LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ CÁC GIẢI PHÁP TRONG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỂ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG XÂY DỰNG ĐƯỜNG DẪN CẦU VĨNH TUY

Vì vậy: Tên đề tài là: ” Các giải pháp trong thiết kế và thi công để đảm bảo chất lượng xây dựng đường dẫn cầu Vĩnh Tuy ” Phương pháp nghiên cứu chính là sử dụng các phương pháp thiết

Trường đại học giao thông vận tải

Trường đại học giao thông vận tải

mục lục

phần mở đầu chương 1

khái quát về dự án xây dựng cầu vĩnh tuy và

hệ thống đường dẫn đầu cầu

chương 2

những vấn đề chung về đất yếu

và các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu

Trang

chương 3

giải pháp xử lý nền đất yếu áp dụng cho

đường dẫn cầu vĩnh tuy

3.1 Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho đường dẫn cầu

Vĩnh Tuy

29

3.2 Giải pháp thiết kế và kết quả tính toán xử lý nền đất yếu của

đường dẫn cầu Vĩnh Tuy

29

chương 4

các giải pháp quản lý chất lượng thi công nền đường

đường dẫn cầu vĩnh tuy

4.1 Giải pháp thi công cho nền đường đắp thông thường (không

4.3 Giải pháp thi công cho nền đường đắp trên nền đất yếu ( xử

lý nền đất yếu bằng giếng cát)

62

4.3.1 Bước 1: Chuẩn bị mặt bằng Bóc bỏ hữu cơ ra khỏi mặt bằng

Đắp bờ vây tại vị trí ao hồ

62

4.3.2 Bước 2: Rải vải địa kỹ thuật loại không dệt 64

4.3.4 Bước 4: Rải vải địa kỹ thuật gia cố tại mép Thi công lớp đệm cát

thoát nước lần 1 đến cao độ đỉnh cọc Tạo đường công vụ vận chuyển

mở đầu

1 Giới thiệu về công trình cầu Vĩnh Tuy:

Cầu Vĩnh Tuy bắc qua sông Hồng, nằm khoảng giữa hai cầu Chương Dương

và cầu Thanh Trì, nhằm giảm tải mối quan hệ đi lại hiện nay giữa hai phần tả hữu ngạn sông Hồng và quan hệ vận tải giữa hai vùng Nam - Bắc Hà Nội với các tỉnh phía Bắc và Đông Bắc đang tập trung qua cầu Chương Dương với mật độ giao thông đang ngày càng vựot quá khả năng lưu lượng của cầu

Cầu Vĩnh Tuy được xây dựng cũng ghóp phần quan trọng trong phục vụ vận tải giữa nội đô, nối hai bờ sông Hồng giữa các quận nội đô với quận Long Biên, Gia Lâm đang phát triển

Cầu Vĩnh Tuy bắc qua sông Hồng nằm trên vành đai II, thuộc địa phận hai quậnHai bà Trưng và Long Biên - Thành phố Hà Nội Điểm đầu dự án cách ngã ba Minh Khai - phường Minh Khai khoảng 275m Điểm cuối dự án vựot qua Quốc lộ

5 khoảng 400m về phía khu đô thị Sài Đồng Toàn bộ dự án cầu Vĩnh Tuy dài khoảng 8493m Trong đó phần tuyến chính dài 5830m với hai cầu Vĩnh Tuy vượt sông Hồng dài 3778m và cầu vượt Quốc lộ 5 dài 364m, các cầu nhánh và tuyến hai

đầu cầu dài 1690m Ngoài ra còn có các tuyến liên quan như Thạch Bàn-Long Biên dài 1037m, tuyến đê Hữu Hồng dài 847m và tuyến Quốc lộ 5 dài 779m

2 Mục đích nghiên cứu

Dự án xây dựng cầu Vĩnh Tuy và tuyến đường hai đầu cầu được khẩn trương thi công, nhằm thông xe công trình vào quí I - 2008 Tuy nhiên, vấn đề đảm bảo tiến độ và chất lượng thi công đường đầu cầu trở thành vấn đề cấp bách Một trong những vấn đề thiết kế và thi công phức tạp nhất của hệ thống đường dẫn đầu cầu Vĩnh Tuy đó là việc xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu, nhằm giải quyết hiện tượng nền đường tiếp tục phải chờ lún khi đã đưa vào khai thác

Mục tiêu của luận án là đưa ra các giải pháp trong thiết kế và thi công để

đảm bảo chất lượng xây dựng đường dẫn cầu Vĩnh Tuy theo đúng tiêu chuẩn thiết

kế, thi công và nghiệm thu của dự án Vì vậy:

Tên đề tài là: ” Các giải pháp trong thiết kế và thi công để đảm bảo chất

lượng xây dựng đường dẫn cầu Vĩnh Tuy ”

Phương pháp nghiên cứu chính là sử dụng các phương pháp thiết kế tính toán của cơ học đất kết hợp với xem xét các giải pháp thường dùng, tính toán và so sánh với các giải pháp truyền thống áp dụng trong dự án cầu Vĩnh Tuy, từ đó rút ra các giải pháp thiết kế và thi công được áp dụng vào công trình

chương 1 khái quát về dự án xây dựng cầu vĩnh tuy và hệ thống

đường dẫn đầu cầu

Dự án xây dựng cầu Vĩnh Tuy được UBND Thành phố Hà Nội phê duyệt tại quyết định số 398/QĐ-UB ngày 14/01/2005, theo các nội dung chủ yếu sau:

1.1 Mục tiêu đầu tư:

- Đầu tư xây dựng cầu Vĩnh Tuy nhằm giải quyết nhu cầu bức xúc về giao thông nội đô và giao thông qua sông Hồng ngày càng tăng của khu vực, góp phần hoàn thiện quy hoạch đường vành đai II và phục vụ mục tiêu phát triển kinh tế xã hội khu vực phía Bắc sông Hồng của Thành phố Hà Nội theo quy hoạch phát triển Thủ đô đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt

1.2 Địa điểm xây dựng:

- Phía bờ Nam: Phường Vĩnh Tuy, Thanh Lương thuộc Quận Hai Bà Trưng; Phường Vĩnh Hưng, quận Hoàng Mai;

- Phía bờ Bắc: Thôn Trạm, Phường Sài Đồng thuộc Quận Long Biên - Thành phố Hà Nội

- Điểm đầu: Phía bờ Nam là phường Vĩnh Tuy, Thanh Lương thuộc quận Hai

Bà Trưng, cách ngã ba dốc Minh Khai khoảng 275m về phía cầu Mai Động (thuộc quận Hai Bà Trưng)

- Điểm cuối: Phía bờ Bắc là phường Sài Đồng thuộc Quận Long Biên vượt qua Quốc lộ 5 và đường sắt Hà Nội - Hải Phòng tại Km2+630 (lý trình QL5) và kết nối với đường nội bộ của khu công nghiệp Sài Đồng thuộc Quận Long Biên

1.3 Diện tích chiếm đất của dự án: Khoảng 42 ha

1.4 Tiêu chuẩn kỹ thuật và năng lực thiết kế của dự án:

1.4.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng:

- Việc thi công xây dựng công trình đảm bảo tuân thủ theo tiêu chuẩn, quy chuẩn thiết kế hiện hành:

+ Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-01

+ Quy chuẩn xây dựng Việt Nam 2000

+ Quy phạm tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế QP.TLC-6-77 của Bộ Thuỷ Lợi 1979

+ Tính toán các đặc trưng dòng chảy lũ 22TCN 220-95

+ Quy phạm AASHTO 98

+ Quy phạm CEB-FIP 1990

+ Quy trình móng cọc CHUII2-02-03-85

+ Tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô 22TCN 273-01

+ Quy phạm thiết kế đường ô tô cao tốc TCVN 5729-1997

+ Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế TCVN 4054-1998

+ Quy phạm TK đường phố, đường quảng trường đô thị 20TCN-104-83

+ Quy phạm thiết kế áo đường mềm 22TCN-211-93

+ Quy phạm thiết kế áo đường mềm 22TCN-274-01

+ Quy phạm thiết kế áo đường cứng 22TCN-223-95

+ Tham khảo các quy trình nước ngoài AASHTO(Mỹ), JIS (Nhật)

+ Kích thước tuynen kỹ thuật TCN 19-84-BNL

+ Tiêu chuẩn thiết kế mạng lưới thoát nước 22TCN 51-84

+ Quy phạm thiết kế tường chắn đất QP 23-65

+ Điều lệ báo hiệu đường bộ 22TCN 237-97 và 22TCN 237-01

+ Tiêu chuẩn thiết kế mạng lưới thoát nước bên ngoài CT 22TCN 51-84 + Hướng dẫn thiết kế thoát nước AASHTO 1986, 1992 (Hightway Drainage Guidelines-1986,1992)

+ Và các tiêu chuẩn hiện hành khác

- Các yêu cầu thiết kế của dự án:

+ Cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng BTCT và BTCT dự ứng lực

+ Tải trọng thiết kế: Hoạt tải HL-93 theo 22TCN-272-01

* Phạm vi vượt đường trên đê Tả Hồng và Hữu Hồng: H=4,5m

* Phạm vi vượt đường tại ngã ba Minh Khai : H=4,75m

* Cầu vượt Quốc lộ 5: Đảm bảo tĩnh không vượt đường sắt H=6m, đường bộ H=4,75m

+ Tổng chiều dài đến đuôi hai mố phía thượng lưu L=3778m

+ Chiều dài cầu vượt quốc lộ 5: 364m

+ Chiều dài tuyến chính hai đầu cầu: 1688m

- Chiều dài các tuyến đường nhánh và đường gom liên quan:

+ Tuyến đường đê Nguyễn Khoái: 874m

+ Tuyến Long Biên - Thạch Bàn : 1037m

+ Tuyến QL5 (phạm vi nút giao): 779m

- Quy mô mặt cắt ngang phần cầu chính:

+ B=38,5m được đầu tư thành 2 giai đoạn gồm 6 làn xe cơ giới, 2 làn xe tổng hợp và 2 lề đường đi bộ Giai đoạn 1 của dự án thực hiện 1/2 cầu chính có mặt cắt

ngang 19,25m gồm 2 làn xe cơ giới và 2 làn xe tổng hợp; Giai đoạn II hoàn thành toàn bộ mặt cắt (với một cây cầu nữa) với quy mô và hình dáng giống như giai

đoạn I

- Mặt cắt ngang tuyến đường 2 đầu cầu:

+ Đoạn từ đầu từ đầu tuyến bờ Bắc đến ngã ba Minh Khai: B=4x2 + 4x3,75 + 4,5x2 + 0,5x2 + 27 = 59,5m

+ Đoạn từ ngã ba Minh Khai đến đê Hữu Hồng (Dốc Vĩnh Tuy): B=6x2 + 3x2 +3,75x2 + 0,5x2+27 = 53,5m

+ Đoạn đường trên đê Nguyễn Khoái qua cầu: B=18,5 -20m

+ Đoạn ngã ba lên dốc Minh Khai : B=(2 x 8m hè) + 14 = 30m

+ Đoạn từ quốc lộ 5 đến đầu cầu: Lề bộ hành: (3 -7m), Bề rộng B thay đổi B= 42,65 - 61,25m

+ Đoạn tuyến bờ Long Biên: B=2x9 + 4x3,75 + 2x4,25 + 2x5,5 = 60m

+ Đoạn tuyến Long Biên - Thạch Bàn: B= 5 + 2x3 + 2x3,75 + 0,5x2 +5+

ỉ Nút giao Quốc lộ 5: Xây dựng mặt cắt ngang hoàn chỉnh:

+ Tuyến chính: 8 làn xe; Tổng bề rộng B= 2x19,25m

+ Tuyến CV2A (hướng Vĩnh Tuy -Hải Phòng): 2 làn xe; B=9,0m

+ Tuyến CV2B (hướng Cầu Chui - Vĩnh Tuy): 3 làn xe; B=12,5m

+ Tuyến CV2C (hướng Vĩnh Tuy - Cầu Chui): 3 làn xe; B=12,5m

+ Tuyến CV2D (hướng Hải Phòng - Vĩnh Tuy): 2 làn xe; B=9,0m

- Phương án kết cấu:

+ Phần cầu có kết cấu dầm hộp BTCT DƯL liên tục thi công theo phương pháp đức hẫng khẩu độ vượt L= 90m + 4x135m + 90m Cắt ngang hộp có chiều cao thay đổi, vách ngăn giữa và thành hộp xiên

- Phần móng khoan cọc nhồi đường kính D= 1.0m, 1.5m, 2m; Phạm vi

đường đầu cầu sau mố sẽ được làm tường chắn BTCT, móng tựa trên nền cọc ép 30x30cm hoặc cọc khoan nhồi đường kính D=0,6 - 0,8m

- Kết cấu mặt đường cấp cao: Ey/c= 1960 daN/cm2

- Giải pháp thiết kế nút giao: Xây dựng hoàn chỉnh 3 nút ngay giai đoạn I

+ Nút bờ Nam: Cầu vượt qua đường Nguyễn Khoái đảm bảo: Tĩnh không dưới cầu tại đê Nguyễn Khoái H=4.5m, tĩnh không tại ngã tư quy hoạch H=4.75m

+ Nút bờ Bắc: Cầu vượt qua đê Tả Hồng với tĩnh không H=4,5m Nút giao quốc lộ 5 cầu vượt qua đường sắt với tĩnh không H=6m, vượt qua quốc lộ 5 H=4.75m

- Các công trình khác trên tuyến:

+ Đường gom dân sinh phía đê Tả Ngạn sông Hồng tạo trục liên thông

+ Đồng bộ hệ thống HTKT đô thị (cống thoát nước, tuynen kỹ thuật bố trí

đường điện, điện thoại, cáp thông tin )

+ Xây dựng các công trình phục vụ khai thác và các công trình phục vụ công tác bảo vệ, duy tu, bảo dưỡng

chương 2 những vấn đề chung về đất yếu

và các phương pháp xử lý nền đắp trên đất yếu

2.1 Những vấn đề chung về đất yếu

2.1.1 Khái niệm về đất yếu:

Đất yếu là những loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5- 1.0daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bảo hoà nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), môđun biến dạng thấp (thường thì E0=50daN/cm2), lực chống cắt nhỏ Nếu không

có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được

Đất yếu là các loại vật liệu mới hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi),

có thể chia thành ba loại: đất sét hoặc á sét bụi mềm, có hoặc không có chất hữu cơ, than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn

Tất cả các loại đất này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo các điều kiện thuỷ lực tương ứng: bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao, hồ vv Trong các loại này, đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, đồng bằng châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long, cửa sông ) tạo thành một họ đất yếu phát triển nhất ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn cháy, hệ số rỗng lớn nhất (đất sét mềm e>=1,5, đất á sét bụi e>=1), lực dính không thoát nước Cu<=0,15daN/cm2 , góc nội ma sát ϕu=0, độ sệt II>0,50 (trạng thái dẻo mềm)

Loại đất có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ

đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật có điều kiện thuận lợi để thối rữa, phân huỷ và tạo ra các trầm tích hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20% đến 80% Trong điều kiện tự nhiên than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W=85-95% và có thể lên đến 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 3-8-10cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40-50cm

Bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (<200àm) với tỷ lệ phần trăm các hạt<2àm, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10% Bùn chủ yếu được tạo thành do sự bồi lắng tại các đáy vũng, vịnh, hồ hoặc các cửa sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Bùn luôn no nước

và rất yếu về khả năng chịu lực Cường độ của than bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn,

môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1-1,5daN/cm2, với bùn sét và từ 10-25daN/cm2, với bùn á sét, bùn á cát, hệ số nén lún có thể lên tới 2-3daN/cm2 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 được thực hiện sau khi đã áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt, tốt nhất là vét bùn thay đất tốt

Nói chung các loại đất yếu thường có các đặc điểm sau:

1) Thường là loại đất sét có lẫn hữu cơ (nhiều hoặc ít);

2) Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ;

3) Độ thấm nước rất nhỏ;

4) Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn ở Việt nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn, than bùn Ngoài ra, ở một số vùng còn gặp loại đất có ít nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất bazan ở Tây Nguyên; thỉnh thoảng còn gặp các via cát cháy là những loại đất yếu có những đặc điểm riêng biệt

2.1.2 Đất sét mềm

Đất sét mềm là loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt bão hoà nước và có cường độ tương đối cao so với bùn Đất sét mềm có những đặc điểm riêng biệt nhưng cũng có nhiều tính chất chung của đất đá thuộc loại đất sét, đó là giai đoạn

đầu của quá trình hình thành đất loại sét Đất sét gồm chủ yếu các loại hạt nhỏ như thạch anh, fenspat (phần phân tán thô) và các khoáng vật sét (phần phân tán mịn) Các khoáng vật sét này là các silicat alumin cá thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na và

Fe chia thành ba loại chính là ilit, kaolimit và mônmôrilomit Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có các đặc tính riêng biệt của nó Các khoáng vật sét là dấu hiệu biểu thị các điều kiện môi trường mà nó được tạo thành và có ảnh hưởng quyết định

đến tính chất cơ lý của đất sét Vì vậy, khi đánh giá đất sét về mặt địa chất công trình cần nghiên cứu thành phần Khoáng vật sét của nó Trong trường hợp chung,

đất sét là hệ phân tán ba pha (hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi), tuy nhiên do đất sét yếu thường bão hoà nước nên có thể xem là một hệ hai pha: cốt đất và nước lỗ rỗng

Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét có những tính chất mà các loại đất khác không có: tính dẻo và sự tồn tại của gradien ban đầu, khả năng hấp thụ, tính lưu biến, từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng

về cường độ; tính biến dạng

Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét mềm là tính dẻo Nhân tố chủ yếu chi phối dẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0,002mm và hoạt tính của chúng đối với nước Sét kaolinit có chỉ số dẻo 1-40, sét hiđromica có chỉ số dẻo 25-40, sét mônmôrilônit 44-600 Trong thực tế xây dựng thường dùng các giới hạn Atterberg để đánh giá độ dẻo của đất sét

Một tính chất quan trọng khác của đất sét là độ bền cấu trúc (hay cường độ kết cấu σC hoặc qtc) của chúng Nếu tải trọng truyền lên đất nhỏ hơn trị số σC thì biến dạng rất nhỏ, có thể bỏ qua, còn khi vượt quá σC thì đường cong quan hệ giữa

độ rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc lớn Trị số σC của đất sét mềm vào khoảng 0.2-0.3daN/cm2

Tính chất lưu biến cũng là một tính chất quan trọng của đất sét yếu Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt Chúng có tính từ biến và có khả năng thay đổi độ bền khi chịu tác dụng lâu dài của tải trọng Khả năng đó gọi là tính lưu biến Ngoài

sự từ biến, trong tính chất lưu biến của đât sét còn có biểu hiện giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi, gọi là sự chùng ứng suất

Hiện tượng hấp thụ là khả năng của đất sét hút từ môi trường chung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau (cứng, lỏng, hơi), những ion phân tử và các hạt keo Người ta dùng nó giải thích nhiều hiện tượng và tính chất đặc biệt của

đất sét

2.1.3 Bùn

Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc trong môi trường nước biển, gồm các hạt rất nhỏ (nhỏ hơn

200à) với tỷ lệ phần trăm các hạt <2 cao, bản chất khoáng vật thay đổi và thường

có kết cấu tổ ong Tỷ lệ phần trăm các chất hữu cơ nói chung dưới 10%

Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy biển, vũng, vịnh, hồ, hoặc các bãi bồi cửa sông, nhất là các cửa sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực

Theo quy phạm Liên Xô SNIP II - 1.62 thì bùn là trầm tích thuộc giai đoạn

đầu của quá trình thành đất đá loại sét, được thành tạo trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật Độ ẩm của bùn luôn cao hơn giới hạn chảy, còn hệ số rỗng e>1 (với á cát và á sét) và e>1.5 (với sét)

Theo thành phần hạt, bùn có thể là á cát, á sét và cũng có thể là cát mịn, đều

có chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đôi khi đến 10-12%), càng xuống sâu hàm lượng này càng giảm Trong thành phần khoáng vật của bùn biển thường chứa nhiều khoáng vật sét thuộc nhóm ilit và mônmôrilimit, còn trong bùn nước ngọt thì

có nhiều ilit và kaolinit

Cường độ bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn (bùn có đặc tính là nén chặt không hạn chế kèm theo sự thoát nước tự do), môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5daN/cm2 (bùn sét) và 10-25daN/cm2 (bùn á sét, bùn á cát), còn hệ số nén lún có thể đạt tới 2-3 daN/cm2 Như vậy, bùn là những trầm tích nén chưa chặt và dễ thay

đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện được sau khi

áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt

2.1.4 Than bùn

Than bùn là đất yếu nguồn gốc hữu cơ, được thành tạo do kết quả phân huỷ các di tích hữu cơ (chủ yếu là thực vật), tại các đầm lầy Than bùn có dung trọng khô rất thấp (3-9kg/m3), hàm lượng hữu cơ chiếm 20-80%, thường có màu đen hoặc màu nâu sẫm, cấu trúc không mịn, còn thấy tàn dư thực vật

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình 85-95% và có thể đạt hàng 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 3-8-10daN/cm2, vì thế phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40-50cm Than bùn thường được phân loại theo địa chất công trình và theo tính chất cơ lý

Bảng 2.1 Phân loại than bùn theo địa chất công trình

I Độ sệt ổn

định

ở độ ẩm bất kỳ, khi nhiệt độ trên 0oC

đào hố sâu 2, Thành thẳng đứng có thể giữ được 5 ngày đêm không bị biến dạng, mức nước ngầm sâu dưới 0,5-1,2m trên các loại như sú vẹt

Than bùn phân huỷ mạnh, khi bão hoà nước ở thể lỏng, nước ngầm thường lộ trên mặt, bộ phận trũng có nước chảy, có các loại cói, sú vẹt mọc tốt, lớp than bùn

có nhiều rễ cây, trên bề mặt , trên mặt dày 2-4,5m, người và súc vật đi lại được

<0.3

Bảng 2.2 Phân loại than bùn theo tính chất cơ lý

lượng tro (%)

Hệ số rỗng

e

Độ sệt

Il

(daN/c m2)

Có cấp phối gần với cát nhỏ

đối kém

bản thành tạo từ chất hữu cơ

2.1.5 Các loại đất yếu khác

Cát chảy là loại cát mịn, có kết cấu rời rạc, khi bão hoà nước có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể, có chứa nhiều chất hữu cơ hoặc sét Loại cát này khi chịu tác dụng chấn động hoặc ứng suất thuỷ động thì chuyển sang trạng thái lỏng nhớt gọi là chảy Trong thành phân hạt của cát chảy, hàm lượng các hạt bụi (0,05-0,002mm) chiếm 60-70% hoặc lớn hơn ở trạng thái tự nhiên, cát chảy có thể có cường độ và khả năng chịu lực tương đối cao nhưng khi bị phá hoại kết cấu và rời rạc thì không còn tính chất đó nữa; lúc đó cát chuyển sang trạng thái chảy như chất lỏng Ngoài ra còn có loại cát chảy giả, chỉ bị chảy khi có áp lực thuỷ động Thành phần cát chảy giả là cát mịn sạch, không lẫn vật liệu keo Đất bazan cũng là một loại đất yếu với đặc điểm là độ rỗng rất lớn, dung trọng khô rất thấp, thành phần hạt của nớ gần giống với thành phần hạt của đất á sét, khả năng thấm nước khá cao

Chỉ tiêu cơ lý của đất yếu: Theo quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô

đắp trên đất yếu, 22TCN 262-2000 thì: Tuỳ theo nguyên nhân hình thành, đất yếu

có thể có nguồn gốc khoảng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ:

Loại có nguồn gốc khoáng vật 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 tới 10-12%) nên có thể có mầu nâu đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e>=1,5, á sét e>=1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát & từ 0-10o hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu<0,35 daN/cm2 Ngoài ra, ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e>1,0, độ bão hoà G>0,8)

Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân huỷ, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20-80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu số lỗ rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như đã trình bày ở phần khái niệm

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

- Lượng hữu cơ có từ 20-30%: Đất nhiễm than bùn.;

- Lượng hũu cơ có từ 30-60%: Đất than bùn

- Lượng hữu cơ có trên 60%: Than bùn

2.2 Các giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu

Việc lựa chọn các kỹ thuật xây dựng đắp nền trên đất yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Thời gian yêu cầu để thi công các công trình

- Biên độ các biến dạng cho phép sau khi đưa công trình vào sử dụng

- Những hạn chế về môi trường của dự án (phạm vi chiếm đất, sự nhạy cảm với chấn động, việc bảo vệ nước ngầm )

- Những khả năng về kinh phí

Các giải pháp được chọn gắn liền với hai nhóm kỹ thuật

- Nhóm đầu tiên tập hợp các giải pháp bố trí xây dựng trực tiếp gắn liền với nền đắp (xây dựng theo giai đoạn, gia tải )

- Nhóm thứ hai là nhóm các kỹ thuật cần thiết có những can thiệp trong đất nền (thay thế đất xấu, thoát nước, cột balát )

2.2.1 Các kỹ thuật xây dựng:

Bao gồm hai nhóm kỹ thuật chính là: nhóm dựa trên biện pháp bố trí xây dựng cùng nền đắp và nhóm dựa trên việc cải thiện đất dưới nền đắp Cụ thể như sau:

a) Bố trí xây dựng cùng nền đắp:

- Xây dựng theo giai đoạn;

- Bệ phản áp;

- Nền đắp nhẹ;

- Tăng cường bằng vật liệu địa kỹ thuật;

b) Cải thiện đất dưới nền đắp

- Thay đất xấu;

- Cột đất gia cố vôi hoặc xi măng;

- Cột vữa đất xi- măng, tiến hành bằng phun (kỹ thuật thường gọi là jetgrouting);

- Nền đắp trên móng cứng;

- Điện thấm

Các kỹ thuật xây dựng đặc thù của nền đất đắp trên nền đất yếu nhằm đảm bảo

độ ổn định của đất và hạn chế của nền đường đắp ở các trị số quy định trong đồ án

Hình 2.1 Tổng hợp tác dụng của các kỹ thuật xây dựng nền đắp trên đất yếu

Các ưu điểm, nhược điểm và các điểm còn nghi ngờ của các kỹ thuật khác nhau cho trong bảng 2.3;

Tăng cường bằng

vật liệu địa kỹ

thuật tổng hợp

Tác dụng đối với đất nền

Thay đất xấu +++ + + +++

Hào ba lát ++ + +++ ++ (hiệu quả)

Phun chất rắn +++ ++ +++ ++ (hiệu quả)

2.2.2 Các biện pháp xử lý đồng thời với việc xây dựng nền đắp

Dưới đây sẽ trình bày các biện pháp thường được sử dụng trong xây dựng nền đắp Khi áp dụng các biện pháp này phải nhằm đạt được hai mục tiêu:

- Đảm bảo sự ổn định của nền đắp trong khi xây dựng

- Đạt được một tốc độ lún phù hợp với thời gian thi công

Khi áp dụng các biện pháp này, yêu cầu của lớp đất trên nền đất yếu phải tiếp xúc với một loại vật liệu thấm nước tốt Nếu vật liệu đắp nền đường là đất dính thì phải làm một lớp đệm cát có chiều dày từ 0,5-1m để tăng nhanh thời gian cố kết

Trình tự tiến hành như sau:

- Tính chính xác chiều cao phòng lún

- Kiểm tra ổn định ứng với chiều cao đắp đất có xét đến phòng lún

- Chọn biện pháp xử lý thích đáng để đạt hai mục tiêu nêu trên

Sau đây là mô tả chi tiết về các biện pháp xử lý trên:

1/ Xây dựng nền đắp theo giai đoạn

Khi cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đường

ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nó bằng cách đắp đất từng lớp một, chờ cho đất nền cố kết, sức chịu cắt tăng lên, có khả năng chịu được tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo

Trình tự tính toán như sau:

Trước hết xác định chiều cao cho phép của lớp đất đắp đầu tiên H1, lúc bấy giờ sức chống cắt của đất yếu là Cu1 (lực dính xác định bằng thí nghiệm không cố kết, không thoát nước) Có thể bỏ qua phần sức chống cắt do ma sát và áp lực có truyền lên hạt đất xem như không đáng kể

Chiểu cao H1 tính từ công thức Mandel - Salencon:

1 1

N C H

F γ

= (2.1)

Trong đó: F - hệ số an toàn, lấy bằng 1;

NC - hệ số tra ở hình 2.4 tùy theo tỷ số B/h ( với B chiều rộng trung bình của nền đắp, h là chiều dày trung bình lớp đất yếu)

Hình 2.2 Xác đinh chiều cao nền đường có xét đến độ phòng lún

Hình 2.3 Xây dựng nền đường đắp

Hình 2.4 Biểu đồ xác định sức chịu tải N C của nền đất yếu

Chờ cho đất cố kết hoàn toàn dưới tác dụng của tải trọng yH1 thì đắp lớp thứ hai, khi đó sức chống cắt của đất yếu tại độ sâu z sẽ tăng thêm (hình 2.5)

∆Cu =∆σztgϕcu =γH1tgϕcu (2.2) Trong đó: ∆σz - độ tăng ứng suất có hiệu thẳng đứng trong nền đất yếu ở độ sâu z do tải trọng đất đắp γH1 gây ra

Nếu không chờ cố kết hoàn toàn mà chỉ cố kết U% thì độ tăng sức chống cắt là:

∆Cu =γH1Utgϕcu (2.3) Thực tế công thức này cho thấy độ tăng sức chống cắt ở dưới tim của nền

đắp, còn ∆Cu sẽ gần bằng 0 ở chân taluy Vì vậy ta lấy độ tăng trung bình gần đúng theo cung trượt là:

2/ Tăng chiều rộng nền đường, làm bệ phản áp

Khi cường độ chống cắt của nền đất yếu không đủ để xây dựng nền đắp theo giai đoạn hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời gian thi công dự kiến thì có thể áp dụng các biện pháp này nhằm đẩy nhanh tốc độ, giảm khả năng trồi đất ra hai bên

Bệ phản áp đóng vai trò một đối trọng, tăng tốc 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 phán áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chống thấm nước

Hình 2.6 cho thấy khi tăng chiều rộng của bệ phán áp thì giá trị của hệ số an toàn F sẽ tăng lên Chiều cao và chiều rộng bệ phản áp được xác định theo cường

độ chống cắt, chiều dày của lớp đất yếu và hệ số an toàn yêu cầu

Hình 2.6 Quan hệ giữa chiều rộng và chiều sâu của bệ phản áp với hệ số an

toàn (theo F Bourges)

Kích thước bệ phản áp thường lấy như sau:

Theo kinh nghiệm Trung Quốc:

Chiều cao h>1/3H

Chiều rộng L=(2/3-3/4) chiều dài trồi đất

Theo tính toán của Pilot;

Chiều cao bằng 40-50% chiều cao nền đường H

Chiều rộng bằng 2-3 chiều dày lớp đất yếu D

Bệ phản áp thường được đắp cùng lúc với việc xây dựng nền đắp chính Nếu không cho máy thi công đi lại trên đó thì không cần đầm lèn Nếu có dùng cho máy thi công đi lại thì phần dưới bệ phản áp phải đắp bằng vật liệu thấm nước

Khi có một nền đắp bị trượt trồi thì đắp bệ phản áp có khả năng tăng độ ổn

định chống trượt làm cho nền đắp trở lại ổn định

Tuy nhiên muốn bệ phán áp phát huy được hiệu quả để có thể xây dựng nền

đắp một giai đoạn thì thể tích của nó phải rất lớn Vì vậy phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ và phạm vi đắp đất không hạn chế

3/ Giảm trọng lượng nền đắp (nền đắp nhẹ)

Có thể giảm trọng lượng nền đắp tác dụng lên đất yếu bằng 2 cách:

a Giảm chiều cao nền đăp đến trị số tối thiểu cho phép tuỳ thuộc vào điều kiện

địa chất thuỷ văn (bảo đảm chiều cao tối thiểu của nền đường cũng như chiều cao tối thiểu trên mực nước đăng bằng cách tăng khẩu độ cầu)

b Dùng vật liệu nhẹ đắp nền đường: Sử dụng các vật liệu đắp có trọng lượng thể tích nhỏ thì có thể loại trừ được các yếu tố bất lợi ảnh hưởng đến sự ổn định của nền đắp cũng như giảm nhỏ độ lún

4/ Phương pháp gia tải tạm thời (γ=8 ữ 10kN/m 3 )

Phương pháp này gồm có việc đặt một gia tải (thường là đắp bổ sung nền 3m) trong vài tháng rồi sẽ lấy đi thời điểm t mà ở đó nền đường sẽ đạt được độ lún cuối cùng dự kiến như trường hợp với nền đắp không gia tải Nói cách khác đây là phương pháp cho phép đạt được một độ kết cấu trong một thời gian ngắn hơn Gia tải này phải phù hợp với điều kiện ổn định của nền đắp Phương pháp này chỉ nên dùng khi chiều cao hơn nhiều so với chiều cao thiết kế Để tính áp lực tăng thêm và thời gian tác dụng của nó, cần áp dụng phương pháp tính lún như đã nêu Tăng trị

2-số tải trọng tác dụng lên bề mặt lớp đất yếu, tính các trị 2-số độ lún tương ứng rồi chọn trị số độ lún gần với độ lún ổn định của nền đắp trong thời hạn thi công cho trước

Hình 2 7 Nền đắp có bệ phản áp (trích toán đồ tính hệ số an toàn của Pilot

và Moreau, 1973)

Hình 2.8 Phương pháp gia tải tạm thời: Gia tải ∆H được lấy đi ở thời điểm t

mà độ lún bằng độ lún cuối cùng S, dưới tác dụng của nền đắp chiều cao H

5/ Tăng cường bằng vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp

Mô tả và nguyên lý hoạt động: Việc đặt một hoặc nhiều lớp thảm bằng vải

địa kỹ thuật hoặc lưới kỹ thuật ở đáy của nền đắp 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 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

Việc chọn vải địa kỹ thuật và tính toán thiết kế (cường độ, độ ổn định của nền đắp ) phải do chuyên gia đảm nhiệm

Phạm vi áp dụng: Xử lý cục bộ sự mất ổn định của nền đắp

Thi công: Các thảm vải địa kỹ thuật được đặt ở cao trình quy định trong khi

xây dựng nền đắp

Kiểm tra chất lượng: Kiểm tra sự phù họp của đồ án, kiểm tra vải địa kỹ

thuật (cường độ chịu kéo, độ dãn dài)

6/ Các biện pháp cải thiện nền đất yếu dưới nền đắp;

a Đào thay đất xấu bằng đất tốt:

Mô tả và nguyên lý hoạt động: Việc thay đất là đào bỏ lớp đất xấu bằng đất

tốt đầm chặt Việc thay đất sẽ khó khăn khi thi công dưới nước (trong trường hợp thường gặp với than bùn) và thực tế chỉ giới hạn với các chiều sâu đến vài mét Mặt

khác việc thay đất cũng ảnh hưởng đến môi trường (phải tìm chỗ đổ đất và chỗ lấy

đất)

Việc thay thế toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu có cường độ cao

và ít biến dạng hơn sẽ khắc phục được toàn bộ hoặc một phần các vấn đề về lún và

Có thể áp dụng biện pháp đào thay đất trong những trường hợp sau:

- Khi thời hạn đưa công trình vào sử dụng là rất ngắn thì đây là một giải pháp tốt để tăng nhanh quá trình cố kết

- Khi các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ mà việc cải thiện nó bằng cố kết sẽ không có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền đắp

- Khi độ thiết kế gần với cao độ thiên nhiên, không thể đắp nền đường đủ dày để đảm bảo cường độ cần thiết dưới kết cấu mặt đường

- Để tính kích thước hợp lý nhất của phần đất đào bỏ đi cần xét đến các

điểm sau:

Về mặt kinh tế: Chỉ đào toàn bộ lớp đất yếu khi chiều dày từ 2m trở xuống

Thường thì giá thành đào thay đất xấp xỉ giá thành làm cọc cát, tuy nhiên tránh

được thời gian chờ đất cố kết

Về chiều rộng đất cần được xác định có xét đến khả năng mất ổn định của phần đất yếu còn lại trong khi thi công

Thi công: Thường dùng máy xúc gầu ngược để đào bỏ đất yếu thay bằng đất

tốt (đất cái không nhạy cảm với nước) và lu lẻn thành từng lớp

Trường hợp lớp đất yếu chiều dày dưới 3m, nhưng cường độ quá thấp như than bùn loại II và loại III hoặc bùn sét, cát chảy thì có thể xử lý bằng cách bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu Đã phải có kích cỡ từ 0,3m trở lên, phải bỏ từ tim đường

ra hai bên để đấy lớp đất yếu ra ngoài, sau khi đá nhô lên khỏi mặt đất yếu thì rải cát hoặc cấp phối đá lên trên và lu lèn

Biện pháp gia cố bằng cách đóng cọc tre (25cọc/m2) hoặc cọc tràm (16cọc/m2) có thể thay thế việc thay đất trong phạm vi chiều sâu đóng cọc (thường

a Nguyên lý chung: Đường thẩm thẳng đứng bằng cát (giếng cát) gồm một

cột vật liệu thấm nước và thoát nước nằm trong một giếng thẳng đứng được tạo thành trong đất yếu và một lớp cát đệm nền thiên nhiên Chức năng của giếng cát là làm thành một tuyến thoát nước nhân tạo để tăng nhanh tốc độ cố kết

Khi chất tảI trên lớp đất yếu, nước trong lỗ rỗng chịu một áp lực sinh ra một gradient thủy lực và bị đẩy ra đường giới hạn của lớp cát đệm rải trên nền đát yếu Nếu không có đường thấm giếng cát thẳng đứng thì thời gian thấm nước từ lỗ rỗng chứa nước tới bề mặt thấm nước sẽ chậm hơn thời gian yêu cầu để đạt một độ cố kết cho trước

Giếng cát tạo thành một đường thoát nước nhân tạo gần nhất của nước lỗ rỗng

để tăng nhanh độ cố kết Để đạt được mục tiêu này thì phải bố trí khoảng cách và

đường kính của giếng cát sao cho mọi việc thoát nước và cố kết tăng nhanh và cho phép đạt được độ kết mong muốn trong thời gian quy định

Một đồ án thiết kế bảo đảm yêu cầu tối ưu về kinh tế và kỹ thuật thì mỗi khoảng cách và đường kính của giếng cát phải thật rõ ràng Vì vậy, thuyết minh tính toán cần phải thỏa mãn các mối tương quan này bằng cách giải thích chi tiết cách thoát nước ra như thế nào

Cũng cần lưu ý là việc tác dụng tải trọng gia tải phải gây ra một áp lực lớn hơn

áp lực nước lỗ rỗng, áp dụng chủ động cần thiết để đẩy mạnh việc thoát nước lỗ rỗng để tăng hiệu suất của giếng cát

Sơ đồ trình bày cách bố trí giếng cát điển hình như sau:

Hình 2.10 Bố trí lắp đặt giếng cát điển hình

b Kỹ thuật thi công đường thấm cát:

Kỹ thuật thi công cọc cát gồm những bước sau: Làm lớp đệm cát, tạo lỗ trong

đất yếu, rót cát vào lỗ Có nhiều biện pháp để tạo lỗ

c Kỹ thuật thi công đường thấm chế tạo sẵn

Xu hướng hiện nay trên thế giới là sử dụng ngày càng rộng rãi các đường thấm chế tạo sẵn (bấc thấm) Phần lớn các đường thấm chế tạo sẵn gồm một lõi thấm nước tốt, bền, thường bằng chất dẻo được bọc bằng một lớp vỏ thoát nước và không

Mô tả và nguyên lý chung: Đặt một màng mỏng kín trên mặt đất và bơm hút

chân không Các bơm này được nối với mạng lưới thoát nước ngang và một mạng lưới đường thấm thẳng đứng áp lực nước lỗ rỗng giảm dần và ứng suất có hiệu trong đất tăng bằng ứng suất tổng Việc tạo chân không này tối đa tương đương với 4m đất đắp, giảm được thời gian cố kết và không sợ mất ổn định của đất dưới tác dụng của tải trọng

Phạm vi áp dụng: Xử lý cục bộ trong các khu vực đất rất mềm và không được

đắp cao Có thể kết hợp với việc đắp đất thông thường

Thi công:Cần thi công một mạng lưới các đường thấm thẳng đứng và một lớp

thoát nước nằm ngang nối liền với một hệ thống bơm Đặt một màng mỏng kín trên mặt đất và bơm hút chân không, tạo nên một vùng áp thấp trên mặt

Kiểm tra chất lượng: Theo dõi tình hình của đất trong khi bơm (độ lún, áp lực

nước lỗ rỗng), kiểm tra việc giảm áp dưới màng mỏng

Ưu điểm và tồn tại: Không sợ mất ổn định khi chỉ hút chân không, có thể phối

hợp với việc đắp nền, cần một đơn vị thi công chuyên nghiệp

9 Cột ba lát (cột vật liệu rời):

Từ những năm 1960 người ta bắt đầu áp dụng kỹ thuật làm cột ba lát để gia cố các nền đất yếu bằng đất sét hoặc á sét

Các cột ba lát thường được thi công thành hai bước:

a Khoan lỗ đường kính từ 0,6-1m, chiều sâu có thể đến 15-20m bằng “ống dùi chấn động” ống dùi này là một ống hình trụ đường kích 30-40cm, dài từ 2-5m trong có bố trí một thiết bị chấn động Ông dùi xuyên vào đất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và chấn động kết hợp với việc xói nước ở đầu dùi Nước bùn xói sẽ được bơm hút lên mặt đất và thoát đi

b Sau khi khoan lỗ xong thì lấp ngay vật liệu rời có góc nội ma sát lớn (ví dụ

đá ba lát) vào lỗ khoan

Vật liệu rời sẽ lọt vào khoảng trỗng giữa ống dùi chấn động và thành lỗ khoan rồi tụt xuống mũi ống và đượi lèn chặt ở đây Tiếp tục nâng thiết bị chấn động lên chầm chậm sao cho dưới tác dụng của chấn động hình thành một cột vật liệu rời

được nén chặt từ dưới lên trên gọi là cột ba lát

Cột ba lát thường có tiết diện thay đổi theo chiều cao: Tiết diện của cột sẽ to ra

ở những lớp đất mềm hơn, do đó số lượng vật liệu rời sử dụng cũng thay đổi theo Nền đắp được xử lý theo phương pháp này thường gồm các cột ba lát phân bố

đều, mỗi cột lên một diện tích khoảng 5m2 Các cột này có mô đun biến dạng cao hơn nhiều so với mô đun của nền đất thiên nhiên vì vậy khi tác dụng tải trọng lên mặt đất đã gia cố thấy có sự tập trung của tải trọng trên các cột ba lát Vật liệu của cột sẽ làm việc tương tự như trong thiết bị nén 3 trục: áp lực hông do tác dụng của nền đất thiên nhiên và tải trọng dọc trục tác dụng trên mặt Xử lý bằng cột balát thì

có thể tăng độ ổn định của nền thiên nhiên lên nhiều cũng như giảm được độ lún của công trình một cách đáng kể Tuy nhiên do giá thành còn cao nên biện pháp này chưa được áp dụng nhiều Trong thực tế thường khó nắm được tình hình cụ thể của các cột ba lát, vì vậy cần tổ chức kiểm tra cẩn thận việc thi công tại hiện trường, nhất là:

- Kiểm tra thể tích của đá ba lát chèn vào từng cao trình của cột

- Kiểm tra tình hình cải thiện tính chất cơ học của đất yếu

Cột ba lát thường được áp dụng để xử lý nền móng nhà và các bể chứa, các

đoạn chuyển tiếp giữa mố cầu và đoạn đường vào cầu đắp trên đất yếu Chiều sâu

xử lý chỉ giới hạn trong vòng 15m trở lại Trước khi thi công phải tổ chức làm thử ghi lại thời gian tạo lỗ (chấn động, bơm xói và dọn sạch lỗ), rót đá làm cọc và độ sâu, lượng nước xói, áp lực nước, lượng đá dăm rót vào lỗ ) Kinh nghiệm cho thấy

các thông số thiết kế và các thông số liên quan đến việc khống chế thi công là các chỉ tiêu để điều khiển việc thi công cột ba lát Các loại máy thi công chủ yếu là cần cẩu, thiết bị chấn động và xói mòn nước, máy san và bơm Thiết bị chấn động phải thích ứng với đường kính, chiều dài cột và khoảng cách giữa vị trí thi công và các công trình kiến trúc hiện hữu Phải có thiết bị cấp nước thích hợp, áp lực nước từ 400-600kPa, lưu lượng từ 20-30m3/h

Quá trình công nghệ thi công như sau:

- San bằng mặt đất bố trí thiết bị xói chấn động xói lỗ- làm sạch lỗ- lấp đá

và chấn động chặt- đóng máy di- chuyển máy đến vị trí mới

- Phải căn cứ vào kết quả làm thử, khống chế chặt chẽ áp lực nước, điện và thiết bị xói chấn động

- Ap lực nước xác định theo loại đất và cường độ của nó, với đất mềm cường độ thấp thì nên giảm bớt, với đất mềm cường độ cao thì tăng lên một chút Khi tạo lỗ, áp lực nước lớn khi chấn động áp lực nước nên nhỏ Lượng nước phải đầy lỗ để chống sụt thành vách

- Phải bảo đảm điện áp luôn ổn định, thường là (380±20)V, cường độ dòng

điện phải căn cứ vào thí nghiệm làm thử cọc để xác định, thường bằng cường độ dòng điện không tải của động cơ điện cộng thêm 10-15A hoặc bằng 90% dòng điện định mức

- Thời gian chấn động tại một độ sâu nhất định nào đó của thiết bị xói chấn

động thường từ 10-20s

- Vật liệu đắp phải rót từng đợt, không nên đắp một lần quá nhiều, bảo đảm lượng vật liệu đã xác định khi làm thử, tránh phát sinh hiện tượng cột vật liệu bị gián đoạn Vật liệu đắp phải đá dăm, sỏi sạn sạch, không bị phong hóam kích cỡ 20/40mm, hàm lượng bùn không quá 10%

10 Cột đất gia cố vôi và cột đất gia cố xi măng

Từ lâu người ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng vôi, xi măng hoặc chất liên kết vô cơ tương tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất không gia cố

Kỹ thuật đất gia cố vôi đầu tiên được áp dụng và phát triển mạnh mẽ trong việc xây dựng các lớp móng đường Gần đây người ta áp dụng kỹ thuật này để cải thiện tính chất cơ lý của đất sét yếu trong nền thiên nhiên

Trước đây người ta thường gia cố nền đất yếu bằng cọc vôi Để thi công cọc vôi, người ta đào (hoặc khoan) lỗ có đường kính 30-50cm cách nhau 2-5m rồi cho cục vôi chưa tôi vào Khi tác dụng với nước, vôi sống được tôi sẽ làmtăng thể tích (có khi tăng đường kính cọc lên đến 60-80%), do đó có tác dụng cọc làm tăng cường độ, hút nước rồi tỏa nhiệt, làm nước bốc hơi và làm giảm độ ẩm của đất yếu

xung quanh cọc vôi Tuy nhiên, do độ thấm của đất rất nhỏ nên sự lan truyền của vôi trong khối đất bị hạn chế, nên việc cải thiện tính chất của đất yếu của cột vôi còn rất cục bộ

Để khắc phục nhược điểm này, người ta đã trực tiếp trộn vôi với đất sét mềm ngay trong nền đất yếu, làm thành phần các cọc đất gia cố vôi Kỹ thuật thi công theo phương pháp này là xây dựng ngay trong nền đất yếu các cột đường kính 50cm bằng một thiết bị trộn đặc biệt, kiểu khoan đĩa hoặc thiết bị khuấy Khoan

được xoắn vào trong đất đến độ sâu yêu cầu tương ứng với chiều dài thiết kế của cọc và được rút lên khi xoay ngược chiều Tốc độ quay và khả năng chuyển vật liệu (có thể chuyển vào khoảng 7-10% vôi sống và trộn nó với đất dính) được điều chỉnh thích ứng với bước của dụng cụ để giảm sự xáo trộn của đất Vôi sống sẽ

được chuyển đồng thời với khí nén từ hệ thống xilô qua ống dẫn trong cần khoan vào trong đất Tốc độ rút lên (có liên quan đến hiệu quả khuấy trộn vật liệu) có thể

điều khiển được theo tính chất của đất Quá trình khuấy trộn đồng thời cũng làm chặt đất trong cọc Tác dụng lý hóa giữa vôi và đất xẩy ra, quá trình rắn đất gia cố phát triển theo thời gian tạo thành các cọc có sức chịu tải nhất định

Chất liên kết dùng để gia cố đất có thể là xi măng, vôi sống, vôi tro hay chất lượng và quy cách của chúng phải phù hợp với yêu cầu thiết kế

Vôi sống phải là vôi nghiền, cỡ hạt lớn nhất nhỏ hơn 0,2cm, hàm lượng Mgo

và CaO phải không dưới 85%, trong đó hàm lượng CaO phải không nhỏ hơn 80%

Xi măng dùng loại xi măng Porland hoặc xỉ lò xo cao, phù hợp tiêu chuẩn nhà nước Không dùng xi măng quá hạn, ẩm ướt, vốn cục Cũng có thể dùng cột đất gia cố vôi- tro bay

Hàm lượng S1O2,, Al2O3 trong tro bay phải lớn hơn 70% lượng mất khi nung phải nhỏ hơn 10% hàm lượng vôi trong hỗn hợp voi – tro hay phải vào khoảng 15-20%

Trước khi thi công cột đất gia cố phải tiến hành thí nghiệm đúc cọc để thu thập các số liệu sau:

Các thông số kỹ thuật bảo đảm yêu cầu về liều lượng chất thiết kế, tốc độ khoan, tốc độ kéo lên, tốc độ trộn, áp lực phun, lượng chất liên kết cho một đơn vị thời gian

- Xác định độ đồng đều của việc trộn

- Biết được sức cản khi hạ khoan và nâng khoan lên để chọn biện pháp kỹ thuật hợp lý

- Căn cứ vào tình hình địa tầng, địa chất để xác định phạm vi phun trộn và

số cọc làm thí nghiệm để xác định quy trình công nghệ làm cọc Thường thì số cọc làm thử tối thiểu là 5 cọc

Việc cứng hóa và lượng chất liên kết sử dụng trong quá trình thi công thực tế phải thông qua thí nghiệm trong phòng thiết kế để xác nhận xem có phù hợp với yêu cầu thiết kế mới được sử dụng

Công nghệ thi công được tiến hành theo trình tự: San bằng mặt đất - định vị máy khoan- khoan lỗ- phun chất liên kết (hoặc vữa)- trộn cưỡng bức- trộn lại- rút cần khoan lên - di chuyển

Trước khi thi công phải tiến hành đo chiều dài cần khoan, dán thước đo lên cần khoan để biết chiều sâu khoan trộn, bảo đảo chiều dài thiết kế

11 Phun vữa nén ngang:

Mô tả và nguyên lý hoạt động: Đây là phương pháp dùng lực đưa vào trong

đất hồ vữa rất nhớt, bằng cách phun có áp trong một ống nhỏ đặt trong lỗ khoan

Do độ sệt của nó, vữa này không thể tự thấm vào đất mà áp lực sẽ phụt và nén vữa theo hướng ngang Sau đó vữa đông cứng và tọa thành các cột thẳng đứng khá cứng Như vậy ta đã kết hợp một tác dụng tăng cường theo hướng thẳng đứng của từng cột với một số tác dụng nén khối đất Tỷ lệ phun vữa thường không quá 5-6% khối lượng xử lý

Phạm vi sử dụng: Tăng cường độ của đất dưới nhà cửa và công trình, xử lý

cục bộ dưới các nền đắp

Thi công: Khoan lỗ đường kính nhỏ rồi bơm hơn cao áp một dung dịch vừa

nhớt

Kiểm tra chất lượng: Kiểm tra các thông số thi công (áp lực phun, thể tích

phun, độ sệt của vữa)

Ưu điểm và tồn tại: Kỹ thuật này khá tốn kém với các nền đắp và cần có các

đơn vị thi công chuyên nghiệp

12 Nền đắp trên móng cọc:

Mô tả và nguyên lý hoạt động:Tải trọng nền đắp được truyền xuống nền

cứng thông qua các cọc đóng cách nhau, trên mỗi cọc gắn một tấm nhỏ nhằm truyền một phần tải trọng của nền đắp lên cọc Kỹ thuật này cho phép cải thiện độ

ổn định và giảm độ lún

Phạm vi áp dụng: Nền đắp của đường vào cầu có móng cọc, các khu vực cục

bộ cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài centimét

Thi công: Có thể sử dụng tất cả các kiểu cọc quen thuộc, kể cả các cọc nhỏ

(cọc tre, cọc tràm ) Việc chọn cọc phụ thuộc vào tính chất của đất yếu phải vượt qua Các cọc thường được gắn các tấm nhỏ bê tông cốt thép tách rời nhau để thu một phần tải trọng của nền đắp Đôi khi cũng làm một mũ móng liên tục trên các cọc Có thể rải một lớp thảm vải địa kỹ thuật trên các tấm nhỏ bê tông cốt thép làm thành một đệm phân bố tải trọng trên các cọc

Ưu điểm và tồn tại: Dễ thi công và có hiệu quả, tính toán phức tạp nhưng tin

cậy, kỹ thuật đắt tiền, cần đơn vị thi công chuyên nghiệp

1 Một số giải pháp xử lý đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam: (Theo Quy trình

khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu, 22TCN 262- 2000):

- Đắp trực tiếp trên đất yếu (không dùng một biện pháp xử lý nào khác) khi tính toán ổn định và lún của nền đắp trực tiếp trên nền thiên nhiên (bao gồm cả đất yếu ở dưới) hoặc trực tiếp trên nền đất yếu đều thỏa mãn được các yêu cầu và tiêu chuẩn nói ở Mục II.1 và II.2 Phương pháp tính toán ổn định được quy định ở Mục

V và phương pháp tính toán lún được quy định ở Mục VI của quy trình

22TCN262-2000

Trong các trường hợp sau có thể xét tới việc áp dụng giải pháp đắp trực tiếp:

- Trên vùng đất yếu có lớp đất không phụ thuộc các loại đất yếu nói ở Mục 1.4

và 1.5 (thực tế thường gọi là lớp vỏ trên bề mặt đất yếu) Nếu lớp vỏ dày 1-2m thì chiều cao nền đắp trực tiếp có thể tới 2-3m, nếu lớp đắp vỏ dầy trên 2m thì chiều cao đắp trực tiếp có thể tới 3-4m;

- Trên vùng than bùn loại I hoặc đất yếu dẻo mềm có bè dày than bùn dưới 1-2m;

- Trên vùng bùn cát, bùn cát min (loại này có hệ số cố kết thường lún nên lún nhanh)

Ngoài ra, đối với các trường hợp nền đắp được dự báo lún ít và lún nhanh nhưng nếu đắp ngay đến đủ cao độ thiết kế sẽ không bảo đảm ổn định theo tiêu chuẩn nói ở Điều II.1.1 thì vẫn có thể áp dụng giải pháp đắp trực tiếp kèm với biện pháp khống chế tốc độ đắp (đắp cứng đợt; giữa các đợt đắp có thời gian chờ cố kết)

để bảo đảm yêu cầu ổn định (xem Điều II.1.2) chỉ trừ khi việc khống chế tốc độ

đắp dẫn tới quá kéo dài thời gian, không bảo đảm được yêu cầu về tiến độ thi công

đối với toàn bộ công trình đường mới cần nghĩ đến các giải pháp xử lý khác

- Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu;

chương 3 giải pháp xử lý nền đất yếu áp dụng cho

đường dẫn cầu vĩnh tuy

3.1 Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho đường dẫn cầu Vĩnh Tuy

Trên cơ sở số liệu khoan địa chất và kết quả thí nghiệm nền đất của đường dẫn cầu Vĩnh Tuy, do nền đất yếu cần nghiên cứu xử lý có chiều sâu lớn lại nằm bên dưới một lớp vỏ đất cứng trên bề mặt tự nhiên có chiều dày tương đối lớn Vì vậy, luận án đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu là sử dụng giếng cát chiều sâu hết lớp đất yếu kết hợp với biện pháp gia tải, có nhiều ưu điểm về khả năng gia cường nền đất, về phương diện làm việc có thể coi giếng cát cùng chịu tải trọng với đất nền và tăng nhanh độ cố kết của đất yếu Ngoài ra xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát còn tránh được hiện tượng “gấp ruột gà” của các thiết bị thoát nước

đứng và đảm bảo các chỉ tiêu về môi trường Tuy nhiên giá thành xử lý nền đường bằng biện pháp giếng cát cao hơn so với sử dụng bấc thấm

3.2 Giải pháp thiết kế và kết quả tính toán xử lý nền đất yếu của hệ thống đường dẫn cầu Vĩnh Tuy

3.2.2 Điều kiện địa chất công trình

Căn cứ vào các kết quả khoan thăm dò, thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trong phòng, địa tầng được phân chia thành các lớp từ trên xuống như sau:

(1) Lớp đất đắp (KQ):

Lớp đất đắp, đất trồng trọt, đất san lấp nền nhà xưởng và nền đường Cao độ mặt lớp là cao độ thiên nhiên và thay đổi từ +6.73m đến +3.79m Bề dày của lớp thay đổi từ 0.30m đến 4.00m

(2) Lớp số 2:

Sét, màu xám , xám nâu, xám tro, xám vàng, xanh xám , xám ghi, nâu vàng Căn cứ vào trạng thái, lớp này được chia thành các phụ lớp như sau:

Phụ lớp 2c: Sét, màu xám nâu, xám xanh, xám vàng, xám ghi, xanh vân nâu,

xám vàng, trạng thái dẻo cứng Cao độ bề mặt phụ lớp biến đổi từ +5.54m

đến +1.01m Bề dày phụ lớp thay đổi từ 1.00m đến 14.00m

Thí nghiệm SPT tại các lỗ khoan cầu cho giá trị N = 6 ữ 15

Phụ lớp 2d: Sét, màu xám nâu, xám xanh, xám đen, trạng thái dẻo chảy Cao

độ bề mặt phụ lớp biến đổi từ +3.73m đến -0.30m Bề dày phụ lớp thay đổi từ 1.00m đến 6.50m Thí nghiệm SPT các lỗ khoan cầu cho giá trị N= 2 ữ 6

(3) Lớp số 4:

Đất than bùn hoá, màu xám, xám đen, xám tro Cao độ bề mặt của lớp biến

đổi từ +2.28m đến -4.58m Bề dày của lớp thay đổi từ 1.5m đến 11.40m Thí nghiệm SPT tại các lỗ khoan cầu cho giá trị N = 2ữ7

(4) Lớp số 5:

Sét lẫn hữu cơ, màu xám đen, xám tro, nâu xám, xám xanh Căn cứ vào trạng thái, lớp này được chia thành các phụ lớp như sau:

Phụ lớp 5a: Bùn sét (có chỗ là sét trạng thái chảy) lẫn hữu cơ, màu xám, xám

đen, xám nâu, xám tro, xám xanh Cao độ bề mặt phụ lớp biến đổi từ +0.34m

đến -9.53m Bề dày của phụ lớp biến đổi từ 1.60m đến 16.30m

Thí nghiệm SPT tại các lỗ khoan cầu cho giá trị N= 2 ữ7

(5) Lớp số 13:

Cát pha sét, màu xám ghi, xám sáng, nâu vàng, trạng thái chảy đến dẻo Dựa vào trạng thái và độ sâu phân bố, lớp này được chia thành các phụ lớp như sau:

Phụ lớp 13a: Cát pha sét, màu xám ghi, xám sáng, trạng thái chảy Cao độ

bề mặt phụ lớp biến đổi từ -10.38m đến -19.85m Bề dày phụ lớp thay đổi từ 1.00m đến 4.30m

3.2.3 Giải pháp thiết kế và các chỉ tiêu tính toán:

Yêu cầu tính toán:

- Tính lún và kiểm toán ổn định trượt tại các mặt cắt đại diện theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22 TCN 262-2000, từ đó đề xuất các biện pháp xử lý nhằm đảm bảo nền đường ổn định, không trượt và độ lún dư cho phép

1 Tính lún:

- Tính lún theo phương pháp phân tầng lấy tổng, chiều sâu ảnh hưởng lún

được tính đến độ sâu mà tại đó ∆P = 0,15 P0 (∆P - ứng suất do tải trọng nền đắp, P0

- ứng suất bản thân nền đất)

- Tổng lún gồm hai thành phần đó là lún tức thời và lún cố kết kết giai đoạn sơ cấp Tải trọng gây lún, ngoài tải trọng thân nền đắp theo chiều cao thiết kế còn xét

đến tải trọng do phần bù lún và phần gia tải gây ra

- Lún cố kết thứ cấp (lún từ biến) không xét đến trong công trình này

- Công tác tính lún được thử lại nhiều lần và chỉ đưa ra kết quả cuối cùng khi thoả mãn điều kiện đã nêu trong quy trình

• Độ lún dư cho phép:

* Tuyến chính (Bnền đường = 60m):

- Đoạn nền đường đắp thông thường: ∆S ≤30 cm;

- Đoạn nền đường có cống hoặc đường dân sinh chui dưới: ∆S ≤20 cm;

- Đoạn nền đường gần mố cầu: ∆S ≤10 cm;

* Tuyến Long Biên – Thạch Bàn (Bnền đường = 40m):

- Đoạn nền đường đắp thông thường: ∆S ≤40 cm;

- Đoạn nền đường có cống hoặc đường dân sinh chui dưới: ∆S ≤30 cm;

- Đoạn nền đường gần mố cầu: ∆S ≤20 cm;

- Kiểm toán ổn định trượt theo phương pháp Bishop

- Trong quá trình kiểm toán ổn định trượt có xét đến yếu tố tăng cường độ của các lớp đất nền sau từng đợt đắp nền đường

- Công tác kiểm toán ổn định trượt qua các bước sau:

+ Kiểm toán ổn định trượt trong trường hợp chưa có giải pháp xử lý

+ Kiểm toán ổn định trượt trong trường hợp đã có giải pháp xử lý (thoát nước thẳng đứng, bệ phản áp, vải địa kỹ thuật, ) ở từng giai

đoạn thi công đắp nền, kể cả khi gia tải

+ Kiểm toán ổn định trượt trong trường hợp đã có giải pháp xử lý khi

đưa công trình vào khai thác

+ Công tác kiểm toán ổn định trượt được thử lại nhiều lần và chỉ đưa ra kết quả cuối cùng khi thoả mãn điều kiện đã nêu trong quy trình

l B

G n q

+

− +

=

=

) 1 (

Trong đó:

n: Số xe tối đa có thể xếp được trên phạm vi bề rộng nền đường G: Trọng lượng một xe (T)

B: Bề rộng phân bố ngang của các xe (m) l: Phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc (m) Tính với mặt cắt nền đường giai đoạn hoàn chỉnh Bn=57.5m

Tuyến Long Biên – Thạch Bàn:

Đường có dải phân cách giữa do đó tính hoạt tải riêng cho từ chiều đi và về: Mỗi chiều tối đa xếp được 3 xe H30

- Chi tiết các mặt cắt tính toán được liệt kê trong Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu

Các chỉ tiêu tính toán:

- Dựa vào điều kiện địa chất công trình dọc tuyến, bề dầy, phạm vi phân bố các lớp đất yếu, kết hợp với chiều cao nền đắp để lựa chọn các mặt cắt tính toán có tính đại diện cho từng đoạn nền đường

- Các chỉ tiêu dùng trong tính toán được liệt kê trong bảng sau (căn cứ vào số liệu tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất, kết quả nén ba trục theo sơ đồ UU, sơ

đồ CU, nén cố kết, xuyên tiêu chuẩn):