Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền khu vực lắp đặt dây chuyền thiết bị của nhà máy chính thuộc dự án nhà máy nhiệt điện long phú 1

Những vùng có điều kiện địa chất khá, tốt thì chi phí đầu tư xây dựng nền móng công trình thường thấp hơn so với những vùng có điều kiện địa chất trung bình, yếu vì: 1 chi phí cho xử lý

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

- -

Chuyên ngành: Địa Kỹ thuật xây dựng

Mã s ố: 60-58-02-04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG VIỆT HÙNG

HÀ N ỘI – 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác gi ả luận văn

Tr ần Khánh Trình

ii

L ỜI CÁM ƠN

Lu ận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài

“Nghiên c ứu các giải pháp xử lý nền Khu vực lắp đặt dây chuyền thiết bị của nhà máy chính thu ộc Dự án Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1” được hoàn thành

v ới sự giúp đỡ tận tình của các Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, Trường đại học Thủy lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp

Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè & Đồng nghiệp đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và

th ực hiện luận văn tốt nghiệp Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS Hoàng Việt Hùng người đã hướng dẫn trực tiếp, nhiệt tình chỉ ra những định hướng khoa học cho luận văn, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành

lu ận văn tốt nghiệp

Tuy b ản thân đã có những cố gắng nhất định nhưng do thời gian có hạn và trình

độ còn hạn chế, vì vậy luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả kính mong các Thầy, Cô, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để tác giả tiếp tục học tập và nghiên cứu hoàn thiện đề tài

Xin chân thành c ảm ơn !

iii

M ỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

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

1.1 Khái niệm đất yếu và nền đất yếu 4

1.1.1 Khái niệm về đất yếu 4

1.1.2 Các loại đất yếu 5

1.1.3 Nhận biết đất yếu 5

1.2 Các biện pháp về kết cấu công trình 7

1.3 Các biện pháp về móng 11

1.3.1 Thay đổi chiều sâu chôn móng 11

1.3.2 Thay đổi kích thước và hình dáng móng 13

1.3.3 Thay đổi loại móng và độ cứng móng 13

1.4 Các biện pháp xử lý nền 16

1.4.1 Nhóm các phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học 16

1.4.2 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm rung 17

1.4.3 Nhóm các phương pháp làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 18

1.4.4 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng 19

1.4.5 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ 21

1.4.6 Phương pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm 22

1.4.7 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính 26

1.4.8 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng dung dịch 27

1.4.9 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu 27

1.4.10 Nhóm các phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc đất - vôi, cọc đất - ximăng, cọc cát – ximăng - vôi 27

1.4.11 Bệ phản áp 29

1.4.12 Tăng hệ số mái 30

1.4.13 Phương pháp nén trước 30

1.4.14 Phương pháp cố kết chân không 31

iv

1.5 Các biện pháp thi công để xử lý nền 32

1.5.1 Nén chặt đất bằng cách hạ thấp mực nước ngầm 32

1.5.2 Khống chế tốc độ thi công để cải thiện điều kiện chịu lực của nền đất 33

1.5.3 Thay đổi tiến độ thi công để cải thiện điều kiện biến dạng của nền 34

1.6 Kết luận Chương 1 35

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN 36

2.1 Tính toán cọc cát 36

2.1.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 36

2.1.2 Thi công cọc cát 37

2.1.3 Tính toán thiết kế cọc cát 39

2.2 Phương pháp nén trước 46

2.2.1 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 46

2.2.2 Biện pháp thi công 47

2.3 Xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không 48

2.3.1 Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước 48

2.3.2 Xử lý nền khối đắp bằng bơm hút chân không 54

2.4 Kết luận Chương 2 65

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG XỬ LÝ NỀN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN LONG PHÚ - KHU VỰC LẮP ĐẶT DÂY CHUYỀN THIẾT BỊ 66

3.1 Đặt vấn đề 66

3.2 Tổng quan về công trình 66

3.2.1 Nội dung phê duyệt 66

3.2.2 Về địa điểm xây dựng công trình 67

3.2.3 Cơ sở lựa chọn địa điểm 68

3.2.4 Lựa chọn địa điểm 69

3.2.5 Mô tả địa điểm chọn 70

3.2.6 Điều kiện địa chất 70

3.2.7 Các giải pháp kiến trúc, xây dựng 74

3.2.8 Cảnh quan và cây xanh 76

3.3 Phân tích các giải pháp áp dụng 77

3.3.1 Giải pháp sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải trước 81

3.3.2 Phương án cọc cát xử lý nền 87

v

3.3.3 Phương án xử lý nền bằng cọc ximăng đất 89

3.4 Kết luận Chương 3 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

vi

DANH M ỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Phối cảnh Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 2

Hình 1.2 Làm chặt đất nền đường bằng xe lu 17

Hình 1.3 Làm chặt đất nền đường bằng xe lu rung 18

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn 19

Hình 1.5 Sơ đồ chất tải 20

Hình 1.6 Thi công cọc cát 20

Hình 1.7 Thi công cắm bấc thấm 21

Hình 1.8 Mái dốc taluy có vải địa kỹ thuật gia cường 23

Hình 1.9 Mái dốc có vải địa kỹ thuật gia cường, chống sạt lở, tiêu thoát nước 23

Hình 1.10 Vải ĐKT làm lớp phân cách giữa nền đất đắp và đất yếu nhằm duy trì chiều dày đất đắp và tăng khả năng chịu tải của nền đường 24

Hình 1.11 Vải địa kỹ thuật làm chức năng tiêu thoát nước/lọc ngược 25

Hình 1.12 Thi công lắp đặt bấc thấm 26

Hình 1.13 Cấu tạo xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 26

Hình 1.14 Trình tự thi công cọc ximăng đất 29

Hình 1.15 Cọc ximăng đất sau thi công 29

Hình 1.16 Ảnh hưởng của tốc độ tăng tải đến tốc độ cố kết và cường độ chống cắt 34

Hình 2.1 Đưa cọc cát xuống bằng búa 38

Hình 2.2 Đưa cọc cát xuống bằng rung động 38

Hình 2.3 Tạo lỗ bằng nổ mìn ép đất 39

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí cọc cát 41

Hình 2.5 Sơ đồ xác định chiều dài cọc cát khi khống chế về biến dạng theo TCVN 4253-2012 43

Hình 2.6 Sơ đồ xác định chiều dài cọc cát khi khống chế về ổn định 43

Hình 2.7 Sơ đồ tính toán ổn định của nền đất theo phương pháp mặt trụ tròn 44

Hình 2.8 Sơ đồ tính lún của nền đất theo TCVN 4253-2012 45

Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ tải trọng, độ lún theo thời gian 48

Hình 2.10 Toán đồ xác định nhân tố xáo động Fs 53

Hình 2.11 Toán đồ xác định sức cản Fr 53

vii

Hình 2.12 Toán đồ xác định độ cố kết theo phương ngang Uh 54

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý phương pháp MVC 55

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý phương pháp thi công không có màng kín khí 56

Hình 3.1 Phối cảnh Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 67

Hình 3.2 Mặt bằng xây dựng Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 68

Hình 3.3 Mặt cắt địa tầng (khảo sát của nhà thầu thi công trước khi xử lý nền) 72

Hình 3.4 Tính lún của nền khi chịu tải 105 kN/m2, sơ đồ mô phỏng của bài toán 78

Hình 3.5 Kết quả tính lún của nền 79

Hình 3.6 Kết quả tính lún của nền trình bày kết hợp lưới phần tử biên ban đầu 80

Hình 3.7 Giao diện phần mềm FoSSA (2.0) 81

Hình 3.8 Lựa chọn mô hình bài toán 82

Hình 3.9 Lựa chọn thông số tính lún 82

Hình 3.10 Lựa chọn thông số thiết kế PVD (bấc thấm) 83

Hình 3.11 Thông số tính cố kết của nền 83

Hình 3.12 Điều kiện biên mô phỏng bài toán gia cố nền cọc đất-xi măng 90

Hình 3.13 Kết quả tính lún của nền có gia cố cọc đất xi măng 91

viii

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại đất theo thành phần hạt (theo tiêu chuẩn 14 TCN 123) 6

Bảng 1.2 Xử lý nền theo mục đích sử dụng 7

Bảng 2.1 Xác định độ cố kết Uv 51

Bảng 3.1 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất (khảo sát giai đoạn lập dự án) 72

Bảng 3.2 Bảng kết quả thí nghiệm của Lớp 2 73

Bảng 3.3 Bảng kết quả thí nghiệm của Lớp 3 74

Bảng 3.4 Các thông số tính toán sử dụng trong nghiên cứu 84

Bảng 3.5 Các thông số của đất nền và đất đắp 84

Bảng 3.6 Bảng kết quả tính toán lún theo thời gian 85

Bảng 3.7 Bảng kết quả tính toán độ cố kết theo thời gian 86

ix

DANH M ỤC TỪ VIẾT TẮT

UBND Ủy ban nhân dân

QLDA Quản lý dự án

TTĐL Trung tâm Điện lực

NMNĐ Nhà máy Nhiệt điện

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD Tiêu chuẩn xây dựng

TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TCN Tiêu chuẩn ngành

MVC Menard Vacuum Consolidation

NXB Nhà xuất bản

1

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

Các công trình xây dựng (gồm có công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, hạ

tầng kỹ thuật, nông nghiệp và phát triển nông thôn) đều có mục đích sử dụng khác nhau nhưng chúng đều có điểm chung là xây dựng trên nền đất, trong lòng đất, gắn

liền với đất Những vùng có điều kiện địa chất khá, tốt thì chi phí đầu tư xây dựng nền móng công trình thường thấp hơn so với những vùng có điều kiện địa chất trung bình,

yếu vì: (1) chi phí cho xử lý nền giảm hoặc có thể không cần phải xử lý, (2) giải pháp thiết kế móng ít tốn kém hơn, (3) chi phí bảo trì, bảo dưỡng, xử lý sau hoàn thiện do

yếu tố đất nền gây ra cũng ít hơn, …

Ở nước ta, những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu đã được nghiên

cứu, áp dụng từ sau cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp kết thúc Cho tới nay, hầu

hết các phương pháp xây dựng, phương pháp xử lý nền công trình xây dựng trên nền đất yếu đều đã có áp dụng tại Việt Nam như: (1) Các biện pháp kết cấu để xử lý nền đất yếu, (2) Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền, (3) Các biện pháp làm tăng độ chặt của nền đất yếu, (4) Các phương pháp xử lý nền đất, nền đá bằng hóa lý, … Một số công nghệ xử lý nền thông dụng như: Đắp theo nhiều đợt; Thay thế nền, bệ phản áp; Xử lý bằng cọc cát + gia tải thoát nước; Xử lý

bằng bấc thấm + gia tải thoát nước; Xử lý bằng bơm hút chân không + cắm bấc thấm + gia tải thoát nước; Xử lý bằng cọc đất - ximăng; Xử lý bằng cọc bêtông cốt thép Việc

xử lý nền công trình xây dựng thường tập trung vào các dự án đầu tư xây dựng các công trình có quy mô lớn, mức độ an toàn cao, công trình cấp I, cấp đặc biệt, công trình xây dựng trên nền đất yếu, công trình chịu tải trọng lớn, …

Dự án Nhiệt điện Long Phú xây dựng trên khu đất 386,88 ha với ba dự án: Nhà máy Long Phú 1 (2x600MW ), Nhà máy Long Phú 2 (2x600MW), Nhà máy Long Phú 3 (2x100MW) Hiện đang đầu tư xây dựng Nhà máy Long Phú 1, điều kiện địa chất khu

vực xây dựng được đánh giá là bất lợi với xây dựng công trình với chiều dày lớp đất này khoảng 17m

2

Xuất phát từ thực tế trên, luận văn này đi sâu vào việc “Nghiên cứu các giải pháp xử

lý n ền Khu vực lắp đặt dây chuyền thiết bị của nhà máy chính thuộc Dự án Nhà máy Nhi ệt điện Long Phú 1” có tính cấp thiết, có cơ sở khoa học và thực tiễn

Hình 1.1 Phối cảnh Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1

và tập trung vào giải pháp đã lựa chọn

3 Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu

* Cách tiếp cận:

- Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng;

- Tìm hiểu các công trình thực tế đã thi công ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long

- Tìm hiểu các báo cáo, đề tài nghiên cứu khoa học của các chuyên gia

* Phương pháp nghiên cứu:

3

- Nghiên cứu lý thuyết;

- Thu thập tài liệu khảo sát địa chất của công trình;

- Phân tích và tính toán cho công trình thực tế

- Mô phỏng mô hình toán và phân tích ổn định và biến dạng của nền sau xử lý

4 N ội dung nghiên cứu

- Hệ thống hóa các phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu bao gồm giải pháp về kết cấu công trình, giải pháp về móng và giải pháp xử lý nền, tìm hiểu chính

về các giải pháp xử lý nền đất yếu để có được cái nhìn tổng thể về đất yếu và cách thức

xử lý

- Tóm tắt cơ sở lý thuyết của một số phương pháp chính, những phương pháp dự kiến

áp dụng cho bài toán ứng dụng để thấy được ưu điểm, nhược điểm và tính toán so sánh kinh tế, kỹ thuật và tính khả thi của giải pháp

- Tính toán so sánh giữa các phương án với số liệu cụ thể của bài toán ứng dụng

- Mô phỏng bằng mô hình toán để đánh giá các thông số biến đổi của nền đất trong tính toán thiết kế

5 K ết quả đạt được

- So sánh và lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp nhất, có tính khả thi cho Khu vực

lắp đặt dây chuyền thiết bị của nhà máy chính thuộc Dự án Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1

- Đánh giá, kiểm tra hiệu quả của giải pháp xử lý nền đã chọn

Đất yếu nói chung có các đặc điểm sau: hầu như hoàn toàn bão hoà nước, có hệ số

rỗng (ε) lớn thường > 1; khả năng chịu lực vào khoảng 50 - 100 kN/m2 (hay 0,5 – 1 daN/cm2); tính nén lún mạnh, hệ số nén lún (a) lớn; môđun biến dạng nhỏ (E ≤ 5000kN/m2), trị số sức kháng cắt không đáng kể

Một quan niệm khác cho rằng [1], đất yếu được hiểu là các loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2

), góc nội ma sát φ < 100

hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu < 0,35 daN/cm2

Đất yếu có thể được phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B:

B =

Wd Wch

Wd W

- Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy

- Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy

Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về

sức kháng cắt không thoát nước Su và hệ số xuyên tiêu chuẩn như sau:

- Đất rất yếu (trạng thái chảy): Su (kPa) ≤ 12,5 và N30 ≤ 2

- Đất yếu (trạng thái dẻo chảy): Su (kPa) ≤ 25 và N30≤ 4

5

(N: số búa đóng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn)

Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu

sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được

Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vùng

vịnh hoặc biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, nước,

lũ bùn đá, do con người gây ra Nguồn gốc vũng, vịnh có thể ở cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu vực nước nông (không quá 200m), khu vực thềm lục địa (200 - 3000m) hoặc khu vực biển sâu (trên 3000m)

Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện vật lý và khí hậu, mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét

mềm, các hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa,

Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước Loại đất này có

những tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có các tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếu nói chung

1.1.2 Các lo ại đất yếu

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

thấp

- Đất than bùn: 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 > 13%)

- Cát chảy: gồm các loại cát mịn, cát hạt nhỏ, cát bụi chứa nước có thể tự chảy

- Đất có hàm lượng tạp chất hoà tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunpphat clorua lớn hơn 10% tính theo trọng lượng

- Đất phù sa, đất bùn, đất mùn vì các đất này khả năng chịu lực kém

1.1.3 Nh ận biết đất yếu

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

biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12 %) nên có thể có mầu nâu

6

đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

- Lượng hữu cơ có từ 20 - 30%: Đất nhiễm than bùn

- Lượng hữu cơ có từ 30 - 60%: Đất than bùn

- Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn

Bảng 1.1 Phân loại đất theo thành phần hạt (theo tiêu chuẩn 14 TCN 123)

Về nguyên tắc, khi gặp nền đất yếu phải xem xét cân nhắc các biện pháp sau:

Xử lý nông

và sâu

Xử lý nông và sâu

Xử lý nông và sâu

Xử lý nông

Xử lý nông và sâu

1.2 Các bi ện pháp về kết cấu công trình

Khi thiết kế các công trình trên nền đất yếu, điều cần thiết là phải nắm được các hình

thức kết cấu chịu lực phần trên công trình cũng như tính nhạy cảm của nó đối với độ lún của nền đất Độ nhạy lún của công trình chủ yếu phụ thuộc vào độ cứng Tùy theo

độ cứng có thể phân chia kết cấu ra làm 3 loại:

- Loại kết cấu tuyệt đối cứng: như kết cấu khung nhiều tầng trên bản móng liên tục,

mố cầu, công trình thủy lợi toàn khối, ống khói, xilô, … Đặc điểm của các loại kết cấu này là có độ cứng không gian rất lớn, do đó công trình không bị uốn, chỉ có khả năng lún đều hoặc nghiêng Đối với những loại kết cấu này, tính nhạy lún kém, không yêu

cầu có những biện pháp xử lý về phương diện kết cấu Trong trường hợp này chỉ cần tìm cách giảm bớt khả năng nghiêng là được nếu độ nghiêng này có ảnh hưởng đến

việc sử dụng công trình

Công trình bị nghiêng

do lún không đều

8

- Loại kết cấu mềm: kết cấu mềm như bản đáy móng các bể chứa, cống, âu thuyền và

những cấu kiện độc lập liên kết khớp như cột trên móng đơn liên kết tự do với dàn

hoặc dầm ngang, Các công trình thuộc loại này có thể bị uốn cong cùng cấp với khả năng biến dạng của đất nền, do đó không gây những nội lực phụ trong kết cấu và không ảnh hưởng đến việc sử dụng công trình Đặc điểm của loại kết cấu này là có tính nhạy lún kém khi nền đất biến dạng không đều

- Loại kết cấu có độ cứng hữu hạn: như kết cấu khung siêu tĩnh trên các móng đơn,

dầm liên tục nhiều nhịp, vòm không khớp, Các công trình thuộc loại này thường hay

gặp trong thực tế Khi nền đất có biến dạng không đều, đồng thời dưới đế móng có sự phân bố lại ứng suất tiếp xúc thì trong kết cấu móng và kết cấu chịu lực sẽ xuất hiện

nội lực phụ cục bộ Nếu kết cấu không có khả năng tiếp thu nội lực phụ thì ở các tiết

diện yếu (có nội lực tập trung) sẽ có những vết nứt Hình dạng vết nứt phát triển có liên quan đến mức độ và tính chất biến dạng của công trình [1]

a

b c

Ở những tiết diện xuất hiện vết nứt, độ cứng của kết cấu giảm đáng kể Đặc điểm của các loại kết cấu này là tính nhạy lún lớn, do đó cần có những biện pháp xử lý kết cấu thích hợp

Dựa vào tính chất làm việc của công trình đối với nền đất lún không đều, có thể chọn hình thức kết cấu thích hợp với sơ đồ nền đất cụ thể

Đối với đất nền có tính nén lớn và lún không đều thì việc áp dụng những loại kết cấu

có tính nhạy lún ít (kết cấu tĩnh định, ) trong trường hợp này là hợp lý nhất Ở đây

9

cũng cần xét đến khả năng nghiêng có thể xảy ra do lún không đều Ngoài ra, đối với

kết cấu tĩnh định cũng cần chú ý đến khả năng nghiêng giữa cột và tường chịu lực theo phương thẳng đứng

Tuy nhiên, cũng cần chú ý rằng, trong một số trường hợp đặc biệt việc thay sơ đồ kết

cấu siêu tĩnh (có độ cứng không gian lớn) sang sơ đồ kết cấu tĩnh định (liên kết khớp),

mặc dù nội lực phụ cục bộ không xuất hiện trong kết cấu nhưng diện tích các kết cấu

chịu lực tăng lên một cách đáng kể dẫn đến hiệu quả không kinh tế Ngoài ra, việc

giảm độ cứng không gian sẽ dẫn đến sự giảm cường độ chung của kết cấu, có ảnh hưởng không tốt đến điều kiện sử dụng công trình

Nói chung, để đảm bảo cho công trình làm việc trong điều kiện bình thường khi xây

dựng trên nền đất lún không đều, có thể dùng những biện pháp kết cấu như bố trí khe lún, tăng cường độ và độ cứng của kết cấu bằng cách giằng gạch cốt thép, bêtông cốt thép, xây các gối tựa cứng, hoặc áp dụng các biện pháp làm giảm độ lún không đều

- Giảm tải trọng tác dụng lên móng (giảm áp lực tác dụng lên nền)

- Tăng khả năng chịu lực của kết cấu

c Các biện pháp kết cấu công trình: Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ; Làm tăng độ

mềm của công trình; Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình

c1 Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ

- Mục đích của biện pháp này là làm giảm trọng lượng của kết cấu công trình

- Chú ý: Đối với những công trình không chịu tác dụng của lực ngang lớn thì việc

giảm trọng lượng kết cấu công trình sẽ không ảnh hưởng nhiều đến tính ổn định của công trình Đối với những công trình thường xuyên chịu tác dụng lực đẩy ngang lớn

10

thì khi giảm trọng lượng của công trình cần có những biện pháp khác để đảm bảo tinh

ổn định về trượt

c2 Làm tăng độ mềm của công trình

- Mục đích: Giữa móng và kết cấu phần trên có liên kết với nhau, do đó độ cứng móng không những do bản thân móng quyết định mà còn phụ thuộc khá nhiều vào kết cấu

phần trên (tường ngang, tường dọc, hầm, giàn ) Làm tăng độ mềm của công trình (kể cả móng) sẽ khử được ứng suất phụ thêm phát sinh trong kết cấu công trình khi

nền biến dạng không đều

- Biện pháp: Có hai biện pháp: (1) Dùng loại kết cấu tĩnh định, (2) Phân cắt các bộ

phận cứng của công trình thành nhiều phần tách biệt bằng các khe lún

+ Các khớp nối bố trí ở các khe lún phải mềm mại và chịu được độ chênh lún giữa hai

bộ phận ở hai bên khe lún (công trình thủy lợi dụng khớp nối là tấm đồng omega) do

đó phải tính toán kiểm tra khớp nối

+ Chiều rộng khe lún phải được tính toán vừa đủ để cho các bộ phận đã được tách ra không tựa sát bên nhau (làm nứt nẻ công trình) khi chúng bị lún không đều hoặc bị nghiêng

c2.2 Dùng kết cấu tĩnh định:

- Thay các mối nối cứng giữa các bộ phận của công trình bằng mối nối khớp hoặc mối

nối tựa cũng có tác dụng làm tăng độ mềm của công trình và khử được ứng suất phụ thêm phát sinh khi công trình bị biến dạng

11

- Việc thay các mối nối cứng bằng các mối nối mềm (khớp, tựa) làm cho công trình có tính chất tĩnh định nên phần nào làm cho công trình nặng nề thêm và kém phần mỹ thuật Do đó cần hết sức giảm bớt khớp nối mềm trong công trình

- Tốt nhất là dự tính được các yếu tố biến dạng của công trình rồi từ đó tính toán được

nội lực trong kết cấu siêu tĩnh của các bộ phận của công trình

c2.3 Tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình

- Mục đích, yêu cầu:

+ Làm tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình để các bộ phận của nó đủ sức chịu thêm các ứng lực sinh ra do công trình bị lún không đều là một phương hướng chủ động tích cực khi thiết kế công trình theo trạng thái giới hạn có xét đến tác dụng tương

hỗ giữa ba bộ phận của một công trình( kết cấu phần trên, móng , nền)

+ Không được làm ảnh hưởng nhiều đến độ mềm của công trình

+ Có thể dùng biện pháp gia cố cục bộ để tăng cục bộ cường độ chống cắt của tường hay của bộ phận công trình bằng cách đặt giằng gia cường hoặc đặt thêm cốt thép tại

những nơi dự đoán có phát sinh ứng lực cắt lớn

1.3 Các bi ện pháp về móng

1.3.1 Thay đổi chiều sâu chôn móng

Chiều sâu chôn móng là một trong những vấn đề quan trọng mà người thiết kế quan tâm đến Chiều sâu chôn móng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, điều kiện địa chất thủy văn khu vực xây dựng, trị số và tính chất truyền tải trọng của công trình lên nền đất, đặc điểm và yêu cầu sử dụng công trình cũng như phương pháp thi công móng Những yếu

tố trên có quan hệ hữu cơ với nhau và có ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương án móng [1]

12

Điều kiện địa chất và thủy văn là một trong những yếu tố cơ bản có ảnh hưởng đến

việc lựa chọn chiều sâu chôn móng Sự phân bố địa tầng; tính chất cơ, lý, hóa của từng

lớp đất; độ sâu của mực nước ngầm và sự thay đổi của nó theo thời gian cũng như mức

độ xâm thực của nước ngầm đối với vật liệu xây móng, là những yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương án móng

Công thức tính sức chịu tải và cường độ tiêu chuẩn của nền có dạng chung là:

Pgh = Aγb + Bq + Dc Trong đó:

A, B, D : Các hệ số phụ thuộc góc ma sát trong ϕ của đất

γ, c : trọng lượng riêng và lực dính đơn vị của đất

b : chiều sâu chôn móng

q : tải trọng bên móng

Như vậy, khi tăng độ sâu đặt móng hm tức là tăng q (q = γhm) thì khả năng chịu tải của

nền được tăng lên (pgh tăng)

Mặt khác, nền nói chung có độ chặt tăng theo chiều sâu (lớp đất dưới chặt hơn lớp đất trên) do đó hm tăng là đã đặt móng tại lớp đất tốt hơn, do đó độ lún S giảm

Xét hai trường hợp thực tế:

- Trường hợp cho phép thay đổi cao trình đặt móng

- Trường hợp cao trình đặt móng thiết kế không thay đổi: do nhiều điều kiện khống

chế, móng thường phải đặt tại một cao trình thiết kế nhất định

Bảo đảm được cao trình đặt móng thiết kế (tức là bảo đảm cao trình của các bộ phận công trình) là một vấn đề quan trọng và khó khăn nhất đối với nền đất yếu

Ta thường gặp hai trường hợp:

- Để giảm bớt độ chênh lệch giữa cao trình đặt móng thiết kế với cao trình đáy móng sau khi lún ổn định thì thường phải nâng cao trình đặt móng thiết kế lên một trị số dự phòng, tính gần đúng theo công thức:

Sdp = 1/2(S + Stc) Trong đó:

13

Sdp : độ nâng thêm của cao trình dự phòng

S : độ lún ổn định do tính toán

Stc : độ lún xảy ra khi thi công

- Đối với các công trình dân dụng công nghiệp xây trên nền đất loại sét có thể lấy Sdp

= 0,7S

Nếu công trình có nguy cơ bị nghiêng, bị lún không đều thì có thể dùng biện pháp thay đổi chiều sâu chôn móng để xử lý khi thiết kế thi công

Gặp trường hợp tầng đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, để giảm chênh lệch lún, có

thể đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau

1.3.2 Thay đổi kích thước và hình dáng móng

1.3.3 Thay đổi loại móng và độ cứng móng

Đối với nền đất yếu, việc chọn loại móng xây trên đó cũng đóng vai trò rất quan trọng không những chỉ thể hiện về mặt chịu lực mà còn có ý nghĩa kinh tế lớn Chọn móng

và kết cấu móng thường dựa vào những đặc điểm sau đây:

- Hình thức kết cấu của công trình cũng như tính chất truyền tải trọng

- Sơ đồ bố trí các công trình ngầm (tầng hầm, đường giao thông, ống dẫn nước, ) và các công trình lân cận có liên quan đến công trình đang thiết kế

- Tình hình địa chất ở khu vực xây dựng

- Điều kiện xây dựng móng như: phương tiện thi công, thời gian xây dựng móng, Móng có nhiều loại: móng khối độc lập, móng đơn, móng băng, móng băng có giằng, móng bản toàn khối, móng cọc, móng giếng chìm, móng giếng chìm hơi ép, móng cọc

14

ống Tùy theo tình hình địa chất và đặc điểm kết cấu chịu lực mà chúng ta lựa chọn

loại móng thích hợp

- Móng khối độc lập thường thiết kế dưới các mố cầu, trụ cầu, ống khói, tháp nước,

Mặt bằng móng phụ thuộc vào hình dạng công trình

- Móng đơn thường được thiết kế dưới các cột chịu lực trong các công trình dân dụng

và công nghiệp

Móng khối và móng đơn chỉ áp dụng khi tải trọng công trình không lớn lắm, nền đất

biến dạng ít và biến dạng đều

- Móng băng được thiết kế dưới tường chịu lực dưới một hàng cột Khi nền đất có biến

dạng lớn và biến dạng không đều, trong nhiều trường hợp, để làm tăng độ cứng của móng và độ cứng của công trình có thể thiết kế móng băng có giằng (móng băng 2 phương) (hình minh họa)

- Móng bản toàn khối thường được thiết kế dưới đáy các bể chứa nước, các trạm bơm, Khi tải trọng của công trình không lớn và khả năng chịu lực của nền đất nhỏ, móng dưới các hàng cột đơn cũng được thiết kế dưới dạng bản toàn khối không dầm như một sàn nấm hoặc có dầm ngang và dầm dọc như một sàn sườn Đối với nhà nhiều tầng xây dựng trên nền đất yếu, người ta có thể thiết kế móng bản hình hộp rỗng giữa bằng bêtông cốt thép

Móng bản toàn khối có những ưu điểm sau:

- Làm tăng độ cứng chung của toàn bộ công trình

- Có khả năng hạn chế mức độ biến dạng không đều của đất nền

- Biện pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi có những phương tiện kỹ thuật phức tạp

- Giảm bớt được khối lượng thi công đất

- Đối với móng bản hình hộp rỗng giữa, có thể tận dụng bản móng thành chỗ làm việc Khi dưới lớp đất yếu là lớp đất chịu lực tốt thì có thể dùng móng cọc Nhiệm vụ của móng cọc là truyền tải trọng từ công trình xuống lớp đất dưới mũi cọc và ra các lớp đất xung quanh cọc Tùy theo đặc tính làm việc của cọc ở trong đất mà người ta chia móng

cọc ra làm hai loại: cọc chống và cọc ma sát Nếu cọc xuyên qua lớp đất yếu mà khả năng lực ma sát xung quanh thân cọc không đáng kể và mũi cọc tựa trên lớp đất cứng

hoặc đá cứng có đủ khả năng tiếp thu được toàn bộ tải trọng của công trình truyền

15

xuống thì loại cọc đó là cọc chống Nếu cọc chủ yếu là dựa vào lực ma sát và một phần

phản lực ở dưới mũi cọc thì loại cọc đó gọi là cọc ma sát hoặc cọc treo

Móng cọc bao gồm hai phần: cọc và đài cọc Tùy theo vị trí của đài cọc mà người ta chia làm móng cọc đài cao và móng cọc đài thấp Móng cọc đài thấp có đài cọc nằm

thấp hơn mặt đất, còn móng cọc đài cao thì đài cọc nằm trên mặt đất hoặc trên mặt nước Móng cọc đài cao chịu tải trọng ngang kém hơn móng cọc đài thấp nhưng thi công dễ hơn vì không phải thi công dưới mặt đất hay dưới nước Móng cọc được áp

dụng phổ biến ở nhiều nước vì có những ưu điểm sau:

- Tiết kiệm được vật liệu xây móng

- Giảm bớt khối lượng thi công đất

- Có khả năng cơ giới hóa toàn bộ quá trình thi công

- Khống chế được biến dạng ở dưới mũi cọc và biến dạng không đều khi nền đất có tính nén lớn

Khi chiều dày lớp đất yếu lớn thì người ta có thể dùng móng giếng chìm Giếng chìm

có dạng hình vuông, chữ nhật, bầu dục hoặc tròn và đượ thiết kế rỗng ở giữa Vỏ ngoải

của giếng chìm có tác dụng chống đỡ đất trong quá trình hạ và tạo ra trọng lượng cần thiết thắng sức ma sát của đất Thứ tự thi công giếng chìm như sau: trước tiên đúc

giếng ở trên mặt đất, sau đó đào đất ở trong giếng, nhờ có trọng lượng bản thân nên

giếng sẽ hạ dần xuống Khi giếng chìm hạ đến chiều sâu thiết kế (đến lớp đất tốt hoặc

đá cứng) thì sẻ dùng bê tông đá lấp đầy phần rỗng bên trong

Tùy tình hình phân bố tải trọng tác dụng lên móng và điều kiện địa chất mà chọn móng cho thích hợp (móng đơn, móng băng, móng băng giao nhau, móng bản, móng hộp (có

độ cứng lớn, nhẹ)

Tăng độ cứng của móng: khi độ võng móng ∆S quá lớn thì phải tăng độ cứng móng

Để tăng cường độ cứng của móng có thể dùng các biện pháp: tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc, kết hợp với kết cấu phần trên, dùng loại móng hộp, độ cứng lớn và

nh ẹ

Hiện nay có rất nhiều phương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu, nhưng nhìn chung có

thể xếp chúng vào một số nhóm phương pháp sau:

Phương pháp làm chặt đất trên mặt là một phương pháp cổ điển, đã được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp là dùng các thiết bị cơ giới như xe lu, búa đầm, máy đầm rung, làm chặt đất Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng làm

chặt đất gồm: độ ẩm, công đầm, thành phần hạt, thành phần khoáng hoá, nhiệt độ của đất và phương thức tác dụng của tải trọng Để làm chặt đất cần phải xác định được độ

ẩm tốt nhất ứng với giá trị khối lượng thể tích khô lớn nhất

Đầm nén bề mặt là phương pháp đơn giản, có thể áp dụng cho cả công trình đất đắp

mới lẫn nền tự nhiên Khi tác dụng tải trọng lên nền đất, chỉ một phần đất ở độ sâu hạn

chế tiếp nhận được ảnh hưởng này Một mặt, ảnh hưởng của tải trọng nhanh chóng tắt

dần theo độ sâu, mặt khác tải trọng từ đầm nén là các tác động trong thời gian ngắn

Giải pháp đầm nén trực tiếp bề mặt đất do đó được áp dụng chủ yếu trong nền đất nhân tạo (đất đắp mới), không phải là giải pháp thông dụng cho xử lý nền Trong một

số trường hợp, hạng mục xây dựng chỉ chiếm diện tích nhỏ trên toàn bộ công trình thì

lựa chọn giải pháp đầm nén cục bộ bề mặt là lựa chọn có tính khả thi cần xem xét Có

thể nêu một số phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học sau đây:

1 Làm chặt đất bằng đầm rơi

2 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm lăn

17

Hình 1.2 Làm chặt đất nền đường bằng xe lu

a Nội dung phương pháp

Dùng các chấn động tạo ra các dao động liên tục có tần số cao và biên độ nhỏ, làm cho tính toàn khối của đất bị phá hoại, các hạt cát di chuyển đến lấp những chỗ trống

giữa các hạt có kích thước lớn hơn Tác dụng của đầm rung lớn nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng khi mà tần số dao động của máy trùng với tần số dao động của đất đầm

b Ưu, nhược điểm của phương pháp

Phương pháp làm chặt đất bằng đầm rung chủ yếu dùng để nén chặt đất cát Nếu hàm lượng hạt sét trong đất nhỏ hơn 6% thì hiệu quả nén chặt thường gấp từ 4 đến 5 lần so

với các phương pháp đầm nén khác

Chiều dày lớp đất được làm chặt bằng đầm rung thường thay đổi từ 0,3 đến 1,5m đôi khi đến 2,0m

18

Hình 1.3 Làm chặt đất nền đường bằng xe lu rung

Đối với các loại đất hạt rời (đất cát và đất đắp), khi chiều sâu lớn hơn 1,5m có thể dùng phương pháp chấn động và thuỷ chấn để nén chặt Phương pháp này hiện nay được ứng dụng ở nhiều nước và có hiệu quả kinh tế rõ rệt

Theo kết quả nghiên cứu, nếu dùng phương pháp này thì độ rỗng của đất giảm (10÷20)% và sức chịu tải tăng lên (3,5÷4,0) kG/cm2

1.4.3.1 Phương pháp nén chặt đất bằng chấn động

a Nội dung phương pháp

Để nén chặt đất cát ở dưới sâu, người ta thường dùng các loại đầm chùy có tần số (2900÷3000)vòng/phút Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả nén chặt đất là gia tốc chấn động, độ ẩm của đất, khoảng cách giữa các vị trí đầm, tính đàn hồi của đất và bán kính máy chấn động

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Khi làm chặt đất cát ở độ sâu nhỏ hơn 3,0m thì bán kính làm chặt có thể đạt 1,5m Khi bán kính máy chấn động tăng thì gia tốc chấn động và hệ số nén chặt chấn động cũng tăng lên

19

1.4.3.2 Phương pháp nén chặt đất bằng thuỷ chấn

a Nội dung phương pháp

Vừa phun nước, vừa tạo chấn động tác dụng vào cát Khi đó lực dính giữa các hạt

giảm đi, các hạt lớn sẽ lắng xuống còn các hạt nhỏ sẽ nổi lên, hình thành chuyển động

xoắn ốc làm phát sinh cấp phối hạt mới và như vậy sẽ hình thành cấp phối tốt nhất của đất ở trạng thái nén chặt

Để thi công nén chặt đất bằng phương pháp thuỷ chấn, người ta đóng vào trong đất

những ống thép đường kính (19÷25)mm và có đầu nhọn, phần ống dưới dài khoảng (50÷60)cm, có đục lỗ xung quanh với đường kính (5÷6)mm Lợi dụng sức nước cao áp

để đưa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máy chấn động làm việc, nén chặt đất từ dưới lên trên, mỗi đoạn làm chặt thường (30÷40)cm trong khoảng thời gian (40÷120) giây Sau khi làm chặt được lớp thứ nhất thì lại nâng máy đầm lên làm

chặt lớp thứ hai và như vậy lần lượt cho đến khi lên đến mặt đất

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Đối với nền cát nhân tạo có chiều dày cần nén chặt lớn thì người ta dùng phương pháp thuỷ chấn

Đối với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét nhỏ nên quá trình cố kết của nền

ở điều kiện bình thường cần rất nhiều thời gian, trong khi đó, các công trình xây dựng

20

lại đòi hỏi phải thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu Do vậy, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thăng đứng kết hợp với biện pháp gia tải trước để làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

1 Phương pháp gia cố bằng giếng cát

Hình 1.5 Sơ đồ chất tải

Hình 1.6 Thi công cọc cát

21

2 Phương pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD)

Hình 1.7 Thi công cắm bấc thấm

Dùng năng lượng nổ để gia cố đất yếu là một phương pháp được Viện Thiết kế Bộ Giao thông vận tải đưa vào sử dụng bắt đầu từ những năm chống chiến tranh phá hoại

của Mỹ

Nội dung của phương pháp này như sau: trong phạm vi bề mặt và chiều dày của lớp đất yếu cần được gia cố sẽ bố trí các quả mìn dài, theo một mạng lưới tam giác đều

Những giếng được năng lượng nổ tạo thành sẽ nén đất ra quanh giếng Kích thước

giếng và khoảng cách giữa các trục của các giếng phải được tính toán đủ đảm bảo nén đất đến độ chặt cần thiết một cách tương đối đồng đều Sức chịu tải của nền đất yếu tăng lên có thể đơn thuần nhờ sức nổ ép làm cho các hạt đất được sắp xếp lại, sít vào nhau hơn và cũng có thể do cả tác dụng của quá trình cố kết thấm qua các giếng cát khi điều kiện địa chất và địa chất thủy văn cho phép Từ kết quả nghiên cứu và thi công hàng loạt công trình thì phương pháp gia cố đất yếu bằng năng lượng nổ tỏ ra thích hợp với cả loại đất dính ở trạng thái từ chảy đến dẻo chảy

Về mặt kinh tế và kỹ thuật, phương pháp này đã đem lại hiệu quả tốt như: nền đất yếu

sớm đạt độ bền vững cao, thi công đơn giản, nhanh, dễ mở rộng, khối lượng vật liệu ít

22

1.4.6 Phương pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm

1.4.6.1 Phương pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật

Trong giao thông vải địa kỹ thuật (ĐKT) có thể làm tăng độ bền, tính ổn định cho các tuyến đường đi qua những khu vực có nền đất yếu như đất sét mềm, bùn, than bùn, Trong thủy lợi, dùng che chắn bề mặt vách bờ bằng các ống vải địa kỹ thuật độn cát

nhằm giảm nhẹ tác thủy động lực của dòng chảy lên bờ sông Còn trong xây dựng, dùng để gia cố nền đất yếu ở dạng bấc thấm ứng dụng trong nền móng Dựa vào mục đích, công dụng chính người ta chia vải địa kỹ thuật thành 3 loại: phân cách, gia cường, và tiêu thoát và lọc ngược

a Chức năng phân cách

Các phương pháp thông thường để ổn định hoá lớp đất đắp trên nền đất yếu bão hoà nước là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất bị mất do lún chìm vào

nền đất yếu trong quá trình thi công Mức độ tổn thất có thể hơn 100% đối với đất nền

có CBR (chỉ số biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu dùng trong tính toán thiết kế kết

cấu của áo đường theo phương pháp của AASHTO) nhỏ hơn 0,5 Việc sử dụng loại vải địa kỹ thuật thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đường sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai

loại đất Vải địa kỹ thuật phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng kể chi phí xây dựng Ngoài ra, vải địa kỹ thuật còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào cốt liệu nền đường nhằm bảo toàn các tính chất cơ lý của vật liệu đắp

và do đó nền đường có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng

xe

Khi nền đất yếu ở trạng thái dẻo nhão, có khả năng làm nhiễm bẩn lớp đệm cát trực

tiếp bên trên đầu bấc thấm thì dùng vải địa kỹ thuật ngăn cách lớp đất yếu và lớp đệm cát

b Chức năng gia cường

Dưới tải trọng bánh xe khả năng chịu tải của nền đường có vải địa kỹ thuật chủ yếu là

do chức năng phân cách (nhằm duy trì chiều dày thiết kế và tính chất cơ học ban đầu

23

của các lớp cốt liệu nền móng đường) hơn là chức năng gia cường về khả năng chịu kéo của kết cấu

Trong trường hợp xây dựng đê, đập hay đường dẫn vào cầu có chiều cao đất đắp lớn,

có thể dẫn đến khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang của đất đắp, vải địa kỹ thuật

có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo phương ngang nhằm gia tăng ổn định của mái dốc Trong trường hợp này vải địa kỹ thuật có chức năng gia cường

Hình 1.8 Mái dốc taluy có vải địa kỹ thuật gia cường

Hình 1.9 Mái dốc có vải địa kỹ thuật gia cường, chống sạt lở, tiêu thoát nước

24

Hình 1.10 Vải ĐKT làm lớp phân cách giữa nền đất đắp và đất yếu nhằm duy trì chiều

dày đất đắp và tăng khả năng chịu tải của nền đường

c Chức năng tiêu thoát/ lọc ngược

Đối với các nền đất yếu có độ ẩm tự nhiên lớn và độ nhạy cảm cao Vải địa kỹ thuật có

thể làm chức năng thoát nước nhằm duy trì và thậm chí gia tăng cường độ kháng cắt

của đất nền và do đó làm gia tăng khả năng ổn định tổng thể của công trình theo thời gian Vải địa kỹ thuật loại không dệt, xuyên kim có chiều dày và tính thấm nước cao là

vật liệu có khả năng tiêu thoát tốt, cả theo phương đứng (thẳng góc với mặt vải) và phương ngang (trong mặt vải) Vì thế, loại vải địa kỹ thuật này có thể làm tiêu tán nhanh chóng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong quá trình thi công cũng như sau khi xây dựng và dẫn đến sức kháng cắt của nền đất yếu sẽ được gia tăng Trong các công trình thuỷ công, vải địa kỹ thuật được sử dụng làm lớp lọc ngược của công trình sau

bến, tường chắn …

Hai tiêu chuẩn để đánh giá về đặc trưng lọc ngược là khả năng giữ đất và hệ số thấm

của vải Vải địa kỹ thuật cần phải có kích thước lỗ hổng đủ nhỏ để ngăn chặn không cho các hạt đất cần bảo vệ đi qua đồng thời kích thước lỗ hổng cũng phải đủ lớn để có

đủ khả năng thấm nước bảo đảm cho áp lực nước lỗ rỗng được tiêu tán nhanh

25

Hình 1.11 Vải địa kỹ thuật làm chức năng tiêu thoát nước/lọc ngược

* Lợi ích khi sử dụng vải địa kỹ thuật: sử dụng vải địa kỹ thuật có các lợi ích sau đây

- Cho phép tăng cường lớp đất đắp bằng việc tăng khả năng tiêu thoát nước

- Giảm chiều sâu đào vào các lớp đất yếu

- Giảm độ dốc mái lớp đất đắp yêu cầu và tăng tính ổn định của chúng

- Giữ được tốc độ lún đều của các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp

- Cải thiện các lớp đất đắp và kéo dài tuổi thọ công trình

1.4.6.2 Phương pháp gia cố nền bằng bấc thấm

Bấc thấm thoát nước được dùng để gia cố nền đất yếu cho các loại công trình sau:

- Xây dựng nền đường trên đất yếu có yêu cầu tăng nhanh độ cố kết và tăng nhanh cường độ của đất yếu để đảm bảo ổn định nền đắp và hạn chế độ lún trước khi làm kết

cấu áo đường

- Tôn nền trên đất yếu để làm mặt bằng chứa vật liệu, để xây dựng các kho chứa một

tầng, để xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp loại nhỏ có tải trông phân

bố trên diện rộng (sau khi nền đã lún đến ổn định)

Khi sử dụng bấc thấm cần chú ý:

- Sự phá vỡ kết cấu đất khi thi công Sự phá hỏng kết cấu này làm tăng tổng độ lún và làm giảm sức kháng cắt của đất

- Phạm vi chiều sâu thực sự có hiệu quả của bấc thấm

- Giá trị tải trọng nén trước để việc thoát nước lỗ rỗng và cố kết đất có hiệu quả

26

Hình 1.12 Thi công lắp đặt bấc thấm Nguyên tắc thiết kế cấu tạo xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm thể hiện ở hình sau:

Hình 1.13 Cấu tạo xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính như ximăng, vôi, bitum, nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình hoá lý và hoá học diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nền

27

1 Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi

2 Gia cố nền bằng phương pháp trộn ximăng

3 Gia cố nền bằng phương pháp trộn bitum

4 Gia cố nền bằng keo polyme tổng hợp

a Nội dung phương pháp

Phương pháp phụt dung dịch có tác dụng đảm bảo cho nền ổn định về cường độ khi công trình chịu tải trọng ngang lớn hoặc tạo màng chống thấm phía dưới các công trình thuỷ công, làm giảm tính thấm và áp lực đẩy nổi của nước ngầm vào móng công trình Các dung dịch thường được sử dụng để gia có nền là dung dịch ximăng, dung

dịch bitum và dung dịch silicát

b Ưu, nhược điểm của phương pháp

Phương pháp này đòi hỏi công nghệ thi công kỹ thuật cao, giá thành công trình cao nên ít được áp dụng phổ biến

1 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch vữa ximăng

2 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch silicát

3 Phương pháp gia cố nền bằng nhựa bitum

1.4.9 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu

Trong nhóm này gồm các phương pháp sau:

1 Gia cố nền bằng phương pháp điện thấm

2 Gia cố nền bằng phương pháp điện hoá học

vôi, c ọc đất - ximăng, cọc cát – ximăng - vôi

1.4.10.1 Phương pháp gia cố bằng cọc cát

a Nội dung phương pháp

28

Mục đích của phương pháp này là đưa một lượng cát vào nền đất nhằm cải tạo đất nền, nâng cao sức chịu tải của nền, giảm độ lún công trình Hiệu quả của việc nén chặt phụ thuộc vào thể tích cát được đưa vào nền, nghĩa là phụ thuộc vào số lượng, đường kính, khoảng cách cũng như hình dạng bố trí cọc

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Kết quả khi áp dụng cho một số công trình cho thấy nếu bố trí hợp lý thì thời gian lún rút ngắn từ 20 năm xuống còn 1 năm, sức kháng cắt của đất tăng lên khoảng hai lần,

dẫn đến sức chịu tải của nền đất tăng lên từ hai đến ba lần

Nhược điểm của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát là: Tuỳ theo cấu trúc

nền và độ sâu gia cố mà cọc cát có thể bị phá hoại theo các dạng khác nhau như: phình

ra hai bên, cọc bị cắt hay bị trượt Khi mực nước ngầm trong nền dao động mạnh thì dưới áp lực của dòng thấm, cọc cát có thể bị gãy, trượt, các hạt cát di chuyển vào trong

nền hoặc đi nơi khác làm rỗng chân cọc và thường sau một thời gian như vậy thì khả năng làm chặt đất của cọc cát bị giảm, cọc bị phá hoại dẫn đến khả năng chịu tải của đất nền bị giảm đi đáng kể

1.4.10 2 Phương pháp gia cố bằng cọc đất - vôi, đất - ximăng, cọc cát – ximăng - vôi

a Nội dung phương pháp

Nguyên lý của phương pháp dùng cọc đất - vôi, đất - ximăng, cát - ximăng là dựa vào nguyên lý cọc cát tức là quá trình nén chặt cơ học Ngoài ra, còn có tác dụng làm tăng nhanh quá trình cố kết do vôi, ximăng hút nước làm tổn thất một lượng lớn nước chứa trong đất, gia tăng cường độ của cọc gia cố và sức kháng cắt của đất nền

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Cọc đất - vôi và đất - ximăng tuy có khả năng cải tạo đất nền tương đối tốt và tạo ra được cọc hỗn hợp có cường độ chịu tải cao hơn đất xung quanh cọc, nhưng do hàm lượng vôi và ximăng đưa vào nền không lớn nên không có tác dụng nén chặt vùng đất xung quanh cọc