Phân tích giải pháp xử lý nền đất yếu cho công trình đắp ở đồng bằng sông cửu long (khu vực cần thơ)

Hiện nay xây dựng nền móng công trình ở Cần Thơ về mặt kỹ thuật xây dựng, biện pháp áp dụng xử lý nền móng trên nền đất yếu cũng còn nhiều hạn chế, vì đất yếu của khu vực này có chỗ dày

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

- -

ĐẶNG PHƯỚC SANG

PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH ĐẮP Ở ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG

(KHU VỰC CẦN THƠ)

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 60 58 61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP CẦN THƠ, THÁNG 12 NĂM 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS Châu Ngọc Ẩn

Cán bộ chấm nhận xét 1 :………

………

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày tháng năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA…………

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Cần Thơ, ngày 09 tháng 12 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: ĐẶNG PHƯỚC SANG Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 14-01-1986 Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (CT) Mã ngành: 60.58.61

MSHV: 12814694

1 TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG

TRÌNH ĐẮP Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG (KHU VỰC CẦN THƠ)

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Tổng quan các phương pháp xử lý nền đất yếu cho công trình đắp khu vực Cần Thơ

- Nội dung các phương pháp xử lý nền đất yếu cho công trình đắp khu vực Cần Thơ

- So sánh kinh tế và các giải pháp hiệu quả trong xử lý nền đất yếu và áp dụng phù hợp ở thành phố Cần Thơ

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 23/07/2013

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 23/12/2013

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS CHÂU NGỌC ẨN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Châu Ngọc Ẩn PGS.TS Võ Phán

Luận văn tốt nghiệp được hoàn thành không những từ nổ lực bản

thân học viên mà còn nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô, đồng

nghiệp và bạn bè thân hữu

Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến thầy Châu Ngọc Ẩn,

người đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong thời gian thực hiện Luận văn,

giúp cho học viên có được những kiến thức hữu ích, làm nền tảng cho việc

học tập và công tác sau này

Xin chân thành cám ơn quý thầy cô bộ môn ngành Địa kỹ thuật xây

dựng đã nhiệt tình giảng dạy trong thời gian qua

Xin chân thành cám ơn quý thầy cô trong bộ môn Địa cơ Nền

móng đã quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong thời gian học

viên thực hiện Luận văn

Cuối cùng, xin cám ơn gia đình và các bạn bè thân hữu đã động

viên, giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn

Trong những năm gần đây các cơ sở hạ tầng ở TP Cần Thơ cũng như ở Đồng bằng sông cửu long phát triển rất mạnh để đáp ứng nhu cấu phát triển kinh tế xã hội

Có một đặc điểm nổi bật ở vùng đất này là vùng trũng nên khi xây dựng các công trình thì chủ yếu là xây nền đường đắp để cao độ cao hơn mực nước lũ, ngoài ra địa chất ở đây phức tạp, đất yếu, thường bị bão hoà nước Do đó chọn giải pháp để xử

lý nền đất yếu cho công trình đắp ở khu vực Cần Thơ là vô cùng quan trọng, giải pháp sao cho hợp lý với từng khu vực và loại đất yếu với giá thành hợp lý nhất

ABSTRACT

In recent years, Can Tho’s infrastructure or Mekong Delta’s have been improved greatly to meet the requirements of social and economic development process Because of the noticed characteristic of this area is low land, when having constructed, mainly having focused on the embankment in order to assure the elevation is higher than the flood level In addition, the geological conditions here are complicated, soft, and often saturated with water Therefore, the solution to treating soft ground for embankment constructions in Can Tho area is extremely important, in such a way that it is reasonable to each kind of area and soft soil with the most acceptable costs



Tôi xin cam đoan luận văn này là do tự bản thân thực hiện và không sao chép công các công trình nghiên cứu của người khác để làm sản phẩm riêng của mình Luận

văn được hoàn thành có sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Châu Ngọc Ẩn

Số liệu địa chất và kết quả tính toán các công trình đắp được tham khảo từ các công trình thực tế đã và đang thi công ở khu vực Cần Thơ Ngoài ra còn có tham khảo những phân tích, nhận xét, đánh giá của các tác giả, tổ chức, cơ quan chuyên nghành

Nếu phát hiện có bất cứ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình

Cần Thơ, ngày 09 tháng 12 năm 2013

Học viên

Đặng Phước Sang

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO

CÔNG TRÌNH ĐẮP KHU VỰC CẦN THƠ 1

A GIỚI THIỆU CHUNG 1

B XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TP CẦN THƠ .1

1 Đặc điểm địa chất .1

2 Xây dựng nền công trình 1

C GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC ÁP DỤNG Ở CẦN THƠ I Kết quả tính toán tham khảo ở dự án Đường Mậu Thân - sân bay Trà Nóc, quận Ninh Kiều – TP Cần Thơ 2

1 Giới thiệu dự án .2

2 Điều kiện xây dựng 2

2.1 Chiều cao nền đắp 2

2.2 Đặc điểm địa chất công trình .2

2.3 Các yêu cầu kỹ thuật tính toán 3

3 Kết quả tính toán xử lý nền đường 6

3.1 Đối với các đoạn nền đắp có chiều cao Hđắp < 2,0m .6

3.2 Đối với các đoạn nền đắp có chiều cao Hđắp ≥ 2,0m 6

II Kết quả tính toán tham khảo ở dự án đường Quang Trung – cảng Cái Cui, quận Cái Răng – TP Cần Thơ 8

1 Giới thiệu dự án .8

2 Đặc điểm địa chất công trình .8

3 Kết quả tính toán xử lý nền đường 10

3.1 Kiểm toán nền đường 10

3.2 Nền đường xử lý bằng bấc thấm 11

III Kết quả tính toán tham khảo tuyến đường Bốn Tổng – Một Ngàn (huyện Cờ Đỏ) 13

1 Giới thiệu sơ bộ dự án 13

2 Đặc điểm địa chất công trình 13

3 Kết quả tính toán xử lý nền đường bằng cọc cát 14

CÔNG TRÌNH ĐẮP KHU VỰC CẦN THƠ 19

A CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 19

I PHƯƠNG PHÁP THAY ĐẤT BẰNG CÁCH ĐÀO MỘT PHẦN HOẶC ĐÀO TOÀN BỘ ĐẤT YẾU 19

II CẢI TẠO ĐẤT BẰNG CỌC CÁT .20

1 Khái niệm chung 20

2 Những phương án thi công cọc cát 20

2.1 Phương pháp nén chặt bằng rung động 20

2.2 Phương pháp thay thế bằng rung động 20

2.3 Phương pháp rung động kết hợp 21

3 Tính chất xây dựng của đất hỗn hợp 21

III PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG 23

1 Khái niệm chung 23

2 Quá trình thủy hóa và tác dụng giữa xi măng và đất 24

3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng – đất .26

4 Một số tác dụng của phương pháp cọc đất gia cố xi măng 27

IV PHƯƠNG PHÁP THOÁT NƯỚC CỐ KẾT THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG BẰNG BẤC THẤM .28

1 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm 28

2 Tính toán gia cố nền bằng bấc thấm 34

2.1 Nguyên lý tính toán .34

2.2 Trình tự tính toán 35

V PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ TĂNG CƯỜNG ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU .36

1 Khái quát chung .36

2 Lý thuyết tính toán gia cường nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật 37

B MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS VÀ SLOPE W 40

1 Giới thiệu chung 40

2 Khả năng mô phỏng của chương trình 41

CHƯƠNG III SO SÁNH KINH TẾ VÀ CÁC GIẢI PHÁP HIỆU QUẢ TRONG XỬ

LÝ NỀN ĐẤT YẾU VÀ ÁP DỤNG PHÙ HỢP Ở THÀNH PHỐ CẦN THƠ

A KẾT QUẢ TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH 3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT

YẾU SÂU Ở CẦN THƠ .44

I Áp dụng kết quả địa chất khu vực quận Ninh Kiều .44

II Áp dụng kết quả địa chất khu vực quận Cái Răng 47

III Áp dụng kết quả địa chất khu vực huyện Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh 49

B SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT 3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG Ở CẤN THƠ 53

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài:

Thành phố Cần Thơ nằm ở trung tâm của Đồng bằng Sông Cửu Long và ở hạ lưu châu thổ Sông Hậu, do ảnh hưởng của triều cường hàng năm, nước ngập từ 0,5m đến 1,0m Đặc biệt, trong đó có một phần tiếp giáp với vùng ngập sâu của khu

tứ giác Long Xuyên, mức độ ngập sâu do lũ từ 1m đến 2m Thực hiện chủ trương của Chính phủ, trên địa bàn thành phố Cần Thơ đã tiến hành xây dựng các cụm, tuyến dân cư Đây là các khu đất đã được tôn cao cùng với hệ thống cơ sở hạ tầng tương đối hoàn chỉnh (đường giao thông, hệ thống cấp thoát nước, cấp điện,…) Vật liệu san lấp chủ yếu là cát mịn lẫn cát bằng phương pháp xáng thổi Đất nền ở khu vực này chủ yếu là bùn sét trạng thái nhão Dưới tác dụng của tải trọng khối đất san lấp, nền đất yếu bên dưới bị biến dạng

Do vậy, để đánh giá mức độ ổn định và đảm bảo điều kiện làm việc lâu dài của công trình, việc phân tích đánh giá lựa chọn phương pháp xử lý đất nền cho công trình đắp thích hợp là vô cùng cấp thiết

Đối với các công trình đắp trên nền đất yếu, việc ước lượng độ lún theo thời gian và sự ổn định của công trình đóng vai trò rất quan trọng Hầu hết các công trình đất đắp thực tế, sau thời gian san lấp và sử dụng, do quá trình cố kết thấm, công trình bị lún theo thời gian Cùng với nền đất bên dưới, các công trình cơ sở hạ tầng (đường giao thông, khu công nghiệp, sân bay, cầu cảng, hệ thống cấp thoát nước,…) cũng sẽ bị biến dạng theo thời gian Trong đa số các trường hợp, độ lún không đồng đều trong phạm vị toàn bộ khu vực san lấp có thể dẫn đến phá hoại điều kiện làm việc của các công trình cơ sở hạ tầng xây dựng trên đó

Việc sử dụng lý thuyết cố kết thấm cổ điển (bài toán một chiều) thường cho kết quả độ lún theo thời gian của nền xảy ra đồng đều trên toàn bộ khu vực do giả thiết san lấp đều khắp

Nhằm mục đích giải quyết vấn đề này, tôi chọn lựa đề tài: “Phân tích giải

pháp xử nền đất yếu cho công trình đắp ở đồng bằng sông Cửu Long (khu vực

Cần Thơ) ”

Nhiệm vụ đề tài bao gồm:

- Tiến hành phân tích để lựa chọn giải pháp xử lý nền công trình đắp cho vùng

có đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long, khu vực Cần Thơ nhằm tìm ra giải pháp thích hợp về kỹ thuật và kinh tế

Phương pháp nghiên cứu:Sử dụng các phương pháp tính toán thực nghiệm (plaxis và slope/w) và cơ sở lý thuyết để tính toán, lựa chọn biện pháp thi công hợp

lý cho công trình đắp trên nền đất yếu

Giới hạn của đề tài:

- Số liệu địa chất hạn chế không đánh giá được toàn bộ khu vực Cần Thơ, cũng như Đồng Bằng Sông Cửu Long

- Chỉ tính toán các công trình đường, chưa thể tính toán tất cả cầu cảng hay công trình dân dụng công nghiệp

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH ĐẮP KHU VỰC CẦN THƠ

A GIỚI THIỆU CHUNG

Thành phố Cần Thơ nằm ở trung tâm Đồng bằng sông Cửu Long, có địa hình tương đối bằng phẳng mạng lưới sông ngòi, kênh rạch phân bố rất dày và đặc biệt cấu tạo địa Tuy nhiên với sự phát triển nhanh chóng của kinh tế cả nước nói chung và thành phố Cần Thơ nói riêng thì cơ sở hạ tầng không đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế ngày càng năng động Hiện nay cơ sở hạ tầng để phục vụ sự triển kinh tế xã hội

ở Cần Thơ còn yếu, đầu tư chưa đồng bộ Nền móng của các công trình xây dựng nhà

ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và

độ ổn định của cả diện tích lớn Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp

của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành

và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu

B XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TP CẦN THƠ

1 Đặc điểm địa chất

Thành phố Cần Thơ nằm ở vùng Đồng bằng sông Cửa Long là vùng đất bồi đắp trũng, kênh rạch chằng chịt, mực nước ngầm cao, đất thường bị bão hòa nước Khác với vùng đất Miền Đông Nam bộ vì vùng đất này có đồi núi, đất đỏ baran nên địa chất tương đối tốt ít phải xử lý nền đường Địa chất ở thành phố Cần Thơ so với các tỉnh lân cận có các đặc điểm khác, đối với các tỉnh như Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau … giáp biển nên đất bị nhiễm phèn, nhiễm mặn nên khi xử lý nền đường phải nghiên cứu thêm vấn đề này, các tỉnh như An Giang và một số huyện Kiên Giang địa hình nhiều đồi núi nên nền đường ở đây tốt ít phải xử lý lún

Nguồn gốc các tầng đất yếu phân bố ở TP Cần thơ thuộc đồng bằng Nam Bộ đều

là các loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi, tam giác châu), trầm tích bờ, vũng vịnh và

thuộc trầm tích kỷ thứ tư

2 Xây dựng nền công trình

Hiện nay xây dựng nền móng công trình ở Cần Thơ về mặt kỹ thuật xây dựng, biện pháp áp dụng xử lý nền móng trên nền đất yếu cũng còn nhiều hạn chế, vì đất yếu của khu vực này có chỗ dày 30m, việc xử lý nền đất yếu bằng giải pháp chỉ đào lớp đất hữu cơ phía trên và thay thế bằng cát sẽ dẫn đến thời gian đợi ổn định rất dài, không thể đảm bảo xây dựng công trình cấp cao qua vùng đất yếu với lưu lượng xe và tải trọng xe lớn, nên phải có các biện pháp xử lý mới phù hợp hơn.

C GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC ÁP DỤNG Ở CẦN THƠ

I Kết quả tính toán ở dự án Đường Mậu Thân - sân bay Trà Nóc

1 Giới thiệu dự án

Tuyến đường Mậu Thân - sân bay Trà Nóc nối từ ngã tư giao đường Mậu Thân

và đường Nguyễn Văn Cừ đến đường vành đai sân bay Trà Nóc (nay là sân bay Quốc

tế Cần Thơ) Tuyến đường đi qua địa bàn phường An Hoà, phường An Bình, xã Long Hoà và phường Trà Nóc - quận Ninh Kiều và Bình Thủy Địa hình chủ yếu đi qua vườn nhà dân trồng cây ăn quả có hệ thống mương đào, một số vị trí cắt qua ruộng trồng lúa

Tuyến đường được UBND thành phố Cần Thơ phê duyệt dự án tại Quyết định số 2512/QĐ-UBND ngày 23/11/2006 Chủ đầu tư là Sở GTVT Cần Thơ

Quy mô tuyến đường có tổng chiều dài 6902,65m, được thiết kế theo tiêu chuẩn đường phố chính đô thị, tốc độ thiết kế V = 80Km/h, chiều rộng mặt cắt ngang đường

Bn = 50m; trên tuyến có 5 cầu với tổng chiều dài 558,58m với tổng chiều rộng mỗi cầu Bc = 40m

2 Điều kiện xây dựng

2.1 Chiều cao nền đắp

Tuyến đường có chiều cao nền đắp thông thường 1,2  2,0m, một số đoạn đắp đầu cầu có chiều cao đắp biến thiên từ 2,0  5,5m

2.2 Đặc điểm địa chất công trình

Tham khảo số liệu địa chất đường Khu vực quận Ninh Kiều :

- Số liệu địa chất đường Mậu Thân – Sân Bay Cần Thơ

Căn cứ vào kết quả khảo sát khoan thăm dò, thí nghiệm hiện trường và thí

nghiệm trong phòng, địa tầng khu vực được tóm tắt thành các lớp từ trên xuống như sau:

- Lớp trên cùng dày khoảng từ 0,5 – 0,8m thường là lớp hữu cơ, bùn đất

có giải pháp xử lý phù hợp trước khi xây dựng nền đường ở trên

2.3 Các yêu cầu kỹ thuật tính toán

Các yêu cầu về ổn định: được tính toán theo các quy định trong mục II.1 của 22 TCVN 262-2000 (Tính theo phương pháp Bishop):

- Hệ số ổn định trong thời gian thi công Kmin =1.20

- Hệ số ổn định trượt trong thời gian sử dụng Kmin =1.40

Các yêu cầu và tiêu chuẩn tính tốn lún: tuân thủ các quy định trong mục II.2 của

22 TCVN 262-2000

Tham khảo quy trình thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng

nền đường 22 TCN 244-98, mục 2.1.8.1: Tốc độ lún dư theo tính tốn  2cm/năm

Tổng thời gian thi cơng nền đường: trong vịng 24 tháng (theo Quyết định phê duyệt

dự án)

50000

MĂT CẮT NGANG ĐẠI DIỆN XỬ LÝ NỀN BẰNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT LOẠI DỆT TĂNG CƯỜNG ĐỘ ỔN ĐỊNH (LOẠI 1)

(ÁP DỤNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG CÓ CHIỀU CAO ĐẮP H<2M)

Vải địa kỹ thuật 100KN/m 2% 2% Mặt đường 2% 1% Vỉa hè

MĂT CẮT NGANG ĐẠI DIỆN XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC CÁT (LOẠI 2) (ÁP DỤNG ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG CÓ CHIỀU CAO ĐẮP H>=2M)

50000

Vỉa hè 1% 2% Mặt đường 2% 2% Mặt đường 2% 1% Vỉa hè Đắp đất k90

Giếng cát D30 khoảng cách giữa cát cọc bố trí theo hình tam giác a=1.5-2.5m

L=15-25m

MẶT BẰNG BỐ TRÍ ĐIỂN HÌNH

Cọc quan trắc

chuyển vị ngang

BỐ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC LÚN

Cọc quan trắc chuyển vị ngang

Nắp ống

Mặt nền

Nối liên tục 0.5-1.0m

trong quá trình thi công

3 Kết quả tính toán, xử lý nền đường

3.1 Đối với các đoạn nền đắp có chiều cao Hđ < 2m

Trong tính toán phương án xử lý nền đất yếu để chọn giải pháp thì kỹ sư thiết kế phải tính toán Áp lực do nền đắp và gia tải sinh ra trong nền đất yếu so sánh với áp lực tiền cố kết của đất yếu Nếu áp lực do nền đắp lớn hơn thì phải dùng các biện pháp xử

lý như cọc cát, bấc thấm … còn nếu nhỏ hơn thì phổ biến hiện nay sử dụng phương án Vải địa kỹ thuật kết hợp thay lớp đất yếu bằng cát Với đất yếu ở thành phố Cần Thơ

và khu vực Đồng bằng sông Cửu long, áp lực tiền cố kết của đất yếu 0 kG/cm2 trong khoảng từ 0,3 – 0,5 kG/cm2 thì chiều cao Hđắp ≥ 2,0m thì nên dùng các biện pháp xử lý khác Nếu Hđắp < 2,0m thì nên dùng phương pháp Vải địa kỹ thuật kết hợp thay đất Đối với đường Mậu Thân – Sân bay Cần Thơ phần đường chủ yếu nền đường đắp cao khoảng trên dưới 2,0m nên dùng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng rải 1 lớp vải địa kỹ thuật gia cường kết hợp thay đất bằng cát Các đoạn đường vào cầu và một số đoạn qua ao mương có chiều cao đắp lớn hơn 2,0m thì tuyến đường này xử dụng phương pháp cọc cát và cọc đất gia cố xi măng

(Mặt cắt điển hình ở phần phụ lục)

3.2 Đối với các đoạn nền đắp cao Hđ ≥ 2.0m

Đối với các đoạn nền đắp cao Hđ ≥ 2.0m thì cần thiết phải áp dụng các giải pháp

xử lý nền đường để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật nêu trên Giải pháp được Chủ đầu tư lựa chọn để thi công là:

+ Cọc cát kết hợp gia tải, đắp phân kỳ theo các giai đoạn chờ cố kết nền đất yếu; + Trụ đất gia cố xi măng theo công nghệ phun khô: áp dụng đối với đường dẫn hai đầu cầu Bình Thủy 2 để rút ngắn tiến độ thi công do gói thầu cầu Bình Thủy 2 tại thời điểm triển khai thì thời gian còn lại của dự án là không nhiều, để đảm bảo tiến độ thông xe, đã chấp thuận cho áp dụng biện pháp gia cố trụ đất - xi măng

Kết quả thể hiện trong các bảng sau (số liệu tham khảo từ Ban Quản Lý Công Trình Giao Thông thuộc Sở Giao Thông Cần Thơ):

Bảng 1: Kết quả tính toán điển hình

Kết quả đạt được đối với các trường hợp chiều cao nền đắp tính toán

Hđ (m) STT

+ Thời gian thi công: 210ngày

+ S = 6cm;

+ FS = 2.30

II/ Kết quả tính toán tham khảo tuyến đường Quang Trung – Cảng Cái Cui (Địa điểm xây dựng : Quận Cái Răng – TP Cần Thơ)

1 Giới thiệu sơ bộ dự án

Tuyến đường Quang Trung – cảng Cái Cui nối từ đầu cầu Quang Trung (bờ Hưng Phú) đến cảng Cái Cui là tuyến đường trục xuyên tâm khu công nghiệp Hưng Phú (khu công nghiệp phía nam thành phố Cần Thơ)

Phạm vi dự án (theo lý trình dự án):

+ Điểm đầu dự án: Km0+0.00 – đầu cầu Quang Trung, cách tim cầu Quang Trung đã xây dựng 292,47m

+ Điểm cuối dự án: Km8+344.41m – Cảng Cái Cui

Quy mô mặt cắt ngang hoàn chỉnh :

+ Chiều rộng nền: Bnền = 36 m

+ Chiều rộng mặt đường: Bmặt = 12x2 = 24 m

+ Phân cách rộng: 2 m

+ Vỉa hè: 2x5 = 10 m

Mặt đường cấp cao chủ yếu A2

Tải trọng: xe ô tô có trục bánh sau P = 12T

Trên tuyến đường còn có 3 cầu và 2 cống bản

2 Đặc điểm địa chất công trình

Địa chất khu vực tuyến đi qua có thể tóm lược kết quả chỉ tiêu cơ lý cơ bản đặc trưng như sau :

Đắp cấp phối k98

Tim mặt cắt ngang gia đoạn I

Vải địa kỹ thuật

Tim tuyến

Bấc thấm a =1.5; L=15m

MẶT CẮT NGANG ĐOẠN XỬ LÝ BẤC THẤM

Đắp cát đen

Đắp cát thô

3 Kết quả tính tốn xử lý nền đường

3.1 Kiểm tốn nền đường

Theo kết quả kiểm tốn nền đường đắp thấp Hđắp ≤ 1,5m nền đường ổn định, Hđắp > 1,5m nền đường khơng ổn định

Nếu gia cường nền đường bằng một lớp vải địa kỹ thuật: Hđắp = 1,5 – 2,5m nền đường ổn định, Hđắp > 2,5m nền đường khơng ổn định, phải xử lý nền bằng các biện pháp khác

Từ kết quả kiểm tốn trên, phân ra các loại nền đường như sau:

+ Nền đường thơng thường : nền đường đắp thấp Hđắp ≤ 1,5m

+ Nền đường xử lý gia cường vải địa kỹ thuật: nền đường đắp cao Hđắp = 1,5 – 2,5m

Cọc quan trắc

chuyển vị ngang

BỐ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC LÚN

Cọc quan trắc chuyển vị ngang

Chiều cao đào đất

BIỂU ĐỒ GIAI ĐOẠN ĐẮP ĐẤT

1.5

2.9

4.3 5.6 6.4

+ Nền đường đắp cao Hđắp > 2,5m thiết kế đưa ra biện pháp xử lý nền đường bằng thoát nước đứng: sử dụng bấc thấm; theo tính toán chiều dài bấc thấm L = 15,0m

bố trí theo hình tam giác đều cạnh a = 1,3 – 1,5 m

3.2 Nền đường xử lý bằng bấc thấm

Lớp đệm cát thô dày 0,4 – 1,4m (tùy theo chiều cao nền đắp), hệ số đầm lèn K = 0,95 nền đường được đắp bằng cát, bên ngoài đắp bao bằng đất sét (chiều dày lớp đắp bao 1,0m) theo bảng phân kỳ thi công Ta luy đắp 1:2, hệ số đầm lèn K = 0,95 Tại các vị trí nền đắp trên kênh mương, rạch trải một lớp vải địa kỹ thuật trực tiếp trên mặt đất tự nhiên sau đó đắp lớp đệm cát thô

Lớp nền đường dưới đáy kết cấu áo đường dày 30cm được đắp bằng cấp phối đá 0x4, hệ số đầm lèn K = 0,98

Dọc hai bên thân nền đường cách 4m bố trí một lỗ thoát nước hình chữ nhật rộng 0,8m Lỗ thoát nước bố trí so le nhau và có cấu tạo như tầng lọc ngược

* Bố trí hệ thống quan trắc:

- Hệ thống quan trắc lún:

+ Bố trí 3 mặt cắt đo lún tại mỗi đoạn xử lý nền bằng bấc thấm

+ Trên mỗi mặt cắt bố trí 3 bàn đo lún: 1 tại tim đường và 2 điểm cách mép chân taluy nền đường 2m

+ Bàn đo lún có kích thước 500x500x5 mm được hàn chắc với cần đo lún Cần

đo lún (ống thép 20) và ống vách (ống nhựa PVC 50) được làm từng đoạn 100cm

để tiện nối theo chiều cao đắp

+ Bàn đo lún được đặt trực tiếp lên lớp vải địa kỹ thuật

+ Hệ thống mốc cao độ dùng cho quan trắc lún phải được bố trí ở nơi không lún

và phải được cố định chắc chắn

- Hệ thống quan trắc chuyển vị ngang:

+ Mốc quan trắc chuyển vị ngang được bố trí trung bình 10m/1 trắc ngang trên các đoạn xử lý nền bấc thấm Mỗi trắc ngang bố trí 6 mốc (mỗi bên 3 mốc), mốc đầu tiên cách chân taluy 2m, các mốc tiếp theo cách chân taluy 5m và 10m

+ Mốc chắc ngang chuyển vị ngang được làm bằng cọc gỗ tiết diện 10x10cm đĩng ngập sâu vào đất yếu ít nhất 2,0m và cao trên mặt đất 0,5m Trên đỉnh cọc cĩ cắm chốt đánh dấu điểm quan trắc Yêu cầu cọc phải chơn chắc trong đất yếu

- Yêu cầu về tốc độ lún và tốc độ di động ngang:

+ Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim đường khơng được vượt quá 1,5cm/ngày đêm

+ Tốc độ di động ngang của các cọc quan trắc đĩng hai bên nền đắp khơng được vượt quá 2cm/ngày đêm

Kết quả theo dõi lún ở đường Quang Trung – Cái Cui sau khi đưa vào sử dụng khai thác 8 năm (từ năm 2005) đến nay rất tốt, đảm bảo hoạt động cho Cảng Cái Cui một cảng lớn nhất ở Đồng bằng Sơng Cửu Long

Nắp ống

Mặt nền

Nối liên tục 0.5-1.0m

trong quá trình thi công

III/ Kết quả tính toán tham khảo tuyến đường Bốn Tổng – Một Ngàn

(Địa điểm xây dựng : huyện Cờ Đỏ – TP Cần Thơ)

1 Giới thiệu sơ bộ dự án

Tuyến đường Bốn Tổng – Một Ngàn là tuyến đường liên huyện nối từ quận Cái Răng đến huyện Cờ Đỏ

Phạm vi dự án (theo lý trình dự án):

+ Điểm đầu dự án : Km0+0.00 – xã Bốn Tổng, quận Cái Răng

+ Điểm cuối dự án : Km18+31m xã Một Ngàn, huyện Cờ Đỏ

Quy mô mặt cắt ngang hoàn chỉnh :

+ Chiều rộng nền : Bnền = 12 m

+ Chiều rộng mặt đường : Bmặt = 9 m

Mặt đường cấp cao chủ yếu A2

Tải trọng : xe ô tô có trục bánh sau P = 12T

Trên tuyến đường còn có 8 cầu

2 Đặc điểm địa chất công trình

Địa chất khu vực tuyến đi qua có thể tóm lược kết quả chỉ tiêu cơ lý cơ bản đặc trưng như sau :

Kết quả khoan và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của địa chất trong khu vực tuyến

đi qua cho thấy lớp 1, 2 địa chất tương đối yếu do vậy khi thiết kế và thi công cần thiết phải có biện pháp gia cố xử lý nền đường khi đắp cao

3 Kết quả tính toán xử lý nền đường bằng cọc cát

Trên tuyến có 8 cầu, phần đường vào cầu đắp cao 4m, do đó phải xử lý nền đường, đối với công trình này được thiết kế gia cố bằng cọc cát với thông số kỹ thuật như sau : Chiều dài cọc cát Lc = 10m, khoảng cách cọc a = 3m bố trí hình hoa mai, Htk tbình = 4m

+ Hệ số kiểm tra ổn định theo phương pháp Bishop Kmin = 1,2 (giai đoạn thi công) và Kmin = 1,4 (giai đoạn khai thác)

Layer 3:

Layer 2: Layer 1:

Bn a

+ Hoạt tải rải đều quy đổi tương đương với chiều cao đắp là : 0,81m

Hoạt tảI xe tính toán: Xe tính toán H30

Giai đoạn thi công Giai đoạn sử

Chiều cao lớp đất tương đương lớn nhất của hoạt tải tính

+ Chiều cao nền đường tớnh toỏn (Hđ + Hpl + Hht) = 4,81m

Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3

1 Tốc độ đắp 0,1m/ngày 0,1m/ngày 0,1m/ngày

3 Thời gian đắp đất T đ 10 ngày 15 ngày 15 ngày

4 Thời gian chờ T chờ 50 ngày 105 ngày 65 ngày

5 Tổng cộng thời gian thi công T 60 ngày 120 ngày 80 ngày 260 ngày

6 Độ cố kết đạt được U ứng với H đ 92,4% 99,4% 96,7%

7 Độ lún tổng cộng đạt được (m) 0,404 0,890 1,230

8 Độ cố kết U sau cùng 18,76% 65,81% 86,01%

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH ĐẮP KHU VỰC CẦN THƠ

A CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

I PHƯƠNG PHÁP THAY ĐẤT BẰNG CÁCH ĐÀO MỘT PHẦN HOẶC ĐÀO TOÀN BỘ ĐẤT YẾU

Các trường hợp sử dụng biện pháp thay đất:

+ Bề dày lớp đất yếu từ 2m trở xuống thì đào toàn bộ đất yếu đến đáy nền đường tiếp xúc với tầng đất không yếu

+ Đất yếu là á sét, sét dẻo mềm, dẻo chảy, than bùn loại 1 nếu chiều dày đất yếu vượt quá 3-4 m thì có thể đào đi một phần sao cho phần đất yếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2- 1/3 chiều cao đắp tính cả phần đắp chìm trong đất yếu

Giải pháp này là cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, nhỏ hơn 4m, nằm trực tiếp dưới nền đường thì có thể áp dụng các phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền như đệm cát, đệm đất hoặc bệ phản áp Các phương pháp đệm cát, đệm đất thường được sử dụng để thay thế một phần hoặc toàn bộ bề dày lớp đất yếu dưới nền đường Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:

- Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới nền đường, có vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu tải trọng bên trên và truyền tải trọng xuống lớp đất thiên nhiên phía dưới

- Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình, đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất (vì vật liệu thay thế VD (vertical drained) như cát thì có hệ số thấm lớn hơn)

- Làm tăng khả năng ổn định của công trình, tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình

Phương pháp đệm cát có nhiều tác dụng tốt, thi công đơn giản không đòi hỏi các thiết bị phức tạp Nhưng nếu lớp đất yếu sâu và nhiều tầng lớp phức tạp thì không nên dùng phương pháp này:

+ Lớp đất yếu phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m, thì lớp vật liệu thay thế (hiện nay thường dùng Cát) thi công khó khăn, chi phí lớn, cần khối lượng thay thế lớn

+ Mực nước ngầm cao dễ dẫn đến lớp vật liệu thay thế mất ổn định (các kỹ sư thiết kế phải chú ý)

II PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG BẰNG CỌC CÁT

1 Khái niệm chung

Các cọc cát bao gồm cát được làm chặt và chèn vào lớp đất mềm yếu bằng phương pháp thay thế Đất được cải tạo bằng cọc cát được gọi là đất hỗn hợp Khi chất tải, cọc bị biến dạng phình lấn vào các tầng đất và phân bố lại ứng suất ở các mặt cắt bên của đất hơn là truyền ứng suất xuống lớp dưới sâu Điều đó làm cho đất chịu được ứng suất, kết quả là làm cường độ và khả năng chịu lực của đất hỗn hợp có thể tăng lên

và tính nén lún giảm Ngoài ra nó còn giảm được ứng suất tập trung sinh ra trên các cọc vật liệu rời

2 Những phương pháp thi công cọc cát

Có nhiều phương pháp khác nhau để tạo cọc cát đã được sử dụng trên thế giới Tuỳ theo khả năng ứng dụng thực tế của chúng và khả năng có được những thiết bị thi công ở từng địa phương Những phương pháp thi công sau đây sẽ được miêu tả tóm tắt cùng với những trường hợp áp dụng tham khảo

2.2.Phương pháp thay thế bằng rung động

Phương pháp này thiết bị sử dụng tương tự phương pháp nén chặt bằng rung động Bộ phận rung động được nhấn chìm vào trong đất dưới tác dụng của trọng lượng

bản thân với sự trợ giúp của tia nước hoặc khí phun có tác dụng giội rửa cho đến đạt chiều sâu dự định

Phương pháp này cũng có thể thực hiện bằng quá trình khô hoặc quá trình ẩm Trong quá trình ẩm lỗ được tạo thành trong đất nhờ bộ phận rung động tới chiều sâu mong muốn có kết hợp phun nước Khi bộ phận rung động được rút lên nó tạo ra một

lỗ khoan có đường kính khá lớn Lỗ khoan được lấp đầy từng phần bằng sỏi có kích thước cỡ hạt từ 12mm 75mm Quá trình ẩm nói chung phù hợp với những lỗ khoan không ổn định và mực nước ngầm ở cao Sự khác biệt chủ yếu giữa quá trình khô và

ẩm là không phun nước trong giai đoạn tạo lỗ ban đầu Trong quá trình khô, lỗ khoan vẫn duy trì được rỗng khi rút bộ phận rung động lên, nó đòi hỏi đất được xử lý phải có

độ bền cắt không thoát nước lớn hơn 40 KN/m2 và mực nước ngầm tương đối sâu

2.3.Phương pháp rung động kết hợp

Phương pháp này được dùng phổ biến ở Nhật và áp dụng để gia cố cho đất sét mềm yếu khi mực nước ngầm cao Cọc sử dụng thường có kết quả là cọc cát nén chặt Chúng được xây dựng bằng cách đóng ống chống tới chiều sâu mong muốn, dùng búa rung thẳng đứng, nặng đặt lên đầu ống, đổ vào một thể tích cát nhất định rồi kéo ống lên từng nấc một, từ từ nhờ búa rung hoạt động từ đáy Quá trình lặp lại cho đến khi toàn bộ cọc vật liệu rời nén chặt được xây dựng xong

3 Tính chất xây dựng của đất hỗn hợp

Đặc tính xây dựng của đất hỗn hợp đã được nghiên cứu đầy đủ về khả năng chịu tải giới hạn, lún và ổn định nói chung Trong phần tiếp theo trước hết là trình bày những mối quan hệ cơ bản của đất hỗn hợp cũng như cơ chế phá hoại của cọc cát trong đất sét yếu đồng nhất Sau đó giới thiệu khả năng chịu tải giới hạn, độ lún và ổn định của đất hỗn hợp bằng những nghiên cứu thực nghiệm và phân tích

+ Những mối quan hệ cơ bản:

Vùng đất chịu ảnh hưởng xung quanh cọc cát được coi gần đúng bằng diện tích hình tròn tương đương Đối với các cọc cát bố trí theo sơ đồ tam giác đều, vòng tròn tương đương có đường kính hiệu quả là:

Còn theo sơ đồ hình vuông:

Ở đây: S là khoảng cách giữa các cọc cát

Sơ đồ tam giác đều cho độ chặt của đất bao quanh vùng đất bao quanh cọc tốt nhất

Trụ đất hỗn hợp có đường kính De gồm đất chịu ảnh hưởng xung quanh và một cọc vật liệu rời được coi là một đơn nguyên

Tỷ diện tích thay thế là tỷ số giữa diện tích của cọc cát với diện tích toàn bộ trụ đất tương đương trong phạm vi một đơn nguyên và được thể hiện như sau:

Ở đây: As: Là diện tích ngang của cọc vật liệu rời

Ac: Là diện tích ngang của đất sét xung quanh cọc

Tỷ diện tích thay thế cũng có thể biểu thị bằng đường kính D và khoảng cách S của cọc cát như sau:

as=C1*(D

Ở đây: C1 là hằng số phụ thuộc dạng bố trí cọc cát Nếu bố trí hình vuông thì

C1=/4 Theo dạng tam giác đều thì:

Theo dạng tam giác đều thì:

vi một đơn nguyên cũng có thể biểu thị bằng hệ số tập trung ứng suất sau:

s: Là ứng suất trên cọc vật liệu rời

c: Là ứng suất trên đất dính xung quanh

Độ lớn tập trung ứng suất cũng phụ thuộc vào quan hệ giữa độ cứng của cọc vật liệu rời và đất xung quanh Ứng suất trung bình  trên diện tích một đơn nguyên tương ứng với tỷ diện tích thay thế đã cho as như sau:

III PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG

1 Khái niệm chung

Kết quả phản ứng hóa học giữa đất xét tại chỗ và các chất phối trộn (thường là xi

măng hoặc vôi bột …) sẽ hình thành các dạng tinh thể liên kết giữa các hạt với nhau,

hình thành các cột đất xi măng có cường độ cao làm tăng khả năng chịu lực của nền

Trong phương pháp này sự tăng độ bền và sự ép co của đất yếu là kết quả phản ứng giữa đất sét với xi măng thông qua quá trình trao đổi Ion và kết bông

Đất đã được gia cố xi măng là một loại vật liệu mới, nhân tạo Để nhận được các tính chất cơ học, cấu trúc cần thiết của xi măng đất và sự hình thành cấu trúc tinh thể bền vững đặc trưng cho nó cần phải có sự kết hợp chặt chẽ, đồng thời giữa xi măng, đất và nước thành một hỗn hợp đồng nhất và qua các quá trình biến cứng lâu dài trong môi trường ẩm, biến hỗn hợp này thành một vật thể toàn khối bền vững

Lượng xi măng và nước đã có trong đất chỉ có hiệu quả lớn nhất khi nào các quá trình kỹ thuật cần thiết sau đây được thực hiện triệt để và hợp lý:

và thay đổi những gốc tự nhiện của đất Chính trong xi măng đã chứa sẵn các đặc tính liên kết có thể có, nếu các đặc tính này được biến thành hiện thực một cách có hiệu quả thì nó sẽ tăng cho đất độ bền và tính liên kết cao không đổi, không thuận nghịch

và do đó đảm bảo sự thay đổi đáng kể về chất các đặc tính tự nhiên của đất

Tính chất xi măng pooclant là một loại bột đá phân tán có thành phần phức tạp, tỉ diện lớn, có khả năng biến cứng khi trộn với nước

Khác với bê tông và vữa xây, đất xi măng (đặc biệt là đất sét mịn) là loại vật liệu

mà cốt liệu của nó là các hạt đất có tỉ diện lớn, hoạt tính cao Vì vậy quá trình hóa cứng của xi măng và tạo thành trong nó những liên kết cấu trúc mới còn phức tạp hơn nhiều, vì đất, đặt biệt là sét mịn còn có tác dụng tương hỗ hóa học và lý hóa với các chất khác trong đó kể cả các sản phẩm thủy phân xi măng

2 Quá trình thủy hóa và tác dụng giữa xi măng và đất

Các hợp chất hóa học có hoạt tính cao, thường được sử dụng trong xử lý nền là [Ca(OH)2], [Cao], [Ca(OH)2.MgO] Khi trộn xi măng hoặc vôi vào đất, trong đất sẽ diễn ra các quá trình trao đổi cation, ximăng hóa và cacbonat hóa

Trong quá trình trao đổi cation, các ion hóa trị 1 trong sét được thay thế bằng ion canxi hóa trị 2 của vôi Nhìn chung, phản ứng này làm giảm tính dẻo, tính biến dạng

Quá trình cacbonat hóa diễn ra khi lượng vôi thêm vào không tác dụng với đất,

mà chúng tác dụng với CO2 có trong đất hoặc không khí để tạo ra CaCO3 Lượng CaCO3 này làm giảm tính dẻo của đất và ngăn cản quá trình xi măng hóa Do đó, khi cho vào đất một lượng vôi dư có thể làm giảm hiệu quả của công tác xử lý bằng vôi

Độ bền của hỗn hợp vôi- đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại đất, thành phần, lượng vôi sử dụng, nhiệt độ và thời gian lưu hóa Trong thực tế, độ bền của hỗn hợp vôi - đất không tăng tuyến tính với hàm lượng vôi, nếu hàm lượng vôi vượt quá một giới hạn nào đó độ bền của hỗn hợp vôi- đất sẽ giảm xuống Lượng vôi tối ưu nằm trong khoảng từ 4,5- 8%, tỷ lệ sét trong đất càng cao lượng vôi thêm vào càng tăng nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh và làm cho độ bền của đất tăng lên khi nhiệt độ xuống thấp hơn 4°C phản ứng vôi- đất bị chậm lại hoặc không xảy ra Các kết quả nghiên cứu của Bell và Courthard (1990) cho thấy độ bền của hỗn hợp vôi - đất đạt giá trị cực đại và ổn định với thời gian lưu hóa khoảng một vài tháng Một nhân tố nữa ảnh hưởng đến độ bền của hỗn hợp vôi- đất là độ ẩm tự nhiên của nó Nhìn chung, độ bền của hỗn hợp vôi- đất càng giảm khi độ ẩm càng tăng

Với các ưu điểm là tiến độ thi công nhanh, sử dụng các vật liệu sẵn có tại địa phương, chi phí thấp và rất phù hợp với các công trình xây dựng có quy mô vừa và nhỏ, trong thời gian gần đây phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp trộn xi măng, vôi đã bắt đầu được áp dụng ở Việt Nam Tuy nhiên, cơ sở lý thuyết phục vụ

cho công tác thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phương pháp trộn xi măng, vôi vẫn chưa được hoàn thiện, chủ yếu dựa vào các kết quả thực nghiệm

3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của xi măng – đất

Tầm quan trọng của sự tăng cường độ của việc xử lý đất bằng xi măng hoặc vôi

là sự ảnh hưởng của một số nhân tố, bởi vì cơ chế tăng cường độ cơ bản có mối quan

hệ mật thiết với phản ứng hóa học giữa đất và các vật liệu phản ứng

Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ (Terashi 1997) như sau: Đặc điểm của chất kết dính :

- Loại vật liệu chất kết dính

- Hàm lượng

- Hàm lượng nước trộn thêm vào

Đặc điểm và điều kiện của đất :

- Đặc điểm lý hóa và khoáng vật trong đất

- Lượng chất hữu cơ

Các nhân tố ảnh hưởng ở trên có thể được đánh giá mức độ ảnh hưởng tùy theo điều kiện thực tế tại hiện trường và các công trình cụ thể nhưng có thể tóm lược các đặc điểm sau:

+ Đặc điểm của chất kết dính có ảnh hưởng rất lớn đến cường độ của đất được xử

lý Vì thế sự lựa chọn chất kết dính hợp lý thực sự ý nghĩa và là vấn đề rất quan trọng

Có rất nhiều chất kết dính để có thể chọn cho việc gia cố

+ Các nhân tố ảnh hưởng bởi đặc điểm và điều kiện của đất thì đó là các đặc tính

cố hữu của đất và điều kiện hình thành, tồn tại của đất Các điều kiện này thường không thể thay đổi được khi áp dụng biện pháp gia cố sâu

+ Các nhân tố ảnh hưởng bởi điều kiện trộn thường rất dễ thay đổi và kiểm soát trong quá trình thực hiện dựa trên khả năng xử lý thực tế tại hiện trường của người thực tiếp thực hiện, đặc biệt là của kỹ sư hiện trường

+ Các nhân tố ảnh hưởng trong quá trình hoạt động cũng có thể kiểm soát một cách dễ dàng các nghiên cứu trong phòng nhưng không thể kiểm soát được ngoài công trường thi công

4 Một số tác dụng của phương pháp cọc đất gia cố xi măng

- Thời gian xây dựng: Có thể đạt được cường độ trong thời gian rất ngắn, như vậy có thể rút ngắn thời gian xây dựng công trình đáng kể

- Cường độ yêu cầu của đất được cải thiện có thể đạt được bởi sự điều chỉnh hàm lượng chất kết dính thêm vào trong đất tại chỗ

- Độ lún nhỏ: Độ lún của đất được cải thiện tùy thuộc vào tải trọng tính toán, nhưng phương pháp này không là nguyên nhân gây ra biến dạng

- Phạm vi áp dụng: Phương pháp cọc đất gia cố xi măng được áp dụng một cách rộng rãi cả cho đất ở vùng đất liền và các vùng biển Phạm vi áp dụng của phương pháp này cũng đặc biệt rộng vì nó có thể áp dụng được trong mọi điều kiện (đất tại chỗ, nằm ở vùng sâu …) vùng mà khó có thể sử dụng phương pháp truyền thống khác

Xa hơn nữa, phương pháp này có thể áp dụng bao gồm cả việc ổn định của kết cấu móng, nền đường, đập chắn nước, hầm lò, sân bay, bến cảng…

Phương pháp trộn vôi hay xi măng dưới sâu qua thực tế sử dụng đã chứng tỏ là một phương pháp có hiệu quả để cải tạo tính chất của đất sét yếu Dựa trên qui mô thực của khối đắp trên cọc xi măng đất, biến dạng của đất được cải tạo phụ thuộc vào kiểu mẫu xây dựng Chuyển vị ngang và lún của công trình dạng tường nhỏ hơn công trình dạng cọc Vì thế dạng tường có hiệu quả hơn trong việc giảm biến dạng ngang và biến dạng thẳng đứng

Sử dụng các cọc đất gia cố vôi và gia cố xi măng là một phương pháp xử lý nền đất yếu có hiệu quả và được ứng dụng khá rộng rãi vào việc gia cố các nền đất yếu dưới các công trình xây dựng Việc sử dụng phương pháp này đã đem lại hiệu quả trong xây dựng, tăng nhanh thời gian thi công

IV THOÁT NƯỚC CỐ KẾT THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG BẰNG BẤC THẤM

1 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm

Sử dụng các thiết bị thoát nước thẳng đứng để gia tăng quá trình cố kết của đất yếu được bắt đầu trong thập niên 20 bằng các giếng cát Vào giữa những năm 30 walter kjellman, sau đó là viện trưởng viện địa kỹ thuật Thụy Điển đã phát minh ra hệ thống thoát nước chế tạo sẵn đầu tiên trên thế giới Sau năm 1939, hệ thống thoát nước thẳng đứng này được sử dụng rộng rãi ở các nước Châu Âu và nhật bản Một vài năm sau thụy Điển và nhiều nước khác lại trở lại sử dụng giếng cát, do hệ thống thoát nước chế tạo sẵn có hệ số thấm và lưu lượng thoát nước nhỏ Cho tới năm 1950 hầu hết hệ thống thoát nước thẳng đứng là các giếng cát Với sự phát triển các chất dẻo và vải lọc,

từ năm 1980 các hệ thống thoát nước chế tạo sẵn (chủ yếu là bấc thấm) đã trở thành phổ biến do lắp đặt dễ dàng, mềm dẻo, độ tin cậy cao và chi phí thấp Để tăng nhanh quá trình cố kết, người ta thường dùng các hệ thống thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước bằng khối đắp tạm thời hoặc bơm hút chân không

Nhìn chung, phương pháp xử lý nền đất bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng không hiệu quả trong các trầm tích có hàm lượng vật chất hữu cơ cao, đặc biệt là các vật chất hữu cơ chưa phân hủy hoàn toàn và than bùn do tính chất lưu biến của các loại đất này và do sự gia tăng khả năng chịu tải của đất sau khi xử lý là không đáng kể

Mô hình nền đường xử lý bằng giải pháp thoát nước thẳng đứng

Khi nghiên cứu lý thuyết cố kết của đất bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng người ta phải giải quyết bài toán cố kết ba chiều Năm 1942, Carilo đã đề xuất phân bài toán cố kết ba chiều thành tổng hợp của bài toán cố kết theo chiều thẳng đứng và bài toán cố kết theo hướng xuyên tâm Barron (1948) đã đưa ra lời giải toàn diện đầu tiên cho bài toán cố kết của giếng cát Olsen và các tác giả khác (1974) đã lập chương trình tính toán bằng phương pháp sai phân hữu hạn để nghiên cứu ảnh hưởng của chất tải thay đổi theo thời gian, sự thay đổi của hệ số cố kết, đặc tính ứng suất - biến dạng không tuyến tính của đất, ảnh hưởng của các biến dạng lớn và ảnh hưởng của việc lắp đặt thiết bị thoát nước thẳng đứng đối với quá trình cố kết Yoshikoni (1974), Hansbo (1979), Kok (1981), Rixner (1986), Zeng (1989), Bergado (1993), Zhu (2000) và các tác giả khác đã đưa ra các phương pháp tính toán thông dụng cho bài toán cố kết bằng

hệ thống thoát nước thẳng đứng Sau đây là một số vấn đề liên quan đến bài toán cố kết bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng

Theo Carilo mức độ cố kết trung bình của một lớp đất có thể được biểu diễn như sau:

Urz = 1 – (1-Ur)(1-Uz) (1)

Trong đó: