TÍNH TOÁN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP TRONG TRƯỜNG HỢP CHIỀU SÂU CẮM BẤC NHỎ HƠN VÙNG GÂY LÚN CALCULATION LA CONSOLIDATION DE TERRAIN AYANT LA FONDATION FAIBLE SOU
Trang 1TÍNH TOÁN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI
TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP TRONG TRƯỜNG HỢP CHIỀU SÂU CẮM
BẤC NHỎ HƠN VÙNG GÂY LÚN
CALCULATION LA CONSOLIDATION DE TERRAIN AYANT LA FONDATION FAIBLE SOUS LE CHARGEMENT DE REMBLAI EN CAS DU PROFONDEUR DE VERTICAL DRAINAGE ARTIFICIEL QUI EST MOINS COURT QUE LA RÉGION
DE TASSEMENT
ThS NGUYỄN HỒNG HẢI
Khoa XD Cầu đường, Trường Đại Học Bách Khoa
TÓM TẮT
Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã và đang được ứng dụng nhiều cho các công trình trên thế giới và ở Việt nam Tuy nhiên, hiện nay "Quy trình khảo sát thiết kế nền đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" chỉ hướng dẫn phương pháp tính toán độ cố kết của nền đất yếu trong phạm vi cắm bấc mà không xét ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến chiều sâu vùng gây lún Bài báo nhằm mục đích giới thiệu và trình bày phương pháp tính toán độ cố kết nền đất yếu khi chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún
SOMMAIRE
La technologie de traiter le terrains ayant la fondation faible a et encours d'appliquer beaucoup aux ouvrages dans le monde et au Vietnam Pourtant, actuellement "le processus d'examiner de dresser le remblai sur les terrains faibles 22 TCN 262-2000" ne dirige qu'au méthode de calculer la consolidation de terrain faible dans le rayon ayant de vertical drainage artificiel, mais n'examine pas l'influence de profondeur de vertical drainage artificiel avec la région de tassement L'article de journal vise le but de présenter le méthode de calculer la consolidation de terrain faible quand le profondeur de vertical drainage artificiel qui est moins court que la région de tassement
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Độ cố kết theo thời gian trong trường hợp có sử dụng hệ thống thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm, theo "Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" được xác định theo công thức :
) 1 )(
1 (
Trong công thức trên, ta có :
U - độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún Za khi có sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng (bấc thấm hoặc giếng cát)
Uv - độ cố kết trung bình theo phương thẳng đứng trong phạm vi vùng gây lún Za Như vậy, với ý nghĩa của U và Uv như trên thì Uh phải là độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún Za do có xử lý bấc thấm Hay nói cách khác, việc tính toán độ cố kết trung bình U theo công thức trên chỉ hợp lý khi chiều sâu xử lý bấc thấm đến hết phạm vi vùng gây lún Za
Thực tế, đối với các nền đường đắp cao trên vùng đất yếu có chiều dày lớn, chiều sâu vùng gây lún Za thường rất lớn (trên 30m [5]) Việc xử lý bấc thấm đến hết phạm vi vùng gây lún có thể không kinh tế hoặc nhiều khi không thể thực hiện được Lúc này, việc lựa chọn một chiều sâu cắm bấc hợp lý (nhỏ hơn vùng gây lún) nhưng vẫn đảm bảo về
Trang 2mặt kinh tế vă kỹ thuật lă một giải phâp có thể đặt ra Tuy nhiín "Quy trình khảo sât thiết
kế nền đường ô tô đắp trín đất yếu 22TCN 262-2000" lại chưa đề cập vấn đề năy trong tính toân thiết kế
2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong trường hợp chiều sđu xử lý bấc thấm L nhỏ hơn vùng gđy lún Za, lúc năy ta
có thể xem nền đất yếu trong phạm vi vùng gđy lún Za bao gồm hai vùng như hình 1, trong đó :
- Vùng 1: vùng có xử lý bấc thấm, có chiều dăi L
- Vùng 2: vùng không xử lý bấc thấm, có chiều dăi (Za - L) nằm dưới vùng 1
Nếu nền đất yếu ở trạng thâi chưa cố kết xong hoặc cố kết bình thường thì cố kết theo phương thẳng đứng Uv vẫn xảy ra trong cả hai vùng 1 vă 2 (vùng gđy lún Za), còn cố kết theo phương ngang chỉ xảy ra trong vùng 1 (vùng có xử lý bấc thấm) vă độ cố kết Uh tính được có thể xem lă độ cố kết trong phạm vi có xử lý bấc thấm Lúc năy cố kết theo phương ngang trong vùng 2 (vùng không xử lý bấc thấm) không xảy ra vă có thể xem độ
cố kết theo phương ngang trong vùng hai Uh2 = 0
Độ lún cố kết theo phương ngang sau thời gian t trong vùng 1 có thể xâc định theo công thức : Sh1 = Uh.S1 (2)
Vì độ cố kết trung bình theo phương ngang trong vùng hai Uh2 = 0, nín độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gđy lún Za, có thể được xâc định theo công thức :
(3)
Trong đó : S1 - độ lún tổng cộng của đất yếu trong vùng một do tải trọng đắp gđy ra khi kết thúc quâ trình cố kết trong phạm vi vùng gđy lún Za
S - độ lún tổng cộng của đất yếu trong cả vùng 1 vă vùng 2 (hay trong phạm vi vùng gđy lún Za)
* Ghi chú : Câc trị số độ lún S1, S có thể xâc định theo câc phương phâp tính lún thông thường (phương phâp phđn tầng lấy tổng)
Do đó, độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gđy lún Za khi chiều sđu cắm bấc nhỏ hơn vùng gđy lún có thể được xâc định theo công thức :
Hình 1- Trường hợp chiều sâu bấc thấm L <Za
Za
Bấc thấm (hoặc giếng cát)
Nền đắp
L <Za
Đệm cát
Đất yếu vùng 1
Đất yếu vùng 2
S
S U S
S
h = 1 = 1
Trang 3) 1 ).(
1 (
S
S U U
Cụng thức (4) ở trờn cho thấy : Độ cố kết trung bỡnh trong phạm vi vựng gõy lỳn
Za khi chiều sõu cắm bấc nhỏ hơn vựng gõy lỳn cú dạng tương tự như trường hợp chiều sõu cắm bấc hết vựng gõy lỳn Za Chỉ khỏc ở việc thay độ cố kết trung bỡnh theo phương ngang Za
h
U "trong phạm vi vựng gõy lỳn Za" bằng độ cố kết trung bỡnh theo phương ngang
Uh "trong phạm vi cắm bấc" nhõn với tỷ số
S
S1
, và khi xỏc định được tỷ số
S
S1
cú thể xỏc định được độ cố kết tổng cộng trong phạm vi vựng gõy lỳn Za theo cụng thức như đó chỉ dẫn trong "Quy trỡnh khảo sỏt thiết kế nền đường ụ tụ đắp trờn đất yếu 22TCN 262-2000"
Cú thể túm tắt trỡnh tự chung khi tớnh toỏn độ cố kết nền đất yếu dưới tải trọng đắp khi chiều sõu cắm bấc nhỏ hơn vựng gõy lỳn bằng cỏc sơ đồ thuật toỏn chương trỡnh như hỡnh 2 :
Hỡnh 2 - Thuật toỏn chương trỡnh tớnh toỏn độ cố kết nền đất yếu
khi chiều sõu cắm bấc nhỏ hơn vựng gõy lỳn
3 KẾT QUẢ NGHIấN CỨU
- Theo phương phỏp tớnh toỏn hiện nay, khi khụng xột ảnh hưởng của chiều sõu cắm bấc với chiều sõu vựng gõy lỳn, độ cố kết trung bỡnh theo phương ngang Uh trong phạm vi cắm bấc ngoài việc phụ thuộc vào hệ số cố kết theo phương ngang Ch, thời gian
Đ
Nhập dữ liệu
(Thông số nền
đắp,Đ.kiện địa
Bắt đầu
Xác định ứng suất gây ra
trong nền đất (σ Z ,σ bt )
Xác định chiều sâu
vùng gây lún Za
Giả thuyết chiều sâu
cắm bấc L1(L1 ≤ Za)
L1 < Za
S
Xác định độ cố kết theo phương ngang
Uh=Uh1.S1/S
Uh1=exp{-8 Th /(F(n)+Fr+Fs)}
Xác định độ cố kết theo phương đứng
Uv= f(Tv)
Độ cố kết trung bình U
U = 1 – (1 - Uv)(1 – Uh)
Xác định độ lún cố kết
S1 vμ S 1
Kết thúc
Độ cố kết trung bình U
U = 1 – (1 - Uv)(1 – Uh)
Xác định độ cố kết theo phương đứng
Uv = f(Tv)
Xác định độ cố kết theo phương ngang
Uh=exp{-8 Th /(F(n)+Fr+Fs)}
2
Kết thúc
Trang 4cố kết t, còn phụ thuộc văo chiều sđu cắm bấc L (do chịu ảnh hưởng của sức cản Fr) Khi chiều sđu cắm bấc căng lớn, sức cản Fr căng tăng, độ cố kết Uh đạt được căng nhỏ (vì
Uh tỷ lệ nghịch với Fr) Đđy lă điều hết sức vô lý vì chiều sđu xử lý bấc thấm căng tăng nhưng độ cố kết đạt được căng giảm (hình 3 )
Hình 3 - Ảnh hưởng của chiều sđu cắm bấc đến độ cố kết trung bình
Hình 4 - Ảnh hưởng của chiều sđu cắm bấc đến độ cố kết trung bình
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Thời gian cố kết t (năm)
Cv= 5*10 -8 (m 2 /s), Ch=2Cv, Kh/qw=0.001 m -2 , d=1.2 m
L= 5 m L= 10 m L= 15 m L= 20 m L= 25 m L= 30 m
0 10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
Thời gian cố kết t (năm)
Cv= 5*10 -8 (m 2 /s), Ch=2Cv,K h /q w =0.001 m -2 ,d=1.2m
L= 30 m L= 25 m L= 20 m L= 15 m L= 10 m L= 5 m
Trang 5- Trong trường hợp chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún, nếu sử dụng công thức (1) để tính toán độ cố kết của nền đất yếu thì độ cố kết đạt được lúc này chỉ là độ cố kết trung bình trong phạm vi cắm bấc Trong khi đó, phần nền đất còn lại trong phạm vi vùng gây lún nằm ngoài vùng cắm bấc thấm (Za - L) chỉ xảy ra cố kết theo phương đứng (mà độ cố kết Uv này thường xảy ra rất chậm), do đó nếu áp dụng theo phưong pháp tính hiện này thì độ lún cố kết đạt được theo tính toán sau khi xử lý thường nhỏ hơn so với thực tế và kết quả nền đường vẫn tiếp tục lún trong quá trình khai thác
- Như vậy, trong trường hợp chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún, lúc này độ cố kết trung bình theo phương ngang Uh cần phải được xác định thông qua độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún theo công thức (3), tức là độ cố kết trung bình
Za
h
U "trong phạm vi vùng gây lún" Trị số độ cố kết này ngoài sự phụ thuộc vào ảnh hưởng của nhân tố sức cản Fr, còn phụ thuộc tỷ số
S
S1
trong đó ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến tỷ số
S
S1
là rất lớn [5] Do đó, khi chiều sâu cắm bấc càng giảm, tỷ số
S
S1
càng nhỏ,
độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún càng nhỏ và để đạt được độ cố kết yêu cầu cần tăng chiều sâu cắm bấc (Hình 4) Đây là vấn đề mà hiện nay các đơn vị thiết kế, cùng như Qui trình tính toán thiết kế chưa được đề cập đến
4 KẾT LUẬN
Ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đắp trên đất yếu nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết, rút ngắn thời gian xây dựng công trình là rất cần thiết Đối với các nền đất yếu có chiều dày tương đối lớn, đặt trên lớp đáy khoáng chất có cường độ cao, nếu xử lý bằng bấc thấm đến hết chiều dày lớp đất yếu thì việc tính toán có thể áp dụng các công thức và trình tự tính toán như Qui trình tính toán hiện nay (22 TCN 262-2000) Tuy nhiên, đối với các nền đắp cao trên nền đất yếu có chiều dày khá lớn, đồng thời việc xử lý bằng bấc thấm không hết phạm vi vùng gây lún, lúc này cần lưu ý quan hệ giữa chiều sâu cắm bấc
và vùng gây lún khi tính toán độ cố kết (hay nói cách khác là xác định độ lún còn lại của nền đắp) để nền đắp vẫn đảm bảo ổn định trong quá trình thi công cũng như quá trình khai thác sau này
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ GTVT (2001), Qui trình khảo sát và thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN
262-2000, NXB Giao thông Vận tải
[2] Viện Nghiên cứu Nền móng & Công trình Ngầm, Viện Thiết kế Nền móng Quốc gia (1995),
Sổ tay thiết kế Nền và móng, Tủ sách Đại học Kiến trúc
[3] D.T.Bergado, J.C.Chai, M.C.Alfaro, A.S.Balasubramaniam (1996), Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng, Bản dịch của Nguyễn Uyên và Trịnh Văn Cương, NXB Giáo
Dục
[4] Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình, Vũ Đình Phụng (2001), Đất xây dựng - Địa chất công trình và kỹ thuật cái tạo đất trong xây dựng, NXB Xây Dựng, Hà Nội
[5] Nguyễn Hồng Hải (2003), Tính toán xử lý nền đất yếu trong trường hợp chiều sâu giếng cát hoặc bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật
