Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết ASAOKA cho tính toán xử lý nền đất yếu dự án xây dựng Nhà máy sản xuất thạch cao KNAUF Việt Nam tại khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng_2

Tính cấp thiết của đề tài Ở Việt Nam, lựa chọn được một phương án xử lý nền đất yếu phù hợp trong xây dựng công trình giao thông, công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp là nhiệm vụ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Phan Anh Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung

thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều có cơ sở khoa học và đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Phí Quốc Hùng

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nỗ lực học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Hàng Hải,

cuối cùng luận văn của tôi cũng đã hoàn thành Trong thời gian qua, tôi đã luôn

nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của tất cả các anh chị, bạn bè và các giảng

viên trong Viện đào tạo Sau đại học trường Đại học Hàng Hải

Đặc biệt, trong thời gian làm luận văn vừa qua, tôi đã nhận được sự ủng hộ,

hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Nguyễn Phan Anh, mặc dù rất bận rộn với

công việc, thầy luôn dành thời gian giúp đỡ tôi trong mọi khó khăn Nhân dịp này

tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với tình cảm và công sức mà thầy đã dành

cho tôi

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phí Quốc Hùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1 Khái niệm nền đất yếu 4

1.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu [7], [8] 4

1.3 Nguyên tắc lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu 10

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐA DẠNG LƯỚI BẮC THẤM TRÊN CÙNG MỘT MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH KẾT HỢP VỚI GIA TẢI TRƯỚC 11

2.1 Cơ sở lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước 11

2.2 Phương pháp gia tải trước 12

2.3 Phương pháp cọc bấc thấm kết hợp với gia tải trước .15

2.4 Giới thiệu chung phần mềm SASPRO 28

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NỀN MÓNG DỰ ÁN XÂY DỰNG NHÀ MÁY SẢN XUẤT THẠCH CAO KNAUF VIỆT NAM 34

3.1 Tổng quan về dự án xây dựng nhà máy sản xuất thạch cao Knauf Việt Nam 34

3.2 Phương án chất tải và cắm bấc thấm trên toàn bộ mặt bằng dự án .44

3.3.Tính toán độ lún và độ cố kết của từng phương án theo lý thuyết Asaoka và Tezaghi 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Sf Ứng suất do gia tải trước

Hdr Chiều dài của đường thoát nước

(t,z) Biến dạng theo phương thẳng đứng

(t) Độ lún theo thời gian

DANH MỤC CÁC BẢNG

3.1 Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng cho lớp bùn sét pha 35

3.2 Một số chỉ tiêu thí nghiệm trong phòng cho lớp bùn sét 36

3.8 Sơ đồ chất tải thêm từ cao độ +7.0m đến +9.5m và đê bảo vệ 47

3.9 Sơ đồ thi công 47

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở Việt Nam, lựa chọn được một phương án xử lý nền đất yếu phù hợp trong xây dựng công trình giao thông, công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp là

nhiệm vụ quan trọng hàng đầu nhằm mục đích giảm thiểu các sự cố có thể xảy ra

đồng thời đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật và đặc biệt là yếu tố kinh tế của công

trình khi đưa vào khai thác Hiện nay ở nước ta đã áp dụng nhiều phương pháp xử

lý nền đất yếu như: phương pháp thay thế đất; phương pháp thoát nước thẳng đứng

bằng bấc thấm hoặc giếng cát; phương pháp cọc đất- xi măng; phương pháp sàn

giảm tải; phương pháp cọc cát; phương pháp gia tải trước

Các phương pháp trên đã được áp dụng trong nhiều công trình xây dựng ở nhiều quốc gia tại những vị trí công trình có địa chất yếu như Hàn Quốc, Nhật Bản,

Trung Quốc và mỗi một phương pháp đều có những ưu nhược điểm, phạm vi nên

áp dụng khác nhau Trong những dự án này, cũng có không ít dự án đã xảy ra do

không lường hết được độ lún của nền công trình Sau mỗi một sự cố xảy ra, rất

nhiều nghiên cứu từ các nhà khoa học và thiết kế đều xem xét kỹ nguyên nhân gây

ra sự cố để tìm hướng khắc phục Ở nước ta hiện nay, các phương pháp này cũng

đều được ứng dụng ở rất nhiều dự án, cũng đã và đang đạt được nhiều hiệu quả

cũng như không tránh được các sự cố mà nguyên nhân chính là các phương pháp

xử lý lún đã không lường hết được tốc độ lún, độ lún cố kết và độ lún cuối cùng

của địa chất công trình

Do vậy, đề tài hướng tới nghiên cứu ứng dụng xử lý nền đất yếu bằng biện pháp gia tải trước kết hợp với đa dạng kích thước lưới cọc bấc thấm trong phạm vi

một khu vực của dự án thông qua phân tích của lý thuyết Asaoka; mô phỏng tính

toán qua phần mềm SASpro; kết hợp với đo số liệu thông qua bàn lún thực tế

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết ASAOKA cho tính toán xử lý

nền đất yếu dự án xây dựng Nhà máy sản xuất thạch cao KNAUF Việt Nam

tại khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng” là một đề tài thiết thực, đã và đang

ứng dụng vào thực tiễn của dự án trên Thông qua nghiên cứu phân tích, đề tài này

có thể làm căn cứ thực tiễn để ứng dụng rộng rãi trong những dự án tương tự đối

với điều kiện Việt Nam

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu tổng quan về các bước thiết kế cọc bấc thấm kết hợp với gia tải trước, thi công chúng trong việc xử lý nền đất yếu;

- Ứng dụng và phân tích lý thuyết Asaoka, phần mềm mô phỏng tính lún SASpro, kết hợp với đo lún thực tế để đưa ra được phương án quyết định cho việc

thiết kế và thi công công trình;

- Ứng dụng thiết kế thực tiễn cho toàn bộ phần nền móng của dự án xây dựng Nhà máy sản xuất thạch cao KNAUF Việt Nam tại khu công nghiệp Đình

Vũ, Hải Phòng [4];

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu: xử lý nền đất yếu bằng phương pháp đa dạng trong cùng một phạm vi của công trình: cọc bấc thấm lưới 1.0m xx 1.0m; cọc bấc thấm

lưới 1.5m x 1.5m; không đóng cọc bấc thấm Cả ba phương pháp này đều kết hợp

với gia tải trước với độ cao gia tải không đồng nhất Nghiên cứu tính toán để đưa

ra quyết định cho việc xử lý nền đất yếu tại công trình xây dựng Nhà máy sản xuất

thạch cao Knauf Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng lý thuyết Asaoka, phần mềm SASpro để tính toán độ lún cố kết, độ lún cuối cùng kết hợp với đo lún thực tế trong suốt quá trình

thi công đến khi đạt lún theo thiết kế để quyết định thời gian dỡ tải cho công trình

xử lý nền móng xây dựng Nhà máy sản xuất thạch cao Knauf Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu: thu thập tất cả các tài liệu đã có nghiên cứu về nội dung, đối tượng nghiên cứu của phương pháp cọc bấc

thấm kết hợp với giả tải trước và ưu nhược điểm của nó;

- Phương pháp địa chất: đi thực địa, xác định vị trí lỗ khoan thăm đò địa chất công trình, tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của địa chất;

- Phương pháp tính toán: lý thuyết Asaoka, phầm mềm SASpro, kết hợp với

đo lún thực tế thông qua các bàn lún;

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu tính toán sẽ xác định được các thông số gia tải, cọc bấc thấm và quyết định thời gian dỡ tải Kết quả này sẽ quyết định tổng mức đầu tư của

công tác xử lý nền đất yếu và thời gian thi công các bước tiếp theo;

- Kết quả nghiên cứu là cơ sở để mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp tại những công trình khác nhau ở Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN

KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm nền đất yếu

Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm2), có tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô

đun biến dạng thấp (thường Eo < 50 daN/cm2) và lực chống cắt nhỏ [2], [3]

Theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 262-2000 [1]: Tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thể có nguồn gốc

22TCN-khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ

- Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước

ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, vùng đồng bằng tam giác châu thổ Chúng được

xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm gần bằng hoặc cao hơn độ ẩm

giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét: e ≥ 1,5; á sét: e > 1), lực dính kết c từ 0,15

daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát φ từ 0 – 10o Ngoài ra, các vùng thung lũng còn

hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1 và độ bão hòa

Sr > 0,8)

- Loại có nguồn gốc hữu cơthường hình thành ở đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn,

hàm lượng hữu cơ chiếm 20 – 80% Đối với loại đất này được xác định là đất yếu

nếu hệ số rỗng và sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như ở trên

Đối với các loại đất dạng sét, “độ yếu” của chúng có thể đánh giá trên cơ sở sức kháng nén nở hông qu Mặt khác, giá trị xuyên tiêu chuẩn SPT cũng được dùng

- Nhóm phương pháp làm tăng độ chặt của nền đất yếu: Sử dụng đường thấm thẳng đứng: giếng cát, bấc thấm; phương pháp gia cố đất bằng cọc vôi, cọc xi

Phương pháp này thích hợp trong các điều kiện sau:

- Chiều cao nền đắp 6-9m;

- Lớp đất yếu không quá dày;

- Có nguồn cát ở gần nơi thi công

- Tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu;

- Tăng cường độ chống cắt của đất yếu;

- Cải tạo sự phân bố ứng suất lên đất yếu;

- Thi công đơn giản, không cần các thiết bị thi công đặc biệt, chỉ cần khống chế chuyển vị ngang không quá 4-6mm và độ lún khi thi công nhỏ hơn 10mm

* Nhược điểm:

- Thời gian đắp tương đối lâu vì thường kết hợp lớp đệm cát với phương pháp xây dựng nền theo giai đoạn và theo từng lớp có chiều dầy lớp nhỏ;

- Khi có mực nước ngầm cao thì việc hạ mực nước ngầm hết sức tốn kém;

- Khi chiều dày của tầng đất yếu lớn hơn 3m thì biện pháp này không có hiệu quả về mặt kinh tế

1.2.2 Phương pháp lèn chặt đất bằng cọc cát [2]

* Phạm vi ứng dụng:

Cọc cát là một phương pháp nén chặt các lớp đất yếu có chiều dày lớn như các loại đất cát nhỏ, cát bụi rời ở trạng thái bão hòa nước, các đất cát xen kẽ những

lớp bùn mỏng, các loại đất dính yếu (sét, sét pha, cát pha trạng thái chảy, dẻo chảy,

dẻo mềm) cũng như các loại đất bùn và than bùn

* Cơ chế và đặc điểm làm việc của cọc cát:

Cọc cát có tác dụng làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm đi, khối lượng thể tích, các đặc trưng cơ học của đất tăng lên Do nền đất được nén chặt lại mà

sức chịu tải của đất nền tăng lên, độ lún và biến dạng không đồng đều của đất nền

dưới đế móng các công trình giảm đi một cách đáng kể Dưới tác dụng của tải

trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng làm việc đồng thời,

đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc

Khi sử dụng cọc cát, trị số modul tổng biến dạng ở trong cọc cát cũng như ở vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm Vì vậy, sự phân bố

ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên

nhiên Tính chất này hoàn toàn không thể có được khi dùng các loại cọc cứng Đối

với các nền đất dùng cọc cứng, chúng ta có nhận xét rằng, do modul tổng biến

dạng của đất ở xung quanh thân cọc nhỏ hơn rất nhiều lần (vào khoảng 1.000 lần)

so với modul biến dạng của vật liệu cọc, do đó toàn bộ tải trọng của công trình do

móng tiếp nhận sẽ truyền lên các cọc, các lớp đất ở dưới mũi cọc và xung quanh

cọc Trong trường hợp này, đất ở giữa các cọc hầu như không tham gia chịu lực và

độ lún của công trình do các lớp đất ở dưới mũi cọc quyết định

Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng Phần lớn độ lún của nền đất

gia cố bằng cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều kiện

cho công trình mau chóng đạt đến giới hạn lún ổn định Nguyên nhân là do cọc cát

làm việc như các giếng thoát nước, nước trong đất có điều kiện thoát ra nhanh theo

chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài Điều này không thể có được đối

với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng

* Thi công cọc cát:

Việc thi công đóng cọc cát được tiến hành nhờ các máy chuyên dụng bao gồm bộ phận chấn động, máy rung ấn ống thép (đường kính 40-60cm) vào lòng đất

đến độ cao thiết kế

Sơ đồ và nguyên lý thi công cọc cát thông thường:

Hình 1.1: Sơ đồ thi công cọc cát thường

Ống thép được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc phương pháp chấn động Để làm tăng tốc độ cố kết, cát dùng làm vật liệu cọc thường là loại cát hạt to

hay hạt trung Cát yêu cầu phải sạch, hàm lượng bụi và sét lẫn vào không quá 3%,

không lẫn những đất hòn to có kích thước lớn hơn 60mm Hiện nay, có 2 phương

pháp thi công cọc cát thông thường

- Thi công cọc cát bằng phương pháp đầm nện được tiến hành như sau:

Bước 1: Đóng những cọc lõi bằng gỗ hay bằng thép xuống tới cao trình thiết kế;

Bước 2: Tiếp theo rút cọc lên và nhồi cát vào lỗ cọc theo từng lớp;

Bước 3: Trong khi thi công bước 2 thì kết hợp đầm từng lớp một bằng búa treo, mỗi lớp có chiều dày vào khoảng 1,00 – 1,25m

- Thi công cọc cát bằng phương pháp chấn động được tiến hành như sau:

Bước 1: Hạ ống thép tới độ sâu thiết kế (hình 1.3);

Bước 2: Nhấc máy chấn động ra, nhồi cát vào và đổ cao chừng 1m, sau đó đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 15-20 giây;

Bước 3: Bỏ máy chấn động ra và rút ống lên khoảng 0,5m rồi lại đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 10-15 giây để cho đầu nhọn của ống mở ra, cát

- Tốc độ thi công chậm (trung bình từ 4-5 tiếng cho một cọc cát 15 m);

- Vùng xáo trộn lớn, khi khoan để hạ cọc làm đất xung quanh cọc cát bị xáo trộn nhiều, làm bịt chặt các lỗ thoát nước;

- Đối với nền đất quá yếu cọc cát có thể bị gãy

1.2.3 Phương pháp sử dụng cọc bấc thấm [8]

* Phạm vi áp dụng:

Bấc thấm là tên gọi chung các băng chất dẻo được cắm vào trong đất bằng thiết bị cắm đặc biệt Độ sâu cắm thường từ 10 - 20m, có khi tới 40m Phương

pháp này được áp dụng khi chiều dày của lớp đất yếu lớn; độ thấm của đất rất nhỏ;

tốc độ cố kết tự nhiên của nền đất yếu rất chậm Phương pháp này đã đặc biệt có

hiệu quả ở rất nhiều dự án giao thông và dân dụng công nghiệp trên cả nước

Lõi bấc thấm được bọc bằng lớp vải địa kỹ thuật Lớp vải này là hàng rào vật lý phân cách lòng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh và là bộ lọc hạn chế

các hạt mịn đi vào lõi là tắc thiết bị

* Thi công:

Sử dụng máy chuyên dụng tự hành để cắm bấc thấm vào trong đất Bộ phận chính của máy là một cần cứng bằng thép tiết diện 120x50mm Đầu dưới làm hơi

hẹp lại để cắm vào đất dẽ dàng hơn Phía trong cần thép luồn bấc thấm qua Đầu

bấc thấm được luồn qua một bản neo và bản neo này sẽ được ấn xuống đất đến độ

sâu thiết kế, bản neo được ghim lại trong nền đất cứng với bấc thấm Khi cần lên

khỏi mặt đất, dùng kéo cắt bấc thấm và chuyển sang cắm bấc thấm khác.[2]

Sau khi thi công bấc thấm, tiến hành gia tải nén trước trên khu nền đã được cắm bấc thấm

Để tạo điều kiện cho nước thoát ra một cách dễ dàng, phía trên mặt lớp đất yếu rải một lớp vải địa kỹ thuật Trên đó đắp một lớp cát hạt to có chiều dày tối

- Không yêu cầu nước phục vụ khi thi công; chiều sâu cắm đến 40m;

- Thoát nươc trong các điều kiện khác nhau; dễ dàng kiểm tra chất lượng

1.3 Nguyên tắc lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu

Sự lựa chọn phương pháp xử lý nền có ý nghĩa hết sức quan trọng, phảo đảm bảo yêu cầu về kinh tế à kỹ thuật Để đáp ứng được nhu cầu trên, khi lựa chọn

phương pháp xử lý cần dựa vào những nguyên tắc sau đây:

- Cần phải nghiên cứu đầy đủ về điều kiện đia chất công trình (ĐCCT) của phạm vi sẽ cải tạo Cụ thể, cần chú ý tói cấu trúc của đất nền, đặc tính ĐCCT của

các loại đất Nghiên cứu dầy đủ các yếu tố thủy văn, địa chất thủy văn, thành phần

vật chất của đất yếu;

- Dựa vào loại công trình, quy mô và điều kiện làm việc thực tế của nó để quyết định phạm vi cần tiến hành cải tạo, phương pháp cải tạo và chất liệu sử

dụng;

- Cần chú ý đến điều kiện kỹ thuật thi công và bảo dưỡng;

- Dựa vào yêu cầu điều kiện kinh tế Một phạm vi cần cải tạo có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, trước khi lựa chọn một phương pháp hợp lý phải

tính toán cụ thể tổng chi phí cho mỗi phương án, phương án được chọn phải đảm

bảo tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật

CHƯƠNG 2

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐA DẠNG LƯỚI

BẮC THẤM TRÊN CÙNG MỘT MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH

KẾT HỢP VỚI GIA TẢI TRƯỚC

2.1 Cơ sở lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước

Trong quy trình 22TCN 262-2000 [1] nêu rõ, nền đất yếu là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ sỗ

rỗng lớn, lực dích c theo cắt quá cắt nhanh không thoát nước từ 0.15daN/cm2 trở

xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường

Cu≤0.35 daN/cm2

Hiện nay ở các nước trên thế giới đề quan niệm định nghĩ nền đất yếu theo trị số xuyên tiêu chuẩn N và sức kháng cắt không thoát nước Su với các giá trị như

sau:

- Đất yếu: có Su ≤ 25kPa hoặc N ≤4;

- Đất rất yếu: có Su ≤ 12.5kPa hoặc N ≤2;

Còn đối với nước ta, quan niệm về đất yếu chỉ đơn giản là thành phần và tính chất của nền đất không đáp ứng được một số tiêu chí kỹ thuật nhàm phục vụ

cho công tác thiết kế và thi công Đất yếu được xem đối với công trình này nhưng

chưa chắc xem là đất yếu đối với công trình khác Một số loại đất yếu thường gặp

- Cát chảy: bao gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể, khi chịu tải trọng động thì những loại đất này chuyển

sang trạng thái chảy gọi là cát chảy;

Nền móng của các công trình giao thông hay xây dựng dân dụng và công nghiệp khi đặt tại những địa chất nền đất yếu thì thông thường cần phải giải quyết

những bài toán sau:

nhất định mới đáp ứng được Trong phạm vi của đề tài này, tác giả đề cập đến xử

lý toàn bộ nền móng của Nhà máy thạch cao Knauf Việt Nam trong phạm vi hơn

4ha với phương pháp chủ đạo là sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước Nhưng

điều đặc biệt của đề tài là: trong phạm vi chỉ 4ha, sử dụng 03 loại kích thước lưới

đóng bấc thấm kết hợp với chiều cao chất tải không đồng nhất theo yêu cầu của sơ

đồ bố trí tải trọng trên mặt bằng của nhà máy

2.2 Phương pháp gia tải trước

Gia tải trước là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến ở rất nhiều công trình trên cả nước Đây là có thể nói là một phương pháp gây lún đơn

giản, hiệu quả và tiết kiệm nhất do có thể sử dụng vật liệu tại chỗ hoặc loại vật liệu

sẽ được thi công trong giai đoạn tiếp theo của công trình, mặc dù có những hạn chế

như thời gian gây lún kéo dài và khối lượng vật liệu sử dụng gia tải thường rất lớn

2.2.1 Nguyên lý chất tải trước

Công trình được xây dựng trên nền đất yếu sẽ chịu một độ lún đáng kể, do vậy khi thi công cần phải gia tải trước trên bề mặt của nền móng công trình để ép

buộc nền đất sẽ lún xuống Sau khi đạt được một độ lún cần thiết thông qua các

bàn đo lún, người ta sẽ dỡ tải và thi công bước tiếp theo Trong quá trình dỡ tải,

nền móng sẽ có hiện tượng bùn lên nhưng sau đó lại lún xuống ổn định một

khoảng tương đương với phần bùng lên đó Trong quá trình thi công các bước tiếp

theo và giai đoạn khai thác, công trình sẽ vẫn có thể tiếp tục lún do đất có tính dẻo

cao nhưng biên độ lún lúc này sẽ rất nhỏ, chỉ đạt khoảng 5% -10% so với trường

hợp không gia tải trước Tải trọng do công trình gây ra có tính lâu dài, đến hết tuổi

thọ của công trình, trong khi gia tải trước chỉ kéo dài trong một thời gian nhất đinh

Mặc dù vậy, khối lượng gia tải trước nếu lớn sẽ gây ra một độ lún nhất định cho

đất nền tuy chưa đạt tới độ cố kết hoàn toàn những cũng sẽ đủ đạt độ lún mong

muốn theo thiết kế Tức là tổng ứng suất do chất tải trước phải lớn hơn hoặc bằng

ứng suất thiết kế cho phép của công trình

Quá trình gia tải trước có thể được tiến hành theo nhiều giai đoạn khác nhau

để nền đất có thể gia tăng sức bền đáng kể trước khi tiếp tục chất tải hoặc giảm

được khối lượng vật liệu gia tải cần huy động trong một lúc, mặc dù điều này đôi

khi dẫn đến kéo dài thời gian chờ lún của nền đất Ứng suất do gia tải trước sẽ đạt

được độ lún theo tính toán như sau:

Sf = mv.qn.H =mv.qs.H.U(t) (2.1) Trong đó:

mv: là hệ số biến đổi thể tích của đất tại hiện trường cho khoẳng ứng suất thích hợp

qn và qs là ứng suất do tải trọng thực của công trình và do chất tải trước gây

Hình 2.1: Gia tải trước bằng cát khi xử lý nền đất yếu tại nhà máy Knauf Việt Nam

Tuy vậy, nếu xử lý nền đất yếu bằng duy nhất biện pháp gia tải trước thì độ

có kết trong trường hợp thoát nước thẳng đứng là khá nhỏ và phải kéo dài trong

một thời gian rất dài, vì vậy sẽ không hiệu quả Gia tải trước kết hợp với cọc bấc

thấm sẽ là một phương pháp hiệu quả hơn hẳn và cũng đã khẳng định được vị trí

của mình trong một số dự án nhất định Cả ba thành phần của độ lún bao gồm: độ

lún tức thời, độ cố kết sơ cấp và độ cố kết thứ cấp đều sẽ triệt giảm đáng kể dưới

tác động của chất tải trước

2.2.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp

Ưu điểm:

- Làm tăng nhanh sức chịu tải của nền đất;

- Tăng thời gian cố kết của nền đất;

- Tăng độ lún ổn định theo thời gian

- Là một phương pháp đơn giản, thi công dễ dàng, tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ

- Thích hợp với các công trình xây dựng giao thông như đường ô tô, sân bãi, công trình công nghiệp như nhà máy xí nghiệp;

Nhược điểm:

- Khối lượng thi công lớn, thời gian thi công kéo dài;

- Công trình cần phải có mặt bằng và đường giao thông thuận lợi để vân chuyển vật liệu và máy móc;

- Hiệu quả hạn chế với những công trình sử dụng móng sâu;

- Thời gian chờ lún thường kéo dài, thường hơn 6 tháng;

2.2.3 Áp dụng tại Việt Nam

Phương pháp gia tải trước đã được áp dụng rất nhiều tại các dự án đường giao thông như tuyến đường quốc lộ và cao tốc ở nước ta như Quốc lộ 5, quốc lộ

5B, cao tốc Pháp Vân – Cầu Giẽ, cao tốc Hà nội – Lào Cai…hay ở các dự án dân

dụng và công nghiệp như xây dựng nhà máy Bridgestone – Đình Vũ – Hải Phòng,

nhà máy AII, rạp xiếc trung ương Hà Nội…

Mặc dù được áp dụng tương đối phổ biến nhưng phương pháp này cũng gặp không ít khó khăn do người thiết kế không lường hết được độ lún cố kết của nền

đất công trình và đến hiện nay trên một số dự án mặc dù đã đưa vào khai thác sử

dụng trong nhiều năm nhưng vẵn phải đo lún và khắc phục sự lún sụt thường

xuyên

2.3 Phương pháp cọc bấc thấm kết hợp với gia tải trước

2.3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc bấc thấm theo quy trình 22 TCN 262 – 2000

2.3.1.1 Kiểm toán độ lún của nền đất sau gia cố

Trình tự tính toán độ lún của nền đường đắp trên đất yếu:

Bước 1: Tính toán độ lún của nền đất ở điều kiện tự nhiên theo quy trình 22 TCN 262 – 2000 [1] của Bộ Giao thông vận tải

Độ lún cố kết Sc được tính theo phương pháp phân tầng lấy tổng, chiều sâu ảnh hưởng lún được tính đến độ sâu mà tại đó z ≤ 0,15 vz

Độ lún cố kết Sc của nền đất được tính theo tiêu chuẩn 22 TCN 262 – 2000 như sau:

- Đối với đất cố kết bình thường hoặc chưa cố kết:

) lg(

.

i vz i z i c i o

i

e

H S

i

e

H S

vz

i vz i z i r i o

i

e

H S

- ứng suất nén thẳng đứng do tải trọng đắp nền gây ra ở lớp thứ i, ứng suất do trọng

lượng bản thân các lớp đất tự nhiên trên lớp i và áp lực tiền cố kết ở lớp i; Ci

c - Chỉ

số nén của lớp đất thứ i; Cir - Chỉ số nở của lớp đất thứ i; Hi - chiều dày lớp đất thứ

i; Ứng suất z được tính theo công thức z = 2I.q; Với q = .hđ; I - là hệ số được

xác định từ toán đồ Osterberg phụ thuộc vào hệ số a/z và b/z

Bước 2: Xác định hệ số giảm độ lún theo biểu thức sau:

a n S

S

) 1 ( 1

2.3.1.2 Độ lún theo thời gian

Cọc bấc thấm có khả năng làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất Nước trong lỗ rỗng chuyển động về phía cọc theo đường cong là tổ hợp dòng chảy theo 2

phương đứng và ngang và thoát nước theo phương thẳng đứng

* Độ lún cố kết ban đầu:

Độ cố kết ban đầu được tính bằng cách coi chúng là hệ quả riêng rẽ của cố

U = 1 – (1 – Uv)(1 - Uh) (2.10) Trong đó:

U - độ cố kết ban đầu của lớp đất dính có thoát nước theo phương thẳng đứng và phương bán kính

Uv - độ cố kết theo phương thẳng đứng, được tính qua Tv (tra bảng VI

H

C T

tb v

Với: Tv – nhân tố thời gian;

Ctbv - hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất

tb v

C h

H C

Cvi: xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với mẫu nguyên dạng;

t: thời gian thi công;

H: chiều dài đường thấm

Uh: độ cố kết theo phương ngang

* Độ lún cố kết tại thời điểm t bất kỳ được xác định theo công thức:

Trong đó:

Sc(t): độ lún cố kết ban đầu tại thời điểm t;

S: độ lún cố kết ban đầu tại thời điểm cuối cùng

C=(1-Fv)*(Co+Cu/p*(Po-Pc+μc*P)*U (2.13) Trong đó:

m = Fv*s ;

Po - áp lực địa tầng ;

Pc - áp lực tiền cố kết ;

P - áp lực nền đường đắp (tải trọng ngoài)

2.3.1.4 Chiều dày lớp đệm cát thoát nước

Chiều dày lớp đệm cát thoát nước được một số nhà nghiên cứu đề xuất tính toán theo công thức :

S - tốc độ lún trong thời gian xử lý (m/ngày)

2.3.2 Lý thuyết cố kết thấm 1 hướng của Terzaghi [10]

2.3.2.1 Các giả thiết của Terzaghi

- Thừa nhận các lớp đất là chịu nén đồng nhất và bão hòa nước hoàn toàn;

- Hạt nước trong lỗ rỗng và các hạt khoáng vật trong đất không bị nén được

- Cơ chế thoát nước trong lỗ rỗng đất tuân theo định luật Darcy; cả hai quá trình thoát nước và nén đều theo một hướng Để đơn giản thì giả thiết thoát

nước chỉ xảy ra tại một bề mặt mặc dù lớp đất nén thường thoát nước cả ở đỉnh và

Tại một chiều sâu z so với mặt đất tự nhiên ta xét một phân tố đất dx.dy.dz như hình vẽ dưới đây:

Hình 2.2: Mô hình lớp đất dưới áp lực nén theo phương thẳng đứng 2.3.2.2 Lập phương trình vi phân cố kết thấm

Phương trình Terzaghi được xây dựng trên cơ sở xét thể tích nước thoát ra của một phân tố đất chịu nén Theo định luật Darcy thì lưu lượng dòng thấm phụ

thuộc vào tính thấm của đất và độ dốc thủy lực Độ dốc thủy lực sẽ tạo ra dòng

1

2 2

2.3.2.3 Điều kiện biên bài toán

Lớp đất chịu nén thoát nước hoàn toàn tại đỉnh và đáy

Áp lực thủy tĩnh ban đầu  u u i bằng số gia ứng suất tác dụng trên biên

Hiển nhiên khi t    , u 0, hoặc áp lực lỗ rỗng tiêu tán hoàn toàn

2.3.2.4 Giải phương trình vi phân cố kết thấm

Hiện nay để giải phương trình vi phân này có nhều cách khác nhau, có thể theo phương pháp toán học chính xác hoặc một số phương pháp gần đúng Harr

(1966) đã đưa ra tính toán gần đúng bằng cách dùng phương pháp sai phân hữu

hạn Terzaghi (1925), trên cơ sở sử dụng dạng chuỗi số Fourier mở rộng đã đưa ra

được lời giải toán học chính xác với nghiệm của phương trình như sau:

v dr

Trong đó: t là thời gian

Hdr là chiều dài của đường thoát nước lớn nhất

Hệ số Cv có thứ nguyên là L2T-1 hoặc đơn vị m2/s

2.3.2.5 Các trường hợp chú ý

Đồi với trường hợp xét đến hai mặt thoát nước thì đường thoát nước bằng một nửa chiều dầy H của lớp đất sét, hoặc 2H/2 = Hdr

Đối với trường hợp chỉ có xét một mặt thoát nước thì đường thoát nước vẫn

là Hdr nhưng bằng chiều dầy H của lớp đất

2.3.3 Lý thuyết Asaoka [9]

2.3.2.1 Công thức chính biểu thị mối quan hệ giữa thời gian – độ lún

Trong phần này, suy luận từ phương trình cơ bản (ban đầu) đưa ra mối liên

hệ giữa thời gian và độ lún

Từ công thức cơ bản, Mikasa đưa ra công thức:

nhau theo thời gian, công thức (2.30) vẫn hiệu quả khi là không đổi (Mikasa,

1963) Thêm nữa, công thức (1) tạo ra sự dễ dàng để mô tả độ lún Với những lý

do trên, công thức (2.30) vẫn được chấp nhận để thay thế cho công thức Terzaghi

Công thức (2.30) được mô tả dưới đây bởi việc đưa ra hai hàm thời gian chưa biết là T và F như sau:

Lagrangean cho đơn giản Công thức của độ lún tính trước nếu coi là biến dạng

Eulerian đã được thiết lập bởi tác giả Tuy nhiên, kết quả trở thành một vấn đề phi

tuyến phức tạp và vì vậy chúng vượt quá phạm vi ứng dụng thực tế

Hai kiểu điều kiện biên được xem xét tiếp theo đây

– Giải pháp 1: Thoát nước từ cả biên trên và biên dưới

Hình 2.4 chỉ ra điều kiện biên này, với công thức sau

( ,t z 0)

    : hằng số (2.32)

DỰ BÁO ĐỘ LÚN Thoát nước tự do

Đỉnh lớp đất sét

Đáy lớp đất sét Thoát nước tự do

Thoát nước tự do

Đỉnh lớp đất sét

Đáy lớp đất sét Tầng đất không thấm nước

Hình 2.4: Thoát nước sang hai biên

Thay công thức (2.32) vào công thức (2.31), ta có:

T   : hằng số (2.35)

điều này nói lên rằng phần nửa trên của giải pháp 2 là không đổi Từ công thức

(2.34) ta có công thức tuyến tính nguyên bản khác của F chƣa biết với hệ số không

Khi đáy của lớp đất sét là lớp không thấm nước, các điều kiện biên được đưa

So sánh chuỗi các công thức (2.42) và (2.43), với công thức (2.36) hoặc công thức

(2.40), hàm F chưa biết có thể được loại trừ Đặt công thức (2.36) vào trường hợp

này, nó tuân theo điều sau:

Các công thức (2.44) đưa ra mối liên hệ thời gian – độ lún (biến dạng), trong

đó tải trọng cố kết ngoài là không đổi, do đó, các công thức (2.44) là các kết quả

suy luận từ các điều kiện biên cố định, công thức (2.34) và công thức (2.37)

Dễ dàng sáng tỏ rằng các công thức (2.44) là vững bền (không đổi) khi thời gian tiến tới vô cùng, do đó, tất cả các giá trị riêng của các công thức này là các số

thực âm riêng biệt Tuy nhiên, ở các phần tiếp theo, chúng ta thảo luận vấn đề thực

hành của , các điều kiện biên thoát nước và toàn bộ tải trọng chưa biết Vì vậy,

việc mô tả các công thức (2.44) bởi việc sử dụng các giá trị riêng quan trọng và các

giá trị biên, điều này là phổ biến trong các phân tích truyền thống, có thể không

hiệu quả cho dự báo độ lún

Nên nhớ rằng, sự yêu cầu cao về các hạng mục khác nhau của công thức (2.44) là các giá trị riêng nhỏ Do đó, công thức dưới đây được coi là công thức

chính về mối quan hệ thời gian – biến dạng (độ lún):

( )

1 2

n n

Công thức (2.45) có thể đưa về dạng tối giản sau:

0 1

với thời gian t=0 là thời gian sau khi tải trọng bắt đầu làm việc, do công thức (2.44)

được suy luận từ các điều kiện biên cố định khi công thức này (2.44) là không khác

nhau nhiều khi biến thời gian thay đổi Trong trường hợp này, công thức (2.48) có

thể dễ dàng giải quyết như sau:

     

(2.52) vào công thức (2.51), chúng ta có:

0 1 1