Nghiên cứu vai trò của bấc thấm ngang lên sự ổn định và biến dạng của công trình nền đất đắp cao 35m, phi trường noto, nhật bản

Thông thường bấc thấm được sử dụng trong điều kiện đất yếu tự nhiên được cắm theo chiều thẳng đứng để giúp thoát nước nhanh, tăng nhanh quá trình cố kết, đôi khi được cắm theo các góc ng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

ĐÀM XUÂN THẾ

NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA BẤC THẤM NGANG LÊN SỰ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÔNG TRÌNH NỀN ĐẤT ĐẮP CAO 35M,

PHI TRƯỜNG NOTO, NHẬT BẢN

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (60.58.60)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 12 năm 2011

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Trần Tuấn Anh

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA 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 20

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

- Họ và tên học viên: Đàm Xuân Thế Giới tính: Nam

- Ngày, tháng, năm sinh: 06-06-1980

- Nơi sinh: xã Thái Nguyên, Thái Thụy, Thái Bình

- Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật và Xây Dựng

- Khóa (Năm trúng tuyển): 2009

1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu vai trò của bấc thấm ngang lên sự ổn định và biến dạng của công trình nền đất đắp cao 35m, Phi trường Noto, Nhật Bản

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis sau đó so sánh với

số liệu quan trắc thực tế của công trình thực tế để đảm bảo tính chính xác của mô hình số và nghiên cứu các vấn đề sau:

2.1 Độ chính xác của các mô hình khác nhau

2.2 Tốc độ đắp đất tối đa

2.3 Đánh giá vai trò của bấc thấm lên sự ổn định và biến dạng nền đắp

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 2/12/2011

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ Trần Tuấn Anh

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Trong thời gian học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa thành phố

Hồ Chí Minh (2009-2011) tôi đã thu thập được rất nhiều kiến thức bổ ích phục vụ cho nghiên cứu và công tác mà trước đây ở bậc đại học chưa được học tập và nghiên cứu kỹ

Để có được các kiến thức quý báu nói trên trước hết tôi xin chân thành cảm

ơn đến toàn thể các thầy, cô đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường

Để hoàn thành được nhiệm vụ luận văn thạc sĩ tôi xin rất chân thành cảm ơn đến tiến sĩ Trần Tuấn Anh đã nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ, cung cấp các tài liệu quý giá trong quá trình làm luận văn

Để hoàn thành được luận văn thạc sĩ này tôi đã phải tham khảo một số bài báo, một số sách ở trong và ngoài nước, do vậy tôi xin chân thành cảm ơn đến các tác giả đã có công xuất bản các tài liệu quý giá đó

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô, các bạn học viên cao học ngành địa kỹ thuật và xây dựng đã có những trao đổi các kiến thức chuyên môn vô cùng bổ ích cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn thạc sĩ

Cuối cùng tôi xin kính chúc toàn thể quý thầy cô, Cán bộ lãnh đạo, anh, em bạn bè đồng nghiệp sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong quá trình giảng dạy và công tác

Một vùng san lấp của sân bay Noto đã được thi công với tốc độ rất nhanh tới chiều cao 55m, vật liệu để san lấp là đất sét pha cát, sạn sỏi có độ ẩm cao Vải địa kỹ thuật thoát nước ngang (bấc thấm ngang) được đưa vào để đẩy nhanh tốc độ cố kết của đất Kết quả thu được từ mô phỏng khá phù hợp với biến dạng quan sát và ứng suất được kiểm soát nhưng biến dạng theo phương ngang và phương đứng của khối đắp có kết quả đo được nhỏ hơn kết quả ước lượng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) Nó chỉ ra rằng sự gia cố ảnh hưởng bởi ma sát giữa đất và vải địa kỹ thuật phát sinh trong khối đất khó được mô phỏng chuẩn xác trong các phân tích ảnh hưởng đến chuyển vị ngang Một vài tính toán bằng phương pháp phân tích Plaxis được tiến hành với những giả thuyết khác nhau cho các điều kiện xảy đến với khối đắp như: tốc độ đắp, tính thấm của vật liệu đắp Nó chỉ ra rằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn có khả năng phỏng theo những điều kiện phức tạp xảy ra tại công trình khi thiết kế đưa vào sử dụng vải địa kỹ thuật thoát nước theo phương ngang

ABSTRACT

A fill of Noto Airport had been constructed rapidly to a height of 55 m, and its filling material is high water content sandy CLAY Prefabricated horizontal drain (PHD) is installed in the fill to accelerate consolidation To seek reasonable method to simulate the behavior of a fill with horizontal drains, an FEM (Plaxis) is applied in this topic The result of the simulation agreed rather well with observed deformation and monitored stress, but horizontal and vertical deformation of the fill body measured is much smaller than estimated by FEM It probably implies that the reinforcing effect due to friction between the soil and the geotexitile is generated in the field, but is not well-modeled in the analysis Some trial FEM calculations are carried out for various hypothetical cases of field conditions such as filling speed and permeability of filling material It is shown that the FEM capable of adapting complicated conditions at a given site enables rational design for embedding Prefabricated horizontal drains

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Trang

1 Giới Thiệu 1

2 Mục đích đề tài 1

3 Phương pháp thực hiện 2

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

5 Giá trị thực tiễn của đề tài 2

6 Phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẤC THẤM VÀ TÁC DỤNG CỦA BẤC THẤM ĐỐI VỚI VIỆC TĂNG NHANH QUÁ TRÌNH CỐ KẾT CHO NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm đất yếu 3

1.2 Giếng thấm 3

1.2.1 Giới thiệu 3

1.2.2 Vùng ảnh hưởng của giếng thấm 5

1.2.3 Các đặc trưng của giếng thấm 6

1.3 Tổng quan về bấc thấm ngang và tính năng sử dụng 8

1.4 Điểm qua các công trình nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã công bố trong nước và quốc tế 11

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM 2.1 Thiết kế cấu tao……… 18

2.2 Tính toán độ lún tổng cộng……….…….…… 21

2.3 Tính độ lún theo thời gian……….… ………… 22

2.4 Tính toán ổn định……….……… … 27

2.5 Tính toán gia tải nén trước……… ……… 29

2.6 Tính độ gia tăng cường độ lớp đất yếu……….….……… 30

2.7 Thi công gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm……….………….………… 30

2.8 Kiểm tra và nghiệm thu công trình……… ……… ………… 31

2.9 Đánh giá hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm……… … 33

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM 3.1 Giới thiệu sơ lược về phương pháp phần tử hữu hạn 34

3.2 Mô hình Hardening Soil và những lập luận cơ bản của mô hình Hardening soil 35

3.3 Mô hình Mohr- Coulomb và những lập luận cơ bản của mô hình M-C 35

3.4 Mô hình Soft soil và những lập luận cơ bản của mô hình Soft soil 45

3.5 Mô hình Camclay và những lập luận cơ bản của mô hình Camclay 48

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI SỰ LÀM VIỆC CỦA BẤC THẤM TỪ KHÔNG GIAN BA CHIỀU (3D) SANG KHÔNG GIAN 2 CHIỀU (2D) NHẰM ỨNG DỤNG CHO VIỆC TÍNH TOÁN BẰNG PLAXIS 4.1 Giới thiệu 51

4.2 Phương pháp chuyển đổi trong điều kiện gia tải trước kết hợp hút chân không 52

4.2.1 Lời giải phân tích áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trung bình của phần tử đối xứng trục 52

4.2.2 Lời giải phân tích đề xuất cho áp lực nước lỗ rỗng thặng dư của phần tử biến dạng phẳng đã loại trừ vùng xáo trộn 53

4.2.3 Công thức chuyển đổi của lưu lượng thấm cho phần tử biến dạng phẳng 53

4.3 Kết quả tính toán sử dụng cho mô phỏng nền đắp bằng Plaxis 54

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PLAXIS 2D) VỀ NỀN ĐẤT ĐẮP CAO 55M CÔNG TRÌNH PHI TRƯỜNG NOTO, NHẬT BẢN 5.1 Giới thiệu chương 55

5.2 Tổng quan về sân bay Noto và quá trình thí nghiệm khối đắp 55

5.3 Mô hình phân tích và kết quả tính toán của khối đắp thí nghiệm 57 5.4 Tính toán theo mô hình Hardening soil 62

5.4.1 Tính toán trong trường hợp tổng quát (lõi thấm bao gồm tính thoát nước và phần

tử geogrid) 62 5.4.2 Tính toán trong trường hợp lõi thấm chỉ có tác dụng thấm ngang nhưng không có Phần tử Geogrid ở giữa 70 5.4.3 Tính toán trong trường hợp không có bấc thấm ngang 73 5.4.4 So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang và đứng với quan trắc hiện trường 74 5.4.5 Kết quả tổng giá trị lún trong mô hình Hardening soil

5.5 Tính toán theo mô hình Soft soil 76 5.6 So sánh kết quả tính giữa các mô hình khác nhau 80 5.7 Tính toán trên nền đắp chính bằng mô hình Soft soil 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận 97

2 Kiến nghị 97 Tài liệu tham khảo 98

MỞ ĐẦU

1.1 GIỚI THIỆU

Nền đất yếu là một trong những loại đất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, ở Việt Nam cũng không là ngoại lệ, đặc biệt ở các vùng đồng bằng châu thổ: Vùng đồng bằng sông Cửu Long, Sông Hồng,…Việc cải tạo xử lý loại đất này nhằm xây dựng các công trình đã đưa đến nhiều thách thức cho các nhà địa kỹ thuật và thiết kế móng công trình Một trong những phương pháp xử lý hiệu quả và khá phổ biến nhằm cải tạo, tăng nhanh

độ cố kết cho nền đất yếu là việc sử dụng bấc thấm, vải địa kỹ thuật kết hợp gia tải và hút chân không

Thông thường bấc thấm được sử dụng trong điều kiện đất yếu tự nhiên được cắm theo chiều thẳng đứng để giúp thoát nước nhanh, tăng nhanh quá trình cố kết, đôi khi được cắm theo các góc nghiêng khác nhau để ngoài việc giúp thoát nước nó còn có tác dụng gia cường cho nền, chống trượt tại các mái dốc khi bên trên nền được gia tải Một trường hợp tương đối đặc biệt là bấc thấm được sử dụng theo chiều ngang để tăng cường cố kết cho một nền đất đắp Ngoài tác dụng thoát nước, thực tế nền đất đã được gia cường tốt hơn và chuyển vị ngang cũng nhỏ hơn mô phỏng bằng phần mềm; tác dụng của bấc thấm ở đây thể hiện vai trò gia cường chống trượt Một vài tính toán bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn thử nghiệm được tiến hành với những giả thuyết khác nhau cho các điều kiện xảy đến với khối đắp như: tốc độ đắp, tính thấm của vật liệu đắp Nó chỉ ra rằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn có khả năng phỏng theo những điều kiện phức tạp xảy ra tại công trình khi thiết kế đưa vào sử dụng vải địa

kỹ thuật thoát nước theo phương ngang

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu nguyên tắc làm việc của nền đắp có sử dụng bấc thấm ngang

Xây dựng một lời giải giải tích mô phỏng phương trình cố kết thấm của nền đất dưới dạng mô hình lăng trụ thấm đối xứng trục ba chiều sang dạng hai chiều nhằm phục vụ cho việc tính toán trong phần mềm Plaxis 2 chiều

Xem xét khả năng tính toán và độ chính xác của phương pháp phần tử hữu hạn (tính bằng phần mềm Plaxis) so với thực tế

Đánh giá tác dụng của bấc thấm ngang đối với quá trình đắp đất của nền đất đắp cao

1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

 Nghiên cứu nguyên tắc làm việc của nền đắp có sử dụng bấc thấm ngang

 Xây dựng một lời giải giải tích mô phỏng phương trình cố kết thấm của nền đất dưới

dạng mô hình lăng trụ thấm đối xứng trục ba chiều sang dạng hai chiều

 Tính toán độ ổn định và độ cố kết của nền đắp theo phương pháp phần tử hữu hạn (chạy bằng phần mềm Plaxis) theo các mô hình trong 2 không gian hai chiều

1.4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài nghiên cứu vai trò của bấc thấm ngang lên sự ổn định của công trình đất đắp

có ý nghĩa khoa học khá cao, nó nêu lên tầm quan trọng của bấc thấm đối với quá trình

cố kết nền đất cho các công trình đắp đất với độ ẩm cao Tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn để ứng dụng cho quá trình thiết kế và thi công công trình chứng tỏ phương pháp tính toán, mô phỏng bằng phần mềm đóng vai trò rất lớn đối với công tác

kỹ thuật xây dựng nền móng hiện nay,…

1.5 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Kết quả đạt được của đề tài có thể được dùng để tính toán thiết kế các công trình đắp cao lấn biển, lấn sông hoặc trong các thung lũng, vịnh,…với thời gian thi công ngắn và cao trình đắp cao,…

Kết quả tính toán bằng phần tử hữu hạn có kết quả khá sát với thực tế quan sát được chứng tỏ sự phù hợp trong quá trình tính toán bằng lý thuyết và mô phỏng,…Dựa trên kết quả mô phỏng có thể đưa ra trình tự thi công và khối lượng đất đắp theo thời gian

1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Các loại nền đắp cao với tốc độ thi công nhanh chóng cùng với loại đất đắp có độ

ẩm cao, có chứa nhiều thành phần hạt mịn sẽ được ưu tiên nghiên cứu và phân tích trong đề tài

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ BẤC THẤM VÀ TÁC DỤNG CỦA BẤC THẤM ĐỐI VỚI VIỆC TĂNG NHANH QUÁ TRÌNH CỐ KẾT

CHO NỀN ĐẤT YẾU

1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU

Đất yếu nói chung là những loại đất có khả năng chịu tải thấp hay không có khả năng chịu tải, có tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước

Teaghi và Peck (1967) đã định nghĩa sét rất yếu khi cường độ nén đơn qu nhỏ hơn 25 kPa và yếu khi nó lớn hơn 25kPa và nhỏ hơn 50 kPa Một số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có sức chống cắt su <40 kPa Hệ số rỗng của sét yếu e >1 và giới hạn lỏng wl > 50%

Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý

1.2 GIẾNG THẤM

1.2.1 Giới thiệu

Lún cố kết luôn gây ra nhiều vấn đề với nền móng công trình, hệ số thấm của đất yếu thường rất nhỏ nên độ lún cố kết chỉ kết thúc sau một thời gian rất lâu Để rút ngắn thời gian cố kết người ta dùng kỹ thuật giếng thấm cộng với phương pháp gia tải trước Giếng thấm là đường thoát nước nhân tạo được cắm vào nền đất yếu, dưới tác dụng của gia tải, gradient thủy lực của nước trong lỗ rỗng gia tăng làm nước thấm theo phương ngang vào các giếng thấm và sau đó nước sẽ thấm tự do một cách nhanh chóng theo giếng thấm đi lên trên bề mặt

Như vậy dùng giếng thấm sẽ rút ngắn chiều dài đường thấm cho nên thời gian cố kết cũng được rút ngắn một cách đáng kể Hơn nữa thông thường hệ số thấm theo phương ngang lớn hơn hệ số thấm theo phương đứng cho nên thời gian kết thúc cố kết sẽ được rút ngắn lại Giếng thấm có hai chức năng rõ rệt:

 Rút ngắn thời gian cố kết

 Tăng sức chống cắt

Hình 1.1: Xử lý nền bằng giếng thấm gia tải trước

D.J.Moran (kỹ sư người Mỹ) là người đầu tiên đề nghị sử dụng giếng cát vào năm

1925 và được thi công thử nghiệm một vài năm sau đó tại California

Phương pháp giếng cát có một số nhược điểm nhất định Cát được sử dụng trong giếng cát phải được chọn lựa kỹ lưỡng để có hệ số thấm tốt nhất cho nên phải vận chuyển cát từ những nguồn thích hợp xa vị trí công trường Ngoài ra, trong khi thi công rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn không bảo đảm được vai trò thoát nước do lỗi trong thi công hoặc do chuyển vị ngang của nền lớn Người ta đã bắt đầu nghĩ ra cách thay thế vật liệu thuận lợi hơn để thi công giếng thấm

Tại Thụy Điển vào giữa thập niên 1930, Kjellman bắt đầu tiến hành thử nghiệm giếng thấm chế tạo sẵn hoàn toàn bằng các tông Tuy nhiên với vật liệu giếng thấm này vấn đề nảy sinh là sự phá hoại nhanh chóng bấc thấm khi thi công vào nền đất Vào năm 1971, Wager cải thiện bấc thấm Kjellman bằng cách sử dụng lõi làm bằng chất dẻo (polyethylene) nhằm thay thế lõi bằng các tông Một thời kì mới mở ra đối với giếng thấm, một số lượng bấc thấm chế tạo sẵn đã xuất hiện Thi công cắm bấc thấm được cải thiện về tốc độ và chiều sâu cắm Ngày nay bấc thấm được xem

là vật liệu chính phổ biến dùng để xử lý nền đất có độ sâu lớn, được áp dụng rộng rãi cho các dự án đường, cảng, sân bay…

Hình 1.2: Hình dạng bấc thấm và ống cắm bấc thấm điển hình

Bấc thấm thường có bề rộng 100mm, dày 3-5mm Lõi bấc thấm là một loại chất dẻo,

có nhiều rãnh nhỏ để làm khe thoát nước hoặc để đỡ võ lớp bọc khi có áp lực ép vào bấc thấm Bao quanh lõi là lớp vỏ bằng vải địa kỹ thuật bằng nhựa tổng hợp hoặc dạng dệt

từ sợi nhựa tổng hợp Vỏ có tác dụng làm bộ lọc nước, hạn chế các hạt đất đi qua làm tắc nghẽn khe thoát nước Với kỹ thuật sản xuất bấc thấm hiện nay, lưu lượng tháo nước của bấc thấm có thể đạt 80m3 -140m3/năm cao hơn rất nhiều so với độ thấm của đất yếu

1.2.2 Vùng ảnh hưởng của giếng thấm

Thời gian để đạt được độ cố kết là hàm số phụ thuộc vào bình phương đường kính có hiệu de của giếng thấm Thông số này có thể được khống chế theo ý muốn

vì nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các giếng thấm và sơ đồ bố trí giếng thấm

Giếng thấm thường được bố trí theo sơ đồ lưới hình tròn hoặc lưới tam giác đều

Đường kính vùng ảnh hưởng của giếng thấm được xác định như sau:

 de = 1.13S : lưới hình vuông

 de = 1.05S : lưới tam giác

Bố trí giếng thấm theo lưới hình vuông thuận tiện cho việc thi công hơn và thường được chọn, tuy nhiên lưới tam giác cho sự cố kết thấm giữa các giếng đồng đều hơn

Hình 1.3: Sơ đồ bố trí bấc thấm trong nền

1.2.3 Các đặc trưng của giếng thấm

1.2.3.1 Đường kính tương đương

Trong lý thuyết cố kết thấm theo phương ngang giếng thấm có hình trụ tròn, trong khi đó bấc thấm có tiết diện hình chữ nhật nên cần phải quy đổi thành tiết diện tròn với đường kính tương đương sao cho khả năng thoát nước bằng nhau Hansbo (1979) đề nghị đường kính tương đương bấc thấm có thể xác định theo công thức sau: dw = [2(a+b)]/π

Hình 1.4: Quy đổi đường kính tương đương của bấc thấm

1.2.3.2 Khả năng thoát nước

Mục đích của việc sử dụng bấc thấm là làm tiêu tán nhanh áp lực nước lỗ rỗng và tháo nước lỗ rỗng trong nền đất yếu ra ngoài Vì vậy khả năng thoát nước của bấc thấm càng cao thì hiệu quả của bấc thấm càng lớn Khả năng thoát nước phụ thuộc vào nhiều lý do:

 Áp lực ngang của đất: Khi áp lực ngang của đất lên phần bấc thấm tăng, khả năng lọc nước của lõi thấm sẽ giảm xuống do sự giảm diện tích mặt cắt ngang dòng chảy

 Độ lún của nền đất lớn: Trong quá trình lún của nền đất sẽ kéo theo bấc thấm cùng lún theo, chuyển vị này sẽ làm cho bấc thấm bị uốn cong, gấp chồng làm giảm đi khả năng dẫn nước của bấc thấm

 Sự tắc đường thoát nước: Trong quá trình lọc nước của lõi thấm từ đất nền vào giếng thấm dẫn đến sự tích tụ các hạt mịn trong nền vào trong lõi thấm Khi sự tích tụ này đủ lớn có thể sẽ gây ra hiện tượng nghẽn lõi thấm

 Thời gian: Khả năng thoát nước có thể giảm do sự lão hóa của thiết bị thoát nước Sự hư hại bấc thấm có thể xảy ra do các quá trình sinh hóa diễn ra trong nền đất

 Gradient thủy lực: Khả năng thoát nước sẽ khác nhau khi gradient thủy lực thay đổi

và sẽ nhỏ hơn khi có gradient thủy lực quá lớn Điều này có thể do sự mất mát năng lượng của dòng chảy vì hiện tượng chảy rối khi dòng chảy có gradient thủy lực khá lớn

1.2.3.3 Vùng xáo trộn

Một yếu tố cần xét đến trong trong quá trình tính toán sự làm việc của bấc thấm, đó là ảnh hưởng của vùng xáo trộn do công tác cắm bấc thấm gây ra Vùng xáo trộn (smear zone) này sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình thấm thoát nước do làm thay đổi hệ số thấm nguyên thủy của đất, dẫn đến thay đổi tốc độ cố kết của nền Thông thường bấc thấm được thi công bởi một ống thép chuyên dùng, ống thép được thiết kế sao cho giảm tối đa sự xáo trộn cho nền đất Vì vậy tiết diện ngang của ống thép có tiết diện hình oval hoặc hình chữ nhật với kích thước vừa đủ để tránh hiện tượng ma sát giữa bấc thấm và ống thép Tuy nhiên ống thép tiết diện tròn cũng khá phổ biến

Đường kính vùng đất bị xáo trộn tùy thuộc vào ống thép được sử dụng thi công bấc thấm và kích thước bộ phận neo bấc thấm trong đất Từ thí nghiệm, Bergado (1991) chỉ ra rằng, với ống thép thi công có đường kính nhỏ hơn thì nền sẽ cố kết nhanh hơn (vùng đất xáo trộn cũng nhỏ hơn)

Với mục đích thiết kế, Jamiolkowski và Lancellotta (1981) đưa ra công thức tính đường kính vùng đất xáo trộn như sau:

2

) 6 5

s

d

Trong đó d m là đường kính tương đương của ống thép:

Với ω là bề rộng, l chiều dài của tiết diện ống thép

Bergado đã tiến hành thí nghiệm hiện trường và nhận xét với d s = (2÷3)d m

Hình 1.5: Vùng đất bị xáo trộn xung quanh ống Mandrel (Bergado,1996)

1.3 BẤC THẤM NGANG VÀ TÍNH NĂNG SỬ DỤNG

Hiện nay bấc thấm ngang được sử dụng chủ yếu để thay thế tính chất thấm của lớp cát đệm trên nền đất được xử lý bằng bấc thấm đứng Một hệ thống bấc thấm ngang được kết nối với bấc thấm đứng dẫn nước từ dưới lên và giúp cho việc thoát nước theo ngang một cách nhanh chóng Các hình ảnh minh họa bên dưới sẽ nói lên phần nào tính chất khá hữu ích bấc thấm ngang

Tuy nhiên trong trường hợp đặc biệt như trong đề tài này bấc thấm ngang dùng cho việc thoát nước ngay trong bản thân nền đất yếu với cách lắp đặt bằng cách đắp đất theo từng lớp và trải vải thấm theo khoảng cách các lớp đắp ấy với thiết kế phương đứng là 2,5m và phương ngang là 2m Tính năng và hiệu quả của bấc thấm ngang này có tính chất tương tự bấc thấm đứng; các công thức liên quan và tính chất của bấc thấm đứng đều có thể sử dụng cho bấc thấm ngang ở điều kiện này

Hình 1.6: Thi công bấc thấm ngang kết nối với bấc thấm đứng

Hình 1.7: Tác dụng tháo nước ngang dưới nền cát

Hình 1.8: Mô hình bấc thấm ngang, tính năng của nó và công tác lắp đặt ngoài hiện trường

1.3 ĐIỂM QUA CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM ĐÃ CÔNG BỐ TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ

1.4.1 Các công trình nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã công bố Quốc tế 1.4.1.1 Công trình nghiên cứu của Jun Chun – Chai và Norihiko Miura

Tác giả Jun Chun – Chai và Norihiko Miura đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng để nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến việc thoát nước đứng khi gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm như:

a) Ảnh hưởng của sự biến dạng bấc thấm, sự tích đọng bùn sét quanh bấc thấm đến hiệu quả sử dụng bấc thấm: những yếu tố này làm giảm khả năng thoát nước

của bấc thấm trong quá trình thi công cũng như về lâu dài trong quá trình khai thác

Mô hình thí nghiệm trong phòng để xác định tốc độ tháo nước của bấc thấm tác giả đưa ra như hình vẽ (Hình 1.9) Kết quả nghiên cứu đã đưa ra kết luận: sự tích đọng lớp sét quanh bấc thấm, sự tồn tại bọt khí ở dòng chảy trong bấc thấm có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ tháo nước của bấc thấm còn việc bấc thấm bị gấp khúc (không phải bị thắt nút) thì ảnh hưởng không đáng kể đến mức độ tháo nước của bấc thấm (những kết luận này đã được Hansbo chứng minh năm 1983)

Hình 1.9: Thiết bị thí nghiệm trong phòng xác định tốc độ tháo nước của bấc thấm

Mô hình thí nghiệm trong phòng để xác định độ giãn dài vải lọc của bấc thấm tác giả đưa ra như hình vẽ (Hình 1.10)

Hình 1.10 Thí nghiệm trong phòng xác định mức độ giãn dài của lớp vải bọc quanh bấc thấm

Mô hình thí nghiệm trong phòng để xác định mức độ giảm diện tích mặt cắt ngang đường thoát nước trong bấc thấm do sự giãn dài của lớp vải lọc của bấc thấm tác giả đưa

ra như hình vẽ (Hình 1.11)

Hình 1.11 thí nghiệm trong phòng xác định mức độ giảm diện tích mặt cắt ngang ngang đường thoát nước trong bấc thấm do sự giãn dài của lớp vải bọc quanh bấc thấm

Hình 1.12 Hình ảnh nghiên cứu ảnh hưởng của sự tắc nghẽn dòng chảy trong bấc thấm

1.4.1.2 Công trình nghiên cứu của C.C.Hird và V.J.Moseley

Những tác giả đã nghiên cứu vấn đề này trước C.C.Hird và V.J.Moseley: Barron(1948); Hansbo(1981); Jamiolkowski (1983); Holtz (1991); Bergado (1991); Hansbo (1993, 1997); Singh và Hattab (1979); Onoue (1991) Hạn chế của các tác giả này là chưa nghiên cứu cho nền đất có nhiều lớp đất khác nhau

Tác giả C.C.Hird và V.J.Moseley đã xây dựng mô hình nghiên cứu sự ảnh hưởng của

vùng đất bị xáo trộn xung quanh bấc thấm khi thi công cắm bấc thấm vào nền đất có nhiều lớp đất khác nhau đến tốc độ cố kết của nền đất

Mô hình thí nghiệm của C.C.Hird và V.J.Moseley như hình vẽ (Hình 1.12) Qua thí nghiệm tác giả đã rút ra được những kết luận:

- Khi cắm bấc thấm vào trong đất sẽ gây ra sự xáo trộn vùng đất xung quanh bấc thấm Có 2 loại xáo trộn chính:

+ Sự chuyển dịch của đất để tạo khoảng trống cho ống cắm bấc thấm và bấc thấm + Sự kéo rê xuống của đất tại mặt tiếp xúc với ống cắm bấc thấm trong quá trình xuyên ống vào nền đất

- Ảnh hưởng của vùng xáo trộn là có thực và xuất hiện tập trung trong khoảng bán kính 1.2rw (rw: bán kính tương đương của bấc thấm)

- Sự gia tăng vùng xáo trộn có phụ thuộc vào chiều dày lớp cát, chiều dày lớp sét, tốc độ cắm bấc thấm

- Góc nghiêng của ống cắm bấc thấm thì không ảnh hưởng nhiều đến sự xáo trộn trong mẫu đất phân lớp

Hình 1.12 Mô hình thí nghiệm trong phòng của C.C.Hird và V.J.Moseley

1.4.1.3 Công trình nghiên cứu của Almeida (1995, 1998)

Tác giả nghiên cứu về sự cố kết của nền sét rất yếu có xử lý bấc thấm

- Quan trắc độ lún ở hiện trường từ đó phân tích, tính toán hệ số cố kết ngang Ch

- Sử dụng thiết bị đo lún đặc biệt ở trong phòng, phân tích, tính toán số liệu để xác định hệ số cố kết ngang Ch

- Đo áp lực nước lỗ rỗng tại hiện trường, phân tích, tính toán hệ số cố kết ngang Ch Với sơ đồ, mô hình thí nghiệm như hình 1.13 và Hình 1.14, tác giả đã nghiên cứu, phân tích, tính toán và rút ra kết luận là: hệ số cố kết ngang Ch không có sự khác biệt lớn

Hình 1.14 Mô hình thí nghiệm đặc biệt để đo độ lún ở trong phòng

Hình 1.15: Hình ảnh bấc thấm đứng khi được cắm xong tại hiện trường

1.4.2 Các công trình nghiên cứu về giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã công bố trong nước

Có rất nhiều tác giả nghiên cứu về giải pháp gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm như:

- Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Vũ Đức Sỹ về đề tài “Nghiên cứu một số vấn đề

về tính toán lún theo thời gian và xử lý lún nền đường ô tô đắp trên đất yếu do GS.TS Dương Ngọc Hải - trường Đại Học Xây Dựng và GS.TSKH Bùi Anh Định - trường Đại Học Giao Thông Vân Tải hướng dẫn: nghiên cứu chiều sâu cắm bấc thấm hiệu quả

- Nguyễn Trung - Tạp chí cầu đường Việt Nam Một số vấn đề về áp lực tiền cố kết và

chiều cao gia tải trong xử lý nền đất yếu theo phương pháp thoát nước thẳng đứng, cũng

có đề cập đến xử lý bằng bấc thấm, giếng cát

- Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Phương Duy, Nguyễn Duy Lâm Công nghệ mới xử lý

nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm - nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải

- Luận văn thạc sĩ của học viên Trần Bắc năm 2008 - trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Phân tích, so sánh giải pháp giếng cát và bấc thấm để xử lý nền

đất yếu của đường vào cầu Nội dung nghiên cứu: phân tích, so sánh để lựa chọn giải pháp gia cố nền đất yếu bằng giếng cát hay bấc thấm cho khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao nhất

Trên đây là sơ lược một số tác giả trong nước và trên thế giới đã có những nghiên cứu đóng góp cho việc sử dụng bấc thấm gia cố nền đất yếu với nhiều khía cạnh khác nhau, các tác giả này đã có nhiều đóng góp quý báu cho ngành Xây dựng nói chung và ngành xây dựng đường giao thông nói riêng, tuy nhiên các nghiên cứu này chưa nghiên cứu về: Tốc độ gia tải tối đa; Khoảng cách tối ưu giữa hai bấc thấm; Tương quan giữa khoảng cách bấc thấm và tốc độ gia tải; Xác định chiều cao đắp tới hạn

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM

Hiện nay ở nước ta xử lý nền đất yếu đang tuân theo các quy trình quy phạm sau:

- Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 245:2000: Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước do Bộ Xây dựng ban hành ngày 29/06/2000

- Tiêu chuẩn ngành 22TCN 262-2000: Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế do Bộ Giao thông Vận tải ban hành ngày 01/06/2000

- Tiêu chuẩn ngành 22TCN 248-98: Tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu do Bộ Giao thông Vận tải ban hành có hiệu lực từ ngày 05/09/1998

- Tiêu chuẩn ngành 22TCN 244-98: Quy trình thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường do Bộ Giao thông Vận tải ban hành có hiệu lực từ ngày 04/05/1998

- Tiêu chuẩn ngành 22TCN 236-97: Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng nền đường trên đất yếu do Bộ Giao thông Vận tải ban hành có hiệu lực từ ngày 17/05/1997

2.1 THIẾT KẾ CẤU TẠO

Trong xây dựng xử lý nền đất yếu có xử lý bằng bấc thấm thì bắt buộc phải bố trí

tầng đệm cát hoặc bấc thấm ngang, hệ thống quan trắc lún, quan trắc chuyển vị ngang,

trong điều kiện cho phép nên bố trí thêm hệ thống quan trắc áp lực nước lỗ rỗng

2.1.1 Nguyên tắc cấu tạo

Nguyên tắc cấu tạo xử lý nền đất yếu khi xây dựng đường giao thông bằng bấc thấm

Hình 2.1: Cấu tạo xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

2.1.2 Yêu Cầu kỹ thuật bấc thấm

Bấc thấm phải đạt các chỉ tiêu cơ lý sau:

- Cường độ chịu kéo (cặp hết chiều rộng bấc thấm) không dưới 1.6KN

- Độ giãn dài (cặp hết chiều rộng bấc )>20%

- Khả năng thoát nước dưới áp lực 10kN/m² với Gradien thủy lực I = 0.5 là : (80÷140).10-6 m³/sec

- Khả năng thoát nước dưới áp lực 400kN/m² với Gradien thủy lực I = 0.5 là : (60÷80).10-6 m³/sec

2.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật phải có tính chất cơ lý như sau:

- Cường độ chịu kéo không dưới 1.0kN

- Độ giãn dài ≤ 65%

- Khả năng chống xuyên thủng: 1500÷5000N

- Kích thước lỗ vải 090<0.15mm

- Hệ số thấm của vải: ≤ 1.4x10-4 m/sec

2.1.4 Thiết kế lớp đệm cát hoặc bấc thấm ngang

a) Chiều dài tầng đệm cát tối thiểu là 50cm và phải lớn hơn độ lún dự báo là (20÷40)cm Tầng đệm cát phải chịu được tải trọng của xe máy thi công bấc thấm, cắm được bấc thấm qua tầng đệm cát dễ dàng và thoát nước tốt do bấc thấm dẫn từ đất yếu đi lên

b) Cát để làm tầng đệm cát phải là cát hạt thô hoặc hạt trung, đạt các yêu cầu sau:

- Tỷ lệ cỡ hạt lớn hơn 0.5mm phải chiếm trên 50%

- Tỷ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0.14mm không quá 10%

- Hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 10-4 m/sec

- Hàm lượng hữu cơ không quá 5%

c) Độ đầm nén của lớp cát đệm phải thỏa mãn hai điều kiện

- Máy thi công di chuyển và làm việc ổn định

- Phù hợp với độ chặt K yêu cầu trong thiết kế nền đất

d) Trong phạm vi chiều cao tầng đệm cát và dọc theo chu vi (biên) tầng đệm cát phải có tầng lọc ngược thiết kế bằng sỏi đá theo cấp phối chọn lọc hoặc sử dụng vải địa kỹ thuật

e) Sử dụng vải địa kỹ thuật: Khi nền đất là đất yếu ở trạng thái dẻo nhão, có khả năng nhiễm bẩn lớp đệm cát trực tiếp bên trên đầu bấc thấm thì dùng vải địa kỹ thuật để ngăn cách giữa lớp đất yếu và lớp đệm cát

f) Tuy nhiên hiện nay khả năng tìm kiếm khó và giá thành cao nên tính năng lớp cát đệm phù hợp yêu cầu kỹ thuật như trên đang dần được tăng cường bằng bấc thấm ngang Tính năng và kích cỡ của bấc thấm ngang sẽ được trình bày ở phần sau của luận văn

2.1.5 Tính toán bố trí bấc thấm

a) Tính toán bấc thấm phải xuất phát từ yêu cầu đối với độ cố kết đạt được hoặc tốc

độ lún dự báo còn lại trước khi xây dựng áo đường cấp cao hoặc trước khi xây dựng móng, mố cầu nằm trong đoạn nền đắp trên đất yếu Đối với các trường hợp nói trên độ cố kết phải đạt 90% riêng đối với mặt đường cấp cao có thể áp dụng yêu cầu về độ lún dự báo còn lại 2cm/năm

b) Tính toán bấc thấm theo nguyên tắc thử dần với các cự ly cắm bấc thấm khác nhau

- Để không làm xáo trộn đất qúa lớn khoảng cách giữa các bấc thấm qui định tối thiểu 1,30m

- Để đảm bảo hiệu quả làm việc của mạng lưới bấc thấm khoảng cách lớn nhất giữa các bấc thấm không quá 2,20m

c) Bố trí bấc thấm: theo sơ đồ hình vuông hay hình tam giác

Đối với sơ đồ hình vuông De=1,13L Đối với sơ đồ tam giác De=1,05L

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí bấc thấm theo kiểu hình vuông và kiểu tam giác

d) Xác định chiều sâu cắm bấc thấm:

- Chiều dài cắm bấc thấm phải bố trí hết chiều sâu nén cực hạn Za dưới tải trọng công trình hoặc bề dày lớp đất yếu

- Phải căn cứ vào việc phân tích biểu đồ phân bố áp lực tiền cố kết và áp lực có hiệu trong các lớp đất yếu theo chiều sâu để sao cho bấc thấm đạt hiệu quả

i 0

i

e1

vz

i pz i

P 1

i 0

i

e1

i 0

i

e1

vz

i pz i

i 0

i

e1







(2.5) Trong đó:

Hi : chiều dày lớp tính lún thứ i

i 0

e - chiều dày, độ rỗng ban đầu của phân tố thứ i;

i c

C : chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún (biểu diễn dưới dạng e ̴ logσ trong phạm vi i

 >σipzcủa lớp đất thứ i);

i r

C : chỉ số nén lún hồi phục khi dỡ tải, hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún trong phạm vi i

 <σipz

i pz

σ : áp lực tiền cố kết ở lớp i;

i vz

σ : áp lực do trọng lượng bản thân của các lớp đất tự nhiên nằm bên trên lớp đất thứ i;

i z

σ : ứng suất do tải trọng ngoài gây ra ở trọng tâm lớp thứ i

* Độ lún tổng cộng theo tiêu chuẩn thiết kế đường được dự đoán :

S = mScTrong đó : hệ số m = (1,1÷1,4) như đã nói trên

=

S

1

2 10 s

t

t H

H : Chiều dày tầng đất bắt đầu cố kết thứ cấp bằng H – Sc;

t1: thời gian bắt đầu xuất hiện lún thứ cấp (đôi khi dùng thời gian tương ứng với 90% hay 100% cố kết ban đầu);

t2: thời gian phát sinh độ lún thứ cấp;

2.3 TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN THEO THỜI GIAN

Độ lún cố kết nền đắp trên đất yếu sau thời gian t được xác định như sau:

St=Sc.U (2.7)

Độ lún cố kết còn lại nền đắp trên đất yếu sau thời gian t được xác định như sau:

Sc – Độ lún cố kết sơ cấp

U – Độ cố kết của đất yếu đạt được sau thời gian t

Thiết lập phương trình cố kết thấm của Terzaghi dựa trên các giả thiết sau :

- Đất bảo hòa nước

- Hạt đất và nước lỗ rỗng không bị nén

- Độ thay đổi thể tích ∆V của phân tố dxdydz là bé so với thể tích ban

đầu=dxdydz

- Sự chảy trong cố kết thấm tuân theo định luật Darcy

- Định luật Darcy được tổng quát hóa trong môi trường thấm đẳng hướng

- Đất đẳng hướng thấm theo các trục x,y,z

- Gia tải ∆P được đặt tức thì

Năm 1935 L.Rendulic đề xuất phương trình vi phân cố kết đối xứng trục để xác định áp lực nước trong lỗ rỗng như sau :

2 2 v 2

2 h

z

u C r

u r

1 r

u C

z

u C t

u C

v v

mγ

K

C 

Ch - hệ số cố kết theo phương ngang h

h m

K C





Kv , Kh - hệ số thấm theo phương đứng và phương ngang;

2.3.1 Trong trường hợp thoát nước một chiều theo phương thẳng đứng

Phương trình vi phân thấm một chiều của Terzaghi có dạng như sau :

2 2 v

z

uCt

Các điều kiện biên của bài toán như sau :

+ t=0,  z trong khoảng (0÷2H) : u=ui=p; σ’=0

+ t=0,  z trong khoảng (0÷2H) : u=ui=p; σ’=0

T 4 π ) 1 i 2 ( 2 2

v

v 2 2e)1i2(

1π

81

Trong đó:

2 tb

vH

t C

tb v

C - Hê số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng; lớp đất yếu trong phạm vi chiều sâu tính lún

Xác định theo công thức:

2 2

a tb

v

Ch

zC

Với hi là bề dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi za (za=∑hi ) có hệ số cố kết khác nhau Cvi

Cvi xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với các mẫu nguyên dạng đại diện cho lớp đất yếu thứ i tương ứng với áp lực trung bình

2

z i vz

. 

mà lớp đất thứ i phải chịu trong quá trình cố kết

H – Chiều sâu thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng, nếu chỉ có một mặt thoát nước thì H=za còn nếu thoát nước 2 mặt (cả trên và dưới) H=za/2

Ngoài ra có thể xác định Uv theo bảng tra phụ thuộc vào nhân tố thời gian Tv theo tiêu chuẩn ngành GTVT 22TCN -262-2000

2.3.2 Trong trường hợp thoát nước hai chiều (có sử dụng giếng cát hoặc bấc thấm)

Phương trình trên theo chứng minh của N.Carrillo, có thể tách thành hai phương trình dưới đây :

2 2 v

z

uCt

u C

2.3.2.1 Tính độ cố kết chung là độ cố kết đạt được sau thời gian t kể từ lúc đắp xong Độ

cố kết chung là kết hợp của hiệu quả thoát nước ngang Uh và hiệu quả thoát nước thẳng đứng Uv Theo Barron :

)U1)(

U1(1

T 4 π ) 1 i 2 (

2 2

v

v 2 2

e ) 1 i 2 (

1 π

8 1

2 v v

H

t C

h h

D

t.C

q

K Z H Z

b) Theo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 262-2000

Công thức tính toán cũng như trên nhưng nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm Fr được tính như sau:

w

h r

q

K L

F 2

3

2



 (2.52) ở đây L: là chiều dài tính toán của bấc

thấm (m), nếu chỉ có một mặt thoát nước phía trên thì L bằng chiều sâu cắm bấc thấm, nếu

có 2 mặt thoát nước ( phía trên và phía dưới) thì L bằng ½ chiều sâu cắm bấc thấm

c) Theo phương pháp của Barron

) (

8

h

F T

Trong các công thức trên, các ký hiệu được hiểu như sau:

Ch - Hệ số cố kết theo phương ngang Ch = (2÷5)Cv tùy theo lớp đất yếu

t - Thời gian cố kết

De - đường kính ảnh hưởng của bấc thấm

dw - đường kính tương đương của bấc thấm

De =1,13L nếu bố trí theo sơ đồ hình vuông

De =1,05L nếu bố trí theo sơ đồ hình tam giác đều

dw   (a, b là kích thước của bấc thấm)

ds: đường kính của đới xáo động xung quanh bấc thấm

Kh: hệ số thấm nước theo phương ngang (hướng tâm)

Ks: hệ số thấm nước của đất trong vùng xáo động

qw: lưu lượng nước được thoát ra qua bấc thấm dưới gradien thủy lực I=1

Z- Khoảng cách tính từ điểm bắt đầu kết thúc tiêu nước của thiết bị

H- chiều dài của thiết bị tiêu nước, và H=h khi thoát nước một chiều, H=h/2 khi thoát nước hai chiều, trong đó h là chiều dày tầng đất cần gia cường

n

j i

i i i i j

)]

R

Y(Wtg

sinQ[

)R

Y(F)tgcosQlc(K

1 1

(2.17)

Hình 2.3 : Sơ đồ tính ổn định theo phương pháp phân mảnh với mặt trụ tròn

Trong Hình 2.3 mảnh trượt thứ i có bề rộng là di

(hx: là chiều cao qui đổi của tải trọng ngoài về cột đất tương đương)

Qi : lực tác dụng của trọng lượng bản thân

Wi : lực động đất (nếu cần xét đến)

F : lực giữ do tăng cường vải địa kỹ thuật

Yj và Y là cánh tay đòn của lực Wi và F

li : là chiều dài cung trượt của mảnh trượt thứ i

n – tổng số mảnh trượt trong phạm vi khối trượt

i – góc giữa pháp tuyến của cung li với phương của lực Qi

Ri - Bán kính đường cong của cung trượt

ci, i – là lực dính và góc ma sát của lớp đất chứa cung trượt li

2.4.2 Phương pháp phân mảnh Bishop

O ( tâm trượt nguy hiểm nhất)

Theo Bộ Giao thông Vận tải (2000): tiêu chuẩn ngành GTVT 22TCN

n

j i

i i i

i i j

)]

R

Y(Wtg

sinQ[

)R

Y(Fm)lccos

tgQ(K

2.5 TÍNH TOÁN GIA TẢI NÉN TRƯỚC

Tổng gia tải gia tải nén trước >1.2 lần tổng tải trọng thiết kế của công trình

Phải đắp gia tải theo từng giai đoạn Tải trọng của từng giai đoạn đắp phải đảm bảo nền luôn trong điều kiện ổn định, có thể tính gần đúng theo phương pháp xuất phát từ công thức xác định tải trọng giới hạn của lớp đất yếu như toán đồ :

2 π

Cui: lực cắt không thoát nước của đất yếu

F: hệ số an toàn (trong quá trình đắp có thể lấy F=1.05÷1.1)

2.6 TÍNH ĐỘ GIA TĂNG CƯỜNG ĐỘ LỚP ĐÂT YẾU

Cường độ lớp đất yếu được gia tăng sau cố kết tính theo công thức :

φUtgPΔC

Trong đó :

i

P

Δ : Ứng suất nén do tải trọng công trình đất đắp gây nên ở lớp thứ i

U:độ cố kết đạt được ở thời điểm tính toán; φ – Góc ma sát trong các đất yếu

2.7 THI CÔNG GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM

2.7.1 Thi công tầng đệm cát:

- Phải thi công tầng đệm cát trước khi thi công cắm bấc thấm Tầng đệm cát này thường làm bằng cát thô hoặc cát hạt trung và có chiều dày 0.5÷0.6m

- Việc thi công tầng đệm cát phải tuân theo quy định và quy trình đắp nền (mỗi lớp

từ 25÷30cm) Độ chặt đầm nén của đệm cát cần phải thỏa mãn 2 điều kiện :

+ Máy thi công di chuyển được thuận lợi

+ Phù hợp độ chặt K theo vị trí thiết kế của nền đường

- Phía trên tầng đệm cát phải có lớp cát hạt trung để phủ kính bấc thấm với dày tối thiểu là 25cm ( không đắp trực tiếp đất loại sét trên đầu bấc thấm)

- Tầng lọc ngược ở phía thấm ra ngoài mái taluy của tầng đệm cát phải được thi công sau khi thi công cắm bấc thấm và trước khi đắp gia tải ( tức là trước khi cho nước thấm qua tầng đệm cát ra ngoài)

- Lớp phủ bảo vệ tầng đệm cát phía ta luy nền đắp (nếu có) được thi công trước khi

dỡ tải

2.7.2 Thi công cắm bấc thấm:

Thiết bị cắm bấc thấm có các đặc trưng kỹ thuật sau:

- Trục tâm để lắp bấc thấm có tiết diện 60mmx120mm, dọc trục có vạch chia đến

cm để theo dõi chiều sâu cấm bấc thấm và phải có quả dọi để thường xuyên kiểm tra độ thẳng đứng khi cắm bấc thấm vào lòng đất

- Máy phải đủ lớn để cắm bấc thấm đến độ sâu thiết kế

Thiết kế sơ đồ di chuyển làm việc của máy cắm bấc thấm trên mặt bằng của đệm cát theo nguyên tắc:

- Khi di chuyển máy, máy không được đè lên đầu bấc thấm đã thi công

- Thi công thí điểm đạt yêu cầu thì mới được thi công chính thức

Trình tự thi công bấc thấm như sau:

- Định vị tất cả các điểm sẽ cắm bấc thấm bằng máy đo đạc thông thường theo hàng dọc và hàng ngang đúng với đồ án thiết kế, đánh dấu vị trí định vị

- Đưa máy cắm bấc vào vị trí theo đúng hành trình đã vạch trước Xác định vạch xuất phát trên trục tâm để tính chiều dài bấc thấm được cấm vào đất, kiểm tra độ thẳng đứng bằng dây dọi hoặc bằng thiết bị con lắc đặt trên giá máy ép

- Lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đưa đầu trục tâm đến vị trí cắm bấc thấm

- Gắn đầu neo vào đầu bấc thấm với chiều dài bấc thấm được gấp lại tối thiểu là 30cm và được ghim bằng ghim thép

- Cắm trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế với tốc độ điều trong phạm vi 0.2÷0.6m/sec Sau khi cắm bấc thấm xong, kéo trục tâm lên ( lúc này đầu neo sẽ giữ bấc thấm lại trong lòng đất ) Khi trục tâm đã được kéo lên hết, dùng kéo cắt đứt bấc thấm sao cho còn lại 20cm đầu bấc thấm nhô lên trên lớp đệm cát và quá trình lại bắt đầu đối với vị trí cấm bấc thấm tiếp theo

2.8 KIỂM TRA VÀ NGHIỆM THU CÔNG TRÌNH

2.8.1 Kiểm tra và nghiệm thu chất lượng bấc thấm:

- Bấc thấm phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng như đã nêu bên trên

- Mỗi lô hàng phải có chứng chỉ xuất xưởng và kiểm tra chất lượng kèm theo Khối lượng kiểm tra trung bình 10.000 thí nghiệm một mẫu hoặc khi thay đổi lô hàng nhập

- Phải ghi lại chiều dài mỗi cuộn bấc thấm và quan sát bằng mắt thường xem bấc thấm có bị gãy lõi không

2.8.2 Kiểm tra nghiệm thu chất lượng đệm cát:

- Đệm cát phải đảm bảo chất lượng ghi ở trên

- Đối với vật liệu cát làm đệm cứ 500m³ phải thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu ghi ở điều trên

- Độ chặt của đệm cát được kiểm theo qui trình thí nghiệm cơ học đất

2.8.3 Kiểm tra nghiệm thu chất lượng thi công bấc thấm

- Máy cắm bấc thấm phải đủ năng lực làm việc theo yêu cầu thiết kế

- Kiểm tra kích thước đầu neo, ghim thép và các thao tác thử dụng cụ ghim thép Trong quá trình thi công bấc thấm, đối với mỗi lần cắm bấc thấm điều phải kiểm tra nội dung sau :

- Vị trí cấm bấc thấm không được sai với thiết kế quá 15cm

- Bấc thấm phải cấm thẳng đứng, không được lệch quá 5cm so với chiều thẳng đứng

- Chiều dài bấc thấm không được sai qui định chiều dài thiết kế 1%

- Đầu cấm bấc thấm phải nhô lên mặt đệm cát tối thiểu là 20cm, tối đa là 25cm

2.8.4 Kiểm tra chất lượng thi công vải địa:

- Vải địa kỹ thuật phải đạt các thông số ghi ở trên

- Lô hàng nhập phải có chứng chỉ xuất xưởng về chất lượng kèm theo Khối lượng kiểm tra trung bình là 10.000m² thí nghiệm một mẫu hoặc khi thay đổi lô hàng nhập

- Vải địa kỹ thật phải rải đúng vị trí thiết kế, thi công cẩn thận, không được làm rách làm thủng

2.8.5 Kiểm tra nghiệm thu các thiết bị quan trắc lún :

- Các thiết bị quan trắc lún như mốc chuẩn mốc dẫn, mốc đo lún, mốc đo chuyển vị ngang, thiết bị đo áp lực nước lỗ rổng phải đảm bảo đúng chất lượng qui định

- Những tài liệu quan trắc lún phải thực hiện đúng theo yêu cầu thiết kế