Nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý và thiết kế xử lý nền đất yếu cho tuyến đê bao thị trấn trần đề, huyện trần đề, tỉnh sóc trăng

Trên cơ sở đặc điểm tự nhiên nêu trên đề xuất giải pháp xử lý nền, dự kiến sử dụng giải pháp cọc cát đầm, trụ đất xi măng và ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng, tính toán nền nhằm mở r

LA DẦN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP

LÝ VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO TUYẾN ĐÊ BAO THỊ TRẤN TRẦN ĐỀ, HUYỆN TRẦN ĐỀ, TỈNH SÓC TRĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP.HCM 07 - 2018

LÝ VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Đề, CHO TUYẾN ĐÊ BAO THỊ TRẤN TRẦN ĐỀ, HUYỆN TRẦN ĐỀ, TỈNH SÓC TRĂNG

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

MÃ SỐ: CT1601

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGƯT.PGS TS ĐỖ MINH TOÀN

TP.HCM 07-2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi 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 giả luận văn

La Dần

Tôi xin cám ơn sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ của trường Đại học Giao thông vận tải TP.HCM

Tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của lãnh đạo Công ty, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian thực hiện luận văn Không có sự động viên của họ, tôi không thể đi đến đích cuối cùng của chương trình đào tạo thạc sĩ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ vi

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

DANH MỤC BẢNG xi

I Tính cấp thiết của Đề tài 1

II Mục đích của luận án 1

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

IV Nhiệm vụ luận văn 2

V Nội dung nghiên cứu 2

VI Phương pháp nghiên cứu 2

VII Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu [1] 4

1.1.1 Khái niệm về đất yếu 4

1.1.2 Cấu trúc nền đất yếu 6

1.1.3 Mục tiêu xử lý nền đất yếu 6

1.2 Các phương pháp xử lý công trình trên nền đất yếu [2] 8

1.2.1 Trên thế giới 8

1.2.2 Ở Việt Nam 9

1.3 Quy mô công trình và yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế 19

1.3.1 Cấp công trình: 19

1.3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật: 19

1.3.3 Giải pháp thiết kế công trình 19

1.4 Điều kiện địa kỹ thuật đoạn tuyến đê bao 21

1.3.1 Vị trí 21

1.3.2 Khí tượng, thuỷ văn 23

2.1.1 Cọc cát đầm 28

2.1.2 Trụ (cọc) đất xi măng 42

2.2 Sơ bộ thiết kế xử lý nền bằng các phương pháp đề xuất 59

2.2.1 Sơ bộ thiết kế xử lý nền tuyến đê bao bằng cọc cát đầm 59

2.2.2 Sơ bộ thiết kế xử lý nền tuyến đê bao bằng cọc ĐXM 61

2.2.2.1 Thông số đầu vào: 61

2.2.2.2 Thiết kế CĐXM: 61

2.3 Dự toán kinh phí cho các phương án xử lý 62

2.3.1 Phương án cọc cát đầm 62

2.3.2 Phương án cọc ĐXM 62

2.4 Lựa chọn phương án hợp lý 62

2.4.1 Về kỹ thuật: 62

2.4.2 Về kinh phí: 63

2.4.3 Về đáp ứng yêu cầu của Chủ đầu tư: 63

2.4.4 Về tính khả thi: 63

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN TUYẾN ĐÊ BAO BẰNG CỌC ĐẤT-XI MĂNG 65

3.1 Thiết kế xử lý nền bằng CĐXM 65

3.1.1 Số liệu đầu vào : 65

3.1.2 Xác định loại và hàm lượng xi măng 65

3.1.3 Phân tích kết quả thí nghiệm 68

3.1.4 Thiết kế CĐXM 69

3.1.5 Tính toán nền gia cố bằng CĐXM 70

3.1.5.1 Lựa chọn các thông số tính toán ổn định của nền 70

3.1.5.2 Xác định mô dun biến dạng và cường độ kháng cắt không thoát nước tương đương của khối gia cố 72

3.1.5.3 Xác định tải trọng tác dụng lên cọc ĐXM 73

3.1.5.4 Tính toán sức chịu tải của cọc: 73

3.2 Tính toán ứng suất, biến dạng và ổn định của nền CĐXM bằng phương pháp PTHH 78

3.2.1 Phương pháp mô hình nền bằng phần mềm Plaxis trong tính toán xử lý nền 78

3.2.2 Tính toán ứng suất, biến dạng và ổn định của nền CĐXM 78

3.2.2.1 Số liệu XD mô hình: 79

3.2.2.2 Kết quả tính toán 80

3.2.2.3 Phân tích kết quả tính toán 82

3.3 Công tác kiểm tra chất lượng nền: 83

3.3.1 Công tác kiểm tra chất lượng nền thể hiện trong Bảng 3.8 như sau: 83

3.3.2 Chi phí cho công tác kiểm tra chất lượng Bảng 3.9 như sau: 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

I Kết luận: 85

II Kiến nghị: 86

III Hướng nghiên cứu tiếp theo: 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

Ccol : Lực dính của cọc xi măng đất

Cci : Chỉ số nén lún

Cu.soil : Độ bền chống cắt không thoát nước

CĐXM : Cọc đất xi măng

ĐXM : Đất xi măng

cu : Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố

Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải

Csoil : Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất

Ctđ : Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố

d : Đường kính cọc

DM : Công nghệ trộn sâu

ĐXM : Đất xi măng

ĐCCT : Địa chất công trình

Ecol : Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất

Esoil : Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố

Etđ : Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố

E50 : Mô đun biến dạng

eoi : Hệ số rỗng của lớp đất

φcol : Góc nội ma sát của cọc xi măng đất

φsoil : Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất

φtđ : Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố

hi : Bề dày lớp đất tính lún thứ i

σ’vo : Ứng suất do trọng lượng bản thân

Δσ’v : Gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ’p : Ứng suất tiền cố kết

Qp : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc

ffs : Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất

fq : Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài

q : Ngoại tải tác dụng

γ : Dung trọng đất đắp

wi : Trọng lượng của mảnh thứ i

φi : Góc ma sát trong của lớp đất

Ltb : Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài

Q : Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên

t : Tỉ lệ xi măng dự kiến

DANH MỤC HÌNH VẼ

Ảnh 1.1 Thi công cọc cát ngoài hiện trường 11

Hình 1.1 Trình tự thi công cọc cát đầm 12

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 13

Hình 1.3 Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 13

Ảnh 1.2 Thi công bấc thấm ngoài hiện trường 14

Hình 1.4 Móng trên đệm cát 16

Hình 1.5 Vải địa kỹ thuật 18

Hình 1.6 Trắc ngang đại diện 19

Hình 1.7 Trắc dọc đoạn đê 20

Hình 1.8 Bản đồ vị trí công trình 22

Ảnh 1.3 Điểm đầu tuyến 22

Ảnh 1.4 Điểm cuối tuyến 22

Ảnh 1.5 Hiện trạng công trình 22

Hình 1.9 Mặt cắt địa chất công trình đoạn tuyến đê 24

Hình 2.1 Biểu đồ đường cong nén lún e = f(P) 30

Hình 2.2 Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền 31

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí cọc cát 32

Hình 2.4 Biểu đồ xác định khoảng cách giữa cọc cát 33

Hình 2.5 Bố trí cọc theo lưới tam giác đều 37

Hình 2.6 sơ đồ trình tự thi công cọc cát 39

Hình 2.7 Mũi cọc bằng đệm gỗ và bằng mũi cọc có bản lề 40

Hình 2.8 Thiết bị thi công cọc cát 41

Hình 2.9 Kiểu bố trí cọc trộn khô 44

Hình 2.10 Kiểu bố trí cọc trộn ướt trên mặt đất 44

Hình 2.11 Kiểu bố trí cọc trộn ướt trên biển 44

Hình 2.17 Công nghệ hai pha 51

Hình 2.18 Công nghệ ba pha 51

Hình 2.19 Sơ đồ thiết bị công nghệ JG 52

Ảnh 2.1 Một số hình ảnh về thi công cọc xi măng đất 54

Ảnh 2.2 Xe khoan Kobelco DJM-2090 và xe khoan Nippon Sharyo DHP-70 55

Hình 2.20: Sơ đồ bố trí cọc cát phân đoạn Km0+060 –Km0+660 60

Hình 2.21 Mặt cắt ngang bố trí cọc cát 61

Hình 3.1 Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM và cường độ nén nở hông ở 7 ngày 65

Hình 3.2 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông ở 7 ngày 66

Hình 3.3 Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM và cường độ nén nở hông ở 14 ngày 66

Hình 3.4 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông ở 14 ngày 67

Hình 3.5 Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM và cường độ nén nở hông ở 28 ngày 67

Hình 3.6 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng và cường độ nén nở hông ở 28 ngày 68

Hình 3.7 Mặt bằng bố trí cọc ĐXM 70

Ảnh 3.1 Sơ đồ mô phỏng trong phần mềm Plaxis 80

Ảnh 3.2 Phân bố ứng suất trong nền công trình 80

Ảnh 3.3 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất 81

Ảnh 3.4 Lưới biến dạng của nền công trình 81

Ảnh 3.5 Chuyển vị đứng (lún) của công trình 82

Ảnh 3.6 Chuyển vị đứng (lún) của mặt cắt nền đê A-A 82

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các nhóm phương pháp xử lý nền đất yếu 9

Bảng 1.2 Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền 25

Bảng 2.1 Hệ số ղ 34

Bảng 2.2 Hệ số A, B, D 34

Bảng 2.3 Hệ số độ lún ղ  38

Bảng 2.4 So sánh công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản 46

Bảng 2.5 Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn của Bắc Âu và Nhật Bản 47

Bảng 2.6 Công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản 49

Bảng 2.7 Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản 49

Bảng 3.1 Cường độ chịu nén ở 7 ngày tuổi 65

Bảng 3.2 Cường độ chịu nén ở 14 ngày tuổi 66

Bảng 3.3 Cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi 67

Bảng 3.4 Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố 77

Bảng 3.5 Độ lún tại mũi trụ 78

Bảng 3.6 Các thông số mô hình 79

Bảng 3.7 Độ chênh lệch lún của đoạn 1 đê theo giải tích và mô phỏng bằng Plaxis 83

Bảng 3.8 Tổng hợp khối lượng công tác xử lý theo bảng B.1 (TCVN9403-2012) 83

Bảng 3.9 Tổng hợp khối lượng công tác xử lý 83

Trần Đề là vùng đất trẻ hình thành qua nhiều năm lấn biển, nên có địa hình đồng bằng bãi bồi cửa sông và ven biển xen lấn cồn cát, độ cao trung bình 0,5m÷1m so với mực nước biển và chịu sự chi phối của chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông có biến động lớn

Phạm vi xây dựng tuyến đê nằm trên các thành tạo địa chất hiện đại, có đất yếu nằm ngay trên mặt, thành phần thay đổi phức tạp, bề dày lớn, thay đổi từ 12m đến 16m Chính vì vậy, khi xây dựng tuyến đê bao với chiều cao đất đắp lớn cần đặc biệt quan tâm đến giải pháp xử lý nền đất yếu

Việc căn cứ vào quy mô xây dựng tuyến đê bao, điều kiện địa hình, số liệu địa chất, địa chất thủy văn, thủy văn, để nghiên cứu đưa ra giải pháp xử lý nền đất yếu cho tuyến đê bao bao thị trấn Trần Đề nhằm đảm bảo ổn định cho tuyến đê và tiết kiệm chi phí là hết sức cần thiết Do đó đề tài: “Nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp

lý và thiết kế xử lý nền đất yếu cho Tuyến đê bao thị trấn Trần Đề, huyện Trần Đề, tỉnh Sóc Trăng” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn

Trên cơ sở phân tích điều kiện tự nhiên khu vự xây dựng, đặc điểm của tuyến đê bao và yêu cầu của chủ đầu tư, Học viên sẽ phân tích, lựa chọn giải pháp tối ưu cho công tác xử lý nền đất yếu của Tuyến trục đê bao thị trấn Trần Đề, huyện Trần Đề, tỉnh Sóc Trăng và thiết kế theo phương án lựa chọn

II Mục đích của luận án

Nghiên cứu đặc điểm điều kiện tự nhiên khu xây dựng tuyến đê bao thị trấn Trần Đề làm cơ sở lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu hợp lý và thiết kế xử lý nền tuyến đê bao trên

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là môi trường địa chất nằm trong giới hạn quy định để thiết kế xử lý nền đất yếu cho công trình

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Xử lý nền đất yếu nằm trong phạm vi ảnh hưởng

của tuyến đê bao

IV Nhiệm vụ luận văn

Nhiệm vụ của luận án là làm sáng tỏ các vấn đề sau đây:

Đặc điểm điều kiện tự nhiên (địa hình, khí hậu, địa chất và địa chất thủy văn), đặc điểm tính chất công trình xây dựng

Trên cơ sở đặc điểm tự nhiên nêu trên đề xuất giải pháp xử lý nền, dự kiến sử dụng giải pháp cọc cát đầm, trụ đất xi măng và ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng, tính toán nền nhằm mở rộng giới hạn phân tích cho cán bộ kỹ thuật thay vì chỉ phụ thuộc vào các phương pháp tính toán giải tích theo tiêu chuẩn

Căn cứ vào các định mức kỹ thuật dự toán kinh phí cho từng phương án xử lý nền

Phân tích lựa chọn giải pháp tối ưu áp dụng cho việc thiết kế xử lý nền công trình Tuyến đê bao thị trấn Trần Đề, huyện Trần Đề, tỉnh Sóc Trăng

Thiết kế xử lý nền cho Tuyến đê bao nghiên cứu bằng giải pháp đã lựa chọn Kiến nghị về khả năng ứng dụng phần mềm Plaxis cho phương pháp thiết kế thực tế cho địa phương

V Nội dung nghiên cứu

Để giải quyết được mục đích và nhiệm vụ đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu gồm: 03 chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN TUYẾN

ĐÊ BAO VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN TUYẾN ĐÊ BAO BẰNG CỌC ĐẤT-XI MĂNG

VI Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu:

Thu thập, phân tích tổng hợp số liệu liên quan đến công trình nghiên cứu;

Nghiên cứu lý thuyết các bài toán về cải tạo đất bằng cọc cát đầm và trụ đất xi măng;

Phương pháp tính toán ứng dụng xử lý nền đất yếu bằng phần mềm Plaxis trong thiết kế;

Tiến hành các thực nghiệm trong phòng thi nghiệm và hiện trường để phục vụ

Ngoài phần Mở đầu, luận văn được trình bày trong 3 chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu [1]

1.1.1 Khái niệm về đất yếu

Đất yếu là một thuật ngữ được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực xây dựng Hiện nay, tồn tại một số quan niệm khác nhau về đất yếu

Quan điểm thứ nhất, các nhà nghiên cứu cho rằng: “Đất yếu” là các loại đất đặc biệt, có sức kháng cắt nhỏ, biến dạng lớn và khi xây dựng công trình trên đó bắt buộc phải xử lý và cải tạo hoặc có các giải pháp kết cấu công trình đặc biệt

Theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam (TCVN 9355:2012, 22TCN

262-2000, các tiêu chuẩn phân loại đất của ASTM, BS) thì đất yếu là loại đất có một số đặc điểm cơ bản sau đây:

+ Là loại đất có khả năng chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ hơn 1,0kG/cm2), mô đun biến dạng nhỏ (Eo< 50kG/cm2);

+ Dễ bị biến dạng khi có tải trọng tác dụng, có độ lún lớn (thường hệ số rỗng ban đầu eo >1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuẩn (SPT)

N30 <5 búa, sức kháng xuyên đơn vị qc< 10kG/cm2;

+ Là loại đất được thành tạo từ các vật liệu trầm tích trẻ (từ 10.000÷15.000 năm tuổi, vẫn đang trong quá trình cố kết trong điều kiện môi trường khác nhau (bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, đầm lầy, );

Trên cơ sở các đặc điểm về địa chất công trình (thành phần, tính chất cơ lý ), đất yếu có thể được chia ra các loại chính sau:

+ Đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, cửa sông, đồng bằng tam giác châu thổ ): loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể lên tới 10%÷12%) Đối với loại này, được xác định là đất yếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn nhão, hệ số rỗng lớn (sét eo>1,5; á sét eo>1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước Cu<35 kG/cm2, góc nội ma sát Φ< 10

+ Than bùn và đất hữu cơ có nguồn gốc đầm lầy, nơi tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao Tại đây xác của các loài thực vật bị thối rữa và phân hủy tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các khoáng vật từ vật liệu Loại này thường được gọi là đất đầm lầy, than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20%÷80%, thường có màu xám đen hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Trong điều kiện

Hàm lượng hữu cơ từ 30% ÷ 60%: đất than bùn;

Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn

+ Bùn là các lớp đất mới được hình thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (<200m) Đặc điểm về thành phần và kết cấu của nó là thành phần khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10% Đất bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng con đường cơ học hoặc hóa học ở tại đáy biển hoặc vũng vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nước hoặc bãi bồi của sông Vì vậy, thường phân biệt bùn biển, bùn vũng vịnh, bùn hồ, bùn lầy và bùn bồi tích Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực Cường độ chống cắt của bùn nhỏ, biến dạng lớn (mô đun tổng biến dạng chỉ vào khoảng 1÷5kG/cm2 với bùn sét; từ 10÷25kG/cm2 với bùn pha cát và bùn cát pha sét) Như vậy, bùn là loại trầm tích chưa được nén chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên Do vậy, khi xây dựng công trình trên đất nền là bùn cần áp dụng các biện pháp xử lý nền phù hợp

Quan điểm thứ hai cho rằng: “Đất yếu” phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất

và tương quan giữa khả năng chịu lực của nền đất với tải trọng công trình truyền xuống Vì thế, cùng một nền đất, đối với công trình này thì nền đất không có khả năng chịu tải thì gọi là nền đất yếu, với công trình khác công trình đáp ứng được khả năng chịu tải thì không phải là nền đất yếu

Đất yếu ở nước ta khá phổ biến, đặc biệt là tại các khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long Chiều dày các lớp đất này nhiều khi có giá trị khá lớn, có nơi lên tới 45÷60m

Để xây dựng công trình trên các vùng đất như vậy, sử dụng các biện pháp xử lý móng sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém Hợp lý hơn cả trong những trường hợp nền đất yếu là tìm giải pháp xử lý nền hoặc kết hợp xử lý nền với móng, trong đó

giải pháp xử lý nền thường đóng vai trò chủ đạo

1.1.2 Cấu trúc nền đất yếu

Nền đất yếu:

“Nền đất” được hiểu là mọi loại đất đá trong tự nhiên được sử dụng làm nền cho các công trình xây dựng và được cấu tạo bởi các loại đất mềm dính, mềm rời Trong phạm vi nền đất nằm trong đới hoạt động nén ép có xuất hiện các lớp đất yếu ảnh hưởng đến công trình, có thể gây mất ổn định công trình được gọi là “Nền đất yếu”

Cấu trúc nền đất yếu:

Nghiên cứu cấu trúc nền nói chung và nền đất yếu nói riêng có một ý nghĩa quan trọng, nó giúp cho các Nhà Địa kỹ thuật chọn sơ đồ tính toán ổn định nền công trình thích hợp cũng như việc lựa chọn các giải pháp xử lý nền hợp lý

Hiện nay, cấu trúc nền được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và đưa

ra các khái niệm khác nhau, song có thể hiểu:

Cấu trúc nền là phần thuộc môi trường địa chất và chịu tác động của công trình, được đặc trưng bằng quy luật phân bố theo chiều sâu, khả năng biến đổi theo thời gian của các thành tạo đất đá có thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái và tính chất xây dựng khác nhau

Cấu trúc nền đất yếu là cấu trúc nền có liên quan trực tiếp với các thành tạo đất yếu Đất yếu đóng vai trò trung tâm, có ý nghĩa quyết định đến đặc tính và khả năng xây dựng của cấu trúc nền Cùng với quy mô công trình, chúng sẽ quyết định giải pháp nền móng và phương pháp xử lý nền đất yếu Trong một kiểu cấu trúc nền đất yếu có đặc điểm quy mô và kết cấu công trình ở bên trên giống nhau, tuỳ thuộc vào các hướng biến đổi đặc tính địa chất công trình của cấu trúc nền, biện pháp xử lý nền mà khả năng biến dạng của công trình sẽ có sự khác biệt đáng kể

Trong xây dựng công trên trình, nghiên cứu và phân chia nền đất yếu thành các đoạn có thành các kiểu cấu trúc nền khác nhau để lựa chọn giải pháp nền và móng

là rất cần thiết

1.1.3 Mục tiêu xử lý nền đất yếu

Việc xử lý nền đất yếu nhằm hướng đến 3 mục tiêu chủ yếu sau:

+ Tăng khả năng chịu lực của nền đất

+ Tăng khả năng chống biến dạng của nền đất

+ Giảm tính thấm nước cho đất

Để đạt được các mục tiêu trên việc xử lý nền đất yếu có thể thực hiện theo các

thấm, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ) để gia cố nền bằng tác nhân cơ học Trong đó, việc sử dụng phương pháp tải trọng động được sử dụng khá phổ biến và hiệu quả cho các loại đất hạt rời, đặc biệt là cát xốp như dùng các máy đầm rung, đầm lăn Tuy nhiên ,chúng chỉ có thể tăng độ chặt cho các lớp đất trên bề mặt Các loại cọc tre, cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng cho các công trình dân dụng

+ Hạ mực nước ngầm: hạ mực nước ngầm giúp cho quá trình cố kết nhanh tạo khả năng giảm độ rỗng của các lớp đất nhờ tăng trọng lượng của khối đất bên trên

* Biến đổi cấu trúc đất nền bằng các phương pháp hóa - lý – sinh:

+ Phương pháp nhiệt học: là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí nóng trên 800oC để làm biến đổi đặc tính lý hóa của nền đất yếu Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện đất nền là đất sét hoặc cát mịn Phương pháp này đòi hỏi lượng năng lượng không nhỏ nhưng cho kết quả nhanh và tương đối khả quan + Phương pháp hóa học: là một trong những phương pháp rất được chú ý trong thời gian gần đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như vôi, xi măng, thủy tinh lỏng, phương pháp silicat hóa Hoặc một số hóa chất đặc biệt phục

vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc đất-xi măng là những phương pháp được sử dụng tương đối phổ biến

+ Phương pháp sinh học: đây là một phương pháp mới, người ta sử dụng các vi sinh vật để làm đầy các lỗ rỗng của đất nền từ đó làm giảm hệ số rỗng hoặc gắn kết các hạt đất lại với nhau để làm tăng lực dính đơn vị của đất Tuy nhiên, phương pháp này ít được sự quan tâm do yêu cầu thời gian thi công tương đối dài mặc dù được khá nhiều ủng hộ về mặt kinh tế

+ Thay thế lớp đất ngay dưới đế móng bằng loại đất khác tốt hơn: đây là một phương pháp ít được sử dụng Để khắc phục vướng mắc do gặp lớp đất yếu phân bố

ngay dưới đáy móng, người ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu bằng lớp đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát Phương pháp này đòi hỏi kinh phí đầu tư lớn và thời gian thi công lâu dài

+ Điều chỉnh tiến độ thi công: tăng tải dần hoặc xây dựng từng bộ phận công trình theo từng giai đoạn nhằm cải thiện khả năng chịu lực của nền đất, cân bằng độ lún giữa các bộ phận của kết cấu công trình

+Việc lựa chọn phương pháp xử lý nền hợp lý phụ thuộc vào tính chất của đất nền, loại và tải trọng công trình, loại móng, thiết bị và điều kiện thi công, yêu cầu tiến độ Các phương pháp trên có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả cao nhất

1.2 Các phương pháp xử lý công trình trên nền đất yếu [2]

1.2.1 Trên thế giới

Việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng các công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đặc điểm của công trình, cấu trúc nền đất, nước dưới đất, điều kiện thi công, hiệu quả kinh tế…Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra những giải pháp xử

lý phù hợp

Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải, giảm tính biến dạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền và công trình; cụ thể cải thiện một số tính chất cơ lý của các lớp đất yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt, giảm tính nén lún,…

Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Hiện nay, trên thế giới các biện pháp phổ biến về xử lý nền đất yêú có thể trình bày tóm tắt như ở bảng 1.1 theo [2]

Trộn vôi, xi măng, bitum…

Sử dụng nhiều trong lĩnh vực thuỷ công, đường, cầu,…Được áp dụng ở tất cả các nước trên thế giới đặc biệt ở các nước phát triển như Nga, Mỹ, T.Quốc, Nhật bản, Đức, Pháp, Anh, …

Dưới sâu

Cọc đất- xi măng, cọc đất- vôi

Sử dụng nhiều trong lĩnh vực giao thông, nền nhà công nghiệp, chiều sâu

xử lý lớn (10-40m) Đi đầu là Thụy Điển, sau đó là Mỹ, Nga, Nhật, T.Quốc

và một số nước trong khu vực

4 Phụt dung dịch Silicat Sử dụng trong lĩnh vực dân dụng và

công nghiệp Áp dụng rộng rãi ở các nước như Nga, Anh, Mỹ, Pháp, Đức , T.Quốc, Nhật, …

Xi măng

5 Một số phương

pháp khác

Nhiệt, dòng điện 1 chiều

Sử dụng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp Từ lâu được áp dụng ở Liên Xô trước đây và một số nước khác Điện silicat

Bổ sung, thay thế thành phần hạt đất

Hạ thấp mực nước dưới đất…

1.2.2 Ở Việt Nam

Các thành phần tạo đất yếu ở Việt Nam tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng các sông Hồng, Cửu Long và các đồng bằng hẹp ven biển miền Trung Những vùng này chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nên việc hình thành mạng lưới đường giao thông trên nền đất yếu là cần thiết

Hiện nay ở Việt Nam, việc xây dựng đường giao thông trên nền đất yếu vẫn còn

nhiều vấn đề phức tạp và cần nghiên cứu Những vấn đề liên quan đến các loại đất yếu ảnh hưởng đến sự ổn định của nền đường đắp là: độ lún, độ ổn định và hiện tượng hóa lỏng Lý thuyết và thực tiễn đều cho thấy, các công trình nền đắp trên đất yếu thường phổ biến gặp 2 loại sự cố: mất ổn định về cường độ (lún trồi, trượt cục bộ) và biến dạng lún lớn (lún quá mức cho phép và kéo dài)

Dựa vào cấu trúc nền đất yếu, việc lựa chọn kết hợp một số giải pháp xử lý nền hợp lý sẽ nâng cao hiệu quả của công tác xử lý nền cũng như sự ổn định và tuổi thọ của công trình, hạn chế các sự cố có thể xảy ra Hiện nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại nên có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu Các biện pháp xử lý được xếp vào 2 nhóm chính dưới đây:

Nhóm các phương pháp cải tạo trên mặt: phương pháp bổ sung thành phần hạt, các biện pháp làm chặt đất (bằng búa đầm, xe lu, nổ mìn, đầm rung, ), phương pháp xi măng hóa nhân tạo (trộn vôi, trộn xi măng, trộn bitum, )

Nhóm các phương pháp cải tạo dưới sâu: cải tạo đất bằng các thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng (bấc thấm, giếng cát kết hợp gia tải trước, bấc thấm kết hợp hút chân không), sử dụng cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc cát đầm chặt), cải tạo đất bằng chất kết dính (cọc đất xi măng, cọc đất vôi) và một số giải pháp nhiệt, vật lý khác Dưới đây, trình bày một số phương pháp xử lý nền đất yếu phổ biến sử dụng trong xây dựng đường tại Việt Nam

Cọc cát:

Cọc cát là phương pháp làm chặt đất dưới sâu được ứng dụng để gia cố nền đất yếu Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ chủ yếu là lèn chặt, ngoài ra còn góp phần thoát nước cho nền đất yếu, giúp tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền và nhanh chóng đạt giới hạn ổn định về lún

Ảnh 1.1 Thi công cọc cát ngoài hiện trường

*Ưu và nhược điểm của phương pháp

Tác dụng của cọc cát là làm cho độ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm đi; khối lượng thể tích, môđun biến dạng, góc ma sát trong, lực dính của đất tăng lên Dưới tác dụng của tải trọng, trị số môđun biến dạng của cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau, vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất xử lý bằng cọc cát sẽ đồng đều

Quá trình cố kết của nền đất tiến triển nhanh hơn, giá thành rẻ hơn khi dùng cọc cứng như cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép và không bị ăn mòn nếu nước ngầm có tính xâm thực

Nén chặt bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các công trình đường giao thông trên nền đất yếu và chiều dày lớp đất yếu xấp xỉ 10m

Một số công trình áp dụng hiệu quả phương pháp này như: đường Bắc Thăng Long - Nội Bài, Quốc lộ 1A, Đại lộ Thăng Long, Quốc lộ 18, đường 353 Hải Phòng,

Cọc cát đầm:

Ngày nay, với khoa học kỹ thuật phát triển ở Việt Nam, bên cạnh cọc cát thông thường đã đưa vào sử dụng còn có cọc cát đầm Cọc cát đầm được thi công bằng cách xuyên ống thép đường kính lớn hơn xuống lớp đất yếu Đầu ống thép được cấu tạo sao cho có thể đóng lại khi ấn xuống và mở ra khi rút lên Ống thép sẽ được xuyên xuống và rút lên lặp lại nhiều lần để đầm chặt cát trong lỗ và tăng kích thước đường kính của cọc cát so với đường kính lỗ (dự kiến trung bình >70cm) Các cọc cát đã được đầm chặt có tác dụng nén chặt đất yếu xung quanh, tăng nhanh thời

gian cố kết của nền đất yếu mà không cần phải gia tải và chờ cố kết lâu Một phần đất yếu sẽ được thay bằng cát là vật liệu tốt sẽ cải thiện tính năng chung của nền đất

Hình 1.1 Trình tự thi công cọc cát đầm Phương pháp này có thể áp dụng để cải tạo cả đất rời và đất dính, đặc biệt khi lớp đất yếu dày từ 15 - 30m thì đây là biện pháp rất hiệu quả Tuy nhiên, kỹ thuật thi công cọc cát đầm khá phức tạp, đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dụng và có thể gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận Phương pháp này mới áp dụng ở Việt Nam Hiện tại, được sử dụng ở dự án đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng Nhóm các phương pháp sử dụng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng:

Thuộc nhóm phương pháp này phổ biến là giếng cát và bấc thấm Hai phương pháp này từ lâu đã được sử dụng ở Việt Nam

Giếng cát:

Hệ thống các giếng thẳng đứng tương tự như cọc cát được tạo thành trong đất yếu rồi lấp đầy bằng cát hạt trung và thô, đường kính từ 20÷ 60cm và một lớp đệm cát rải trên nền thiên nhiên Vai trò chính của giếng cát là thoát nước thẳng đứng, đẩy nhanh tốc độ cố kết của nền đất yếu do đó phải kết hợp với gia tải bằng khối đắp bên trên Khi chất tải trên lớp đất yếu, nước trong lỗ rỗng chịu một áp lực lớn, sinh ra gradient thủy lực và bị đẩy về phía giếng cát, nước thoát lên tầng đệm cát sau đó thoát ra ngoài Sơ đồ bố trí giếng cát hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng giếng cát Trong thực tế, phương pháp này đã được áp dụng phổ biến từ nhiều năm trước

để xử lý nền đất yếu Điều kiện áp dụng xử lý nền đất yếu bằng giếng cát là đất yếu

có hàm lượng hữu cơ không lớn (thường < 10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền

cố kết của đất yếu Từ khi phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước ra đời, phương pháp này ít được sử dụng

Bấc thấm kết hợp với gia tải trước

Bấc thấm là băng có lõi là polypropylene, có tiết diện hình răng khía phẳng hoặc hình chữ nhật có nhiều lỗ tròn, bên ngoài được bọc vỏ bọc bằng vải địa kỹ thuật không dệt Bấc thấm thường có chiều rộng 100mm, dày từ 3÷5mm và cuốn thành cuộn có tổng chiều dài hàng trăm mét Bấc thấm kết hợp với gia tải trước có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng nhanh khối lượng thể tích Kết quả tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tài và làm cho nền đất đạt độ lún qui định trong thời gian cho phép

Hình 1.3 Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Bấc thấm thường được sử dụng với nền đắp có chiều cao < 5,0m, chiều dày đất yếu ≤ 20m Khi thi công bấc thấm cần có thời gian lưu tải tương đối dài để đất cố kết và khống chế tiến trình đắp Hiện nay, ở Việt Nam phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường: Quốc lộ 5, đường cao tốc Láng - Hòa Lạc, đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây, Quốc lộ 1 đoạn qua các tỉnh có phân bố đất yếu như Hà Nam, Ninh Bình,

Bấc thấm kết hợp với hút chân không

Công nghệ này được đề xuất ở Nhật Bản vào những năm 1950÷1960 Đây là một trong những phương pháp hiệu quả để gia cố nền đất yếu bão hòa nước Khi cần gia cố vị trí nền nào đó, người ta thi công bấc thấm trước sau đó dùng màng nhựa phủ kín vùng đó không cho không khí lọt vào và tạo chân không ở dưới lớp màng này Để tạo chân không người ta dùng hệ thống ống hút và bơm chân không Phương pháp cố kết chân không tạo ra tải trọng nén trước bằng cách giảm áp lực nước lỗ rỗng trong khi vẫn giữ nguyên ứng suất tổng Mục đích làm cho nước và khí ở các lỗ rỗng trong đất được bơm thoát ra khỏi nền, đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất

Ảnh 1.2 Thi công bấc thấm ngoài hiện trường Kết quả của một số dự án đã thực hiện cho thấy, các đặc tính nổi bật của phương pháp này như: rút ngắn thời gian thi công, giảm thiểu đáng kể lượng vật liệu đắp, dễ kiểm soát chất lượng, thân thiện với môi trường Tuy nhiên, phương pháp này cũng

có 1 số nhược điểm là: khó làm kín khí trong quá trình thi công, giới hạn về chiều sâu gia cố và không hiệu quả trong phạm vi khu vực xử lý có các lớp đất có tính

Cọc đất xi măng

Cọc đất xi măng được nghiên cứu và phát triển đầu tiên tại Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960 Để tạo ra CĐXM người ta dùng xi măng trộn với đất sét yếu trong lỗ khoan nhằm tăng sức chịu tải cho đất nền Những ngày đầu, để thi công, người ta dùng kiểu khoan đĩa đường kính lỗ khoan khoảng 50cm Khoan được xoắn vào trong đất đến độ sâu thiết kế và khi rút lên xoay ngược chiều Trong quá trình khoan dùng khí nén phụt xi măng vào lỗ khoan qua ống dẫn trong cần khoan Mũi khoan vừa có tác dụng khoan, vừa có tác dụng khuấy trộn và làm chặt đất Tác dụng hoá lý giữa đất và xi măng xảy ra, quá trình rắn chắc của đất cần gia

cố phát triển theo thời gian tạo thành các cọc có sức chịu tải nhất định Đối với Việt Nam, công nghệ CĐXM lần đầu tiên được Thụy Điển chuyển giao công nghệ cho

Bộ Xây dựng vào những năm 1992÷1994, sử dụng trong gia cường nền nhà và công trình xây dựng dân dụng (công trình bệnh viện nhi Thụy Điển)

Ngày nay, để đạt hiệu quả cao về chất lượng cọc và kinh tế, công nghệ thi công

đã khá hiện đại: có thể được chia ra làm 2 loại: phương pháp trộn khô- phun khô và phương pháp trộn phun ướt - mà thực chất phương pháp này là phun vữa Tại nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng công nghệ CĐXM cho gia cố nền đất yếu trong các

dự án đường bộ, đường sắt đã cho hiệu quả rất cao Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt áp cao (Jet - Grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của ĐXM, nhằm ứng dụng cọc đất xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi

Ưu điểm của CĐXM là khả năng xử lý sâu đến 50m, thích hợp với các loại đất yếu, thi công được cả trong điều kiện nền ngập trong nước hoặc trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, nền gia cố có biến dạng nhỏ vì vậy giảm thiểu ảnh hưởng của lún

đến các công trình lân cận

Tuy nhiên, phương pháp này có giá thành thi công cao, số lượng máy yêu cầu nhiều, không hiệu quả trong các loại đất yếu có hàm lượng hữu cơ hay hàm lượng muối cao

Phương pháp này áp dụng ở một số dự án như: sân bay Cần Thơ, đường vành đai ngoài Tân Sân Nhất - Bình Lợi - TP Hồ Chí Minh, đường nối Đại Lộ Đông Tây với hầm Thủ Thiêm - TP Hồ Chí Minh,

Ở Việt Nam các phương pháp trên được áp dụng cho rất nhiều công trình tạo nên hiệu quả to lớn về kinh tế kỹ thuật Tùy theo điều kiện ĐCCT, quy mô của công trình mà các phương pháp trên có thể được áp dụng một cách độc lập hoặc kết hợp với nhau nhằm tăng cường độ của nền đất, giảm tối thiều lún dư, đảm bảo công

trình làm việc bình thường

Phương pháp thay nền (đệm cát):

Đệm cát thường sử dụng khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước như sét nhão; cát pha bão hòa nước, sét pha nhão; bùn; than bùn có chiều dày lớp đất cần thay thế không lớn lắm (nhỏ hơn 3m) Người ta bóc bỏ các lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cát có khả năng chịu lực lớn hơn

Hình 1.4 Móng trên đệm cát

Bề dày của đệm cát được quyết định như thế nào để ứng suất lên tầng đất yếu không vượt quá tải trọng cho phép Như vậy, phải thỏa mãn yêu cầu:

(1.1)Trong đó: qH : ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở độ sâu H;

Giảm chiều sâu chôn móng từ đó giảm khối lượng vật liệu xây móng;

Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chịu tải của nền và rút ngắn quá trình lún

Tuy nhiên, khi sử dụng biện pháp đệm cát cần phải chú ý đến trường hợp sinh

ra hiện tượng cát chảy, xói ngầm trong nền do nước ngầm hoặc hiện tượng hóa lỏng

do tác dụng của tải trọng động

* Những trường hợp sau đây không nên sử dụng đệm cát:

Lớp đất phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m, lúc này đệm cát có chiều dày lớn, thi công khó khăn, không kinh tế;

Mực nước ngầm cao và có áp Lúc này hạ mực nước ngầm rất tốn kém và đệm cát không ổn định;

Kích thước đệm cát được xác định bằng tính toán nhằm thoả mãn 2 điều kiện: ổn định về cường độ và đảm bảo độ lún của công trình sau khi có đệm cát nằm trong giới hạn cho phép

Gia cố bằng bệ phản áp

Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường hoặc nền đê trên nền đất yếu Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản áp Chiều cao và chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp

Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật

Đối với nền đất đắp, việc đặt vào một hoặc nhiều lớp vải địa kỹ thuật sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đường chống lại sự trượt tròn Mặt khác vải địa kỹ thuật còn có tác dụng làm cho độ lún của nền đất đắp được đồng đều hơn

Hình 1.5 Vải địa kỹ thuật

* Phạm vi áp dụng:

- Xử lý cục bộ sự mất ổn định của nền đất đắp, sử dụng nhiều trong các công trình thủy lợi, giao thông hoặc nền gia cố bằng đệm cát, gia cố cho tường chắn đất,…

* Một số lưu ý khi gia cố nền:

- Nên sử dụng các vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp có cường độ cao, biến dạng nhỏ, lâu lão hóa làm lớp thảm tăng cường cho nền đất đắp

- Việc sử dụng vải địa kỹ thuật không bị hạn chế bởi điều kiện địa chất nhưng khi nền đất càng yếu thì tác dụng càng rõ rệt Số lớp thảm tăng cường phải dựa vào tính toán để xác định, có thể bố trí một hoặc nhiều lớp, cách nhây khoảng 15 - 30

cm

- Phải bố trí đủ chiều dài đoạn neo giữ, trong chiều dài đoạn neo, tỷ số của lớp

ma sát với mặt trên và mặt dưới của lớp thảm Pf và lực kéo thiết kế của lớp thảm Pj phải thỏa mãn điều kiện:

Mặt đường Cấp cao A2;

Vận tốc thiết kế: v = 60 km/h;

Tải trọng trục tính toán: 12 000 daN;

Mô đun đàn hồi yêu cầu: 130 Mpa;

Loại kết cấu áo đường: cấp cao A2;

1.3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật:

Bán kính đường cong nằm tối thiểu: Rmin = 125m;

Bán kính đường cong nằm không làm siêu cao: R = 1500m;

Độ dốc dọc lớn nhất: imax= 6%;

Chiều dài dốc lớn nhất tương ứng với độ dốc lớn nhất (6%): Lmax= 600m;

Chiều dài tối thiểu đoạn dốc dọc: Lmin= 100m;

Bán kính đường cong lồi tối thiểu R= 1400m;

Bán kính đường cong lồi tối thiểu R= 1000m;

Chiều dài tối thiểu đường cong đứng: Lcong= 50m

1.3.3 Giải pháp thiết kế công trình

Hình 1.6 Trắc ngang đại diện

Hình 1.7 Trắc dọc đoạn đê

a Yêu cầu kỹ thuật thiết kế nền đê đắp trên nền đất yếu :

Về độ ổn định mái dốc: Theo kết quả tính toán ổn định nền đê đắp cho thấy:

+ Các đoạn có chiều cao đất đắp ≤2,0m hệ số độ ổn định >1,4 (theo phương pháp Bishop) nên không cần xử lý;

+ Các đoạn có chiều cao đất đắp 2,0m < Hđắp <3,0m hệ số ổn định <1,01 cần có biện pháp xử lý nền đê;

+ Các đoạn có chiều cao đất đắp Hđắp >3,0m hệ số ổn định <0,79 cần phải có biện pháp xử lý nền đường để đảm bảo độ ổn định

Về độ ổn định lún:

+ Đối với đoạn nền đường bình thường: Mặt đường xây dựng sử dụng cấp cao A2 nên theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên nền đất yếu 22TCN 262-2000 không cần quan tâm đến độ lún cố kết còn lại sau khi hoàn thành công trình Do vậy chỉ đề cập đến độ lún tức thời và độ lún cố kết trong thời gian thi công

để bù lún đảm bảo cao độ thiết kế mặt đường

+ Đối với đường: Theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên nền đất yếu 22TCN 262-2000, độ lún cố kết trong phạm vi này ≤ 40cm

b Giải pháp thiết kế

Giải pháp thiết kế nền đê

+ Đối với đoạn nền bình thường có chiều cao đắp Hđắp < 3,0m: Đào vét hữu cơ dày trung bình 50cm Nền đắp bằng cát đắp lu lèn K ≥ 0,95 trên lớp vải địa phân cách không dệt có Fk ≥ 12kN/m, riêng 50cm trên cùng tiếp giáp với kết cấu áo

Theo TKCS phạm vi đắp đất chọn lọc gồm toàn bộ nền đường khu vực lề và taluy,

do khu vực xây dựng tuyến đất đắp chọ lọc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đắp nền đường khan hiếm nên để giảm khối lượng đất đắp kiến nghị bước TKBVTC sử dụng đắp bao taluy dày 1,0m

Mặt cắt ngang đường trên đê

Kết cấu áo đường được thiết kế như sau :

+ Láng nhựa 3 lớp dày 3,5 cm, tiêu chuẩn nhựa 4,5kg/m2;

+ Tưới nhựa thấm bám tiêu chuẩn 1kg/m2;

+ Lớp đá dăm tiêu chuẩn dày 10 cm;

+ Lớp cấp phối đá dăm loại I dày 15cm;

+ Lớp cấp phối đá dăm loại II dày 20cm;

+ Lớp cát đệm 1 dày 50cm (K≥0,98);

+ Lớp cát đệm 2 dày 250cm (K≥0,95):

+ Lớp Cát gia cố 6% xi măng dày 50cm;

1.4 Điều kiện địa kỹ thuật đoạn tuyến đê bao

1.3.1 Vị trí

Phạm vi nghiên cứu thuộc huyện Trần Đề, được giới hạn như sau : giáp với Cù Lao Dung ở phía Đông, với Mỹ Xuyên ở phía Tây, Vĩnh Châu ở phía Nam, Long Phú và thành phố Sóc Trăng ở phía Bắc Huyện lỵ của huyện Trần Đề hiện nay là thị trấn Lịch Hội Thượng, cách thành phố Sóc Trăng 24 km

Huyện Trần Đề có 11 đơn vị hành chính trực thuộc gồm 2 thị trấn và 9 xã

MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG

MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG MẠI TRU NG TÂM ƠNG

CẦ Ư

ĐƯỜNG HÀNH C ĐƯỜNG HÀN H C ĐƯƠ ØNG HÀN H C ĐƯỜNG HÀNH C ĐƯƠ ØNG HÀN H C ĐƯỜNG HÀNH C ĐƯỜNG HÀN H C ĐƯƠ ØNG HÀN H C

ĐƯỜNG HÀN H C

Q LO

Ä N AM SO H ẬU

Q LO

Ä N AM

S O H ẬU

Q

L O

S O H ẬU

Q LO

Ä N AM SO H ẬU

Q L O

S O H ẬU

Q LO

Ä N AM SO H ẬU

Q LO

Ä N AM

S O H ẬU

Q

L O

S O H ẬU

Q LO

Ä N AM

S O H ẬU

ĐIỂM ĐẦU CÔNG TRÌNH

BỀ RỘNG MẶT ĐÊ W=7M*2(MĐ)+5M*2 (LỀ)=24M

ĐIỂM CUỐI CÔNG TRÌNH

TÊN DỰ ÁN: TUYẾN ĐÊ BAO THỊ TRẤN TRẦN ĐỀ, HUYỆN TRẦN ĐỀ, TỈNH SÓC TRĂNG

MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG

MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG MA ÏI TRU NG TÂM ƠNG MẠI TRU NG TÂM ƠNG

CẦ Ư

ĐƯỜNG HÀNH C ĐƯỜNG HÀN H C ĐƯƠ ØNG HÀN H C ĐƯỜNG HÀNH C ĐƯƠ ØNG HÀN H C ĐƯỜNG HÀNH C ĐƯỜNG HÀN H C ĐƯƠ ØNG HÀN H C

ĐƯỜNG HÀN H C

Q LO

Ä N AM SO H ẬU

Q LO

Ä N AM

S O H ẬU

Q

L O

S O H ẬU

Q LO

Ä N AM SO H ẬU

Q L O

S O H ẬU

Q LO

Ä N AM SO H ẬU

Q LO

Ä N AM

S O H ẬU

Q

L O

S O H ẬU

Q LO

Ä N AM

S O H ẬU

ĐIỂM ĐẦU CÔNG TRÌNH

BỀ RỘNG MẶT ĐÊ W=7M*2(MĐ)+5M*2 (LỀ)=24M

ĐIỂM CUỐI CÔNG TRÌNH

TÊN DỰ ÁN: TUYẾN ĐÊ BAO THỊ TRẤN TRẦN ĐỀ, HUYỆN TRẦN ĐỀ, TỈNH SÓC TRĂNG

Cè n g B¶y Gi¸

Cè n g Kªn h Ba

Ch ỵ Kªn h 3 Tr¹m b iÕn

B-u ®iƯn Kªnh Ba

§iƯn lùc TrÇn §Ị

Tr-êng THCS TrÇn §Ị Tr-êng TiĨu häc Trung B×nh B

X· §é i

Chïa §«n Kd«n Tr-êng TiĨu häc Trung B×nh

Tr-êng tiĨu häc

§Çu Giång

Tr¹m kiĨm so¸t QS TrÇn §Ị

H¶i ® é i 2 C¶n g c¸ TrÇn §Ị

UBND TT

Kh u th - ¬ n g m¹i

Kh u T§C NSH

L¨ng ¤ng Nam H¶i Tr-êng TiĨu häc Trung B×nh B

L=1.627 mét

Ảnh 1.3 Điểm đầu tuyến Ảnh 1.4 Điểm cuối tuyến

Hướng tuyến đi theo hướng từ Bắc –Nam;

Bình đồ tuyến đê đi qua khu vực vuơng, ao nuơi trồng thủy sản, ruộng mía, cây

gỗ tạp, lung dừa nước của bà con nhân dân, tuyến cắt ngang 6 con kênh nội đồng lấy nước nuơi trồng thủy sản

Ảnh 1.5 Hiện trạng cơng trình

(1985÷2009) dao động trong khoảng 26,5÷27 C, và đỉnh điểm là vào năm 2009 (đạt

270C), nhiệt độ thay đổi thất thường không diễn ra theo bất kỳ quy luật nhất định và

có xu hướng khắc nghiệt hơn như “nóng thì càng nóng hơn và lạnh thì càng lạnh hơn”

*Độ ẩm không khí :

Tỉnh Sóc Trăng nằm trong khu vực gió mùa kiểu xích đạo nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu biển nên tỉnh thường có độ ẩm cao Độ ẩm dao động trong khoảng 75÷89% Tháng có độ ẩm cao nhất là tháng 7 và tháng 8, ngược lại tháng có

độ ẩm thấp nhất là tháng 2 và tháng 3

b Hải văn:

Chế độ thủy triều và dòng chảy :

Chế độ thủy văn về mùa khô: Chế độ thủy văn nội đồng bị chi phối bởi các yếu tố:

+ Chế độ nước của nguồn sông Hậu qua Châu Đốc;

+ Chế độ thủy triều biển Đông qua cửa Trần Đề và cửa Định An;

+ Hệ thống kênh rạch, công trình nội đồng thuộc vùng Cù Lao

Chế độ thủy văn mùa lũ: Mùa lũ hàng năm bắt đầu từ trung tuần tháng 7, mực nước trên sông MeKong tăng nhanh và dòng lũ chảy về phía hạ lưu kết hợp với triều cường, gió chướng mực thủy triều dâng cao, nếu không có đê bao thì toàn bộ diện tích nhiều vùng trong tỉnh bị ngập sâu dưới mực nước triều trung bình từ 0,3÷ 0,5m đặc biệt có nơi đến 1,0÷2,0m

Mực nước đầu nguồn sông Cửu Long và các sông rạch trong tỉnh Sóc Trăng diễn biến khá phức tạp, mực nước đạt đỉnh cao nhất vào những tháng mùa mưa cuối năm

và đầu năm sau (khoảng từ tháng 9 đến hết cuối tháng 2 hoặc nửa tháng 3 năm sau hàng năm), hầu hết mực nước các tháng mùa mưa những năm sau xấp xỉ hoặc cao hơn những năm trước

c Nước dưới đất:

Nước dưới đất được tàng trữ trong 4 lớp (cát pha), nước cĩ áp nhẹ, mực nước chưa được đo chính xác, cần lưu ý khi thiết kế và thi cơng xử lý nền nếu cần thiết

1.4.3 Địa hình địa mạo:

Trần Đề là vùng đất trẻ hình thành qua nhiều năm lấn biển, nên cĩ địa hình đồng bằng bãi bồi cửa sơng và ven biển xen lấn cồn cát, độ cao trung bình 0,5÷1m so với mặt biển, thấp dần từ Tây Bắc xuống Đơng Nam và cĩ hai tiểu vùng địa hình chính: vùng ven sơng Hậu, với độ cao 1÷1,2m, bao gồm vùng đất bằng và những giồng cát; vùng trũng phía nam với độ cao 0÷0,5m, thường ngập úng dài ngày trong mùa

lũ

Địa hình: Địa hình tuyến tương đối bằng phẳng, cao độ mặt đất tự nhiên thay đổi khơng lớn trong khoảng 1,0 đến 2,0 mét, phổ biến từ 1,2 đến 1,8 mét Tuyến đi qua khu vực nuơi trồng thủy sản ven sâu Hậu với nhiều ao nuơi thủy sản cao độ đáy ao

từ (-0,35 ÷ 0,4)m

Địa mạo: Sự hình thành vùng đồng bằng sơng Cửu Long nĩi chung và khu vực Sĩc Trăng nĩi riêng là sự bồi lắng của sơng và biển tạo thành Do đĩ địa chất trong khu vực nĩi chung là sét đến sét pha

1.4.4 Địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền tuyến đê

Cấu trúc nền đất yếu tại đoạn tuyến đê bao được thể hiện ở mặt cắt địa chất cơng trình hình 1.9

Nguồn gốc trầm tích sông, biển hỗn hợp (amQIV2).

SÉT PHA màu nâu vàng, xám hồng.

Gặp trên toàn bộ phạm vi tuyến đê, nằm ngay dưới lớp1, gặp ở độ sâu từ 10m đến 16m Bề dày của lớp này quan sát được là 6m Thành phần chủ yếu là sét pha màu xám xanh, nâu vàng, trạng thái dẻo chảy gần chảy

Lớp 4 – Cát pha, trạng thái chặt (amb 3

2

Q ):

Gặp trên toàn bộ phạm vi tuyến đê, nàm dưới cùng trong phạm vi khảo sát, ở

độ sâu từ 32,0m đến 50,0m Bề dày của lớp này quan sát được là 18,0m Thành phần chủ yếu là Cát pha, trạng thái chặt

Chỉ tiêu tính chất cơ lý của đất nền được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền

Kí hiệu lớp, tên đất Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4

Bùn sét Sét dẻo

chảy-chảy

Á sét, nửa cứng

Cát pha, chặt + Thành phần hạt – Nhóm hạt

+Giới hạn Atterberg:

1.5 Đề xuất các phương pháp xử lý nền tuyến đê bao

Cơ sở để đề xuất các phương pháp xử lý nền có thể áp dụng (luận chứng kỹ thuật), chúng tôi dựa vào:

Điều kiện địa hình, địa chất nền đất của đoạn tuyến đê;

Qui mô tuyến đê mà chủ yếu là chiều cao nền đê đắp;

Yêu cầu của Chủ đầu tư về thời gian hoàn thành xây dựng công trình;

Tính khả thi của các phương pháp đề xuất

Trên các cơ sở đó tôi thấy có thể áp dụng phương pháp Cọc cát đầm và cọc đất –

xi măng để xử lý nền cho đoạn tuyến đê trên:

Kết luận chương 1:

1) Tổng quan về đất yếu:

Đất yếu có đặc điểm cơ bản sau đây:

+ Là loại đất có khả năng chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ hơn 1,0kG/cm2), mô đun biến dạng nhỏ (Eo< 50kG/cm2);

+ Dễ bị biến dạng khi có tải trọng tác dụng, có độ lún lớn (thường hệ số rỗng ban đầu eo >1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuẩn (SPT)

N30 <5 búa, sức kháng xuyên đơn vị qc< 10kG/cm2;

+ Là loại đất được thành tạo từ các vật liệu trầm tích trẻ (từ 10.000÷15.000 năm tuổi, vẫn đang trong quá trình cố kết trong điều kiện môi trường khác nhau (bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, đầm lầy, );

+ Đất yếu ở nước ta khá phổ biến, đặc biệt là tại các khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long Chiều dày các lớp đất này nhiều khi có giá trị khá lớn, có nơi lên tới 45-60m

- Mục tiêu xử lý nền đất yếu:

+ Tăng khả năng chịu lực của nền đất