Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu dưới đoạn đường dẫn vào cầu vượt IC3 dự án xây dựng cầu cần thơ thành phố cần thơ

TÓM TẮT LUẬN VĂN ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP VỚI GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU CẦN THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ Để phục vụ cho v

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

CAO HỒNG PHÚC

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC

ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU CẦN

THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số ngành: 60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯƠC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HÒ CHÍ MINH

Trang 3

ii

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã ngành: 60.58.02.11

I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu

dưới đoạn đường dẫn vào cầu vượt IC3 - Dự án xây dựng Cầu Cần Thơ – Thành

phố Cần Thơ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

Chương 1 Tổng quan về giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu dưới nền

đường dẫn vào cầu

Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát kết hợp gia tải trước

Chương 3 Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu dưới đoạn

đường dẫn cầu vượt IC3 – Dự án xây dựng cầu Cần Thơ – Thành phố Cần Thơ

Chương 4 Phân tích ảnh hưởng của một số yếu tố đến mức độ cố kết của nền đất yếu

dưới đoạn đường dẫn cầu vượt IC3

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …./…/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …./…/2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Trang 4

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy (Cô) trong

bộ môn địa kỹ thuật xây dựng trường Đại học bách khoa Tp HCM, đã truyển đạt cho tôi những kiến thức quý báu và tâm huyết trong suốt 3 học kỳ vừa qua Đó là những kiến thức nền tảng cho tôi hoàn thành cuốn luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Võ Phán, người thầy đã dành nhiều tâm huyết để giảng dạy và truyền đạt những kiến thức khoa học, những kinh nghiệm vô cùng quý giá trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn Để rồi từ đó tôi bắt đầu sơ lược

và kết nối những kiến thức đó lại với nhau để hoàn thành nên nội dung chính của đề tài mà tôi đã thực hiện Một lần nữa xin cảm ơn người Thầy đầy tâm huyết và tâm lý đã thường xuyên đôn đốc, nhắc nhở nhiều điều cho tôi, người Thầy không những truyền đạt những kiến thức trong sách vở mà còn cả những bài học cuộc sống Những điều đó đã tạo động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất

Xin cảm ơn các Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên của Phòng Quản Lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học Trường Đại Học Cần Thơ đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lời biết ơn sâu sắc nhất

Tôi xin chân thành cảm ơn

Tp HCM, ngày tháng 12 năm 2018 Học viên thực hiện Luận văn

Cao Hồng Phúc

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP VỚI GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG

CẦU CẦN THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ

Để phục vụ cho việc xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu vượt nút giao IC3, biện pháp xử lý bằng giếng cát kết hợp với gia tải trước đã được lựa chọn với các thông số

kỹ thuật như sau:

Khoảng cách giếng cát là 1m đường kính 0,4m, chiều sâu giếng là 18m tính từ mặt đất tự nhiên, giếng cát được bố trí theo sơ đồ lưới hình vuông Cát dùng để thi công giếng

là cát hạt trung Hồng Ngự - Đồng Tháp có hệ số thấm là 0,0493cm/s Bên trên có bố trí một lớp cát đệm hạt trung để thoát nước ngang

Kết quả thu được sau khi sử dụng giếng cát kết hợp với gia tải trước để xử lý nền đất yếu là rút ngắn thời gian thi công so với nền không xử lý bằng giếng cát từ 18,16 năm xuống còn 100 ngày Từ kết quả tính toán của các phương pháp khác nhau như giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn (Plaxis) kết hợp với so sánh kết quả quan trắc lún thực tế khi thi công thì phương pháp phần tử hữu hạn (mô hình Hardening Soil) cho kết quả gần đúng với quan trắc thực tế hơn nhất Giải tích là 1,053m so với Mohr Coulomb là 0,654m, Hardening Soil là 0,529m và thực tế quan trắc là 0,49m

Việc tính toán bằng phương pháp giải tích cho kết quả lớn hơn với thực tế và Plaxis

là do phương pháp giải tích chưa xét đến Modun E của giếng cát, ứng suất bản thân của đất nền thay đổi theo thời chiều sâu và xem gia tải là một lần đến cao độ yêu cầu, nên khi thiết

kế cần căn cứ vào phương pháp phần tử hữu hạn Hardening Soil Kết quả nghiên cứu này phù hợp với các nghiên cứu trước đây đã được công bố trên một số tạp chí khuyến nghị sử dụng mô hình Hardening Soil để thiết kế

Trong quá trình nghiên cứu sự thay đổi của các thông số để xác định mức độ cố kết tương ứng và làm cơ sở tham khảo để đưa ra giải pháp thiết kế tối ưu về kỹ thuật xử lý đất yếu và giá thành

Trang 6

THESIS ABSTRACT

APPLICATION OF SOFT GROUND IMPROVEMENT BY SAND WELL COMBINED PRE-LOADING OF A SECTION OF APPROACH ROAD, IC3 OVERPASS BRIDGE – THE CUU LONG (CAN THO) BRIDGE CONSTRUCTION

PROJECT – CAN THO CITY For improving the soft soil at the foundation of approach road to IC3, a combination

of sand well and surcharge preloading has been selected with following details:

0.4m diameter sand wells will be allocated at 1m interval, 18m deep from natural elevation, and will be arranged on a square grid layout Sand material used for sand well is classified as medium sand grain from Hong Ngu – Dong Thap with 0.0493 cm/s coefficient

of permeability Medium grain sand is arranged on the top to horizontal drainage

The results obtained after the use of sand well and surcharge preloading for the treatment of soft soil is to shorten the time of construction compared to the unprocessed sand well from 18.16 years to 100 days From the calculation results of different methods such as analysis and finite element methods (Plaxis) combined with the comparison results

of observation of actual settlement, the finite element method (Hardening Soil) gives the approximate results with the most realistic observations Calculate 1,053m compared to Mohr Coulomb is 0,654m, Hardening Soil is 0.529m and actual observation is 0.49m Calculation by analytical method gives greater results to reality and Plaxis is due to the ineffective method of Modulus E of the sand well, the base stress of the soil changes in depth and the load Once the required height, the design should be based on the finite element method Hardening Soil The results of this study are consistent with previous studies published in several journals that recommend the use of the Hardening Soil model to design During the study of the change of parameters to determine the corresponding consolidation level and reference basis to provide optimal design solution of weak soil treatment techniques and construction cost

Trang 7

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng sẫn của thầy PGS TS Võ Phán Các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2018 Học viên thực hiện Luận văn

Cao Hồng Phúc

Trang 8

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

IV TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN CỦA ĐỀ TÀI 3

V GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU 4

1.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN ĐẤT YẾU KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ 4

1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu 4

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái vật lý đất yếu khu vực Thành phố Cần Thơ 5

1.1.3 Đặc điểm cơ lý của đất yếu tại Cần Thơ 11

1.2 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 12

1.2.1 Giới thiệu 12

1.2.2 Nguyên lý tổng quát của phương pháp gia tải đất đắp 12

1.2.3 Ưu nhược điểm của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 13

1.3 TỔNG QUAN GIẾNG CÁT 14

1.3.1 Lịch sử phát triển của giếng cát 14

1.3.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng của giếng cát 15

1.3.3 Biện pháp thi công giếng cát 17

1.3.3.1 Trình tự thi công giếng cát 17

1.3.3.2 Biện pháp thi công 18

1.4 TỔNG QUAN LỚP ĐỆM CÁT 19

1.4.1 Vai trò của lớp đệm cát thoát nước 19

1.4.2 Yêu cầu chiều dày lớp đệm cát 20

1.4.3 Yêu cầu đối với vật liệu làm lớp đệm cát 20

1.5 TỔNG QUAN TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT 21

1.6 NHẬN XÉT 22

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 23

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 23

2.1.1 Khái niệm và giả thuyết về bài toán cố kết thấm 23

2.1.2 Bài toán cố kết cơ bản 24

2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VỀ ĐỘ LÚN CỦA NỀN 27

2.2.1 Kiểm tra ổn định nền đất yếu 27

2.2.2 Độ lún ổn định của nền đất yếu 28

2.2.2.1 Độ lún tức thời 28

2.2.2.2 Độ lún do cố kết sơ cấp 28

Trang 9

2.2.2.3 Độ lún do cố kết thứ cấp 29

2.2.3 Độ lún nền đất yếu dưới nền đường theo thời gian 29

2.3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 32 2.3.1 Khái niệm cơ bản về giếng cát kết hợp gia tải trước 32

2.3.2 Sự cố kết của giếng cát 32

2.3.2.1 Trường hợp lý tưởng 32

2.3.2.2 Trường hợp thực tế (xét đến độ xáo trộn của đất) 33

2.3.2.3 Ảnh hưởng của độ cố kết theo phương ngang và phương đứng 35

2.4 TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN BẰNG MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN 35

2.5 NHẬN XÉT 38

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN CẦU VƯỢT IC3 – DỰ ÁN XÂY DỰNG CẦU CẦN THƠ – THÀNH PHỐ CẦN THƠ 39

3.1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 39

3.1.1 Giới thiệu chung 39

3.1.2 Đặc điểm về điều kiện địa hình, khí hậu, thủy văn và địa chất 40

3.1.2.1 Đặc điểm về địa hình 40

3.1.2.2 Đặc điểm về khí hậu 41

3.1.2.3 Đặc điểm về thủy văn 41

3.1.2.4 Đặc điểm địa chất của khu vực 41

3.1.3 Thông số của nền đắp 42

3.2 CÁC THÔNG SỐ ĐƯA VÀO BÀI TOÁN 43

3.3 TÍNH TOÁN LÚN CỦA ĐẤT NỀN THEO TCVN: 9355- 2012 43

3.3.1 Tính độ lún cố kết S c (khi nền đất chưa có giếng cát) 43

3.3.2 Kiểm tra ổn định nền đắp 44

3.3.3 Tính toán độ lún 45

3.3.4 Xét trong trường hợp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước 50

3.3.4.1 Thông số kỹ thuật của giếng cát sử dụng tại công trình 50

3.3.4.2 Tính toán độ cố kết U v,r 50

3.3.5 Tính toán độ lún theo thời gian khi sử dụng giếng cát 52

3.3.6 Kết luận 52

3.4 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS 2D – MÔ HÌNH MOHR COULOMB VÀ HARDENING SOIL 52

3.4.1 Khai báo mô hình Plaxis 2D 52

3.4.1.1 Các số liệu đầu vào để mô phỏng bài toán 52

3.4.1.2 Mô phỏng bài toán trong Plaxis 2D 53

3.4.2 Mô hình Mohr Coulomb 54

3.4.2.1 Mô phỏng bài toán Mohr Coulomb thoát nước theo 1 phương 54

3.4.2.2 Mô phỏng bài toán Mohr Coulomb theo 2 phương 58

Trang 10

3.4.3.1 Số liệu đầu vào mô hình Hardening Soil 63

3.4.3.2 Kết quả mô phỏng bài toán Hardening Soil thoát nước theo 1 phương 65

3.4.3.3 Kết quả mô phỏng bài toán Hardening Soil thoát nước theo 2 phương 67

3.5 KẾT QUẢ QUAN TRẮC THỰC TẾ 69

3.5.1 Kết quả quan trắc lún 69

3.5.2 Biểu đồ quan trắc lún 73

3.6 KẾT LUẬN 73

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN CẦU VƯỢT IC3 75

4.1 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 75

4.1.1 Phân tích bằng phương pháp giải tích 75

4.1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn Hardening Soil 77

4.1.2.1 Với khoảng cách L=1,5m 77

4.1.3 Kết luận: 82

4.2 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 82

4.2.2.1 Với chiều sâu S=14m 85

4.2.3 Kết luận: 89

4.3 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 89

4.3.2.1 Với đường kính D=0,3m 92

4.3.3 Kết luận: 97

4.4 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ XÁO TRỘN ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU 97

4.4.2.1 Xét trường hợp: k h /k s =3 100

4.4.2.2 Xét trường hợp: k h /k s = 4 101

Trang 11

4.4.2.3 Xét trường hợp: k h /k s = 5 102

4.4.3 Kết luận: 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

I KẾT LUẬN 105

II KIẾN NGHỊ 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

Trang 12

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng khảo sát lượng mưa các tháng trong năm 8

Bảng 1.2 Phân loại độ chặt của đất cát theo hệ số rỗng e 10

Bảng 1.3 Phân loại đất dính theo I P 11

Bảng 1.4 Đánh giá trạng thái đất dính theo độ sệt I L 11

Bảng 2.1 các giá trị U z và T v 26

Bảng 3.1 Thông số địa chất mô hình Mohr Coulomb 42

Bảng 3.2 Thí nghiệm nén cố kết – Consolidation Test 44

Bảng 3.3 Hệ số cố kết Cv x 10-4(cm2/s) 44

Bảng 3.4 Bảng xác định chiều sâu chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp 45

Bảng 3.5 Tính độ lún cố kết của nền 48

Bảng 3.6 Các thông số thiết kế giếng cát 50

Bảng 3.7 Độ cố kết và độ lún theo thời gian của nên khi xử lý bằng giếng cát 51

Bảng 3.8 Hệ số thấm đứng và ngang trong vùng quy đổi 54

Bảng 3.9 Hệ số thấm đứng và ngang trong mô phỏng 2 phương 59

Bảng 3.10 Thông số địa chất mô hình Hardening Soil 64

Bảng 3.11 kết quả quan trắc thực tế thi công tại Mố A1 69

Bảng 4.1 Các trường hợp thay đổi khoảng cách giếng cát 75

Bảng 4.2 Các thông số tính toán đầu vào khi thay đổi khoảng cách 75

Bảng 4.3 Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi khoảng cách giếng thay đổi 76

Bảng 4.4 Bảng tính độ cố kết và độ lún của đất nền khi khoảng cách giếng thay đổi 76 Bảng 4.5 Các trường hợp thay đổi chiều sâu giếng cát 82

Bảng 4.6 Các thông số tính toán đầu vào khi thay đổi chiều sâu 83

Bảng 4.7 Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi chiều sâu giếng cát thay đổi 83

Bảng 4.8 Bảng tính độ cố kết và độ lún của đất nền khi chiều sâu giếng cát thay đổi 84 Bảng 4.9 Các trường hợp thay đổi đường kính giếng cát 90

Bảng 4.10 Các thông số tính toán đầu vào khi thay đổi đường kính 90

Bảng 4.11 Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi đường kính giếng cát thay đổi 91

Trang 13

Bảng 4.12 Bảng tính độ cố kết và độ lún của đất nền khi đường kính giếng cát thay

đổi 91

Bảng 4.13 Các trường hợp thay đổi hệ số k h /k s 97

Bảng 4.14 Các thông số tính toán đầu vào khi thay đổi hệ số k h /k s 98

Bảng 4.15 Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi thay đổi k h /k s 98

Bảng 4.16 Bảng tính độ cố kết và độ lún của đất nền khi thay đổi k h /k s 99

Trang 14

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình tam giác đều 16

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vuông 16

Hình 1.3 - Sơ đồ cấu tạo trắc ngang điển hình gia cố nền đất yếu bằng giếng cát 17

Hình 1.4 Thiết bị thi công giếng cát 19

Hình 2.1 Sơ đồ phân tố đất trong quá trình cố kết 24

Hình 2.2 Biểu đồ xác định hệ số sức chịu tải N c của nền đất yếu có bề dày H dưới diện chịu tải có bề rộng B 27

Hình 2.3 Sơ đồ các bài toán cố kết cơ bản 31

Hình 2.4 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước 32

Hình 2.5 Sơ đồ bài toán phẳng tương đương (Indraratna và Redana, 1997) 36

Hình 3.1 Mặt bằng cầu vượt 40

Hình 3.2 Mặt cắt hình trụ hố khoan EMBA1-2 43

Hình 3.3 Toán đồ Osterberg 45

Hình 3.4 Biểu đồ độ cố kết theo thời gian 100 ngày 51

Hình 3.5 Biểu đồ độ cố kết theo thời gian 100 ngày 52

Hình 3.6 Thiết lập các giai đoạn tính toán 55

Hình 3.7 độ lún đất nền 56

Hình 3.8 biến dạng ngang của đất nền 56

Hình 3.9 Biến dạng ngang của các vị trí trên mặt cắt A- A’ 57

Hình 3.10 Áp lực nước lỗ rỗng 57

Hình 3.11 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư trong nền đất 57

Hình 3.12 Sự phân bố ứng suất hữu hiệu theo phương đứng 58

Hình 3.13 Sơ đồ lún theo thời gian (MC-1 phương) 58

Hình 3.14 Độ lún đất nền 60

Hình 3.15 Biến dạng ngang của đất nền 60

Hình 3.16 Biến dạng ngang của vị trí trên mặt cắt A-A’ 61

Hình 3.17 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng 61

Hình 3.18 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư trong nền 61

Hình 3.20 Sơ đồ lún theo thời gian (MC-2 phương) 62

Trang 15

Hình 3.21 Sơ đồ xác định E 50 63

Hình 3.28 Sơ đồ lún theo thời gian (HS-1 phương) 67

Hình 3.35 Sơ đồ lún theo thời gian (HS- 2 phương) 69

Hình 3.36 Biểu đồ độ cố kết theo thời gian quan trắc 73

Hình 4.1 Biểu đồ quan hệ S t −t khi thay đổi khoảng cách giếng cát 77

Hình 4.2 Độ lún của đất nền khi L=1,5m 77

Hình 4.3 Biến dạng ngang của đất nền khi L=1,5m 78

Hình 4.4 Biến dạng ngang của các vị trí trên mặt cắt A-A’ khi L=1,5m 78

Hình 4.5 Áp lực nước lỗ rỗng khi L=1,5m 78

Hình 4.14 Biều đồ S t -t khi thay đổi khoảng cách giếng cát mô hình Hardening Soil 81

Hình 4.15 Biểu đồ quan hệ S t −t khi thay đổi chiều sâu giếng cát 84

Trang 16

Hình 4.17 Biến dạng ngang của đất nền khi S=14m 85

Hình 4.18 Biến dạng ngang của các vị trí trên mặt cắt A-A’ khi S=14m 85

Hình 4.19 Áp lực nước lỗ rỗng khi S=14m 86

Hình 4.20 Độ lún của đất nền khi S=16m 86

Hình 4.24 Độ lún của đất nền khi S=20m 87

Hình 4.28 Biều đồ S t -t khi thay đổi chiều dài giếng cát mô hình Hardening Soil 89

Hình 4.29 Biểu đồ quan hệ S t −t khi thay đổi đường kính giếng cát 92

Hình 4.30 Độ lún của đất nền khi D=0,3m 92

Hình 4.31 Biến dạng ngang của đất nền khi D=0,3m 93

Hình 4.32 Biến dạng ngang của các vị trí trên mặt cắt A-A’ khi D=0,3m 93

Hình 4.33 Áp lực nước lỗ rỗng khi D=0,3m 93

Hình 4.42 Biều đồ S t -t khi thay đổi đường kính giếng cát mô hình Hardening Soil 96

Hình 4.43 Biểu đồ quan hệ S t −t khi thay đổi tỷ lệ k h /k s 99

Hình 4.44 Độ lún của đất nền khi k h /k s=3 100

Hình 4.45 Biến dạng ngang của đất nền khi k h /k s =3 100

Hình 4.46 Biến dạng ngang của các vị trí trên mặt cắt A-A’ khi k h /k s =3 100

Hình 4.47 Áp lực nước lỗ rỗng khi k h /k s =3 101

Hình 4.48 Độ lún của đất nền khi k h /k s=4 101

Trang 17

Hình 4.49 Biến dạng ngang của đất nền khi k h /k s =4 101

Hình 4.50 Biến dạng ngang của các vị trí trên mặt cắt A-A’ khi k h /k s =4 102

Hình 4.51 Áp lực nước lỗ rỗng khi k h /k s =4 102

Hình 4.52 Độ lún của đất nền khi k h /k s =5 102

Hình 4.53 Biến dạng ngang của đất nền khi k h /k s=5 103

Hình 4.54 Biến dạng ngang của các vị trí trên mặt cắt A-A’ khi k h /k s=5 103

Hình 4.55 Áp lực nước lỗ rỗng khi k h /k s=5 103

Hình 4.56 Biều đồ St-t khi thay đổi hệ số k h /k s giếng cát mô hình Hardening Soil 104

Trang 18

MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

e Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu;

(Chưa đắp nền bên trên)

p

e Hệ số rỗng khi có tải trọng ngoài;

E (kPa) Modul biến dạng;

dd

h (m) Chiều cao đắp nền;

h (m) Chiều dài đường thấm trong đất;

H (m) Chiều dày lớp đất có giếng cát;

Trang 19

u Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất;

u Áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính toán t;

R (m) Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;

Trang 20

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, nước ta ngày càng phát triển theo hướng công nghiệp hoá hiện đại hóa, các công trình giao thông là rất cần thiết cho sự phát triển vì vậy việc xây mới và mở rộng tuyến đường để phương tiện có thể lưu thông thuận lợi phục vụ cho vận chuyển đi lại ở khắp các khu vực từ thành thị đến nông thôn ngày càng nhiều Nhưng điều kiện địa chất ở nước ta không thuận lợi đặc biệt là ở khu vực đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và ở khu vực Thành phố Cần Thơ nói riêng có địa chất phức tạp với lớp đất yếu có chiều dày lớn nên việc xử lý nền đường để giảm độ lún và đảm bảo cho công trình hoạt động tốt, an toàn là đều rất quan trọng

Khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu thì nền đường có khả năng bị biến dạng lớn do quá trình cố kết Vấn đề về độ lún cố kết gây ra rất nhiều thiệt hại về kinh tế, gây cản trở giao thông và có thể nguy hiểm đến tính mạng của người dân tham gia giao thông Tuy nhiên nguyên nhân gây lún vẫn chưa được nghiên cứu hệ thống hóa một cách đầy đủ các giải pháp bù lún, chờ lún, xử lý phần nền của kế cấu công trình là những giải pháp gây mất thời gian, tốn kém và hiệu quả không cao Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải có giải pháp xử lý nhằm tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, tăng nhanh độ lún cố kết và rút ngắn quá trình thi công, giảm độ lún của nền trong quá trình khai thác Trong xây dựng hiện nay việc ước lượng chính xác độ lún tức thời và độ lún lâu dài công trình đường đắp trên đất yếu theo thời gian là vấn đề quan trọng đối với người kỹ

sư Điều này cho phép tính toán chính xác khối lượng vật liệu trong khi xây dựng và đưa vào sử dụng công trình ở những thời điểm hợp lý giúp đảm bảo điều kiện làm việc

ổn định Cũng cần thấy rằng, thực tế hiện nay trong xây dựng công trình rất hạn chế về kinh phí nên nền đất yếu dưới nền đường và nền đường không phải luôn được thiết kế với các biện pháp xử lý hợp lý do giá thành cao và nguồn vật liệu tốt khan hiếm Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đường trên đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đường, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt, tăng sức chống cắt, tăng sức chịu tải của nền… đảm bảo điều kiện thi công và khai thác sử dụng bình thường cho công trình

Trang 21

Ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nền đường để tăng nhanh quá trình lún cố kết cho đất yếu rất hiệu quả như giếng cát kết hợp gia tải trước, bấc thấm kết hợp gia tải trước, phương pháp bơm hút chân không kết hợp gia tải trước, vải địa kỹ thuật, … Các phương pháp này qua thử nghiệm đã có tác dụng tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng nhanh quá trình lún của nền, tạo độ lún trước, rút ngắn thời gian thi công và tăng sức chống cắt của đất Từ đó, làm tăng khả năng chịu tải của nền đất yếu

Có nhiều biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới nền đường nhưng để đảm bảo cả về mặt kinh tế và kĩ thuật thì sử dụng giếng cát để gia cố nền đường là phương án hợp lý

và có tính khả thi dễ thi công và chi phí lại thấp nên đề tài được đưa ra là “Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để tính lún nền đất yếu dưới đoạn đường dẫn vào cầu vượt IC3 – Dự án xây dựng cầu Cần Thơ – Thành Phố Cần Thơ”

Việc sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước giúp làm tăng nhanh thời gian lún cố kết của nền đất nhưng để biết được hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giếng cát khác nhau như thế nào về thời gian lún cố kết của nền, trong đề tài sẽ giúp hiểu rõ hơn để so sánh được lợi ích từ việc sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước trong quá trình lún cố kết Bên cạnh đó còn có các thông số của giếng cát như khoảng cách, chiều dài và đường kính của giếng cát cũng ảnh hưởng tới quá trình thoát nước và tốc độ cố kết của nền đất cũng được xem xét Tuy nhiên, khi thi công giếng cát sẽ làm cho nền đất xung quanh giếng cát sẽ bị xáo trộn ảnh hưởng tới hệ số thấm của vùng đất bị xáo trộn giảm một cách đáng kể đến dự đoán sai độ lún còn lại sau khi đưa công trình vào khai thác sử dụng Tất cả các vấn đề trên cần được xem xét để đưa ra phương pháp nào tốt nhất mang lại hiệu quả cao cho công trình

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Các vấn đề được đề cập trên là mục tiêu nghiên cứu của đề tài này và được phân

ra thành những nội dung sau:

- Tính toán và so sánh độ lún cố kết của nền đất trước và sau khi sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để gia cố nền đường dẫn vào cầu

- Ảnh hưởng khoảng cách của giếng cát tới độ cố kết của nền đường

- Ảnh hưởng chiều sâu của giếng cát tới độ cố kết của nền đường

Trang 22

- Đường kính giếng cát tới độ cố kết của nền đường

- Nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn khi thi công giếng cát đến mức độ cố kết của đất nền

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tổng hợp cơ sở lý thuyết về tính toán và thiết kế giếng cát

- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để tính toán mô hình đất cố kết và lún ổn định khi gia cố nền đường bằng giải pháp giếng cát

- So sánh giữa lún trong tính toán lý thuyết với kết quả phần mềm plaxis và kết quả quan trắc lún thực tế khi thi công

IV TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN CỦA ĐỀ TÀI

- Tính khoa học: Khi dùng giếng cát sẽ giúp cho nền đất yếu thoát nước nhanh làm cho hệ số rỗng giảm lại giúp cho nền cố kết, làm tăng tốc độ lún so với nền thiên nhiên

- Thực tiễn: Sử dụng giếng cát giúp nền đường lún nhanh hơn, tăng cường sức chịu tải của nền đất yếu Ngoài ra giếng cát còn tiết kiệm chi phí vì có giá thành vật liệu rẻ hơn các loại vật việu khác và giếng cát còn dùng để gia cố nền có chiều dày lớn hơn 3m Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi các thiết bị phức tạp

- Bên cạnh đó việc phân tích tốc độ lún của nền đường bằng phần mềm plaxis với các thông số thực tế mang lại kết quả nhanh chóng và có độ chính xác cao Vì vậy, kết quả thu được mang tính khoa học và thực tiễn

V GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ

- Chỉ có thể phân tích độ lún và thời gian lún theo thời gian trong quá trình chất tải chờ cố kết, còn sự thay đổi của nền đất thì chưa được xem xét đến Tính toán và so sánh được đất ở khu vực Mố A1 cầu vượt IC3 nên chưa khái quát được cho tất cả các loại đất trong khu vực Thành phố Cần Thơ

- Chỉ sử dụng mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử 2D

- Chưa xét đến sự ảnh hưởng về biến dạng của giếng cát, mức độ cản thấm, sơ đồ

bố trí…

Trang 23

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU

1.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN ĐẤT YẾU KHU VỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ 1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu

1.1.1.1 Khái niệm đất yếu

Đất yếu là loại đất có tính biến dạng lớn, sức chịu tải nhỏ nên cần phải xử lý, gia

cố mới có thể dùng làm nền cho móng công trình Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái nhão Những loại đất này thường có:

- Độ sệt lớn (I L>1)

- Hệ số rỗng lớn (e>1)

- Góc ma sát trong nhỏ ( < 10°)

- Lực dính theo kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước c < 15kN/m2

- Lực dính theo kết quả thí nghiệm hiện trường c u < 35kN/m2

- Sức chống mũi xuyên tĩnh q c < 0,1 Mpa

- Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5

1.1.1.2 Phân loại đất yếu

Kết quả nghiên cứu của các tác giả trước đây cho thấy bề mặt ở Đồng bằng sông Cửu Long được bao phủ chủ yếu là các loại đất dính: sét, á sét, á cát trạng thái cứng đến chảy dẻo và các loại bùn sét, bùn á sét Ở điều kiện tự nhiên sức chịu tải của chúng rất yếu, tùy theo từng thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện địa lý và khí hậu mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như: đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích

Trang 24

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái vật lý đất yếu khu vực Thành phố Cần Thơ

1.1.2.1 Đặc trưng vật lý:

a vị trí địa lý:

Thành phố Cần Thơ nằm ở vùng hạ lưu của Sông Mê Kông và ở vị trí trung tâm đồng bằng châu thổ Sông Cửu Long, nằm cách thành phố Hồ Chí Minh 169 km, cách thành phố Cà Mau hơn 150 km, cách thành phố Rạch Giá gần 120 km, cách biển khoảng hơn 80 km theo đường nam sông Hậu (quốc lộ 91C)

Cần Thơ trải dài trên 60 km dọc bờ Tây sông Hậu Phía bắc giáp tỉnh An Giang, phía đông giáp tỉnh Đồng Tháp và tỉnh Vĩnh Long, phía tây giáp tỉnh Kiên Giang, phía nam giáp tỉnh Hậu Giang Diện tích nội thành là 53 km² Thành phố Cần Thơ có tổng diện tích tự nhiên là 1.409,0 km², chiếm 3,49% diện tích toàn vùng và dân số vào khoảng 1.400.200 người, mật độ dân số tính đến 2015 là 995 người/km² Cần Thơ là thành phố lớn thứ tư của cả nước, cũng là thành phố hiện đại và lớn nhất của cả vùng hạ lưu sông

Mê Kông

b Địa hình và địa mạo:

Thành phố Cần Thơ nằm toàn bộ trên đất có nguồn gốc phù sa sông Mê Kông bồi đắp và được bồi lắng thường xuyên qua nguồn nước có phù sa của dòng sông Hậu Địa chất trong thành phố được hình thành chủ yếu qua quá trình bồi lắng trầm tích biển và phù sa của sông Cửu Long, trên bề mặt ở độ sâu 50 mét có hai loại trầm tích

là Holocen (phù sa mới) và Pleistocene (phù sa cổ)

Địa hình nhìn chung tương đối bằng phẳng, phù hợp cho sản xuất nông, ngư nghiệp, với độ cao trung bình khoảng 1 – 2 mét dốc từ đất giồng ven sông Hậu, và sông Cần Thơ thấp dần về phía nội đồng tức là từ phía đông bắc sang phía tây nam Bên cạnh

đó, thành phố còn có các cồn và cù lao trên sông Hậu như Cồn Ấu, Cồn Khương, Cồn Sơn, Cù lao Tân Lập Thành phố Cần Thơ có 3 dạng địa hình chính là Địa hình ven sông Hậu hình thành dải đất cao là đê tự nhiên và các cù lao ven sông Hậu

Ngoài ra do nằm cạnh sông lớn, Cần Thơ có mạng lưới sông, kênh, rạch khá chằng chịt Vùng tứ giác Long Xuyên thấp trũng, chịu ảnh hưởng lũ trực tiếp hàng năm Đồng bằng châu thổ chịu ảnh hưởng triều cùng lũ cuối vụ

Trang 25

c Khí hậu

Cần Thơ nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, ít bão, quanh năm nóng ẩm, không có mùa lạnh Nhiệt độ trung bình năm khoảng 28°C, số giờ nắng trung bình cả năm khoảng 2.249,2 giờ, lượng mưa trung bình năm đạt 2.000 mm Độ ẩm trung bình năm dao động từ 82% - 87% Vào tháng 1 và 2 độ ẩm trung bình thấp nhất 79% đến 82% Chênh lệch độ ẩm trung bình lớn nhất và nhỏ nhất là 13%, độ ẩm tăng dần từ biển vào đất liền Thành phố Cần Thơ chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa, trong năm

có 2 mùa gió, Đông Bắc trùng với mùa khô và Tây Nam trùng với mùa mưa Gió Đông Bắc có thành phần chính là gió Đông, chiếm 50% đến 70% số lần xuất hiện trong tháng, tốc độ gió trung bình tháng lớn nhất 3,0 m/s, tốc độ gió lớn nhất 21,0 m/s Đối với gió Tây Nam với thành phần chính là gió Tây chiếm 40-50% số lần xuất hiện, tốc độ gió trung bình 1,8 m/s và tốc độ gió lớn nhất là 24,0 m/s

Thành phố Cần Thơ có lượng mưa nhiều trong vùng đồng bằng sông Cửu Long với lượng mưa trung bình năm đo được 1.566mm Mùa mưa được bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11, trùng với thời kỳ có gió mùa Tây Nam Trong mùa mưa lượng mưa tăng dần từ tháng 5 (khoảng 200mm, với trên 10 ngày mưa) Các tháng 7 đến tháng 10 đạt lượng mưa lớn nhất (khoảng 300mm với 19 ngày mưa) Qua tháng 11 lượng mưa trung bình giảm nhiều, nhìn chung khoảng 150mm

d Thủy văn dòng chảy

Chế độ thủy văn dòng chảy trên hệ thống sông, kênh thuộc Thành phố Cần Thơ chịu sự chi phối của dòng chảy sông MeKong (thông qua sông Hậu), thủy triều biển Đông, mưa nội vùng và hệ thống cơ sở hạ tầng Trong đó tổ hợp sự giao nhau giữa ảnh hưởng của chế độ dòng chảy thượng nguồn sông Mekong và chế độ thủy triều biển Đông chi phối mạnh nhất Các yếu tố ảnh hưởng tùy theo thời gian, không gian và hiện trạng các công trình hạ tầng cơ sở mà tác động lên từng nơi, từng lúc khác nhau

Triều biển Đông thuộc loại bán nhật triều không đều, biên độ triều lớn (3-3,5m), mực nước chân triều dao động lớn (1,6-3m), mực nước đỉnh triều dao động nhỏ (0,8-1m) Thời gian duy trì mực nước cao dài hơn thời gian duy trì mục nước thấp, đường mực nước bình quân ngày năm gần với đường mực nước đỉnh triều Triều biển Đông

Trang 26

Đốc, lan truyền vào hầu hết các kênh rạch, Ngay cả trong mùa lũ, phần lớn diện tích Thành phố Cần Thơ vẫn nằm trong vùng ảnh hưởng của thủy triều

Dòng chảy trên lưu vực sông Mekong được phân thành hai mùa rõ rệt, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 5 và mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 11 Mùa khô lượng nước chỉ chiếm 10-15% tổng lượng nước trong năm, trong đó các tháng 3 đến tháng 4 có lưu lượng kiệt nhất, Vào tháng 6, khi lũ sông Mekong bắt đầu lên, nước từ sông chính theo sông Tonlesap chảy ngược vào Biển Hồ Thời gian chảy ngược duy trì đến cuối tháng 9, đầu tháng 10, khi lũ trên sông chính vượt qua đỉnh cao nhất trong năm Từ tháng 10, tháng

11 nước từ Biển Hồ chảy ra sông chính, bổ sung cho dòng chảy vào đồng bằng cuối mùa

lũ và suốt cả mùa khô Trên sông Hậu (đoạn qua Long Xuyên – Đại Ngãi), chịu ảnh hưởng đồng thời của dòng chảy thượng nguồn và triều Biển Đông mạnh, nên mực nước mùa khô tăng Đường mực nước bình quân tăng dần từ Đại Ngãi lên thượng lưu và đạt đỉnh ở khu vực Ô Môn – Cần Thơ, sau đó giảm nhẹ lên phía Long Xuyên – An Giang

Vì vậy, khoảng tháng 1 và tháng 2 mực nước bình quân đỉnh triều trên sông Hậu (từ của sông Ô Môn đến sông Cần Thơ) thường cao hơn mặt đất tự nhiên (ruộng) từ 20-30cm

e Biến đổi khỉ hậu

Biến đổi khí hậu đang diễn ra rất nhanh (trái đất đang nóng dần lên), đặt biệt là Việt Nam là một trong 5 quốc gia được cho là chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu do nước biển dâng nhanh và các bất thường về thời tiết Tại đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL)nguy cơ nước biển dâng lên do biến đổi khí hậu sẽ làm gia tăng ảnh hưởng chế độ thủy văn, thủy triều trên các sông lớn trên toàn vùng ĐBSCL nói chung

và địa bàn Thành phố Cần Thơ nói riêng Cần Thơ cũng như một số tỉnh khác của vùng Tây Nam Bộ sẽ chịu ảnh hưởng lũ của hệ thống sông Cửu Long Mùa lũ thường bắt đầu vào tháng 8 kéo dài tới tháng 11 hàng năm gây ra lũ lụt và ngập úng Ngoài ra, hệ thống sông rạch còn bị ảnh hưởng bởi chế độ bán nhật triều và xâm mặn của biển Đông gây khó khăn cho việc cấp, thoát nước của đô thị

Trang 27

Bảng 1.1 Bảng khảo sát lượng mưa các tháng trong năm

Dựa vào mặt cắt địa chất các công trình trong phạm vi thành phố Cần Thơ như Cầu Cái Da, Đường Trần Hoàn Na, đường nối giữa đường Cách Mạng Tháng 8 với Đường tỉnh 918, Cầu Quang Trung có thể phân chia đất nền thành hai lớp như sau:

+ Lớp 1 (Sét có độ dẻo cao, trạng thái chảy) Đây là lớp đất yếu có tính nén lún cao, khả năng chịu lực kém Đối với nền đường và đường dẫn đầu cầu cần có biện pháp

xử lý thích hợp để xử lý cải tạo lớp đất này Lớp này bề dày thay đổi từ 43,9m đến 45,5m Chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 như sau:

Trang 30

+ Chỉ số dẻo I P được dùng làm chỉ tiêu phân loại đất dính; dùng độ sệt I L làm chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất dính theo bảng 1.2 và 1.3

Bảng 1.3 Phân loại đất dính theo I P

1.1.3 Đặc điểm cơ lý của đất yếu tại Cần Thơ

Đất ở Cần Thơ được phân chia thành 7 lớp đất như sau:

+ Lớp 1: Sét có độ dẻo cao (CH), màu xám xanh, trạng thái chải Bề dày thay đổi

từ 15,8m đến 18m

Trang 31

+ Lớp 2: Sét có độ dẻo cao (CH), màu nâu vàng, xám vàng trạng thái dẻo cứng

Bề dày lớp thay đồi từ 10m đến 12,5m

+ Lớp 3: Sét dẻo kém lẫn cát (CL), màu nâu vàng, xám nâu, trạng thái dẻo cứng

Bề dày thay đổi từ 14,5m đến 19,5m

+ Lớp 4: Cát sét/ cát bột sét (SC)/ (SC-SM) màu nâu vàng, kết cấu chặt vừa đến chặt Bề dày thay đổi từ 2,4m đến 4,5m

+ Lớp 5: Sét độ dẻo cao (CH), màu nâu vàng, xám xanh, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng Bề dày thay đổi từ 2m đến 4m

+ Lớp 6: Cát sét/ cát bột sét (SC)/ (SC-SM), màu nâu vàng, xám xanh, xám vàng, kết cấu chặt Bề dày thay đổi từ 2,6m đến 4,0m

+ Lớp 7: Cát lẫn bột hạt nhỏ (SM), màu xám vàng, kết cấu chặt đến rất chặt Do các hố khoan kết thúc ở lớp này nên bề dày đã khoan thay đổi từ 13,5m đến 15,5m Chiều sâu các hố khoan biến đổi từ 66,7m đến 69,6m

1.2 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.2.1 Giới thiệu

Lún cố kết gây ra nhiều vấn đề đối với nền móng công trình, hệ số thấm của sét yếu rất nhỏ nên độ lún cố kết chỉ kết thúc sau một thời gian khá lâu Để rút ngăn thời gian cố kết người ta dùng kỹ thuật giếng cát kết hợp với phương pháp gia tải trước, dưới tác dụng của tải trọng gia tải, gradient thủy lực của nước trong lỗ rỗng gia tăng làm cho nước theo phương ngang vào giếng cát và sau đó di chuyển tự do một cách nhanh chóng theo giếng cát lên trên bề mặt Như vậy dùng giếng cát sẽ rút ngắn chiều dài đường thấm nên thời gian cố kết cũng rút ngắn một cách đáng kể Hơn nữa hệ số thấm theo phương ngang lớn hơn hệ số thấm theo phương đứng vì vậy thời gian cố kết sẽ rất nhanh 1.2.2 Nguyên lý tổng quát của phương pháp gia tải đất đắp

Tiến hành chất tải phân bố đều trên bề mặt của nền đất trước khi thi công công trình Việc gia tải sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố sau:

- Độ lún cố kết sơ cấp

- Độ lún cố kết thứ cấp

Trang 32

- Sức chống cắt không thoát nước của đất

Kỹ thuật gia tải trước có hai dạng

- Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng công trình

- Chất tải trước theo từng cấp tải trọng

Trường hợp chất tải trước với gia tải lớn hơn tải trọng công trình thì gia tải sẽ được

dỡ đi khi độ lún còn lại của nền dưới tải trọng của công trình bằng không hoặc không đáng kể Ở công trường, hình thức gia tải có thể có nhiều dạng có thể chính là tải trọng của đất đắp hoặc của bồn chứa

Trường hợp chất tải nhiều đợt thì theo thời gian nền sẽ cố kết và sức chống cắt gia tăng để chịu được cấp tải trọng lớn hơn sau đó, trong khi đó nếu chất tải một lần thì nền

- Sử dụng trong vùng có đất yếu lớn, chiều sâu xử lý lớn hơn 20m

- Tốc độ cố kết nhanh hơn bấc thấm nên thời gian chờ lún cố kết nhỏ Độ lún dư sau khi xử lý nhỏ

- Mức độ rủi ro thấp, diễn biến lún không phức tạp

- Khả năng chống mất ổn định trượt sâu cao hơn bấc thấm do ngoài tác dụng chính

là thoát nước để cố kết đất, còn tác dụng cải thiện nền đất yếu ngay trong quá trình thi công giếng cát

1.2.3.2 Nhược điểm

- Phải có thiết bị thi công, nhất là khi cần cắm giếng cát sâu hơn 20m

- Phải tốn cát có hệ số thấm cao để lấp giếng cát

Trang 33

- Có thể xảy ra hiện tượng cát nhồi bị ngắt quãng trong giếng, khi đó tác dụng thoát nước bị giảm

- Cần lưu ý rằng khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo được độ đồng đều của cát trong suốt chiều dài giếng cát, tránh hiện tượng đứt đầu giếng cát dưới tác dụng của các loại tải trọng

- Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm lượng hữu cơ không lớn (thường < 10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cố kết của đất yếu

1.3 TỔNG QUAN GIẾNG CÁT

1.3.1 Lịch sử phát triển của giếng cát

- Gia tải trước là quá trình nén trước nền đất yếu trước khi xây dựng công trình Nếu như tải trọng nén trước tác dụng tạm thời lớn hơn tải trọng thường xuyên của công trình thì phần chênh lệch được gọi là gia tải Nền sét yếu dưới tác dụng của tải trọng nén trước có ba loại lún như sau:

- Lún tức thời

- Lún cố kết sơ cấp

- Lún cố kết thứ cấp

Thông thường người ta chỉ xét đến độ lún cố kết sơ cấp trong quá trình gia tải

- Trên thế giới phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời, cũng như giếng cát gắn liền với kết quả công trình nghiên cứu về cố kết thấm của đất sét no nước

và người đầu tiên đề cập tới là Tepzaghi khi ông tìm ra phương trình vi phân cố kết thấm

40 triệu mét để thoát nước nền móng công trình Phương pháp giếng cát thẳng đứng để

Trang 34

ổn định nền đường, sân bay, đê chắn sóng Ví dụ như sân bay quốc tế Kansai, cảng Kôbê, nhà máy nhiệt điện Matsura

1.3.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng của giếng cát

Giếng cát là một cột cát liên tục có tiết diện ngang hình tròn, đường kính không đổi được hình thành sau quá trình đưa một lượng cát chọn lọc vào trong tầng đất yếu qua ống vách bằng phương pháp ấn và rút ống vách Giếng cát được dùng để dẫn nước

từ dưới nền đất yếu lên lớp đệm cát phía trên và thoát ra ngoài, nhờ đó tăng tốc độ cố kết, tăng nhanh sức chịu tải do thay đổi một số chỉ tiêu cơ lý cơ học về sức kháng cắt của bản thân đất yếu

Độ lún của công trình do biến dạng nén cố kết của nền đất là sét yếu hoặc cát rời thường gây ra những hư hỏng cho nền móng và công trình Để làm giảm nguy cơ này người ta thường dùng biện pháp gia tải trên nền đất để tạo độ lún trước rồi dỡ tải đi và xây dựng công trình

Giếng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hòa nước có tính biến dạng lớn Ứng dụng khi xây dựng công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền đường, sân bay, bản đáy công trình thủy lợi

- Giếng cát có tác dụng chính là:

+ Giếng cát sẽ làm cho nước trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải trước

vì vậy làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

+ Nếu khoảng cách của giếng được chọn thích hợp thì nó còn làm tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của nền tăng lên

- Bên cạnh những ưu điểm nêu trên, khi sử dụng giếng cát cũng cần phải chú ý những vấn đề sau:

+ Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất yếu không lớn

+ Thời gian thi công (gia tải) lâu

+ Không hiệu quả cho đất nền có k <10-8 cm/s

Trang 35

* Sơ đồ bố trí giếng cát thường có hai dạng chủ yếu:

+ Dạng lưới tam giác đều

+ Dạng lưới hình vuông

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vuông Tuy nhiên, khi sử dụng giếng cát cũng có nhiều nhược điểm nhất định Cát sử dụng trong giếng cát phải được lựa chọn kỹ lưỡng để có hệ số thấm tốt nhất, cho nên phải vận chuyển cát từ những nơi xa vị trí công trường Ngoài ra, trong khi thi công giếng cát rất

có khả năng giếng cát bị đứt đoạn không đảm bảo vai trò thoát nước do thi công bất cẩn hoặc chuyển vị ngang của nền khá lớn Để tránh hiện tượng đứt đoạn người ta có thể

Trang 36

cho cát vào ruột bằng vải có đường kính chừng 50mm và cắm vào nền sét yếu làm vai trò thấm nước giống như một bấc thấm bằng cát

CHÚ DẪN:

9

6

5 4 3 2

1

Trang 37

- Đổ cát vào đầy cọc

- Rút cọc ống và để lại giếng cát

1.3.3.2 Biện pháp thi công

Phải thiết kế trước sơ đồ di chuyển làm việc của máy cắm giếng cát trên mặt bằng của lớp đệm cát theo nguyên tác:

- Khi di chuyển, máy không được đè lên những giếng cát đã thi công

- Hành trình di chuyển của máy là ít nhất

Trước khi thi công chính thức, phải tổ chức thi công thí điểm trên một phạm vi đủ

để máy di chuyển 2 - 3 lần khi thực hiện các thao tác cắm giếng cát, trong đó chú ý kiểm tra mỗi thao tác thi công và mức độ chính xác của việc cắm giếng cát (độ thẳng đứng,

vị trí trên mặt bằng và độ sâu)

Thi công thí điểm đạt yêu cầu theo thiết kế thì mới được phép tiến hành thi công đại trà

Các bước thi công chính sẽ như sau:

- Đóng ống dẫn kín có đường kính (d) phù hợp với đường kính giếng cát được thiết

kế (D) tới cao độ thiết kế Ống dẫn được trang bị van một chiều ở đầu dưới

- Đổ vật liệu cát vào đầy ống dẫn làm cho cát bão hoà nước và rút ống lên từ từ, van một chiều phải tự động mở ra Vật liệu sẽ được đầm bằng phương pháp rung hoặc nén, tạo thành cột cát có đường kính tối thiểu (D)

- Sơ đồ bố trí, chiều sâu, đường kính tối thiểu của giếng cát, cự ly giữa các giếng

là những thông số làm cơ sở cho sự lựa chọn thiết bị

- Bùn đất do quá trình thi công giếng cát sinh ra phải được dọn dẹp sạch không gây ảnh hưởng đến chất lượng lớp đệm cát thoát nước theo qui định

Trang 38

Hình 1.4 Thiết bị thi công giếng cát 1.4 TỔNG QUAN LỚP ĐỆM CÁT

1.4.1 Vai trò của lớp đệm cát thoát nước

Lớp đệm cát được bố trí giữa đất yếu và nền đắp để tăng nhanh khả năng thoát nước cố kết từ phía dưới đất yếu qua giếng cát lên mặt đất tự nhiên và được dẫn ra khỏi phạm vi nền đường dưới tác dụng của tải trọng nền đắp

Lớp đệm cát tạo mặt bằng cho xe cơ giới đi lại phục vụ cho việc thi công và chịu lực thay cho lớp đất yếu trên mặt, phải chịu các ứng suất của xe cơ giới thi công lớn hơn rất nhiều so với khả năng chịu tải của đất yếu

Lớp đệm cát cũng là một bộ phận của nền công trình nên nó cũng tham gia chịu tải trong quá trình khai thác công trình

Trang 39

1.4.2 Yêu cầu chiều dày lớp đệm cát

Lớp đệm cát được bố trí giữa đất yếu và nền đắp để thoát nước ngang từ trong đất yếu lên trên mặt đất tự nhiên trong quá trình cố kết dưới tác dụng của tải trọng nền đắp

- Chiều dày lớp đệm cát không nhỏ hơn độ lún tổng cộng (S) và phải lớn hơn 0,5

m Vị trí của lớp đệm cát phải đảm bảo thoát nước nhanh trong quá trình cố kết của đất yếu Trường hợp chiều dày lớp đệm cát không đáp ứng được yêu cầu hoặc bị lún chìm vào đất yếu, để nước cố kết vẫn thoát ra ngoài cần thiết dùng bơm hút nước nhưng không được gây phá hoại lớp đệm cát

ℎđ = + 0,5 Trong đó:

S : Độ lún của nền do lớp gia tải gây ra

- Bề rộng mặt của lớp đệm cát phải rộng hơn đáy nền đắp mỗi bên tối thiểu là 0,5 đến 1,0 m; mái dốc và biên hai bên của lớp đệm cát phải có cấu tạo lớp lọc ngược để cho nước thoát ra không lôi theo cát

- Phải sử dụng vải địa kỹ thuật để làm lớp ngăn cách giữa nền đất yếu với lớp đệm cát và làm kết cấu lọc ngược ở hai biên

- Độ chặt đầm nén của lớp đệm cát phải thoả mãn 2 điều kiện: Máy thi công di chuyển và làm việc ổn định; Phù hợp độ chặt yêu cầu trong kết cấu nền đắp theo hồ sơ thiết kế

1.4.3 Yêu cầu đối với vật liệu làm lớp đệm cát

Xuất phát từ yêu cầu đối với lớp đệm cát: thoát nước và chịu lực tốt, đồng thời giảm thiểu được hạt mịn từ nền đất yếu xâm thực vào lớp đệm cát, phù hợp độ chặt yêu cầu trong kết cấu nền đắp Theo TCVN 11713-2017 thì cát để làm lớp đệm cát phải là cát thô hoặc trung, đạt yêu cầu sau:

- Tỷ lệ cỡ hạt lớn hơn 0,5 mm, %, không nhỏ hơn 50 % phương pháp thử theo TCVN 4198;

- Tỷ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0,14 mm, %, không lớn hơn 10 % phương pháp thử theo

Trang 40

- Hệ số thấm của cát, cm/s, không nhỏ hơn 5x10-3 cm/s phương pháp thử theo ASTM D 5778;

- Hàm lượng hữu cơ, %, không lớn hơn 5 % phương pháp thử theo AASHTO T267 Vật liệu đắp gia tải trước không sử dụng làm đất đắp nền thì nên xem xét lựa chọn loại đất có thành phần tương đối đồng nhất (đất; cát; đá ) để phân bố tải trọng đều xuống nền và dễ dàng xác định được chính xác khối lượng thể tích, đồng thời phải có biện pháp bảo đảm phần đắp gia tải duy trì được ổn định cho đến khi dỡ tải

Trong trường hợp khan hiếm nguồn vật liệu có thể tận dụng các loại nguồn vật liệu sẵn có để dùng cho gia tải trước, tuy nhiên cần quy đổi chiều cao thích hợp để tạo ra ứng suất tương ứng với tính toán trong hồ sơ thiết kế Chú ý cần có giải pháp phân cách giữa nền đắp và vật liệu đắp gia tải không đồng nhất với nền đắp

Thời gian duy trì tải trọng gia tải trước không nên dưới 6 tháng

Vật liệu đắp gia tải trước sử dụng làm đất đắp nền phải tuân thủ theo quy định của

hồ sơ thiết kế

1.5 TỔNG QUAN TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT

Trong quá trình thi công khoan lỗ tạo giếng, khi hạ các ống thép vào đất sẽ làm cho vùng đất nền lân cận giếng bị xáo trộn và hệ số thấm của vùng xáo trộn cũng giảm

đi đáng kể Vì vậy trong quá trình phân tích bài toán cố kết thấm đối xứng trục của giếng thấm phải xét đến độ xáo trộn của đất cũng như độ cản thấm của giếng cát

Với các giả thiết sau:

- Biến dạng nền trên từng mặt cắt ngang của khối đất hình trụ là đồng đều

Định dạng
Số trang	166
Dung lượng	10,11 MB