Nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu khu tđ1 đô thị mới an vân dương, tỉnh thừa thiên huế

Tóm tắt – Với mong mu n nghiên c u tìm kiếm giải pháp hợp lý ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu từ điều kiện địa chất, th y văn thực tế c a khu vự để ng dụng vào các công trình tươn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN THANH BÁCH

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ

XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 - ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƯƠNG,

TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN THANH BÁCH

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ

XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 - ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƯƠNG,

TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN ĐÌNH QUẢNG

Đà Nẵng - Năm 2018

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào hay công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phan Thanh Bách

TÓM TẮT LUẬN VĂN i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài: 1

2 Đ i tượng v ph m vi nghi n u đề t i: 1

2.1 Đ i tượng nghi n u 1

2 2 Ph m vi nghi n u 1

3 Mụ đí h nghi n u: 1

3.1 Mụ đí h tổng quát: 1

3.2 Mụ đí h ụ thể: 1

4 Phương pháp nghi n u: 2

5 Ý nghĩ kho học và thực tiển c đề tài: 2

6 Kết cấu c a luận văn: 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THỰC TRẠNG NỀN ĐẤT YẾU, CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Ở TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 3

1.1 Tổng quan thực tr ng mất ổn định công trình ở tỉnh Thừa Thiên Huế 3

1.1.1 Khái niệm đất yếu 3

1 1 2 Tá động c a nền đất yếu đến chất lượng công trình 4

1.1.3 Các hiện tượng phá ho i ông trình khi đi qu nền đất yếu ở Thừa Thiên Huế 4

1.2 Giới thiệu các giải pháp xử lý nền đất yếu để ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu 5

1 2 1 Thi ông đắp nền theo gi i đo n 5

1.2.2 Sử dụng vải đị , lưới địa kỹ thuật để tăng ường m độ ổn định 6

1.2.3 Sử dụng á phương tiện thoát nước thẳng đ ng 6

1.2.3.1 Giếng cát 7

1.2.3.2 Bấc thấm 9

1.2.4 Giải pháp dùng cọ đất gia c xi măng, vôi 11

1.2.5 Bệ phản áp 13

1.3 Một s công trình xử lý nền đất yếu t i Thừa Thiên Huế 15

1 4 Phương pháp tính ổn định nền đường đắp tr n đất yếu 16

1 4 1 Nhóm á phương pháp giả định mặt trượt 16

1.4 1 2 Phương pháp A W Bishop 18

1 4 1 3 Phương pháp N J nbu 19

1 4 2 Phương pháp phân tí h tr ng thái ng suất – biến d ng 20

1 4 3 Phương pháp phần tử hữu h n áp dụng đ i với đất 20

1.5 Giới thiệu phần mềm Slope/W trong phân tích ổn định nền đường 21

1.6 Lý thuyết tính toán lún 23

1.7 Kết luận Chương 1 26

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN KHU ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƯƠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU ĐÔ THỊ 27

2.1 Tổng qu n khu đô thị mới An Vân Dương v nhiệm vụ phát triển kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế 27

2 2 Điều kiện đị hình địa chất và th y văn khu vực 29

2 2 1 Đặ điểm địa hình, địa m o 29

2.2.2 Cấu trú địa tầng 29

2.2.2.1 Giới PALEOZOI: 29

2.2.2.2 Giới KAINOZOI: 30

2 2 3 Điều kiện th y văn khu vực 30

2.3 Tập hợp s liệu, xây dựng mặt cắt tính toán 30

2 3 1 Đặ điểm địa chất khu đô thị mới An Vân Dương 30

2 3 2 Phân vùng địa chất đất yếu khu đô thị mới An Vân Dương 31

2 3 3 Đặ điểm quy ho ch các tuyến đường trong khu Đô thị mới An Vân Dương 33

2.3.4 Xây dựng mặt cắt tính toán 36

2.4 Các yêu cầu về lún và ổn định khi thết kế nền đường đắp trên nền đất yếu 37

2.4.1 Kiểm toán lún 37

2.4.2 Kiểm toán ổn định trượt 37

2.4.3 Th ng kê kết quả kiểm toán ổn định - lún 38

2.4.3.1 Kiểm toán ổn định 38

2.4.3.2 Kiểm toán lún 40

2 5 Đánh giá khả năng ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu 41

2 6 Đề xuất giải pháp xử lý 41

2.6.1 Các giải pháp xử lý phù hợp với điều kiện thi công ở Thừa Thiên Huế 41

2.6.2 Tổng hợp các giải pháp xử lý đề xuất 41

2.7 Kết luận hương 2 41

ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 – ĐÔ

THỊ MỚI AN VÂN DƯƠNG TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 43

3.1 Giới thiệu hung khu TĐ1 43

3.1.1 Vị trí dự án 43

3.1.2 Quy mô công trình 44

Tuyến 4,5,6,7,8,9: 44

3.2 Tiêu chí hợp lý khi xá định á phương pháp xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu 45

3 3 Đo n tuyến s 1 46

3 3 1 Đặ điểm đo n tuyến s 1 46

3.3.2 Kiểm toán ổn định trượt và biến d ng lún c a nền đường khi hư xử lý 48

3 4 Đo n tuyến s 7 49

3 4 1 Đặ điểm đo n tuyến s 7 49

3.4.2 Kiểm toán ổn định trượt và biến d ng lún c a nền đường khi hư xử lý 51

3.5 Tính toán và lựa chọn giải pháp hợp lý 52

3.5.1 Tuyến s 1 52

3.5.1.1 Xử lý bằng phương pháp th y đất kết hợp vãi địa kỹ thuật: 52

3.5.1.2 Xử lý bằng phương pháp giếng cát: 52

3.5.1.3 Xử lý bằng phương pháp ọ đất gia c xi măng: 55

3.5.1.4 Khái toán chi phí xây dựng c a 3 giải pháp trên: 57

3.5.1.5 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 57

3.5.2 Tuyến s 7 57

3.5.2.1 Xử lý bằng phương pháp th y đất kết hợp vãi địa kỹ thuật: 57

3.5.2.2 Xử lý bằng phương pháp giếng cát: 58

3.5.2.3 Xử lý bằng phương pháp ọ đất gia c xi măng : 60

3.5.2.4 Khái toán chi phí xây dựng c a 2 giải pháp trên: 62

3.5.2.5 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 62

3.5 Kết luận hương 3 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

A Kết luận 64

1 Xá định đượ á đặ trưng ơ bản c địa chất đất yếu khu đô thị An Vân Dương đồng thời xây dựng họ đồ khu vự địa chất tr n đị b n khu đô thị: 64

pháp xử lý đã được áp dụng tr n đị b n Khu đô thị An Vân Dương: 64

3 Nghiên c u v đề xuất giải pháp công nghệ xử lý đất yếu dưới nền đắp phù hợp với điều kiện khu đô thị An Vân Dương: 65

B Kiến nghị 66

1 Đ i với công tác khảo sát địa chất công trình: 66

2 Đ i với công tác thiết kế xử lý đất yếu: 66

3 Đ i với việc triển khai áp dụng kết quả đề tài: 66

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 69

TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU TĐ1 - ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƯƠNG, TỈNH

THỪA THIÊN HUẾ

Học viên: Phan Thanh Bách Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 60580205 Khóa: K31 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt – Với mong mu n nghiên c u tìm kiếm giải pháp hợp lý ổn định nền đường đắp trên

nền đất yếu từ điều kiện địa chất, th y văn thực tế c a khu vự để ng dụng vào các công

trình tương tự sau này

Chương 1: Giới thiệu tổng quan, thực tr ng điều kiện địa chất và các giải pháp xử lý nền đất yếu ở tỉnh Thừa Thiên Huế Nghiên c u thực tr ng ông trình được xây dựng trên nền đất yếu

tr n địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế, nghiên c u ưu nhượ điểm các biện pháp xử lý nền đất yếu

và lý thuyết tính toán, giới thiệu phần mềm tính toán Slop/w

Chương 2: Tổng qu n khu đô thị An Vân Dương v giải pháp xử lý đất yếu t i Khu đô thị An Vân Dương Đề tài thu thấp s liệu đị hình địa chất trong khu đô thi mới An Vân Dương tỉnh Thừa Thiên Huế, từ đó phân vùng địa chất yếu và xây dựng mặt cắt tính toán trên nền đất yếu

đặ trưng Đư r á biện pháp xử lý phù hợp

Chương 3: Đánh giá tính hợp lý v đề xuất các giải pháp xử lý ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu khu TĐ1 - đô thị mới An Vân Dương tỉnh Thừa Thiên Huế Thu thấp s liệu địa hình địa chất khu TĐ1 thuộ khu B đô thị mới An Vân Dương tỉnh Thừa Thiên Huế, tính toán

và lựa chọn biện pháp hợp lý để xử lý nền đường đắp tuyến 1 và tuyến 7 trên nền đất yếu

Từ khóa - Đất yếu; hệ s ổn định, nền đường đắp, giếng át, vãi địa kỹ thuật, cọ đất gia c

xi măng, độ lún c kết

STUDY ON SELECTING SUITABLE SOLUTIONS TO HANDLE ROAD SURFACE

ON SOFT PLATFORM OF TD1 - AN VAN DUONG NEW URBAN AREA, THUA

THIEN HUE PROVINCE.

Abstract - With the desire to study and find a reasonable solution to stabilize the road surface

on soft platform from the geological and hydrological conditions of the area to apply to similar works in the future

Chapter 1: Introduce geological conditions and solutions for soft platform treatment in Thua Thien Hue province Research on the status of the project built on the soft platform in Thua Thien Hue province, study about the advantages and disadvantages of soft platform treatment and calculation theory, introduce calculation software Slop/w

Chapter 2: Overview of An Van Duong urban area and solution of soft platform treatment in

An Van Duong urban area The topic of geological topography in An Van Duong new urban area of Thua Thien Hue province, from which weak geological region and construction of cross section calculated on the typical soft platform Provide appropriate treatment

Chapter 3: Assess the reasonableness and propose solutions to stabilize the road surface on the soft platform of TD1 - An Van Duong new urban area of Thua Thien Hue province Collect the geological topography of TD1 in Zone B of An Van Duong new urban area in Thua Thien Hue province, calculate and select appropriate measures to handle the road surface of road 1 and line 7 on soft platform

Keywords - soft platform, stable coefficient, road surface, sand well, geotechnical field,

reinforced soil pile, cement settlement

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Sc : Độ lún c kết Eyc : Mô đuyn đ n hồi yêu cầu

CÁC CHỮ VIẾT TẮT:

MNN : Mự nước ngầm PTHH : Phần tử hữu h n TCN : Tiêu chuẩn ngành TCXDVN : Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TH : Trường hợp

HK : H khoan

3.1 Cá hỉ ti u ơ lý đị hất tuyến s 1 46

1.9 Cấu t o bệ phản áp để tăng hệ s ổn định nền đường 14 1.10 Ảnh hưởng c a bệ phản áp đến độ ổn định mái d c

2.2 Phân vùng địa chất đất yếu khu đô thị mới An Vân Dương 32 2.3 Quy ho h gi o thông khu đô thị mới An Vân Dương 35

2.6 Kiểm toán ổn định trường hợp H đắp= 3m, Bn=18m 39 2.7 Kiểm toán ổn định trường hợp H đắp= 3m, Bn=36m 39 2.8 Kiểm toán ổn định trường hợp H đắp= 3m, Bn=60m 40

3.14 Biểu đồ tương qu n giữ thời gi n v hệ s ổn định 54

3.15 Sơ đồ b trí ọ đất gi xi măng D=0 6m, khoảng á h

3.18 Biểu đồ tương quan giữa thời gian và hệ s ổn định 56

3.19 Hình d ng ung trượt và hệ s ổn định Tuyến s 7 phương

3.20 Sơ đồ b trí giếng át D=0 4m, khoảng á h L=3 2m 58

3.23 Biểu đồ tương qu n giữ thời gi n v hệ s ổn định 60

3.24 Sơ đồ b trí ọ đất gi xi măng D=0 6m, khoảng á h

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Với đặ điểm phổ biến là hầu hết á đô thị lớn ở nướ t đều được xây dựng ở những vùng ó điều kiện bất lợi về địa chất và th y văn, kết hợp với sự không đồng nhất hay tính phân tán cao cả theo mặt bằng và theo chiều sâu c a nền đất Thừa Thiên Huế ũng không ngo i lệ

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đô thị c a tỉnh Thừa Thiên Huế, rất nhiều ông trình được ch trương v ấp phép đầu tư xây dựng nhằm đáp ng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội Tuy nhiên với đặ điểm v điều kiện địa chất, th y văn như vậy, rất nhiều ông trình đã, đ ng v sẽ thi công bao gồm các tuyến đường, á khu đô thị mới gặp bất lợi về điều kiện địa chất mà cụ thể l đi qu nền đất yếu khiến chất lượng, tiến độ và hiệu quả sử dụng c a công trình bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Với mong mu n nghiên c u tìm kiếm giải pháp hợp lý ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu từ điều kiện địa chất, th y văn thực tế c a khu vự để ng dụng vào

á ông trình tương tự sau này

2 Đối tư ng và ph m vi nghi n c u c đề tài:

2.1 Đối tư ng nghi n c u

Nền đường đắp trên nền đất yếu trong khu đô thị mới An Vân Dương tỉnh Thừa Thiên Huế

2 hạm vi nghi n c u

- Xử lý nền đất yếu 1 ông trình đặ trưng trong khu đô thị mới An Vân Dương, tỉnh Thừa Thiên Huế;

- Nền đất yếu được khảo sát với các s liệu thực tế v đặ trưng

- So sánh và lựa chọn phương án hợp lý trong b phương án gồm :

1 Thay một phần đất yếu kết hợp trải vãi địa kỹ thuật

2 Giếng cát

3 Cọ đất gia c xi măng

Trong đó tìm phương pháp hợp lý về giá thành và tiêu chuẩn kỹ thuật Mỗi phương án đều có sự lựa chọn kí h thước t i ưu, tuy nhi n vì thời gian nghiên c u có

h n nên tác giả chỉ lựa chọn phương pháp thí h hợp cho những kí h thước phổ biến

mà các công trình lân cận trong khu vực áp dụng

3 Mục đích nghiên c u:

3.1 Mục đích tổng quát:

Nghiên c u đề xuất giải pháp hợp lý nhất để xử lý nền đất yếu nền đất yếu đảm bảo hiệu quả kinh tế mà không ảnh hưởng đến tiến độ thi ông ũng như hất lượng công trình

3.2 Mục đích cụ thể:

- Nghiên c u các m i quan hệ giữa nền đất yếu và chất lượng công trình, tiến độ thi công và hiệu quả kinh tế;

- Tập hợp ơ sở lý thuyết c a các bài toán xử lý nền đất yếu thông dụng phổ biến hiện nay

- Ứng dụng lựa chọn phương pháp hợp lý đảm bảo tiến độ thi công, chất lượng công trình, hiệu quả kinh tế cao và phù hợp với khả năng thi ông á đơn vị thi công t i đị phương để xử lý nền đất yếu cho vị trí cụ thể c a dự án H tầng kỹ thuật khu TĐ1 - Đô thị mới An Vân Dương tỉnh Thừa Thiên Huế

4 Phương pháp nghi n c u:

- Khảo sát, thu thập s liệu đị hình địa chất các vị trí lân cận, tham khảo các hồ

sơ khảo sát, hồ sơ thiết kế xử lý nền đất yếu c a các công trình khác trong khu vực làm

ơ sở tính toán;

- Nghiên c u lý thuyết các bài toán xử lý nền đất yếu, tìm hiểu tính chất ơ lý a đất yếu

- Phân tích ổn định công trình trên nền đất yếu ng với mỗi phương pháp đư r

và lựa chọn phương án t i ưu nhất;

5 Ý nghĩ kho học và thực tiển c đề tài:

- Đề t i đã xây dựng được 03 giải pháp xử lý ng với 3 mặt cát tính toán trên nền đất yếu đặ trưng

- Bướ đầu lựa chọn được chiều dài cọ đất gia c xi măng, giếng át đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật

- Đề t i đã xây dựng các bảng biểu, mô hình phục vụ cho việc tra c u độ ổn định,

độ lún dự báo nhằm giúp cho Ch đầu tư, á đơn vị Tư vấn thiết kế rút ngắn thời gian tính toán ở gi i đo n lập dự án đầu tư á ông trình đi qu địa chất yếu trong khu đô thị mới An Vân Dương

- Đề tài phần n o giúp ơ qu n h năng, v á đơn vị Tư vấn thiết kế lựa chọn giải pháp xử lý hợp lý nền đường đắp trên nền đất yếu trong khu đô thị mới An Vân Dương nhằm sơ bộ đượ kinh phí đầu tư xây dựng công trình

6 Kết cấu c luận văn:

Nội dung đề tài b o gồm:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan thực trạng nền đất yếu, các giải pháp xử lý nền đất yếu ở tỉnh Thừa Thiên Huế

Chương 2: Tổng quan khu đô thị mới An Vân Dương và đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu tại Khu đô thị

Chương 3: Đánh giá tính hợp lý các giải pháp xử lý ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu khu TĐ1 - đô thị mới An Vân Dương tỉnh Thừa Thiên Huế

Kết luận, kiến nghị

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THỰC TRẠNG NỀN ĐẤT YẾU, CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Ở TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

1.1 Tổng quan thực tr ng mất ổn định công trình ở tỉnh Thừa Thiên Huế

1.1.1 Khái niệm đất yếu

Đất yếu là các lo i đất khả năng hịu tải nhỏ thường vào khoảng ( 0,5-1,0) daN/cm2, có tính nén lún lớn, hầu hết bảo hò nước, có hệ s rổng lớn (e>1), mô đun biện d ng thấp (Eo<50 daN/cm2), khả năng h ng cắt nhỏ (lực dính C theo kết quả cắt

nh nh không thoát nước từ 0.15 kg/cm2 trở xu ng, góc nội ma sát =0 ÷ 10o) Do đó khi xây dựng nền đắp tr n đât yếu nếu không có các biện pháp xử lý thích hợp thường

dễ bị mất ổn định toàn kh i hoặc lún quá m c cho phép kéo dài ảnh hưởng đến nền mặt đường và các công trình trên tuyến

Tùy theo nguy n nhân hình th nh đất yếu có thể có nguồn g c khoáng vật hoặc nguồn g c hữu ơ Lo i có nguồn g c khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh… lo i này có thể lẩn hữu ơ trong quá trình trầm tích nên ó m u nâu đen, xám đen, ó mùi Lo i có nguồn g c hữu ơ thường được hình thành từ đầm lầy, nơi nướ tí h đọng thường xuyên, mự nước cao, t i đây á

lo i thực vật phát triển, th i rửa và phân h y t o ra các vật lắng hữu ơ lẩn với các trầm tích khoáng vật Thường được gọi l đất đầm lầy th n bùn, h m lượng hữu ơ chiếm từ 20-80% thường ó m u nâu đen h y nâu sẩm, cấu trúc không mịn Ở Việt

N m thường gặp các lo i đất yếu như s u:

a) Đất sét mềm: là các lo i đất sét hoặ á sét tương đ i chặt, bão hò nước, có

ường độ cao so với bùn ó độ sệt từ dẻo chảy đến chảy ó ường độ kết cấu nhỏ c

=0,2-0,3 daN/cm2

b) Bùn: theo qu n điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới hình thành trong môi

trường nước ngọt v nước biển gồm các h t đất mịn (200m) với phần trăm á h t nhỏ hơn 2m cao Tỉ lệ phần trăm á hất hữu ơ nhỏ hơn 10% Bùn được hình thành

do sự lắng đọng t i đáy biển, vùng vịnh, hồ và các bãi bồi c sông, đặc biệt các cửa sông chịu ảnh hưởng c a th y triều Đất bùn luôn no nước và khả năng hịu lực rất yếu, độ ẩm c a bùn luôn cao hơn giới h n chảy, hệ s rổng e>1 với á cát và á sét, còn với sét e>1 5 Mô đun biến d ng nhỏ với lo i bùn sét Eo<5 daN/cm2 với lo i bùn á sét

từ 10-15 daN/cm2

c) Than bùn: l đất yếu nguồn g c hữu ơ được t o thành theo kết quả phân h y

các di tích hữu ơ thực vật t i cá đầm lầy Than bùn có dung trọng khô rất thấp 3-5 kN/m3, h m lượng hữu ơ hiếm từ 20-80%, thường m u đen hoă nâu sẩm còn thấy

t n dư a thực vật như á sợi Độ ẩm tự nhiên c a than bùn cao 85-95% hệ s nén lún từ 3-10 cm/daN

d) Cát chảy: là các lo i cát mịn, có kết cấu rời r c, khi bảo hò nước có thể bị pha

loảng hoặ nén chặt đáng kể, có ch a nhiều chất hữu ơ hoặc sét Lo i cát này khi chịu tác dụng chấn động hoặc ng suất th y động thì chuyển sang tr ng thái lỏng nhớt gọi

là cát chảy Trong thành phần c a cát chảy h m lượng cát bụi (0,05-0,002mm) chiếm tới 60-70% hoặc lớn hơn

e) Đất badan: Có đặ điểm l độ rổng rất lớn dung trọng khô rất thấp Thành

phần c đất badan gi ng với thành phần h t đất sét, khả năng thấm nước khá cao

1.1.2 Tác động của nền đất yếu đến chất lư ng công trình

Nền đất yếu và các biện pháp xử lý Nền đắp tr n đất yếu là một trong những công trình xây dựng thường gặp Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp tr n đất yếu vẫn là một vấn đề tồn t i và là một b i toán khó đ i với người xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề ph c t p cần được nghiên c u xử lý nghi m tú , đảm bảo sự ổn định v độ lún cho phép c a công trình

Nền đất yếu là nền đất không đ s c chịu tải, không đ độ bền và biến d ng nhiều, do vậy không thể xây dựng á ông trình Đất yếu là một lo i đất không có khả năng h ng đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên Khi thi công các công trình xây dựng gặp các lo i nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất c a lớp đất yếu, đặ điểm cấu t o c ông trình m người t dùng phương pháp

xử lý nền móng cho phù hợp để tăng s c chịu tải c a nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá hính xá được các tính chất ơ lý a nền đất để l m ơ sở v đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp Đây l một vấn đề hết s khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến th c khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được t i đ á sự c , hư hỏng

c a công trình khi xây dựng trên nền đất yếu

1.1.3 Các hiện tư ng phá hoại công trình khi đi qua nền đất yếu ở Thừa Thi n Huế

Ở tỉnh Thừa Thiên Huế, có khá nhiều hiện tượng phá ho i ông trình khi đi qu nền đất yếu Mặ dù đã ó á biện pháp xử lý nhưng do điều kiện thời tiết c ng như quá trình khảo sát hư đánh giá đúng được hiện tr ng các lớp địa chất nên dẫn đến hiện tượng công trình bị phá ho i khi đi qu nền đất yếu

Đ i với các công trình dân dụng và công nghiệp, hiện tượng phá ho i công trình

là hiện tượng lún cục bộ gây n t các cấu kiện b tông như tường, dầm, sàn có thể kể đến công trìnhkh i nh đ h năng trường THCS Chu Văn An, Tp Huế

Đ i với các công trình giao thông, hiện tượng phá ho i công trình là hiện tượng lún trượt, mất ổn định nền đường gây phá ho i kết cấu áo đường như hằn lún vệt bánh

xe, s t lở mái t luy đường Có thể kể đến hằn lún vệt bánh xe qu c lộ 1A đo n qua xã Lộc Bổn, Lộc Th y Huyện Phú Lộc

Đ i với các công trình th y lợi, ông trình đ điều hiện tượng phá ho i công

trình là hiện tượng mất ổn định, lún dẫn đến s t lở, sói ngầm Có thể đến s t lở đ biển

xã Hải Dương, thị xã Hương Tr

1.2 Giới thiệu các giải pháp xử lý nền đất yếu để ổn định nền đường đắp trên nền đất yếu

Khi xây dựng nền đường trên nền đất yếu để đảm bảo ổn định nền đường có nhiều biện pháp xử lý Trong đó một s là nhằm để cải thiện sự ổn định c a nền đắp

tr n đất yếu (như giảm trọng lượng c a nền đắp, làm thoải mái taluy, xây dựng bệ phải

áp, cho nền đắp hôn sâu v o đất yếu), một s là nhằm để tăng ường ường độ (cu)

c a nền đất yếu, một s biện pháp khá l m tăng nh nh t độ c kết hoặc giảm độ lún tổng cộng (như l m ọc cát, cột đất gia c , nền cọ …) Hi n n y ó một s giải pháp

xử lý ổn định nền đường tr n đất yếu như s u:

1.2.1 Thi công đắp nền theo giai đoạn

Khi ường độ b n đầu c a nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đường ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần ường độ c a nó bằng đắp đất từng lớp một, chờ

ho đất nến c kết, s c chịu cắt tăng l n, ó khả năng hịu được tải trọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo

Đầu ti n t xá định chiều o ho phép đắp lớp đất đầu ti n H tương ng với s c kháng cắt b n đầu c đất yếu là Cu1. Chờ ho đất yếu c kết ho n to n dưới tải trọng 

H1 thì đắp lớp tiếp theo, khi đó s c kháng cắt c a nền đất t i độ sâu z sẽ tăng th m 1 lượng là Cu, lúc này nền đất yếu có một s c ch ng cắt mới là Cu2=Cu1+ Cu cho phép

t đắp nền đường đến chiều cao H2 và c tiếp tụ như vậy ho đến khi đ t chiều cao đắp c a nền đường

Đây l biện pháp xử lý khá đơn giản, nhưng nhượ điểm lớn c a biện pháp này là thời gian thi công kéo dài do bị không chế bởi thời gian chờ nền đường c kết

Hình 1.1 Đắp đất theo giai đoạn

1.2.2 Sử dụng vải địa, lưới địa kỹ thuật để tăng cường m c độ ổn định

Khi đắp nền tr n đất yếu với chiều cao lớn hơn hiều cao giới h n, nền đường sẽ

bị trượt trồi Để ch ng l i sự phá hỏng này ta sử dụng vải đị , lưới địa kỹ thuật làm c t tăng ường ở đáy nền đắp, khu vực tiếp xúc giữa nền đắp v đất yếu Do b trí c t như vậy kh i trượt c a nền đắp nếu xảy ra sẽ bị c t chịu kéo giữ l i nhờ đó tăng th m m c

độ ổn định cho nền đắp

Hình 1.2 Sử dụng vải địa để tăng độ ổn định

Lợi ích khi sử dụng vải địa kỹ thuật ch yếu l để tăng ổn định c a nền, giữ được

t độ lún đều c a các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp nhưng không ó tá dụng đẩy nh nh độ lún

1.2.3 Sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đ ng

Khi b trí á phương tiện thoát nướ theo phương thẳng đ ng (giếng cát hoặc bấc thấm), dưới tác dụng c a tải trọng đắp nước c kết ở các lớp sâu trong đất yếu sẽ

ó điều kiện để thoát nh nh (thoát theo phương nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự nhi n) Do đó nền đất yếu sẽ tăng ường độ(C,)

và nền đắp tr n đất yếu sẽ ổn định

Những nguyên lý chung c đường thấm thẳng đ ng:

- Đường thấm thẳng đ ng gồm một cột vật liệu thấm nướ v thoát nước tự do nằm trong một v ch thẳng đ ng được t o th nh trong đất yếu và một lớp át đệm rải trên nền thiên nhiên Ch năng đường thấm thẳng đ ng là làm thành một tuyến thoát nước nhân t o để tăng nh nh t độ c kết ho đất yếu nằm dưới nền đường đắp

o đầu cầu

- Khi chất tải lên lớp đất yếu nước lỗ rỗng chịu một áp lực, sinh ra một gradien

th y lực và bị đẩy r đường giới h n c a lớp đất yếu Nếu không ó đường thấm thẳng

đ ng thì thời gi n nước thấm từ lỗ rỗng ch nước tới bề mặt thấm nước sẽ chậm hơn thời gian yêu cầu để đ t một độ c kết ho trước

- Đường thấm thẳng đ ng t o thành một đường thoát nước nhân t o gần nhất c a nước lỗ rỗng để tăng nh nh độ c kết Để đ t được mục tiêu này phải b trí khoảng

cách c á đường thấm thẳng đ ng thích hợp nhằm cho việ thoát nước và c kết tăng nh nh v ho phép đ t đượ độ c kết mong mu n trong thời gian quy định

- Với một đồ án thiết kế kinh tế và t i ưu thì m i tương qu n giữa chiều dày c a lớp đất yếu, độ thấm thẳng đ ng và nằm ngang c a nó, khoảng á h v đường kính giếng cát phải thật rõ ràng Vì vậy mụ đí h a bản thuyết minh tính toán là phải thỏa mãn các m i tương qu n n y bằng cách giải thích giếng cát thiết kế thoát nướ r như thế nào

- Cũng ần lưu ý l việc tác dụng tải trọng gia tải phải gây ra một áp lực lớn hơn

áp lự nước lỗ rỗng, áp lực ch động cần thiết để đẩy nhanh việ thoát nước lỗ rỗng để tăng hiệu suất c đường thấm thẳng đ ng

B trí á phương tiện thoát nướ theo phương thẳng đ ng (giếng cát, bấc thấm) nước c kết ở các lớp sâu trong đất yếu dưới tác dụng c a tải trọng đắp sẽ ó điều kiện thoát nướ nh nh (thoát nướ theo phương nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát ra mặt đất tự nhi n) Phương pháp n y thường được áp dụng khi tầng đất yếu có bề dày lớn (vượt quá bề rộng đáy nền đường) Tuy nhi n để đảm bảo phát huy được hiệu quả thoát nước này thì chiều o đắp t i thiểu nên là 4m và khi thiết kế cần thoả mãn á điều kiện (theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000 [13] ):

vz z (1,21,5)pz (1.1)

0 , 6

lg ) lg(

lg ) lg(

vz

pz z

át đ t được hai mụ đí h hính s u:

- Tăng nh nh độ c kết c a nền đất do đó giảm được thời gi n lưu tải

- Tăng ường độ c đất nền, đảm bảo độ ổn định c a nền đường đắp trên các

đo n đất yếu

Nhiệm vụ đặt ra là làm thế n o để rút ngắn thời gi n lún để đảm bảo tiến độ xây dựng, đảm bảo độ lún còn l i s u khi đư ông trình v o sử dụng không vượt quá độ lún ho phép Thông thường người ta dùng giếng át ó đường kính = 30 ÷ 40cm, đượ đóng v o nền đất bão ho nướ đến độ sâu thiết kế để làm ch năng như những

đường thoát nước ngắn nhất, nhằm đẩy nhanh quá trình c kết nền đất yếu đó Do đó, phương pháp n y luôn luôn được kèm thêm một on đ đắp cát hay tải trọng ngoài chất lên trên bề mặt c a tầng đất cần gia c (gọi là gia tải trước) Lớp đất yếu bão hoà nướ ng d y, phương pháp SD ng hiệu quả về độ lún

Tác dụng giếng cát trong xử lý nền:

- Tăng nh nh t độ c kết c a nền, do đó l m ho ông trình xây dựng ở trên

nh nh hóng đ t đến giới h n ổn định về lún, đồng thời l m ho đất nền có khả năng biến d ng đồng đều

- Tăng độ ổn định về ường độ c a nền đất yếu dưới nền đường do nền thoát nước nhanh, c kết nhanh Vì vậy đẩy nhanh tiến độ thi ông, đảm bảo an toàn trong khai thác sử dụng

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát

Cần lưu ý rằng khi sử dụng giếng cát gia c nền đất yếu cần đảm bảo đ t đượ độ đồng đều c a cát trong su t chiều dài giếng cát, tránh hiện tượng đ t đầu giếng cát dưới tác dụng các lo i tải trọng Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu ó h m lượng hữu ơ không lớn (thường <10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền c kết c đất yếu

Hình 1.4 Thi công xử lý thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát

Cho nước thấm qua lớp bọc ngoài

Lõi hính l đường tập trung nước và dẫn nước thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa Lớp vải địa bọ ngo i ó tính năng ngăn á h phần đường dẫn v môi trường đất b n ngo i, ngăn không ho á h t đất len vào trong làm tắc nghẽn

Nguyên tắc cấu t o xử lí nền đường bằng bấc thấm

Hình 1.5 Cấu tạo xử lý nền đắp đường đầu cầu trên đất yếu bằng bấc thấm

Hình 1.6 Xử lý nền đường bằng bấc thấm

Giải pháp xử lý đất yếu bằng bấc thấm chỉ phát huy hiệu quả cao ở những khu vực có bề dày không lớn (thường < 15m) Đ i với giải pháp này cần thiết áp lự đất

đắp hoặ đất yếu đ lớn để nướ trong đất yếu thoát r ngo i , l m tăng t độ c kết

v ường độ đất nền Giải pháp n y ó ưu điểm là không cần cát lớn trong xử lý Nếu

áp dụng giải pháp này cần ó điều tra nghiên c u chi tiết về đất yếu như h m lượng hữu ơ, th nh phần khoáng hóa c đất vì nếu như đất ó hư h m lượng hữu ơ lớn thì khả năng thoát nước từ đất yếu c a bấc thấm rất khó khăn v hiệu quả không cao Mặt khá thoát nước thẳng đ ng bằng bấc thấm cần có thời gi n lưu tải tương đ i dài

để c kết thấm ũng như phải kh ng chế tiến trình đắp

Ưu điểm

- Máy thi công nhẹ và có thể thi công liên tục

- Không rung và ồn khi thi công

- Chất lượng vật liệu thoát nước ổn định

Nhượ điểm

- Chiều dài PVD lớn

- Yêu cầu ường độ vải địa kỹ thuật o để ổn định mái d c

Các giải pháp dùng phương tiện thoát nước thẳng đ ng thường chỉ dùng khi tầng đất yếu dày ( bề dày tầng đất yếu vượt quá bề rộng nền đắp) và nền đắp cao và nên dùng kết hợp với biện pháp gia tải trướ để tăng nh nh thời gian c kết

1.2.4 Giải pháp dùng cọc đất gia cố xi măng, vôi

Cọc trộn dưới sâu l phương pháp mới để gia c nền đất yếu, sử dụng vật liệu là

xi măng, vôi … l m hất đóng rắn, nhờ vào cần khoan xoắn và thiết bị bơm phụt vữa

v o trong đất để trộn ưỡng b đất yếu với chất đóng rắn (d ng bột hoặc dung dịch), lợi dụng một chuỗi phản ng hóa học - vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm

ho đất mềm yếu đóng rắn l i thành một thể cọc có tính chỉnh thể

Hình 1.7 Máy thi công cọc đất gia cố xi măng

Nguyên lý c a công nghệ này là dùng các trang thiết bị trộn sâu chuyên dụng (h y phương pháp trộn dưới sâu Deep mixing method - DMM) để trộn đất yếu t i chỗ với xi măng hoặc vôi và t o ra các cột đất gia c xi măng hoặc vôi mềm hoặc nửa c ng (là các cột đất có s c ch ng cắt dưới 150 kPa - theo phân lo i cột c a Thụy Điển) Các cột này vừa thay thế một phần đất yếu l i vừ hèn v o trong đất yếu t o ra các h n chế nở hông theo phương ng ng đ i với đất yếu, t o ra lực ma sát giữa cột đất với đất yếu và từ đó t o r được sự cùng làm việc ở một m độ nhất định giữa cột với đất yếu khi chịu tải trọng đắp phía trên, t c là t o r được một móng làm việc theo nguyên lý '' nền móng ph c hợp '' dẫn đến tăng s c chịu tải và giảm độ lún c đất yếu dưới tải trong ngoài, kể cả trường hợp ó độ sâu đến hoặ không đến lớp địa chất chịu lực t t

Về nguy n lý hình th nh ường độ c a bản thân các lo i cột này thì có thể hiểu

đó l nguy n lý gi đất với vôi hoặ xi măng dùng trong xây dựng nền mặt đường thông thường Do vậy ường độ c a bản thân mỗi cột ũng phụ thuộc lo i đất, điều kiện hình th nh đất yếu, thành phần khoáng hó , h m lượng mu i, h m lượng hữu ơ,

độ pH, độ ẩm

Hình 1.8 Cọc đất xi măng sau khi thi công xong

Công nghệ cột đất vôi hoặ xi măng lần đầu ti n được Mỹ nghiên c u thành công

s u đ i chiến thế giới th II gọi là ''Mixed in Place Pile'' với đường kính lú đó bằng 0,3  0,4m sâu 10  12m Tiếp đó được nghên c u nhiều ở Thụy Điển với các cột đường kính 60cm b trí cách nhau 1  1,2m và ở Nhật (từ năm 1953) Cho đến nay húng đã được phổ biến ra nhiều nước trên thế giới

Về công nghệ thi công cột đất xi măng hoặc vôi thì hiện t i trên thế giới đã phát triển thuần thục 2 lo i công nghệ trộn phun ướt (Wet Jet Mixing Method) và công nghệ phun khô (Dry Jet Mixing Method)

Phương pháp trộn phun ướt h y phương pháp trộn vữa với đất yếu: Theo công nghệ này vữ xi măng hoặc vữ vôi đượ phun v o đất yếu với áp lực có thể tới 20MPa từ một vòi phun xoay nằm giữa trục cần khoan Trình tự thi ông theo phương pháp trộn phun ướt trước hết là khoan tới độ sâu thiết kế, phun vữa lỏng ở đáy lỗ cho vữa xâm nhập vào cả 2 b n đáy lỗ, tiếp đó vừa rút cần khoan lên vừa phun (có thể rút cần lên từng đo n rồi l i h cần xu ng để phun vữa l i) c như vậy ho đến cách cao trình đỉnh lỗ 30cm (sau phải san g t phần đất 30 m n y đi trướ khi đắp nền) Vữ xi măng cần có tỷ lệ N/X = 0,45  0,55 và có thể sử dụng thêm các phụ gia giảm nước, chậm đông ng hoặ tăng nh nh ường độ

Phương pháp trộn phu khô: Theo công nghệ này bột xi măng hoặ vôi được khí

nén bơm phun v o trong đất ở dưới sâu qua một ng có lỗ phun b trí ở tim c a cần kho n ( ũng t c là trục c a thiết bị trộn), tiếp đó bột được trộn ơ học bằng cách quay trong điều kiện không th m nướ v o đất yếu Như vậy công nghệ n y ó ưu điểm hơn công nghệ trộn phun ướt vì chỉ sử dụng nướ ó trong đất yếu để th y hóa chất liên kết

n n ường độ đất gia c sẽ o hơn, them v o đó lượng nhiệt t o ra khi th y hóa làm khô th m đất yếu lân cận và hiệu quả gia c ũng o hơn

Sử dụng cột xi măng (hoặ vôi) để xử lý nền đất yếu có thể theo cách b trí cột đường kính hiện t i thường dùng là 60cm, kiểu hoa mai với khoảng cách 1  1,2m, nhưng ũng ó thể b trí thành hàng (các cột đ ng liên tiếp xít nhau thành dãy) chắn hai bên hân t luy để h n chế chuyển vị ng ng do đó góp phần giảm lún thẳng đ ng và h n chế trượt trôi ngang

- Giá thi công cao

- S lượng máy yêu cầu nhiều

- Ít kinh nghiệm thi công ở Việt Nam

1.2.5 Bệ phản áp

Bệ phản áp là giải pháp được sử dụng để tăng ường độ ổn định c a nền đường

r đời từ rất lâu v được s dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới Người ta sử dụng

bệ phản áp để tăng ường độ ổn định, giảm khả năng đất trồi ra hai bên khi ường độ

ch ng cắt c đất yếu không đ để xây dựng nền đắp theo gi i đo n hoặc khi thời gian

c kết quá dài so với thời h n thi công dự

Bệ phản áp thường được xây dựng bằng đất, đặt ngay bên c nh mái d c c a nền đắp, có chiều cao h thấp hơn hiều cao nền đường đắp và chiều rộng b thường trải hết vùng ó nguy ơ trượt

Hình 1.10 Ảnh hưởng của bệ phản áp đến độ ổn định mái dốc (Abramson 2002)

Tùy theo đặ điểm ông trình v điều kiện địa chất mà có nhiều biện pháp để tăng ường độ ổn định c a nền đường như sử dụng vải địa, xử lý móng, xử lý c kết nền đất yếu, sử dụng bệ phản áp…Bệ phản áp là giải pháp đơn giản và hiệu quả trong

việc h n chế lún sụt - trượt trồi, dùng bệ phản áp có thể đảm bảo ổn định nền đường trong quá trình đắp mà không cần kh ng chế t độ đắp do đó rút ngắn được thời gian

xử lý nền đường đắp, đẩy nhanh tiến độ thi công công trình Giải pháp n y ó á ưu điểm như: thi ông đơn giản, không cần máy mó đặc biệt, thời gian thi công nhanh chóng, chi phí xây dựng thấp, tận dụng được vật liệu đị phương So với việc làm thoải mái t luy, đắp bệ phản áp với một kh i lượng đất đắp như nh u sẽ cho hệ s an toàn lớn hơn do giảm được mô men c a các lự trượt nhờ tập trung tải trọng ở chân taluy

Nhượ điểm chính c a giải pháp này là không giảm được thời gian lún c kết và không những không giảm đượ độ lún m òn tăng th m độ lún (do thêm tải trọng c a

bệ phản áp ở hai bên), kh i lượng đất đắp và diện tích chiếm dụng lớn

Ở nước ta, bệ phản áp được sử dụng khá phổ biến, một s dự án đã sử dụng giải pháp thiết kế bệ phản áp để đảm bảo độ ổn định nền đường như: Đường cao t c cầu Ghẽ -Ninh Bình, Đường cao t Đ Nẵng – Quảng Ngãi

Hình 1.11 Sử dụng bệ phản áp trên đường cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi

1.3 Một số công trình xử lý nền đất yếu t i Thừa Thiên Huế

- Công trình xây dựng Ô chôn lấp rác s 3 thuộc bãi rác Th y Phương, Thị xã Hương Th y, tỉnh Thừa Thiên Huế: Sử dụng thay lớp bùn sét đáy bãi bằng vật liệu cát

và trải vãi địa kỹ thuật

- Công trình tuyến đường Chợ Mai Tân Mỹ: Sử dụng giếng cát

- Công trình chỉnh trang mở rộng đường Điện Biên Ph : Đ o một phần đất yếu thay bằng vật liệu cát

- Công trình mở rộng qu c Lộ 1A đo n qua thị trấn Phú Lộ : Đắp nền theo từng

gi i đo n có gia tải trước

- Công trình xây dựng hệ th ng xử lý nước thải điểm đỗ xe thuyền cá Bãi Dâu: biện pháp xử lý là sử dụng giếng cát

- Kh i nh đ h năng, trường THCS Chu Văn An, Th nh ph Huế: Đ o một phần đất yếu thay bằng vặt liệu cát và trải 1 lớp Vãi địa kỹ thuật

N J nbu,… Phần mềm tính toán phổ biến nhất đ i diện ho phương pháp phân tí h n y

là GEO SLOPE

Nhóm phương pháp th h i đi phân tí h tr ng thái ng suất - biến d ng c a các điểm nằm trong mái đất với á điều kiện biên c húng để xá định sự phân b ng suất trong mái đất So sánh với độ bền cắt lớn nhất t i á điểm đó sẽ xá định được các vùng bị phá h y, vùng biến d ng c a toàn bộ mái đất Để phân tích ổn định bằng theo cách này phải sử dụng phương pháp phần tử hữu h n Phần mềm tính toán phổ biến dự theo phương pháp phân tí h n y l PLAXIS

1.4.1 Nhóm các phương pháp giả định mặt trư t

Trong tính toán người ta thấy rằng sử dụng mặt trượt là một cung tròn hình trụ

vừ đơn giản dễ tính toán vừa phù hợp với thực tế Phương pháp phân tí h n y dựa trên các giả thiết ơ bản sau:

- Giả định mặt trượt là một cung tròn hình trụ

- Kh i đất trượt (lăng thể trượt) được coi là một c thể (tuyệt đ i c ng)

- Tr ng thái cân bằng giới h n chỉ xảy r đ i với á điểm nằm trên mặt trượt Nội dung ơ bản c phương pháp n y l phân tí h ổn định c a kh i đất trượt với nhiều ung trượt (tâm trượt) khác nhau Mỗi tâm trượt khác nhau sẽ cho hệ s ổn định khác nhau (Ki) Tâm trượt nào có hệ s ổn định trượt nhỏ nhất (Kmin) l tâm trượt nguy hiểm nhất So sánh Kmin với hệ s ổn định trượt yêu cầu để kết luận mái đất có ổn định hay không

1.4.1.1 Phương pháp W.Fellenius

W.Fellenius giải bài toán ổn định theo phương pháp phân mãnh Giả định trước mặt trượt là mặt trụ tròn quay quanh tâm O với bán kính R Phân kh i trượt thành nhiều mãnh Xét sự cân bằng lực cho từng mãnh trượt, từ đó tính hệ s ổn định chung cho cả kh i trượt

Hình 1.13 Sơ đồ tính ổn định theo phương pháp phân m nh

Kh i trượt sẽ đượ hi th nh nhiều mãnh (bằng các mặt phẳng thẳng đ ng ó bề rộng Δxi, X i R i

1 Phân tích lực tác dụng l n một mãnh th I v hệ s ổn định K đánh giá ổn định c a mái d được tính bằng tỉ s giữa momen c a các lực

ch ng trượt với momen c a các lự gây trượt

gt

ct M

M

K  (1.3)

Trong đó: K – Hệ s ổn định tương ng với ung trượt giả định

Mct – Momen c a các lực ch ng trượt đ i với tâm trượt O

Mgt – Momen c a các lự gây trượt đ i với tâm trượt O

Khi xét đến lư tương tá giữ á mãnh trượt th (i-1): Ei-1 và (i+1): Ei+1 lên

mãnh th i, để đơn giản trong tính toán W.Fellenius giả thiết á lự Ei-1 v Ei+1 ân bằng nh u tr n phương vuông gó với bán kính (đường thẳng OM – hình 1 13) đã bỏ qua lự tương tá giữa các mãnh th (i-1) và (i+1) lên mãnh th i Từ đó Fellenius đư

ra công th xá định hệ s ổn định K như s u:

C B

i

i i i

i n

i

i i

n

i gti

n

i cti

g

tg U

g l

c M

M K

1

1 1

1

1

sin

.cos)

(

Với nhiều mặt trượt tròn giả định khác nhau theo các tâm quay Oj khác nhau, sẽ

xá định được các hệ s ổn định Kj tương ng theo công th c (1.4) Từ cáctrị s Kjsẽ

xá định được trị s nhỏ nhất Kmin = min(Kj), tương ng với nó sẽ là mặt trượt nguy hiểm nhất Nếu có thể tính toán với một s lượng tâm trượt Oj đ lớn để khẳng định

Kmin tìm được là nhỏ nhất thì Kmin chính là hệ s ổn định c a mái d c

1.4.1.2 Phương pháp A.W.Bishop

Cũng tr n ơ sở phân mãnh, năm 1955, A.W.Bishop đã tính ổn định mái d c

bằng cách sử dụng phương trình ân bằng các lự theo phương thẳng đ ng v điều kiện cân bằng momen với tâm ung trượt Đ i với lự tương tá giữa các mãnh,

A.W.Bishop giả thiết chỉ có thành phần theo phương ng ng, òn th nh phần theo

tg l c K U

g

N

i i i

i i i i

i



.1

cos

1)(

n

i

i i i i

i i

i i i i

i

g

l c tg K

tg tg

tg l c K U

.

1

cos

.

1 ) (

Bishop đã sử dụng cả điều kiện cân bằng lự theo phương ng ng để tính ổn định c a mái d , phương pháp n y được gọi l phương pháp Bishop hính xá )

V ũng tiến hành giả thiết trước nhiều mặt trượt khác nhau (mỗi mặt trượt ng với một tâm trượt Oj khác nhau) sẽ xá định được các hệ s ổn định Kj tương ng theo công th c(1.6).Từ cáctrị s Kjsẽ xá định được trị s nhỏ nhất Kmin = min(Kj), tương

ng với nó sẽ là mặt trượt nguy hiểm nhất

tg l c K U

g

N

i i i

i i i i

i



.1

cos

1)(

i i

i i i i

i

n

i

i i

i i i

i i

i i i i

i

K

tg tg

tg l c K U

g

l c tg K

tg tg

tg l c K U

1

cos

'

1 ) (

cos

'

1 cos

'

1 ) (

Để kể đến sự tương tá giữ á mãnh, N J nbu đã dùng hệ s hiệu chỉnh f0

Do vậy hệ s ổn định (K) theo N.Janbu có d ng như s u:

d L

d b

Với b1 là hệ s phụ thuộc lo i đất: + Đất chỉ có c, thì b1 = 0,69

L – chiều d i đo n thẳng chắn ung trượt

d – khoảng cách từ đỉnh ung trượt đến đo n thẳng chắn ung trượt

Năm 1973, J nbu đã sử dụng th m điều kiện cân bằng momen c a tất cả các lực với tâm l điểm giữa c đáy mãnh đã hi , kết hợp với điều kiện cân bằng c a tổng các lự theo phương thẳng đ ng và nằm ngang với giả thiết là lự tương tá giữa các mãnh ó phương nằm ngang, tác dụng theo một “đường tác dụng” nằm ở o độ bằng 1/3 chiều cao c a mãnh tính từ đáy Với cách tính này, hệ s ổn định so với phương pháp đơn giản sẽ hính xá hơn – Phương pháp tính n y được gọi l phương pháp Janbu tổng quát

1.4.2 hương pháp phân tích trạng thái ng suất – biến dạng

Trong phương pháp n y, người ta mu n biểu diễn một cách rõ ràng quan hệ hàm

s giữa ng suất và biến d ng c a nền đất nằm trong mái d c với á điều kiện biên

c húng để có thể xá định được trường ng suất t i mọi điểm c a nền đất Để phân tích ổn định theo phương pháp n y, người ta phải sử dụng á phương pháp s : phương pháp s i phân hữu h n (Finite differen e method), phương pháp phần tử hữu

h n (Finite elements method), phương pháp phần tử bi n (Bound ry element), phương pháp phần tử rời r (Distin t element)…Hiện n y phương pháp phần tử hữu h n

thường được sử dụng nhất

Để ng dụng đượ phương pháp phần tử hữu h n thì phải mô hình được quan hệ

ng suất – biến d ng c a nền đất Có rất nhiều mô hình mô tả quan hệ ng suất – biến

d ng vật liệu đất: mô hình đ n hồi tuyến tính, mô hình đ n hồi phi tuyến, mô hình đ n hồi - dẻo (mô hình Mohr – Coulomb), mô hình Cam – clay, mô hình Hard soil…Thông thường mô hình Mohr – Coulomb được lựa chọn

1.4.3 hương pháp phần tử hữu hạn áp dụng đối với đất

Phương pháp phần tử hữu h n (PTHH) là một phương pháp thuộ nhóm phương pháp s để giải gần đúng á b i toán kết cấu bằng cách rời r c hóa kết cấu ph c t p thành một s hữu h n các phần tử có hình d ng đơn giản được liên kết với nhau t i các điểm nút và tính gần đúng á đ i lượng cần nghiên c u ( ng suất, chuyển vị…) tr n từng phần tử Từ đó suy r kết quả cho toàn bộ kết cấu

Khi chịu tác dụng c a tải trọng, trong các phần tử sẽ xuất hiện nội lực Trong phương pháp PTHH giả thiết nội lực c a các phần tử được truyền qu á nút Như vậy các thành phần nội lự đều được biểu diễn dưới d ng lực nút

M i quan hệ chuyển vị - ng suất trong mỗi phần tử với các giá trị chuyển vị -

ng suất t i á điểm nút được lấy xấp xỉ theo một h m đơn giản nhưng phải thỏa mãn điều kiện liên tục trên biên các phẩn tử tiếp xúc với nh u (tr n á điểm nút hoặc biên các phần tử kế cận) gọi là hàm xấp xỉ

Cá đặ trưng tổng quát c a mỗi phần tử hữu h n đượ xá định dưới d ng các

ma trận độ c ng Các ma trận n y đượ dùng để tập hợp các phần tử l i thành mô hình rời r c hóa c a cả kết cấu

Phương trình ơ bản c phương pháp PTHH tính theo mô hình huyển vị như sau:

  - Ve tơ huyển vị nút tổng thể (c a kết cấu)

 P - Ve tơ tải trọng nút tổng thể (c a kết cấu)

Giải hệ phương trình ơ bản trên kết hợp với á điều kiện biên sẽ đượ ve tơ chuyển vị nút tổng thể Từ đó xá định ve tơ huyển vị nút c a từng phần tử hữu h n, biến d ng, ng suất trong từng phần tử

SLOPE/W là một trong 07 modul c a bộ phần mềm phân tí h địa kỹ thuật GEO SLOPE do Công ty GEO-SLOPE International Ltd – Canada sản xuất Phần mềm này

sử dụng lý thuyết cân bằng giới h n để tính toán hệ s an toàn c a mái d đất v đá

Sử dụng SLOPE/W, có thể dễ dàng phân tích các vấn đề độ d c ổn định mái d c từ đơn giản và ph c t p bằng cách sử dụng một lo t á phương pháp để tính toán hệ s

ổn định SLOPE/W có thể ng dụng trong phân tích và thiết kế địa kỹ thuật, dân dụng,

và các dự án kỹ thuật khai thác mỏ

SLOPE/W ó á tính năng ần thiết để giải quyết bài toán phân tích ổn định mái

d c bằng nhiều phương pháp khá nh u: Fellenius (Ordin ry), Bishop, J nbu đơn giản, Spen er, phương pháp Morgenstern - Price, GLE Với các mặt trượt giả định có nhiều

d ng khác nhau: tròn, tổng hợp, hình d ng bất kỳ hoặc hình d ng kh i với ba phân

đo n tuyến tính Điều kiện áp lự nước lỗ rỗng được mô tả bằng một đường đo áp Có thể phân tích khi có phụ tải ở trên bề mặt mái đất

Các khả năng a Modun SLOPE/W bao gồm

- Khả năng mô hình hó :

+ Mô hình hó phương pháp phân tí h (Bishop, J nbu, Ordin ry, Spen er…)

+ Mô hình hóa mặt trượt

+ Mô hình hó á điều kiện áp lự nước lỗ rỗng

+ Mô hình hóa neo, tải trọng ngoài

+ Mô hình hó đất không bão hòa

- Khả năng phân tí h ổn định mái d theo qu n điểm xác suất

+ Áp dụng phương pháp Monter C rlo

+ Giải quyết được bài toán về tính biến đổi ngẫn nhiên c a các thông s đầu vào + Dùng hàm phân b chuẩn với độ lệ h v phương s i đã biết

+ Xem kết quả phân tích theo xác suất

Dùng SLOPE/W phân tích ổn định mái d c ta phải giả thiết trước mặt trượt bằng cách vẽ lưới tâm trượt v đường bán kính ung trượt (những đường thẳng mà cung trượt sẽ tiếp xú ) Chương trình sẽ tự động xá định được kh i đất trượt ng với từng tâm trượt v bán kính ung trượt và tiến hành phân mãnh kh i trượt, rồi xét điều kiện cân bằng cho từng mãnh trượt để tìm ra hệ s ổn định chung cho kh i trượt (Ki) Tiến hành phân tích với nhiều tâm trượt, mặt trượt khác nhau sẽ tìm được nhiều hệ s ổn định khá nh u Tâm trượt, mặt trượt nào cho hệ s ổn định nhỏ nhất (Kmin) là tâm trượt, mặt trượt nguy hiểm nhất Và hệ s ổn định tìm được (Kmin) là hệ s ổn định trượt c mái đất

Cá phương pháp phân mãnh được tích hợp trong hương trình GEO SLOPE b o gồm:

- Phương pháp Ordin ry (Fellenius): giả thiết tổng các lự tương tá bằng không trên trục vuông góc với đường bán kính Sử dụng điều kiện cân bằng momen đ i với tâm trượt để tìm hệ s ổn định

- Phương pháp Bishop (đơn giản): tổng các lự tương tá bằng không trên phương nằm ngang Sử dụng điều kiện cân bằng lự theo phương thẳng đ ng để tìm tổng lực pháp tuyến t i đáy mãnh trượt v điều kiên cân bằng moomen đ i với tâm trượt để tìm hệ s ổn định

- Phương pháp J nbu (đơn giản): giả thiết lự tương tá giữa các mãnh chỉ có thành phần theo phương ng ng, òn th nh phần theo phương thẳng đ ng bằng không

Sử dụng á phương trình ân bằng lự theo phương thẳng đ ng v theo phương

Ở nước ta hiện nay khi phân tích ổn định mái d thường sử dụng phương pháp Fellenius và Bishop

1.6 Lý thuyết tính toán lún

Tính lún theo phương pháp phân tầng lấy tổng, chiều sâu ảnh hưởng lún được tính đến độ sâu mà t i đó P = 0,15.P0 (P - ng suất do tải trọng nền đắp, P0 - ng suất bản thân nền đất)

Độ lún t c thời tính theo công th c Si = (m-1).Sc

Vì lú đầu hư biết S, do vậy quá trình tính lún là quá trình lặp thử dần theo trình tự:

- Giả thiết độ lún tổng cộng Sgt

- Tính toán phân b ng suất theo toán đồ Osterberg với chiều cao nền đắp thiết

kế có dự phòng lún H’tk = Htk + Sgt

- Với tải trọng đắp H’tk tính toán độ lún c kết Sc:

+ Nếu Sc thoả mãn điều kiện m = Sgt/Sc = 1,2 thì chấp nhận kết quả đó v như vậy đồng thời xá định được Sc và S= Sgt

+ Nếu không thoả mãn điều kiện đó thì giả thiết S và lặp l i quá trình tính toán

z i

c i

vz

i pz i

r i

i

C C

e

h Sc

lglg

gây ra ở lớp i (xác định các trị số áp lực này tương ứng với độ sâu z ở chính giữa lớp đất yếu i)

Chiều cao nền đắp thiết kế có dự phòng lún H’tk = Htk + S

Nhƣ vậy o độ đắp nền tr n đất yếu phải thiết kế thêm một trị s S để dự phòng lún Bề rộng nền đắp t i o độ H’tk phải bằng bề rộng nền đắp thiết kế

Tính độ lún cố kết theo thời gian:

* Trường h p không dùng biện pháp thoát nước theo phương thẳng đ ng:

- Độ lún c kết c a nền đắp sau thời gian t : St = Sc.Uv

H: chiều dày c đất yếu (H=∑Hi)

- Xá định độ c kết Uv tra biểu đồ hình 6 trong qui trình 22TCN 262 - 2000

- Phần độ lún c kết còn l i sau thời gian t là : S=(1-U).Sc

- Theo qui trình sẽ có phần độ lún c kết còn l i yêu cầu

- Với chiều o đắp nền H, để đ t đƣợ độ lún c kết còn l i yêu cầu sẽ tính đƣợc thời gian phải chờ

r i

i C e

H Sc

* Trường h p dùng đường thấm thẳng đ ng (Bấc thấm hoặc giếng cát):

- Điều kiện sử dụng bấc thấm hoặc giếng cát: (i

vz+i

z)/i

pz > =(1,2-1,5)

- Độ c kết U đ t được sau thời gian t kể từ lú đắp : U = 1- (1-Uv)*(1-Uhza)

Độ c kết chung là kết quả kết hợp c a hiệu quả thoát nước ngang Uh (hướng tâm) v thoát nước thẳng đ ng Uv

t C

Th  (1.22)

Với: + C h là hệ số cố kết theo phương ngang trung bình của đất yếu C h 5)C v chọn C h =3.5C v

=(2-:-+ t: thời gian cố kết

+ Với D e là đường kính ảnh hưởng của bấc thấm hoặc giếng cát

D e =1,13.L b : Khi bố trí bấc thấm theo hình vuông

D e =1,05.L b : Khi bố trí bấc thấm theo hình tam giác

L b : Khoảng cách bố trí bấc thấm hoặc giếng cát

- F(n): Nhân t xét đến ảnh hưởng c a khoảng cách b trí giếng cát hoặc bấc thấm:

2 2

2

4

1 3 ) ln(

n n n

- Fs: Nhân t xét đến ảnh hưởng c vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm

- Fr: Nhân t xét đến ảnh hưởng về s c cản c a bấc thấm

Khi dùng giếng át thì không xét đến 2 nhân t này

Khi đó độ lún c kết toàn bộ đất yếu vùng tính lún: S = S1 + S2

Về lý thuyết tính toán độ ổn định nền đường đắp tr n đất yếu, hiện n y ơ bản đã hoàn chỉnh và có thể phân thành h i nhóm phương pháp tính: Nhóm phương pháp th nhất đi phân tí h ổn định nền đường với các mặt trượt giả định Nhóm phương pháp

th h i đi phân tí h tr ng thái ng suất - biến d ng c á điểm nằm trong mái đất với

á điều kiện biên c húng để xá định sự phân b ng suất trong mái đất Trong thực tế tính toán hiện nay kết quả tính toán theo cả h i nhóm n y đều cho kết quả ít chênh lệnh nh u v đều được chấp thuận

Cùng với sự phát triển không ngừng c a công nghệ thông tin, việc sử dụng các phần mềm máy tính như Slope/W thì việc tính toán ổn định nền đường ngày càng trở nên nhanh chóng và chính xác hơn

Sự cần thiết phải xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu c a các dự án tr n địa bàn tình Thừa Thiên Huế trên cở sở phân tí h á phương pháp, lựa chọn phương pháp hợp

lý về giá thành – tiêu chuẩn kỹ thuật cho khu vự đô thị tỉnh Thừa Thiên Huế

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN KHU ĐÔ THỊ MỚI AN VÂN DƯƠNG VÀ ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU ĐÔ THỊ

2.1 Tổng qu n khu đô thị mới An Vân Dương và nhiệm vụ phát triển kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế

Thành Ph Huế là tỉnh lỵ c a tỉnh Thừa Thiên Huế, là một đô thị cấp qu c gia và từng l kinh đô đất nước Việt Nam thời phong kiến dưới triều nhà Nguyễn (1802-1945) Hiện nay, thành ph huế là trung tâm về nhiều mặt c a miền Trung như văn hóa, chính trị, y tế, giáo dục, du lịch, khoa họ … Để ó được sự th y đổi bộ mặt đô thị, thú đẩy phát triển kinh tế xã hội c a tỉnh Thừa Thiên Huế như ng y hôm n y Khu đô thị mới An Vân Dương ó đóng góp rất quan trọng vào sự phát triển chung này

Quyết định s 106/QĐ-TTg ng y 10 tháng 8 năm 1999 c a th tướng chính ph

về việc phê duyệt điều chỉnh quy ho ch chung thành ph Huế Trong đó xá định các khu đô thị mới sẽ được xây dựng phát triển theo hướng từ trung tâm phía Nam thành

ph Huế hiện nay kéo dài về phí đông N m hướng Phú Bài và một phần về phí Đông

v Đông Bắ hướng Thuận An

Khu đô thị mới An Vân Dương l khu đô thị nằm ở phí Đông a Thành Ph Huế, ó điều kiện vị trí rất thuận lợi gần á đô thị, cách sân bay qu c tế Phú Bài khoảng 15km, cách biển Thuận An 10km, thuận tiện cho việc giao thông và phát triển

c đô thị

Quy ho h hung Khu đô thị mới An Vân Dương được UBND tỉnh Thừa Thiên Huế phê duyệt t i Quyết định s 1577/QĐ-UBND ngày 09/05/2005, với diện tích 2 150h , trong đó tổng diện tích xây dựng đô thị khoảng 1.700 ha, nằm tr n địa giới hành chính c a các huyện Phú Vang, thị xã Hương Thuỷ và thành ph Huế; Cụ thể:

- Phía Bắc giáp sông Phổ Lợi;

- Phía Nam giáp sông An Cựu;

- Phí Đông giáp thôn Triều Thuỷ xã Phú An, xã Phú Mỹ, xã Thuỷ Thanh; phường Thuỷ Dương;

- Phía Tây giáp sông Phổ Lợi; khu quy ho h phường Vỹ D ; khu quy ho ch phường Xuân Phú

Hình 2.1 Tổng quan khu đô thị mới An Vân Dương

Khu đô thị mới An Vân Dương được xây dựng với ý tưởng l khu đô thị sinh thái, đô thị gắn với không gian mặt nước kết hợp với các giải pháp cây xanh cách ly, hình thành một đô thị mới vừa hiện đ i vừa hài hoà với môi trường chung quanh, vấn

đề đượ đặc biệt quan tâm trong sự phát triển c a thành ph Huế; Gắn kết các yếu t điển hình c đô thị truyền th ng với đô thị hiện đ i; bảo tồn và phát huy t i đ giá trị các di tích lịch sử, văn hoá v ảnh quan; kết n i hệ th ng h tầng kỹ thuật được xây dựng mới với các khu h tầng đã được hình th nh trướ đó

Khu đô thị mới An Vân Dương có tính chất là trung tâm dịch vụ thương m i: trung tâm thể dục thể th o, vui hơi giải trí, phục vụ về nhu cầu du lịch nghỉ dưỡng c a người dân thành ph Huế c ng như du khá h đến với thành ph ; l khu đô thị mới hiện

đ i xen lẩn với các hình th c ở, sản xuất tiểu th công nghiệp