Nghiên cứu giải pháp dùng cọc xi măng đất để xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu cho một số công trình khu vực cần thơ

Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng cọc xi măng đất .... 85 4.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng cọc xi măng đấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

PHẠM LÊ THANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG CỌC XI MĂNG ĐẤT ĐỂ XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH

KHU VỰC CẦN THƠ

CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :PGS TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng……năm 2013

- -

Tp HCM, ngày……tháng… năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Phạm Lê Thanh Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 06/9/1989 Nơi sinh : TP Cần Thơ

Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng MSHV : 11864452

Chương 1 : Các giải pháp xử lý đoạn lún đường dẫn vào cầu

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng cọc xi măng

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2013

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/6/2013

V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Ghi đầy đủ học hàm, học vị ) :

PHÓ GIÁO SƯ – TIẾN SĨ VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH Ngày tháng năm 2013

TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho học viên gửi đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Địa Cơ Nền Móng lòng biết ơn sâu sắc vì sự tận tình mà quý Thầy Cô đã hướng dẫn và truyền đạt cho học viên những kiến thức quý báu trong các học kỳ vừa qua Học viên xin bày tỏ lòng biết

ơn chân thành

Học viên xin chân thành cám ơn Thầy PGs Ts Võ Phán, người Thầy đã hết lòng

giúp đỡ và hướng dẫn học viên trong thời gian học tập tại trường, Thầy đã hỗ trợ học viên rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu và những lời động viên quý báu trong quá trình học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Học viên xin chân thành cám ơn các Thầy PGs.Ts Châu Ngọc Ẩn, Ts Lê Bá

Vinh, Ts Bùi Trường Sơn, Ts Nguyễn Minh Tâm, Ts Lê Trọng Nghĩa, Ts Trần Xuân Thọ, Ts Trần Tuấn Anh đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề, tạo điều kiện tốt

nhất cho học viên học tập và nghiên cứu, luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho học viên nhiều tư liệu quan trọng và cần thiết, giúp học viên giảm bớt rất nhiều khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn

Học viên xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng

Đào tạo Sau Đại học và bạn bè, gia đình đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi

cho học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 6 năm 2013

Học viên thực hiện

Phạm Lê Thanh

TÓM TẮT

Trong những năm gần đây, khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long nói chung và khu vực Cần Thơ - Hậu Giang nói riêng, một trong những vấn đề nan giải của mạng lưới giao thông đường bộ là sự lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất yếu Đặc điểm của đất yếu là có sức chống cắt nhỏ, độ nén lún lớn và hệ số thấm nhỏ Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý hiệu quả và kinh tế đối với vấn đề này Luận văn này trình bày cấu tạo, quan điểm tính toán cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật và qua đó đưa ra phương pháp xử lý lún lệch giữ đường dẫn và mố cầu Ngoài ra, trình bày cơ chế truyền tải của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất Phần tính toán áp dụng thực tế đối với đường dẫn cầu Xà No, kiểm tra lại bằng việc

mô phỏng đường dẫn bằng phần mềm Plaxis

ABSTRACT

In the recent years, in the Mekong Delta general, in Can Tho and Hau Giang areas particular, one of the problem of road network is the unequal settlement between the approach roadway and bridge abutment on soft soil Characteristics of the soil are very small shear, compression major subsidence and small permeability Soil cement pile is one of the most effective and economical treatment for this problem This paper presents the structure, perspective calculate soil cement pile and geotextile and thereby provide treatment difference settlement kept approach roadway and abutments In addition, the present transmission mechanism of soft soil reinforcement method soil cement pile The actual calculation applied to the approach roadway away from it, checked by simulation approach roadway using PLAXIS software

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu, hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lập với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn thu thập chính xác rõ ràng

Cần Thơ, ngày 19 tháng 6 năm 2013

Phạm Lê Thanh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Nhiệm vụ của luận văn bao gồm 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5 Hạn chế của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ LÚN ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU 4

1.1 Tổng quan về lún lệch đường dẫn vào cầu 4

1.2 Đánh giá về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu 4

1.3 Một số giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất yếu hiện nay 5

1.4 Giới thiệu chung giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng cọc đất xi măng 5

1.5 Cọc xi măng đất 6 1.5.1 Giới thiệu chung 6

1.5.2 Các kiểu bố trí cọc xi măng đất 8

1.5.3 Công nghệ thi công 9

1.5.4 Trình tự thi công cọc xi măng đất 10

1.5.5 Công tác thí nghiệm cọc xi măng đất 10

1.6 Những biện pháp thông dụng để xử lý nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu hiện nay 10

1.6.1 Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vải địa kỹ thuật 10

1.6.2 Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi: 12

1.6.3 Sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc bêtông cốt thép : 13

1.6.4 Cọc bêtông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật : 14

1.7 Một số công trình ứng dụng cọc xi măng đất ở nước ta 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀ MỐ CẦU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT 18

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc xi măng đất 18

2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc 19 2.1.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương 19

2.1.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á 20

2.1.4 Tính toán biến dạng 21

2.1.5 Tính toán các thông số cọc xi măng đất 23

2.1.6 Kiểm tra ổn định 24

2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu bằng cọc xi măng đất 26

2.2.1 Độ lún của mố cầu 26

2.2.2 Độ lún của nền đường đã được gia cố bằng cọc xi măng đất 28

2.3 Nhận xét 29

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XI MĂNG TỐI ƯU KHI TRỘN VỚI ĐẤT KHU VỰC CẦN THƠ 31

3.1 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nền 31

3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng 31

3.2.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư 31

3.2.2 Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng, nước làm thí nghiệm 32

3.2.3 Phương pháp thí nghiệm 34

3.2.4 Đúc mẫu và dưỡng hộ 36

3.2.5 Trình tự thí nghiệm 37

3.2.6 Tiến hành thí nghiệm nén đơn trục 37

3.2.7 Kết quả thí nghiệm 38

3.3 Nhận xét 42

3.4 Kết luận chương: 43

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀ MỐ CẦU XÀ NO 44

4.1 Giới thiệu chung: 44

4.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 47

4.1.2 Địa tầng và đặc tính cơ lý của các lớp đất của nền đường dẫn 47

4.1.3 Đặc điểm địa chất động lực 51

4.1.4 Đặc điểm thủy văn, địa chất thủy văn 51

4.2 Xác định độ lún của mố cầu 51

4.2.1 Số liệu tính toán 51

4.2.2 Độ lún mố cầu 53

4.3 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng cọc xi măng đất 56

4.3.1 Số liệu tính toán 56

4.3.2 Tính toán thiết kế cọc xi măng đất cho đoạn 1 giáp mố cầu ( sử dụng 57

4.3.3 Tính toán thiết kế cọc xi măng đất cho đoạn 2 ( sử dụng “Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á”) 67

4.3.4 Tính toán thiết kế cọc xi măng đất cho đoạn 3 ( sử dụng “Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á”) 75

4.3.5 Tính toán lựa chọn vải địa kỹ thuật gia cường cho cả đoạn đường dẫn 85

4.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng cọc xi măng đất theo phương pháp phần tử hữu hạn 87

4.4.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 87

4.4.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 87

4.4.3 Mô hình phần tử hữu hạn 88

4.5 Nhận xét 94

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

KẾT LUẬN 97

KIẾN NGHỊ 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC

HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 3.8: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ ximăng/đất

Hình 3.9: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ ximăng/đất

BẢNG BIỂU

Bảng 3.4 Chế bị mẫu đất trộn và xi măng theo hàm lượng ở tuổi 7,14 và 28 ngày 35

Bảng 3.6: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M1, M2, M7, M8, M13, M14, M19,

Bảng 3.7: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M3, M4, M9, M10, M15, M16, M21,

Bảng 3.8: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M5, M6, M11, M12, M17, M18, M23,

Bảng 4.14: Độ chênh lệch lún của đoạn 1 đường dẫn theo giải tích và mô phỏng 95

Bảng 4.15: Sự thay đổi của độ lún nền đường dẫn khi chiều dài, đường kính,

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ult

xung quanh cọc xi măng đất

quanh cọc xi măng đất

xung quanh cọc xi măng đất

cọc xi măng đất

gia cố

gia cố

Lcol (m) : chiều dài cọc

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

- Hiện nay, đối với khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói chung , khu vực TP Cần Thơ nói riêng thì các công trình xây dựng tăng cả về quy mô, số lượng và chất lượng Tuy nhiên, đất nền ở khu vực này chủ yếu là đất yếu có sức chịu tải thấp và

độ lún lớn nên nhu cầu cấp thiết được đặt ra hiện nay là gia cố nền đất dưới công trình nhằm tăng sức chịu tải và giảm độ lún của công trình, đặc biệt là cho các nền kho chứa, đường dẫn vào cầu, sân bay, Công trình được xây trên nền đất yếu ở khu vực này, việc ước lượng độ lún theo thời gian đóng vai trò rất quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng và nâng cao tuổi thọ của công trình

- Đối với riêng mảng xây dựng cầu đường, công trình sau thời gian thi công và đưa vào sử dụng , do quá trình cố kết thấm, công trình bị lún theo thời gian và bị biến dạng gây ra hậu quả nghiêm trọng trong quá trình sử dụng Trong đa số các trường hợp, độ lún không đồng đều trong phạm vị cục bộ giữa mố cầu và đường dẫn vào cầu có thể dẫn đến phá hoại điều kiện làm việc của công trình

- Đối với đất yếu, có nhiều biện pháp để gia cố nền đất yếu nhằm làm sự lún lệch giữa mố cầu và đường dẫn không chênh lệch quá mức cho phép ở đường dẫn vào cầu như : phương pháp cọc đất trộn xi măng, phương pháp gia tải trước kết hợp

sử dụng cọc cát và bấc thấm, phương pháp dùng sàn giảm tải, phương pháp cống hộp Đây là một số biện pháp phát huy được nhiều ưu điểm, phù hợp với điều kiện đất yếu thực tế ở khu vực Cần Thơ đem lại hiệu quả kinh tế cao

- Với mục đích đề ra phương pháp xử lý vấn đề lún lệch giữa đường dẫn vào

cầu và mố cầu, tôi xin đơn cử đề tài: “Nghiên cứu giải pháp dùng cọc xi măng

đất để xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu cho một số công trình khu vực Cần Thơ”

2 Nhiệm vụ của luận văn bao gồm

- Tổng quan các giải pháp dùng cọc xi măng đất để xử lý lún lệch của nền đất yếu giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu

- Thí nghiệm nhằm xác định được hàm lượng xi măng cần thiết kết hợp với đất yếu đạt cường độ và sức chống cắt tốt nhất, từ đó ứng dụng cho việc xử lý , gia tăng

ổn định cho nền đất yếu của công trình cụ thể

- Từ các thông số độ dài, đường kính, khoảng cách cọc xi măng tác giả ước lượng độ lún của đường dẫn vào cầu gia cố bằng cọc xi măng từ đó so sánh với độ lún của mố cầu

- Ứng dụng tính toán, mô phỏng bằng phần mềm Plaxis có sử dụng phương pháp gia cố nền đường dẫn đoạn sát mố cầu bằng cọc xi măng cho công trình cụ thể

3 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến độ lún lệch của nền đường dẫn đã được gia cố bằng cọc xi măng đất đó đưa ra được các lựa chọn thích hợp để thiết kế và ước lượng độ lún của nền đường dẫn

- Nghiên cứu thực nghiệm: Chế bị mẫu thử và thử nghiệm tìm ra kết quả tối ưu hàm lượng đất – xi măng theo độ ẩm và thời gian Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm đồng thời ứng dụng kết quả vào tính toán sức chịu tải của cọc xi măng đất

và độ lún nền đường dẫn thực tế ở địa phương

- Nghiên cứu mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng tính toán công trình cụ thể

4 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

- Công nghệ cọc xi măng đất được ứng dụng trong việc gia cố nền đường dẫn đã

giải quyết vấn đề chống lún cục bộ, lún không đều cho nền đường dẫn

- Nghiên cứu này sử dụng như một tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư thiết kế

và chủ đầu tư trong việc tính toán lựa chọn phương án xử lý nền đất yếu tại khu vực

Cần Thơ, đồng thời công nghệ thi công đơn giản, an toàn, tiết kiệm và mang lại hiệu quả kinh tế cao

5 Hạn chế của đề tài

- Phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu đến trường hợp tải trọng tĩnh, chưa tính đến trường hợp động đất và các yếu tố chất lượng của cọc xi măng đất

- Thí nghiệm trộn đất – xi măng chỉ giới hạn ở một độ ẩm nhất định

- Thời gian nghiên cứu đề tài còn ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm của bản thân còn nhiều hạn chế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ LÚN

ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU

1.1 Tổng quan về lún lệch đường dẫn vào cầu

Nền đất đắp là một trong những loại công trình phổ biến mà chúng ta thường gặp Trong công cuộc xây dựng và phát triển kinh tế xã hội của nước ta hiện nay, khối lượng các công trình xây dựng trên nền đất yếu đã gia tăng một cách đáng kể trong phạm vi cả nước nói chung và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói riêng Các vấn đề liên quan tới ổn định, biến dạng của nền đắp trên nền đất yếu là những điều cần được quan tâm trước tiên Do những thiếu sót của công tác khảo sát, thiết kế hoặc thi công dẫn tới nền đường thường xuyên bị hư hỏng ngay trong giai đoạn thi công và sau khi xây dựng công trình hoặc đã đưa nó vào sử dụng Hiện nay hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu gần như xuất hiện ở tất cả các công trình cầu trên nền đầt yếu trên phạm vi cả nước, việc xử lý hậu quả do những hư hỏng vì nền đắp bị mất biến dạng không kiểm soát được thường rất phức tạp và tốn kém, chưa kể những hư hỏng này đôi khi còn gây ra những hậu quả ngoài mong muốn

1.2 Đánh giá về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu

- Đối với khu vực đồng bằng Sông Cửu Long tính tới nay đã xây dựng hàng nghìn cây cầu phục vụ nhu cầu qua lại của người dân trong vùng và phát triển kinh

tế trong khu vực Gần như toàn bộ công trình cầu xây dựng trong khu vực này là xây dựng trên nền đất yếu Đặc điểm của nền yếu là khả năng chịu tải của đất nền thấp, biến dạng lớn và kéo dài, độ thấm nước tương đối nhỏ, độ nén lún lớn

- Theo thống kê năm 2005 của Sở Giao Thông Công Chính thành phố Hồ Chí Minh có tổng số 61 cầu bị lún ngay ở vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu với

mố Các cầu thường xuyên phải duy tu đắp bù lún hằng năm như cầu Phú Xuân thuộc địa bàn Quận 7, cầu Đỏ thuộc Quận Bình Thạnh, cầu Bình Triệu 2, Quận Bình Thạnh, cầu Đinh Bộ Lĩnh hằng năm phải đắp bù lún hằng 5÷7cm Đặc biệt cầu

Văn Thánh 2 thì liên tục phải bù lún, mỗi lần lên tới cả vài chục centimet

- Hiện tượng lún lệch nền đường dẫn đầu cầu có thể do một số nguyên nhân

cơ bản sau đây :

+ Do tài liệu khảo sát địa chất công trình không chính xác

+ Do nhà thầu tư vấn

+ Do nhà thầu thi công

1.3 Một số giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất yếu hiện nay

- Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vãi địa kỹ thuật

- Giếng cát gia tải trước

- Bấc thấm

- Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi

- Sàn giảm tải BTCT trên hệ cọc BTCT

- Cọc BTCT kết hợp vãi địa kỹ thuật

- Cọc xi măng đất kết hợp vãi địa kỹ thuật (phương pháp được tác giả nghiên cứu trong luận văn này)

1.4 Giới thiệu chung giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng cọc đất xi măng

- Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng xi măng hoặc chất liên kết vô

cơ tương tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất không gia

cố Phương pháp hình thành cọc trộn đất với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều đất với vật liệu kết dính

- Quá trình ninh kết hỗn hợp đất – xi măng sẽ phát sinh nhiệt, một phần nước xung quanh sẽ bị hút vào quá trình thuỷ hoá, một phần nước khác sẽ bị bóc hơi do nhiệt Hiện tượng này làm cho đất xung quanh cọc tăng độ bền hơn trước Cọc đất trộn ximăng là loại cọc mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự nhiên Tuy nhiên hỗn hợp đất–ximăng sẽ đạt tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối ưu của chất ninh kết Cho nên phải được thí nghiệm thật kỹ để xác định hàm lượng tối

ưu đó và hướng dẫn cụ thể khi tiến hành thi công tại hiện trường Tham khảo nhiều

kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng các loại cọc đất trộn xi măng có thể

áp dụng trong các vùng đất bùn yếu, có hệ số thấm bé không áp dụng được các loại cọc vật liệu rời [1]

- Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu cọc giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống cọc và ổn định trượt cho mái taluy Cọc xi măng đất truyền tất cả tải trọng xuống tầng đất chịu lực Phương pháp này giảm lún cho nền đường và giảm

sự lún lệch giữa các cọc, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể

Ưu điểm:

- Rút ngắn thời gian lún cố kết và làm giảm độ lún trong quá trình sử dụng;

- Cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình

- Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún lệch giữa các cọc được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định tổng thể

Nhược điểm:

- Phải thực hiện thí nghiệm nhiều lần để tìm ra hàm lượng chất ninh kết tối ưu cho từng khu vực có địa chất thay đổi

- Chi phí cho giá thành hơi cao;

- Thi công phức tạp, đòi hỏi phải có máy móc đạt yêu cầu và công nhân kỹ thuật có kinh nghiệm hoặc được đào tạo chuyên môn

- Khó kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi công

Phạm vi áp dụng :

- Chống trượt mái dốc, sườn dốc, nền đường đắp cao

- Ổn định nền đắp cao trên địa tầng yếu, hệ số thấm nhỏ

1.5 Cọc xi măng đất [2]

1.5.1 Giới thiệu chung

Phương pháp trộn xi măng với đất nền dưới sâu gọi là phương pháp trụ đất xi măng hay cọc xi măng đất, đã được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng để cải tạo đất yếu khi xây dựng công trình

Cọc xi măng đất là một trong những phương pháp làm tăng nhanh chóng sức

chống cắt của đất bằng cách dùng các lọai máy chuyên dụng khoan sâu vào trong đất nền đất yếu Sản phẩm cọc xi măng đất có tính thấm và tính nén lún thấp hơn so với đất nền xung quanh Phương pháp dung cọc xi măng đất nhằm một số mục đích:

Tăng cường khả năng chống biến dạng của nền đất:

- Giảm độ lún và độ lún lệch

- Giảm biến dạng ngang

- Rút ngắn thời gian lún, rút ngắn thời gian xây dựng công trình

- Giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất sét yếu

Tăng cường sức chống cắt của đất nền để:

- Tăng cường khả năng ổn định của đường, đê, đập…

- Tăng cường khả năng chịu tải của nền

- Giảm bớt áp lực đất chủ động lên tường chắn

- Ngăn ngừa sự hóa lỏng của đất

Rút ngắn thời gian đông cứng nền đất để:

- Giảm bớt chấn động gây ra do các dòng xe ô tô, xe lửa hoạt động trên các tuyến đường cao tốc, đường ray

- Giảm bớt chấn động cho các vùng đất xung quanh khu vực xây dựng

Phạm vi ứng dụng:

Khi xây dựng các công trình dân dụng, nền đường, đường dẫn vào cầu trền nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như vùng Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng và một số tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long

Ưu điểm:

So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưu điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp

Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ ( dự án Sunrise) Tốc độ thi công cọc rất nhanh

Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay

Thích hợp cho công tác xử lý nền công trình, nền đường, đường dẫn các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển

Tiêu chuẩn thiết kế

Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất là TCXDVN 385 : 2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng" do Viện Khoa học Công nghệ Xây Dựng - Bộ Xây Dựng biên soạn, Vụ Khoa học Công nghệ Xây Dựng đề nghị, Bộ Xây Dựng ban hành theo Quyết định số 38/2006/QĐ-BXD ngày 27 tháng 12 năm 2006

Tiêu chuẩn của nước ngoài thì có Shanghai-Standard ground treatment code DBJ08-40-94 (Tuy nhiên trong các tài liệu tính tóan này chỉ chủ yếu đề cập đến vấn

đề lực thẳng đứng là chính mà chưa thấy đề cập đến vấn đề thiết kế khi công trình chịu tải trọng ngang.)

Kiểu tường Kiểu kẻ ô Kiểu khối Kiểu diện

Hình 1.2: Bố trí cọc trôn ướt trên mặt đất

1 Dãy 2 Nhóm 3 Lưới tam giác 4 Lưới vuông

Hình 1.3: Bố trí cọc trộn khô

1.5.3 Công nghệ thi công

Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan…) khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thông thường là xi măng hoặc vôi, thạch cao… đôi khi có thêm chất phụ gia và cát) Phương pháp xử lý bằng cọc đất - xi măng khá đơn giản: bao gồm một máy khoan với hệ thống lưỡi có đường kính thay đổi tuỳ thuộc theo đường kính cột được thiết kế và các xi lô chứa

xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm2 Trong quá trình khoan lưỡi được thiết kế để trộn đất và xi măng, xi măng khô được phun định lượng liên tục và trộn đều tạo thành những cọc xi măng đất đường kính khác nhau

Hiện nay ở Việt Nam phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là: Công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet-grouting)là công nghệ của Nhật Bản

Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting: đầu tiên là công nghệ S, tiếp theo là công nghệ T, và gần đây là công nghệ D

1.5.4 Trình tự thi công cọc xi măng đất

Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng đất có thể theo các bước sau:

- Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế

- Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố

- Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ

- Đóng tắt thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới

1.5.5 Công tác thí nghiệm cọc xi măng đất

Để thiết kế cọc xi măng đất ngoài những thí nghiệm khoan khảo sát hiện trường nên có một số thí nghiệm kèm theo ( trình bày chi tiết hơn ở chương 3 )

1.6 Những biện pháp thông dụng để xử lý nền đường vào cầu được đắp cao trên đất yếu hiện nay

Đoạn nền đường vào cầu thường đắp cao hơn nhiều so với các đoạn đắp bình thường, nhưng phạm vi ngắn nên ta thường phải sử dụng những biện pháp xử lý nền phức tạp hơn để đảm bảo tính ổn định và tính lún cho nền đường Tùy theo chiều cao đất đắp và địa chất công trình mà ta có những biện pháp xử lý nền thích hợp

1.6.1 Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vải địa kỹ thuật [3] [4]

Khi nền đất sét hoặc cát rời có sức chịu tải bé và biến dạng lớn không đủ khả năng gánh chịu tải trọng công trình, vùng biến dạng dẻo phát triển sâu hơn 25% bề rộng móng hoặc rộng hơn 50% bề rộng đáy công trình với móng công trình đất đắp, cần phải thay lớp đất ấy bằng vật liệu rời nhằm đảm bảo khả năng làm việc của nền công trình

Việc thay đất là đào bỏ đất xấu để thay bằng đất tốt và đầm chặt Việc thay đất này sẽ khó khăn hơn khi thi công dưới nước ( trường hợp thường gặp với than bùn)

và thực tế chỉ giới hạn với các chiều sâu đến vài mét Mặt khác việc thay đất cũng ảnh hưởng đến môi trường ( phải tìm mỏ lấy đất và nơi đổ đất)

Việc thay thế toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu có cường độ cao hơn và

ít biến dạng hơn sẽ khắc phục được toàn bộ hoặc một phần các vấn đề về lún và ổn định

Hình 1.4 : Các phương án thay đất

- Phạm vi áp dụng:

+ Khi lớp đất yếu dưới nền đường có chiều dày nhỏ

+ Khi thời hạn đưa công trình vào sử dụng là rất ngắn thì đây là một giải pháp tốt

+ Khi cao độ thiết kế gần với cao độ thiên nhiên, không thể đắp nền đường đủ dày để đảm bảo cường độ cần thiết dưới kết cấu mặt đường

Để tính kích thước hợp lí nhất của phần đất đào bỏ đi cần xét đến các điểm sau: + Về mặt kinh tế : chỉ đào toàn bộ lớp đất yếu khi chiều dày từ 2m trở xuống Thường thì giá thành đào thay đất xấp xỉ giá thành làm cọc cát, tuy nhiên giải quyết được thời gian thi công

+ Về chiều rộng thay đất cần được xác định có xét đến khả năng mất ổn định của phần đất yếu còn lại trong khi thi công Khi chiều dày lớp đất yếu khá lớn, về mặt kinh tế không thể thay toàn bộ lớp đất yếu Do đó một trong những biện pháp

xử lý là đào bỏ một phần đất yếu và trải vải địa kĩ thuật rồi mới đắp tiếp nền đường phía trên

1.6.2 Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi:

Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng vôi, xi măng hoặc chất liên kết

vô cơ tương tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất không gia cố

Phương pháp hình thành cọc trộn đất với vôi sống hoặc với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều đất với vật liệu kết dính

Quá trình ninh kết hỗn hợp đất–vôi hoặc đất–xi măng sẽ phát sinh nhiệt, một phần nước xung quanh sẽ bị hút vào quá trình thuỷ hoá, một phần nước khác sẽ bị bóc hơi do nhiệt Hiện tượng này làm cho đất xung quanh cọc tăng độ bền hơn trước Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi là loại cọc mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự nhiên Tuy nhiên hỗn hợp đất–vôi hoặc đất–xi măng sẽ đạt tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối ưu của chất ninh kết Cho nên phải được thí nghiệm thật kỹ để xác định hàm lượng tối ưu đó và hướng dẫn cụ thể khi tiến hành thi công tại hiện trường Tham khảo nhiều kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng các loại cọc đất trộn xi măng hoặc vôi có thể áp dụng trong các vùng đất bùn yếu, có hệ số thấm bé không áp dụng được các loại cọc vật liệu rời [5]

Ưu điểm:

- Rút ngắn thời gian lún cố kết và làm giảm độ lún trong quá trình sử dụng;

- Cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình

Nhược điểm:

- Phải thực hiện thí nghiệm nhiều lần để tìm ra hàm lượng chất ninh kết tối ưu cho từng khu vực có địa chất thay đổi

- Chi phí cho giá thành hơi cao;

- Thi công phức tạp, đòi hỏi phải có máy móc đạt yêu cầu và công nhân kỹ thuật có kinh nghiệm hoặc được đào tạo chuyên môn

- Khó kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi công

Phạm vi áp dụng :

- Chóng trượt mái dốc, sườn dốc, nền đường đắp cao

- Ổn định nền đắp cao trên địa tầng yếu, hệ số thấm nhỏ [6]

1.6.3 Sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc bêtông cốt thép :

Để giảm độ lún và tăng tính ổn định cho nền đường đắp cao trên nền đất yếu, ta

có thể sử dụng sàn giảm tải cứng bằng bê tông cốt thép nằm trên hệ cọc BTCT để truyền tải trọng từ nền đất đắp xuống lớp đất chịu lực, hoặc truyền đến một độ sâu nhất định có đủ cường độ trong lớp đất yếu ( móng cọc ma sát) [7]

- Đắp nền đường lên tấm bê tông liên kết đầu các cọc

Hình 1.5: Cọc có hệ liên kết bằng tấm BTCT

Ưu điểm:

- Biện pháp thi công đơn giản ;

- Khắc phục được biến dạng lún tổng thể và giảm biến dạng lún không đồng đều của đất nền cũng như đảm bảo ổn định trượt ngang của nền đắp cao ;

- Rút ngắn được thời gian xử lý nền ;

- Công nghiệp hóa trong việc chế tạo và thi công cọc

Nhược điểm:

- Kinh phí xử lý cao ;

- Thời gian sử dụng bị hạn chế phụ thuộc vào tuổi thọ của sàn giảm tải,

- Sự lún lệch giữa các cọc sẽ làm nứt sàn giảm tải

- Ngăn cản sự thoát nước từ nền đắp bên trên xuống các lớp địa chất bên dưới

và ngược lại trong nền đường

- Nền đất bên dưới sàn giảm tải sẽ cố kết theo thời gian tạo khoảng trống bên dưới sàn giảm tải gây ra chuyển dịch ngang trong đất nền, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cọc và sàn giảm tải

Phạm vi áp dụng:

- Các khu vực cục bộ cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài centimet

- Yêu cầu tiến độ thi công nhanh

1.6.4 Cọc bêtông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật :

Để khắc phục một số nhược điểm của biện pháp sử dụng sàn giảm tải BTCT trên hệ cọc BTCT, ta kết hợp sự làm việc của cọc bêtông cốt thép với vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu cọc giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống cọc và ổn định trượt cho mái taluy Cọc bê tông cốt thép truyền tất cả tải trọng xuống tầng đất chịu lực Phương pháp này giảm lún cho nền đường và giảm

sự lún lệch giữa các cọc, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể [3]

Hình 1.6 : Nền đường gia cố bằng cọc kết hợp vải địa kỹ thuật

Ưu điểm:

- Biện pháp thi công đơn giản và rút ngắn thời gian thi công đáng kể ;

- Khắc phục được biến dạng lún của đất nền cũng như đảm bảo ổn định trượt ngang của nền đắp cao ;

- Cho phép thoát nước tự do thắm từ nền đắp bên trên xuống nền đường bên dưới và ngược lại

- Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún lệch giữa các cọc được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định tổng thể

- Công nghiệp hóa trong việc chế tạo và thi công cọc

Nhược điểm:

- Chi phí tương đối cao ;

- Đối với các vùng không có tầng đất tốt bên trên hoặc đất chịu áp lực ngang do các nguyên nhân khác quan thì khả năng dịch chuyển ngang của đầu cọc rất khó khống chế, làm thay đổi sơ đồ làm việc của cọc

- Khi thi công trực tiếp trên đất yếu sẽ không ưu việt bằng phương pháp khác Phạm vi áp dụng:

- Thích hợp cho công trình nâng cấp cải tạo nền đường đắp cao trong khu vực nội thành

- Các khu vực cục bộ cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài centimet

1.7 Một số công trình ứng dụng cọc xi măng đất ở nước ta

Ở nước ta, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cọc xi măng đất vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc xi măng đất có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ Năm

2004 cọc xi măng đất được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện

Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), các

dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m Tháng

5 năm 2004,các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng công nghệ Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc xi măng đất như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn (Hải Phòng), dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu

Hình 1.7: Cọc xi măng đất dùng trong dự án đường sân bay Cần Thơ

Hình 1.8: Cọc xi măng đất ứng dụng dưới bồn chứa xăng dầu Cần Thơ

Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (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 xi măng - đất, nhằm ứng dụng cọc xi măng đất vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)

Tại thành phố Đà Nẵng, cọc xi măng đất được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi

Tại Tp Hồ Chí Minh, cọc xi măng đất được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang

đề xuất sử dụng cọc xi măng đất để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn cọc xi măng đất xử lý đất yếu

Tại Quảng Ninh, công trình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt, địa chất công trình phức tạp gặp đá mồ côi ở tầng địa chất cách cao

độ mặt đất 11 - 12m, đất đồi cứng khó khoan tiến độ công trình đòi hỏi gấp, lúc cao điểm lên đến 6 máy khoan

Tại Hà Nội hầm đường bộ kim liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu

là khu vực đường đào duy anh chính vì vậy nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày 1,5 –6m Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt khi đào sâu xuống độ sâu > 10m và cũng không phải gia cố lại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực (nơi có gia cố nơi không) Việc gia cố ít nhiều có ảnh hưởng đến độ lún các đốt hầm Đường láng hòa lạc nối liền thủ đô Hà Nội đến khu công nghệ cao hòa lạc, đi qua nhiều sông ngòi và có nhiều giao cắt với đường bộ-đường sắt, dọc theo con đường này có nhiều hạng mục công trình trong quá trình thi công đã dùng cọc xi măng đất để xử lý nền đất yếu, chống lún, chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường hầm

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN VÀ MỐ CẦU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT

2.1 Cơ sở lý thuyết tính toán cọc xi măng đất

Hiện nay có 3 quan điểm tính toán cọc xi măng đất:

- Quan điểm xem cọc xi măng đất làm việc như cọc

- Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời

- Một số các nhà khoa học lại đề nghị tính tóan theo cả 2 phương thức trên nghĩa

là sức chịu tải thì tính toán như "cọc" còn biến dạng thì tính toán theo “nền”

Sở dĩ các quan điểm trên chưa thống nhất bởi vì bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm còn hạn chế Có người đề xuất cách tính toán như sau:

+ Tính sức chịu tải của một cọc như cọc cứng

+ Tính số cột cần thiết (Căn cứ lực tác dụng, khả năng chịu tải của đất móng giữa các cột)

+ Tùy thuộc tỷ lệ diện tích thay thế giữa cột và đất để tính toán tiếp

- Nếu tỷ lệ này >20% thi coi khối đất và cột là một khối và tính toán như một khối móng quy ước

- Ngược lại thì tính toán như móng cọc

Với mỗi quan điểm tính có phương pháp tính khác nhau Ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã phát triển một số phương pháp tính toán cọc xi măng đất như: tính toán theo tiêu chuẩn gia cố cọc xi măng đất Việt Nam; tính toán theo tiêu chuẩn gia

cố cọc đất - vôi - xi măng Châu Âu; phương pháp tính toán theo quan điểm cọc đất

xi măng làm việc như cọc; tính toán theo tiêu chuẩn gia cố cọc đất – xi măng Thượng Hải – Trung Quốc; phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện kỹ thuật Châu Á [5]

Ở luận văn này tác giả xin đơn cử một số quan điểm tính toán cọc xi măng đất sau:

2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc[5]

2.1.1.1 Đánh giá ổn định của cọc xi măng đất theo trạng thái giới hạn 1(cường độ)

- Để móng cọc đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau :

+ Nội lực lớn nhất trong 1 cọc

Fs

Q

Nmax  ult

+ Moment lớn nhất trong 1 cọc Mmax  M của vật liệu làm cọc

+ Chuyển vị của khối móng y  y

Trong đó :

ult

Q : sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất

) 3 5

3 ( u.col h

Nói chung trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa

rõ ràng, chính vì lý do đó mà ít được dùng trong tính toán

2.1.2 Phương pháp tính toán theo quan điểm nền tương đương

Nền cọc và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ φtđ, Ctđ, Etđ được nâng cao Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích cọc xi măng đất thay thế trên diện tích đất nền

2.1.3 Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á[6]

2.1.3.1 Khả năng chịu tải của cọc đơn

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn của cọc đơn trong đất sét yếu được quyết định bởi sức kháng của đất sét yếu bao quanh (đất phá hoại) hay sức kháng cắt của vật liệu cọc (cọc phá hoại), theo tài liệu của D.T.Bergado:

Trong đó:

d: đường kính cọc

Lcol: chiều dài cọc

Cu.soil: độ bền chống cắt không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh, được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm xuyên côn

Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày do cọc bị phá hoại ở độ sâu z, theo Bergado:

Trong đó:

Kb: hệ số áp lực bị động; Kb = 3 khi ϕult.col = 30o

2.1.3.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc

Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc xi măng đất được tính theo công thức:

Trường hợp A: tải trọng tác dụng tương đối nhỏ và cọc chưa bị rão

Trường hợp B: tải trọng tương đối cao và tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão của cọc

* Trường hợp A

Độ lún cục bộ phần cọc xi măng đất Δh1 được xác định theo giả thiết độ tăng ứng suất q không đổi suốt chiều cao khối và tải trọng trong khối không giảm:

  





soil col a E E

a

q h h

)1(

p i r i o

i

C C

e

h h

1

'

' '

' '

) 1

eoi - hệ số rỗng của lớp đất I ở trạng thái tự nhiên ban đầu

Cri - chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải

Cci - chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún

σ’vo - ứng suất nén thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i

Δσ’v - gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ’p - ứng suất tiền cố kết

Tỷ số giảm lún β là tỷ số giữa độ lún tổng cộng ở dưới đáy khối đã được gia cố với độ lún khi không có cọc xi măng đất và được tính theo quan hệ sau:

soil soil

soil

E a aE

E

)1( 





Hình 2.1 Mô hình tính lún trường hợp A

* Trường hợp B

Trong trường hợp này, tải trọng tác dụng quá lớn nên tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão Tải trọng tác dụng được chia ra làm 2 phần, phần q1 truyền cho cọc và q2 truyền cho đất xung quanh Phần q1 được quyết định bởi tải trọng rão của cọc và tính theo biểu thức:

L B

A n

q col creep

2.1.5 Tính toán các thông số cọc xi măng đất

Chiều dài, đường kính cũng như mật độ cọc gia cố được xác định theo điều kiện sức chịu tải và điều kiện biến dạng lún của hệ cọc các tiêu chuẩn về khống chế biến dạng lún của công trình trong giới hạn cho phép sao cho khi được xử lý hệ kết cấu