Đánh giá thực trạng công tác tổng hợp số liệu địa chất phục vụ thiết kế xử lý nền đất yếu tại hải phòng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG TỚI GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan về phương pháp khảo sát, phân tích,

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ

rõ nguồn gốc

Hải Phòng, ngày…… tháng 9 năm 2015

Học viên

Nguyễn Công Chính

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn trường Đại học Hàng hải Việt Nam trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu vừa qua, đã được trang bị thêm những kiến thức cần thiết về các vấn đề kinh tế - kỹ thuật Cùng sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy giáo trong trường đã giúp tác giả hoàn thiện mình hơn về trình độ chuyên môn Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Thứ đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Đồng thời, tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Công trình thủy, Viện Đào tạo sau đại học đã cung cấp những kiến thức về chuyên ngành, giúp tác giả có đủ cơ sở lý luận

và thực tiễn để hoàn thành luận văn này

Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý độc giả

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU VI DANH MỤC CÁC BẢNG X DANH MỤC CÁC HÌNH XI

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG TỚI GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3

1.1 Tổng quan về phương pháp khảo sát, phân tích, tổng hợp số liệu địa chất 3

1.1.1 Khảo sát xây dựng 3

1.1.2 Yêu cầu đối với khảo sát xây dựng 4

1.1.3 Nội dung công tác khảo sát địa chất 4

1.1.4 Các chỉ tiêu đặc biệt và thí nghiệm 5

1.1.5 Tổng hợp số liệu địa chất phục vụ thiết kế xử lý nền đất yếu 10

1.2 Ảnh hưởng của các chỉ tiêu cơ lý đặc biệt, tổng hợp số liệu địa chất tới giải pháp xử lý nền đất yếu 15

1.2.1 Ảnh hưởng cơ bản của các chỉ tiêu cơ lý đặc biệt 15

1.2.2 Ảnh hưởng của phương pháp tổng hợp số liệu địa chất 25

1.2.3 Nhận xét 26

CHƯƠNG 2 28

HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC TỔNG HỢP, ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI CÁC CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG ĐÔ THỊ HẢI PHÒNG 28

2.1 Hiện trạng công tác tổng hợp số liệu địa chất phục vụ xử lý nền đất yếu tại một số công trình giao thông ở Hải Phòng 28

2.1.1 Công tác tổng hợp số liệu địa chất phục vụ xử lý nền đất yếu tại công trình Đường trục chính tây nam khu công nghiệp Đình Vũ thuộc khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải 28

2.1.2 Công tác tổng hợp số liệu địa chất phục vụ xử lý nền đất yếu tại đoạn tham chiếu của Gói thầu CW1A - LOT2 (Km4+300 - Km9+155) thuộc Dự án phát triển giao thông đô thị Hải Phòng 43

2.2 Phân tích, đánh giá một số sự cố trong quá trình thi công do công tác thiết kế xử lý nền đất yếu 48

2.2.1 Một số sự cố nền đường công trình giao thông ở Việt Nam 48

2.2.2 Một số sự cố điển hình nền đã xảy ra ở Hải Phòng 50

2.2.3 Nhận xét 53

2.3 Nhận xét chung 54

2.3.1 Tài liệu khảo sát địa chất công trình 54

2.3.2 Tổng hợp số liệu địa chất công trình 54

2.3.3 Thiết kế xử lý nền đất yếu 54

CHƯƠNG 3 56

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TỔNG HỢP TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT TRONG CÁC DỰ ÁN PHÁT TRIỂN MẠNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC HẢI PHÒNG 56

3.1 Giai đoạn lập đề cương khảo sát địa chất công trình 56

3.2 Giai đoạn khảo sát địa chất công trình 56

3.2.1 Yêu cầu nâng cao chất lượng công tác hiện trường 57

3.2.2 Yêu cầu nâng cao chất lượng công tác khoan lấy mẫu 57

3.2.3 Yêu cầu nâng cao chất lượng thí nghiệm hiện trường 57

3.2.4 Yêu cầu nâng cao chất lượng thí nghiệm trong phòng 58

3.3 Áp dụng đề tài vào thiết kế lại nền đường đắp trên đất yếu tại công trình đường trục chính tây nam khu công nghiệp Đình Vũ thuộc khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải 59

3.3.1 Tiêu chuẩn thiết kế 59

3.3.2 Phương pháp tính toán 60

3.3.3 Chỉ tiêu tính toán của đất 65

3.3.4 Phân tích xử lý nền đất yếu 69

3.3.5 Nhận xét 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

1 Kết luận 77

2 Kiến nghị 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC CÁC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Qi Là trọng lƣợng của mảnh trƣợt i (hoặc khối trƣợt i) Tấn

Kc Là hệ số tỷ lệ đƣợc lấy tùy thuộc cấp động đất

F Hệ số an toàn, lấy bằng 1,5

Nc Hệ số tra bảng phụ thuộc vào tỷ số B/h



Độ tăng ứng suất có hiệu thẳng đứng trong nền đất yếu ở

độ sâu z do tải trọng đất đắp ΔH1 gây ra, T/m2

Ký hiệu Tên đại lượng Thứ nguyên

N Giá trị thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Khoảng cách thoát nước hiệu quả (=1,13ds cho dạng hình

vuông, =1,05ds cho dạng hình tam giác) m

ds Khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các đường thấm đứng m

dw

Đường kính/ đường kính tương đương của đường thấm

ds Đường kính mặt cắt ngang của vùng đất bị xáo trộn m

qw Khả năng thoát nước của đường thấm đứng cm/sec

 Lượng tăng của sức kháng cắt không thoát nước do cố kết T/m2

u Áp lực nước lỗ rộng tác động đáy cung trượt T/m2

Ký hiệu Tên đại lượng Thứ nguyên

a Góc nghiêng tại đáy cung trượt so với phương ngang độ

 Hệ số giảm ứng suất

 Hệ số tăng ứng suất

n Tỷ lệ phân chia ứng suất

Cu/p Tỷ lệ tăng cường độ

 Góc giữa bề mặt phá hoại so với phương ngang độ

 Ứng suất tăng tại mặt phá hoại do tải trọng nền đường đắp T/m2

Ký hiệu Tên đại lượng Thứ nguyên

H Chiều dài cột đất xi măng (chiều cao của nhóm cọc); m

CU

Độ bền cắt không thoát nước của đất (bằng giá trị cắt

C Cường độ chống cắt sau khi đất yếu đạt mức cố kết U; T/m2

m

Hệ số tăng cường độ chống cắt được dự báo theo A,Ư,

Skempton tuỳ thuộc vào chỉ số dẻo Ip (tức là tuỳ thuộc

tính chất vật lý của đất yếu)

n Số lượng xe

G Trọng lượng xe (=30 tấn trong trường hợp H30), Tấn

l Khoảng cách giữa bánh xe trước và bánh xe sau (l=6,6m,

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.3 Độ cố kết đạt đƣợc tùy thuộc vào nhân tố Tv; Uv = f (T) 21

3.4 Lực chống trƣợt tác dụng của vải địa kỹ thuật 65

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

Công nghệ xây dựng trong những năm gần đây có những bước phát triển rất mạnh Nhiều dự án, công trình hoàn thành đưa vào sử dụng đã phát huy hiệu quả làm thay đổi diện mạo đất nước, trong đó phải kể đến việc áp dụng công nghệ xây dựng mới góp phần đẩy nhanh tiến độ thi công và mang lại hiệu quả cao trong xây dựng Một trong những công nghệ xây dựng mới hiện đang được áp dụng khá phổ biến trong việc xử lý nền đất yếu trong thi công xây dựng các nhà máy lớn, bến cảng, đường giao thông, hạ tầng khu công nghiệp là công nghệ cố kết nền đất yếu bằng phương thoát nước đứng

Theo tổng kết một số công trình lớn trên địa bàn thành phố Hải Phòng, hạng mục xử lý nền đất yếu chiếm tỷ trọng không nhỏ trong tổng giá trị xây dựng công trình, bên cạnh đó đặc điểm địa chất khu vực có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả đầu tư các dự án phát triển mạng lưới các công trình giao thông của khu vực, do vậy việc nghiên cứu tổng hợp, đánh giá đặc điểm địa chất của khu vực là hết sức cần thiết

Hải Phòng là một trong những đô thị loại một của đất nước, trong những năm qua đã và đang được đầu tư phát triển mạnh mẽ mạng lưới các công trình giao thông đô thị, tuy nhiên chưa có một công trình nghiên cứu nào mang tính toàn diện, chi tiết về việc tổng hợp, đánh giá đặc điểm địa chất của khu vực làm cơ sở cho việc đề xuất, lựa chọn phương án đầu tư hiệu quả

Dữ liệu khảo sát về đặc điểm địa chất do các đơn vị lập là khá phong phú, song chưa được tập hợp, phân loại, phân tích, đánh giá và tổng hợp một cách nghiêm túc, do đó không khai thác một cách hiệu quả nguồn tài liệu này, do đó đề tài đặt ra thực sự là cần thiết

lý nền đất yếu tại Hải Phòng trong những năm vừa qua Nghiên cứu, đánh giá kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu, sự cố nền đường trong quá trình thi công do thiết kế

ở một số công trình giao thông ở Việt Nam nói chung và Hải Phòng nói riêng Những kết quả đạt được, những tồn tại cần khắc phục và xác định nguyên nhân giúp nâng cao chất lượng và hoàn thiện công tác tổng hợp số liệu địa chất phục vụ thiết kế xử lý nền đất yếu

2.3 Đề xuất giải pháp tổng hợp số liệu địa chất phục vụ cho thiết kế xử lý nền đất yếu trong khu vực Hải Phòng

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu: Nền đường công trình giao thông đắp trên đất yếu 3.2 Phạm vi nghiên cứu

Tổng hợp, đánh giá đánh giá kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu trong một số công trình tại Hải Phòng và Sự cố nền đường do thiết kế trong một số công trình giao thông ở Việt Nam và ở Hải Phòng những năm gần đây

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của đề tài: Thu thập, phân loại, phân tích, đánh giá

và tổng hợp, khái quát để đưa ra những kết luận về đặc điểm địa chất của khu vực phục vụ cho công tác tư vấn xử lý nền đất yếu

Luận văn sử dụng lý luận và phương pháp duy vật biện chứng, duy vật lịch

sử, logic, kết hợp các phương pháp thống kê, so sánh, phân tích tổng hợp, đồng thời tổng kết rút kinh nghiệm thực tiễn công tác thiết kế nền đường công trình giao thông đắp trên đất yếu để nghiên cứu giúp giải quyết các vấn đề đặt ra của đề tài

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP SỐ LIỆU ĐỊA CHẤT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG TỚI GIẢI

PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan về phương pháp khảo sát, phân tích, tổng hợp số liệu địa chất

1.1.1 Khảo sát xây dựng

- Khảo sát xây dựng là hoạt động thị sát, đo vẽ, thăm dò, thu thập, phân tích, nghiên cứu và đánh giá tổng hợp điều kiện thiên nhiên của vùng, địa điểm xây dựng về địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình, các quá trình và hiện tượng địa chất vật lý, khí tượng thủy văn, hiện trạng công trình để lập các giải pháp đúng đắn về kỹ thuật và hợp lý nhất về kinh tế khi thiết kế, xây dựng công trình;

- Khảo sát xây dựng gồm khảo sát địa hình, khảo sát địa chất công trình, khảo sát địa chất thuỷ văn, khảo sát hiện trạng công trình và các công việc khảo sát khác phục vụ cho hoạt động xây dựng;

- Khảo sát xây dựng chỉ được tiến hành theo nhiệm vụ khảo sát đã được phê duyệt;

- Khảo sát địa kỹ thuật là một phần của công tác khảo sát xây dựng thực hiện nhằm đánh giá điều kiện địa chất công trình, dự báo sự biến đổi và ảnh hưởng của chúng đối với công trình xây dựng trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình Khảo sát địa kỹ thuật bao gồm khảo sát địa chất công trình và quan trắc địa kỹ thuật;

- Điều kiện địa chất công trình bao gồm đặc điểm địa hình, địa mạo; cấu trúc địa chất; đặc điểm kiến tạo; đặc điểm địa chất thuỷ văn; đặc điểm khí tượng - thuỷ văn; thành phần thạch học; các tính chất cơ - lý của đất, đá; các quá trình địa chất

tự nhiên, địa chất công trình bất lợi;

- Điểm thăm dò là vị trí mà tại đó khi khảo sát thực hiện công tác khoan, đào, thí nghiệm hiện trường (xuyên, cắt, nén tĩnh, nén ngang, ), đo địa vật lý

1.1.2 Yêu cầu đối với khảo sát xây dựng

Khảo sát xây dựng phải bảo đảm các yêu cầu sau đây:

- Nhiệm vụ khảo sát phải phù hợp với yêu cầu từng loại công việc, từng bước thiết kế;

- Bảo đảm tính trung thực, khách quan, phản ánh đúng thực tế;

- Khối lượng, nội dung, yêu cầu kỹ thuật đối với khảo sát xây dựng phải phù hợp với nhiệm vụ khảo sát, quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng;

- Đối với khảo sát địa chất công trình, ngoài các yêu cầu đã nêu trên, còn phải xác định độ xâm thực, mức độ dao động của mực nước ngầm theo mùa để đề xuất các biện pháp phòng, chống thích hợp Đối với những công trình quy mô lớn, công trình quan trọng phải có khảo sát quan trắc các tác động của môi trường đến công trình trong quá trình xây dựng và sử dụng;

- Kết quả khảo sát phải được đánh giá, nghiệm thu theo quy định của pháp luật

1.1.3 Nội dung công tác khảo sát địa chất

- Thu thập, phân tích và tổng hợp những tài liệu và số liệu về điều kiện thiên nhiên của vùng, địa điểm xây dựng, kể cả những tài liệu, số liệu đã nghiên cứu, thăm dò và khảo sát trước đây ở vùng, địa điểm đó;

- Giải đoán ảnh chụp hàng không;

- Khảo sát khái quát địa chất công trình ở hiện trường;

- Đo vẽ địa chất công trình;

- Khảo sát địa vật lý;

- Khoan, xuyên, đào thăm dò;

- Lấy mẫu đất, đá, nước để thí nghiệm trong phòng;

- Xác định tính chất cơ lý của đất đá bằng thí nghiệm hiện trường;

- Phân tích thành phần, tính chất cơ lý của đất đá và thành phần hóa học của nước ở trong phòng thí nghiệm;

- Công tác thí nghiệm thấm;

- Quan trắc lâu dài;

- Chỉnh lý tài liệu, lập báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình

1.1.4 Các chỉ tiêu đặc biệt và thí nghiệm

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường thường kết hợp cùng công tác khoan xoay lấy mẫu Thí nghiệm được thực hiện trong hoặc ngoài các lỗ khoan (ấn trực tiếp từ mặt đất)

Tổng quan về phương pháp

Thí nghiệm cắt cánh hiện trường được thực hiện bằng cách ấn một cánh cắt ngập vào trong đất, quay tạo mô men cắt từ trên mặt đất để xác định lực cắt gây ra

sự phá huỷ đất Mặt phá huỷ của đất có dạng trụ tròn xoay

Sức kháng cắt không thoát nước của đất được tính từ lực cắt gây ra sự phá huỷ đất Lực cắt này thường được tính từ mô men cắt xác định trong khi thí nghiệm Ma sát cần và thiết bị với đất được xác định và ghi tách riêng với mô men cắt trong quá trình thí nghiệm

Ma sát cần được xác định trong điều kiện không tải (dùng áo bảo vệ cánh cắt, hoặc tách rời cần và cánh cắt) với một mô men tác dụng cân bằng, không gây ép sang hai bên (nếu gây ép sang hai bên sẽ làm tăng ma sát trong quá trình thí nghiệm) Gia số ma sát này chưa được ghi trong số đọc không tải ban đầu nên sẽ làm cho kết quả thí nghiệm chung không chính xác Trong quá trình thí nghiệm,

mô men cắt cũng phải tác dụng cân bằng tương tự; không nên sử dụng những thiết

bị có khả năng gây ép sang hai bên trong quá trình thí nghiệm Cần nối phải có đủ

độ cứng để không bị xoắn trong suốt quá trình thí nghiệm Trong trường hợp cần

nối bị xoắn, cần hiệu chỉnh đường cong quan hệ giữa mô men cắt với góc cắt Trong quá trình thí nghiệm, mô men cắt được ghi bằng các phương thức khác nhau – tự động hoặc cơ học, trực tiếp hoặc gián tiếp tuỳ thuộc từng loại máy

Quy trình thí nghiệm xác định sức kháng cắt không cố kết – không thoát nước

và cố kết – thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục [6]

Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định trình tự thí nghiệm để xác định sức kháng cắt không

cố kết – không thoát nước; cố kết – không thoát nước và cố kết – thoát nước của đất dính trên thiết bị nén ba trục

Tiêu chuẩn này nằm trong hệ thống tiêu chuẩn thí nghiệm địa chất công trình phục vụ tính toán thiết kế nền móng công trình

Thí nghiệm sức kháng cắt không cố kết – không thoát nước – sơ đồ UU

Nội dung phương pháp

Nguyên tắc phương pháp này bao gồm việc xác định sức kháng cắt không thoát nước của mẫu đất dính khi mẫu chịu tác động áp lực hông không đổi, đồng thời chịu tác dụng của tải trọng dọc trục, không cho phép thay đổi tổng độ ẩm của mẫu Thí nghiệm dùng để xác định độ bền không thoát nước Cu và chỉ thích hợp cho đất sét bão hoà, khi φ =0

Thí nghiệm sức kháng cắt cố kết – không thoát nước – sơ đồ CU

Nội dung phương pháp

Mẫu trước hết được cố kết trong điều kiện ứng suất đẳng hướng không đổi, thoát nước hoàn toàn (giai đoạn cố kết); sau giai đoạn cố kết tăng tải trọng dọc trục

và không cho thoát nước (giai đoạn nén) Trong giai đoạn nén đo sự thay đổi của

áp lực nước lỗ rỗng

Thí nghiệm này được dùng để xác định các thông số của ứng suất tổng C, φ

và ứng suất hiệu quả C’, φ’, sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng

Thí nghiệm sức kháng cắt cố kết – thoát nước, có sự thay đổi thể tích – sơ đồ

CD

Nội dung phương pháp

Mẫu trước hết được cố kết trong điều kiện ứng suất đẳng hướng không đổi, thoát nước hoàn toàn (giai đoạn cố kết) Sau khi kết thúc giai đoạn cố kết, tăng tải trọng dọc trục với tốc độ nhỏ vừa đủ để không xảy ra việc tăng áp lực nước lỗ rỗng (giai đoạn nén) và đo được sự thay đổi thể tích của mẫu

Thí nghiệm này được dùng để xác định các thông số về sức kháng cắt hữu hiệu C’, φ’ khi mẫu bị phá hoại; các đặc trưng biến đổi thể tích trong quá trình cắt mẫu tự do

1.1.4.2 Xác định trị số áp lực tiền cố kết σpz và các chỉ số nén lún của đất yếu Trình tự thực hiện

Thực hiện thí nghiệm xác định tính nén lún không nở hông của các mẫu đất yếu nguyên dạng lấy ở độ sâu z theo đúng TCVN 4200-86, bao gồm cả việc thí nghiệm dỡ tải sau cấp tải cuối cùng Không được dùng phương pháp nén nhanh Dựa vào kết quả thí nghiệm vẽ đường cong nén e  lgp trong đó e là hệ số rỗng tương ứng với các cấp áp lực p Cũng có thể vẽ đường cong nén lún này dưới dạng lge  lgp

1.1.4.3 Xác định trị số áp lực tiền cố kết σp

Trên đường cong e  lgp xác định điểm A ở chỗ tại đó có độ cong lớn nhất

Từ A kẻ đường nằm ngang và đường tiếp tuyến với đường cong nén lún Kẻ đường phân giác của góc tạo bởi đường nằm ngang và đường tiếp tuyến qua A nói trên Giao điểm của đường phân giác này với đường tiếp tuyến kẻ từ cuối đường cong nén lún sẽ xác định điểm tương ứng với áp lực tiền cố kết P (xem hình 1.1)

Trên đường cong lge - lgp nếu hình thành một điểm gẫy (giao điểm của hai nhánh thẳng có độ dốc khác nhau) thì đó chính là điểm tương ứng với trị số áp lực tiền cố kết (xem hình 1.2)

Chọn trị số nào lớn hơn trong hai cách xác định nói trên làm trị số sử dụng 1.1.4.4 Xác định các trị số nén lún

Trị số áp lực tiền cố kết chia đường cong nén lún e  lgp thành hai phần tương ứng với đoạn σ < σp (bên trái) và đoạn σ > σp (bên phải) Từ đó xác định được các chỉ số nén lún như sau:

Chỉ số nén lún Cr ở đoạn σ < σp:

1 p

p 1 r

lg lg

e e C



 



 (1.1)

Trong đó: ep là hệ số rỗng tương ứng với áp lực tiền cố kết σp;

e1 là hệ số rỗng tương ứng với áp lực nén σ1 Việc chọn trị số σ1 tùy thuộc vào thực tế chịu tải của lớp đất i cần tính lún Thường có thể lấy σ1 = 0,1 kG/cm2 tương ứng với cấp áp lực thí nghiệm đầu tiên theo TCVN 4200-86 đối với đất yếu; Cũng có thể tính Cr theo nhánh dỡ tải trên hình (1.1)

Chỉ số nén lún Cc ở đoạn σ > σp:

ep ,σp có ý nghĩa như trên, còn e2 là hệ số rỗng ứng với áp lực σ2 Việc chọn trị số σ2 tùy thuộc vào thực tế chịu tải của lớp đất i cần tính lún và nên chọn sao cho trị số σivz + σiz nằm giữa khoảng σp và σ2

Nếu khi thí nghiệm nén chọn cấp áp lực lớn nhất của TCVN 4200-86 thì có thể lấy σ2 bằng trị số cấp áp lực lớn nhất đó

Từ kết quả thí nghiệm xác định áp lực tiền cố kết ở các lớp đất i khác nhau có thể vẽ biểu đồ σp - z (độ sâu) như ở hình (1.3) Trên đó có thể vẽ đường σvz - z (áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất yếu) đường σz - z (áp lực do tải trọng đắp)

và đường σv.z+ σo = f(z) để kiểm tra điều kiện như trên hình (1.3) Điều kiện trên nếu không được thoả mãn thì không nên áp dụng các giải pháp dùng phương tiện thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng

Hình 1.1 Đường cong nén lún e - log p

Hình 1.2 Đường cong lge - logp

Hình 1.3 Biểu đồ p  z

1.1.5 Tổng hợp số liệu địa chất phục vụ thiết kế xử lý nền đất yếu

1.1.5.1 Phương pháp thu thập số liệu từ tham khảo tài liệu

Phương pháp này là dựa trên nguồn thông tin sơ cấp và thứ cấp thu thập được

từ những tài liệu nghiên cứu trước đây để xây dựng cơ sở luận cứ để chứng minh giả thuyết

1.1.5.2 Phương pháp thu thập số liệu từ những thực nghiệm

Trong phương pháp này, số liệu được thực hiện bằng cách quan sát, theo dõi,

đo đạc qua các thí nghiệm

1.1.5.3 Phương pháp khoa học trong thực nghiệm gồm các bước như: lập giả thuyết, xác định biến, bố trí thí nghiệm, thu thập số liệu để kiểm chứng giả thuyết 1.1.5.4 Bố trí thí nghiệm để thu thập số liệu nghiên cứu

Đối tượng khảo sát: Để chọn đối tượng khảo sát trong thí nghiệm, công việc

đầu tiên là phải xác định quần thể mà người nghiên cứu muốn đo đạc để thu thập

kết quả Một quần thể bao gồm nhiều cá thể mang các thành phần và đặc điểm khác nhau mà ta muốn khảo sát Đối tượng khảo sát thường được chia làm hai nhóm:

+ Nhóm khảo sát: đối tượng được đặt ra trong giả thuyết

+ Nhóm đối chứng: so sánh với nhóm khảo sát

Khung mẫu: Để bố trí và thu thập số liệu thí nghiệm nghiên cứu thì công việc

trước tiên là thiết lập khung mẫu Khung mẫu cần xác định các cá thể trong quần thể mục tiêu, cỡ mẫu và phương pháp lấy mẫu

Phương pháp lấy mẫu: Mục đích của tất cả các phương pháp lấy mẫu là đạt

được mẫu đại diện cho cả quần thể nghiên cứu Khi chọn phương pháp lấy mẫu thì cần hiểu rõ các đặc tính của quần thể nghiên cứu để xác định cỡ mẫu quan sát đại diện và để đánh giá tương đối chính xác quần thể

Trong nghiên cứu, không thể quan sát hết toàn bộ các cá thể trong quần thể,

mà chỉ chọn một số lượng đủ các cá thể đại diện hay còn gọi là mẫu thí nghiệm Phương pháp chọn mẫu thí nghiệm rất quan trọng, bởi vì có liên quan tới sự biến động hay độ đồng đều của mẫu Có hai phương pháp chọn mẫu: (1) Chọn mẫu không xác suất (không chú ý tới độ đồng đều) và (2) chọn mẫu xác suất (đề cập tới

độ đồng đều)

* Chọn mẫu không có xác suất

Phương pháp chọn mẫu không có xác suất thường có độ tin cậy thấp Mức độ chính xác của cách chọn mẫu không xác suất tùy thuộc vào sự phán đoán, cách nhìn, kinh nghiệm của người nghiên cứu, sự may mắn hoặc dễ dàng và không có

cơ sở thống kê trong việc chọn mẫu

* Chọn mẫu xác suất

Cơ bản của việc chọn mẫu xác suất là cách lấy mẫu trong đó việc chọn các cá thể của mẫu sao cho mỗi cá thể có cơ hội lựa chọn như nhau, nếu như có một số cá thể có cơ hội xuất hiện nhiều hơn thì sự lựa chọn không phải là ngẫu nhiên Để tối

ưu hóa mức độ chính xác, người nghiên cứu thường sử dụng phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên

* Các phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên

- Chọn mẫu ngẫu nhiên đơn giản

Cách đơn giản nhất của việc chọn các cá thể của mẫu trong cách chọn mẫu ngẫu nhiên là sử dụng xác suất Việc lựa chọn n các cá thể từ một quần thể sao cho các cá thể có cơ hội bằng nhau hay một xác suất bằng nhau trong phương pháp này

Một cách chọn mẫu ngẫu nhiên khác là sử dụng bảng số ngẫu nhiên trong sách thống kê phép thí nghiệm hoặc cách chọn số ngẫu nhiên bằng các chương trình thống kê trên máy tính

- Chọn mẫu phân lớp

Chọn mẫu phân lớp được thực hiện khi quần thể mục tiêu được chia thành các nhóm hay phân lớp Trong phương pháp lấy mẫu phân lớp, tổng quần thể (N) đầu tiên được chia ra thành L lớp của các quần thể phụ N1, N2 … NL, như vậy:

Để áp dụng kỹ thuật chọn mẫu phân lớp thì trước tiên người nghiên cứu cần nắm các thông tin và các số liệu nghiên cứu trước đây có liên quan đến cách lấy mẫu phân lớp Sau đó, người nghiên cứu sẽ xác định cỡ mẫu và chọn ngẫu nhiên các cá thể trong mỗi lớp

- Chọn mẫu hệ thống

Đôi khi cách chọn đơn vị mẫu ngẫu nhiên không tốt hơn cách chọn mẫu hệ thống Trong chọn mẫu hệ thống, cỡ mẫu n được chọn (có phương pháp tính xác suất tương tự) từ một quần thể N Cách lấy mẫu hệ thống là khung mẫu giống như

là 1 “hàng” của các đơn vị mẫu, và mẫu như là một chuỗi liên tiếp của các điểm số

có khoảng cách bằng nhau theo hàng dọc

- Chọn mẫu chỉ tiêu

Trong cách chọn mẫu chỉ tiêu, quần thể nghiên cứu được phân nhóm hoặc phân lớp như cách chọn mẫu phân lớp Các đối tượng nghiên cứu trong mỗi nhóm được lấy mẫu theo tỷ lệ đã biết và sau đó tiến hành phương pháp chọn mẫu không sác xuất Để thiết lập mẫu chỉ tiêu thì người nghiên cứu cần phải biết ít nhất các số liệu, thông tin trong quần thể mục tiêu để phân chia các chỉ tiêu muốn kiểm soát

- Chọn mẫu không gian

Người nghiên cứu có thể sử dụng cách lấy mẫu nầy khi hiện tượng, sự vật được quan sát có sự phân bố mẫu theo không gian

Xác định cỡ mẫu: Mục đích của việc xác định cỡ mẫu là để giảm đi công lao động và chi phí làm thí nghiệm và điều quan trọng là chọn cỡ mẫu như thế nào mà không làm mất đi các đặc tính của mẫu và độ tin cậy của số liệu đại diện cho quần thể

Việc xác định cỡ mẫu là một cách lấy thống kê theo độ ý nghĩa, nhưng đôi khi quá trình này cũng được bỏ qua và người nghiên cứu chỉ lấy cỡ mẫu có tỷ lệ ấn định (như cỡ mẫu 10% của quần thể mẫu) Dĩ nhiên, đối với quần thể tương đối lớn, thì việc chọn cỡ mẫu có tỷ lệ như vậy tương đối chính xác đủ để đại diện cho quần thể Việc tính toán là làm sao xác định một kích cỡ mẫu tối thiểu mà vẫn đánh giá được tương đối chính xác quần thể Chọn cỡ mẫu quá lớn hoặc lớn hơn mức tối thiểu thì tốn kém còn chọn cỡ mẫu dưới mức tối thiểu lại ít chính xác Trước khi xác định cỡ mẫu, phải thừa nhận mẫu cần xác định từ quần thể có

sự phân phối chuẩn Để xác định cỡ mẫu tối thiểu cần phải đánh giá trung bình quần thể μ Khi chúng ta thu thập số liệu từ mẫu và tính trung bình mẫu Trung bình mẫu này thì khác với trung bình quần thể μ Sự khác nhau giữa mẫu và quần thể được xem là sai số Sai số biên d thể hiện sự khác nhau giữa trung bình mẫu quan sát và giá trị trung bình của quần thể μ được tính như sau:

(1.2)

d : sai số biên mong muốn

Zα/2: giá trị ngưỡng của phân bố chuẩn

n : cỡ mẫu

σ: độ lệch chuẩn quần thể

Hình 1.4 Biểu đồ mẫu Sau đó chúng ta có thể tính cỡ mẫu cần thiết dựa trên khoảng tin cậy và sai số biên Cỡ mẫu được tính qua chuyển đổi công thức trên là:

Tổng hợp số liệu địa chất được tiến hành trên cơ sở Hồ sơ báo cáo khảo sát địa hình và tài liệu địa chất khu vực Hồ sơ khảo sát địa chất công trình phải được thực hiện theo đúng đề cương khảo sát địa chất đã được phê duyệt

Công tác tổng hợp và lập hồ sơ khảo sát bao gồm việc xử lý tổng hợp các tài liệu thu thập được, các số liệu khảo sát ngoài hiện trường như nhật ký khoan, đào, các số liệu thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường

Hồ sơ khảo sát được hoàn thành theo hồ sơ mẫu đã được quy định, bao gồm phần báo cáo thuyết minh và phụ lục các bản vẽ, biểu bảng kèm theo

Việc xử lý tổng hợp các kết quả thí nghiệm được tiến hành theo Quy định của

22 TCN 74-87 Đất xây dựng - Phương pháp chỉnh lý thống kê các kết quả xác định các đặc trưng của chúng

Các số liệu thí nghiệm ngoài hiện trường được chỉnh lý tổng hợp theo đề cương hướng dẫn có liên quan được Tư vấn khảo sát thiết kế chấp nhận

Cần xác định rõ các chỉ tiêu đặc biệt dùng cho thiết kế xử lý nền đất yếu Từ

đó có cách tổng hợp phù hợp với từng chỉ tiêu

1.2 Ảnh hưởng của các chỉ tiêu cơ lý đặc biệt, tổng hợp số liệu địa chất tới giải pháp xử lý nền đất yếu

1.2.1 Ảnh hưởng cơ bản của các chỉ tiêu cơ lý đặc biệt

Phải lấy mẫu và tiến hành các thí nghiệm trong phòng và thực hiện các thí nghiệm hiện trường cần thiết về địa kỹ thuật để xác định được:

Loại đất và các chỉ tiêu cơ lý để khẳng định vùng tuyến đi qua là vùng đất yếu

và để xác định loại đất yếu phải xử lý;

Các chỉ tiêu phục vụ cho việc tính toán kiểm tra mức độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, cụ thể là: Sức chống cắt không thoát nước được xác định bằng phương pháp cắt cánh tại hiện trường (hoặc được xác định bằng phương pháp cắt nhanh trong phòng thí nghiệm, nếu không có thiết bị cắt cánh tại hiện trường), dung trọng tự nhiên  và mức nước ngầm (để xác định vùng đất yếu chịu tác dụng của lực đẩy nổi) Các chỉ tiêu này phải được xác định riêng cho mỗi lớp đất yếu khác nhau Ngoài ra, cũng phải xác định các chỉ tiêu lực dính C, góc nội ma sát và dung trọng đối với đất dùng để đắp nền đường (ứng với trạng thái chặt và ẩm của đất đắp);

Các chỉ tiêu phục vụ cho việc tính toán dự báo độ lún tổng cộng và độ lún cố kết theo thời gian thông qua thí nghiệm xác định nén lún trong điều kiện không nở hông, hệ số rỗng ban đầu eo, chỉ số nén lún Cr và Cc , hệ số cố kết theo phương thẳng đứng Cv (cm2/giây) và áp lực tiền cố kết p (Pc) Các chỉ tiêu này cũng phải được xác định riêng cho mỗi lớp đất yếu khác nhau

kịp cố kết hoặc có cố kết nhưng ở mức độ không đáng kể như các trường hợp cụ thể dưới đây:

+ Trường hợp tính toán đánh giá mức độ ổn định phục vụ đề xuất các giải pháp thiết kế;

+ Trường hợp áp dụng các giải pháp đắp trực tiếp, đắp có rải vải địa kỹ thuật, đào một phần đất yếu, dùng bệ phản áp;

+ Trường hợp đắp nền đợt đầu tiên khi áp dụng giải pháp đắp thành nhiều đợt, khi áp dụng giải pháp tầng đệm cát và thoát nước thẳng đứng

Trường hợp II: Nền đắp trên đất yếu sau khi hoàn thành đưa vào khai thác sử

dụng, đất yếu phía dưới đã đạt mức độ cố kết 90% trở lên

Trường hợp III: Nền đắp trong quá trình xây dựng với giải pháp đắp làm

nhiều đợt, vừa đắp vừa chờ cố kết, mức độ cố kết của đất yếu tăng dần trong những đợt đắp thứ hai, thứ ba

Nếu kết quả tính toán ổn định theo trường hợp I với chiều cao đắp một lần bằng chiều cao nền đắp thiết kế đã cho thấy đảm bảo được các yêu cầu thì dù áp dụng giải pháp xử lý nào cũng không cần đề cập đến việc tính toán theo các trường hợp II và III

Đối với trường hợp I, các đặc trưng về sức chống cắt đưa vào tính toán phải được xác định như sau:

Đối với đất nền đắp và lớp cát đệm: Trị số lực dính c và góc ma sát  được xác định bằng mẫu chế bị ở độ chặt và độ ẩm đúng như thực tế thông qua thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước trong phòng thí nghiệm Nếu nền đắp bị ngập nước hai bên thì mẫu cắt cần chế bị ở độ ẩm bất lợi nhất tương ứng

Đối với các lớp đất tự nhiên yếu hoặc không yếu nằm dưới nền đắp: Sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường và trị số lực dính tính toán Cu được xác định theo công thức sau (xem như góc ma sát  = 0):

i u

C =  Ss (MPa) (1.4) Trong đó:

Ss là sức chống cắt nguyên dạng (MPa) không thoát nước từ thí nghiệm cắt

cánh hiện trường;  là hệ số hiệu chỉnh (theo Bjerum) xét đến ảnh hưởng bất đẳng hướng của đất, tốc độ cắt và tính phá hoại liên tiếp của nền đất yếu tùy thuộc vào chỉ số dẻo của đất như ở bảng sau:

Bảng 1.2 Trị số  tùy thuộc vào chỉ số dẻo Ip

Chỉ khi không có cách nào có được thiết bị thí nghiệm cắt cánh hiện trường thì mới được dùng đặc trưng sức chống cắt theo kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở trong phòng thí nghiệm (ci , i)

Đối với trường hợp II: Đặc trưng sức chống cắt của các lớp đất yếu và không yếu nằm dưới nền đắp (C và ) được xác định với mẫu nguyên dạng thông qua thí nghiệm cắt nhanh cố kết trong phòng thí nghiệm; đối với các lớp đất đắp vẫn được xác định như ở trường hợp I

Đối với trường hợp III: Các đặc trưng sức chống cắt của các lớp đất và nền đắp đều được xác định như đối với trường hợp I nhưng trị số Ss trong công thức V.5 nay được thay bằng trị số Su xác định như sau:

Su = U [0,22.z + Ss(pz/vz)0,2] (1.5) Trong đó:

U là mức độ cố kết dự báo có thể đạt được kể từ lúc bắt đầu đắp nền đợt đầu tiên cho đến khi bắt đầu đắp nền đợt II tiếp theo: U tính bằng phần số thập phân của 1

Ss có ý nghĩa như ở công thức (1.5) với thí nghiệm cắt nhanh hiện trường từ lúc chưa đắp (đất ở trạng thái tự nhiên): z, pz, vz có ý nghĩa với tải trọng đắp đợt đầu Với Su tính được theo (1.5) sẽ tính được lực dính tính toán (tức là sức chống cắt tính toán) theo công thức (1.4) tùy thuộc mức độ cố kết của đất yếu sau khi đắp đợt đầu Trị số sức chống cắt tính toán này khi U = 1 phải nhỏ hơn trị số sức chống cắt của trường hợp II

Su  (z + vz) tgi + ci (1.6)

Trong đó:

ci và i được xác định thông qua thí nghiệm cắt nhanh cố kết Nếu Cu tính theo công thức (1.4 và 1.5) lớn hơn trị số vế phải của công thức (1.6) thì chỉ được dùng trị số vế phải của (1.6) để tính toán

Trường hợp sử dụng kết quả cắt nhanh không thoát nước ở trong phòng thí nghiệm để tính toán thì tương ứng với mức độ cố kết đạt được U , sức chống cắt của đất yếu lớp i được xem là được tăng thêm một trị số ci

ci = z U tgi (1.7) Việc tính toán ổn định với các cách xác định sức chống cắt tính toán nói trên chỉ để phục vụ cho những dự kiến thiết kế Trong trường hợp I và II để đảm bảo nền luôn ổn định trong quá trình đắp phải thực hiện đầy đủ các yêu cầu về quan trắc lún và di động ngang

1.2.1.2 Tính toán lún nền đắp trên đất yếu [12]

i

c

i zi vzi

pz i

Hi là bề dày lớp đất tính lún thứ i (phân thành n lớp có các đặc trưng biến dạng khác nhau), i từ 1 đến n lớp; Hi ≤2,0 m ;

e0i là hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu

Cic chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún (biểu diễn dưới dạng e - log σ) trong phạm vi σi

lớp đất yếu i)

Chiều sâu vùng đất yếu bị lún dưới tác dụng của tải trọng đắp hay phạm vi chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp za được xác định theo điều kiện:

za = 0,15 vza (1.9) Trong đó:

za là ứng suất do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu Za (nếu phục vụ cho việc tính

độ lún tổng cộng S thì tải trọng đắp cũng chỉ gồm tải trọng đắp thiết kế)

vza là ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp phía trên gây ra ở độ sâu Za (có xét đến áp lực đẩy nổi nếu các lớp này nằm dưới mức nước ngầm)

Như vậy việc phân tầng lấy tổng để tính độ lún tổng cộng chỉ thực hiện đến

độ sâu za nói trên và đó cũng là độ sâu cần thăm dò khi tiến hành khảo sát địa kỹ thuật vùng đất yếu

Dự tính độ lún tổng cộng S và độ lún tức thời Si

Độ lún tổng cộng S được dự đoán theo quan hệ kinh nghiệm sau:

S = m Sc (1.10) Với m = 1,1 ÷ 1,4; nếu có các biện pháp hạn chế đất yếu bị đẩy trồi ngang dưới tải trọng đắp (như có đắp phản áp hoặc rải vải địa kỹ thuật ) thì sử dụng trị

số m = 1,1; ngoài ra chiều cao đắp càng lớn và đất càng yếu thì sử dụng trị số m càng lớn

Độ lún tức thời Si cũng được dự tính theo quan hệ sau:

Si = (m-1) Sc (1.11)

Để tính độ lún tổng cộng S thì phải tính được độ lún cố kết Sc, tức là phải xác định được các thông số và trị số tính toán, trong đó trị số phụ thuộc vào tải trọng đắp, tải trọng này bao gồm cả phần đắp lún vào trong đất yếu S Vì lúc đầu chưa biết S, do vậy quá trình tính lún là quá trình lặp thử dần theo trình tự sau:

Giả thiết độ lún tổng cộng Sgt (thường giả thiết Sgt = 5-10% bề dày đất yếu hoặc chiều sâu vùng đất yếu chịu lún za; nếu là than bùn lún nhiều thì có thể giả thiết Sgt = 20 - 30% bề dầy nói trên);

Tính toán phân bố ứng suất theo toán đồ Osterberg với chiều cao nền đắp thiết

kế có dự phòng lún H'tk = Htk + Sgt (Htk là chiều cao nền đắp thiết kế: nếu đắp trực tiếp thì kể từ mặt đất thiên nhiên khi chưa đắp đến mép vai đường; nếu có đào bớt đất yếu thì kể từ cao độ mặt đất yếu sau khi đào);

Với tải trọng đắp H'tk tính toán độ lún cố kết Sc;

Nếu Sc tính được thoả mãn điều kiện thì chấp nhận kết quả và như vậy đồng thời xác định được Sc và S = Sgt ; nếu không thoả mãn điều kiện nói trên thì phải giả thiết lại S và lặp lại quá trình tính toán

Chiều cao nền đắp thiết kế có dự phòng lún H'tk được xác định là:

H'tk = Htk + S (1.12) Như vậy, cao độ nền đắp trên đất yếu phải thiết kế cao thêm một trị số S để

dự phòng lún Bề rộng nền đắp tại cao độ ứng với chiều cao H'tk phải bằng bề rộng nền đắp thiết kế

Dự tính độ lún cố kết theo thời gian trong trường hợp thoát nước một chiều theo phương thẳng đứng

Trong trường hợp này độ cố kết U của đất yếu đạt được sau thời gian t kể từ lúc đắp xong nền đường thiết kế và đắp xong phần đắp gia tải trước (nếu có) được xác định tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv như bảng 1.3

T C

H t

v

v tb 2

 (1.13) Trong đó:

Cvtb là hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất yếu trong phạm vi chiều sâu chịu lún za

C z

h C

v

i vi

H là chiều sâu thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng, nếu chỉ có một mặt thoát nước ở phía trên thì H = za còn nếu hai mặt thoát nước cả trên và dưới (dưới lớp có đất cát hoặc thấu kính cát) thì H = 1/2 za

Bảng 1.3 Độ cố kết đạt được tùy thuộc vào nhân tố Tv; Uv = f (T)

ΔS = (1-U) Sc (1.16) Dựa vào các quan hệ thiết kế có thể xác định được thời gian cần thiết phải chờ sau khi đắp nền (bao gồm cả thời gian thi công kết cấu áo đường) để phần độ lún

cố kết còn lại sau khi làm xong mặt đường nằm trong phạm vi cho phép; từ đó xem

có cần áp dụng các giải pháp tăng nhanh lún hay không

Dự tính lún cố kết theo thời gian trong trường hợp thoát nước 2 chiều (có sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm)

Trong trường hợp này độ cố kết U đạt được sau thời gian t kể từ lúc đắp xong được xác định theo công thức sau:

U = 1  (1Uv) (1Uh) (1.17) Trong đó:

Uv là độ cố kết theo phương thẳng đứng;

Uh là độ cố kết theo phương ngang

Độ cố kết theo phương ngang Uh được xác định như sau:

Th là nhân tố thời gian theo phương ngang:

Th  C2h t

 (1.19) Với  là khoảng cách tính toán giữa các giếng cát hoặc bấc thấm:

- Nếu bố trí giếng hoặc bấc thấm theo kiểu ô vuông;  = 1,13 D

- Nếu bố trí theo kiểu tam giác;  = 1,05 D

D là khoảng cách giữa các tim giếng hoặc bấc

Hệ số cố kết theo phương ngang Ch (cm2/sec) cũng có thể được xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với các mẫu nguyên dạng lấy theo phương nằm ngang theo TCVN 4200-86 Nếu vùng đất yếu cố kết gồm nhiều lớp đất có Ch khác nhau thì trị số dùng để tính toán là trị số Ch trung bình gia quyền theo bề dày các lớp khác nhau đó

ở giai đoạn lập dự án khả thi, cho phép tạm dùng quan hệ sau để xác định trị

số Ch đưa vào tính toán:

Ch = (2÷5) Cvtb (1.20)

F (n) là nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bố trí giếng cát hoặc bấc thấm, được xác định tùy thuộc vào n = l/d (với d là đường kính của giếng cát hoặc đường kính tương đương của một bấc thấm) theo công thức:

2 2

Khi dùng giếng cát thì không xét đến 2 nhân tố này (tức là xem Fs = 0 và Fr=0)

Trường hợp sử dụng bấc thấm làm phương tiện thoát nước thắng đứng thì các nhân tố F(n), Fs và Fr trong (1.21) được xác định như sau:

Đường kính tương đương của một bấc thấm d tính như sau:

2

  (1.22) Trong đó:

a là chiều rộng, b là bề dày của tiết diện bấc thấm

Vì d nhỏ nên tỷ số n thường lớn và n2 >> 1, do vậy có thể tính F (n) theo công thức đơn giản sau:

F (n) = ln (n)  ¾ (1.23) Nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động:

Fs = (kh/ks - 1) ln (ds/d) (1.24) Trong đó kh và ks là hệ số thấm theo phương nằm ngang của đất yếu khi chưa đóng bấc thấm và sau khi đóng bấc thấm; ks < kh và thường cho phép lấy ks = kv với kv là hệ số thấm của đất theo phương thẳng đứng Trên thực tế tính toán thường cho phép áp dụng:

k

k

k k

C C

h s

h v

h v

  = 2  5 (1.25) ds/d là tỷ số giữa đường kính tương đương của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm và đường kính tương đương của chính bấc thấm Thực tế tính toán cho phép áp dụng:

d

d

s = 2  3 (1.26) Nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm:

L là chiều dài tính toán của bấc thấm (m) nếu chỉ có một mặt thoát nước phía

trên thì L bằng chiều sâu đóng bấc thấm, nếu có 2 mặt thoát nước (cả trên và dưới) thì lấy L bằng 1/2 chiều sâu đóng bấc thấm;

kh là hệ số thấm ngang (theo phương nằm ngang) của đất yếu, cho phép xác định gần đúng theo (1.26) từ hệ số thấm theo phương thẳng đứng kv hoặc thí nghiệm thấm trực tiếp với các mẫu thấm theo phương ngang (m/s)

qw (m3/sec) là khả năng thoát nước của bấc thấm tương ứng với gradien thủy lực bằng 1; lấy theo chứng chỉ xuất xưởng của bấc thấm Thực tế tính toán cho phép lấy tỷ số kh/qw = 0,00001 ÷ 0,001 đối với đất yếu loại sét hoặc á sét; kh/qw = 0,001 ÷ 0,01 đối với than bùn và 0,01 ÷ 0,1 đối với bùn cát;

Trong trường hợp sử dụng giếng cát thì khi thiết kế có thể trực tiếp dùng toán

đồ biểu thị mối quan hệ F(n) theo Fs=Fr= 0

Hình 1.5 Toán đồ xác định độ cố kết theo phương ngang Uh theo Th và n

Độ lún cố kết đạt được St và phần độ lún còn lại ΔS sau thời gian t trong trường hợp thoát nước cố kết 2 chiều, thay Uv bằng U tính được theo công thức (1.18)

Những chú ý khi dự tính lún

Để xét đến ảnh hưởng của thời gian thi công đắp (kéo dài trong một thời hạn nhất định chứ không phải đắp đột ngột xong ngay) đối với diễn biến lún của nền đắp trên đất yếu có thể dùng cách suy diễn đơn giản với giả thiết tải trọng đắp tăng

tuyến tính

Trước hết vẽ đường cong lún cố kết theo thời gian St = Sc U với trường hợp tải trọng đắp tác dụng ngay một lúc

Hình 1.6 Diễn biến lún theo thời gian có xét đến thời gian thi công đắp nền

Độ lún ở cuối thời kỳ thi công (ở thời điểm tc lúc đắp xong) được xác định bằng độ lún của đường 2 ở thời điểm đắp được một nửa tc/2, trên hình vẽ từ điểm 1/2tc dóng xuống gập đường cong 2 ở H, từ H dóng ngang gập đường dóng thẳng đứng từ tc ở E

Tương tự, độ lún ở thời điểm t được xác định xuất phát từ điểm K (lún ở thời điểm t/2 của đường cong 2) dóng ngang được N, nối ON cắt đường dóng thẳng đứng từ t ở M Kết quả là vẽ được đường cong dự báo lún có xét đến thời gian thi công đắp nền

Do mang nhiều giả thiết gần đúng về lý thuyết và về thông số đưa vào tính toán nên kết quả dự báo lún và độ cố kết chỉ được sử dụng như nói ở điểm II.2.5 Trong quá trình thi công làm thử hoặc thi công thực tế, phải thông qua kết quả quan trắc lún thực tế để đánh giá, điều chỉnh các giải pháp và các bước xử lý

1.2.2 Ảnh hưởng của phương pháp tổng hợp số liệu địa chất

Phương pháp tổng hợp số liệu địa chất có vai trò rất quan trọng với công tác thiết kế xử lý nền đất yếu

Trong giai đoạn lập đề cương khảo sát địa chất: Căn cứ vào tài liệu địa chất khu vực, sơ bộ xác định được chiều dày, các chỉ tiêu cơ lý các lớp địa chất công

trình, qua đó sẽ bố trí các thí nghiệm đặc biệt hợp lý, đại diện đầy đủ cho các lớp địa chất công trình

Trong giai đoạn lựa chọn giải pháp và tiến hành thiết kế: Căn cứ vào thiết kế

xử lý nền đất yếu, kết quả quan trắc của các công trình tương tự trong khu vực, sơ

bộ xác định được giải pháp thiết kế phù hợp cho công trình, qua đó tập trung vào các chỉ tiêu cần có cho giải pháp thiết kế đề cương lập phải đảm bảo đầy đủ yêu

cầu và nội dung công tác khảo sát địa chất

1.2.3 Nhận xét

Chỉ tiêu cơ lý được chia làm 2 loại là chỉ tiêu vật lý và chỉ tiêu cơ học:

+ Chỉ tiêu vật lý: thành phần hạt, dung trọng, tỷ trọng, độ ẩm, chảy, dẻo Thí nghiệm này đơn giản, ít sai và ảnh hưởng không nhiều đến kết quả tính toán

+ Chỉ tiêu cơ học: Cv, Pc, e, Su (lựa chọn từ các thí nghiệm SPT, VST,qu, CPT) Có 2 chỉ tiêu đặc biệt quan trọng ảnh hưởng đến kết quả xử lý nhiều nhất là: chỉ tiêu cố kết (Cv) và chỉ tiêu sức kháng cắt không thoát nước (Su)

1.2.3.1 Chỉ tiêu Cv: lấy mẫu không nguyên trạng sẽ cho hệ số cố kết không chính xác, lớn hơn hoặc nhỏ hơn hệ số cố kết thực và do đó khi tính độ cố kết sẽ chỉ cần ít thời gian hoặc khi sai số thiên về nhỏ thì lại kéo dài thời gian đạt độ cố kết (Do nhân tố thời gian Tv phụ thuộc vào Cv theo công thức (1.14)

1.2.3.2 Sức kháng cắt thoát nước ban đầu Su: được lựa chọn từ các thí nghiệm SPT, VST, CPT, qu, UU

Lấy theo thí nghiệm SPT

Theo công thức kinh nghiệm giá trị Su=SPT/16: Giá trị SPT chỉ phù hợp với đất hơi yếu Nếu đất quá yếu thiết bị SPT tự tụt và cho ta giá tri là (0);

Lấy theo thí nghiệm UU

Giá trị Su lấy theo thí nghiệm UU: Thí nghiệm UU phụ thuộc vào dụng cụ và phương pháp lấy mẫu Ở Việt Nam do ống mẫu thành mỏng tự chế (không đạt yêu cầu) nên khi lấy mẫu và khi vận chuyển không cẩn thận dẫn đến mẫu không còn nguyên trạng và do đó khi thí nghiệm giá trị Su không chính xác;

Lấy theo thí nghiệm qu

Giá trị Su lấy theo thí nghiệm qu cũng có những lý do tương tự như thí nghiệm UU;

Lấy theo thí nghiệm CPT và VST

Thí nghiệm CPT và VST cho ta kết quả trực tiếp, nếu máy móc có kiểm định tốt thì kết quả đáng tin cậy

Theo quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN

262-2000, đối với các lớp đất tự nhiên yếu hoặc không yếu nằm dưới nền đắp, sử dụng kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường và trị số lực dính tính toán Cu được xác định theo công thức (1.4)

Khi lựa chọn giá trị Cu cho thiết kế sẽ dẫn đến quá an toàn nếu người thiết kế lựa chọn tập hợp có giá trị nhỏ và ngược lại khi lựa chọn tập hợp có giá trị lớn hoặc không phân tích tương quan sẽ dẫn đế lãng phí (đáng lẽ không cần dùng vải địa kỹ thuật gia cường thì do lựa chọn sai lại phải dùng) hoặc có khi phải dùng cả

bệ phản áp hoặc khi thi công sẽ dẫn đế trượt nền đắp

Về phương pháp tính

Hiện nay hay dùng là phương pháp hệ số rỗng Δe và phương pháp Cc

- Phương pháp Δe cho kết quả tính lún: Giá trị đa phần lớn hơn phương pháp

Cc và thiên về an toàn

- Phương pháp Cc: Phụ thuộc rất nhiều vào tính nguyên trạng của mẫu bởi vì khi mẫu nguyên trạng sẽ cho giá trị Pc thực, còn khi mẫu không nguyên trạng sẽ cho giá trị Pc lớn (Pc nhỏ, tổng lún lớn và ngược lại Pc lớn, tổng lún nhỏ)

Như vậy cần có sự lựa chọn hợp lý các chỉ tiêu cơ lý đặc biệt phục vụ cho thiết kế xử lý nền đất yếu để đem lại sự cân bằng giữa kinh tế và kỹ thuật, giữa biện pháp xử lý và tiến độ thi công

CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC TỔNG HỢP, ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI CÁC CÔNG TRÌNH GIAO

THÔNG ĐÔ THỊ HẢI PHÒNG

Đặc điểm địa chất khu vực có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả đầu tư các dự

án phát triển mạng lưới các công trình giao thông của khu vực Nghiên cứu, xem xét công tác tổng hợp số liệu địa chất của một số công trình, đánh giá kết quả thiết

kế, từ đó có kinh nghiệm, nâng cao chất lượng công tác tổng hợp số liệu địa chất

và lựa chọn giải pháp thiết kế xử lý nền đất yếu phù hợp cho công trình

2.1 Hiện trạng công tác tổng hợp số liệu địa chất phục vụ xử lý nền đất yếu tại một số công trình giao thông ở Hải Phòng

2.1.1 Công tác tổng hợp số liệu địa chất phục vụ xử lý nền đất yếu tại công trình Đường trục chính Tây nam khu công nghiệp Đình Vũ thuộc khu kinh tế Đình Vũ – Cát Hải

2.1.1.1 Tài liệu địa chất công trình [17]

Số liệu địa chất lấy theo bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý các mẫu đất trong báo cáo khảo sát địa chất công trình

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý

Số TT Chỉ số Đơn vị Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5

Lớp đất đắp

Lớp mặt đường

2.1.1.2 Kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu công trình [17]

Bảng 2.2 Biện pháp xử lý

Đoạn/

Lý trình

Chiều cao nền đắp (m)

Chiều dày đất yếu (m)

Biện pháp xử lý

Gia tải (m)

Biện pháp – khoảng cách (m)

Độ sâu (m)

VĐ KT gia cố / VĐKT tạm (lớp) Cắt

ngang

Cắt dọc 0+000-