Phân tích đánh giá kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng các đoạn nền đắp trên đất yếu của khu đô thị mới bắc an khánh

Nội dung chính được thể hiện trong luận văn………...…….9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CÔNG TÁC QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỂ DỰ BÁO ĐỘ LÚN CUỐI

MỤC LỤC

MỤC LỤC……… …….…1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT……… … 4

DANH MỤC CÁC BẢNG……… …… 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……… ….… 6

MỞ ĐẦU……… ……… 8

1 Mục đích và ý nghĩa thực tiễn của đề tài……… …… 8

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……… …….…9

3 Phương pháp nghiên cứu……… …… 9

4 Nội dung chính được thể hiện trong luận văn……… …….9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CÔNG TÁC QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỂ DỰ BÁO ĐỘ LÚN CUỐI CÙNG VÀ HỆ SỐ CỐ KẾT 1.1 Tổng quan về đất yếu……… …….10

1.1.1 Định nghĩa và phân loại đất yếu……… …….…10

1.1.2 Các yêu cầu về ổn định………12

1.1.3 Các yêu cầu về lún……… ……….14

1.2 Tổng quan về công tác quan trắc hiện trường trong thi công nền đắp trên đất yếu……… ……16

1.2.1 Quan trắc lún……… ………… 16

1.2.1.1.Mục đích……… …………16

1.2.1.2 Các phương pháp quan trắc lún……… …….….17

1.2.1.3 Lựa chọn điểm đo và mặt cắt đo……… ………19

1.2.1.4 Chu kỳ đo……….……20

1.2.2 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng……….… … …20

1.2.2.1 Mục đích……….… … …20

1.2.2.2 Nguyên lý đo - một số khái niệm……….……21

1.2.2.3 Các hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezometer)……… …22

1.2.2.4 Lựa chọn loại Piezometer……….…24

1.1.2.5 Lựa chọn vị trí đo – tần suất ghi kết quả……… …24

1.2.2.6 Khai thác và xử lý kết quả……….………… …25

1.2.3 Quan trắc chuyển vị ngang……… ………26

1.2.3.1 Mục đích……… 26

1.2.3.2 Thiết bị đo………26

1.3 Các phương pháp phương pháp phân tích số liệu quan trắc để dự báo độ

lún cố kết cuối cùng và hệ số cố kết……… 27

1.3.1 Phương pháp dự báo độ lún cố kết cuối cùng từ kết quả quan trắc lún…… 28

1.3.1.1 Phương pháp Asaoka……… ….28

1.3.1.2 Phương pháp Hyperbolic……….……… 29

1.3.1.3 Phương pháp 3 điểm……….……… 31

1.3.2 Phương pháp tính ngược hệ số Cv , Ch từ kết quả quan trắc……….… 32

1.3.2.1 Phương pháp tính ngược hệ số C v từ kết quả quan trắc lún……… 32

1.3.2.2 Phương pháp tính ngược C v từ việc xác định vùng hoạt động cố kết theo thời gian……… … 33

1.3.2.3 Phương pháp tính ngược hệ số C ……….… 34 h 1.4 Kết luận chương 1……….35

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ CÁC ĐOẠN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CỦA KHU ĐÔ THỊ MỚI BẮC AN KHÁNH VÀ KẾT QUẢ QUAN TRẮC THU ĐƯỢC TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG 2.1 Giới thiệu về vị trí và điều kiện địa chất……….37

2.1.1 Vị trí………37

2.1.2 Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn……… …37

2.1.2.1 Mặt cắt địa chất ……… ….37

2.1.2.2 Đặc trưng vật lý……….…… ….41

2.1.2.3 Đặc trưng cố kết……….….…….…42

2.1.2.4 Sức kháng cắt……….…… 42

2.1.2.5 Mực nước ngầm………43

2.2 Yêu cầu và các giải pháp xử lý………43

2.2.1 Yêu cầu thiết kế……….….….43

2.2.2 Các giải pháp xử lý và tính toán thiết kế nền đắp trên đất yếu……… … 44

2.3 Thi công các đoạn nền đắp ……… …46

2.4 Bố trí hệ thống quan trắc……….……47

2.4.1 Lắp đặt thiết bị quan trắc lún……… ….48

2.4.2 Lắp đặt thiết bị quan trắc chuyển vị ngang……… …… …49

2.4.3 Lắp đặt thiết bị quan trắc áp lực nước lỗ rỗng……….…… …50

2.4.4 Lắp đặt giếng quan trắc mực nước ngầm……….….… …51

2.5 Các kết quả quan trắc trong quá trình thi công………52

2.5.1 Kết quả quan trắc lún……….………… …52

2.5.2 Kết quả quan trắc ALNLR……….…….…….…52

2.5.3 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang……….……….… ….52

2.5.4 Kết quả quan trắc mực nước ngầm……….……….… ….52

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ QUAN TRẮC 3.1 Tổng hợp và phân tích kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng …54

3.1.1 Xử lý số liệu quan trắc….…… ……… …….…….… 56

3.1.2 Biểu đồ diễn biến lún và áp lực nước lỗ rỗng dư trên các đoạn nền đắp…….56

3.1.3 Phân tích đánh giá kết quả quan trắc lún……….60

3.1.3.1 Lún tức thời……… …….…… ….61

3.1.3.2 Lún cố kết……… …… ……….…… …63

3.1.4 Phân tích đánh giá kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng……… 65

3.1.5 Đánh giá sự phù hợp giữa kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng ……… 68

3.2 Phân tích đối chiếu kết quả quan trắc lún thực tế so với dự báo thiết kết……….68

3.2.1 Dự báo độ lún cố kết cuối cùng và xác định hệ số cố kết Cv, Ch từ kết quả quan trắc lún……….……….68

3.2.2 So sánh đánh giá kết quả dự báo độ lún cố kết cuối cùng, hệ số cố kết giữa thiết kế và các phương pháp nội suy từ số liệu quan trắc ………72

3.3 Tổng hợp các vấn đề cần chú ý khi tổ chức quan trắc và phân tích số liệu quan trắc hiện trường 76

3.4 Kết luận chương 3 và kiến nghị ……… ………80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… …83

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……… 85

PHỤ LỤC……… 86

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

a: Khoảng cách giữa các bấc thấm hoặc giếng cát

Cv: Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng

Ch: Hệ số cố kết theo phương ngang

CR: Giá trị trung bình của tỷ số nén lún

De: Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm hoặc giếng cát

F(n): Nhân tố xét đến ảnh hưởng khoảng cách bố trí bấc thấm hay giếng cát H: Cự ly thoát nước

kh: Hệ số thấm theo phương ngang của nền đất

k’h: Hệ số thấm theo phương ngang của nền đất ở vùng bị xáo động

OCR: Tỷ số cố kết trước

p’o: Ứng suất có hiệu

qw: Khả năng thoát nước đơn vị

R: Bán kính vùng ảnh hưởng (vùng tính toán) của bấc thấm (R=De/2) rw: Bán kính tương đương của bấc thấm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 – Độ lún dư cho phép ………16

Bảng 2.1 – Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất số 2……… …40

Bảng 2.2 – Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 03 (lớp đất yếu)………41

Bảng 2.3 – Đặc trưng cố kết của lớp đất thứ 3 (lớp đất yếu)……… ….42

Bảng 2.4 – Độ lún dư cho phép……….43

Bảng 2.5 – Kết quả tính toán tổng độ lún các đoạn nền đắp……….……44

Bảng 2.6 – Phạm vi & mật độ bố trí bấc thấm……… ……45

Bảng 2.7 – Kết quả tính toán độ lún khi áp dụng biện pháp xử lý đất yếu…… ….46

Bảng 2.8 – So sánh chiều sâu cắm bấc thấm giữa thực tế và thiết kế………….… 46

Bảng 2.9 – Tổng hợp khối lượng quan trắc……….…….51

Bảng 2.10 –Tổng hợp dữ liệu quan trắc các tuyến đường D3-1, D4-2, D6-60B… 53

Bảng 3.1 - Tổng hợp kết quả quan trắc lún tại cuối thời điểm quan trắc… …… 60

Bảng 3.2 - Tổng hợp độ lún tức thời……… … …… 61

Bảng 3.3 - Tổng hợp độ lún cố kết tại cuối thời điểm quan trắc………… …… 64

Bảng 3.4 - Kết quả tính Ch cho các điểm đo – đường D4-2………67

Bảng 3.5 - Tổng hợp kết quả tính S c, và Cv theo phương pháp Asaoka…… ….69

Bảng 3.6 – Bảng tổng hợp kết quả tính toán S c, theo phương pháp Hypecbolic 71

Bảng 3.7 – Bảng tổng hợp kết quả tính toán S c,, Cv theo phương pháp 3 điểm …72

Bảng 3.8 – Tổng hợp so sánh độ lún cố kết cuối cùng, độ cố kết sự báo theo 3 phương pháp và theo thiết kế………73

Bảng 3.9 – So sánh độ lún cố kết cuối cùng giữa dự báo thiết kế và giá trị nội suy từ số liệu quan trắc lún……… 74

Bảng 3.10 – So sánh hệ số cố kết giữa số liệu khảo sát địa chất và giá trị nội suy từ số liệu quan trắc………76

Bảng P1 – Kết quả đo lún đường D3-1……….…87

Bảng P2 – Kết quả đo lún đường D4-2……….…89

Bảng P3 – Kết quả đo lún đường D6-60B……… … 92

Bảng P4 – Cao trình lắp đặt đầu đo ALNLR ……… 93

Bảng P5 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D3-1 Km1+280 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……… 94

Bảng P6 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D3-1 Km1+480 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……… 95

Bảng P7 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D4-2 Km0+100 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……… 96

Bảng P8 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D4-2 Km0+300 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……… …97

Bảng P9 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D6-60B Km0+900 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……….….….98

Bảng P10 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D6-60B Km0+700 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……… ……99

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình1.1 - Mất ổn định do lún sụt trên nền đất yếu……… …… ….13

Hình 1.2 - Mất ổn định do trượt trồi trên nền đất yếu……… …… 13

Hình 1.3 – Bàn đo lún bề mặt……… ….17

Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên lý đo lún bằng lún kế………18

Hình 1.5 – Sơ đồ lắp đặt hệ thống thiết bị đo ALNLR đóng……… ….22

Hình 1.6 – Đầu đo ALNLR bằng khí nén……… … 23

Hình 1.7 – Đầu do ALNLR bằng điện……… …23

Hình 1.8 – Thiết bị đo độ nghiêng………27

Hình 1.9 – Đường cong quan trắc lún……… ……28

Hình 1.10 – Đồ thị Si = Si-1 .28

Hình 1.11 – Đồ thị Si = Si-1(Trường hợp 1 giai đoạn thi công) 29

Hình 1.12 – Đồ thị Si = Si-1(Trường hợp nhiều giai đoạn thi công) 29

Hình 1.13 – Đồ thị   0 t t f t S S   để xác định thông số  , 30

Hình 2.1- Mặt bằng vị trí đắp nền trên đất yếu 37

Hình 2.2 – Mặt bằng vị trí hố khoan khảo sát địa chất 38

Hình 2.3 – Mặt cắt địa chất tuyến D3-1 38

Hình 2.4 – Mặt cắt địa chất tuyến D4-2 39

Hình 2.5 – Mặt cắt địa chất tuyến D6-60B 39

Hình 2.6 – Mặt cắt ngang điển hình phạm vi cắm bấc thấm 45

Hình 2.7 – Mặt bằng vị trí lắp đặt thiết bị quan trắc các tuyến D3-1, D4-2, D6-60B 47

Hình 2.8 – Mặt cắt ngang điển hình vị trí lắp đặt thiết bị quan trắc 49

Hình 2.9 – Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang 50

Hình 3.1– Biểu đồ ALNLR tại đầu đo PZ1, đường D4-2, lý trình Km0+100 55

Hình 3.2 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D3-1, Km1+280 56

Hình 3.3 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt đường D3-1, Km1+380 57

Hình 3.4 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D3-1, Km01+480 57

Hình 3.5 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D4-2,

Km0+100 58

Hình 3.6 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D4-2, Km0+200 58

Hình 3.7 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D4-2, Km0+300 59

Hình 3.8 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D6-60B 59

Hình 3.9 - Biểu đồ lún cố kết D42, Km0+100………… …… 64

Hình 3-10: Biểu đồ lún cố kết D42, Km0+200……… ……… 64

Hình 3-11: Biểu đồ lún cố kết D42, Km0+300…… …… ……… 65

Hình 3.12 - Mức độ cố kết sau thi công – đường D4-2 lý trình Km0+100… 67

Hình 3.13 - Mức độ cố kết sau thi công – đường D4-2 lý trình Km0+300.… 67

Hình 3.14 – Biểu đồ phương pháp nội suy Asaoka – đường D4-2………… … 70

Hình 3.15 – Biểu đồ phương pháp nội suy Hyperbolic đường D4-2……… 71

Hình P11 – Biểu đồ kết quả quan trắc mực nước ngầm – Đường D3-1…… 100

Hình P12 - Biểu đồ kết quả quan trắc mực nước ngầm đường D4-2 100

Hình P13 – Biểu đồ kết quả quan trắc mực nước ngầm – Đường D6-60B… …100

Hình P14 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D3-1, Km1+280……… 101

Hình P15 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D3-1, Km1+380……… 101

Hình P16 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D3-1, Km1+480……… 101

Hình P17 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D6-60B……… … 102

Hình P18 – Biểu đồ phương pháp nội suy Asaoka, đường D3-1……… … …102

Hình P19 – Biểu đồ phương pháp nội suy Asaoka, đường D6-60B………….… 103

Hình P20 – Biểu đồ phương pháp nội suy Hyperbolic đường D3-1…… …… 104

Hình P21 – Biểu đồ phương pháp nội suy Hyperbolic, đường D6-60B…….… 105

MỞ ĐẦU

1 Mục đích và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Vấn đề xử lý nền đắp trên đất yếu là một trong những vấn đề quan trọng đã và đang nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới, cũng như ở Việt Nam Mục tiêu của giải pháp xử lý nền đất yếu là giải quyết hai bài toán: Bài toán

ổn định nền đắp do cường độ chống cắt của đất yếu thấp và bài toán về biến dạng, biến dạng kéo dài, qua đó cho phép lựa chọn được giải pháp thích hợp về kinh tế -

kỹ thuật để phục vụ cho công tác thiết kế và triển khai thi công công trình

Tuy nhiên, nền đất yếu lại là một môi trường phức tạp nên các kết quả tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu hầu như bị chi phối bởi các giả thuyết và phụ thuộc nhiều vào số liệu khảo sát Để khắc phục những hạn chế trên cũng như để kiểm chứng lại giả thuyết và phương pháp tính thì công tác quan trắc hiện trường là rất cần thiết Nó có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết vấn đề về lý thuyết và thực tiễn xây dựng nền móng công trình, cho thấy mức độ thích hợp của các phương pháp lý thuyết và tạo điều kiện để bổ sung và cải tiến các phương pháp một cách hoàn thiện hơn

Các kết quả quan trắc chỉ có thể sử dụng được đầy đủ khi công tác quan trắc được tiến hành theo một phương pháp đúng đắn và khoa học Tuy nhiên hiện nay do nhiều nguyên nhân khác nhau nên cả công tác quan trắc và xử lý đánh giá số liệu quan trắc nhiều khi chỉ mang tính hình thức Các kết quả quan trắc không phản ánh đúng diễn biến thực tế xảy ra trong quá trình thi công, việc xử lý đánh giá số liệu quan trắc rất phân tán, phụ thuộc rất nhiều vào trình độ, năng lực cũng như trách nhiệm của nhà thầu Tất cả đó làm cho việc kiểm nghiệm & so sánh giữa thực tế với tính toán lý thuyết để khẳng định trạng thái làm việc của nền móng có phù hợp với kết quả tính toán hay không hoặc để kiến nghị sửa đổi phương pháp và nguyên lý tính toán là rất khó khăn

Chính vì vậy mục tiêu chủ yếu của luận văn cao học này là trên cơ sở kết quả quan trắc hiện trường về độ lún và áp lực nước lỗ rỗng tại một số đoạn nền đắp trên đất yếu – Khu đô thị mới Bắc An Khánh, học viên sẽ sử dụng một số phương pháp

xử lý số liệu tham khảo ở các quy trình và tài liệu trong và ngoài nước, tiến hành

tính toán phân tích đánh giá kết quả quan trắc và hiệu quả của các giải pháp xử lý nền đất yếu tại đó, đồng thời đưa ra các khuyến nghị về cách thức hợp lý để tổ chức quan trắc và xử lý số liệu quan trắc hiện trường áp dụng cho công tác thi công xử lý nền đất yếu

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Tập số liệu quan trắc về lún, áp lực nước lỗ rỗng

Phạm vi nghiên cứu: Các đoạn nền đắp trên đất yếu của khu đô thị - Bắc An Khánh với các tập số liệu quan trắc của nó

3 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích lý thuyết: Hệ thống hóa các phương pháp quan trắc và các phương pháp phân tích số liệu quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng

Tính toán thực nghiệm với công trình cụ thể, phân tích số liệu quan trắc hiện trường

4 Nội dung chính được thể hiện trong luận văn

Phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan về đất yếu, công tác quan trắc hiện trường và các

phương pháp phân tích số liệu quan trắc để dự báo độ lún cuối cùng và hệ số cố kết

Chương 2: Giới thiệu về điều kiện địa chất và giải pháp xử lý các đoạn nền

đắp trên đất yếu của khu đô thị mới Bắc An Khánh và kết quả quan trắc trong quá trình thi công

Chương 3: Phân tích đánh giá kết quả quan trắc.

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CÔNG TÁC QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC

b) Phân loại:

b.1 Theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thể chia thành hai loại như sau:

+ Loại có nguồn gốc khoáng vật: Loại này thường là sét hoặc á sét trầm tích trong

nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể từ 1012%) nên có thể

có màu nâu đen, xám đen, có mùi Loại này được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng e lớn (đất sét mềm e 1.5, đất á sét bụi e1.0 ), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 15 kPa, góc nội ma sát  từ 0-10o, hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu35 kPa, độ sệt IL > 0.5 (trạng thái dẻo mềm)

+ Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ): Loại này thường hình thành

từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các trầm tích hưu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật Loại này thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các

đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt trị số như nguồn gốc khoáng vật nói trên

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W=85-95% và có thể lên tới vài trăm phần trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún có thể đạt 3-10 daN/cm2, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao tối thiểu 40-50cm

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ có trong chúng:

 Hàm lượng hữu cơ từ 20-30%: Đất nhiễm than bùn

 Hàm lượng hữu cơ từ 30-60%: Đất than bùn

 Hàm lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn

Bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (<200m) với tỷ lệ phần trăm cao các hạt có d<2m, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10%

Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng các đáy vũng, vịnh, hồ hoặc các cửa sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy chiều Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, mô đun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5 daN/cm2 với bùn sét và từ 10-25 daN/cm2 với bùn á sét, bùn á cát, còn hệ số nén lún có thể lên tới 2-3cm2/daN Như vậy bùn là những trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện được sau khi đã áp dụng các biện pháp xử lý

b.2 Phân loại theo trạng thái tự nhiên của đất yếu:

Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt B:

Trong đó: W, Wd, Wnh là độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn nhão của đất yếu

- Nếu B > 1thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy)

- Nếu 0.75 <B1 thì được gọi là đất yếu dẻo chảy

Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại:

- Loại I: Loại có độ sệt ổn định, đất được xếp vào loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1m trong chúng duy trì được sự ổn định trong 1-2 ngày

- Loại II Loại có độ sệt không ổn định, loại này không đạt tiêu chuẩn loại I, nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy

- Loại III Đất than bùn ở trạng thái chảy

1.1.2 Các yêu cầu về ổn định

Sự phá hỏng của nền đường đắp qua vùng đất yếu do mất ổn định thường xảy ra nhanh chóng hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do tốc độ thi công nền đường đắp trên đất yếu quá nhanh, ứng suất trong đất yếu cũng như áp lực nước lỗ rỗng tăng lên nhanh chóng khiến cho áp lực hữu hiệu trong nền đất yếu '   u bé, điều này dẫn đến cường độ kháng cắt của đất ax ' ( ) '

đất yếu

Hỡnh1-1: Mất ổn định do lỳn sụt trờn nền đất yếu

Dạng 2: Mất ổn định do trượt trồi trờn nền đất yếu:

Đõy là hỡnh thức mất ổn định phổ biến nhất, xuất hiện do trượt một phần của nền đường đắp và một phần của nền đất yếu Vết nứt được hỡnh thành cú dạng cung trũn xuất phỏt từ đỉnh của nền đường đắp, một phần nền đường bị lỳn sụt và một phần đất bị đẩy trồi ở chõn taluy đường Hỡnh 1-2 thể hiện sự mất ổn định do trượt trồi trờn nền đất yếu

Đất yếu

Hỡnh 1-2: Mất ổn định do trượt trồi trờn nền đất yếu Nền đắp trờn đất yếu phải đảm bảo ổn định, khụng bị phỏ hoại do trượt trồi trong quỏ trỡnh thi cụng đắp và trong suốt quỏ trỡnh đưa vào khai thỏc sử dụng sau đú Để đảm bảo yờu cầu này phải đảm bảo được đồng thời cỏc tiờu chuẩn cụ thể như sau: Mức độ ổn định dự bỏo theo kết quả tớnh toỏn đối với mỗi đợt đắp (đắp nền và đắp gia tải trước) và đối với nền đắp theo thiết kế (cú xột đến tải trọng xe cộ dừng xe tối

đa trờn nền) phải bằng hoặc lớn hơn mức độ ổn định tối thiểu quy định như sau:

 Khi ỏp dụng phương phỏp nghiệm toỏn ổn định theo cỏch phõn mảnh cổ điển với mặt trượt trũn khoột xuống vựng đất yếu thỡ hệ số ổn định nhỏ nhất

Kmin=1,20 riêng trường hợp dùng kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở trong phòng thí nghiệm để nghiệm toán thì Kmin=1,10;

 Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin=1,40

Để bảo đảm ổn định trên thực tế, số liệu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng và quan trắc chuyển vị 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 sau:

 Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đường không được vượt quá 10-15mm/ngày đêm

 Tốc độ di động ngang của các cọc quan trắc đóng hai bên nền đắp không được vượt quá 5mm/ngày đêm

- Ở giữa nền đắp ảnh hưởng bởi một độ lún thẳng đứng

- Dưới phạm vi dải đất dành cho đường: Một độ lún thẳng đứng kết hợp với một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên

- Ngoài phạm vi dải đất dành cho đường là một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên cho đến một khoảng cách nào đó phụ thuộc yếu tố hình học của nền đường đắp

Các chuyển vị thẳng đứng thường có một biên độ đến hàng chục cm, thậm chí là vài mét đối với nền đất rất yếu hoặc có chiều dày lớn Các chuyển vị này thay đổi theo

phương ngang của đường và lớn nhất ở tim nền đắp và giảm dần khi ra xa tim đường

Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và các biện pháp xử lý thoát nước cho nền đất yếu nếu có

Nguyên nhân của các sự cố lún kéo dài theo thời gian:

- Có khoảng cách nhất định giữa các thông số đầu vào cho tính toán dự báo với điều kiện thực tế của nền đất Do đó diễn biến lún thực tế có sự sai khác

so với độ lún dự báo lý thuyết

- Việc xử lý nền đất yếu bằng các thiết bị thoát nước thẳng đứng có thể gây ra tác động chấn động, gây xáo động, làm phá hoại cấu trúc đất yếu vốn có và

do đó làm tăng hệ số nén chặt, dẫn đến làm tăng độ lún của nền đất yếu

- Do tiến độ thi công gấp rút kéo theo thời gian chờ lún ngắn, độ lún cố kết còn dư của nền đất yếu còn lớn tại thời điểm đưa đường vào khai thác

- Không chú ý đến công tác quan trắc, dự báo độ lún cố kết cuối cùng tại hiện trường

Độ lún của công trình đắp trên đất yếu được xét đến gồm 3 thành phần như sau:

S = Sc + Stức thời + Stừ biến Trong đó:

 Sc – Độ lún cố kết là lún xảy ra do nền đất được nén chặt cùng với quá trình thoát nước và giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất

 Stức thời – Phần lún xảy ra lúc đất yếu mới chịu tải trong đắp, chủ yếu do đất yếu bị chuyển dịch sang hai bên (biến dạng trong điều kiện thể tích đất không thay đổi)

 Stừ biến - Phần lún do sự sắp xếp lại các hạt đất cũng như sự biến dạng của màng nước liên kết với tốc độ chậm Quá trình lún từ biến có thể xảy ra ngay

trong quá trình cố kết thấm nhưng chủ yếu là sau khi cố kết thấm gần kết thúc

Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng trên vùng đất yếu, độ lún thi công cho phép theo [1] (cũng gọi là độ lún còn lại hoặc độ lún dư) trong niên hạn sử dụng thiết kế nền đường cần thỏa mãn bảng 1.1

Ngoài yêu cầu về độ lún còn lại nói trên theo [5], thời điểm tiến hành làm mặt đường cấp cao chỉ nên bắt đầu khi tốc độ lún thực quan trắc trong 2 tháng liền kề trước đó không quá 5mm/tháng

1.2 Tổng quan về công tác quan trắc hiện trường trong thi công nền đắp trên đất yếu

1.2.1 Quan trắc lún

1.2.1.1.Mục đích

Mục đích của quan trắc lún nhằm thể hiện được tiến trình lún thực tế của nền đắp trên đất yếu theo thời gian trong và sau khi kết thúc thi công, qua đó đánh giá mức

độ ổn định của nền đắp trong quá trình đắp và thông qua tốc độ lún để điều chỉnh tốc độ đắp Ngoài ra từ số liệu quan trắc lún còn dự báo được xu thế lún, xác định thời gian dỡ tải đối với đất đắp gia tải trước, dự kiến thời gian thi công kết cấu áo đường phía trên nền đắp và xác định khối lượng vật liệu đắp bị lún xuống nền đất (khối lượng thi công thực tế hiện trường)

1.2.1.2 Các phương pháp quan trắc lún

a) Phương pháp dùng bàn đo lún (đo độ lún tại bề mặt nền đất yếu hay đáy nền

đắp): Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là giá thành rẻ, lắp đặt và vận hành đơn giản Tuy nhiên có một số hạn chế như: việc bảo quản khó khăn, xe máy thi công dễ làm xáo động và hỏng thiết bị Phương pháp này thường chỉ

áp dụng quan trắc tổng lún bề mặt Hình 1.3 thể hiện sơ đồ lắp đặt bàn bàn đo lún

Hình 1.3 – Bàn đo lún bề mặt Bàn đo lún có kích thước tối thiểu là 50x50cm, có bề dày đủ cứng gắn với cần

đo chắc chắn, cần đo phải bằng thép có đường kính nhỏ hơn đường kính ống vách chắn đất (không cho đất đắp tiếp xúc với cần đo) Ống vách không được gắn với bàn đo lún Nên dùng cần đo có đường kính > 4cm Cần đo và ống vách nên làm thành từng đoạn 50 – 100cm để tiện nối theo chiều cao đắp Bàn đo lún được đặt ở cao độ bắt đầu đắp nền đường, vét, đào đất yếu đến đâu thì đặt bàn đo lún tới đó; nếu có tầng đệm cát thì đặt trên mặt tầng đệm cát, nếu có lớp vỏ cứng trên đất yếu thì đặt trên mặt đất vỏ cứng tự nhiên, nếu có

rải vải địa kỹ thuật thì đặt trên mặt vải địa kỹ thuật Trường hợp phải đặt bàn

đo trên đất yếu thì phải đào đất yếu sâu 30cm trong phạm vi diện tích bàn đo lún thay bằng cát rồi mới đặt bàn đo lún lên

b) Phương pháp đo lún sâu bằng dãn nở kế: Sử dụng các đầu guồng xoắn hoặc

các dãn nở kế xoắn tới các vị trí cần quan trắc Đo cao độ các guồng xoắn hoặc dãn nở kế này sẽ xác định được độ lún của nền đất tại vị trí cần quan trắc Phương pháp này cho phép xác định được trị số lún ở các độ sâu khác nhau, tuy nhiên yêu cầu độ chính xác khi lắp đặt lớn; giá thành cao do phải khoan dẫn trước tới vị trí cần quan trắc

c) Phương pháp đo lún bằng lún kế:

Sơ đồ nguyên lý đo lún bằng lún kế được thể hiện trên hình 1.4 Thiết bị gồm hai bộ phận chính sau:

Hộp đo lún: cấu tạo bằng chất dẻo (đường kính 17cm, chiều dày 9.5cm), được

đổ đầy dung dịch “antigel” và đặt dưới đất đắp tại vị trí cần quan trắc

Bảng đo lún: có kích thước khoảng 0.5x 0.5m, với các bộ phận chính sau:

 Thiết bị tăng áp lực bằn khí CO2, nối với áp kế thủy ngân M

 Áp kế thủy ngân (M) để đo áp lực tác động vào hộp kín đo lún

 Ống đo có chia vạch mm (T) bằng thủy tinh, để xác định chuyển vị của vạch dung dịch khi đo lún xuống

Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên lý đo lún bằng lún kế

Bảng đo phải được gắn chặt trên cột trụ cố định S1 trong suốt quá trình quan trắc, và bảo đảm ngoài vùng ảnh hưởng lún của khối đất đắp

Hộp đo lún được nối với bảng đo thông qua hệ thống các ống dẫn nhỏ Tại thời điểm ban đầu điều chỉnh áp lực trên cột thủy tinh (T) đến vị trí S0 nào

đó Sự thay đổi vị trí S0 xuống phía dưới trong quá trình quan trắc cho biết giá trị trực tiếp chuyển vị thẳng đứng của là hộp đo Đó cũng chính là độ lún của đất nền

Ưu điểm và hạn chế:

Ưu điểm:

 Thiết bị gọn nhẹ, giá thành vừa phải

 Hộp đo được đặt dưới đáy nền đắp nên không bị ảnh hưởng hoặc phá hỏng bởi xe máy thi công;

 Lắp đặt được ở các độ sâu khác nhau, ở từng lớp đất cần quan trắc lún;

 Thời gian quan trắc dài: cả trong qua trình thi công đắp và sau khi hoàn thành đắp;

 Giới hạn đo lớn có thể tới hàng m

Hạn chế:

 Kết quả đo có sai số lớn nếu khoảng cách từ hộp đo đến bảng quá dài (vượt quá 100m);

 Ở khu lầy ngập nước khó tìm chỗ để đặt bảng đo

1.2.1.3 Lựa chọn điểm đo và mặt cắt đo

Số lượng mặt cắt đo phụ thuộc: mức độ quan trọng của công trình, chiều cao đắp, lọai đất yếu, chiều dày lớp đất yếu và các vấn đề khó khăn cần giải quyết

Theo [1] trên mỗi phân đoạn nếu chiều dài 100m thì cần bố trí tối thiểu 3 điểm đo lún mặt trên cùng một mặt cắt ngang ở chính giữa phân đoạn (1 điểm tại tim nền đường và 2 điểm ở vị trí mép vai nền đường, với các công trình có yêu cầu kỹ thuật cao có thể bổ sung thêm 2 điểm tại chân ta luy nền

đường), nếu chiều dài >100m thì tối thiểu phải bố trí 2 mặt cắt quan trắc lún như trên và cứ thêm 100m lại bố trí thêm 1 mặt cắt (bố trí ở những nơi có khả năng lún nhiều)

Hệ thống mốc cao độ dùng cho quan trắc lún phải được bố trí ở nơi không lún và phải được cố định chắc chắn

Nên thiết kế bố trí quan trắc tại chỗ có tải trọng đắp thay đổi (chiều cao đắp thay đổi), các chỗ có điều kiện địa chất xấu hoặc thay đổi nhiều, các chỗ có địa hình thay đổi, các chỗ tiếp cận với các công trình khác kề liền, các chỗ có nghi ngại về số liệu tính toán thiết kế, các đoạn đắp đầu cầu…

Với các công trình quan trọng hoặc nơi có điều kiện địa chất phức tạp có thể

bổ sung thêm các điểm đo lún sâu

1.2.1.4 Chu kỳ đo

Đo cao độ lúc đặt bàn lún và đo lún hàng ngày trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước, nếu đắp thành nhiều đợt thì mỗi đợt phải quan trắc hàng ngày

Khi ngừng đắp và trong 2 tháng sau khi đắp phải tiếp tục quan trắc hàng tuần; tiếp đó quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao cho phía quản lý khai thác cả hệ thống quan trắc (để tiếp tục quan trắc nếu thấy cần thiết)

Mức độ chính xác yêu cầu phải đến mm

1.2.2 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng

Áp lực nước lỗ rỗng “dư” được hiểu là sự khác biệt giữa áp lực nước đo được và áp lực nước thông thường trong điều kiện mực nước ngầm bình thường ở vùng đó tại thời điểm thí nghiệm

1.2.2.1 Mục đích

Việc đo đạc để xác định áp lực nước lỗ rỗng của đất nền được tiến hành bằng thiết bị gọi là Piezometer (đầu đo áp lực nước lỗ rỗng) Đây là một thí nghiệm đo kiểm tra phức tạp, được tiến hành nhằm ba mục đích chính (theo [5]):

 Đánh giá tốc độ tăng áp lực lỗ rỗng trong quá trình đắp; nếu tốc độ này tăng nhanh thì nền đất có nguy cơ mất ổn định trong quá trình đắp (phải giảm tốc độ đắp); Đánh giá tốc độ giảm áp lực lỗ rỗng sau mỗi giai đoạn đắp để quyết định thời điểm đắp tiếp giai giai đoạn sau;

 Đánh giá mức độ cố kết của đất yếu dưới tải trọng đắp, mức độ cố kết của các lớp đất nền khác nhau trong phạm vi tác dụng của trọng tải đắp và dự báo độ lún theo thời gian;

 Đánh giá hiệu quả thoát nước nhanh khi có sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng

1.2.2.2 Nguyên lý đo - một số khái niệm

a) Nguyên lý đo

Việc đo áp lực nước lỗ rỗng “dư” được thực hiện bằng cách xác định tổng áp lực nước lỗ rỗng tại điểm đo hoặc xác định chênh lệch áp lực lỗ rỗng tại điểm đo so với mức nước ngầm xung quanh Tại vị trí thí nghiệm tiến hành lắp đặt một đầu đo (ống đo) được nối liền với thiết bị đo áp lực; trạng thái cân bằng thủy lực được thiết lập giữa đất nền xung quanh và bên trong ống đo; nghĩa là áp lực nước lỗ rỗng của đất nền xung quanh ống đo bằng áp lực trong ống đo Tiến hành đo áp lực nằm trong ống đo qua màng lọc và so sánh kết quả đo mực nước ngầm ở khu vực xung quanh

sẽ xác định được giá trị áp lực nước lỗ rỗng “dư”

b) Một số khái niệm

Thời gian tương thích trong quá trình vận hành: Đây là khoảng thời gian (t) được

tính từ thời điểm bắt đầu sự biến đổi áp lực nước lỗ rỗng ở ngay cạnh màng lọc (của ống đo) đến thời điểm mà thiết bị đo (bảng đo) có thể báo sự biến đổi áp lực này Thời gian tương thích phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

Hệ số thấm của đất nền;

Hệ số thể tích của thiết bị;

Đặc trưng hình học lớp màng của thiết bị

Hệ số thể tích V: là thể tích nước thâm nhập vào ống đo Piezometer để tạo ra sự

biến đổi áp lực bằng một đơn vị: V=dv/dp Đặc trưng này phụ thuộc chủ yếu vào loại thiết bị đo

1.2.2.3 Các hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezometer)

a) Hệ thống thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng mở

Hệ thống thết bị đo áp lực nước lỗ rỗng mở (Piezometer ống hở- Standpipe) thực chất là một đoạn ống lọc (mũi thấm) nối liền với ống chống, được lắp đặt ở vị trí đo trong đất nền nối thẳng đứng lên mặt đất và tiếp xúc với khí quyển Sử dụng loại thiết bị đo tín hiệu điện để xác định mực nước dưới đất Chênh lệch cột nước tại điểm đo so với mức nước ngầm xung quanh sẽ xác định được trị số áp lực nước lỗ rỗng dư

Hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng kiểu này có thời gian tương thích khá lớn và thường chỉ áp dụng để đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất có hệ số thấm cao Vì vậy trong môt số trường hợp Piezometer ống hở không nên kiến nghị sử dụng

b) Hệ thống thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng đóng

Hình 1.5 – Sơ đồ lắp đặt hệ thống thiết bị đo ALNLR đóng

Hệ thống này hoạt động theo cùng nguyên lý như trên nhưng không có sự tiếp xúc trực tiếp của mực nước với khí quyển; thường được sử dụng để đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất có hệ số thấm thấp Trị số áp lực nước được xác định thông qua đầu

đo được lắp đặt tại vị trí cần thí nghiệm và nối trực tiếp với máy ghi đo trên mặt đất qua hệ thống ống dẫn Hệ thống này thường sử dụng các loại đầu đo sau:

Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng loại khí nén (Piezometer khí nén) hình 1.6: Bao gồm

một đầu đo áp lực loại khí nén đặt trong một ống nhựa hoặc thép không rỉ cho phép nước tới được màng ngăn của đầu đo Hai đường dẫn khí bằng nhựa, đường kính nhỏ sẽ được nối với đầu đo Để vận hành đầu đo, cần sử dụng một nguồn cung cấp khí nén, khí gas nén trong chai hoặc gas đã được làm sạch (sạch và không ẩm)

Hình 1.6 – Đầu đo ALNLR bằng khí nén

Nguyên lý hoạt động của đầu đo Piezometer khí nén: tại vị trí cần thí nghiệm áp lực

cột nước sẽ tác dụng vào màng ngăn ở phía bên ngoài đầu đo tạo ra sự chênh áp giữa bên trong và bên ngoài màng Ở thời điểm đo, tiến hành mở khóa cho khí nén theo ống nối vào đầu đo tác dụng vào màng ngăn tạo ra sự cân bằng áp lực giữa bên trong và bên ngoài màng đo Khi áp lực trên màng ở hai bên trong và ngoài cần bằng, đó chính là tổng áp lực tại vị trí thí nghiệm

Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng loại dùng điện (Piezometer điện) hình 1.7: Tương tự

như trên, thiết bị này bao gồm một đầu đo có màng thấm nhưng khác biệt so với Piozemeter khí nén là có thêm bộ đo cảm biến tín hiệu điện và thanh cảm biến rung

Hình 1.7 – Đầu do ALNLR bằng điện (a- Đặt trong hố khoan; b-Đặt trong nền đường; c-Ấn sâu vào trong đất)

Nguyên lý hoạt động cũng tương tự như vậy chỉ khác là dùng tín hiệu điện để xác định tổng áp lực nước tại vị trí thí nghiệm Đầu đo áp lực lỗ rỗng kiểu này có ưu điểm là thời gian tương thích rất nhỏ (nhỏ hơn 1 phút) nhưng rất đắt và đòi hỏi độ chính xác cao khi lắp đặt

1.2.2.4 Lựa chọn loại Piezometer

Việc lựa chọn loại Piezometer phải đảm bảo chắc chắn vừa có độ chính xác đủ theo yêu cầu, gọn nhẹ, dễ sử dụng, có thời gian tương thích nhỏ Tùy thuộc vào yêu cầu

sử dụng, quy mô công trình và đặc điểm địa chất mà lựa chọn hệ thống quan trắc cho phù hợp Hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng có nhược điểm chung là thời gian tương thích lâu, nhưng đơn giản, dễ thi công lắp đặt, giá thành rẻ Còn hệ thống đo

áp lực lỗ rỗng đóng có thời gian tương thích nhỏ và thường là tự ghi tuy nhiên giá thành rất đắt đặc biệt với Piezometer điện

1.1.2.5 Lựa chọn vị trí đo – tần suất ghi kết quả

a) Lựa chọn vị trí đo

Để có thể theo dõi được quá trình cố kết cần lắp đặt các đầu đo Piezometer dọc theo trục tim đất đắp, theo các tuyến đã lựa chọn Số đầu đo được bố trí theo phương đứng trên một tuyến phụ thuộc vào số lớp đất nền cần quan trắc Một Piezometer chỉ cung cấp các giá trị của áp lực lỗ rỗng tại vị trí đang đo Nếu lớp đất bề dày (trên 8-10m) ta có thể lắp đặt 3-5 đầu đo dọc theo bề dày đó

b) Tần suất ghi kết quả

Thời gian quan trắc có thể thay đổi từ vài tuần đến vài tháng hoặc vài năm tùy thuộc vào sự phát triển của các hiện tượng cần quan tâm Với các nền đắp thí nghiệm cho đến phá hoại thì có thể kết thúc đo lúc đất bị phá hoại Với các trường hợp khác phải phân tích liên tục kết quả đo để quyết định thời điểm dừng quan trắc

Về thời gian đo, có thể chia làm ba thời kỳ:

- Trước khi thi công: phải đo đạc các số liệu ban đầu cẩn thận;

- Trong khi thi công: với các nền đắp thông thường thì chỉ cần đo cho những trường hợp thay đổi tải trọng rõ ràng, trừ các trường hợp đo để kiểm tra độ ổn

định công trình Với các nền đắp thí nghiệm, cần phải tiến hành đo trước và sau mỗi lớp đất đắp

- Sau khi thi công xong và trong lúc nghỉ thi công có thể giảm bớt số lần đo tùy theo mức độ cố kết của đất

Tốt nhất tần suất quan trắc nên như quan trắc lún; tại mỗi tời điểm đo nên quan trắc đầy đủ các số liệu về lún mặt, lún sâu, chuyển vị ngang, áp lực nước lỗ rỗng, mực nước ngầm

1.2.2.6 Khai thác và xử lý kết quả

Kết quả thu được cần xử lý và tính toán tùy thuộc vào phương pháp và cách đo:

Đối với hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng mở: Áp lực nước lỗ rỗng tăng lên do nền

đắp gây ra tại thời điểm đo là:

 : Khối lượng riêng của nước

Đối với hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng đóng: Với các thiết bị đo khí nén và điện,

áp lực nước lỗ rỗng tăng lên do nền đắp gây ra tại thời điểm đo là:

 : Khối lượng riêng của nước Các kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng đã thu thập kết hợp với kết quả quan trắc lún và tốc độ gia tải hiện trường được sử dụng để phân tích đánh giá quá trình cố kết của nền đất; và nghiệm lại trạng thái thực tế của công trình có gần với trạng thái tính toán khi thiết kế hay không để quyết định các biện pháp khẩn cấp tại hiện

trường (ngừng đắp, dỡ bớt tải, hoặc thay đổi tốc độ đắp) Cuối cùng có thể sử dụng các kết quả quan trắc thu được để hiểu trạng thái thực tế của đất yếu dưới công trình, kiểm tra giá trị của một số tham số dùng khi thiết kế

1.2.3 Quan trắc chuyển vị ngang

1.2.3.1 Mục đích

Ngoài hai phương pháp quan trắc về lún và áp lực nươc lỗ rỗng nêu trên, cần theo dõi chuyển vị ngang của đất nền dưới đất đắp, trên mặt đất và ở các độ sâu khác nhau với lý do sau đây:

 Một phần độ lún đất nền dưới đất đắp là do chuyển vị ngang của nội tại đất nền yếu chịu nén khi chịu áp lực dưới đất đắp

 Trượt nền đắp thường biểu hiện bằng chuyển vị ngang và đứng của đất nền

ở khu vực gần chân taluy đắp Khi hệ số an toàn chống trượt nhỏ cần tiến hành quan trắc chuyển vị ngang của đất nền để xác định khả năng trượt của nền đắp

Việc đo đạc chuyển vị ngang ngay trên mặt đất dễ thực hiện chỉ bằng một thiết bị rất đơn giản gọi là cọc tiêu (stake) Phương pháp này có thể áp dụng trong mọi trường hợp Riêng việc đo đạc chuyển vị ngang theo chiều sâu là khó khăn và tốn kém hơn nhiều Do đó thường chỉ áp dụng trong một số trường hợp đặc biệt; thiết bị

sử dụng được gọi là Inclinometer (thiết bị đo độ nghiêng)

1.2.3.2 Thiết bị đo

a) Dải cọc tiêu

Thiết bị sử dụng rất đơn giản, đã được áp dụng từ lâu Đó là các dải cọc tiêu (stake) được cắm trên cùng mặt bằng theo tuyến dọc, sao cho có mặt đứng của hàng tiêu song song với trục tim của đất đắp Theo [1], “ Trên mỗi mặt cắt bố trí quan trắc lún, ở phía ngoài cách chân taluy 1m bố trí một dãy cọc quan trắc di động ngang thẳng góc với tim đường từ 3-4 cọc với cự ly từ 5-10m, dùng cọc hoặc cọc bê tông tiết diện 10x10cm đóng ngập vào đất yếu ít nhất 1,2m và cao trên mặt đất yếu ít nhất 0.5m, trên đỉnh cọc cắm chốt đánh dấu điểm quan trắc”

Qua quan trắc dễ dàng nhận ra chuyển vị ngang cũng như chuyển vị đứng của các cọc tiêu này Khi có hiện tượng các cọc tiêu đang thẳng hàng mà chuyển sang dạng đường vòng cung báo hiệu khả năng mất ổn định (ngắn hạn) đã xảy ra

b) Thiết bị đo độ nghiêng (Inclinometer)

Đo độ nghiêng dựa trên nguyên lý xác định mức độ biến dạng của một ống chống thẳng đứng, dạng mềm, lắp đặt trong một hố khoan nằm cạnh nền đắp Thiết bị đo

độ nghiêng được cấu tạo bởi hai thành phần riêng biệt:

Trạm ghi đo trên mặt đất

Đầu đo nghiêng được thả xuống hố khoan có ống chống mềm bằng chất dẻo, một đầu nối với dây cáp có vạch khoảng cách

Đầu đo thường có chiều dài khoảng 0.55m, đường kính 68mm, cấu tạo chủ yếu bởi một ống ty hiệu chỉnh, đầu trên cố định vào vỏ bọc và một quả rọi có trọng lượng ở phía dưới Khi bị nghiêng ống ty hiệu chỉnh đè sang một bên tạo sức căng tác dụng lên bốn thanh cảm biến gắn hai chiều vuông góc hai bên thành vỏ đầu đo Tín hiệu

độ nghiêng được báo lên trạm đo tren mặt đất

Thả đầu đo dần xuống sâu sẽ ghi được biến đổi độ nghiêng của lỗ khoan và qua đó thể hiện độ biến dạng của nền đất

Hình 1.8 – Thiết bị đo độ nghiêng Thiết bị đo nghiêng có một số hạn chế như: Vận hành khó khăn, thiết bị đắt tiền, khai thác kết quả lâu và cũng rất phức tạp Tuy nhiên, mốn theo dõi dịch chuyển ngang phải dùng Inclinometer mới cho kết quả chính xác

1.3 Các phương pháp phân tích số liệu quan trắc để dự báo độ lún cố kết cuối cùng và hệ số cố kết

Các phương pháp quan trắc trên chỉ có thể tiến hành trong một khoảng thời gian nào

đó Số liệu thu được cần xem xét và diễn dịch hàng ngày theo sát từng số đo, là cơ

sở so sánh kiểm tra lại kết quả dự tính ban đầu, cho phép kiểm tra và điều chỉnh thông số cơ lý đã lựa chọn để đưa vào tính toán Kết quả quan trắc cũng cho phép

dự báo diễn biến tiếp theo của độ lún cố kết, hệ số cố kết

1.3.1 Phương pháp dự báo độ lún cố kết cuối cùng từ kết quả quan trắc lún 1.3.1.1 Phương pháp Asaoka

Asaoka (1978) đã đề xuất phương pháp dự báo độ lún cố kết cuối cùng từ kết quả quan trắc hiện trường Trình tự các bước như sau :

 Chia dữ liệu quan trắc lún thành các khoảng thời gian “∆t” bằng nhau; tương ứng có được các trị số lún S S S1 , 2 , 3 S n; như hình 1.9

 Biểu diễn các trị số độ lún S S S1 , 2 , 3 S n tương ứng trên một hệ trục tọa độ theo quan hệ S i1,S i; như hình 1.10

 Vẽ đường thẳng nội suy tương ứng gần nhất (đường số “I” trên hình 1.10) đi qua các điểm dữ liệu trên, đường thẳng này sẽ giao cắt với đường số “II” là đường phân giác của hệ trục tại một điểm; điểm này có đặc điểm: giá trị trên trục hoành và trục tung bằng nhau tức là độ lún ở thời điểm t ibằng độ lún ở thời điểm t i 1;S i1  S i Svà đó chính là giá trị độ lún cố kết cuối cùng

khi độ cố kết đạt 100%;

Hình 1.9 – Đường cong quan trắc lún Hình 1.10 – Đồ thị Si = Si-1

Trong một số trường hợp xảy ra hiện tượng có hai đường thẳng tương ứng đi qua các điểm đo lún trên; đường số “I” ứng với các điểm dữ liệu đầu, đường số “II” ứng với các điểm dữ liệu sau: đường số “II” này giao cắt với các đường phân giác của hệ trục cho phép xác định trị số độ lún từ biến như thể hiện ở hình 1.11 Với trường hợp thi công làm nhiều giai đoạn, mỗi một đường thẳng nội suy sẽ tương ứng với từng giai đoạn đắp (như hình 1.12) cho phép xác định trị số độ lún cố kết cuối cùng ứng với từng giai đoạn đắp

Hình 1.11 – Đồ thị Si = Si-1

(Trường hợp 1 giai đoạn thi công)

Hình 1.12 – Đồ thị Si = Si-1 (Trường hợp nhiều giai đoạn thi công)

1.3.1.2 Phương pháp Hyperbolic

Phương pháp dự báo này dựa trên giả thiết tốc độ lún giảm dần dưới dạng đường Hyperbolic Độ lún S t ở thời gian “t” sau khi đường cong lún đã đi vào ổn định được xác định theo biểu thức dưới đây:

S S tương ứng Với nhiều điểm đo lún có “t” khác nhau ta

vẽ được đồ thị các điểu có trục tung là

1.3.1.3 Phương pháp 3 điểm

Từ đường cong quan hệ độ lún – thời gian, trong đoạn có tải trọng đắp lớn nhất và không đổi, lấy 3 điểm có hoành độ t t t1, ,2 3(tương ứng có độ lún tại đó là :S S S1, 2, 3) thỏa mãn điều kiện:

Độ cố kết trung bình Ut tính theo biểu thức 1.7 dựa trên sơ đồ 0: Sơ đồ có tải trọng đắp xem như phân bố đều vô hạn trên mặt đất yếu, khi đó:  82



 và  được xác định theo:

2 24

tb v

C H



Với Ctb v là trị số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của tầng đất yếu

bề dày H

Nếu chấp nhận giả thiết coi tải trọng nền đắp dạng hình thang gần như phân bố đều

vô hạn thì sau khi xác định được β (theo 1.10) với 3 điểm quan trắc lún thực, thay

trị số β đó vào biểu thức 1.11 sẽ tìm được hệ số cố kết C v Thực tế tính toán nếu thấy tỉ số B/H đủ lớn có thể chấp nhận tải trọng đắp hình thang gần như tải trọng đắp phân bố đều vô hạn (với B là bề rộng đáy nền đắp hình thang) vì lúc này áp lực thẳng đứng trong phạm vi H giảm dần không đáng kể

Nếu đường cong quan trắc lún thực của một tải trọng đắp trên nền đất yếu có xử lí

bằng giếng cát hoặc bấc thấm thì từ β tìm được theo 1.10 lại có thể mò tìm được

đồng thời trị số cố kết theo phương thẳng đứng Cv và hệ số cố kết theo phương ngang Ch theo quan hệ sau:

 (với l là khoảng cách giữa các phương tiện thoát nước thẳng đứng và de là đường kính giếng cát hoặc đường kính thẳng đứng của bấc thấm)

1.3.2 Phương pháp tính ngược hệ số C v , C h từ kết quả quan trắc

1.3.2.1 Phương pháp tính ngược hệ số C v từ kết quả quan trắc lún

Cũng theo phân tích ở 1.3.1.1 từ kết quả quan trắc lún hiện trường, Asaoka cũng đề xuất phương pháp tính ngược hệ số cố kết C v theo công thức:

2 ln 5 12

Trong đó : h: chiều sâu thoát nước cố kết

 : độ dốc của đường nội suy gần đúng (đường số “I” trên hình 1.10)

1.3.2.2 Phương pháp tính ngược C v từ việc xác định vùng hoạt động cố kết theo thời gian

Như đã biết, dưới tác dụng của tải trọng đắp trong phạm vi bề dày của lớp đất yếu bão hòa nước trị số áp lực nước lỗ rỗng (u) ở thời điểm t bất kỳ đều có thay đổi giảm, tức là có hoạt động cố kết Tuy nhiên sự thay đổi u ở độ sâu z at vào thời điểm

t nào đó là không đáng kể chỉ giảm so với áp lực nước lỗ rỗng ban đầu một số “ε” rất bé; trên thực tế tính toán có thể xem độ sâu z at là ranh giới vùng hoạt động cố kết

Vậy nếu tồn tại một vị trí z at đáp ứng điều kiện:

u :áp lực nước lỗ rỗng ở thời điểm ban đầu ở độ sâu z at (cũng chính là

áp lực do tải trọng ngoài gây ra ở độ sâu tương ứng)

: sai số cho phép (có thể lấy từ 0.01- 0.05)

thì chiều sâu z at đó sẽ được gọi là chiều sâu vùng hoạt động cố kết theo thời gian Như vậy vùng hoạt động cố kết ở đây được hiểu là phạm vi đất yếu, có đủ điều kiện

để hình thành quá trình cố kết bình thường, tức là đủ điều kiện để nước trong lỗ rỗng của đất yếu được ép đẩy ra khỏi lỗ rỗng rồi thoát được lên mặt thoát nước của vùng đất yếu

Theo [5] với lời giải bài toán cố kết thấm theo sơ đồ 0, đề xuất việc xác định vùng hoạt động cố kết theo thời gian bằng công thức:

4

Vậy dựa vào kết quả quan trắc hiện trường, xác định được chiều sâu vùng hoạt động

cố kết theo thời gian (theo điều kiện 1.14), từ đó tính ngược được hệ số cố kết theo phương đứng Cv Tuy nhiên công thức này được xây dựng dựa trên lời giải bài toán cố kết thấm theo sơ đồ 0 (là sơ đồ tải trọng phân bố đều liên tục và kín khắp mặt đất, áp lực do tải trọng ngoài gây ra không đổi theo độ sâu)

e h

D v t

 : bước thời gian và độ dốc của đường nội suy (xác định theo 1.3.1.1)

R: bán kính vùng ảnh hưởng (vùng tính toán) của bấc thấm D e2

R

Nếu bố trí giếng cát hoặc bấc thấm theo kiểu ô vuông :D e  1.13a

Nếu bố trí giếng cát hoặc bấc thấm theo kiểu tam giác : D e  1.05a

(a: khoảng cách giữa các bấc thấm hoặc giếng cát

Để đơn giản trong tính toán hệ số ảnh hưởng " "v được thay thế bằng F(n):

 2

ln 8

e h

D F n C

t



 

b) Tính C h kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng

Theo lý thuyết của Hansbo ta có:

 

 

  biểu diễn theo thời gian Biết được ta sẽ tính được C htheo công thức 1.21

1.4 Kết luận chương 1

Đất yếu là một môi trường phức tạp và việc xử lý nền đất yếu để đảm bảo độ bền vững của công trình bên trên là một việc khó khăn và tốn kém Việc thiết kế biện pháp xử lý nền đất yếu còn đòi hỏi phải kèm theo các phương án quan trắc hiện trường

Từ tổng quan về các biện pháp quan trắc hiện trường, cho ta thấy được mục đích, ý nghĩa, ưu nhược điểm của từng phương pháp quan trắc Việc lựa chọn và ứng dụng từng loại quan trắc vào các công trình cụ thể đòi hỏi người thiết kế, thi công phải có nhiều kinh nghiệm về địa chất và kết cấu công trình

Sử dụng phương pháp quan trắc hiện trường cho ta dữ liệu để phân tích các kết quả quan trắc và đưa ra các nhận định về sự ổn định của công trình, về dự báo độ lún, độ chuyển vị và tính ngược các hệ số cố kết Mỗi phương pháp nghiên cứu của các tác giả đều đưa vào đó những giả thuyết, quan điểm mà đòi hỏi người ứng dụng phải nắm rõ để có thể lựa chọn phương án phù hợp cho từng công trình hoặc điều kiện địa chất cụ thể Ví dụ về việc áp dụng các phương pháp phân tích dự báo độ lún, hệ

số cố kết dựa trên kết quả quan trắc lún và ALNLR cho các đoạn nền đắp trên đất yếu – Khu đô thị mới Bắc An Khánh – sẽ được trình bày trong chương 3

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP XỬ

LÝ CÁC ĐOẠN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CỦA KHU ĐÔ THỊ MỚI BẮC

AN KHÁNH VÀ KẾT QUẢ QUAN TRẮC THU ĐƯỢC TRONG QUÁ

Các đoạn nền đắp trên đất yếu nghiên cứu thuộc phạm vi xây dựng giai đoạn 1, bao gồm các tuyến đường D3-1, D4-2, D6-60B như hình 2.1

Khu vực xây dựng công trình nằm trong kiểu địa hình đồng bằng, tích tụ nguồn gốc sông biển Bề mặt địa hình khá bằng phẳng, bị phân cắt nhẹ bởi hệ thống kênh mương tưới tiêu trong vùng Cao độ bề mặt tại thời điểm khảo sát thay đổi từ +4.15 đến + 6.30m Phủ trên bề mặt kiểu địa hình này là các trầm tích Đệ tứ (QIV)

và các thành tạo trầm tích Neogen có thành phần là sét, sét pha, cát pha, cát, cuội sỏi có bề dày tới vài chục mét

Hệ thống Holocen, Hệ tầng Thái Bình (aQ3IVtb): Thành phần gồm sét, bột cát màu xám nâu, cát, bột, sét màu xám đen, sét màu nâu xen sét màu đen chứa tàn tích thực vật, cát hạt mịn màu xám, cát hạt nhỏ Chiều dày của hệ tầng: 3-35m

Hình 2.2 – Mặt bằng vị trí hố khoan khảo sát địa chất Mặt cắt địa chất các tuyến đường xử lý nền đất yếu

0.7 4.12

4.2 0.62

11.5 -6.68

+4.82 +7.0

+4.4 +1.8 -0.8 -3.4 -6.0 -8.6 -11.2 -13.8 -16.4 -19.0 -21.6 -24.2

1.3 +5.22 4.1 +2.42

20.8 -14.28

30.5 -23.98

+6.52

1 2

3

4

Hình 2.3 – Mặt cắt địa chất tuyến D3-1

20.8 -14.28

30.5 -23.98

2.0 2.00 4.1 -0.10

14.7 -10.70

2.0 3.60

2

2 1

4.6 -0.02

15.3 -10.72

16.4 -11.88

+4.52 +4.43

0.5 3.92 2.5 1.92

17.0 -12.58

+4.42 +4.9

dựng Hà Nội lập, năm 2007):

Lớp 1 Đất thổ nhưỡng, đất lấp

Thành phần chủ yếu là sét pha lẫn rễ cây, đôi chỗ là đất lấp, trạng thái không đồng nhất

Lớp 2 Sét pha, màu nâu - xám vàng, trạng thái dẻo cứng đôi chỗ dẻo mềm

Kết quả phân tích các chỉ tiêu cơ lý của mẫu nguyên dạng cho các giá trị như bảng 2.1:

Bảng 2.1 – Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất số 2

18 Cường độ kháng nén không nở hông qu KG/cm2 1.800

Lớp 3 Sét pha, màu nâu gụ - xám nâu, lẫn hữu cơ, trạng thái dẻo chảy đôi chỗ dẻo mềm

Kết quả phân tích các chỉ tiêu cơ lý của mẫu nguyên dạng cho các giá trị như bảng 2.2: