LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BẤC THẤM SBD THAY LỚP ĐỆM CÁT

Trong những năm gần đây với những tiến bộ của các ngành khoa học, môn cơ học đất và nền móng đã có những bước tiến nhanh chóng. Các công trình ngày một ổn định hơn. Tuy nhiên những công trình bị hư hại nặng vẫn thường xuyên xảy ra mà nguyên nhân chính là chưa quan tâm đúng mức đến vai trò của nền đất bên dưới công trình. Đối với nước ta là nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra ngày càng mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương đầu với hàng loạt các vấn đề xây dựng các công trình lớn, các nhà máy công nghiệp nặng trên nền đất yếu, khắc phục các sự cố công trình do nền đất bên dưới công trình gây ra,….Tất cả những vấn đề đấy là động lực thúc đẩy sự nghiên cứu và phát triển của kỹ thuật gia cố đất xử lý nền nhằm gia tăng sức chịu tải của nền đất yếu dưới móng công trình .

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây với những tiến bộ của các ngànhkhoa học, môn cơ học đất và nền móng đã có những bước tiếnnhanh chóng Các công trình ngày một ổn định hơn Tuy nhiênnhững công trình bị hư hại nặng vẫn thường xuyên xảy ra mànguyên nhân chính là chưa quan tâm đúng mức đến vai trò củanền đất bên dưới công trình Đối với nước ta là nước đang pháttriển, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra ngàycàng mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương đầu vớihàng loạt các vấn đề xây dựng các công trình lớn, các nhà máycông nghiệp nặng trên nền đất yếu, khắc phục các sự cố côngtrình do nền đất bên dưới công trình gây ra,….Tất cả những vấn

đề đấy là động lực thúc đẩy sự nghiên cứu và phát triển của kỹthuật gia cố đất xử lý nền nhằm gia tăng sức chịu tải của nền đấtyếu dưới móng công trình

Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng SBD thay lớp đệm cátcũng là một trong những phương pháp đã được đưa vào sử dụng

thay thế gần đây,do nhu cầu về cát ngày một khan hiếm và donhu cầu về môi trường ,đảm bảo lợi ích về kinh tế cũng như tínhhiệu quả cao của bấc thấm so với đệm cát

Do hạn chế về thời gian nên trong cuốn đồ án này chỉ dừnglại ở mức độ nghiên cứu lý thuyết và một số ứng dụng cụ thể màkhông đi sâu tính toán các thông số có trong công thức

Vì là lần đầu tiên thực hiện một đề tài mang ý nghĩa nghiêncứu và ứng dụng nên không thể tránh khỏi những sai sót em rấtmong nhận được sự chỉ dạy tận tình của các thầy cô

Em chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn địa kỹthuật đặc biệt là thầy Ngô Tấn Phong đã giúp đỡ em thực hiệncuốn đồ án này

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm về đất yếu:

Đất yếu là đất có sức chịu tải nhỏ và có tính nén lún lớn, hầunhư đất yếu bảo hòa nước, có hệ số rỗng lớn, hệ số nén lún lớn,trị số sức chống cắt không đang kể

Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước,thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình hành đá sét, các loạicát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn và các trầm tích bị mùn hóa,than bùn hóa, v.v

1.2 Một số đặc điểm của đất yếu :

- Các đặc trưng cơ học:

- Modul biến dạng: E 50kg/cm2

- Lực dính của đất: C 0 , 1kg/cm2

- Góc ma sát trong của đất:   10 0

1.3 Các dạng đất yếu thường gặp trong thực tế:

- Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đốichặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp;

- Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước,thành phần hạt rất mịn

(<200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rấtyếu về mặt chịu lực;

- Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, đượchình thành do kết quả

phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ

20 – 80%);

- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể

bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tảitrọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy.

- Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn,dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập

- Đất hoàng thổ và các dạng đất hoàng thổ có hệ số rỗng lớn,khi ở trạng thái khô có khả năng chịu lực lớn,nhưng khi ngậmnước gây biến dạng lớn

1.4 Nguồn gốc của đất yếu:

- Có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vũng vịnhhoặc biển

- Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích(deluvi), lũ tích (proluvi), lở tích (koluvi), do gió, do lầy, do băng

và do con người (đất đắp)

- Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châuhoặc vịnh biển

- Nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nướckhông sâu quá 200m, thềm lục địa (200-3000m) hoặc biển sâuhơn 3000m.

- Do vậy khi xây dựng công trình trên nền đất yếu cần phải

áp dụng các phương pháp xử lý nền hợp lý nhằm cải thiện tíchchất cơ lý của đất nền theo chiều hướng tăng độ chặt, tính liềnkhối, độ bền, độ ổn định, giảm độ biến dạng và độ thấm nước

1.5 Các giải pháp cải tạo đất yếu :

1.5.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý đất yếu :

- Tăng sức chịu tải

- Kiểm soát biến dạng và đẩy nhanh cố kết

- Ổn định theo phương ngang

- Cắt đường viền thấm

- Tăng khả năng chống hoá lỏng

Những chức năng này có thể đạt được bằng nhiều cách,trong

đó có hoặc không sử dụng tới vật liệu ngoài việc sử lý đất trên bề

mặt thường là dễ và ít tốn kém Tuy nhiên ,ở độ sâu lớn việc sử

lý trở nên khó khăn hơn ,đòi hỏi phân tích kỹ lưỡng và cần cácthiết bị chuyên dụng,quy trình thi công phức tạp

Khi xây dựng công trình trên đất yếu chúng ta gặp phải rấtnhiều khó khăn.Xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường,thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớpđất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùngphương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tảicủa nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bìnhthường cho công trình

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún,sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có nhữngbiện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được cáctính chất cơ lý của nền đất Do vậy việc đánh giá chính xác vàchặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thínghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra cácgiải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó

khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học vàkinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hưhỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.

1.5.2 Các giải pháp cải tạo đất yếu :

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụthuộc vào nhiều điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểmcủa nền đất,đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn v.v Với từngđiều kiện cụ thể mà ngưởi thiết kế đưa ra biện pháp hợp lý để sửlý

Có thể phân loại các biện pháp xử lý thành 6 nhóm:

Một số phương pháp xử lý nền chỉ thích hợp với một loại đấtnhất định nào đó trong khi các phương pháp khác lại thích hợpvới nhiều loại đất.

Các biện pháp xử lý nền thông thường:

+ Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặtbằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng các loạicọc (cọc cát, cọc đất, cọc balat, cọc vôi…), phương pháp thayđất, phương pháp nén trước…

+ Các biện phap vật lý: Gồm các phương pháp hạ mựcnước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, bấc thấm, điệnthấm…

+ Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đấtbằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp silicat hóa, phươngpháp điện hóa…

1.5.3 Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền:

Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn (3m) nằm trực tiếpdưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp xử lýnhân tạo như đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệ phản áp… để gia

cố đất nền

Các biện pháp kể trên được áp dụng nhằm tăng khả năngchịu lực và hạn chế mức độ biến dạng của đất nền dưới tác dụngcủa tải trọng công trình Đối với nền đường, nền đất đắp nằmtrên vùng bùn lầy thì việc áp dụng bệ phản áp để khống chế khảnăng phát triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đất yếu gây ra làmột trong những biện pháp xử lý hiệu quả nhất

1.5.4 Các phương pháp xử lý nền bằng hóa lý :

Những phương pháp gia cường bằng hóa lý hiện nay đượcứng dụng trên thế giới bao gồm: phụt vữa xi măng, silicat hóa,trộn vật liệu (bitum, vôi, ximăng, nhựa tổng hợp), điện hóa, điệnthấm, nhiệt…

Áp dụng các phương pháp trên có những tác dụng thực tếsau đây:

- Làm tăng khả năng chịu lực của nền, đảm bảo nền được ổnđịnh về phương diện cường độ do khi công trình có tải trọngngang lớn

- Tạo màng chống thấm dưới nền công trình đặc biệt là đốivới các công trình thủy lợi, để làm giảm khả năng thấm và áp lựcđẩy lên của nước ngầm tác dụng vào móng công trình

- Gia cường mặt tiếp giáp giữa nền và móng để chống thấm

Nếu xét tới các yếu tố như :ý nghĩa công trình ,tải trọng tácdụng ,điều kiện hiện trường ,thời gian xây dựng ,…thì việc lựachọn phương pháp thích hợp cho loại đất riêng biệt trở nên rấtquan trọng.Đối với đất yếu và đất dính trong vùng dễ lún ,việccải tạo đất bằng gia cố (cọc cát đầm chặt ),bằng vật liệuchộn( phương pháp trộn sâu ) và bằng thoát nước (tiêu nướcthẳng đứng ) là thích hợp Với công trình đắp việc cải tạo đất baogồm cho cả nền đất lẫn khối đất đắp.

1.5.5 Các phương pháp làm tăng độ chặt của nền đất yếu :

Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước,tính nén lớn hoặc đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn địnhdưới tác dụng của tải trọng (đất cát rời, đất dính ở trạng tháichảy, đất bùn, than bùn…) thì móng công trình không thể đặttrực tiếp trên nền thiên nhiên được mà cần có biện pháp gia cố.Đặc điểm của các loại đất này là sức chịu tài nhỏ, độ lún lớn

và có khả năng gây biến dạng không đồng điều dưới đế móngcông trình Do vậy, để xây dựng các công trình chịu tải lớn trên

nền đất có tính chất như trên người ta thường dùng các biện phápnhư: cọc cát, cọc đất, giếng cát, nổ mìn, nén trước bằng tải trọngtĩnh… nhằm làm tăng độ chặt của nền đất, tạo điều kiện cho nềnđất đủ khả năng chịu tải.

Nếu xét tới các yếu tố như :ý nghĩa công trình ,tải trọng tácdụng ,điều kiện hiện trường ,thời gian xây dựng ,…thì việc lựachọn phương pháp thích hợp cho loại đất riêng biệt trở nên rất

quan trọng.Đối với đất yếu và đất dính trong vùng dễ lún ,việccải tạo đất bằng gia cố (cọc cát đầm chặt ),bằng vật liệuchộn( phương pháp trộn sâu ) và bằng thoát nước (tiêu nướcthẳng đứng ) là thích hợp Với công trình đắp việc cải tạo đất baogồm cho cả nền đất lẫn khối đất đắp.

Để rút ngắn thời gian cố kết,nâng cao sự ổn định của côngtrình người ta thường sử dụng thiết bị tiêu nước thẳng đứng kếthợp với gia tải trước bằng các khối đất đắp tạm thời.Thiết bị tiêunước thẳng đứng gồm nhiều loại với các đặc trưng cơ lý khácnhau nhằm tạo ra đường thoát nước nhân tạo cho đất

Phương pháp PVD cũng là một phương pháp như vậy,dùngkết hợp PVD và lớp đệm cát bên trên kết hợp với gia tải trướccũng là một phương pháp khá khả quan Như đã biết từ trước tớinay chúng ta vẫn quen với việc cải tạo đất yếu bằng bấc thấmPVD kết hợp với lớp đệm cát,ngày nay với điều kiện ngày mộtkhan hiếm nguồn cát ,việc tìm kiếm vật liệu cát có cở hạt lớn,độsạch cao,hệ số thấm lớn…làm lớp cát đệm trong công tác xử lý

nền đất yếu và với điều kiện giá thành quá cao,quản lý chất lượnggặp rất nhiều khó khăn,có thể dẫn tới việc chậm tiến độ thi côngcông trình ,đôi khi có một số công trình có thể dừng thi công,đểđiều chỉnh lại dự toán hay giá vật liệu…ảnh hưởng chung tới tiến

độ của dự án ,làm cho hiệu quả kinh tế bị hạn chế Việc sử dụngvật liệu thấm ngang (super Board Drain – SBD )mở ra hướng đimới để giải quyết các vấn đề khó khăn nêu trên về nhược điểm vềchỉ số kinh tế mà vẫn đảm bảo tốt các tiêu chuẩn quy định và kỹthuật xây dựng công trình,đặc biệt là thoát nước nhanh

1.6 Phương Pháp Dùng SBD Thay Lớp Đệm Cát :

Trước đây, việc sử dụng phương pháp bấc thấm đứng PVDkết hợp gia tải trước, và lớp đệm cát dùng làm lớp thoát nướcngang cho bấc thấm đứng đã được áp dụng khá phổ biến ở ViệtNam đem lại hiệu quả tốt cho việc xử lý đất yếu

Đây là một loại vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu và sốlượng ,và môi trường ,yêu cầu về kỹ thuật ,thi công đơn giản vàgọn nhẹ Ngoài ra còn mang tính kinh tế hơn nhiều so với vật liệu

truyền thống là cát hạt trung Thực tế ở nước ta,việc ứng dụngvật liệu mới này đang còn trong giai đoạn vừa thí nghiệm vừaứng dụng như các công trình đường vào cầu Cần Thơ và dự ánĐại Lộ Đông Tây,tại Tp.Nên việc nghiên cứu thay thế tầng đệmcát bằng vật liệu mới là hết sức cần thiết và mang tính thực tiễncao,góp phần giảm chi phí đầu tư và tạo thêm một nghành sảnxuất vật liệu mới mang lại hiệu quả kinh tế cao.Vì vậy đặt vấn đềnghiên cứu cứu sử dụng vật liệu SBD thay cho tầng đệm cát khixây dựng công trình trên nền đất yếu này là hết sức cần thiết.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BẤC THẤM SBD

THAY LỚP ĐỆM CÁT

2.1 Tổng quan lý thuyết:

2.1.1 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm:

2.1.2 Cơ sở lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm:

Lún do cố kết của nền đất yếu tạo ra nhiều sự cố cho nềnmóng công trình Cần nhiều thời gian để hoàn thành cố kết sơcấp do tính thấm của đất nhỏ.Để rút ngắn thời gian cố kết nàythường dùng thiết bị tiêu nước thẳng đứng,kết hợp với nén trướcbằng khối đất đắp tạm thời hay áp lực chân không

Việc đặt các thiết bị tiêu nước thẳng đứng trong trong đất sét

sẽ làm giảm chiều dài đường thấm của nước lỗ rỗng và dẫn đếngiảm thời gian hoàn thành quá trình cố kết nhờ vậy tốc độ thoátnước theo phương ngang của đất sét sẽ khá hơn

Bấc thấm đứng PVD kết hợp với gia tải trước được xem làbiện pháp sử lý đất yếu mang tính khả thi cao cho các công trìnhxét về chiều sâu sử lý,chi phí ,thời gian để gia tải và các yếu tốkhác.Mục đích của việc sử dụng bấc thấm đứng kết hợp với biệnpháp gia tải trước nhằm đẩy nhanh tốc độ cố kết và hạn chế độ

lún trong tương lai của khu vực sử lý dưới tải trọng tĩnh và tảitrọng động.

Trước rất nhiểu thực tế khó khăn đã nêu phần trên, một biệnpháp mới mang tính khả thi hơn đã được đưa vào thay thế,giảipháp mới thay thế lớp đệm cát tự nhiên bằng lớp bấc thấm ngangtên gọi “Super Board Drain “ (SBD) do công ty Thai MiltecInternational Co., Ltd sản xuất Mặc dù giải pháp sử dụng bấcthấm ngang chưa được phổ biến tại Việt Nam, nhưng công nghệnày đã được áp dụng rộng rãi ở nước ngoài từ những năm 90 củathế kỷ trước, nhất là tại Nhật Bản và đã thu được kết quả tốt

2.1.3 Khái quát về bấc thấm ngang:

Bấc thấm ngang là loại vật liệu dạng bản được dùng để thoátnước ngang Kết cấu vật liệu bao gồm lõi nhựa làm bằngPolyvinyl Chloride và được bao bọc bên ngoài bằng loại vảipolyester không dệt Bản thân lõi và lớp vỏ bọc có kết cấu mềmdẻo và tách biệt nhau Lõi này chịu được áp lực cao và khả năngkháng nén đủ để chịu được tải trọng vật liệu đắp và quá trình thi

công do cấu tạo bởi các lỗ dập nổi đặc biệt trên lõi và cấu tạo nàycho phép thoát nước cao Hơn nữa lớp vải Polyester không dệtnày có độ bền cao không bị suy giảm trong môi trường ẩm ướt

Hình 2 : Cấu Tạo Bấc Thấm Ngang

Nước lỗ rỗng xung quanh bấc ngang sẽ thấm vào bên trongbấc thông qua lớp vỏ bọc và chảy dọc theo lõi của bấc, sau đóthoát ra ống hoặc kênh thoát

Ngay cả khi có tải trọng nặng bên trên tác động lên bấcngang thì mặt cắt thoát nước của bấc vẫn không suy giảm Sự cốgây ra nghẽn tắc bên trong bấc thang do các hạt đất sẽ không xảy

ra Vì vậy, nước lỗ rỗng có thể thoát đi một cách nhanh chóng Bấc ngang hiện có 3 loại:

600 ±10Chiều dài

cuộn

- Hệ số thấm của lớp vải lọc được thiết kế thấp nên kiểmsoát được tốc độ chảy bên trong của bản thoát nước vì thế làmgiảm sự dịch chuyển của các hạt xung quang bản thoát nước từ

đó hạn chế được sự hình thành lớp màng sét trên bề mặt lớp vảilọc

Hình 3: Khi nền đắp bị lún thì bấc thấm ngang vẫn duy trì tốt khả năng thoát nước theo phương ngang ra hai biên nhờ tính

dẻo và khả năng kéo dãn cao

- Đây là loại vật liệu có cường độ chịu kéo và độ dãn dài caotrong khi cố định tốc độ dịch chuyển tự do của lõi và lớp vải lọc.

Do đó nó có thể biến dạng theo sự thay đổi của địa hình do lún

+ Khu thể thao: sân golf, bề mặt sân thể thao

+ Các ứng dụng khác thay thế khối đắp, ngăn ngừa thấm

2.2 Tính toán và thiết kế bấc thấm :

2.2.1: Các thông số cần thiết để thiết kế bấc thấm :