CảI TạO NềN ĐấT ĐƢờNG GIAO THÔNG LIÊN HUYệN VIệT YÊN TỉNH BắC GIANG_2

Công nghệ này rất thích hợp khi xử lý nền móng tại những vùng đất ô nhiễm, đặc biệt là với các công trình lấn biển, làm nền đường trên khu vực sình lầy…; ngoài ra còn tận dụng được các p

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 chưa từng được 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 được chỉ

rõ nguồn gốc

Hải Phòng, ngày……tháng.… năm 2016

Học viên

Nguyễn Quang Dũng

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 giúp tác giả được trang bị thêm những kiến thức cần thiết về các vấn đề kỹ thuật - kinh tế Cùng sự hướng dẫn nhiệt tình của các Giảng viên 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 TS Trần Long Giang 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, 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 BẢNG VII DANH MỤC CÁC HÌNH VII

MỞ ĐẦU 1

1 Sự cần thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3 1.1 Khái niệm về đất yếu và các loại đất yếu thường gặp 3

1.2 Các vấn đề gặp phải khi xây dựng công trình trên nền đất yếu 4

1.3 Các vấn đề về lún 4

1.4 Các biện pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam 5

1.5 Cơ sở lý thuyết về tính toán xử lý nền đất yếu bằng các giếng tiêu nước thẳng đứng 21

1.5.1 Giới thiệu phương pháp giếng tiêu nước thằng đứng 21

1.5.2 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước 22

1.5.3 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng các trụ vật liệu rời 23

1.5.4 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng giếng tiêu nước thẳng đứng 31

1.6 Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng/vôi – trộn sâu 34

1.6.1 Giới thiệu phương pháp 34

1.6.2 Những nguyên tắc cải tạo sâu 37

1.6.3 Tính toán - thiết kế 39

1.7 Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng tường chắn đất có cốt ổn định cơ học - điều kiện tĩnh 43

1.7.1 Giới thiệu, mô tả hệ thống tường chắn đất có cốt ổn định cơ học 43

1.7.2 Trình tự thi công 47

1.7.3 Những nguyên tắc gia cường đất 51

1.7.4 Tương tác cốt và đất 53

1.7.5 Đánh giá các tính chất xây dựng dựa trên khảo sát và thí nghiệm khu vực 55

1.8 Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng sườn dốc đất có cốt – điều

kiện tĩnh 56

1.8.1 Giới thiệu 56

1.8.2 Tính toán - thiết kế 59

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHỤ GIA HÓA HỌC 61

2.1 Nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định sức chịu tải bằng phụ gia hóa học 61

2.1.1 Giới thiệu phương pháp 61

2.2 Các yêu cầu về đất khi áp dụng phụ gia hóa học để hóa cứng đất 62

2.2.1 Những yêu cầu phân tích đất 62

2.2.2 Cải tạo những tính chất của đất 62

2.2.3 Các loại đất và hiệu suất của phụ gia hóa học 62

2.3 Trình tự thí nghiệm với đất 64

2.3.1 Thí nghiệm độ thẩm thấu 65

2.3.2 Thí nghiệm hệ số chịu tải California (CBR) 65

2.3.3 Thí nghiệm thành phần cấp phối 65

2.3.4 Thí nghiệm chỉ số dẻo 66

2.3.5 Thí nghiệm độ pH 66

2.3.6 Dung trọng khô tối đa/Độ chứa ẩm tối ưu (OMC) 66

2.3.7 Các yêu cầu của công tác thí nghiệm 66

2.4 Trình tự thực hiện 67

2.5 Thi công 72

CHƯƠNG 3: CảI TạO NềN ĐấT ĐƯờNG GIAO THÔNG LIÊN HUYệN VIệT YÊN TỉNH BắC GIANG 77

3.1 Khu vực thiết kế 77

3.1.1 Điều kiện địa chất khu vực thiết kế 77

3.1.2 Giải pháp thiết kế 79

3.1.3 Giải pháp xử lý nền đất yếu 80

3.1.4 Yêu cầu thiết kế 80

3.1.5 Phương pháp tính toán 83

3.2 Tính toán xử lý nền đường và xác định sức chịu tải của đất 84

3.2.1 Lựa chọn mô hình tính toán 84

3.2.2 Tính toán sức chịu tải 84

3.2.3 Sử dụng phụ gia hóa học để gia cố nền đất 86

3.3 So sánh giá trị kinh tế các phương án xử lý 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

DANH MỤC CÁC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

h Chiều dày tầng đất gia cường m

q1 Tải trọng truyền lên trụ đã nói ở trên kPa

aS Tỷ số diện tích thay thế

Etrụ Mô đun đàn hồi của trụ kPa

S2 Độ lún trong đất không gia cường m

q2 Tải trọng tác dụng lên đất không gia cường kPa

Mđất Mô đun đàn hồi của đất trong gia cường kPa

Sm Độ lún của thể tích gia cường toàn khối m

Q Tải trọng tác dụng lên khối gia cường kPa

Em Mô đun nén lún của đất gia cường toàn khối kPa

LD Tổng chiều dài trụ khi chỉ thoát nước một phía

Kđất Hệ số thấm của đất chưa gia cường

Ktrụ Hệ số thấm của trụ

N Hệ số Barron C’K(trụ) Lực đính hữu hiệu của trụ

CU K(trụ) Lực đính không thoát nước của trụ υ’K(trụ) Góc ma sát trong hữu hiệu của trụ

Β Hệ số tính lực đính hữu hiệu của trụ

AS Diện tích tiết diện ngang của trụ

S Khoảng cách giữa các tâm trụ

Le C Tổng diện tích bề mặt trên một đơn vị chiều rộng cốt trong vùng

kháng nhổ sau bề mặt trượt

Le Chiều dài neo của cốt trong vùng kháng nhổ sau bề mặt trượt

C Chu vi đơn vị hữu hiệu của cốt

F* Hệ số kháng nhổ (hệ số ma sát - chịu tải)

Α Hệ số hiệu chỉnh tỷ lệ σ’V Ứng suất thẳng đứng hữu hiệu tại ranh giới giữa cốt và đất

υr Góc ma sát trong tương tác giữa cốt và đất

H Chiều cao sườn dốc

dw Chiều sâu mực nước dưới đất trong sườn dốc

dwf Chiều sâu mực nước dưới nền đất

Ci Hệ số tương tác đối với nhổ

σn Ứng suất pháp tác dụng trên chiều dài neo của cốt

υi Góc ma sát trong lớn nhất của đất có cốt

FS Hệ số an toàn kháng nhổ

φ’ Góc ma sát trong của đất '

RFID Hệ số giảm do phá hoại xảy ra khi lắp đặt cốt

RFD Hệ số giảm theo thời gian

N Số lớp lưới địa kỹ thuật

Tmax Tổng độ bền của lưới địa kỹ thuật

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Những loại vật thoát phổ biến (theo Rixner và cộng sự 1986)

Bảng 1.2 Xác định khả năng chịu tải tới hạn ( Theo Aboshi & Suematsu 1985) Bảng 3.1 Kết quả hệ chuyển đổi nhiều lớp để xác định Etb

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm DZ33

Bảng 3.4 Phân loại vôi theo 2 chỉ tiêu cơ bản là hàm lượng CaO+MgO

Bảng 3.5 Giá trị xây lắp của công trình sử dụng phụ gia hóa học hóa cứng nền

1.5, 1.6 Bệ phản áp bằng bê tông tại Nhật, Việt Nam

1.7 Nền đường gia cố bằng hóa chất

1.20 Lý tưởng hóa trụ đơn vị

1.21 Sơ đồ bố trí các trụ vật liệu rời trong gia cường nền đất yếu 1.22 Các cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong tầng đất yếu đồng

nhất (theo Barkscale và Bachus 1983) 1.23 Các cơ chế phá hoại trụ vật liệu rời trong nền đất dính không

đồng nhất 1.24 Các kiểu phá hoại nhóm các trụ vật liệu rời

1.25 Sự phá hoại khả năng chịu tải đối với diện chịu nén dạng băng

và trụ vật liệu rời - biến dạng phẳng ( Balaam, N.P; P.T Brown;

và H.G Poulos 1971) 1.26 Phân tích nhóm trụ vật liệu rời - đất dính rắn chắc đến cứng (

Theo Barksdale và Bachus, 1983) 1.27 Giếng tiêu nước thẳng đứng tiêu biểu lắp đặt cho nền đường cao

tốc 1.28 Thiết bị gia cường đất yếu bằng bấc thấm

1.29 Sơ đồ cải tạo khối và trụ kết hợp

1.30 Kỹ thuật gia cường khối

1.32 So sánh phương pháp gia cường sâu với một số phương pháp

khác 1.33 Những ví dụ dạng hình học bố trí các trụ gia cường nền đất yếu 1.34 Sơ đồ nguyên tắc phân bố tải trọng trong nền gia cường bằng trụ 1.35 Mặt cắt ngang tổng quát của tường chắn đất có cốt ổn định

về mặt cơ học (MSEW)

1.37 Các cấu kiện MBW thương mại thích hợp

1.38 Lớp bảo vệ bằng rọ đá

1.39 Đường cong thực nghiệm để xác định chuyển vị ngang tiềm ẩn

xảy ra trong quá trình thi công các tường chắn MSEW (FHWARD 89-403)

1.40 đến 1.46 Thi công tấm panel

1.47 Những cơ chế truyền ứng suất cho cốt trong đất

1.48 Cách xác định các kích thước lưới để tính khả năng chịu nhổ 1.49 Những yêu cầu cho tính toán sườn dốc đất có cốt

1.50 Những dạng phá hoại ngoài đối với sườn dốc đất có cốt

1.51 Hình dạng sườn dốc và các định nghĩa

1.52 Lời giải bằng sơ đồ để xác định chiều dài cốt yêu cầu

(theo Schmertmann và cộng sự 1987) 2.1 đến 2.10 Trình tự thực hiện hóa cứng đất bằng phụ gia hóa học

2.11 đến 2.20 Thi công hóa cứng đất bằng phụ gia hóa học

3.1 Bản đồ Huyện Việt Yên

3.2 Hiện trạng tuyến đường

3.4 Công trình sau khi thử nghiệm và hoàn thành

MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

Các kết cấu đường giao thông và bãi theo công nghệ truyền thống thường phải đào và xúc bỏ đi toàn bộ lớp đất tự nhiên trên nền khuôn, sau đó tiến hành thi công các lớp cấp phối vật liệu đá từ cỡ 4 x 6 đến đá 0 - 4, các lớp cấp phối base hoặc cấp phối đất sỏi đồi

Lớp nền móng đường thi công như trên thường có giá thành rất cao đối với những nơi cách xa nguồn đá mỏ (do chi phí vận chuyển cao) Hiện nay ở một số nơi các cơ quan quản lý địa phương đã cấm phá núi để khai thác đá xây dựng vì sợ ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, do vậy nguồn đá mỏ ngày càng khan hiếm và đắt đỏ

Cấp phối vật liệu đá, dù có thi công lu nèn chặt đến đâu thì chúng vẫn là một kết cấu rời do vậy nền đường dễ bị ngấm nước và sẽ sụt lún

Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ để thay thế cho vật liệu đá trong làm đường giao thông và bãi truyền thống là việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa cao Đến nay loại vật liệu được nghiên cứu để đưa vào sử dụng trong xây dựng thay thế một phần cho các loại cấp phối đá chính là các loại đất hiện hữu ở mọi nơi Các loại phụ gia nhập khẩu từ các nước tiên tiến với giá thành quá cao làm đơn giá vật liệu đất gia cố cao, do đó chưa có hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng Mặt khác việc gia cố hóa cứng đất muốn đạt được tiêu chuẩn kỹ thuật cao đòi hỏi phải có phương tiện chuyên dùng đó là máy phay nghiền đất và trộn phụ gia đều với đất Loại thiết bị này ở Việt Nam còn rất ít Đồng thời khi thi công phải tuân thủ chặt chẽ quy trình thi công gia cố đất với chất kết dính vô cơ (Vôi hoặc xi măng), điều này đòi hỏi phải có đội ngũ kỹ thuật hiểu biết chuyên môn và có kinh nghiệm hướng dẫn thực hiện Đội ngũ công nghệ này hiện rất thiếu nên công nghệ này chưa được phổ biến mạnh

Công nghệ này còn góp phần bảo vệ môi trường do tận dụng phế thải của các ngành công nghiệp khác như tro bay, xỉ than của các nhà máy nhiệt điện làm chất phụ gia, kết dính để sử dụng cho chính việc xử lý nền đất yếu này Khi gia cố, đơn

vị thi công không phải bốc vứt đất cũ đi mà thực hiện gia cố tại chỗ, trên chính nền đất đó, mặt bằng đó Công nghệ này rất thích hợp khi xử lý nền móng tại những vùng đất ô nhiễm, đặc biệt là với các công trình lấn biển, làm nền đường trên khu vực sình lầy…; ngoài ra còn tận dụng được các phế phẩm khác như tro bay, xỉ…

mà các nhà máy công nghiệp của Việt Nam đang thải và thừa rất nhiều

Do vậy đề tài “ Nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định sức chịu tải của

nền bằng phụ gia hóa học ” là vấn đề có ý nghĩa cấp bách và thiết thực

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phụ gia hóa học

Nghiên cứu cụ thể quy trình, cách thức sử dụng phụ gia hóa học để hóa cứng đất

Áp dụng phương pháp sử dụng phụ gia hóa học vào công trình cụ thể để thấy được hiệu quả của phương pháp

3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu, tìm hiểu các công nghệ xử lý nền đất yếu

Các lý thuyết tính toán sức chịu tải của nền

Nghiên cứu xử lý nền đất yếu của các công trình đường giao thông và bãi bằng phụ gia hóa học

Công trình đường giao thông liên huyện Việt Yên Tỉnh Bắc Giang

4 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập tài liệu về xử lý nền đất yếu của các công trình đường giao thông và bãi, công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phụ gia hóa học trên thế giới và trong nước

để hiểu rõ về công nghệ

Nghiên cứu tài liệu về cách làm truyền thống để so sánh với công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phụ gia hóa học

Nghiên cứu tính toán cho một công trình cụ thể

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ để thay thế cho vật liệu đá trong làm đường giao thông và bãi truyền thống là việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa cao Đến nay loại vật liệu được nghiên cứu để đưa vào sử dụng trong xây dựng thay thế một phần cho các loại cấp phối đá chính là các loại đất hiện hữu ở mọi nơi Tận dụng được các phế phẩm khác như tro bay, xỉ công nghiệp, chất thải rắn công nghiệp mà các nhà máy công nghiệp của Việt Nam đang thải và thừa rất nhiều để làm vật liệu gia cố nền Do vậy đề tài này nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định xức chịu tải của nền bằng phụ gia hóa học

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

1.1 Khái niệm về đất yếu và các loại đất yếu thường gặp

*) Khái niệm đất yếu:

Định nghĩa và đặc trưng của nền đất yếu trình bày trong 22TCN 262-2000 và TCXD 245:2000: “là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo cắt quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.35daN/cm2 ” Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước su, và trị số xuyên tiêu chuẩn N, như sau: Đất rất yếu: su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2; Đất yếu: su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4

Nền đất yếu là nền đất không đủ độ bền, không đủ sức chịu tải và biến dạng nhiều nên không thể làm nền thiên nhiên cho các công trình xây dựng

“Khi thi công các công trình dân dụng, cầu đường thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu và đặc điểm cấu tạo của công trình

mà sử dụng các biện pháp xử lý nền móng cho phù hợp để giảm độ lún, tăng sức chịu tải của nền đất, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho các công trình.”[16]

“Trong thi công thực tế, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá được chính xác các tính chất cơ lý của nền đất Do đó việc đánh giá chặt chẽ và chính xác các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm) để làm cơ sở và đưa ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kinh nghiệm thực tế và kiến thức khoa học để giải quyết, giảm được tối đa các sự

cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.”[16]

*) Các loại đất yếu thường gặp:

- “Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp.”[16]

- “Bùn: Các loại đất tạo thành các môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (< 200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, yếu về mặt chịu lực.”[16]

- “Than bùn: là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20% - 80%).”[16]

- “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 tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy.”[16]

- “Đất bazan: cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị sập lún.”[16]

1.2 Các vấn đề gặp phải khi xây dựng công trình trên nền đất yếu

Các vấn đề được đặt ra và cần được giải quyết khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu là:

- Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất

- “Độ ổn định: Độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải của móng, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn.”[16]

- “Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của áp lực nước.”[16]

- Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hỏa, ô tô và động đất Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được quan tâm:

- “Xây dựng công trình đường giao thông, thủy lợi, đê điều và công trình cơ

sở trên nền đất yếu.”[16]

- Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều

- “Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu.”[16]

- Xử lý nền cho các khu công nghiệp được xây dựng ven sông, ven biển

- Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu Long

- Lấn biển và xây dựng các công trình trên biển

1.3 Các vấn đề về lún

Công trình liên hệ với nền đất thông qua móng Nền đất chịu tác động của tất

cả các tải trọng lên công trình do móng truyền xuống Biến dạng của nền sẽ làm cho móng bị lún và làm biến dạng công trình

Tùy thuộc vào độ cứng của công trình, tải trọng, sự phân bố của đất trong mặt bằng có đối xứng hay không mà có thể có các loại biến dạng lún:

- Lún đều: Khi toàn bộ công trình lún một độ lún như nhau Trường hợp này xảy ra khi tải trọng, độ cứng của công trình và tính nộn lún của đất nền phân bố đồng đều trong mặt bằng

- Nghiêng: Đó là sự quay của công trình so với trục nằm ngang Trường hợp này xảy ra khi gia tải không đối xứng hoặc khi có các lớp đất phân bố không đối xứng so với trục đứng của móng Biến dạng loại này hay gặp ở các công trình có độ cứng lớn

- Võng xuống, vồng lên: Khi bị các dạng này công trình sẽ bị uốn Thường gặp loại biến dạng này ở các công trình có độ cứng không lớn Khi bị võng thì vùng phía dưới bị kéo, vùng bên trên bị nén Do các vật liệu như gạch, bê tông chịu kéo kém hơn chịu nén nên vùng chịu kéo sẽ bị nứt Trong trường hợp bị vồng lên thì sẽ ngược lại, vết nứt có thể xuất hiện ở phía trên Trong một số công trình dài có thể ở đoạn này thì vồng lên, ở đoạn khác lại võng xuống Khi vồng lên hoặc võng xuống nếu công trình có độ cứng càng lớn thì độ võng càng giảm

- Lệch (vênh): Xuất hiện khi các phần gần nhau của công trình bị lún chênh nhau nhiều và các phần đó vẫn giữ nguyên vị trí thẳng đứng

- Xoắn: Hiện tượng xoắn quan sát thấy khi công trình bị nghiêng không như nhau theo chiều dọc và đặc biệt khi sự nghiêng của công trình phát triển theo hai hướng khác nhau

Các biến dạng trên đều do sự lún không đều gây ra Sự lún không đều làm xuất hiện các ứng suất bổ sung trong các kết cấu siêu tĩnh và nhiều khi làm cho kết cấu bị hư hỏng

1.4 Các biện pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam

- “Xử lý nền bằng cọc tre và cọc cừ tràm: xử lý nơi nền đất yếu có chiều nhỏ, hay dùng trong dân gian thường chỉ dùng khi dưới móng chịu tải trọng không lớn ( móng nhà dân, móng dưới cống ) Miền Nam thường dùng cọc tràm do nguyên liệu sẵn có Chỉ được đóng cọc tre trong đất ngập nước để tre không bị mục nát, nếu đóng trong đất khô không nước sau đó tre bị mục nát thì lại phản tác dụng làm nền đất yếu đi Không đóng cọc tre trong đất cát vì đất cát không giữ được nước, thường chỉ đóng cọc tre trong nền đất sét có nước.Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3

- 6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2 Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ.”[16]

- Nền đường chất dẻo (sử dụng bọt khí FPS gia cố nền đất, trọng lượng FPS

ở đất là 1/50, 1/100): làm giảm tải trọng nền đường, giảm độ lún thích hợp lớp đất

có hàm lượng nước lớn, lớp đất yếu có độ dày lớn

- Thay thế lớp đất yếu: dùng ở lớp đất mỏng, dùng xử lý tầng nông, độ dày không lớn và thuộc đất bùn

- “Chất tải nén trước (gia tải trước): dùng để xử lý lớp đất yếu, có thể sử

dụng đơn độc hoặc có thể kết hợp với thoát nước cố kết, sử dụng liên hợp một cách phức hợp.Trong một số trường hợp, phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra.”[16]

“Gia tải trước là công nghệ đơn giản nhưng vẫn cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng.”[16]

“Cọc cát được đóng bằng công nghệ rung ống để không chiếm đất, sau đó cát được làm đầy ống và rung để đầm chặt Cọc cát có đường kính 30-40cm Có thể được thi công đến 6-9m Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng

do sử dụng cọc cát hoặc bằng thoát nước.”[16]

“Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết Thiết

bị và công nghệ của Thuỵ Điển được sử dụng để thi công bản nhựa Bản nhựa được dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ những năm 1980.”[16]

“Tại ven sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thước hình học

và tải trọng đường kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000 tấn Nền công trình là đất yếu có chiều dày lớn được xử lý nền bằng bản nhựa thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải bằng hút chân không Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m Kết quả độ lún thực tế sau 2 lần gia tải là 3,26m (lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau độ lún bằng 0,86m), ở đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính Sự khác nhau có thể do quá trình tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt ven sông”[16]

Hình 1.3 Gia tải trước bằng cát

- “Tầng đệm cát: thường kết hợp với thoát nước theo chiều thẳng đứng, sử

dụng nhiều ở lớp mặt nền đất yếu

Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu chiều dày nhỏ hơn 3m và các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn,…)

Biện pháp thi công: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt

Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau: 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 Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng.”[16]

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

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

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

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

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

Được sử dụng tương đối rộng rãi do thi công đơn giản và không đòi hỏi thiết

bị phức tạp

“Không nên sử dụng phương pháp này khi nước có áp, nền đất có mực nước ngầm cao vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m.”[16]

Hình 1.5 Bệ phản áp bằng bê tông tại Nhật

Hình 1.6 Bệ phản áp bằng bê tông tại Việt Nam

- Nền đường được gia cố bằng hoá chất: khi phun nước, bọt khí và hóa chất qua hỗn hợp trộn xong hình thành vật liệu sợi, trọng lượng có thể đạt 1/4 trọng lượng đất, thích hợp với lớp đất có độ dày đất yếu lớn, hàm lượng nước lớn

Hình 1.7 Nền đường gia cố bằng hóa chất

- Bấc thấm, giếng bao cát: sử dụng xử lý lớp bùn sét, bùn đất độ sâu xử lý không lớn hơn 25m

“Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesie không dệt…) Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau: Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng gia tải trước kết hợp với bấc thấm Khi độ thấm của đất rất nhỏ hoặc khi chiều dày đất yếu rất lớn thì có thể

bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết Phương pháp này thường dùng

để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng, tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu Kết quả là làm tăng sức chịu tải, làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép và tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập nhưng nếu cần phải tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời

biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời Khi đó đắp cao thêm nền đường

so với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong một thời gian rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi khi

mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải.”[16]

Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước

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 vì thế làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý.”[16]

Hình 1.9 Cột cát

- Dự ép chân không: sử dụng với nền móng thuộc lớp bùn đất dính, bùn đất.Bơm hút chân không là một phương pháp gia cố nền đất sét yếu, dùng công nghệ bơm hút chân không để hút nước trong đất làm cho đất cố kết nhanh chỉ trong thời gian ngắn Công nghệ này được thực hiện nhanh thông qua vài lần làm áp lực bằng chân không kết hợp với số lần biến đổi năng lượng thích hợp để đóng nền từ

đó nâng cao mật độ đất, sức tải của nền, hạ thấp tỷ lệ chứa nước trong đất, giảm sự sụt lún sau khi thi công và sự sụt lún sai khác ở nền đất yếu

Hình 1.10 Bơm hút chân không

- Bơm chân không - chất tải dự ép liên hợp: liên kết chân không và chất tải

dự ép dùng cho đoạn đường đầu cầu và đường đắp cao, sử dụng chân không chất tải dự ép nên sử dụng trong nền móng có bố trí bấc thấm hoặc giếng cát và bản thoát nước, ép chân không có độ chân không < 70 Kpa

Hình 1.11 Bơm chân không - chất tải dự ép liên hợp

- Ép cọc bê tông: sử dụng trường hợp chống cắt lớn hơn 10 Kpa, không thoát nước

Hình 1.12 Ép cọc bê tông

- Hạ cọc bằng chấn động: sử dụng khi cường độ chống cắt > 15 Kpa, không thoát nước

Hình 1.13 Hạ cọc bằng chấn động

- Cọc xi mămg (cọc xi măng - đất): gồm có cọc phun vữa xi măng sử dụng

để gia cố nền đất yếu có cường độ chống cắt không < 10 Kpa, sử dụng cọc phun bột xi măng (khô hoặc ướt) để gia cố nền đất yếu có độ sâu không > 15m.

Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: bùn, than bùn, sét, sét pha ở trạng thái dẻo nhão

Khi sử dụng cọc vôi thì có những tác dụng sau:

Đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% sau khi cọc vôi được đầm chặt 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: Lực dính tăng lên khoảng 1,5 - 3 lần; Độ ẩm của đất giảm 5-8%.”[16]

“Việc chế tạo cọc xi măng đất cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô chứa xi măng và phun vào đất với tỷ lệ định trước Xi măng cần được sàng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo xi măng không bị vón cục và các hạt xi măng có kích thước đều nhỏ hơn 0,2mm, để không bị tắc ống phun Hàm lượng xi măng có thể từ 7-15% và kết quả cho thấy đất được gia cố bằng xi măng tốt hơn vôi và đất bùn gốc sét có hiệu quả kém hơn so với đất bùn gốc cát.”[16]

“Thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền so với khi chưa gia cố tăng lên từ 4 - 5 lần Hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất - xi măng này

để gia cố nền là rất tốt và nước ta đã sử dụng loại cọc đất - xi măng này để gia cố,

xử lý một số công trình.”[16]

Đất vôi và đất xi măng được dùng thiết bị và công nghệ của Thụy Điển để chế tạo Sau khi nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và áp dụng hiện trường ta được kết quả như sau:

Giải pháp công nghệ này thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu Cọc đất vôi và

xi măng đất đóng vai trò thoát nước và gia cường nền

Các chỉ tiêu về biến dạng, cường độ phụ thuộc vào loại đất nền, thời gian, thành phần hạt, hàm lượng hữu cơ và hàm lượng vôi, xi măng sử dụng

Tại Việt Nam thì sử dụng xi măng rẻ hơn là dùng vôi Tỷ lệ sử dụng thường dùng là 8 - 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 - 15% trọng lượng khô của đất

Thiết bị Thụy Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng

Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc

Cọc xi măng đất được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp,

Cường độ đất vôi dưới ảnh hưởng của nhiệt độ

Hình 1.14 cọc xi măng

Hình 1.15 Cọc xi măng đất

- Cọc CFG (cọc bê tông có lẫn bột than): thích hợp với lớp đất có cường độ chịu tải lớn hơn 50 Kpa

- Cọc cứng: thích hợp với khu vực đất yếu ở độ sâu lớn hơn nền đường cũ được mở rộng

- Tường cách ly: thông thường chỉ sử dụng với nền đường cũ được cải tạo

mở rộng

- Làm ngăn cách và hạ mực nước ngầm: nền đá nứt nẻ, đường miền núi Đây là một phương pháp làm cho mực nước ngầm hạ thấp cục bộ ở một vị trí nào đó bằng cách dùng phương pháp nhân tạo, đào giếng sâu trong tầng chứa nước

và hạ thấp mực nước trong đó bằng cách bơm liên tục tạo nên hình phễu trũng

Việc khoan giếng hạ mực nước ngầm tạo mặt bằng thi công khô ráo và đó là điều kiện cần thiết trong việc thực hiện các công trình ngầm nhằm giúp việc thi công dễ dàng và thuận lợi hơn Mặt bằng khô ráo hỗ trợ việc đào đất sâu đúng tiêu chuẩn thiết kế

Thông thường, để làm khô một phạm vi nhất định, người ta phải đào một hệ thống giếng xung quanh khu vực đất đó và nước sẽ được bơm lên liên tục từ các giếng

- Làm công trình : cầu cạn,…

- Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối nông: là công nghệ xanh sạch Công nghệ này rất thích hợp với những vùng đất ô nhiễm, thay vì chuyển đất bị ô nhiễm gây ra nguy cơ ô nhiễm vùng khác thì công nghệ này giữ lại, xử lý tại chỗ Bản chất công nghệ này là khi gia cố nền đất không cần bốc đất yếu đi chỗ khác, mà xử lý tại chỗ, dùng thiết bị khoan, trộn chất kết dính (xi măng, vôi bột, thạch cao, tro bay, phụ gia khác…) để đất mềm trở nên cứng hơn, chịu được tải trọng lớn hơn

Hình 1.16 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối

- Cố kết động: Cố kết động cho phép tăng sức chịu tải, cường độ và giảm độ lún của nền Công nghệ được dùng để gia cố nền đất yếu ở TP HCM, Hà Nội, Hải Phòng Quả đấm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10 - 15m để đầm chặt nền Khoảng cách giữa các hố đầm là 3×3, 4×4 hoặc 5x5m

Để đơn giản hóa và đạt hiệu quả cao khi gia cố nền đất yếu ta dùng phương pháp cố kết động, phương pháp này phù hợp với hiện tượng mới san lấp và đất đắp Sau khi đầm chặt một vài lần tại một điểm hố đầm được đổ đầy đá và cát Hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị nén ngang hoặc xuyên trong hố khoan cần được kiểm tra

1.5 Cơ sở lý thuyết về tính toán xử lý nền đất yếu bằng các giếng tiêu nước thẳng đứng

1.5.1 Giới thiệu phương pháp giếng tiêu nước thằng đứng

Lún cố kết của nền đất sét yếu là một trong những nhiệm vụ chính của công tác xử lý nền móng công trình Nguyên nhân là do tính thấm nước của đất sét rất nhỏ, mức độ cấu kết ban đầu phải mất rất nhiều thời gian mới kết thúc Để rút ngắn thời gian cố kết, cần tiến hành lắp đặt những giếng tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước bằng những khối đất đắt tạm thời hay nén chân không Những vật thoát nước sẽ được tao ra bởi các giếng tiêu nước thẳng đứng và chúng được lắp đặt bằng nhiều phương pháp khác nhau, có đặc trưng lý học khác nhau

Với phương pháp này, trong quá trình cố kết đất sét do građiên thủy lực hình thành bởi gia tải trước nước lỗ rỗng được ép ra ngoài, dòng chảy từ các lớp đất sét vận động theo phương ngang vào các giếng tiêu nước này “Thật vậy, việc lắp đặt những giếng tiêu nước thẳng đứng trong đất sét sẽ làm giảm chiều dài đường thoát nước và đồng thời sẽ làm giảm thời gian hoàn thành quá trình cố kết Do đó, tính thấm nước theo phương ngang của đất sét cao hơn so với phương đứng cũng là một lợi thế lớn.”[17]

Chính vì vậy, khi lắp đặt các giếng tiêu nước thẳng đứng sẽ được lợi gấp đôi Trước hết đẩy nhanh được quá trình cố kết của nền đất sét và tiếp theo làm độ bền tăng nhanh để tạo ra tính ổn định của các công trình xây dựng trên nền đất sét yếu

Giếng tiêu nước thẳng đứng có thể phân ra làm 03 loại cơ bản, đó là:

- Giếng cát ( đá )

- Giếng cát có vỏ bọc ngoài ( bao tượng cát )

- Cọc cát nén chặt ( một cách tổng quát gọi là các trụ vật liệu rời ) và bấc thấm

Bảng 1.1 Những loại vật thoát phổ biến (theo Rixner và cộng sự 1986)

Giếng cát tiêu

nước

Lõi đáy bịt kín Mũi khoan kiểu xoắn ruột gà Mũi khoan cần rỗng liên tục Khoan thủy lực trong

Khoan phụt quay

Chuyển vị lớn nhất Kinh nghiệm còn hạn chế Chuyển vị hạn chế

Khó kiểm tra

Có thể không chuyển vị

Khoan bơm - phụt Hà Lan Có thể không chuyển vị Giếng cát tiêu

nước có vỏ bọc

ngoài

Bấc thấm bằng cát, bao tượng cát, bấc thấm bằng vải

Chuyển vị toàn bộ của không đổi nhỏ

Bấc thấm Tiêu nước bằng bìa cứng

Vải bọc Chất dẻo thoát nước không có vỏ

Chuyển vị toàn bộ của không Chuyển vị toàn bộ của không Chuyển vị toàn bộ của không

1.5.2 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước

“Gia tải trước được xem như một quá trình nén nền đất dưới tác dụng của ứng suất thẳng đứng trước khi xây dụng công trình Nếu tải trọng tác dụng tạm thời vượt quá tải trọng cuối cùng thì tổng tải trọng vượt thêm đó được xem như phụ tải Khi nền móng dựng một cách nhanh chóng lên nền sét yếu bão hòa nước, tổng độ lún có thể chia làm ba phần chính, đó là: độ lún cố kết ban đầu, độ lún tức thời và

độ lún cố kết.”[17]

Trong thực tế thì tính chất lún là vô cùng phức tạp Điều tương đối quan trọng và có tính chất quyết định của từng loại độ lún là tùy thuộc vào nhiều yếu tố, như: loại đất và đặc trưng nén lún của nó; lịch sử phát triển của ứng suất, cường độ

và tốc độ gia tải, cũng như chiều dày của tầng đất chịu nén Một cách tổng quát thì

độ lún cố kết ban đầu đóng vai trò chính cho nhiều công trình gia tải trước

Theo Terzaghi (1943): “ Sự giảm một lượng nước của đất bão hòa nước mà không thay thế nó bằng khí, được gọi là một quá trình cố kết”

Khi các loại đất sét bão hòa nước - loại đất có hệ số thấm thấp, khi chịu tác dụng của ứng suất nén của công trình truyền xuống đáy móng, thì áp lực nước lỗ rỗng sẽ tăng lên một cách tức thời Tuy nhiên, do tính thấm của đất nhỏ nên sẽ cần một thời gian dài giữa ép tách nước lỗ rỗng ra ngoài và lúc gia tải, kéo theo là hiện tượng lún

1.5.3 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng các trụ vật liệu rời

Các trụ vật liệu rời được cấu tạo bằng đá (cuội, sỏi) hay cát được đưa vào trong nền sét yếu theo phương pháp không thay thế hoặc thay thế Cụm từ “ trụ vật liệu rời” ở đây có liên quan đến thành phần của cọc, thường là cát hay cuội sỏi được đầm nén chặt Có khi có cả những trụ đá dăm Đất được gia cường bằng các trụ vật liệu rời thường được gọi là đất hỗn hợp Khi bị nén, trụ vật liệu rời thường

bị biến dạng theo phương ngang vào tầng đất xung quanh và phân bố lại ứng suất ở phần trên cùng mặt cắt đất nền thay vì truyền các ứng suất xuống các lớp đất dưới sâu hơn, việc đó làm cho đất sau khi gia cường được ổn định hơn Kết quả đạt được

là khả năng chịu tải và độ bền của đất hỗn hợp có thể được tăng lên, đồng thời tính nén lún bị giảm xuống Mặt khắc, nó còn làm giảm được ứng suất phát sinh trong các trụ vật liệu rời Các thành phần của trụ vật liệu rời có tính thấm cao nên chúng còn có tác dụng đẩy nhanh lún cố kết và giảm đến mức tối thiểu các trị số độ lún sau thi công

1 Những phương pháp thi công trụ vật liệu rời:

Những phương pháp khác nhau để tạo các cọc vật liệu rời đã được ứng dụng khắp thế giới, tùy thuộc vào khả năng ứng dụng thực tế và khả năng thiết bị có được ở từng địa phương

a) Phương pháp khoan có ống chống:

“Trong phương pháp này, các trụ được thi công bằng cách đầm nén các vật liệu rời trong các hố khoan tạo ra nước theo từng bước Việc đầm nén nhờ vào quả nặng (15-20 kN) cho rơi tự do từ độ cao bằng 1,0 đến 1,5 m” ( Datye & Nagaraju

1975, 1978 và 1981; Bergado và cộng sự, 1984; Ranjan, 1989) Phương pháp này thay thế tốt cho phương pháp đầm chặt bằng rung, lại vừa có giá thành thấp hơn

Tuy vậy, tác dụng phá hoại và tái tạo đất sau đầm nén có thể bị hạn chế khi

áp dụng đối với các loại đất nhạy cảm Phương pháp này rất hữu ích cho các nước đang phát triển vì chỉ dùng những thiết bị có thể tự chế ( Rao 1982; Ranjan & Rao 1983)

b) Phương pháp đầm nén bằng rung:

“Phương pháp đầm nén bằng rung được sử dụng để tăng độ chặt của các loại đất rời không dính bằng bộ phận rung động chìm trong đất dưới trọng lượng bản thân và có sự hỗ trợ của nước và cơ cấu rung” (Baumann & Bauer 1974; Engelhardt & Kirsch 1977) Sau khi đạt được độ sâu thiết kế thì bộ phận rung động

từ từ rút lên khỏi mặt đất và đổ đầy vật liệu rời vào đó kết hợp với đầm nén chặt vật liệu rời

c) Phương pháp thay thế bằng rung:

Phương pháp thay thế bằng rung động được ứng dụng để cải tạo các loại đất dính có trên 18% trọng lượng hạt lọt qua sàng (rây) số 200 tiêu chuẩn của Mỹ Thiết bị được dùng tương tự phương pháp đầm nén bằng rung Bộ phận rung động được nhấn chìm vào trong đất dưới trọng lượng bản thân có sự hỗ trợ của tia nước hay khí phun để thổi rửa cho đến khi đạt được độ sâu thiết kế ( Baumann & Bauer 1974; Engelhardt & Kirsch 1977)

Phương pháp có thể tiến hành hoặc bằng quá trình ướt hoặc bằng quá trình khô Trong quá trình ướt, hố được tạo ra trong đất nhờ bộ phần vừa rung vừa phun nước để đạt đến độ sâu mong muốn Khi bộ phận rung được rút lên, nó tạo ra một

hố khoan có đường kính lớn hơn đường kính bộ rung Lỗ khoan không vỏ bọc được

đổ đầy từng phần bằng cuội sỏi có kích thước hạt từ 12 mm đến 75 mm Việc làm chặt được thực hiện bằng máy rung điện hay máy rung thủy lực đặt sát đáy của bộ rung Quá trình rung ướt nói chung là phù hợp với các hố khoan không ổn định và mực nước ngầm nằm cao Sự khác nhau chính giữa các quá trình ướt và quá trình khô là không phun nước trong giai đoạn đầu tạo hố Trong quá trình rung khô, lỗ khoan phải duy trì ổn định khi rút bộ phận rung lên, điều này chỉ có thể đạt được khi đất cần cải tạo có độ bền cắt không thoát nước lớn hơn 40 kN/m2

và mực nước ngầm nằm tương đối sâu cách mặt đất

d) Phương pháp rung động kết hợp:

Phương pháp được sử dụng nhiều ở Nhật Bản để cải tạo các loại đất sét yếu khi mực nước ngầm nằm cao (Aboshi và cộng sự 1979; Aboshi & Suematsu 1985; Barksdale 1981) Trụ có hiệu quả thường sử dụng cọc cát nén chặt Các cọc cát nén chặt được dựng bằng đóng ống chống đến độ sâu yêu cầu, dùng búa nặng rung thẳng đứng đặt tại đỉnh ống chống Sau khi đổ đầy cát vào ống rỗng rồi từ từ kéo ống lên từng đoạn một Tiến hành rung búa bắt đầu từ đáy hố trở lên Quá trình thi công được lặp lại cho đến khi toàn bộ cọc vật liệu rời nén chặt được thi công xong

Hình 1.17 Thi công cọc cát (khoan)

Hình 1.18 Thi công cọc cát (kiểm tra)

Hình 1.19 Thi công cọc cát (đổ cát)

2 Sơ đồ bố trí các trụ vật liệu rời, các cơ chế phá hoại:

a) Sơ đồ bố trí các trụ vật liệu rời:

Hình 1.20 Lý tưởng hóa trụ đơn vị

a) Sơ đồ mạng vuông b) Sơ đồ mạng tam giác đều Hình 1.21 Sơ đồ bố trí các trụ vật liệu rời trong gia cường nền đất yếu

b) Các cơ chế phá hoại:

a) Trụ đá dài làm việc chống b) Trụ ngắn chống lên c) Trụ ngắn treo - phá hay treo, phá hoại do phình ngang nền cứng - phá hoại trượt hoại do chọc thủng

Hình 1.22 Các cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong tầng đất yếu đồng nhất

(theo Barkscale và Bachus 1983)

a) Lớp đất yếu nằm sát b) Lớp đất rất yếu mỏng c) Lớp đất rất yếu dày mặt đất phá hoại do phá hoại phình ngang phá hoại phình ngang phình ngang hay trượt cục bộ cục bộ

Hình 1.23 Các cơ chế phá hoại trụ vật liệu rời trong nền đất dính không đồng nhất

Hình 1.24 Các kiểu phá hoại nhóm các trụ vật liệu rời

3 Xác định khả năng chịu tải tới hạn của trụ vật liệu rời:

pc c

sin 1 ) 2

sin 1 ) ( ' 0 ' 0 Datye & Nagaraju Vesic (1972)

sin 1 ) 4

w q K C

0

4 sin 1

d K K C q K A

c pc S as pc pc

S th

2

3 1 3

1 ) 2



2

) (



s s

a n

n

) 1 (

Hình 1.25 Sự phá hoại khả năng chịu tải đối với diện chịu nén dạng băng và trụ vật liệu rời - biến dạng phẳng ( Balaam, N.P; P.T Brown; và H.G Poulos 1971)

Hình 1.26 Phân tích nhóm trụ vật liệu rời - đất dính rắn chắc đến cứng

( Theo Barksdale và Bachus, 1983)

1.5.4 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng giếng tiêu nước thẳng đứng

Nhiệm vụ và mục đích của giếng tiêu nước thẳng đứng thực tế là tạo ra các đường tiêu nước được thi công bằng một trong những phương pháp khác nhau, mà phương pháp đó có thể làm thay đổi các đặc trưng cơ lý của đất Việc dùng các giếng tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước nhằm mục đích rút ngắn chiều dài đường tiêu nước lỗ rỗng ( khoảng cách tính đến biên thoát nước), do đó sẽ thúc đẩy nhanh tốc độ cố kết ban đầu

Khi sử dụng bấc thấm ( Prefabricated Vertical Drains – PVD) kết hợp với gia tải trước thì giếng tiêu nước thẳng đứng này sẽ có những ưu điểm chính ( tức là đẩy nhanh mức độ cố kết) dưới đây:

- Làm giảm tổng thời gian yêu cầu để hoàn thành quá trình cố kết nhờ gia tải trước

- Làm giảm tổng phụ tải yêu cầu để đạt được tổng tải trọng gia tải trước trong khoảng thời gian đã ấn định

- Đẩy nhanh tốc độ tăng độ bền do cố kết của đất yếu

Những giếng tiêu nước thẳng đứng còn được sử dụng làm giếng giảm áp để giảm áp lực thấm, đồng thời để cải thiện năng lực của các lớp thoát nước tự nhiên nằm ở dưới diện tích chịu nén

Hình 1.27 Giếng tiêu nước thẳng đứng tiêu biểu lắp đặt cho nền đường cao tốc