Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dưới sự dao động của mực nước biển do sóng và thủy triều

Đối với Việt Nam, việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong xử lý nền đất yếu đã được tiến hành từ lâu và đã được xây dựng thành các tiêu chuẩn ngành như: 14 TCN 110 – 1996 Chỉ dẫn thiết kế và

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu khoa học là cả quá trình tham gia học hỏi, so sánh, tìm hiểuđể ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế Công việc thực hiện luận văn cao học vừa là cơ hội để học viên trình bày những nghiên cứu về vấn

đề mình quan tâm trong quá trình học tập, đồng thời cũng là một tài liệu quan trọng giúp các thầy cô, giảng viên kiểm tra đánh giá quá trình học tập và kết quả thực hiện luân văn của mỗi học viên

Để hoàn thành luận văn cao học này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

- PGS TS Thiều Quang Tuấn, trưởng Bộ môn kỹ thuật công trình – Khoa Kỹ thuật Biển, đồng thời thầy cũng là người hướng dẫn chính giúp tôi

có thể hoàn thành luận văn cao học này

- Các thầy, cô là giảng viên trong Khoa kỹ thuật Biển, những người đã đóng góp ý kiến cụ thể sâu sắc trong đợt bảo vệ luận văn cấp cơ sở tại văn phòng Khoa và trong các lần báo cáo tiến độ thực hiện luận văn Điều đó giúp tôi có thể hoàn thiện luận văn được tốt hơn

- Tập thể lớp cao học CH20BB, những người bạn học cùng lớp đã đóng góp xây dựng các ý kiến giúp tôi thực hiện được các trường hợp tính toán trong luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

TÁC GIẢ

Nguyễn Tiến Dương

BẢN CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ

Nguyễn Tiến Dương

MỤC LỤC

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Phương pháp tiếp cận nghiên cứu 2

III Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn 2

IV Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 3

V Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG 4

1.1 Tính chất, phân loại và tính năng của vải địa kỹ thuật 4

1.1.1 Tính chất của vải địa kỹ thuật 4

1.1.2 Phân loại vải địa kỹ thuật 8

1.1.3 Tính năng vải địa kỹ thuật 9

1.2 Vấn đề sử dụng vải địa kỹ thuật cho gia cố nền đất yếu 13

1.3 Ảnh hưởng của tải trọng sóng biển tới ổn định công trình 17

1.4 Kết luận chương 19

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 19

2.1 Các phương pháp xử lý nền đất yếu 20

2.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật 23

2.2.1 Các chỉ tiêu của đất cần dùng cho thiết kế vải lọc 23

2.2.3 Các bước thực hiện chính trong thi công vải lọc 34

2.3 Kết luận chương 40

CHƯƠNG III CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MÔ HÌNH PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỊA KỸ THUẬT CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG SÓNG 41

3.1 Giới thiệu các mô hình toán 41

3.1.1 Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo5 41

3.1.2 Mô hình tính toán phân tích ổn định Geo – Slope Office 42

3.2 Mô hình Plaxis 44

3.3 Ảnh hưởng của tải trọng sóng biển 48

3.4 Kết luận chương 55

CHƯƠNG IV ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐÊ CHẮN SÓNG NHÀ MÁY

NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG I 57

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu 57

4.1.1 Điều kiện tự nhiên 57

4.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 59

4.2 Các tham số thiết kế cơ bản 60

4.3 Tính toán thiết kế giải pháp gia cố nền 63

4.3.1 Tính toán thiết kế mặt cắt ngang đê chắn sóng 63

4.3.2 Xác định chiều sâu ảnh hưởngtheo cơ sở lý thuyết 66

4.3.3 Tính toán ổn định bằng phần mềm GEO-SLOPE 69

4.4 Kết luận chương 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

Kết luận 85

Kiến nghị 85

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Tiếng Anh 86

Tiếng Việt 86

HÌNH VẼ

Hình 1.1 Địa hình khu vực cảng Ostend 16

Hình 1.2 Kết quả xuyên côn CPTs tại vị trí đê chắnsóng phía Đông 16

Hình 1.3 Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất lên mái dốc được 18

gia cố bằng tấm bản 18

Hình 2.1 Đường phân bố điển hình thành phần hạt của đất 23

Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm thấm của đất 25

Hình 2.3 Áp lực cơ học trong quá trình thi công 27

Hình 2.4 Sơ đồ chọn vải theo yêu cầu chặn đất trong điều kiện dòng chảy động 30

Hình 2.5 Độ thấm điển hình của đất 31

Hình 2.6 Trải vải lên mái 34

Hình 2.7 Đặt thảm lắp sẵn 34

Hình 2.8 Bãi thi công trên mái sông 35

Hình 2.9 Vận chuyển thảm bằng dầm nổi 35

Hình 2.10 Neo đầu thảm vào bờ 36

Hình 2.11 Nhấn chìm thảm xuống đáy sông 36

Hình 2.12 Trải thảm xuống đáy sông bằng cần cẩu 36

Hình 2.13 Trải thảm lên mái bằng ván trượt 37

Hình 2.14 Nối vải địa kỹ thuật theo phương pháp chồng mép 37

Hình 2.15 Các kiểu may vải 38

Hình 3.1 Lưới phần tử hữu hạn 46

Hình 3.2 Phần tử 6 nút 47

Hình 3.3 Mặt cắt ngang khối trượt của đê chắn sóng (sóng leo cực đại) 48

Hình 3.4 Sự suy giảm của thủy triều dẫn tới sự suy giảmáp lực 51

Hình 3.5 Áp lực nước lỗ rỗng dưới đất nền phụ thuộc vào quá trình nước rút của mực nước biển 52

Hình 3.6 Áp lực nước lỗ rỗng thay đổi áp lực nước trong một lớp đất do thủy triều hoặc sóng 55

Hình 4.1 Nhập mặt cắt địa hình vào chương trình để tính truyền sóng 61

Hình 4.2 Nhập giá trị của sóng tại khu vực sóng nước sâu để tính truyền sóng 62

Hình 4.3 Trích xuất kết quả 62

Hình 4.4 Hiển thị kết quả tính toán 63

Hình 4.5 Kết quả tính toán độ cao lưu thông Rcp 64

Hình 4.6 Hình dạng, kích thước của khối RAKUNA IV 65

Hình 4.7 Mặt cắt thiết kế của đê chắn sóng 66

Hình 4.8 Biểu đồ quan hệ áp lực dư khe rỗng và độ sâu 67

Hình 4.9 Trích xuất kết quả độ sâu từ mô hình truyền sóng 68

Hình 4.10 Mặt cắt đại diện của đê chắn sóng 69

Hình 4.11 Bình đồ khu vực bố trí các hố khoan địa chất 71

Hình 4.12 Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW33, CW52, CW50, CW49, CW38, CW45 72

Hình 4.13 Trắc dọc mặt cắt địa chất theo các hố khoan CW35, CW53, CW52, CW43, CW39, CW45 73

Hình 4.14 Sơ đồ tính toán theo phương pháp Bishop 76

Hình 4.15 Vẽ mặt cắt thiết kế của đê, khai báo vật liệu và chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 77

Hình 4.16 Vẽ đường áp lực nước tương đương với mực nước thiết kế 77

Hình 4.17 Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,25 77

Hình 4.18 Vẽ đường mực nước tương ứng với chiều cao sóng H = 3,5m 78

Hình 4.19 Vẽ áp lực tác động tới lớp đất cát (h = 1 m) 79

Hình 4.20 Áp lực tác động tới lớp đất sét (h = 0,1 m) 79

Hình 4.21 Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,07 79

Hình 4.22 Sơ đồ tính toán khối trượt khi có vải địa kỹ thuật 80

Hình 4.23 Khai báo vải địa kỹ thuật trong chương trình 82

Hình 4.24 Kết quả tính toán ổn định trong tổ hợp tải trọng cơ bản, kfs = 1,28 82

Hình 4.25 Thiết lập các đường áp lực và đường mực nước sóng ứng với z = -0,5m 83

Hình 4.26 Kết quả tính toán ổn định, kfs = 1,25 83

BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của một số loại vải không dệt TS 11

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật loại vải dệt GET 12

Bảng 1.3 Chỉ dẫn chọn khoảng cách giữa 2 lớp vải theo chỉ số CBR 15

Bảng 2.1 Kích thước lỗ lọc của vải theo yêu cầu chặn đất khi đất 27

không dính và dòng chảy rối 27

Bảng 2.2 Giá trị gradient thủy lực điển hình 32

Bảng 2.3 Yêu cầu độ bền thi công đối với vải địa kỹ thuật 33

Bảng 2.4 Sự tương ứng giữa chức năng và thí nghiệm kiểm tra 39

Bảng 2.5 Tầm quan trọng của các chức năng của vải địa kỹ thuật 39

Bảng 4.1 Độ ẩm tương đối trung bình hàng tháng 57

Bảng 4.2 Chế độ mưa 58

Bảng 4.3 Tốc độ gió trung bình 58

Bảng 4.4 Tốc độ gió lớn nhất 58

Bảng 4.5 Số giờ nắng các tháng trong năm 59

Bảng 4.6 Kích thước tính toán của khối RAKUNA IV 65

Bảng 4.6 Kết quả tính toán theo lý thuyết Grace 67

Bảng 4.7 Các chỉ tiêu của lớp vật liệu thiết kế 70

Bảng 4.8 So sánh hệ số ổn định trong các trường hợp tính toán 83

PHỤ LỤC

Bảng 1 Chỉ tiêu cơ lý của lớp 3a 87

Bảng 2 Chỉ tiêu cơ lý lớp 5b 87

Bảng 3 Chỉ tiêu cơ lý của lớp 5 88

Bảng 4 Chỉ tiêu cơ lý của lớp 8a 89

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Vấn đề xây dựng nền đắp trên đất yếu là một đề tài được nhiều nước trên thế giới quan tâm và tiến hành nghiên cứu có hệ thống, bởi đây là một hiện tượng rất thường gặp trong quá trình xây dựng, nhất là các công trình đê biển, nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp thường dễ bị mất ổn định toàn khối dẫn đến lún sụt, sụp đổ công trình

Để đảm bảo chất lượng, hiệu quả của công trình khi đưa vào khai thác, sử dụng, một vấn đề luôn được quan tâm, đặt lên hàng đầu chính là sự ổn định của nền móng công trình

Đa số các nhà khoa học đều cho rằng đất yếu là những đất có khả năng chịu lực vào khoảng 0,5 – 1 kG/cm2, có tính nén lún mạnh, hầu như đất đều hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε > 1,0), hệ số nén lún lớn, mô đun biến dạng tổng E0 ≤ 50 kG/cm2, trị số sức chống cắt không đáng kể Việc nghiên cứu xây dựng công trình đê chắn sóng trên nền đất yếu trước hết cần được tiến hành nghiên cứu xử lý nền đất yếu để tăng sức chịu tải cho đất, cải thiện các chỉ tiêu cớ lý của đât (hệ số rỗng, giảm độ lún, tăng modun biến dạng ) đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của công trình Tiếp đó, sau khi đưa công trình vào sử dụng cần nghiên cứu xem xét tới tải trọng của sóng Sóng tác động lên nền của đê chắn sóng gây thay đổi áp lực khe rỗng và ứng suất của nền đê; qua đó dẫn tới mất ổn định của nền

đê

Việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng của nền đất hầu hết hiện nay được dựa trên giả thiết coi đất là vật thể biến dạng tuyến tính Dựa trên cơ sở đó, tiến hành áp dụng những kết quả của lý thuyết đàn hồi cho nền đất Trên thực tế sóng biển tác động liên tục và có sự thay đổi về phương, hướng, giá trị độ lớn theo thời gian lên nền đê chắn sóng, gây lún không đều, mất ổn định cho từng đoạn đê

Và mỗi một bài toán cần được áp dụng theo các phương pháp khác nhau để tính toán ổn định của nền đê

Đối với Việt Nam, việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong xử lý nền đất yếu đã được tiến hành từ lâu và đã được xây dựng thành các tiêu chuẩn ngành như: 14 TCN 110 – 1996 (Chỉ dẫn thiết kế và sử dụng vải địa kỹ thuật để lọc trong công trình thủy lợi); 22 TCN 248 – 98 (Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đất đắp trên nền đất yếu)TCVN 9355-2012 (gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm)…Tuy nhiên vấn

đề xử lý đất yếu dưới nền đắp vẫn còn là một công việc gây nhiều khó khăn cho các nhà thiết kế, đơn vị thi công Cho đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có một đánh giá mang tính toàn diện về việc mô phỏng điều kiện làm việc của công trình khi sử dụng vải địa kỹ thuật trong bài toán thiết kế Qua đó chưa có nhiều các đối chiếu giữa lý thuyết và thực tế thi công như độ lún, độ ổn định trượt, trồi, … hay nghiên cứu về sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất yếu sau khi được xử lý,…

Xét sự tác động của sóng biển đến nền đất yếu khi có gia cường của vải địa

kỹ thuật chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu đến lĩnh vực này Điều này có thể quyết định lớn đến loại vải địa kỹ thuật dùng cho gia cố nền Đặc biệt là sự gia tăng tải trọng tác động trên nền đất sau khi có công trình và có tác động của sóng biển đối với nền công trình gia cường bằng vải địa kỹ thuật

Trong nghiên cứu này, chúng tôi áp dụng cho công trình đê chắn sóng của nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I Đánh giá tác động của sóng biển lên nền của công trình gia cường bằng vải địa kỹ thuật Qua đó, đưa ra cách thiết lập điều kiện biên

về nền của công trình khi gia cường bằng vải địa kỹ thuật, từ đó phục vụ cho các bước tính toán thiết kế công trình sau này

II Phương pháp tiếp cận nghiên cứu

Luận văn được áp dụng theo các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp nghiên cứu trên mô hình

- Phương pháp kế thừa các nghiên cứu có trước

- Phương pháp thu thập tài liệu

III Giới hạn nội dung và phạm vi nghiên cứu của luận văn

Giới hạn nội dung:

Luận văn chỉ đề cập tới vai trò của vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đê chắn sóng trước tác động của sóng biển không áp dụng cho các công trình đê khác như đê ngầm giảm sóng, đê quai Tải trọng được xét đến là tải trọng của sóng biển, không xét đến các tải trọng khác như tải trọng thi công, tải trọng bản thân của công trình

Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu áp dụng cho đê chắn sóng của nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I

IV Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu áp lực khe rỗng trong lớp đất nền dưới sự dao động của mực nước biển do sóng và thủy triều

Xét sự ảnh hưởng của áp lực khe rỗng đối với ổn định nền của công trình đê chắn sóng khi gia cố bằng vải địa kỹ thuật

V Cấu trúc của luận văn

Chương 1 Tổng quan chung

Chương 2 Phương pháp xử lý nền đất yếu

Chương 3 Cơ sở khoa học của việc sử dụng mô hình phân tích ổn định địa kỹ thuật

có xét đến ảnh hưởng của tải trọng sóng

Chương 4 Áp dụng tính toán cho đê chắn sóng nhà máy nhiệt điện Vũng Áng I

NỘI DUNG

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Tính chất, phân loại và tính năng của vải địa kỹ thuật

1.1.1 Tính chất của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật được định nghĩa đơn giản như là một vật liệu giống như vải được sử dụng trong môi trường đất, có cấu tạo từ polymer dệt, polymer không dệthay từ các vật liệu tự nhiên sản xuất theo quy trình dệt; dùng đểphân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước

Chất liệu polymer dùng để chế tạo vải địa kỹ thuật được cấu tạo từ một trong các dạng polymer tổng hợp sau: polyamide, polyester,polyethylene, polypropylene

và vật liệu tự nhiên

Polyamide: Polyamide được cấu tạo từ Nilon 6 hoặc Nilon 6.6 Tính chất của vải địa kỹ thuật được cấu tạo từ polyamide phụ thuộc nhiều vào vai trò của phụ gia trong quá trình chế tạo như: (i)tăng tính ổn định độ nhớt để điều khiển sự trùng lặp của Polyamide trong quá trình sản xuất; (ii)kéo dài tuổi thọ của sợi Polyamidetrước tác động của nhiệt độ hay quá trình oxy hóa ngoài môi trường; (iii) tạo màu cho vải địa kỹ thuật, ví dụ như muội carbon làm gia tăng độ ổn định của sợi polyamide

Polyester: Các chất phụ gia trong quá trình sản xuất polyester bao gồm: (i) phụ gia hoạt tính dùng để làm tăng quá trình tạo thành sợi polyester; (ii) phụ gia cấu tạo từ hợp chất của phosphat giúp ổn định nhiệt độ Loại vải địa nàycó khả năng tự sinh việc kháng UV Stabilized và chúng rất bền, có khả năng chịu lực cao hơn các polymer khác trong quá trình thi công dưới ảnh huơngr của anh sáng mặt trời, ngược lại chúng rất dễ suy giảm tính chịu lực trong môi trường có độ PH

Polyethylene:Có 2 loạipolyethylene chủ yếu được dùng để chế tạo nên vải địa kỹ thuậtpolyethylene trọng lượng riêng thấp (920 – 930 kg/m3) và polyethylene trọng lượng riêng cao (940 – 960 kg/m3) Đối với loại vải địa kỹ thuật sử dụng từpolyethylene trọng lượng riêng thấp được chế tạo trong điều kiện áp suất cao (lên tới 300 MN/m2) trong khipolyethylene trọng lượng riêng cao lại chỉ được chế tạo

trong điều kiện áp suất thấp (khoảng 4 MN/m2).Tính chất vật lý của polyethylene chủ yếu được xác định bởi quá trình kết tinh của nó.Kết tinh có thể xảy ra tốt hơn khi mức độ phân nhánh thấp hơn Các nhánhriêng biệt cho sự khác biệt về tính chất vật lý giữa các lớp khác nhau củapolyethylene Phân nhánh polyethylene trọng lượng caocó đặc tính cứng hơn và có một số kháng hóa chất tốt hơn so với các loại trọng lượng thấp Việc bổ sung các muội carbon (khoảng 2%) dẫn đếntrong một sự cải tiến tối ưu trong quá trình chế tạo

Polypropylene: Việc sử dụng chất phụ gia trong qua trình chế tạo polypropylenerất quan trọng Chất phụ gia ngăn ngừa quá trình oxy hóa và ổn định nhiệt của các sợi polypropylene trước điều kiện của ngoại cảnh Ngoài ra các chất phụ gia làm tăng độ bền của các sợi polypropylene trong môi trườngcó nước

Vải địa kỹ thuật dệt được chế tạo từ các sợi tổng hợp hoặc các sợi tự nhiên chế tạo theo công nghệ dệt Sợi được sử dụng để sản xuất một vải địa kỹ thuật có thểmonofilament hoặc đa filament hoặc một sự kết hợp của từng loại Các sợi được dệt theo chiều dọc và ngang đan vào với nhau Tuy nhiên, hình thức có dạng như những băngphimđã trở thành hình thức phổ biến nhất của các sợi được sử dụng trong sản xuất vải địa kỹ thuật trong những năm gần đây

Vải địa kỹ thuật không dệt cũng được chế tạo từ các sợi tổng hợp hoặc các sợi tự nhiên Về cấu trúc sắp xếp, vải không dệt được hình thành từ những sợi hoặc sợi sắp xếp một cách ngẫu nhiên và liên kết với nhau thành một cấu trúc phẳng Các sợi ban đầu được sắp xếp thành một cáchriêng biệt, sau đó liên kết với nhau.Trong quá trình ghép nhiệt những tấm vải địa kỹ thuật này được sản xuất bằng cách phun các sợi polymer liên tục vào một đai di chuyển và sau đó đi qua con lăn nóng Các con lăn nén các lớp sợi tổng hợp ban đầu và làm tan chảy một phần của polymer, dẫn đến liên kết bằng nhiệt của các sợi tổng hợp Các sợi tổng hợp của vải không dệt phân phối ngẫu nhiên trong một phạm vi rộng hơn của kích thước của vải địa kỹ thuật dệt.Tiếp theo đó, sang quá trình ghép cơ khí các tấm vải địa kỹ thuật được hình thành bằng cách đưa vào một máy được trang bịthiết kế đặc biệt Trong khi các sợi vảiđượcgiữ lại giữa các tấm, kimđục lỗ xuyên qua nó và tái định hướng các sợi

để liên kết cơ khí đạt được trong nhữngsợi riêng lẻ Trong một số trường hợp, các kim cũng có thể rung động hoặc xoay để tăng tốc độsự rối Quá trình này tạo vải trong đó có một mật độ cao, số lượng lớn đáng kểvà dày Cuối cùng là quá trình liên kết hóa chất Đây là phương pháp phổ biến nhất để hình thành vải địa kỹ thuật không dệt Chúng được sản xuất bởiphun sợi polymer vào một băng tải di chuyển

và sau đó phun hoặc tẩm một lớp nhựa acrylic lên trên các sợi tổng hợp Sau khi chữa hoặc lăn, liên kết được hình thành mạnh mẽgiữa các sợi Tạo ra các lỗ nhỏ trênvải để liên kết trên vải được chắc chắn hơn bằng cách làm khô không khí trước khi đưa sản phẩm ra khỏi quy trình chế tạo

Kích thước của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào quy trình sản xuất của từng đơn vị sản xuất, có thể sản xuất theo kích thước tùy ý, tuy nhiên để dễ dàng vận chuyển ngoài thực tế chiều dài thông thường từ 50 đến 200 m, chiều rộng từ 5 đến 5,5 m Chiều dầy của vải địa kỹ thuật có ý nghĩa lớn trong vai trò làm tầng lọc ngược, do tính nén được nên trong điều kiện áp suất bình thường chiều dày của vải địa kỹ thuật khoảng 0,2 đến 10 mm

Đối với vải địa kỹ thuật không dệt, quan hệ ứng suất và biến dạng theo các hướng là như nhau Vậy nên vải không dệt có tính đẳng hướng Đối với loại vải dệt nếu dệt theo phương ngang và dọc cùng một chất liệu vải thì ứng suất theo 2 phương đó là như nhau nhưng theo phương chéo có sự thay đổi Vậy nên vải dệt không có tính đẳng hướng

Tính chất cơ lý biến đổi của polymer theo thời gian gọi là tính đàn hồi dẻo Với lực kéo khổng đổi nhỏ hơn lực kéo đứt tiêu chuẩn thì biến dạng của sợi polymer sẽ dài ra, khi tới một giới hạn xác định thì sợi polymer sẽ bị đứt; khoảng thời gian từ khi biến dạng đến khi đứt gọi là độ bền của vật liệu Độ bền phụ thuộc nhiềuvào yếu tố cấu tạo của sợi polymer

Tính thấm nước của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào các yếu tố: cấu tạo của vải địa kỹ thuật, đất nền phía dưới, lớp phủ phía trên, áp lực nước, hiện tượng lấp tắc, hiện tượng bịt dần Khi dòng thấm vuông góc với mặt phẳng vải tính thấm nước thể hiện theo công thức:

ΔH = a.Vn (1-1) ΔH: Chênh lệch đầu nước khi đi qua vải (m)

a: Hệ số kháng

V: Vận tốc thấm (m/s)

n: Dao động trong khoảng 1 – 2, nếu chảy tầng n = 1, chảy rối n = 2

Cấu tạo của vải địa kỹ thuật ảnh hưởng tới tính thấm của vảiđịa kỹ thuật Giữa các sợi của vải có các khe rống Nếu như các khe rỗng lớn sẽ làm tăng tính thấm nước qua vải và ngược lại

Đất nền có tính thấm riêng Lưu lượng thấm qua vải trước tiên do tính thấm của đất nền quy định

Lớp phủ phía trên vải là các vật liệu rời, che phủ và bịt kín các lỗ trên vải nên làm giảm tính thấm qua vải Hơn nữa các vật liệu rời này cũng tác động xuống vải 1 lực làm giảm độ dày của vải; đặc biệt với các loại vải được chế tạo theo phương pháp cán nóng các vật liệu rời phía trên làm giảm kích thước các lỗ trên vải

và ảnh hưởng tới tính thấm

Lấp tắc là quá trình các hạt đất thâm nhập vào bên trong vải làm bịt lại các lỗ trên vải và làm giảm tính thấm của vải Lấp tắc xảy ra khi đường kính của hạt đất bằng đường kính khe hở giữa 2 sợi dệt và có hiện tượng thấm theo 1 hướng Khi thay đổi chiều của dòng thấm thì hiện tượng lấp tắc sẽ giảm đi

Bịt dần là hiện tượng các hạt cát, phù sa tích đọng lại trên, trong hoặc phía dưới của vải giảm tính thấm của vải

Thành phần của nước cũng ảnh hưởng đến tính thấm của vải Nếu như trong nước có nhiều sắtkhi gặp oxy sẽ kết lại tạo ra rỉ sắt và bịt lại các lỗ trên vải, qua đó ảnh hưởng đến tính thấm

Một trong các tác dụng của vải địa kỹ thuật là giữ lại các hạt đất không cho thấm xói nền Nếu như các hạt đất nhỏ hơn kích thước khe hở giữa các sợi vải thì đất sẽ được giữ lại không gây xói cho nền và ngược lại Tính lọc cát của vải địa kỹ thuật phụ thuộc vào áp lực nước tác động lên công trình Trong nhiều trường hợp các hạt đất nhỏ có kích thước nhỏ hơn kích thước khe hở giữa các sợi vải sẽ được

thoát ra ngoài, các hạt có kích thước lớn được giữ lại và tạo ra tầng lọc ngược rất có lợi cho ổn định nền của công trình Việc xác định khe hở và kích thước các hạt đất rất quan trọng nhằm đảm bảo không gây ra thấm xói cho công trình Một số phương pháp thí nghiệm xác định quan hệ khe hở và đường kính hạt đất

Phương pháp thí nghiệm theomô hình thí nghiệm thủy lựcDELFTđược xác định bằng thiết bị sàng tiêu chuẩn, trong đó vải địa kỹ thuật được dùng thay cho các lưới sàng Sử dụng cát tự nhiên đã qua phân loại đưa lên lưới sàng và tiến hành sàng trong 5 phút để xác định các đường kính D90; D60;…

Phương pháp thí nghiệm theo phương pháp ASTM (American Society for testing and meterial)khá giống với phương pháp thí nghiệm của (DELFT) Nhưng điểm khác biệt theo phương phápnày ở chỗ không dùng cát thiên nhiên đã qua phân loại mà dùng thủy tinh tròn có đường kính xác định, thời gian sàng và đặc tính của thiết bị sàng cũng khác nhau Phương pháp ASTM sử dụng D95 làm đường kính biểu kiến cho từng loại vải địa kỹ thuật

1.1.2 Phân loại vải địa kỹ thuật

Vải ÐKT đuợc chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi: dệt, không dệt

và vải địa phức hợp:

Nhóm dệt gồm những sợi đuợc dệt ngang dọc giống như vải may, như vải địa kỹ thuật loại dệt polypropylen Biến dạng của nhóm này thuờng đuợc thí nghiệm theo 2 huớng chính: huớng dọc máy, viết tắt MD (machine direction) và hướng ngang máy, viết tắt CD (cross machine derection) Sức chịu kéo theo hướng dọc máy bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo huớng ngang máy Vải dệt thông thuờng được ứng dụng làm cốt gia cuờng cho các công tác xử lý nền đất khi có yêu cầu Đặc điểm của loại vải địa kỹ thuật dệt thường chế tạo có cường lực cao Khii làm việc, vải được trải lên trên mặt đất tạo lớp phân cách, các sợi vải được chia nhỏ sức ép của đất đắp phía trên cũng như đối với khối lượng của công trình không làm cho nền đất bị đào thành các hốc đất nhỏ và sự tác động qua lại giữa vải và lớp đất xung quanh tạo ra sự ma sát lớn hạn chế sự di chuyển của đất

Nhóm không dệt gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một huớng nhất định nào, đuợc liên kết với nhau bằng phương pháp hóa (dùng chất dính), hoặc nhiệt (dùng sức nóng) hoặc co lại (dùng kim dùi)

Nhóm vải phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt Nhà sản xuất may những bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ các chức năng của vải dệt và không dệt

1.1.3 Tính năng vải địa kỹ thuật

+ Chức năng phân cách: Lớp vải địa kỹ thuật dùng để ngăn cách giữa hai lớp vật liệu có kích thước hạt khác nhau, dưới tác động của ứng suất nhất là những ứng suất do các phương tiện vận chuyển tác động lên làm cho vật liệu hạt giữ nguyên vẹn các đặc tính cơ học của nó.Các phương pháp thông thường để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nước là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công Mức độ tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền có CBR (Califomia Bearing Ratio–chỉ số biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu dùng trong tính toán thiết kế kết cấu của áo đường theo phương pháp của AASHTO) nhỏ hơn 0,5 Việc sử dụng loại vải địa kĩ thuật thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đường sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai loại đất Vải địa kĩ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng

kể chi phí xây dựng Ngoài ra, vải địa kĩ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường nhằm bảo toàn các tính chất cơ lí của vật liệu đắp

và do đó nền đường có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng

xe

+ Chức năng gia cường: Vải địa kỹ thuật có tính chịu kéo cao Người ta lợi dụng đặc tính này để truyền cho đất một cường độ chịu kéo nào đó theo kiểu gia cố cốt cho đất hoặc chứa đất vào các túi vải địa kỹ thuật

+ Chức năng bảo vệ: Ngoài độ bền cơ học như bền kéo, chống đâm thủng cao … Vải địa kỹ thuật còn có tính bền môi trường (chịu nước mặn) và khả năng tiêu thoát nước nhanh Nên vải địa kỹ thuật được kết hợp với các vật liệu khác như

thảm đá, rọ đá, đá hộc, bê tông … để chế tạo lớp đệm chống xói cho đê, đập, bờ biển, trụ cầu …

+ Chức năng lọc: Lớp vải địa kỹ thuật đóng vai trò là lớp lọc được đặt giữa hai lớp vật liệu có độ thấm nước và cỡ hạt khác nhau, chức năng của lớp lọc là tránh

sự xói mòn từ phía vật liệu có cỡ hạt mịn hơn vào lớp vật liệu thô

+ Chức năng tiêu thoát nước: Khả năng thấm theo phương vuông góc với mặt phẳng vải địa kỹ thuật không dệtđể chế tạo mương tiêu thoát nước ngầm Dòng thấm trong đất sẽ tập trung đến rãnh tiêu có bố trí lớp vải lọc và dẫn đến khu tập trung nước bằng đường ống tiêu

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của một số loại vải không dệt TS

Tính chất

Tiêu chuẩn thử nghiệm

10319 Giữ được hơn 70% cường độ sau khi phơi 3 tháng ngoài trời

Thí nghiệm theo tiêu chuẩn ISO

Thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM

Cường độ

kéo giật

ASTM D4632 475/420 560/510 690/600 825/720 920/810 1150/1025 1300/1200 1500/1400 1770/1650 Kích thước

Nguồn tài liệu: http://www.aritex com

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật loại vải dệt GET

1.2 Vấn đề sử dụng vải địa kỹ thuật cho gia cố nền đất yếu

Khái niệmđất yếu được hiểu là đất có độẩm cao, sức kháng cắt thấp, mực nước ngầm tương đối sát mặt đất, hàm lượng hữu cơ cao Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều Giá trị lún thứ cấp chiếm 10 – 15% độ lún ban đầu; độẩm: 30% đối vớiđất cát pha; 50% đối vớiđất sét; 100% đối vớiđất hữu cơ, chỉ số xuyên tiêu chuẩn từ 0 đến 5, sức kháng cắt không thoát nước khoảng 20 – 40 Kpa, áp lực nén 1 trục có nở hông khoảng 40 - 50 Kpa, sức chịu tải bé (0,5 - 1kg/cm2),đất có tính nén lún lớn (a>0,1 cm2/kg),hệ số rỗng e lớn (e > 1,0),độ sệt lớn (B>1), Môđun biến dạng bé (E<50kg/cm2); Khả năng chống cắt (C) bé, khả năng thấm nước bé, độ bão hòa nước G>0,8, dung trọng bé.Ngoài ra đất yếu có thể xuất hiện tùy thuộc vào quy mô và kích thước công trình xây trên nền đất Nếu như kích thước công trình nhỏ xây dựng trên khu đất ít gây tác động lớn tới nền đất thì chưa thể là đất yếu, tuy nhiên nếu tăng quy mô và kích thước công trình lớn hơn trên nền đất đó thì nền đất đó lại trở thành đất yếu; đối với chỉ tiêu này hiện nay chưa cóđược con số cụ thể nào nói về tương quan giữa kích thước công trình và nền đất để sinh ra đất yếu

Sử dụng vải địa kỹ thuật để gia cố nền đất yếunhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ

số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường

- Tác dụng là tầng lọc ngược Vải địa cần phải có kích thước lỗ hổng đủ nhỏ

để ngăn chặn không cho các loại hạt đất cần bảo vệ đi qua, đồng thời kính thước lỗ

hổng cũng phải đủ lớn để có đủ khả năng thấm nước bảo đảm cho áp lực nước kẽ rỗng được tiêu tán nhanh

- Vải có khả năng chống hư hỏng trong thi công và lắp đặt

- Để có khả năng phân cách hiệu quả, vải địa kĩ thuật phải đảm bảo không bị chọc thủng trong quá trình thi công như bị thủng bởi các vật liệu sắc cạnh như sỏi,

đá và vật cứng xuyên thủng, hoặc lớp đất đắp không đủ dày trong khi đổ đất Với trường hợp sau, chiều dày thiết kế tối thiểu của lớp đắp cần phải được duy trì trong suốt quá trình thi công Để ngăn ngừa vải bị chọc thủng trong thi công, người ta thường tính toán các thông số sau để xác định tính kháng chọc thủng sau:

Chiều dày lớp đất đắp đầu tiên trên mặt vải, phụ thuộc vào giá trị CBR của đất nền bên dưới lớp vải địa

Sự hiện hữu của vật cứng, sỏi, đá trong đất đắp đặc biệt là đối với đất lẫn sạn sỏi

Loại thiết bị thi công, tải trọng và diện tích tiếp xúc của bánh xe và từ đó gây

ra áp lực tác dụng tạo cao trình mặt lớp vải

Lực kháng xuyên thủng của vải địa có thể xác định dựa theo điều kiện cân bằng lực:

Trong đó:

dh : đường kính trong bình của lỗ thủng

hh : độ lún xuyên thủng lấy bằng dh

P : áp lực do tải trong bánh xe tác dụng ở cao trình lớp vải

Hoặc có thể xác định lực kháng xuyên thủng theo phương pháp AASHTO:

Phương pháp thi công

Vải địa kĩ thuật thường được thi công theo các trình tự sau:

- Chuẩn bị nền đường: phát quang những cây cối, bụi rậm, dãy cỏ trong phạm vi thi công Gốc cây đào sâu 0.6m dưới mặt đất Nền đường cần có độ dốc để thoát nước khi mưa

- Trải vải địa kĩ thuật trên nền đường, lớp vải nọ nối tiếp lớp vải kia theo một khoảng phủ bì tùy thuộc vào sức chịu tải của đất (CBR)

Bảng 1.3 Chỉ dẫn chọn khoảng cách giữa 2 lớp vải theo chỉ số CBR

CBR Vải không khâu Vải khâu

Trên thực tế, vải địa kỹ thuật đã được áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực thủy lợi, giao thông và xây dựng nói chung Trong lĩnh vực thi công xây dựng đê chắn sóng, vải địa kỹ thuật cũng thường được lựa chọn dùng để gia cố ổn định nền của công trình Công trình đê chắn sóng tại thành phố Ostend, vương quốc Bỉ là một ví

dụ Tại cảng Ostend, chính quyền địa phương đã tiến hành xây dựng 2 tuyến đê dài lần lượt là 700m và 800m để tạo ổn định khu nước trong bể cảng, giảm sóng để có thể đón được những con tàu có trọng tải lớn hơn ra vào cảng Mực nước thiết kế cao trình +6,7 m, chiều cao sóng thiết kế tại khu vực Hs=4,8 m với chu kỳ Tp = 10,6 s

Đê được thiết kế với cao trình +8,0 m.Kết quả khảo sát địa chất tại vị trí xây dựng của 2 tuyến đê đưa ra kết luận xuất hiện một lớp cát chặt có độ dày lớn xen kẹp một lớp sét pha Nguồn gốc của lớp địa chất yếu này có thể xuất phát từ nguyên nhân của công trình nạo vét cơ bản thực hiện 25 năm trước cho luồng tàu kết hợp lấy vật liệu san lấp tạo bãi Công trình nạo vét này được thực hiện bằng tàu hút thủy lực do

đó tạo ra các lỗ rỗng lớn dưới đáy biển Do kết quả của vận tải bùn cát, các lỗ hổng này được điền đầy bởi bùn cát đáy trong nhiều năm tiếp theo Điều này tạo ra một lớp đất không đồng nhất có đặc điểm cơ lý rất yếu dày từ 8 đến 10m tại vị trí đê chắn sóng phía Tây Bắc Để đảm bảo ổn định trượt và lún của công trình, nhiều biện pháp đã được áp dụng như bệ phản áp, cọc cát, vải địa kỹ thuật,

Trong đó vải địa kỹ thuậtđược thiết kế là loại vải siêu cường có cường độ kháng cắt rất lớn Qua thử nghiệm và phân tích tính toán, loại vải được chọn là loại vải Stabilenka 1600/250, đây là loại vải dệtvới cường độ chịu kéo theo phương vuông góc với trục đê chắn sóng đạt 1600kN/m và 250kN/m theo phương dọc trục

Hình 1.1 Địa hình khu vực cảng Ostend

Hình 1.2 Kết quả xuyên côn CPTs tại vị trí đê chắn

sóng phía Đông

1.3 Ảnh hưởng của tải trọng sóng biển tới ổn định công trình

Để tính toán ảnh hưởng của tải trọng sóng tác động lên công trình thường phải sử dụng các yếu tố sóng theo một tần suất nào đó như: H1/3, H1/10, H1/100, Các đại lượng đặc trưng thống kế này tùy thuộc vào các dạng phân bố thống kê hoặc loại phổ sóng mà người thiết kế sử dụng Hầu hết các bài toán ứng dụng có liên quan đến sóng biển hiện nay đều có nhu cầu phân tích năng lượng phổ sóng ven bờ để nghiên cứu cấu trúc động lực nội tại của sóng trong đới sóng vỡ thông qua các đại lượng:

- Tp, fp: Chu kỳ và tần số xuất hiện đỉnh phổ sóng

- Sp: Phổ mật độ năng lượng

- Hm0: Chiều cao sóng hiệu dụng có được sau khi phân tích phổ

Việc tính toán tác động tải trọng của sóng lên công trình được tuân theo các tiêu chuẩn cụ thể như: TCVN 8421:2010 công trình thủy lợi – tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu, 14 TCN 130:2002 Tiêu chuẩn hướng dẫn thiết

kế đê biển và một số hướng dẫn tính toán khác

Các trường hợp tính toán ổn định của công trình xét tới tải trọng sóng:

Tải trọng và tác động của sóng lên công trình có mặt ngoài nghiêng

Đối với các sóng đến trực diện và khi chiều sâu trước công trình d ≥ 2h1%, phải xác định chiều cao sóng leo trên mái với tần suất leo 1% (hrun1%, m) theo công thức:

Hrun1% = krkpkspkrunh1% (1-3)

kr và kp: Hệ số nhám và hệ số hút nước của mái dốc

ksp: Hệ sốtheo vận tốc

krun: Hệ số được lấy theo độ thoải của sóng /h1% ở vùng nước sâu

Nếu mái dốc có 1,5 ≤ ctg ≤ 5 được gia cố bằng các bản liền khối hoặc bản lắp ghép phải được lấy theo hình 1, đồng thời áp lực tính toán lớn nhất của sóng pdcần được xác định theo công thức:

pd = ks kf prel gh (1-4)

ks: Hệ số, được tính theo công thức; ks = 0,85 + 4,8 h+ ctg (0,028 – 1,15 h );

prel: Áp lực sóng tương đối lớn nhất lên mái dốc ở điểm 2

Hình 1.3 Biểu đồ áp lực sóng tính toán lớn nhất lên mái dốc được

Với các hướng dẫn tính toán được đề cập ở các trường hợp trên mới chỉ đề cập được tác động của sóng lên công trình với công trình là đê biển có mái dốc không thấm nước, chưa xét đến ảnh hưởng của dao động mực nước trước công trình

do sóng và thủy triều đối với các lớp đất nền Trên thực tế, sự dao động này gây ảnh hưởng rất lớn đến sự ổn định của đê chắn sóng, nhất là những khu vực xây dựng đê chắn sóng có nền địa chất yếu có thể gây ra hiện tượng trượt sâu qua nền Do đó, cần phải có một phương pháp tiếp cận mới trong việc tính toán ổn định đê chắn sóng có xét ảnh hưởng do dao động mực nước trước đê do sóng và thủy triều gây ảnh hưởng tới các lớp đất nền Trong luận văn này, tác giả xin đề xuất cách tiếp cận mới có xét đến sự ảnh hưởng nêu trên

Cách tiếp cận vấn đề này được xét trong 2 điều kiện biên:

- Bản thân nền địa chất dưới đê chắn sóng là đất yếu, ứng suất hiệu quả < 0

- Dao động của mực nước khi sóng rút vào thời điểm bụng sóng tiếp xúc với mái đê ứng với mực nước triều thấp Quá trình dao động mực nước này gây lên hiện tượng quá áp lực trong các lớp đất nền

Vấn đề lựa chọn các phương pháp gia cố xử lý nền đất yếu được nghiên cứu

cụ thể trong chương 2 của luận văn Việc lựa chọn các giải pháp để phù hợp với tình hình địa chất khu vực, điều kiện tự nhiên, điều kiện thi công,…Trong đó phương pháp gia cố xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật là biện pháp thường được áp dụng và thường được kết hợp với các biện pháp khác để xử lý

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

2.1 Các phương pháp xử lý nền đất yếu

Các phương pháp xử lý nền đất yếu bao gồm: phương pháp cơ học, phương pháp vật lý, phương pháp nhiệt học, phương pháp sinh học, phương pháp hóa học, phương pháp thủy lực

Phương pháp cơ học: Đây là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm,

sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học

Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như dùng máy đầm rung, đầm lăn Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng Sử dụng hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường bộ và đường sắt Sử dụng thuốc nổ sâu đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng

Đối với nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước ta dùng phương pháp gia tải trước Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất

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

- Có thể kết hợp dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian

Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn,nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị

ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý,cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày

> 3m

Đối với các lớp đất yếu như: Than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão thông thường xử lý nền bằng cọc vôi và cọc đất – ximăng.Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau:

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

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

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

Việc chế tạo cọc đất - ximăng cũng giống như đối với cọc đất - vôi, xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun.Hàm lượng ximăng có thể từ 7 - 15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét

Đối với các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m thường được ứng dụng xử lý bằng đệm cát Hiệu quả của phương pháp này mang lại:

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

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

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

- Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được

- Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt

- Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình

- Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi

Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm

Phương pháp nhiệt học: Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu Phương pháp này chủ yếu

sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan

Phương pháp hóa học: Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ

Phương pháp sinh học: Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế

Phương pháp thủy lực: Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân

không, sử dụng điện thẩm Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm xuyên, bơm cát…

2.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật

Để thiết kế vải địa kỹ thuật trong khi thi công xây lắp, nhất là vấn đề xử lý trên nền đất yếu trước hết cẩn có những phân tích, nhận định về yêu cầu đặt ra của vải địa kỹ thuật để xử lý trên nền đất yếu đó

Việc sử dụng vật liệu vải địa kỹ thuật phù hợp ở phía dưới đáy của nền đắp

sẽ làm tăng cường độ chịu kéo, cải thiện độ ổn định chống lại sự trượt của khối đất

và làm độ lún của công trình được trải dàn đều hơn trên diện tích đắp

2.2.1 Các chỉ tiêu của đất cần dùng cho thiết kế vải lọc

Cu = (2-1) Trong đó: d60 - đường kính của hạt đất có 60 % khối lượng hạt nhỏ hơn

d10 - đường kính của hạt đất có 10 % khối lượng hạt nhỏ hơn

Theo hệ số đồng đều Cu, đất được phân ra các loại sau:

Các trạng thái của đất đặc trưng bằng các giới hạn Atterberg sau đây:

Giới hạn dẻo Wp (đất từ nửa cứng sang dẻo)

Giới hạn chảy WL (đất từ dẻo sang chảy)

Chỉ số dẻo Ip, xác định theo công thức

Đất có chỉ số Ip lớn hơn 5 gọi là đất dính, Ip nhỏ hơn hoặc bằng 5 là đất rời (không dính)

e, Hệ số thấm của đất (k)

Theo định luật Darcy vận tốc dòng chảy của nước trong đất (v) tỷ lệ với giá trị gradient thủy lực (i)

Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm thấm của đất

Hệ số thấm của đất (k) được xác định trong phòng thí nghiệm theo sơ đồ trên

Từ thí nghiệm trên biết lưu lượng Q chảy qua đất bề mặt diện tích (A) trong một đơn vị thời gian (sec) từ đó tính hệ số thấm (k) theo công thức:

Tại hiện trường, hệ số thấm được xác định bằng phương pháp bơm, đổ nước

hố khoan hoặc hút nước thí nghiệm

f, Độ chặt tương đối của đất

Độ chặt tương đối RD đặc trưng cho độ chặt của đất nguyên trạng tại hiện trường và được xác định bởi công thức:

RD = (2-6) Trong đó: e - Hệ số rỗng của đất tự nhiên

emax - Hệ số rỗng tương ứng với đất xốp

emin - Hệ số rỗng tương ứng với đất chặt

Độ chặt của đất được phân theo độ chặt như sau:

RD không quá 35 % - đất xốp

RD từ 35 đến 65 % - đất chặt vừa

RD lớn hơn 65 % - đất chặt

2.2.2 Các phương pháp thiết kế vải lọc

a, Phương pháp đồ giải của POLYFELT

Đây là phương pháp sử dụng để thiết kế vải địa kỹ thuật của Áo, đầu tiên sử dụng đồ thị chọn vải theo yêu cầu độ bền cơ học, sau đó kiểm tra yêu cầu chặn đất

và thấm nước của vải Hiện nay phương pháp này chỉ xét các loại đất rời và đất dính, chưa xét đến loại đất có khả năng phân rã hoặc bùn cát

- Xác định vải địa kỹ thuật theo yêu cầu cơ học

Vải địa kỹ thuật phải chống được lực đâm thủng do đá rơi trong quá trình thi công lớp bảo vệ Hình 2-5 mô tả quan hệ giữa chiều cao rơi và khối lượng của đá với một số loại vải không dệt do POLYFELT sản xuất Dựa vào đồ thị này chọn được loại vải cần thiết

Hình 2.3 Áp lực cơ học trong quá trình thi công

- Kiểm tra vải theo yêu cầu thủy lực (bao gồm kiểm tra tính chặn đất và tính thấm nước của vải)

Đối với đất rời không dính

Yêu cầu chặn đất: Việc chế tạo vải có kích thước lỗ lọc được chọn theo độ đồng nhất Cu và đường kính d50 của hạt đất

Tùy theo đặc trưng hạt và độ đồng nhất Cu của đất, kích thước lỗ lọc của vải phải không vượt quá giá trị quy định ở bảng dưới đây

Bảng 2.1 Kích thước lỗ lọc của vải theo yêu cầu chặn đất khi đất

không dính và dòng chảy rối

d85/d50

Độ đồng nhất

Nhỏ hơn 3 Không quá 1,0 d50 Không quá 1,5 d50 Không quá 1,5 d50

Từ 3 đến 6 Không quá 1,2 d50 Không quá 1,8 d50 Không quá 1,8 d50Lớn hơn 6 Không quá 1,0 d50 Không quá 1,6 d50 Không quá 2,0 d50

Yêu cầu về thấm nước:

Hệ số thấm của vải địa kỹ thuật phải thỏa mãn yêu cầu:

Trong đó: kg - hệ số thấm của vải địa kỹ thuật

t - độ dày của vải

k - hệ số thấm của đất

d50 - đường kính hạt đất có 50 % khối lượng hạt đất nhỏ hơn

Đối với đất rời dính

Yêu cầu chặn đất

Kích thước lỗ lọc của vải chọn tùy theo độ dính của đất

Đối với đất dính có chỉ số dẻo Ip trên 20 %, vải phải thỏa mãn đồng thời 2 yêu cầu về kích thước lỗ lọc (Dw) và chiều dày t của vải:

Dw ≤ 0,11 mm vàt ≥ 1,5 mm Đối với đất dính có chỉ số dẻo Ip dưới 20 %, vải phải thỏa mãn yêu cầu:

Dw ≤ d85Trong đó d85 là đường kính hạt đất có 85 % khối lượng hạt đất nhỏ hơn Yêu cầu thấm nước

Hệ số thấm của vải (kg) và của đất (k) phải thỏa mãn điều kiện:

b, Phương pháp đồ giải của NICOLON

Phương pháp này do hãng NICOLON (Hà Lan) đề xuất Có thể tính cho các loại đất rời, đất dính, đất phân rã và đất bụi bùn Sơ đồ tính toán thiết kế bao gồm 7 bước

Bước 1: Xác định yêu cầu lọc

Trong kết cấu lọc vải ĐKT thường nằm kẹp giữa một phía là đất nền và phía kia là vật liệu tiếp giáp Đối với kết cấu tiêu ngầm, vật liệu tiếp giáp là sỏi, sỏi dăm;

đối với kết cấu bảo vệ bờ, vật liệu tiếp giáp là đá tảng, đá xếp, rọ đá hoặc tấm bê tông

Việc chặn đất và thấm nước là 2 yêu cầu trái ngược nhau, trong từng trường hợp cụ thể, cần xác định yêu cầu chủ đạo của tầng lọc

Ví dụ, khi vật liệu tiêu tiếp giáp có lỗ rỗng tương đối nhỏ (như bấc thấm) đòi hỏi tầng lọc có khả năng chặn đất cao Trái lại, khi vật liệu tiếp giáp có độ rỗng lớn (sỏi, dăm) tiêu chuẩn thấm nước và chống tắc của vải phải được ưu tiên

Bước 2: Xác định điều kiện biên

- Đánh giá áp lực tiếp giáp

Áp lực tiếp giáp ảnh hưởng đến độ thấm của vải và độ bền của vải khi thi công

- Định rõ điều kiện dòng chảy:

Điều kiện dòng chảy có thể ổn định hoặc động, ứng với mỗi trường hợp có

Bước 3: Xác định vải theo yêu cầu chặn đất

Đối với dòng chảy động, chọn vải theo yêu cầu chặn đất được tiến hành theo

sơ đồ hình 2.4

Hình 2.4 Sơ đồ chọn vải theo yêu cầu chặn đất trong điều kiện dòng

- Xác định tiềm năng phân rã của đất

Đối với đất hạt mịn có độ dẻo nhất định, dùng phép thử nghiệm theo ASTM D4221 để xác định tiềm năng phân rã của đất Giá trị này (DHR) dùng để chọn vải theo sơ đồ trên hình 2.4

- Xác định kích thước lỗ vải theo yêu cầu chặn đất

Dựa vào tính chất đất, theo sơ đồ hình 2.4 tìm được kích thước lỗ lọc (O95) của vải

Bước 4: Xác định vải theo yêu cầu thấm