hàm lượng ximăng có thể từ 7 - 15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét

Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên

từ 4 - 5 lần so với khi chưa gia cố

Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất - ximăng này để xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất - ximăng này để gia cố nền là rất tốt

Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:

 Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó tới các lớp đất yếu bên dưới

 Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát

 Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu

 Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu

Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m Không nên

sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 14

1.5.4.4 PHƯƠNG PHÁP ĐẮP BỆ PHẢN ÁP:

Bệ phản áp dùng khi đắp nền đường trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức độ ổn định chống trượt trồi cho nền đường để đạt các yêu cầu về ổn định Bệ phản áp có vai trò như một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nền đường với các chiều cao lớn hơn, do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn hơn

Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chấm thấm nước…So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất đắp bằng nhau sẽ có lợi hơn

do giảm được moomen của các lực trượt nhờ tập trung tải trọng ở chân taluy

Chiều cao bệ phản áp phải nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao đắp trực tiếp giới hạn

Hgh và nên từ 1/3  1/2 chiều cao nền đắp chính Để tiết kiệm đất, chiều rộng bệ phản

áp L có thể rút xuống bằng (2/3  3/4) chiều dài chồi đất ứng với cung trượt nguy hiểm nhất (theo kinh nghiệm của một số nước chiều rộng L không cần phải trùm kín hết chiều dài chồi đất này)

Bệ phản áp là giải pháp tăng độ ổn định của nền đắp chính nhưng cũng có thêm tác dụng là hạn chế thành phần lún do đất yếu bị đẩy ngang sang hai bên dưới tác dụng của tải trọng đắp chính Phải đắp bệ phản áp cùng một lúc với nền đắp chính, tuy nhiên đắp không cần đầm nén chặt như đắp nền đường

1.5.4.5 PHƯƠNG PHÁP ĐẦM CHẶT LỚP ĐẤT MẶT:

Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm cường độ chống cắt của đất và làm giảm tính nén lún

Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng như một tầng đệm đất, không những có ưu điểm như phương pháp đệm cát mà cón có ưu điểm là tận dụng được nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng đào đắp

Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau, thường hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp này quả đầm trọng lượng 1 - 4 tấn (có khi 5 - 7 tấn) và đường kính không nhỏ hơn 1m Để đạt hiệu quả tốt, khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra không nhỏ hơn 0,2kg/ cm2 với loại đất sét và 0,15kg/cm2 với đất loại cát

1.5.4.6 PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI NÉN TRƯỚC:

Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước

Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:

 Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất;

 Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian

 Các biện pháp thực hiện:

 Chất tải trọng bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 15

 Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng tốc độ lún theo thời gian Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên

1.5.4.7 PHƯƠNG PHÁP XỬ DỤNG LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT:

Nguyên lý của giải pháp này là dùng vải, lưới địa kỹ thuật làm cốt tăng cường

ở đáy nền đắp, khu vực tiếp xúc giữa nền đắp và đất yếu Do bố trí cốt như vậy khối trượt của nền đắp nếu xảy ra sẽ bị cốt chịu kéo giữ lại nhờ đó tăng thêm mức độ ổn định cho nền đắp Tùy theo lực kéo tạo ra lớn hay nhỏ chiều cao đắp an toàn có thể vượt quá chiều cao đắp giới hạn Hgh nhiều hay ít

Tăng cường ổn định bằng giải pháp này này thi công rất đơn giản nhưng chú ý rằng giải pháp này không có tác dụng giảm lún và do vậy nó chỉ có thể sử dụng một mình khi độ lún trong phạm vi cho phép

Xu thế phát triển của giải pháp này là sử dụng các loại lưới vải địa kỹ thuật để tăng ma sát giữa đất yếu và lưới (có lợi cho việc tạo ra lực kéo), thậm chí người ta đã

sử dụng cả tầng đệm đáy bằng một lớp lồng cao 1m, các lồng này bằng lưới địa kỹ thuật kết cấu mạng tổ ong hoặc bằng lưới ô vuông polime móc chặt vào nhau sau đó

đổ sỏi cuội, đá vào trong các lồng đó Khi đắp nền đắp cả khối lồng đá này chìm vào trong đất yếu tạo ra tác dụng chống lại sự phá hoại trượt trồi

Việc đặt một hoặc nhiều lớp thảm bằng vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật

ở đáy của nền đắp đầu cầu sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đường chống lại sự trượt tròn Như vậy có thể tăng chiều cao nền đắp đất của từng giai đoạn không phụ thuộc vào sự lún trồi của đất Vải địa kỹ thuật còn có tác dụng phụ làm cho độ lún của đất dưới nền đắp được đồng đều hơn

1.5.4.8 PHƯƠNG PHÁP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT KẾT HỢP VỚI HỆ

MÓNG CỌC:

Dựa trên tính năng làm việc của vải địa kỹ thuật cường độ cao hay lưới địa kỹ thuật, sự kết hợp giữa các lớp vật liệu tăng cường địa kỹ thuật này với hệ móng cọc phía bên dưới đem lại giải pháp rất tốt khi đắp nền đường trên đất yếu Tải trọng nền đất đắp và các tải trọng chất thêm trên đường sẽ được truyền lên hệ móng cọc thông qua hiệu ứng vòm trong đất và sự truyền tải của lớp lưới địa kỹ thuật

Giải pháp sử dụng lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc này tạo ra kết cấu nối tiếp giống như sàn truyền tải Hiệu quả của nó mang lại cao do giải quyết được độ lún tổng thể, hệ thống kết hợp này còn khắp phục tốt vấn đề chênh lệch lún, lưới địa

kỹ thuật còn tăng cường khả năng chịu cắt cho nền đất, nâng cao độ ổn định của nền đường đầu cầu Chi phí xây lắp thấp hơn so với giải pháp sử dụng sàn bê tông cốt thép trên hệ móng cọc

Trong quá trình xây dựng nền đường đắp cao, hệ thống móng cọc sẽ được thi công trước, sau đó lưới địa kỹ thuật sẽ được đặt ở vị trí đầu các cọc Tuỳ thuộc vào

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 16

điều kiện địa chất, chiều cao đất đắp nền đường đầu cầu mà chọn số lớp lưới địa kỹ thuật cho hợp lý, thông thường số lớp lưới địa kỹ thuật lớn hơn một Khi sử dụng giải pháp này sẽ có sự phân bố lại ứng suất ở phần nền đắp, cơ chế truyền tải trọng cũng thay đổi, quá trình ứng xử khác hẳn so với các trường hợp khác Với một chiều cao đất đắp hợp lý, vòm đất sẽ suất hiện trong nền đường đắp, toàn bộ tải trọng phía bên trên thông qua vòm đất sẽ được chuyển xuống đầu cọc rồi truyền xuống tầng đất tốt Lớp lưới địa kỹ thuật sẽ chịu phần tải trọng còn lại (dưới vòm đất) từ đó truyền lên đầu cọc

Qua thực tế về tình hình sử dụng giải pháp kết hợp giữa lưới địa kỹ thuật và hệ móng cọc ở Hoa Kỳ, hiệu quả mang lại rất cao So với phương pháp chỉ sử dụng hệ móng cọc có mũ ở đầu, để thoả mãn yêu cầu đảm bảo an toàn kỹ thuật về độ lún thì tỉ

lệ phủ diện tích bề mặt thông qua mũ cọc thường là 60%-70%, nếu sử dụng phương pháp kết hợp nói trên, tỉ lệ này yêu cầu khoảng 10%-20% Bên cạnh đó, nếu so sánh với giải pháp sàn bê tông cốt thép trên hệ móng cọc thì giải pháp này có chi phí xây dựng thấp hơn

Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép

Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải

Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẻo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesie không dệt…)

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 17

Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị

Lõi chất dẻo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn

Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ

số thấm nước của đất sét ( k = 10 x 10-5m/ngày đêm) Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài

Trong mỗi trường hợp cụ thể, tuỳ điệu kiện có thể có một hoặc nhiều biện pháp xử lý thích hợp, tuy nhiên lựa chọn giải pháp nào thì cần phải phân tích đầy đủ theo các nhân tố sau đây:

 Tính chất và tầm quan trọng của công trình

 Thời gian thi công

 Tính chất và bề dày của lớp đất yếu

Đường Vành đai phía Đông: áp dụng biện pháp bóc bỏ 1 phần đất yếu, trải vải địa kỹ thuật và đắp bằng vật liệu thoát nước tốt

Đường rừng Sác - huyện Cần Giờ: áp dụng biện pháp bóc bỏ 1 phần đất yếu, trải vải địa kỹ thuật và đắp bằng vật liệu thoát nước tốt

Đường nối từ đường Nguyễn Duy Trinh vào khu công nghiệp Phú Hữu: sử dụng cọc đất gia cố ximăng theo phương pháp trộn ướt

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 18

Công trình cảng Hiệp Phước – huyện Nhà Bè: gia cố nền bằng phương pháp cọc ximăng đất

Công trình xử lý bồn chứa nước thuộc dự án Nhà máy xử lý nước thải thành phố Hồ Chí Minh – huyện Bình Chánh: áp dụng phương pháp cọc ximăng đất

Các dự án tuỳ thuộc vào quy mô, điều kiện xây dựng và khai thác khác nhau đã

áp dụng một hoặc kết hợp nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu khác nhau đều đã mang lại những hiệu quả thiết thực

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 19

CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP

TRÊN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XIMĂNG ĐẤT

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT YẾU:

2.1.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU:

2.1.1.1 YÊU CẦU VỀ ĐỘ ỔN ĐỊNH:

Phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại trượt trồi trong quá trình thi công đắp (đắp phần nền theo thiết kế hoặc đắp cao hơn cao độ thiết kế để gia tải trước) và trong suốt quá trình đưa vào khai thác sử dụng sau đó Để đảm bảo yêu cầu này phải đảm bảo được đồng thời các tiêu chuẩn cụ thể dưới đây:

- Mức độ ổn định dự báo theo kết quả tính toán hệ số ổn định K đối với mỗi đợt đắp (đắp nền và đắp gia tải trước) và đối với nền đắp theo thiết kế (có xét đến tải trọng

xe cộ dừng xe tối đa trên nền) phải bằng hoặc lớn hơn mức độ ổn định tối thiểu quy định dưới đây:

 Theo phương pháp phân mảnh cổ điển thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin=1.2 (nếu dùng thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm

để kiểm toán thì Kmin=1.10)

 Theo phương pháp Bishhop thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin=1.4

- Số liệu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng và quan trắc di động ngang của vùng đất yếu hai bên nền đắp trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước phải không được vượt quá trị số quy định dưới đây:

 Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đường không vượt quá 10mm/ngày đêm

 Tốc độ chuyển vị ngang của các cọc đóng hai bên nền đường đắp không được vượt quá 5mm/ngày đêm

2.1.1.2 YÊU CẦU VÀ TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN LÚN

Sau khi hoàn thành công trình, phần độ lún cố kết còn lại S tại trục tim của nền đường phải đảm bảo các yêu cầu như sau :

Bảng 2.1 : Phần độ lún cố kết cho phép còn lại S tại trục tim của nền đường sau

khi hoàn thành công trình

Các đoạn nền đắp thông thường Đường cao tốc và đường cấp 80 ≤10cm ≤20cm ≤30cm Đường cấp 60 trở xuống có tầng

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 20

Độ lún còn lại S là phần lún cố kết chưa hết sau khi làm xong kết cấu áo đường của đoạn nền đắp trên đất yếu Trị số S được xác định theo công thức (2.8) tùy thuộc độ cố kết U đạt được vào thời điểm làm xong áo đường

Nếu phần độ lún cố kết còn lại S vượt quá các trị số cho phép ở bảng 3.1 thì mới cần phải có các biện pháp xử lý để giảm S Nếu thỏa mãn các trị số cho phép ở bảng 2.1 thì không cần áp dụng các biện pháp tăng nhanh cố kết Tuy nhiên, tuỳ theo đặc điểm nhu cầu sử dụng của công trình cụ thể có thể áp dụng thêm biện pháp để xử

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 21

Công thức tính độ lún tức thời theo giáo trình nền đường đắp trên đất yếu trong

điều kiện Việt Nam của tác giả PIERRE LAÉRAL Giả thiết độ lún tức thời là không

có sự thoát nước ra khỏi đất và xảy ra với thể tích không đổi

Độ lún tức thời tại một điểm cách tim đường một khoảng là x , kí hiệu là Si

(2.2)

Trong đó các giá trị rH, r’H tra từ toán đồ tương ứng với các trị số 

x,a

Chia nền đất yếu thành từng lớp có độ nén lún khác nhau và xác định trị số nén

lún của chúng Chiều dày lớp chia không được lớn hơn 0,4 chiều rộng đáy nền đắp

Phạm vi để tính dự đoán độ lún tùy thuộc vào bề dày lớp đất yếu, nếu lớp đất

yếu tương đối dày thì chỉ xét độ lún trong vùng ảnh hưởng của tải trọng ngoài

Từ thí nghiệm nén đất không nở hông trong phòng thí nghiệm, độ lún nền đất

được xác định như sau:

i z i c i vz

i pz i

P1

i z i c C

i z i c i vz

i pz i

a E

h

''

2 2



HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 22

i z i r C

σ

của lớp đất bên trên;

σ

 Độ lún tổng cộng theo tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô được dự đoán:

Trong đó : hệ số m = (1,1÷1,4) là hệ số xét đến khả năng đất bị đẩy ngang

2.1.2.3 ĐỘ LÚN TỪ BIẾN:

Độ lún này còn gọi là độ lún cố kết thứ cấp Theo Leroueil et al (1988) , độ lún

này làm gia tăng biến dạng theo phương thẳng dứng và phải được cộng thêm vào độ

lún cố kết sơ cấp, được xác định:

t

tlg(

Ce1

H

=S

p

α p

Trong đó:

C

thúc cố kết sơ cấp tức là sau 24 giờ,

)t

tlg(

eΔC

1 2

α 

H - là chiều dày lớp đất;

tb - là thời gian để độ cố kết đạt 95%, t là thời gian sử dụng công trình

2.1.3 TÍNH LÚN THEO THỜI GIAN:

Độ lún cố kết nền đắp trên đất yếu sau thời gian t được xác định như sau:

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 23

Năm 1935 L.Rendulic đề xuất phương trình vi phân cố kết đối xứng trục để xác định áp lực nước trong lỗ rỗng khi dùng giếng cát như sau :

2

2 v 2

2 h

z

uCr

ur

1r

uC

u C

t

u

h

1 2

2

Phần thấm xuyên tâm (2.9.2) Trong đó:

v v

mγ

K

Ch: hệ số cố kết theo phương ngang

v n

h h

mγ

2.1.3.1 THOÁT NƯỚC MỘT CHIỀU THEO PHƯƠNG ĐỨNG:

Phương trình vi phân thấm một chiều của Terzaghi có dạng như sau :

2

2 v

z

uCt

Tải phân bố đều kín khắp gây ra gia tăng ứng suất không đổi theo chiều sâu

Nếu lớp sét cố kết thấm đặt trên nền đất cứng thấm nước, quá trình cố kết thoát nước theo 2 biên trên và dưới, áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ban đầu tại mỗi điểm trong lớp đất bằng với gia tăng ứng suất ngoài lên lớp đất

Các điều kiện biên của bài toán như sau :

+ t=0, z trong khoảng (0÷2H) : u=ui=p; σ’=0

( các độ sâu khác trong lớp cố kết σ’=u )

+ t=∞, z trong khoảng (0÷2H), u=0

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 24

Nếu lớp sét cố kết thấm đặt trên nền đất cứng không thấm nước, quá trình cố kết thoát nước theo chỉ theo 1 biên trên Các điều kiện biên của bài toán như sau :

+ t=0, z trong khoảng (0÷2H) : u=ui=p; σ’=0

( các độ sâu khác trong lớp cố kết σ’=u )

+ t=∞, z trong khoảng (0÷2H), u=0

Giải phương trình vi phân với các điều kiện biên :

T 4 π ) 1 i 2 ( 2 2

v

v 2 2

e)1i2(

1π

81

Trong đó:

2

tb v

H – Chiều sâu thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng, nếu chỉ có một mặt thoát nước thì H=za còn nếu thoát nước 2 mặt ( cả trên và dưới) H=za/2

Ngoài ra có thể xác định Uv theo bảng tra phụ thuộc vào nhân tố thời gian Tv

theo tiêu chuẩn ngành GTVT 22TCN 262 : 2000

 Tổng hợp các trường hợp thường gặp để tính độ cố kết Uv

Trường hợp sơ đồ 0:

+ Thoát nước 2 biên

+ Không thoát nước biên dưới nhưng tải phân bố kính khắp gây ra gia tăng ứng suất thẳng đứng không đổi theo chiều sâu:

18

25 4

9 4

a tb

v

C h z C

HVTH: Nguyễn Duy Hồ Trang 25

1 27

1 (

32

25 4

9 4

3

2 2

v v

T

e e

e U

1)

23(27

1)

2(

16

9 4

3

2 2

v T

T

T e

e e

2.1.3.2 THỐT NƯỚC HAI CHIỀU:

Biên thoát nước

Biên thoát nước Biên không thoát nước

Biên thoát nước

Biên thoát nước

Biên thoát nước

Biên thoát nước Biên thoát nước

Biên không thoát nước Biên thoát nước

Biên không thoát nước Biên thoát nước

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 26

Phương trình trên theo chứng minh của N.Carrillo, có thể tách thành hai phương trình dưới đây :

t

uz

2 h

z

uCr

ur

1r

uC

a/-Tính độ cố kết chung : là độ cố kết đạt được sau thời gian t kể từ lúc đắp

xong Độ cố kết chung là kết hợp của hiệu quả thoát nước ngang Uh và hiệu quả thoát nước thẳng đứng Uv thứ tự tính toán như sau :

) U 1 )(

U 1 ( 1

h h

F F F

D

t

C

De: khoảng cách tính toán giữa các vật liệu thoát nước

+ Nếu bố trí vật liệu thoát nước theo kiểu ô vuông: De = 1.13D

+ Nếu bố trí vật liệu thoát nước theo kiểu tam giác: De = 1.05D

Với: D là khoảng cách bố trí giữa các vật liệu thoát nước

Ch - Hệ số cố kết theo phương ngang Ch=(2÷5)Cv tùy theo lớp đất yếu

n n

3 ) ln(

1 )

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 27

Fs: nhân tố xét đến ảnh hưởng của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm ( làm hệ số thấm trong vùng đó giảm đi)

Fr: nhân tố ảnh hưởng đến sức cản của bấc thấm

Khi không dùng bấc thấm làm vật liệu thoát nước cố kết :Fs = 0, Fr = 0

2.1.4 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH:

2.1.4.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN MẢNH CỔ ĐIỂN:

Hình 2.5 : Sơ đồ tính ổn định theo phương pháp phân mảnh với mặt trụ tròn

( hx : là chiều cao qui đổi của tải trọng xe cộ về cột đất tương đương)

li : là chiều dài cung trượt của mảnh trượt thứ i

n – tổng số mảnh trượt trong phạm vi khối trượt

n

j i

i i i i j

)]

R

Y ( W tg sin Q [

) R

Y ( F ) tg cos Q l c ( K

1 1

O ( tâm trượt nguy hiểm nhất)

R

R

Y H

ll

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 28

i – góc giữa pháp tiến của cung li với phương của lực Qi

Ri - Bán kính đường cong của cung trượt

ci, i – là lực dính và góc ma sát của lớp đất chứa cung trượt li

Nhận xét:

Nền đường được đánh giá ổn định khi Kmin =1.2

Nếu sử dụng kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở trong phòng thí

nghiệm để kiểm toán thì Kmin = 1.1

2.1.4.2 PHƯƠNG PHÁP BISHOP

Theo tiêu chuẩn 22TCN 262 : 2000, hệ số ổn định Kj ứng với một mặt trượt

tròn có tâm được xác định theo công thức sau:

(2.23)

Các ký hiệu gống như phương pháp phân mảnh cổ điển Chỉ khác là tính toán

theo quá trình tính toán mò dần vì mi và Kj phụ thuộc nhau vì vậy phải sử dụng các

chương trình máy tính

Nếu không sử dụng máy tính, thì có thể mò tìm tâm mặt trượt nguy hiểm nhất

bằng cách cho vị trí tâm Oj của chúng thay đổi trong vùng “ tâm trượt nguy hiểm

nhất” được thể hiện như hình

Hình 2.6: Xác định tâm trượt nguy hiểm

n

j i

i i i

i i

j

)]

R

Y ( W tg sin Q

[

) R

Y ( F m ) l c cos

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 29

Nếu nền đắp bằng cát (lực dính c = 0) thì giao điểm giữa mặt trượt nguy hiểm với bề rộng nền đường có thể thay đổi trên cả phạm vi AB, còn nếu nền đắp bằng đất dính thì giao điểm này thường ở lân cận điểm A

Nhận xét:

Nền đường trên đất yếu ổn định khi Kmin = 1.4

2.1.5 TÍNH TOÁN GIA TẢI NÉN TRƯỚC:

2.1.5.1 TÍNH TOÁN CHIỀU CAO ĐẮP :

Tổng tải trọng gia tải nén trước >1.2 lần tổng tải trọng thiết kế của công trình Phải đắp gia tải theo từng giai đoạn Tải trọng của từng giai đoạn đắp phải đảm bảo nền luôn trong điều kiện ổn định, có thể tính gần đúng theo phương pháp xuất phát từ công thức xác định tải trọng giới hạn của lớp đất yếu như toán đồ :

2π

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 30

B : bề rộng đáy nền đắp, m

Hy : chiều dày lớp đất yếu, m

γ : dung trọng đất đắp, kN/m3

Cui : lực cắt không thoát nước của đất yếu, kN/m2

F : hệ số an toàn ( trong quá trình đắp có thể lấy F=1.05÷1.1)

2.1.5.2 GIA TĂNG CƯỜNG ĐỘ ĐẤT YẾU SAU QUÁ TRÌNH CHẤT TẢI

Cường độ lớp đất yếu được gia tăng sau cố kết tính theo công thức :

φ Utg P Δ C

Trong đó :

i

P

Δ : Ứng suất nén do tải trọng công trình đất đắp gây nên ở lớp thứ i

U :độ cố kết đạt được ở thời điểm tính toán

φ – Góc ma sát trong các đất yếu

Ngoài ra còn một số lý thuyết khác xác định sự tăng lên của cường độ chống cắt của đất yếu dưới tải nền đắp nhiều giai đoạn

Bảng 2.2: Các công thức tính toán độ gia tăng cường độ chống cắt của đất yếu

Theo lý thuyết 22TCN262-2000 C u P i Utg

Theo quan hệ thực

nghiệm

Larsson (1980) và Ladd (1985)

)

v s

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 31

hoặc vữa ximăng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt)

Mục đích của phương pháp Cọc ximăng đất là cải thiện các đặc trưng của đất, như tăng cường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, bằng cách trộn đất nền với xi măng (vữa xi măng) để chúng tương tác với đất Sự đổi mới tốt hơn nhờ trao đổi ion tại bề mặt các hạt sét, gắn kết các hạt đất và lấp các lỗ rỗng bởi các sản phẩm của phản ứng hóa học Trộn sâu phân loại theo chất kết dính (xi măng, vôi, thạch cao, tro bay…) và phương pháp trộn(khô/ướt, quay/ phun tia, guồng xoắn hoặc lưỡi cắt)

Công nghệ Cọc ximăng đất đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi ở các nước Nhật, Thụy Điển vào những năm 1970 Từ đó đến nay, công nghệ này đã được phát triển mạnh mẽ mà kết quả là các thiết bị hoàn chỉnh hơn được sử dụng để tạo ra các Cọc ximăng đất có chất lượng cao hơn với những loại chất gia cố khác nhau phù hợp với từng loại đất và được coi là phương pháp hữu hiệu nhất trong việc xử lý nền đất yếu có chiều dày lớn ngoài ra còn để giải quyết các vấn đề môi trường như để ngăn chặn và xử lý các vùng bị ô nhiễm…

Hiện nay, chiều dài cọc ximăng đất có thể đạt tới 50m với hệ thống thiết bị chuyên dụng

2.2.1.2 PHẠM VI VÀ ỨNG DỤNG CỦA CỌC XIMĂNG ĐẤT:

Cọc ximăng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn, ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng của đất, cải tạo các vùng đất nhiễm độc

Hình 2.8 - Các ứng dụng của Cọc ximăng đất ( Terashi, 1997)

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 32

1, Đường bộ, ổn định/lún 2, Ổn định đê cao

5, Giảm ảnh hưởng từ các công trình lân cận 6, Chống nâng háy hố đào

7, Chống chuyển dịch ngang của móng cọc 8, Đê biển

9, Ngăn nước

Cọc đất ximăng đã được sử dụng nhiều ở Nhật Bản và các nước vùng Bắc Âu như Phần Lan, Thụy Điển…

Hình 2.9 - Biểu đồ khối lượng cọc đất ximăng sử dụng tại Nhật Bản

Hình 2.10 - Biểu đồ khối lượng cọc đất ximăng sử dụng tại Phần Lan

266 262 272

362

263 197 159 267

tại Phần Lan - (Đơn vị 1000m3)

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 33

Tình hình ứng dụng trong nước: Ở Việt Nam, công nghệ đất gia cố xi măng đã bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1980 Từ đó đến nay Bộ Xây Dựng và Bộ Giao Thông Vận Tải đã ứng dụng thi công nhiều công trình như:

Bảng 2.3 – Các công trình tiêu biểu ứng dụng cọc ximăng đất ở Việt Nam

STT Tên công trình Đường kính

cọc (m)

Tổng mét dài đã thi công (m)

Công nghệ trộn

1 Đường vào sân đỗ cảng hàng

2 Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 -

3 Đường nối cầu Thủ Thiêm với

Trộn khô – trộn ướt

4 Hầm chui đường sắt vành đai

đường Láng Hoà Lạc Km7+358 0.6 150.000 Trộn khô

5 Đường băng sân bay Cần Thơ 0.6 300.000 Trộn ướt

Các công trình tiêu biểu tại thành phố Hồ Chí Minh đã ứng dụng công nghệ cọc ximăng đất:

 Đường nối cầu Thủ Thiêm với đại lộ Đông Tây

 Đại lộ Đông – Tây

 Cảng Hiệp Phước, huyện Nhà Bè

 Công trình Sài Gòn Pearl

 Công trình nhà máy xử lý nước thải thành phố Hồ Chí Minh tại Bình Chánh

 Công trình Hệ thống giếng, cống thoát nước thải kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè

 Đường nối từ đường Nguyễn Duy Trinh vào khu công nghiệp Phú Hữu, Quận

9, thành phố Hồ Chí Minh

2.2.2 BỐ TRÍ CỘT ĐẤT XI MĂNG:

Tùy theo điều kiện tác dụng của tải trọng cũng như mục đích sử dụng mà Cọc ximăng đất được bố trí theo các kiểu khác nhau như: kiểu đơn, kiểu đôi, kiểu dải, kiểu lưới tam giác hoặc ô vuông, kiểu diện, kiểu khối

 Kiểu đơn: bố trí cọc theo lưới ô vuông hoặc lưới tam giác thường được

áp dụng cho việc gia cố các khối đất đắp nền đường hoặc các công trình chịu tải trọng thẳng đứng lớn

 Kiểu dải: bố trí cọc theo kiểu dải để gia cố cho các hố đào, các công trình ổn định mái dốc, các công trình có lực ngang tác dụng lớn

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 34

 Kiểu lưới và kiểu khối: thường được bố trí cho các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, các cọc được bố trí bên dưới móng công trình

Hình 2.11: Các dạng bố trí Cọc ximăng đất trộn khô

Trong đó:

1 - Bố trí kiểu dải; 2 - Bố trí lưới tam giác;

3 - Bố trí lưới ô vuông; 4 - Bố trí dạng khối;

Hình 2.12: Hình ảnh thí trí Cọc ximăng đất trộn ướt trên mặt đất:

1- Kiểu tường; 3- Kiểu khối;

2- Kiểu kẻ ô 4 - Kiểu diện

Hình 2.13: Hình ảnh thí dụ bố trí trụ trộn ướt trên biển

Trong đó:

1, Kiểu khối 2, Kiểu tường 3, Kiểu kẻ ô 4, Kiểu cột

5, Cột tiếp xúc 6, Tường tiếp xúc 7, Kẻ ô tiếp xúc 8, Khối tiếp xúc

2

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 35

1 Dạng đơn 2 Dạng khối

Hình 2.14: Hình ảnh thực tế về dạng bố trí Cọc ximăng đất (DSMC)

2.2.3 CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỘT ĐẤT XI MĂNG:

Thi công gồm định vị, xuyên xuống và rút lên Khi xuyên xuống, đầu trộn sẽ cắt và phá kết cấu đất đến độ sâu yêu cầu Khi rút lên, chất kết dính được truyền vào đất với tốc độ không đổi, nhờ tốc độ rút khống chế cố định Cánh trộn quay theo phương ngang, trộn đều đất với chất kết dính Quá trình phun (hoặc bơm) chất kết dính để trộn với đất trong hố khoan, tuỳ theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi khoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên

Để tránh lãng phí xi măng, hạn chế xi măng thoát ra khỏi mặt đất gây ô nhiễm môi trường thông thường khi rút mũi khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0.5m đến 1.5m người ta dừng phun chất kết dính, nhưng đoạn cọc 0.5m đến 1.5m này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ chất kết dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan

Khi mũi khoan được rút

lên khỏi hố khoan, trong hố

khoan còn lại đất đã được trộn

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 36

Trên thế giới có hai công nghệ được áp dụng phổ biến là công nghệ của Châu

Âu và công nghệ của Nhật Bản

Ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công Cọc ximăng đất là: Công nghệ

trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là

Jet-grouting) là công nghệ của Nhật Bản

- Trộn khô là quá trình phun trộn xi măng khô với đất có hoặc không có chất

phụ gia

- Trộn ướt là quá trình bơm trộn vữa xi măng với đất có hoặc không có chất

phụ gia

Mỗi phương pháp trộn (khô hoặc ướt) có thiết bị giây chuyền thi công kỹ thuật,

thi công phun (bơm) trộn khác nhau

2.2.3.1 CÔNG NGHỆ TRỘN KHÔ (Dry jet mixing):

Nguyên tắc chung của phương pháp trộn khô được thể hiện trên hình 2.15 Khí

nén sẽ đưa xi măng vào đất

Hình 2.16 - Sơ đồ thi công phương pháp trộn khô

Quy trình thi công gồm các bước sau:

- Bước 1: Định vị thiết bị trộn

- Bước 2: Xuyên đầu trộn xuống độ sâu thiết kế đồng thời phá tơi đất;

- Bước 3: Rút đầu trộn lên, đồng thời phun xi măng vào đất

- Bước 4: Đầu trộn quay và trộn đều xi măng với đất

- Bước5: Kết thúc thi công

* Ưu điểm của công nghệ trộn khô: Thiết bị thi công đơn giản, hàm lượng xi

măng sử dụng ít hơn, quy trình kiểm soát chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn ướt

* Nhược điểm của công nghệ trộn khô: Do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp

hạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá, hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng

hoặc tấm bêtông Không thi công được nếu phần xử lý ngập trong nước

2.2.3.2 CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT (Jet grouting):

Trộn ướt dùng vữa xi măng Khi cần có thể cho thêm chất độn ( cát và phụ gia)

Khối lượng vữa thay đổi được theo chiều sâu Khi chế tạo trụ trong đất rời dùng khoan

Máy nén khí Máy sấy Bồn chứa

Xi măng

HVTH: Nguyễn Duy Hoà Trang 37

guồng xoắn liên tục có cánh trộn và cánh cắt hình dạng khác nhau, có đủ công suất để phá kết cấu đất và trộn đều vữa

Hình 2.17 - Sơ đồ thi công phương pháp trộn ướt

Hình 2.18 : Dây chuyền khoan phun áp lực cao (Kplalc)

Trộn ướt dùng vữa xi măng Khi cần có thể cho thêm chất độn ( cát và phụ gia) Khối lượng vữa thay đổi được theo chiều sâu Khi chế tạo trụ trong đất rời dùng khoan guồng xoắn liên tục có cánh trộn và cánh cắt hình dạng khác nhau, có đủ công suất để phá kết cấu đất và trộn đều vữa

Cường độ và tính thấm phụ thuộc vào thành phần và đặc tính của đất (hàm lượng hạt mịn, hàm lượng hữu cơ, loại sét, thành phần hạt…), khối lượng và chủng loại vữa và quy trình trộn

Có thể ngưng trộn khi vữa chưa bắt đầu đông cứng, khởi động trộn lại tại độ sâu ít nhất 0.5m trong đất đã xử lý

Bơm để chuyển vữa đến lỗ phun cần phải có đủ công suất (tốc độ truyền và áp lực) để truyền lượng vữa thiết kế an toàn

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet grouting: đầu tiên là công nghệ S, tiếp theo là công nghệ T và gần đây là công nghệ D

Bơm áp lực

Kiểm soát lưu lượng Kiểm soát độ sâu và độ

Tạo trụ