Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ xáo trộn đất khi dùng bấc thấm để thoát nước đất nền trong xây dựng công trình trên nền đất yếu

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ xáo trộn đất khi dùng bấc thấm để thoát nước đất nền trong xây dựng công trình tr

Trang 1

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng với đề tài “Nghiên cứu

ảnh hưởng mức độ xáo trộn đất khi dùng bấc thấm để thoát nước đất nền trong xây dựng công trình trên nền đất yếu” được hoàn thành với sự cố gắng nỗ lực của

bản thân cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của Bộ môn địa kỹ thuật - Khoa Công trình

và các thầy cô giáo trường Đại học Thuỷ Lợi đã tạo mọi điều kiện, động viên giúp

đỡ về mọi mặt Tác giả xin chân thành cảm ơn các cơ quan, đơn vị và cá nhân nói trên

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn TS Hoàng Việt Hùng đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện luận văn

Sự thành công của luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ, động viên cổ vũ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp

Hà nội, ngày tháng 5 năm 2014

Tác giả

Mai Hồng Diên

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Mai Hồng Diên, tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ xáo trộn đất khi dùng bấc thấm để thoát nước đất nền trong xây dựng công trình trên nền đất yếu” là đề tài luận văn của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào

Tác giả

Mai Hồng Diên

Trang 3

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN 3

1.1 Giới thiệu chung: 3

1.2 Đặc điểm và phân loại nền đất yếu: 3

1.2.1 Đặc điểm của nền đất yếu: 3

1.2.2 Các loại nền đất yếu thường gặp: 4

1.3 Các giải pháp xử lý nền đất yếu: 4

1.3.1 Nhóm các phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học 5

1.3.2 Nhóm các phương pháp làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 8 1.3.3 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng 9

1.3.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ 11

1.3.5 Phương pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm 11

1.3.6 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính 12

1.3.7 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng dung dịch 13

1.3.8 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu 16

1.3.9 Nhóm các phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc đất-vôi, cọc đất-xi măng, cọc cát-xi măng-vôi 18

1.3.10 Bệ phản áp: 19

1.3.11 Tăng hệ số mái: 20

1.3.12 Phương pháp nén trước: 20

1.3.13 Phương pháp cố kết chân không: 21

1.4 Các biện pháp thi công để xử lý nền: 22

1.4.1 Nén chặt đất bằng cách hạ thấp mực nước ngầm: 22

1.4.2 Khống chế tốc độ thi công để cải thiện điều kiện chịu lực của nền đất: 23

1.4.3 Thay đổi tiến độ thi công để cải thiện điều kiện biến dạng của nền 24

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP 26

2.1 Đặt vấn đề 26

Trang 4

2.2 Khái quát thiết bị thoát nước thẳng đứng 26

2.3 Các đặc tính của bấc thấm (PVD) 27

2.4 Nguyên tắc tính toán bấc thấm 28

2.4.1 Mục đích: 28

2.4.2 Các biểu thức thiết kế: 29

2.4.3 Trường hợp lý tưởng 32

2.4.4 Trường hợp chung: 34

2.4.5 Khoảng cách giữa các bấc thấm: 39

2.4.6 Chiều dài bấc thấm 40

2.4.7 Quy trình thiết kế 41

2.5 Thi công bấc thấm: 43

2.5.1 Giới thiệu: 43

2.5.2 Chuẩn bị hiện trường 43

2.5.3 Thiết bị thi công 44

2.5.4 Quy trình thi công bấc thấm 46

2.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ cố kết của đất nền khi sử dụng bấc thấm: 50

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HOÁ CÁC TRƯỜNG HỢP ỨNG DỤNG 52

3.1 Đặt vấn đề 52

3.2 Phân tích lựa chọn trường hợp tính toán 52

3.3 Giới thiệu phần mềm tính toán: 54

3.4 Kết quả tính toán 57

3.5 Phân tích kết quả tính toán: 59

3.5.1 Ảnh hưởng của mức độ xáo trộn đất : 59

3.5.2 Ảnh hưởng của khoảng cách bấc thấm 62

3.5.3 Ảnh hưởng của chiều dày đất nền và chiều cao khối đắp 66

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI NỀN ĐƯỜNG NỘI BÀI-LÀO CAI (ĐOẠN TỪ KM46+040 ĐẾN KM46+350) 73

Trang 5

4.1 Giới thiệu về dự án đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai: 73

4.1.1 Giới thiệu chung 73

4.1.2 Đặc điểm địa chất Km46+040 – Km46+350: 73

4.1.3 Các yêu cầu về thiết kế nền đắp trên đất yếu: 74

4.1.4 Công tác quan trắc đoạn Km46+040 đến Km46+350 dự án cao tốc Nội Bài – Lào Cai 76

4.2 Kết quả quan trắc: 79

4.3 Phân tích đánh giá số liệu quan trắc 89

4.4 So sánh kết quả nghiên cứu và số liệu quan trắc 91

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

I Các kết quả đạt được của luận văn 95

II Một số vấn đề tồn tại 96

III Kiến nghị 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí đầm xung kích 6

Hình 1.2: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng đầm lăn 7

Hình 1.3: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng đầm rung 8

Hình 1.4: Máy chuyên dụng tự hành cắm bấc thấm 10

Hình 1.5: Sơ đồ nền công trình phụt vữa xi măng 14

Hình 1.6: Biểu đồ để tra lượng vữa xi măng trong lỗ phụt 14

Hình 1.7: Sơ đồ thiết bị thi công phụt nhựa bitum 15

Hình 1.8: Sơ đồ bố trí các điện cực 16

Hình 1.9: Sơ đồ bố trí thiết bị gia cường đất bằng nhiệt 17

Hình 1.10: Sơ đồ bố trí cọc cát 18

Hình 1.11: Sơ đồ bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt của đất 18

Hình 1.12: Sơ đồ máy thi công cọc vôi – đất 19

Hình 1.13: Xử lý nền bằng cọc vôi – đất 19

Hình 1.14: Ảnh hưởng của tốc độ tăng tải đến tốc độ cố kết và cường độ chống cắt 23

Hình 2.1: Đường kính tương đương của bấc thấm 27

Hình 2.2: Bấc thấm PVD 27

Hình 2.3: Sự cố kết do thoát nước theo phương đứng và xuyên tâm 31

Hình 2.4: Sơ đồ làm việc ống thoát nước PV với sức kháng thoát nước 33

Hình 2.5: Đường kính tương đương của ống thoát nước PV 34

Hình 2.6: Quan hệ giữa Fn và D/d w cho trường hợp lý tưởng 35

Hình 2.7: Ví dụ đường cong thiết kế cho trường hợp đơn giản 35

Hình 2.8: Hệ số xáo trộn (Fs) với các thông số cơ bản 36

Hình 2.9: Ước lượng giá trị hệ số sức kháng thoát nước ' r F 38

Hình 2.10: Các hình thức bố trí bấc thấm 40

Hình 2.11: Giá trị xấp xỉ của vùng xáo trộn xung quanh lõi bấc thấm 40

Hình 2.12: Xác định chiều dài bấc thấm 41

Hình 2.13: Ví dụ ảnh hưởng của các thông số đến t90 42

Hình 2.14: Một số hình ảnh thi công bấc thấm 46

Hình 2.15: Quy trình thi công bấc thấm 48

Trang 7

Hình 2.16: Quy trình lắp ghép bấc thấm 49

Hình 3.1: Giao diện phần mềm FoSSA (2.0) 54

Hình 3.2: Lựa chọn mô hình bài toán 55

Hình 3.3: Lựa chọn thông số tính lún 55

Hình 3.4: Lựa chọn thông số thiết kế PVD (bấc thấm) 56

Hình 3.5: Thông số tính cố kết của nền 56

Hình 3.6: Quan hệ của độ lún theo thời gian với khoảng cách bấc thấm c =1,0m 59

Hình 3.10: Quan hệ của độ lún theo thời gian với khoảng cách bấc thấm c =3,0m 61 Hình 3.11: Quan hệ của độ lún theo khoảng cách bấc thấm với Fs =0,5 62

Hình 3.12: Quan hệ của độ lún theo khoảng cách bấc thấm với Fs =1,0 63

Hình 3.17: Quan hệ của độ lún theo thời gian với H = 4m, L = 8m 69

Hình 4.1: Thiết bị đo lún 77

Hình 4.2: Một số hình ảnh quan sát lún 77

Hình 4.3: Thiết bị đo áp lực lỗ rỗng 78

Hình 4.4: Sơ đồ bô trí quan trắc lún mặt nền tại mặt cắt Km46+300 78

Hình 4.5: Biểu đồ độ lún của đất nền theo thời gian 89

Hình 4.6: Xác định độ lún cuối cùng theo phương pháp Asaoka 90

Hình 4.7: Tính toán độ lún cuối cùng của nền theo Asaoka 91

Hình 4.8: Biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian tại mặt cắt Km46+300 93

Trang 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3 - 1: Các thông số tính toán sử dụng trong nghiên cứu 53

Bảng 3 - 2: Các thông số của đất nền và đất đắp 53

Bảng 3 - 3: Bảng kết quả tính toán lún theo thời gian 57

Bảng 3 - 4: Bảng kết quả tính toán độ cố kết theo thời gian 58

Bảng 3 - 5: Bảng kết quả tính toán lún theo thời gian khi thay đổi chiều dày đất nền và chiều cao khối đắp 67

Bảng 3 - 6: Bảng kết quả tính độ cố kết theo thời gian khi thay đổi chiều dày đất nền và chiều cao khối đắp 68

Bảng 4 - 1: Bảng chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 73

Bảng 4 - 2: Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ΔS tại trục tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình: 76

Bảng 4 - 3: Kết quả quan trắc lún mặt nền tại mặt cắt Km46+300 79

Bảng 4 - 4: Các thông số tính toán sử dụng trong tính toán 91

Bảng 4 - 5: Các thông số của đất nền và đất đắp tại Km46+300 92

Bảng 4 - 6: Bảng tính độ lún theo thời gian tại Km46+300 92

Trang 9

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong thực tế xây dựng, nền móng công trình đóng vai trò quan trọng đối với

sự ổn định chung của cả công trình, theo thống kê nguyên nhân sự cố thì có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố công trình nhưng nguyên nhân chủ yếu vẫn là do quá trình xử lý nền công trình chưa hợp lý, tốc độ thi công quá nhanh so với độ cố kết đất nền Vì vậy, cần thiết phải có những công trình nghiên cứu tìm ra những giải pháp xử lý hiệu quả trong quá đầu tư xây dựng, cải thiện quá trình tính toán thiết kế với mục tiêu hạn chế tối đa các sự cố có thể xảy ra trong quá trình thi công, vận hành và sử dụng, đồng thời tiết kiệm được nguồn ngân sách mà vẫn mang lại hiệu quả cao

Một trong những giải pháp hiệu quả rút ngắn thời gian thi công là làm tăng nhanh tốc độ cô kết nền bằng cách sử dụng vật thoát nước đứng để gia cố nền khi xây dựng công trình trên nền đất yếu Giải pháp này được sử dụng rộng rãi ở các ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi vì vậy việc nghiên cứu đánh giá chính xác thêm các thông số tính toán thiết kế là việc làm rất cần thiết

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ xáo trộn đất khi dùng bấc thấm để thoát nước đất nền trong xây dựng công trình trên nền đất yếu” là một trong những nội dung cấp bách, thiết thực giải quyết các vấn đề tồn tại như đã nêu

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

a Mục tiêu: Đánh giá ảnh hưởng của mức độ xáo trộn đất nền khi cắm vật thoát nước đứng (PVD) đến tốc độ cố kết của đất nền, so sánh đối chiếu với kết quả quan trắc thực địa để hiệu chỉnh số liệu tính toán

b Nhiệm vụ: Phân tích tổng quan về các giải pháp xử lý nền khi xây dựng công trình trên nền yếu

- Nguyên tắc tính toán bấc thấm (PVD)

- Mô phỏng một số bài toán thực tế bằng phần mềm chuyên dụng

- Phân tích kết quả và kết luận

Trang 10

c Phạm vi nghiên cứu: Chỉ giới hạn nghiên cứu bấc thấm kết hợp gia tải trước

để xử lý nền đất yếu, không xét quá trình từ biến của đất

3 Các phương pháp nghiên cứu

- Thống kê tài liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu đã có về xử lý nền công trình, các ứng dụng tại Việt Nam và trên thế giới;

- Phân tích lý thuyết;

- Phân tích mô hình toán

Trang 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN

1.1 Giới thiệu chung:

Trong những năm gần đây, từ yêu cầu thực tế ở Việt Nam cũng như trên thế giới phải tiến hành xây dựng một số công trình như đê, đường giao thông, cầu, bãi chứa vật liệu, sân bay, bãi đỗ xe, trên nền đất trầm tích mềm yếu (công trình trên những vùng đầm lầy, gồm các loại đất bùn, đất sét yếu, đất hữu cơ có tính nén mạnh, chỉ tiêu kháng cắt nhỏ và thoát nước chậm, khó cố kết) và bị hạn chế về thời gian thi công đã thúc đẩy sự phát triển các biện pháp xử lý nền bằng các kỹ thuật mới mà các phương pháp truyền thống không thể giải quyết được Một trong các biện pháp truyền thống hay được áp dụng là nén trước bằng cách chất tải trên mặt nền, tuy nhiên, đối với loại đất nền quá yếu, tốc độ cố kết chậm, trong một số trường hợp yêu cầu chiều cao lớp đất chất tải trên mặt nền lớn, sẽ dẫn đến không đảm bảo yêu cầu ổn định và mái đắp bị trượt Để khắc phục nhược điểm này, biện pháp thoát nước đứng (PVD) để gia cường nền khi xây dựng công trình trên nền đất yếu là một giải pháp hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật, với giá thành rẻ hơn, rút ngắn thời gian cố kết, cải thiện sức chịu tải của nền, tăng nhanh tốc độ thi công công trình

1.2 Đặc điểm và phân loại nền đất yếu:

1.2.1 Đặc điểm của nền đất yếu:

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

Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của 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 hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong

Trang 12

phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp

là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu

Một số đặc điểm của nền đất yếu [2]: Sức chịu tải (0,5 ÷1kG/cm2); Đất có tính nén lún (a> 0,1 cm2/kG); Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0); Độ sệt ( B > 1); Mo đun biến dạng (E< 50kG/cm2); Khả năng chống cắt bé (ϕ, c), khả năng thấm nước nhỏ; Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G> 0,8

1.2.2 Các loại nền đất yếu thường gặp:

- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp;

- Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;

- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%);

- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy;

- Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt [2]

1.3 Các giải pháp xử lý nền đất yếu:

* Mục đích của xử lý nền là:

- Làm tăng sức chịu tải của nền đất;

- Cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số Modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất

- 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 [2]

Trang 13

Bất kỳ biện pháp xử lý nào nếu làm tăng được cường độ liên kết giữa các hạt đất và làm tăng được độ chặt của đất nền thì đều thoả mãn được ba mục đích trên Hiện nay có rất nhiều phương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu, nhưng nhìn chung có thể xếp chúng vào một số nhóm phương pháp sau [5]:

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

Phương pháp làm chặt đất trên mặt là một phương pháp cổ điển, đã được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp là dùng các thiết bị cơ giới như

xe lu, búa đầm, máy đầm rung, làm chặt đất Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng làm chặt đất gồm: độ ẩm, công đầm, thành phần hạt, thành phần khoáng hoá, nhiệt độ của đất và phương thức tác dụng của tải trọng Để làm chặt đất cần phải xác định được độ ẩm tốt nhất ứng với giá trị khối lượng thể tích khô lớn nhất

Đầm nén bề mặt là phương pháp đơn giản, có thể áp dụng cho cả công trình đất đắp mới lẫn nền tự nhiên Khi tác dụng tải trọng lên nền đất, chỉ một phần đất ở

độ sâu hạn chế tiếp nhận được ảnh hưởng này Một mặt, ảnh hưởng của tải trọng nhanh chóng tắt dần theo độ sâu, mặt khác tải trọng từ đầm nén là các tác động trong thời gian ngắn Giải pháp đầm nén trực tiếp bề mặt đất do đó được áp dụng chủ yếu trong nền đất nhân tạo (đất đắp mới), không phải là giải pháp thông dụng cho xử lý nền Trong một số trường hợp, hạng mục xây dựng chỉ chiếm diện tích nhỏ trên toàn bộ công trình thì lựa chọn giải pháp đầm nén cục bộ bề mặt là lựa chọn có tính khả thi cần xem xét Có thể nêu một số phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học sau đây:

1.3.1.1 Làm chặt đất bằng đầm rơi

Nội dung phương pháp

Dùng đầm là vật nặng rơi làm chặt đất, vật làm đầm thường làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gang, với khối lượng từ 2 đến 4 tấn, cho rơi từ độ cao 4 đến 5 mét

Trang 14

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí đầm xung kích

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp được sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới Chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đường kính, khối lượng và chiều cao rơi của vật đầm cũng như tính chất của đất Đạt hiệu quả kinh tế đối với cát có lẫn nhiều hạt bụi và đất hạt bùn.Thông thường, độ chặt của đất tăng lên ở những lớp đất phía trên và giảm đi ở những lớp đất phía dưới

1.3.1.2 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm lăn

*Nội dung phương pháp

Dùng đầm lăn, xe lu để làm chặt đất Phương pháp này thường được sử dụng khi làm đường giao thông Tuỳ thuộc vào trọng lượng xe lu và số lần đầm mà chiều sâu làm chặt đất có thể đạt (0,5÷0,6)m Khi dùng đầm lăn có mặt nhẵn, do chiều dày lớp đất được đầm nhỏ nên hiệu suất đầm thường thấp, chất lượng đầm không đều

Trang 15

Hình 1.2: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng đầm lăn

Phương pháp được sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới, tận dụng được toàn bộ đất nền thiên nhiên Đối với các công trình đắp bằng đất có quy mô lớn dùng đầm lăn mặt nhẵn là không hiệu quả Đối với các loại đất dính dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu quả cao hơn, chất lượng đầm đều hơn và tạo ra mặt nháp liên kết tốt giữa các lớp đất đầm với nhau Hiện nay, người

ta còn dùng đầm lăn bánh hơi để đầm chặt cả đất dính và đất rời Mức độ đầm chặt phụ thuộc vào số lượt đầm, chiều dày lớp đất đầm, áp suất bánh xe, tải trọng đặt trên xe, tốc độ di chuyển của xe cũng như độ ẩm và cấu tạo của đất Muốn đất được đầm chặt như nhau ở mọi nơi thì yêu cầu tải trọng đầm phải phân bố đều lên các bánh xe, không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải của đất tại các

vị trí đầm [ ]

1.3.1.3 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm rung

Dùng các chấn động tạo ra các dao động liên tục có tần số cao và biên độ nhỏ, làm cho tính toàn khối của đất bị phá hoại, các hạt cát di chuyển đến lấp những chỗ trống giữa các hạt có kích thước lớn hơn Tác dụng của đầm rung lớn nhất khi xảy

ra hiện tượng cộng hưởng khi mà tần số dao động của máy trùng với tần số dao động của đất đầm

Trang 16

Hình 1.3: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng đầm rung

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

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

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

Đối với các loại đất hạt rời (đất cát và đất đắp), khi chiều sâu lớn hơn 1,5m có thể dùng phương pháp chấn động và thuỷ chấn để nén chặt

Phương pháp này hiện nay được ứng dụng ở nhiều nước và có hiệu quả kinh tế

rõ rệt

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

1.3.2.1 Phương pháp nén chặt đất bằng chấn động

Để nén chặt đất cát ở dưới sâu, người ta thường dùng các loại đầm chùy có tần

số (2900÷3000) vòng/phút Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả nén chặt đất là gia tốc chấn động, độ ẩm của đất, khoảng cách giữa các vị trí đầm, tính đàn hồi của đất

và bán kính máy chấn động

Trang 17

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

1.3.2.2 Phương pháp nén chặt đất bằng thuỷ chấn

Vừa phun nước, vừa tạo chấn động tác dụng vào cát Khi đó lực dính giữa các hạt giảm đi, các hạt lớn sẽ lắng xuống còn các hạt nhỏ sẽ nổi lên, hình thành chuyển động xoắn ốc làm phát sinh cấp phối hạt mới và như vậy sẽ hình thành cấp phối tốt nhất của đất ở trạng thái nén chặt

Để thi công nén chặt đất bằng phương pháp thuỷ chấn, người ta đóng vào trong đất những ống thép đường kính (19÷25)mm và có đầu nhọn, phần ống dưới dài khoảng (50÷60)cm, có đục lỗ xung quanh với đường kính (5÷6)mm Lợi dụng sức nước cao áp để đưa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máy chấn động làm việc, nén chặt đất từ dưới lên trên, mỗi đoạn làm chặt thường (30÷40)cm trong khoảng thời gian (40÷120) giây Sau khi làm chặt được lớp thứ nhất thì lại nâng máy đầm lên làm chặt lớp thứ hai và như vậy lần lượt cho đến khi lên đến mặt đất

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

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

Đối với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét nhỏ nên quá trình cố kết của nền ở điều kiện bình thường cần rất nhiều thời gian, trong khi đó, các công trình xây dựng lại đòi hỏi phải thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu Do vậy, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thăng đứng kết hợp với biện pháp gia tải trước để làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

1.3.3.1 Phương pháp gia cố bằng giếng cát

Nguyên lý làm việc của giếng cát là, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, trong đất sẽ xuất hiện gradient thuỷ lực làm cho nước lỗ rỗng thoát ra theo phương ngang

Trang 18

về phía các thiết bị tiêu nước, sau đó chảy tự do theo phương đứng dọc theo thiết bị

về phía các lớp đất dễ thấm nước Như vậy, việc đặt các giếng cát có tác dụng làm tăng tốc độ thoát nước của đất và dẫn đến giảm thời gian hoàn thành cố kết

Giếng cát đóng vai trò thoát nước là chính nên gia cố nền bằng giếng cát thường phải đi kèm với biện pháp gia tải để nước thoát ra nhanh

Giếng cát được sử dụng rộng rãi để tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, làm cho nền có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún, rút ngắn thời gian chờ, thời gian thi công

1.3.3.2 Phương pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD)

Bấc thấm là thiết bị tiêu nước thẳng đứng chế tạo sẵn, gồm nhiều loại, có chiều rộng thường từ (100÷200)mm, dày từ (3÷5)mm Lõi của bấc là một băng chất dẻo được bọc bởi lớp vải địa kỹ thuật bằng polyester không dệt, bằng vải địa cơ propylene hoặc giấy tổng hợp có nhiều rãnh nhỏ để nước đưa lên cao nhờ mao dẫn

Hình 1.4: Máy chuyên dụng tự hành cắm bấc thấm

Để cắm bấc thấm vào nền đất, người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành Sau khi thi công bấc thấm, người ta cũng tiến hành gia tải nén trước giống như đối với giếng cát Để nước thoát ra dễ dàng từ đầu bấc thấm người ta thường phủ lên

Trang 19

phía trên mặt lớp đất yếu một lớp vải địa kỹ thuật và trên lớp vải này đắp một lớp cát hạt to là lớp thấm nước

Giống như phương pháp cọc cát, giếng cát, phương pháp bấc thấm hiện nay được sử dụng rộng rãi trong xử lý nền đất yếu để tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, làm cho nền nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún Tuy nhiên đòi hỏi thiết bị, công nghệ thi công kỹ thuật cao

1.3.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ

Phương pháp này đã được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp là dùng năng lượng của sóng nổ để nén chặt đất Người ta bố trí các quả mìn dài trong các giếng, phân bố theo mạng lưới tam giác đều và sâu hết chiều dày lớp đất yếu Phía trên các quả mìn người ta đổ cát thành đống hoặc đặt các thùng đựng cát không đáy Khi mìn nổ, năng lượng được tạo ra sẽ nén đất ra xung quanh, cát sẽ rơi xuống lấp đầy vào giếng vừa được tạo ra Sau đó, người ta tiếp tục đổ thêm cát vào giếng và đấm tới độ chặt yêu cầu

Phương pháp đòi hỏi công nghệ thi công kỹ thuật cao, giá thành tương đối cao nên ít được áp dụng để xử lý nền đất yếu

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

Trong những năm gần đây, việc kết hợp vải địa kỹ thuật và bấc thấm để xử lý nền đất yếu nhằm tạo ra biên thoát nước theo phương ngang đã được ứng dụng rộng rãi ở nước ta, nhất là trong gia cố nền đường giao thông, thủy lợi Tuỳ theo mục đích sử dụng, vải địa kỹ thuật có thể được dùng để: Làm chức năng như một mặt phân cách nước, làm chức năng như một vật liệu tiêu thoát nước

Khi xử lý nền là bùn hoặc than bùn quá yếu cần sử dụng lớp bọc vải địa kỹ thuật nằm dưới đệm cát thoát nước hoặc đất đắp để làm lớp bọc cho lớp lọc thoát

Trang 20

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính như

xi măng, vôi, bitum, nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình hoá lý và hoá học diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nền

1.3.6.1 Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi

Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm, làm giảm độ ẩm của đất và đóng vai trò là chất kết dính liên kết các hạt đất Khi tác dụng với nước, vôi chưa tôi có khả năng ngưng kết và đông cứng nhanh trong vòng (5÷10) phút Khi hydrat hoá, vôi chưa tôi có khả năng hấp phụ một khối lượng nước lớn (từ 32% đến 100% khối lượng ban đầu) nên nhanh chóng làm nền đất khô ráo, dẫn đến đất nền được nén chặt

Để gia cố nền đất yếu ở dưới sâu, người ta sử dụng cọc vôi hoặc cọc đất-vôi Vôi tác dụng với nước sẽ tăng thể tích nên tiết diện các cọc vôi sẽ tăng lên làm đất xung quanh cọc nén chặt lại Cọc đất-vôi, ngoài tác dụng làm tăng độ chặt của nền còn có độ bền nén, lực dính và góc ma sát trong khá lớn dẫn đến sức chịu tải tổng hợp của khối đất gia cố tăng lên

1.3.6.2 Gia cố nền bằng phương pháp trộn xi măng

Khi trộn xi măng vào đất sẽ xảy ra quá trình kiềm và sau đó là quá trình thứ sinh Quá trình kiềm là quá trình thuỷ phân và hydrat hoá xi măng, được coi là quá trình chủ yếu hình thành nên độ bền của đất gia cố Quá trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớn hydroxyt canxi, làm tăng độ pH của nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thúc đẩy quá trình thứ sinh

Ở điều kiện bình thường, các khoáng vật sét có thành phần hoá học chính là các ôxít nhôm và silic khá bền vững, khó bị hoà tan, song trong môi trường kiềm có độ

pH cao, chúng dễ bị hoà tan dẫn đến sự phá huỷ các khoáng vật Các ôxít nhôm và silic ở dạng hoà tan tạo nên một phần vật liệu gắn kết đông cứng và làm tăng cường

độ của hỗn hợp đất-xi măng Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài Đối với nền đất yếu ven biển xử lý theo phương pháp này là không phù hợp

Trang 21

1.3.6.3 Gia cố nền bằng phương pháp trộn bitum

Bitum là chất kết dính hữu cơ gồm các chất cacbuahydro khác nhau và các chất dẫn suất không kim loại như ôxy, lưu huỳnh và nitơ

Khi trộn bitum vào đất, bitum tác dụng chủ yếu với các hạt sét, còn các hạt bụi

và hạt cát nhờ có bitum mà được dính kết, tích tụ lại dưới dạng ổ hoặc thấu kính với hình dạng và kích thước khác nhau Bitum tác dụng với hạt sét tạo thành hỗn hợp hấp phụ lẫn nhau, có tính đàn hồi, có khả năng gắn chặt các hạt, kết quả là nhận được vật liệu mới bitum-đất liên kết bởi màng đàn hồi vật chất sét-bitum, ổn định đối với nước

Phương pháp gia cố đất bằng bitum thường được sử dụng gia cố nền đường giao thông có chiều dày gia cố nhỏ

1.3.6.4 Gia cố nền bằng keo polyme tổng hợp

Các chất polyme tổng hợp không có sẵn trong thiên nhiên, nó được tổng hợp

từ dầu mỏ, khí đốt, than đá, Phân tử của chúng gồm rất nhiều khâu, nối với nhau bởi liên kết hoá học, tạo nên những chuỗi xích có cấu trúc thẳng, phân nhánh và mạng ba chiều Keo polyme tổng hợp có tính bám dính cao, thời gian đông cứng nhanh Khi cho keo vào đất, các quá trình hoá lý, vật lý và hoá học phức tạp xảy ra giữa các hạt đất và keo, tạo thành chuỗi xích thẳng đi xuyên qua khối đất

Keo polyme tổng hợp thường được sử dụng để gia cố nền làm móng hay mặt đường giao thông với đất không chứa cacbonat và có độ pH nhỏ hơn 7

1.3.7 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng dung dịch

Phương pháp phụt dung dịch có tác dụng đảm bảo cho nền ổn định về cường

độ khi công trình chịu tải trọng ngang lớn hoặc tạo màng chống thấm phía dưới các công trình thuỷ công, làm giảm tính thấm và áp lực đẩy nổi của nước ngầm vào móng công trình Các dung dịch thường được sử dụng để gia có nền là dung dịch xi măng, dung dịch bitum và dung dịch silicát

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

Trang 22

1.3.7.1 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch vữa xi măng

Phun vào các lỗ rỗng của đất đá một lượng vữa xi măng cần thiết để sau khi đông cứng có tác dụng làm giảm tính thấm và tăng sức chịu tải của nền

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi đối với công trình thuỷ lợi, thích hợp với các loại cát, đất sỏi và các nền đá nứt nẻ, đặc biệt hiệu quả khi kích thước khe nứt lớn hơn 0,15mm, tốc độ thấm lớn hơn 0,1cm/s nhưng không vượt quá 0,22cm/s

Hình 1.5: Sơ đồ nền công trình phụt

vữa xi măng Hình 1.6: Biểu đồ để tra lượng vữa xi măng trong lỗ phụt 1.3.7.2 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch silicát:

Nếu nền đất và nền đá có độ lỗ rỗng và khe nứt nhỏ không thể sử dụng phương pháp phụt vữa xi măng thì người ta dùng phương pháp bơm hoá chất để gia

cố Chất hoá học thường dùng là natri silicát (thuỷ tinh lỏng Na2OnSiO2) và canxi clorua (CaCl2)

Phương pháp này sử dụng thích hợp nhất khi nền là:

- Cát khô và bão hoà nước, có hệ số thấm từ (2÷80) m/ngày đêm;

- Cát nhỏ và cát bụi, có hệ số thấm từ (0,5÷5) m/ngày đêm;

- Đất hoàng thổ có hệ số thấm từ (0,1÷2) m/ngày đêm

Trường hợp đất có thấm ướt các loại dầu mỡ, tạp chất của dầu hoả và khi nước ngầm có độ pH lớn hơn 9 thì không được sử dụng phương pháp này

γ

Trang 23

1.3.7.3 Phương pháp gia cố nền bằng nhựa bitum:

Phương pháp phụt nhựa bitum lạnh còn gọi là phương pháp dùng nhũ tương bitum để gia cố nền đất cát và đá gốc có khe nứt nhỏ Thường dùng nhũ tương bitum lỏng gồm 65% bitum, 35% nước và chất gây ra nhũ tương Bitum được nấu chảy trong nồi hơi đến nhiệt độ theo yêu cầu, sau đó được bơm vào ống phụt và dưới áp lực phụt, bitum sẽ thấm vào các lỗ rỗng hoặc khe nứt của đất đá

Phương pháp này sử dụng thích hợp trên các nền đá dăm, cuội, sỏi hoặc trong nền đá có nhiều khe nứt Hiện nay, trên thế giới người ta thường dùng hai phương pháp phụt nhựa bitum: phụt nhựa bitum nóng và phụt nhựa bitum lạnh Phương pháp phụt nhựa bitum nóng dùng thích hợp trong đá cứng nứt nẻ, hang hốc và trong cuội, sỏi Nhược điểm của phương pháp này là thiết bị thi công cồng kềnh, phức tạp, nhựa bitum sau khi lạnh bị giảm thể tích nên hạn chế trong việc ngăn ngừa biến dạng

6

5 3

4

220V 12V

2 1

1 thiết bị làm nóng (lanh) bitum; 2 bơm; 3 lỗ khoan; 4 ống phụt; 5 ống bọc lỗ khoan; 6 chất nhét kín bằng xi măng; 7 biến thế điện; 8 dây điện

Hình 1.7: Sơ đồ thiết bị thi công phụt nhựa bitum

Trang 24

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

1.3.8.1 Gia cố nền bằng phương pháp điện thấm

Cách tiến hành của phương pháp này là cắm vào trong đất dính bão hoà nước hai điện cực, cực dương là thanh kim loại, cực âm là ống kim loại có nhiều lỗ nhỏ Sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua, các hạt đất sẽ chuyển dịch về phía cực dương, còn nước trong đất sẽ chuyển dịch về phía cực âm Bố trí thiết bị hút nước tại cực âm thì lượng nước sẽ thoát ra đáng kể, làm tăng nhanh tốc độ cố kết, hạ thấp mực nước ngầm

Nếu đất có chứa muối và độ dẫn điện đơn vị lớn thì phương pháp này không kinh tế, công nghệ thi công phức tạp nên ít được sử dụng

1 cực âm; 2 cực dương; 3 phần cực âm có đục lỗ; 4 mốc đo; 5 khối đất nén chặt;

6 ống dẫn nước; 7 nguồn điện một chiều có điện thế 120V–220V

6 8

B¬m hót n−íc

5 3

1

Trang 25

1.3.8.2 Gia cố nền bằng phương pháp điện hoá học

Phương pháp này cũng dựa vào nguyên lý điện thấm, chỉ khác là người ta đưa vào đất qua cực dương các dung dịch hoá học như canxi clorua, natri silicát để khi

có dòng điện chạy qua, các điện cực sẽ bị phá huỷ và các sản phẩm phá huỷ liên kết với các hạt sét làm cho khối đất trở nên cứng lại và nước sẽ được thải ra ở cực âm

Nếu đất có hàm lượng muối lớn thì hiệu quả của phương pháp này sẽ cao Tuy nhiên đòi hỏi công nghệ thi công kỹ thuật cao nên ít được áp dụng

1.3.8.3 Gia cố nền bằng phương pháp nhiệt

Dùng nhiệt độ cao để gia cố đất bằng cách:

- Phụt qua lỗ khoan vào trong đất không khí nóng có nhiệt độ từ (600÷800)0C

- Đưa nhiên liệu cháy vào trong đất qua lỗ khoan và đốt ở nhiệt độ (1000÷1100)0C

Giống như phương pháp điện thấm và phương pháp điện hoá học phương pháp nhiệt yêu cầu thiết bị và công nghệ thi công phức tạp, chi phí lớn nên ít được ứng dụng vào thực tế

1 máy nén; 2 máy phụt; 3 bơm để chuyển khí nóng vào lỗ khoan;

4 đường ống dẫn khí; 5 bể chứa chất cháy lỏng; 6 thiết bị lọc

Hình 1.9: Sơ đồ bố trí thiết bị gia cường đất bằng nhiệt

21

Trang 26

1.3.9 Nhóm các phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc vôi, cọc đất-xi măng, cọc cát-xi măng-vôi

đất-1.3.9.1 Phương pháp gia cố bằng cọc cát

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

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

Nhược điểm của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát là: Tuỳ theo cấu trúc nền và độ sâu gia cố mà cọc cát có thể bị phá hoại theo các dạng khác nhau như: phình ra hai bên, cọc bị cắt hay bị trượt Khi mực nước ngầm trong nền dao động mạnh thì dưới áp lực của dòng thấm, cọc cát có thể bị gãy, trượt, các hạt cát di chuyển vào trong nền hoặc đi nơi khác làm rỗng chân cọc và thường sau một thời gian như vậy thì khả năng làm chặt đất của cọc cát bị giảm, cọc bị phá hoại dẫn đến khả năng chịu tải của đất nền bị giảm đi đáng kể

Hình 1.10: Sơ đồ bố trí cọc cát Hình 1.11: Sơ đồ bố trí cọc cát và phạm

vi nén chặt của đất

Trang 27

1.3.9.2 Phương pháp gia cố bằng cọc đất-vôi, đất-xi măng, cọc cát-xi măng-vôi

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

Cọc đất-vôi và đất-xi măng tuy có khả năng cải tạo đất nền tương đối tốt và tạo ra được cọc hỗn hợp có cường độ chịu tải cao hơn đất xung quanh cọc, nhưng

do hàm lượng vôi và xi măng đưa vào nền không lớn nên không có tác dụng nén chặt vùng đất xung quanh cọc

Hình 1.12: Sơ đồ máy thi công cọc vôi – đất Hình 1.13: Xử lý nền bằng cọc vôi – đất

1.3.10 Bệ phản áp:

Nội dung của phương pháp xử lý này là dùng các vật liệu địa phương như đất,

đá, cát đắp ở hai bên công trình để chống trượt do sự phát triển của vùng biến dạng dẻo gây ra

Trang 28

Bệ phản áp là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả khi xây dựng các nền đường, đê, đập, khi có điều kiện về không gian đất sử dụng Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chống thấm nước trên vùng đất yếu So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất bằng nhau sẽ có lợi hơn

do giảm được momen của các lực trượt nhờ tập trung tải trọng ở chân taluy

Tuy nhiên muốn cho bệ phản áp phát huy được hiệu quả để có thể xây dựng nền đắp một giại đoạn thì thể tích của nó phải rất lớn Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn hoặc trong lớp đất yếu xuất hiện nước có áp lực cao thì việc áp dụng biện pháp này

sẽ bị hạn chế Vì vậy phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ và phạm vi đắp đất không bị hạn chế

1.3.11 Tăng hệ số mái:

Trong thiết kế để đảm bảo an toàn cho công trình, cần phải tính toán, kiểm tra

ổn định cho công trình trong mọi điều kiện làm việc Hệ số mái đê được xác định thông qua tính toán, kiểm tra ổn định chống trượt của mái đê với các trường hợp khác nhau

Biện pháp tăng hệ số mái là một trong những biện pháp xử lý được áp dụng khi vật liệu đất đắp tại chỗ sẵn có, mặt bằng hay nền công trình đủ lớn để có thể mở rộng chân công trình

1.3.12 Phương pháp nén trước:

Đối với nền đất có tính nén lớn và biến dạng không đồng đều vượt quá giới hạn cho phép, đồng thời biến dạng lại xảy ra trong một thời gian dài, thì để đảm bảo cho công trình có thể sử dụng được ngay sau khi thi công, người ta có thể chọn biện pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh

Trước khi xây dựng công trình dùng các loại vật liệu (cát, sỏi, gạch, đá v.v…) chất đống lên mặt đất trong phạm vi xây dựng móng để gây ra một áp lực nén (gọi

là nén áp lực nén trước) tác dụng lên mặt nền làm cho đá nền bị lún do dó đất được chặt lại Khi đất nền đạt độ chặt yêu cầu, người ta dỡ áp lực nén trước rồi tiến hành

Trang 29

Phương pháp thường được dùng đối với đất sét và sét pha cát ở trạng thái chảy hoặc cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái bão hoà nước, phạm vi nền không lớn

Lớp gia tải được thi công theo từng lớp, thời gian và độ dày của mỗi lớp phải đảm bảo để nền đất luôn trong điều kiện ổn định

Khi thi công gia tải cần phải có biện pháp tạo đường thoát thuận tiện cho nước

lỗ rỗng thoát lên từ nền đất yếu, nước được ép và đẩy ra ngoài phạm vi nền đắp Phải đặt các mốc đo rồi tiến hành quan trắc độ lún, độ chuyển vị ngang và áp lực nước trong lỗ rỗng

Công tác dỡ tải được tiến hành theo từng lớp sau khi hết thời gian gia tải và độ lún của nền đất đạt được tương ứng với độ lún thiết kế

1.3.13 Phương pháp cố kết chân không:

Khi cần gia cố vị trí nền nào đó trước hết tạo một thảm cát dày khoảng (60÷80)cm trên nền đất bão hoà để tạo mặt bằng làm việc sau đó thực hiện theo trình tự sau:

- Cắm bấc thấm (PVD) có đường kính tương đương khoảng 5cm, bấc thấm này đóng vai trò là giếng giảm áp

- Lắp đặt hệ thống tiêu nước ngang ở khoảng cách gần nhau tại đáy của thảm cát

và có dùng công nghệ la de đặc biệt để kiểm tra duy trì chúng theo phương ngang

- Các thiết bị tiêu nước ngang theo hướng dọc và theo hướng ngang lại được nối với nhau

- Đào một con mương xung quanh vùng gia cố nền với chiều sâu trung bình khoảng 50cm bên dưới mực nước ngầm và cho đầy vữa Bentonite để làm kín chỗ giáp nối giữa đất nền và lớp màng phủ bên trên

- Các mối nối ngang được nối ra cạnh của ngoài của mương, các nối ngang này được đấu nối với các bấc thấm trong nền để giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền khi tạo chân không sau này

Trang 30

- Phủ lớp vải bạt kín hay màng nhựa lên toàn bộ bề mặt của nền cần gia cố, các mép màng nhựa được nối với mương đã đổ đầy Bentonite với mục đích làm kín Chú ý các mối nối giữa các tấm màng nhựa phải kín Sau khi các mép màng nhựa nối với mép kênh ở biên đã kín, người ta lấp tuyến kênh này đồng thời cho ngập nước để tăng thêm độ kín của màng phủ

- Các máy bơm chân không được nối với các đầu bấc thấm, trạm bơm chân không được thiết kế với loại máy bơm chân không chỉ cho phép hút khí và cả loại máy bơm hút cả nước và khí

Thực tế cho thấy mỗi giải pháp đều có ưu và nhược điểm Trong đó, theo tổng kết hiện nay giải pháp sử dụng phương pháp cố kết hút chân không là một giải pháp cho hiệu quả cao trong xử lý nền yếu cho xây dựng công trình dân dụng, giao thông

và thủy lợi bởi nó có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp nêu trên như thiết

bị thực hiện đơn giản, giá thành rẻ và phổ thông, thời gian thực hiện ngắn vì theo phương pháp này nước và khí được thoát ra khỏi cốt đất nhanh và triệt để, có thể áp dụng trên diện rộng đặc biệt là phù hợp với đê biển

1.4 Các biện pháp thi công để xử lý nền:

1.4.1 Nén chặt đất bằng cách hạ thấp mực nước ngầm:

Khi thi công các công trình ở những nơi có mực nước ngầm cao, có thể dùng biện pháp hạ mực nước ngầm để làm khô hố móng Khi hạ thấp mực nước ngầm thì đất trong phạm vi thay đổi mực nước ngầm sẽ được nén chặt lại do áp lực nén tăng lên tương ứng

Trong điều kiện tự nhiên, khi mực nước ở cao trình 1 thì tại cao trình 2 đất chịu áp lực thẳng đứng là:

P1 = γωh1 + γdnh2 (1.1) Khi hạ thấp mực nước ngầm đến cao trình 2 thì áp lực tại đó là:

P2 = γω(h1+h2) = γωh1 + γωh2 (1.2) Như vậy, P2 > P1 một lượng là:

ΔP = P2 –P1 = (γω – γdn)h2 (1.3) Trong đó:

Trang 31

γω: trọng lượng riêng của đất ở trạng thái tự nhiên có độ ẩm w

γdn : Trọng lượng đẩy nổi của đất ngập nước

Đất tự nhiên có trọng lượng riêng vào khoảng 1,8 – 2,0 T/m3 Vì thế theo công thức (1.3) , khi hạ thấp mực nước ngầm, áp lực nén thẳng đứng tăng lên vào khoảng 1 kg/cm2 ứng với độ hạ thấp mực nước ngầm là 10m Ngoài ra, khi hút nước để hạ mực nước ngầm thì đất còn chịu tác dụng của áp lực nước thủy động hướng xuống làm cho đất chặt thêm

Biện pháp này có thể dùng để nén chặt đất loại sét, đất cát bồi tích

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

Tốc độ thi công công trình về mặt cơ học là tốc độ tăng tải trọng lên nền đất Các đất sét yếu có độ rỗng và độ ẩm tự nhiên lớn thì sức chống cắt rất nhỏ, khi xây dựng trên các loại đất ấy có thể khống chế tốc độ thi công trong giai đoạn đầu để làm tăng sức chịu tải của nền

Theo lý thuyết cố kết thì quá trình lèn chặt đất dính bão hòa nước là quá trình ứng suất trung hòa (nt) giảm đi và ứng suất hiệu quả (pt) tăng lên Mặt khác, theo lý thuyết Coulomb thì cường độ chống trượt của đất tỷ lệ với pt:

Hình 1.14: Ảnh hưởng của tốc độ tăng tải đến tốc độ cố kết và cường độ chống cắt

Hình (1.14) là ví dụ của giáo sư N.A.Denixov minh họa về ảnh hưởng của tốc

độ tăng tải trọng đến tốc độ cố kết và cường độ chống cắt của đất:

Hình a biểu thị tốc độ thi công (σ~t)

Hình b là quan hệ giữa độ rỗng của đất và áp lực (n ~σ)

Trang 32

Hình c là quan hệ giữa cường độ chống cắt của đất và áp lực (τ ~σ)

Theo lý thuyết cố kết, nếu tăng tải đột ngột từ trị số áp lực 0 đến áp lực σc (đường 1a) thì nước trong lỗ rỗng của đất chưa kịp thoát ra, nền đất chưa bị nén chặt, nên sự thay đổi độ rỗng và cường độ chống cắt được biểu thị bằng đường 1b

và 1c Nếu tăng tải trọng đều trong suốt thời gian thi công đường 2a thì tính nén và cường độ chống trượt của đất được biểu thị tương ứng bằng đường 2b và 2c Đối với đất sét yếu, lượng ngậm nước cao, nên tăng tải theo đường 3a, thời gian đầu thi công chậm để cho mức độ cố kết tăng lên tương ứng với độ tăng áp lực Sau khi đạt đến trị số σt , độ cố kết của đất nền đã khá cao, cường độ chống cắt khá lớn thì bắt đầu tăng nhanh tốc độ thi công (đường 3b và 3c)

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

Một trong những nguyên nhân gây ra chênh lệch lún giữa các bộ phận của công trình là do nền đất không đồng nhất ( theo mặt bằng) Đối với những công trình rộng thì nguyên nhân này thường là phổ biến Trong trường hợp này cần phải nghiên cứu lát cắt địa chất và lợi dụng quá trình thi công để xử lý nền Về nguyên tắc , những bộ phận công trình nằm trên phần nền có tính nén lớn thì cần thi công sớm hơn Cần theo dõi sự tiến triển lún của các bộ phận này để bắt đầu thi công những bộ phận tiếp giáp Phương pháp này được áp dụng rất có hiệu quả khi thi công đê, đập đất , đập đất đá hỗn hợp Trong thực tế có những đoạn giữa nền đập đất thuộc loại bùn có độ lún tính toán lớn còn ở hai đầu thì nền tốt nến độ lún nhỏ thì người ta quyết định thay đổi trình tự thi công như sau: đắp đất đoạn giữa trước sau đó mới đắp hai đầu Sau khi thi công, bằng quan trắc thực tế người ta chứng minh biện pháp này có hiệu quả tốt

Đối với công trình có móng cứng cần kết hợp với biện pháp làm khe lún

Trang 33

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Khi xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu, điều cần thiết

là phải kiểm tra khả năng chịu tải và độ lún của nó

Do vậy, muốn bảo đảm sự an toàn của các công trình xây trên nền đất yếu, yêu cầu cần phải có những biện pháp xử lý đối với phần kết cấu bên trên công trình cũng như đối với phần đất nền dưới móng Các phương pháp xử lý nền đất yếu nêu trong phần tổng quan được ứng dụng nhiều trong thực tế

Giải pháp hiệu quả rút ngắn thời gian thi công là làm tăng nhanh tốc độ cô kết nền bằng cách sử dụng vật thoát nước đứng để gia cố nền khi xây dựng công trình trên nền đất yếu là một biện pháp hiệu quả, trong thời gian gần đây được sử dụng rộng rãi ở các ngành xây dựng, giao thông, thủy lợi

Tuy nhiên, việc tính toán lý thuyết và kết quả thực tế còn nhiều sai khác Nguyên nhân là do độ chính xác của giải pháp này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng như: Khoảng cách bấc thấm, chiều sâu bấc thấm, sức kháng thoát nước

và đặc biệt là mức độ xáo trộn đất xung quanh bấc thấm khi cắm bấc thấm Vì vậy,

việc trong nội dung luận văn chọn “Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ xáo trộn đất

khi dùng bấc thấm để thoát nước đất nền trong xây dựng công trình trên nền đất yếu” góp phần giải quyết bài toán thực tiễn trong xây dựng công trình

Trang 34

cơ giới nhanh; thoát nước lỗ rỗng tốt hơn; giá thành rẻ hơn giá thành giếng cát Tính toán thiết kế xử lý nền bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng là bài toán phức tạp vì hiệu quả làm việc của bấc thấm phụ thuộc nhiều tham số có liên quan đến quá trình thiết kế, thi công Vì vậy nghiên cứu của luận văn này có ý nghĩa quan trọng để có thể lựa chọn được các tham số thiết kế tối ưu hơn, tăng hiệu quả của giải pháp công trình

2.2 Khái quát thiết bị thoát nước thẳng đứng

Thiết bị thoát nước thẳng đứng [22], ví dụ bấc thấm, thường có bề rộng khoảng 10-20cm, bề dày từ 3-5mm Lõi của bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để nước do mao dẫn đưa lên cao và đỡ vỏ bọc ngay cả khi áp lực lớn Vỏ bấc thấm là lớp vải địa kỹ thuật, lớp vải được chế tạo bằng Polyeste không dệt hay giấy vật liệu tổng hợp Nó là hàng rào vật lý phân cách lòng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh, và là bộ lọc hạn chế cát hạt mịn đi vào lõi làm tắc thiết bị

Đường kính tương đương của bấc thấm có dạng dải băng mỏng, dw, được xem như đường kính của bấc thấm hình tròn có cùng năng lực thoát nước hướng tâm lý thuyết như của bấc thấm hình dải băng mỏng có chiều rộng a và chiều dày b (Hình 2.1)

Trang 35

Có thể cắm vào trong nền đất bão hoà cần gia cố ở các độ sâu khác nhau

Loại bấc thấm dùng phổ biến hiện nay là loại bấc thấm có mặt cắt ngang dạng chữ nhật bao gồm một lớp vỏ bằng vải địa kỹ thuật bao ngoài lõi nhựa rỗng Lớp vỏ

áo thường làm dưới dạng nhựa tổng hợp mỏng không dệt hoặc vải địa kỹ thuật nhựa tổng hợp và đóng vai trò như lớp lọc

Hình 2.2: Bấc thấm PVD

Trang 36

bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát

tự do ra ngoài

Với đất nền hay một dự án cụ thể, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thoát nước của bấc thấm Nhưng có thể nhóm lại thành 2 nhóm yếu tố ảnh hưởng: ảnh hưởng của vật liệu làm bấc thấm và các đặc tính đất nền, ảnh hưởng của thiết bị thi công và phương pháp thi công Vì thế mà các tiêu chuẩn lựa chọn bấc thấm, các đặc tính của nó và biện pháp thi công sẽ được trình bày ở phần sau

2.4 Nguyên tắc tính toán bấc thấm

2.4.1 Mục đích:

Mục đích chính của nén trước đất có hoặc không kết hợp với các ống thoát nước chế tạo sẵn (PV),[22] là để đạt được độ cố kết thiết kế trong một khoảng thời gian xác định Khi tiến hành nén trước có kết hợp với các ống thoát nước PV thì cần phải có đánh giá đúng về khả năng thoát nước cũng như các đặc tính của đất (bao gồm cả đánh giá chúng riêng lẻ và đánh giá chúng khi cùng trong hệ thống) cũng như đánh giá được các ảnh hưởng khi lắp đặt các thiết bị vào trong đất

Trong trường hợp bài toán cố kết một hướng và không có ống PV, sự cố kết chỉ được xem xét theo một hướng thoát nước tự nhiên (phương đứng) Khi đó độ cố kết có thể được xác định bằng tỷ số giữa độ lún tại thời điểm tính toán so với tổng

độ lún ổn định (có thể hoặc có khả năng đạt được) Tỷ số này được ký hiệu là U gọi

là độ cố kết trung bình

Với định nghĩa trên, cố kết một hướng chỉ được xem là kết quả của quá trình thoát nước theo phương đứng Tuy nhiên lý thuyết về cố kết thấm có thể được áp dụng trong cho cả trường hợp thấm ngang cũng như thấm xuyên tâm Tùy thuộc

Trang 37

vào các điều kiện biên mà quá trình cố kết có thể xảy ra theo phương đứng, ngang hoặc đồng thời Độ cố kết trung bình U có thể được tính theo phương ngang, đứng hoặc đồng thời theo cả hai phương tùy theo điều kiện cụ thể

Khi có các ống thoát nước đứng, độ cố kết toàn phần trung bình U là sự kết hợp ảnh hưởng sự thấm theo phương ngang (xuyên tâm) và sự thấm theo phương đứng Nó được tính theo:

U = − −1 (1 U h)(1−U v) (2.1) Trong đó:

2.4.2 Các biểu thức thiết kế:

Việc thiết kế các ống thoát nước PV [22] yêu cầu cần phải dự đoán được mức

độ tiêu tán của áp lực dư kẽ rỗng do hiện tượng thấm hướng tâm vào ống thoát nước đứng cũng như đánh giá được vai trò của sự thấm theo phương đứng

Giải pháp đầy đủ đầu tiên cho vấn đề thấm xuyên tâm đã được đưa ra bởi Barron, ông đã nghiên cứu lý thuyết về ống thoát nước đứng bằng cát Hệ thức mà ông đưa ra dựa trên giả thiết của Terzaghi về cố kết thấm một hướng Phụ lục A là những vấn đề phân tích của Barron và các chú thích về biểu thức rút gọn của ông Đây là biểu thức được ứng dụng rộng rãi nhất trong các phân tích của Barron, nó cung cấp các quan hệ theo thời gian giữa các thông số: đường kính ống thoát nước

Trang 38

t - Thời gian yêu cầu để đạt được độ cố kết trung bình U h

U h- Độ cố kết trung bình theo phương ngang

D - Đường kính hình trụ bao đất bao quanh ống thoát nước PV hình thành sau khi lắp ống (vùng ảnh hưởng thấm)

Ch - Hệ số cố kết theo phương ngang

F(n) - Hàm số của yếu tố khoảng cách ống

F(n) = ln(D/d) – 3/4

d : Đường kính của ống thoát nước PV qui đổi

Chú ý: Các giả thiết trong lý thuyết thấm một hướng, hệ thức trên sau này còn giả sử:

+ Bản thân ống thoát nước thấm vô hạn (không hạn chế khả năng thấm)

Trang 39

Hình 2.3: Sự cố kết do thoát nước theo phương đứng và xuyên tâm

Cho dòng thấm theo phương đứng trong tầng sét có chiều dày h, thoát nước hai mặt

Cho dòng thấm hướng vào tâm ống thoát nước trong trụ sét với các giá trị n khác nhau “Giai đoạn sau Barron, 1948”

+ Bỏ qua ảnh hưởng bất lợi đến khả năng thấm của đất và các đặc tính cố kết của quá trình lắp đặt ống thoát nước (bỏ qua ảnh hưởng của vùng xáo trộn) Hansbo đã cải tiến công thức (2.2) để áp dụng với ống thoát nước đúc sẵn PV và xét đến các ảnh hưởng gây cản trở dòng thấm của vùng xáo trộn Lý luận và các điều kiện của Hansbo dựa trên phân tích về lý thuyết Công thức chung cuối cùng là:

1

1 ln(

) )(

8 /

h r

s n h

U F

F F C D t

− +

+

t - Thời gian cần thiết để đạt độ cố kết U

h

U - Độ cố kết trung bình tại độ sâu z khi xét thoát nước theo phương ngang

D - Đường kính hình trụ ảnh hưởng của ống thoát nước

Ch - Hệ số cố kết theo phương ngang

F(n) - Hàm số ảnh hưởng của khoảng cách giữa các ống thoát nước

F(n) = ln(D/dw) – 3/4 (2.4)

dw - Đường kính tương đương (xem chi tiết trong các phần tiếp theo)

Fs - Hàm số do xáo trộn đất

Fs = ((kh/ks) – 1)ln(ds/dw) (2.5)

Trang 40

kh - Hệ số thấm theo phương ngang trong vùng đất không bị xáo trộn

ks - Hệ số thấm theo phương ngang trong vùng đất bị xáo trộn

ds - Đường kính của vùng xáo trộn xung quanh ống thoát nước

z - Khoảng cách bên dưới so với lớp đất gia tải

L - Chiều dài thoát nước hiệu quả: Là chiều dài của ống thoát nước với sơ đồ thoát nước một mặt, là một nửa chiều dài ống khi thoát nước hai mặt

qw - Lưu lượng thấm nước (khi gradien bằng 1)

2.4.3 Trường hợp lý tưởng

Công thức (2.3) có thể được đơn giản hóa thành ‘trường hợp lý tưởng’ bằng cách bỏ qua ảnh hưởng của sự xáo trộn đất và tính kháng nước của ống thoát nước (Fs = Fr = 0) Thay vào (2.3) ta có hệ thức trong trường hợp lý tưởng như sau:

2

( / 8 ) ( ) ln(1/ (1h h))

Trong trường hợp này, thời gian để đạt được đến độ cố kết nhất định đơn giản

là hàm số của các đặc tính của đất (ch), các chỉ tiêu thiết kế (U h ) và các biến số thiết

kế (D, dw)

Lý thuyết về cố kết đất khi có thoát nước xuyên tâm giả thiết rằng đất được thoát nước bằng một ống thoát nước đứng có mặt cắt ngang hình tròn Hệ thức tính toán cố kết trong trường hợp này sẽ gồm cả đường kính ống thoát nước d Vì vậy một ống thoát nước chế tạo sẵn dạng dải sẽ được gán một đường kính tương đương

dw Đường kính tương đương của ống thoát nước chế tạo sẵn dạng dải được định nghĩa là đường kính của ống thoát nước hình tròn với các đặc trưng về thấm xuyên tâm tương tự như của ống thoát nước qui đổi Trong hầu hết các trường hợp người

ta có thể giả sử là dw không phụ thuộc vào các điều kiện trên mặt, các đặc tính của đất và ảnh hưởng do lắp đặt ống Có thể coi dw là hàm số của kích thước và hình dạng ống

Với các mục tiêu thiết kế, công thức xác định đường kính tương đương sau có thể coi là hợp lý:

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	4,29 MB