Nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường vùng mỹ xuyên, sóc trăng ứng dụng cho công trình đường vào cầu ông điệp

- Lựa chọn được giải pháp xử lý phù hợp với đặc điểm nền đất yếu, phù hợp với định hướng phát triển đường giao thông, đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế ở Mỹ Xuyên, Sóc Trăng; - Ứng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐÀO MINH SANG

XUYÊN, SÓC TRĂNG ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH

ĐƯỜNG VÀO CẦU ÔNG ĐIỆP

MÃ S Ố: 60 58 02 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS BÙI VĂN TRƯỜNG

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được

thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác gi ả luận văn

Đào Minh Sang

L ỜI CÁM ƠN

Tôi xin cám ơn các thầy cô giảng dạy trong bộ môn, khoa công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học - Trường Đại Học Thủy Lợi

Tôi xin chân thành cám ơn, PGS TS Bùi Văn Trường là người hướng dẫn khoa học

đã hết sức tận tâm nhiệt tình giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin cám ơn sự quan tâm góp ý của các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trong trường Đại học Thủy Lợi

Tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của lãnh đạo cơ quan, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian thực hiện luận văn

M ỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ v

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG 4

1.1 Tổng quan về đất yếu 4

1.1.1 Khái niệm về đất yếu [1] 4

1.1.2 Mục tiêu xử lý nền đất yếu 6

1.2 Tổng quan về phương pháp xử lý đất yếu nền đường 7

1.2.1 Phương pháp gia tải trước 7

1.2.2 Phương pháp cọc cát 8

1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 10

1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 11

1.2.5 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng 12

1.3 Kết luận chương 1 14

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG VÙNG MỸ XUYÊN, SÓC TRĂNG 15

2.1 Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán, thiết kế xử lý đất yếu 15

2.1.1 Phương pháp bấc thấm kết hợp với hút chân không và gia tải trước 15

2.1.2 phương pháp cọc cát 16

2.1.3 Phương pháp cọc ĐXM 28

2.2 Đặc điểm nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên 31

2.2.1 Cấu trúc nền đất yếu 31

2.2.2 Tính chất xây dựng của các lớp đất nền 33

2.2.3 Phân tích, đánh giá nền đất yếu 36

2.3 Định hướng phát triển hệ thống đường giao thông trong vùng 38

2.4 Giải pháp xử lý nền, móng khi xây dựng đường trên đất yếu vùng Mỹ Xuyên 40

2.4.1 Khái quát chung về các phương pháp xử lý nền đất yếu 40 2.4.2 Giải pháp xử lý nền, móng khi xây dựng đường trên nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên

2.5 Kết luận chương 2 47

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG VÀO CẦU ÔNG ĐIỆP, HUYỆN MỸ XUYÊN 48

3.1 Khái quát chung về công trình 48

3.1.1 Tổng quan về công trình 48

3.1.2 Vị trí công trình 52

3.1.3 Điều kiện tự nhiên 53

3.1.4 Đặc điểm địa chất công trình 56

3.2 Phân tích, lựa chọn giải pháp xử lý nền 61

3.3 Thiết kế giải pháp xử lý nền 62

3.3.1 Giải pháp thiết kế 62

3.3.2 Tính toán ứng suất, biến dạng nền đường bằng phương pháp số 88

3.4 Kết luận chương 3 98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

I KẾT LUẬN: 100

II KIẾN NGHỊ: 101

III HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DANH M ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

Acol : Diện tích của cọc xi măng đất

as : Diện tích tương đối của cọc xi măng đất

Asoil : Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng

B, L, H : Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất

Ccol : Lực dính của cọc xi măng đất

Cci : Chỉ số nén lún

Cu.soil : Độ bền chống cắt không thoát nước

CDM : Cọc xi măng đất

cu : Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố

Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải

Csoil : Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất Ctđ : Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố

d : Đường kính cọc

DM : Công nghệ trộn sâu

ĐXM : Cọc đất xi măng

Ecol : Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất

Esoil : Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố

Etđ : Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố

E50 : Mô đun biến dạng

Fs : Là hệ số an toàn

H : Chiều cao nền đắp

Lcol : Chiều dài cọc

φcol : Góc nội ma sát của cọc xi măng đất

φsoil : Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc

xi măng đất

φtđ : Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố

hi : Bề dày lớp đất tính lún thứ i

σ’vo : Ứng suất do trọng lượng bản thân

Δσ’v : Gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ’p : Ứng suất tiền cố kết

Qp : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc

ffs : Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất

fq : Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài

q : Ngoại tải tác dụng

R : Bán kính cung trượt tròn

τe : Sức chống cắt của vật liệu đất đắp

τav : Sức chống cắt của vật liệu cọc

Δl : Chiều dài cung trượt tương ứng

xi : Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay

wi : Trọng lượng của mảnh thứ i

φi : Góc ma sát trong của lớp đất

Ltb : Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài

Q : Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên

t : Tỉ lệ xi măng dự kiến

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Biểu đồ đường cong nén lún e = f(P) 17

Hình 2.2: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền 19

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí cọc cát 20

Hình 2.4: Biểu đồ xác định khoảng cách giữa cọc cát 21

Hình 2.5: Lưới tam giác đều 26

Hình 2.6: Mặt cắt địa chất vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng 32

Hinh 3.1 Cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 50

Hinh 3.2 Chi tiết cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 51

Hinh 3.3 Kết cấu nhịp dầm thép cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 51

Hinh 3.4 Đường dẫn vào đầu cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 52

Hinh 3.5 Sơ đồ định vị cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 52

Hình 3.6: Mặt cắt địa chất công trình 57

Hình 3.7 Trắc dọc đường vào cầu Ông Điệp 64

Hình 3.8 Mặt cắt ngang đường 65

Hình 3.9 Giao hai tia phun áp lực cao 79

Hình 3.10 Sơ đồ công nghệ trộn ướt 80

Hình 3.11 Thi công cọc xi măng đất bằng công nghệ trộn ướt 80

Hình 3.12: Sơ đồ bố trí cọc cát 84

Hình 3.13 : Trình tự thi công cọc cát 85

Hình 3.14: Mũi cọc bằng đệm gỗ và bằng mũi cọc có bản lề 86

Hình 3.15 Công nghệ thi công cọc cát 87

Hình 3.16: Thiết bị đóng cọc cát không dùng ống thép 88

Hình 3.17 Sơ đồ mô phỏng xử lý nền bằng cọc ĐXM trong phần mềm Plaxis 92

Hình 3.18 Sơ đồ mô phỏng xử lý nền bằng cọc cát trong phần mềm Plaxis 92

Hình 3.19 Lưới biến dạng của công trình 93

Hình 3.20 Chuyển vị đứng (lún) của công trình 93

Hình 3.21: Phân bố ứng suất trong nền móng công trình 94

Hình 3.22: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất 94

Hình 3.24 Lưới biến dạng của công trình 95

Hình 3.25 Chuyển vị đứng (lún) của công trình 96

Hình 3.26: Phân bố ứng suất trong nền móng công trình 96

Hình 3.27: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất 97

Hình 3.28 Chuyển vị đứng (lún) của mặt cắt nền đường A-A 97

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Hệ số ղ 22

Bảng 2.2: Hệ số A, B, D 23

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu cơ lý đất vùng Mỹ Xuyên 33

Bảng 2.4 Kết quả nghiên cứu các đặc trưng kháng cắt của đất 34

Bảng 2.5 Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu ở một số huyện tại tỉnh Sóc Trăng 35

Bảng 2.6 Đặc tính cố kết của đất yếu Sóc Trăng 36

Bảng 2.7 Các giải pháp xử lý đất yếu nền đường giao thông ở Mỹ Xuyên, sóc Trăng 45

Bảng 2.8 So sánh các phương pháp xử lý nền hiện nay 45

Bảng 3.1 Lượng mưa bình quân tháng (mm/tháng) 55

Bảng 3.2 Tốc độ gió và hướng gió tại Sóc Trăng 55

Bảng 3.3 Thống kê tải trọng tĩnh tải tác dụng lên nền đường 65

Bảng 3.4 Thống kê các số liệu địa chất nền đường 77

Bảng 3.5 Tính độ lún S2 78

Bảng 3.6: Các thông số tính toán của từng lớp 82

Bảng 3.7 Các thông số mô hình XMĐ 90

Bảng 3.8 Các thông số mô hình Cọc cát 91

Bảng 3.9 Độ chênh lệch lún sau khi mô phỏng bằng Plaxis 98

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

Cùng với tốc độ nhanh của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu phát triển

hệ thống giao thông cũng rất lớn Khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu cần có các biện pháp xử lý, nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như đồng bằng

sông Cửu Long nói chung và đặc biệt là ở Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng nói riêng do vậy xử lý nền đất yếu là vấn đề rất được quan tâm trong việc thiết kế xây dựng công trình

Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu cho công trình đường giao thông, như thi công bằng Công nghệ cọc ép, cọc nhồi bê tông cốt thép tuy có sức chịu tải lớn nhưng bên cạnh đó cũng bộc lộ những nhược điểm như giá thành cao, thời gian thi công kéo dài, gây ô nhiễm môi trường từ đó ta thấy nhưng lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp phải được dựa trên sự phân tích, đánh giá đặc điểm cấu trúc nền với quy mô

và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho công trình Đồng thời việc tính toán, thiết kế các giải pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình đường giao thông trong vùng cũng còn những hạn chế, ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ công trình, dẫn đến những kho khăn trong quá trình triễn khai và sự lãng phí về kinh tế Vì vậy việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp để xử lý nền đất yếu, cũng như phương pháp tính toán thiết kế phù hợp phục vụ cho xây dựng hệ thống đường giao thông trong vùng là việc làm hết sức cần thiết, có ý nghĩa quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội ở Mỹ Xuyên, Sóc Trăng nói riêng và ở đồng bằng Sông Cửu Long nói chung

2 M ục đích nghiên cứu

Mục đích chính của đề tài là lựa chọn giải pháp xử lý nền và phương pháp tính toán thiết kế phù hợp với đặc điểm nền đất yếu phục vụ cho xây dựng hệ thống đường giao thông vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu phương pháp tính toán, thiết kế xử lý đất yếu, trong

4 N ội dung nghiên cứu

Đề tài sẽ chủ yếu tập trung nghiên cứu những nội dung sau:

Tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu;

Đặc điểm nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên, Sóc trăng;

Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán thiết kế giải pháp xử lý đất yếu nền đường giao thông;

Phân tích lựa chọn giải pháp phù hợp xử lý đất yếu nền đường vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng;

Ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý đất yếu nền tuyến đường vào cầu Ông Điệp

5 Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục đích đề ra và để hoàn thành nội dung nghiên cứu của đề tài luận văn, tác giả sử dụng cách tiếp cận theo hướng kế thừa, thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu có liên quan; nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn; điều tra, khảo sát các công trình Đồng thời luận văn sẽ sử dụng các tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu;

- Lựa chọn được giải pháp xử lý phù hợp với đặc điểm nền đất yếu, phù hợp với định hướng phát triển đường giao thông, đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế ở Mỹ Xuyên, Sóc Trăng;

- Ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý yếu đất nền cho một công trình cụ thể;

- Kết quả của đề tài nghiên cứu góp phần bổ sung tài liệu tham khảo khi thiết kế, xây dựng cho các công trình tương tự

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG

1.1 T ổng quan về đất yếu

1.1.1 Khái ni ệm về đất yếu [1]

- Đất yếu là một thuật ngữ được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực xây dựng Hiện nay, tồn tại một số quan niệm khác nhau về đất yếu Dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam như TCVN 9355:2012, 22TCN 262-2000, tham khảo các tiêu chuẩn phân loại đất của ASTM, BS, theo đất yếu là loại đất có một số đặc điểm cơ bản sau đây:

+ Là loại đất có khả năng chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ hơn 1,0kG/cm2), mô đun biến dạng nhỏ (E0< 50kG/cm2);

+ Dễ bị biến dạng khi có tải trọng tác dụng, có độ lún lớn (thường hệ số rỗng ban đầu

e0>1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuẩn N SPT<5 búa, sức kháng xuyên đơn vị qc< 10kG/cm2

+ Là loại đất được thành tạo từ các vật liệu trầm tích trẻ (từ 10.000÷15.000 năm tuổi vẫn đang trong quá trình cố kết trong điều kiện môi trường khác nhau (bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, đầm lầy )

- Trên cở sở các đặc điểm về địa chất công trình (thành phần, tính chất cơ lý ), đất yếu có thể được chia ra các loại chính sau:

+ Đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, cửa sông, đồng bằng tam giác châu thổ ) loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể lên tới 10%÷12%) Đối với loại này, được xác định là đất yếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn nhão, hệ số rỗng lớn (sét

e0>1,5; á sét e0>1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước Cu<35 kG/cm2, góc nội ma sát Φ< 10

+ Than bùn và đất hữu cơ có nguồn gốc đầm lầy, nơi tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao Tại đây, xác của các loài thực vật bị thối rữa và phân hủy, tạo ra các

vật lắng hữu cơ lẫn với các khoáng vật từ vật liệu Loại này thường được gọi là đất đầm lầy, than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20% - 80%, thường có màu xám đen hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao trung bình W = 85%-95% Than bùn là loại đất thường xuyên nén lún lâu dài, không đều, hệ số nén lún có thể đạt 3-10cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 - 50cm Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng: Hàm lượng hữu cơ từ 20% - 30%: đất nhiễm than bùn

Hàm lượng hữu cơ từ 30% - 60%: đất than bùn

Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn

+ Bùn là các lớp đất mới được hình thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (<200mm) Đặc điểm về thành phần và kết cấu của nó là thành phần khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10% Đất bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng con đường cơ học hoặc hóa học ở tại đáy biển hoặc vũng vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nước hoặc bãi bồi của sông Vì vậy thường phân biệt bùn biển, bùn vũng, bùn hồ, bùn lầy và bùn bồi tích Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực Cường độ của bùn nhỏ, biến dạng lớn, mô đun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5kG/cm2 với bùn sét; từ 10-25kG/cm2 với bùn pha cát và bùn cát pha sét; hệ số nén lún chỉ có thể đạt lên tới 2-3cm2/daN Như vậy, bùn là loại trầm tích nén chưa chặt, dễ

bị thay đổi kết cấu tự nhiên Do vậy khi xây dựng công trình trên đất nền là bùn cần áp dụng các biện pháp xử lý nền phù hợp

- Đất yếu ở nước ta khá phổ biến, đặc biệt là tại các khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long Chiều dày các lớp đất này nhiều khi có giá trị khá lớn, có nơi lên tới 45-60m

- Để xây dựng công trình trên các vùng đất như vậy, sử dụng các biện pháp xử lý móng sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém Hợp lý hơn cả trong những trường hợp

nền đất yếu là tìm giải pháp xử lý nền hoặc kết hợp xử lý nền với móng, trong đó giải pháp xử lý nền thường đóng vai trò chủ đạo

1.1.2 M ục tiêu xử lý nền đất yếu

- Việc xử lý nền đất yếu nhằm hướng đến 3 mục tiêu chủ yếu sau:

+ Tăng khả năng chịu lực của nền đất

+ Tăng khả năng chống biến dạng của nền đất

+ Giảm tính thấm nước cho đất

- Để đạt được các mục tiêu trên việc xử lý nền đất yếu có thể thực hiện theo các hướng chính sau:

* Tăng độ chặt đất nền: theo hướng này có thể sử dụng:

+ Các phương pháp cơ học: đây là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng việc sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ) để gia cố nền bằng tác nhân cơ học Trong đó việc sử dụng phương pháp tải trọng động được sử dụng khá phổ biến và hiệu quả cho các loại đất hạt rời, đặc biệt là cát xốp như dùng các máy đầm rung, đầm lăn Tuy nhiên chúng chỉ có thể tăng độ chặt

cho các lớp đất trên bề mặt Các loại cọc tre, cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng cho các công trình dân dụng

+ Hạ mực nước ngầm: hạ mực nước ngầm giúp cho quá trình cố kết nhanh tạo khả năng giảm độ rỗng của các lớp đất nhờ tăng trọng lượng của khối đất bên trên

* Biến đổi cấu trúc đất nền bằng các phương pháp hóa - lý - sinh:

+ Phương pháp nhiệt học: là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một

số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép Sử dụng khí nóng trên 800 C

để làm biến đổi đặc tính lý hóa của nền đất yếu Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện đất nền là đất sét hoặc cát mịn Phương pháp này đòi hỏi lượng năng lượng

+ Phương pháp hóa học: là một trong những phương pháp rất được chú ý trong thời gian gần đây Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp silicat hóa Hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất là những phương pháp được sử dụng tương đối phổ biến

+ Phương pháp sinh học: đây là một phương pháp mới, người ta sử dụng các vi sinh vật để làm đầy các lỗ rỗng của đất nền từ đó làm giảm hệ số rỗng hoặc gắn kết các hạt đất lại với nhau để làm tăng lực dính đơn vị của đất Tuy nhiên, phương pháp này ít được sự quan tâm do yêu cầu thời gian thi công tương đối dài mặc dù được khá nhiều ủng hộ về mặt kinh tế

+ Thay thế lớp đất ngay dưới đế móng bằng loại đất khác tốt hơn: đây là một phương pháp ít được sử dụng Để khắc phục vướng mắc do gặp lớp đất yếu phân bố ngay dưới đáy móng, người ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu bằng lớp đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát Phương pháp này đòi hỏi kinh phí đầu tư lớn

và thời gian thi công lâu dài

+ Điều chỉnh tiến độ thi công: tăng tải dần hoặc xây dựng từng bộ phận công trình theo từng giai đoạn nhằm cải thiện khả năng chịu lực của nền đất, cân bằng độ lún giữa các

bộ phận của kết cấu công trình

+Việc lựa chọn phương pháp xử lý nền hợp lý phụ thuộc vào tính chất của đất nền, loại và tải trọng công trình, loại móng, thiết bị và điều kiện thi công, yêu cầu tiến độ Các phương pháp trên có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả cao nhất

1.2 T ổng quan về phương pháp xử lý đất yếu nền đường

1.2.1 Phương pháp gia tải trước

- Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ

lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước

- Pương pháp gi tải trước có một số ưu điểm sau:

+Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất

+ Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian

- Các biện pháp thực hiện:

+ Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá ) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình

+ Phương pháp gia tải trước đơn giản, dễ thực hiện, ít kinh tế dùng cho những công trình chịu tải không lớn

- Phương pháp gia tải có một số nhược điểm sau:

+ Hiệu quả không cao

+ Chịu tải trọng không lớn

+ Không tận dụng được vật liệu đất tại chỗ

Cọc cát có khả năng làm chặt đất đến độ sâu khá lớn, nên có thể sử dụng cho các công trình có tải trọng khá lớn tác dụng lên nền

Đường kính cọc thường từ 20÷60cm Chiều sâu của cọc cát thường được tính theo yêu cầu ổn định và độ lún Khoảng cách giữa các cọc được tính dựa trên tính chất cơ lý của nền đất, khoảng tĩnh không giữa các cọc không nên vượt quá 4 lần đường kính cọc

+ Nền sau khi thi công xong cọc cát cần phải được kiểm tra cẩn thận bằng cách: khoan lấy mẫu đất giữa các cọc để xác định sự biến đổi của các chỉ tiêu cơ lý của chúng (độ

ẩm, hệ số rỗng, khối lượng thể tích, các chỉ tiêu về sức kháng cắt ) sau khi đất đã được gia cố Kiểm tra độ chặt của cọc cát và đất giữa các cọc bằng thí nghiệm xuyên tĩnh để đánh giá mức độ hiệu quả và khả năng tăng sức chịu tải của nền đất sau khi gia

- Khi dùng cọc cát trị số mô đun biến dạng ở trong cọc cát cũng như vùng đất được nén lại xung quanh cọc sẽ giống nhau vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như nền thiên nhiên

- Khi dùng cọc cát quá trình cố kết của đất nền xảy ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hay nền gia cố cọc cứng

Nhược điểm:

Dễ sản sinh co ngót trong quá trình thi công và khai thác

Độ chặt của đất phụ thuộc vào kích thước ống lỗ

Cần trang bị các thiết bị thi công nặng và dài

Tốn kém, thời gian thi công kéo dài gây xáo trộn cấu trúc nền đất và khó kiểm tra được chất lượng của cọc cát

1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát

- Giếng cát là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước Giếng cát thường có đường kính từ 20 đến 60cm được sử dụng với mục tiêu tạo điều kiện thoát nước nhanh cho tầng đất yếu, tăng nhanh quá trình cố kết giúp cho công trình nhanh chóng ổn định lún Phía trên giếng cát thường bố trí một lớp đệm cát để tạo điều kiện thoát nước tốt và công trình lún đều hơn Chiều dày lớp đệm cát thường lấy trong khoảng 30 đến 50cm Vật liệu chọn làm lớp đệm cát trên giếng cát thường sử dụng cát hạt trung đến hạt to Khoảng cách giữa các giếng cát tùy thuộc vào tình hình thoát nước của đất nền Thông thường khoảng cách giữa các giếng từ 1,5 đến 5m Khả năng thoát nước của nền càng kém thì khoảng cách đó càng nhỏ hơn

- Ưu điểm:

+ Mang giá trị kinh tế cao

+ Tăng độ cố kết cho nền đất

+ Khi dùng giếng cát, trị số môđun biến dạng của vùng đất được nén chặt xung quanh

sẽ giống nhau, vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất xử lý đồng đều hơn Giải pháp này nền đất yếu có tốc độ cố kết nhanh hơn so với phương án sử dụng bấc thấm, thời gian chờ lún cũng ngắn hơn Thường sử dụng trong trường hợp nền đất yểu có chiều sâu l0m đến 30m

- Nhược điểm:

+ Gây chấn động tới công trình xung quanh

+ Có khả năng bị tắt hay ngắt đường thấm

+ Khi thi công giếng cát có thể bị đứt đoạn dẫn đến vai trò thoát nước không được đảm bảo Tại các vùng có mực nước ngầm cao thì sau một thời gian thi công cát trong giếng sẽ theo nước lẫn vào trong đất vì vậy tốc độ cố kết của đất sẽ có sự sai lệch đáng

kể so với tính toán Việc thi công giếng cát có nhược điểm là tốn công, máy móc nặng,

tốc độ thi công chậm, khi nền bị cố kết và biến dạng có thể cắt đứt đường thấm và giá thành công trình cao

1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

- Xử lý nền bằng bấc thấm là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng Bấc thấm gồm hai phần: phần lõi chất dẻo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật polypropylene hay polyester không dệt )

- Bấc thấm có những đặc trưng như sau:

+ Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bao ngoài vào lõi chất dẻo

+ Lõi chất dẻo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng ra ngoài khối nền đất yếu bão hòa nước

- Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là polypropylene và polyester không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp Chúng có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẻo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phân lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào lõi làm tắc thiết bị Lõi chất dẻo

có hai chức năng quan trọng: vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, vừa tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực xung quanh lớn Đây chính là ưu thế của bấc thấm so với giếng cát và cọc cát

- Ưu điểm

+ Bấc thấm được sản xuất công nghiệp nên dễ dàng kiểm tra được chất lượng, chuẩn hóa quá tình thi công, giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường

+ Giảm thiểu sự xáo trộn các lớp đất

+ Khả năng tương thích cao của lõi cũng như vỏ của bấc thấm với nhiều loại đất + Dễ dàng thi công, hiệu suất có thể đạt 8000m/ngày Rút ngắn được thời gian thi công

+ Không cần cấp nước khi thi công

+ Tiết kiệm được khối lượng đào đắp

+ Giảm được chi phí vận chuyển, chi phí thi công

- Nhược điểm

+ Kém hiệu quả khi chiều dày lớp đất yếu quá dày

+ Thời gian chờ đợi khá nhiều

+ Dễ hư hại khi cắm vào đất

+ Sẽ không hiệu quả nếu không có phương pháp gia tải kết hợp phù hợp

+ Vật liệu phải nhiều

1.2.5 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng

- Cọc đất gia cố xi măng (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất), được thi công tạo thành theo phương pháp khoan trộn sâu Dùng máy khoan và các thiết bị chuyên dùng (cần khoan, mũi khoan ) khoan vào đất với đường kính và chiều sâu lỗ khoan theo thiết kế Đất trong quá trình khoan không được lấy lên khỏi lỗ khoan mà bị phá vỡ kết cấu, được các cánh mũi khoan nghiền tơi, trộn đều với chất kết dính (chất kết dính thông thường là xi măng hoặc vôi, thạch cao đôi khi có thêm chất phụ gia

và cát) Phương pháp xử lý cọc đất gia cố xi măng khá đơn giãn: Bao gồm một máy khoan vơi hệ thống lưỡi có đường kính thay đổi tùy theo đường kính cọc được thiết kế

và các xi lô chứa xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12 kg/cm2 Các máy khoan của Thụy Điển, Trung Quốc, Nhật Bản có khả năng khoan sâu đến 40 m và tự điều chỉnh định vị cần khoan luôn thẳng đứng Trong quá trình khoan lưỡi được thiết

kế để trộn đều đất và xi măng Quá trình phun (hoặc bơm) chất kết dính để trộn với đất trong hố khoan, tùy theo yêu cầu có thể được thực hiện ở cả hai pha khoan xuống và rút lên của mũi khoan hoặc chỉ thực hiện ở pha rút mũi khoan lên Để tránh lãng phí xi măng, hạn chế xi măng thoát ra khỏi mặt đất gây ô nhiễm môi trường thông thường khi rút mũi khoan lên cách độ cao mặt đất từ 0.5 ~ 1.5m người ta dừng phun chất kết dính, nhưng đoạn cọc 0,5 ~ 1,5m này vẫn được phun đầy đủ chất kết dính là nhờ là nhờ chất kết dính có trong đường ống tiếp tục được phun (hoặc bơm) vào hố khoan

Khi mũi khoan được rút lên khỏi hố khoan, trong hố khoan còn lại đất đã được trộn đều với chất kết dính dần dần đông cứng tạo thành cọc đất gia cố xi măng

- Ưu điểm

+ Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao Tiết kiệm thời gian thi công do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ

+ Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng

+ Rất thích họp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu nền đất yếu như bãi bồi ven sông, ven biển

+ Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước

+ Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m)

+ Địa chất nền là cát rất phù họp với công nghệ gia cố xi măng, độ tin cậy cao

+ Biến dạng nền đất gia cố rất nhỏ vì vậy giảm thiểu ảnh hưởng của lún đối với các

công trình lân cận, tăng sức kháng cắt ổn định nền móng công trình

+ Dễ dàng điều chỉnh cường độ bằng cách điều chỉnh hàm lượng xi măng khi thi công + Dễ quản lý chất lượng thi công

+ Hạn chế ô nhiểm môi trường

- Nhược điểm

+ Phụ thuộc nhiều vào công nghệ thi công nên yêu cầu có hệ thống quy chuẩn, quy định các quy trình thi công nghiêm ngặt và quy trình kiểm tra nghiệm thu hoàn thiện Yêu cầu công nghệ máy móc thiết bị hiện đại

+ Không phù hợp với điều kiện thủy văn phức tạp

+ Khả năng chịu cắt kém

+Trong vùng đất cát, xi măng hóa không đạt yêu cầu Tuy nhiên trong thực tế chúng ta luôn tiếp xúc với loại nền đất cát có thành phần cấp phối hạt khác nhau và độ chặt của chúng cũng khác nhau

1.3 K ết luận chương 1

Trong chương 1 tác giải đã trình bày một số giải pháp xử lý nền đất yếu đang được áp dụng ở Việt Nam Tuy có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu nói chung và nền đường giao thông nói riêng, mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm, điều kiện, phạm vi áp dụng, tác giả nhận thấy rằng để đạt hiệu quả tốt, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế cần nghiên cứu lựa chọn giải pháp phù hợp với đặc điểm, cấu trúc, tính chất nền đất yếu và đặc điểm, tính chất, quy mô công trình tại vùng đất yếu Mỹ Xuyên

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG VÙNG MỸ

2.1 Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán, thiết kế xử lý đất yếu

2.1.1 P hương pháp bấc thấm kết hợp với hút chân không và gia tải trước

Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải trước

đã và đang được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới Mặc dù vậy, việc tính toán thiết kế vẫn còn đang được hoàn thiện Hiện chưa có một cơ sở lý thuyết tính toán nào được thực hiện cho toàn bộ công tác xử lý nền bằng phương pháp này Có nhiều tác giả đưa

ra cơ sở lý thuyết để thiết kế xử lý nền đất yếu, trong đó có lý thuyết nghiên cứu của (Rujikiatkamjorn và Indraratna , 2007, 2008) Lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không đã được (Indraratna và nnk, 2005) (Indraratna , 2009), (Rujikiatkamjorn and Indraratna 2007) giải quyết cho các bài toán cố kết thấm trong trường hợp đối xứng trục và bài toán phẳng, dòng thấm tuân theo định luật Darcy và không tuân theo định luật Darcy Lý thuyết này cũng đã được minh chứng bởi các ví

dụ cụ thể tại các công trình xử lý nền đất yếu ngoài thực tế

Ở Việt Nam hiện nay, việc tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải trước vẫn được tính toán giống như nền xử lý bằng bấc thấm và gia tải trước Hoàn toàn chưa đề cập đến độ cố kết do hút chân không đạt được trong tổng thể

“hút chân không và gia tải” Do vậy, kết quả quan trắc còn sai lệch nhiều so với kết quả tính toán lý thuyết Mặt khác, Nhà nước vẫn chưa ban hành quy trình tính toán cụ thể cho trường hợp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải trước Chính vì vậy, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với hút chân không và gia tải trước tại Nhà máy nhiệt điện Long Phú - Sóc Trăng, áp dụng lý thuyết tính toán của các tác giả (Rujikiatkamjorn và Indraratna, 2007, 2008) (Indraratna, 2009) và (Rujikiatkamjorn and Indraratna, 2007) có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng công tác xử lý nền đất yếu tại Việt Nam

+ Cơ sở lý thuyết xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với hút chân không và gia tải trước

Bản chất của phương pháp hút chân không là tạo ra một áp suất chân không tác dụng vào khối đất làm giảm áp lực nước lỗ rỗng (hút nước ra), dẫn đến ứng suất hữu hiệu trong nền đất tăng trong khi ứng suất tổng không thay đổi, từ đó làm tăng quá trình cố kết của đất nền Hút chân không làm tăng gradient thủy lực theo phương ngang của dòng thấm, từ đó thúc đẩy nước thoát ra khỏi đất nền nhanh hơn về phía bấc thấm Khi hút chân không tạo ra áp lực nước lỗ rỗng âm dọc theo chiều dài đường thấm và trên mặt đất, làm tăng gradient thủy lực theo phương ngang (cho nước thoát ra) và tăng ứng suất hiệu quả trong đất (mặc dù không tăng ứng suất tổng), từ đó điều khiển được tốc độ cố kết của đất mà không làm tăng áp lực nước lỗ rỗng dương (Qian,1992; Leong 2000), kết quả làm giảm chiều cao đắp của nền đường khi yêu cầu đạt được độ

cố kết giống nhau Khi kết hợp cả hút chân không và gia tải trước có tác dụng làm giảm chiều cao đắp và thúc đẩy tốc độ cố kết của đất nền, rút ngắn thời gian thi công

2.1 2 phương pháp cọc cát

2.1.2.1 Trình t ự tính toán của cọc cát

Có 8 bước để tính toán và thiết kế cọc cát như sau:

Bước 1: Xác định hệ số rỗng enc của nền đất sau khi được nén chặt bằng cọc cát: Bước 2: Xác định diện tích nền được nén chặt

Bước 3: Xác định số lượng cọc cát

Bước 4: Bố trí cọc cát

Bước 5: Xác định trọng lượng cát trên một mét dài

Bước 6: Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát

Bước 7: Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát

Bước 8: Tính độ lún dự tính của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát

2.1.2.2.Tính toán, thi ết kế của cọc cát

1, Xác định hệ số rỗng enccủa nền đất sau khi được nén chặt bằng cọc cát:

Khi dùng cọc cát, nền đất sẽ được nén chặt lại Tuy nhiên đất không thể nén chặt đến

độ chặt tuỳ ý Hệ số rỗng nén chặt (enc) được tính toán tuỳ từng loại đất yếu xử lý

Đối với nền đất cát:

enc= emax – D.(emax – emin) (2.1)

Trong đó: D: độ chặt tương đối của cát, lấy D = 0,7 – 0,8;

emax và emin: hệ số rỗng của cát ở trạng thái rời nhất và chặt nhất,

Đối với đất loại sét, trị số enc được lấy tương ứng với trị số ep khi P=1,0kG/cm2 dựa vào kết quả thí nghiệm nén mẫu đất lấy ở trạng thái thiên nhiên (dựa vào biểu đồ đường cong nén lún e = f(P) (quan hệ giữa hệ số rỗng e và áp lực tác dụng lên mẫu đất P)

Hình 2.1 Biểu đồ đường cong nén lún e = f(P)

Đồng thời, trị số enc còn có thể xác định gần đúng dựa vào tính chất cơ lý của đất theo công thức sau đây:

( 0, 5 )

nc n

Trong đó: ∆ - khối lượng riêng của đất (g/cm3);

γn – khối lượng thể tích của nước (g/cm3);

Wp - độ ẩm ở giới hạn dẻo (%);

Ip – chỉ số dẻo (%)

Cần chú ý rằng, sau khi dùng cọc cát, nếu nền đất không có thể nén chặt đến giới hạn

độ chặt cần thiết theo tính toán bằng các công thức ở trên thì lúc đó việc áp dụng cọc cát sẽ không hợp lý

Trong phần lớn trường hợp, nền đất thiên nhiên đều có cường độ nhất định mặc dù giá trị của nó có thể rất nhỏ Trong quá trình thi công cọc cát, do ảnh hưởng chấn động trong quá trình hạ ống thép trong đất, có thể làm cho cường độ của đất nền giảm đi (do hậu quả lực dính giữa các hạt giảm đi) sau khi thi công xong, nền đất có cọc cát được nén chặt lại, độ rỗng của đất giảm đi và cường độ đất tăng lên

Hiện tượng trên có liên quan đến việc chọn hệ số enc Nếu việc chọn hệ số enc không đúng, có thể dẫn đến hậu quả làm cho nền đất có biến dạng lớn và việc ứng dụng cọc cát sẽ không có hiệu quả

Hình 2.2: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền

3, Xác định số lượng cọc cát

Số lượng cọc cát cần thiết được xác định như sau: (2.5)

Trong đó Fc - Diện tích tiết diện cọc cát dùng khi thi công (m2)

4, Bố trí cọc cát:

Cọc cát thường được bố trí theo đỉnh lưới của tam giác đều Đó là sơ đồ bố trí hợp lý

nhất đảm bảo đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc Khoảng cách

giữa các cọc có thể xác định bằng tính toán và dựa vào những giả thiết cơ bản sau:

- Độ ẩm đất trong quá trình nén chặt là không đổi

- Đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc cát

- Thể tích của đất nén chặt giới hạn trên bề mặt tam giác đều ABC giữa các trục của

cọc cát (hình 2.3), sau khi nén chặt sẽ giảm thể tích bằng một nửa thể tích cọc cát

- Thể tích của các hạt đất trước và sau khi nén chặt xem như không đổi nếu bỏ qua tính

nén bản thân của các hạt

Công thức (2.7) có thể biến đổi viết dưới dạng đơn giản hơn:

Trong đó:

Trong đó:

Trị số L phụ thuộc vào dcvà v có thể tra biểu đồ (hình 2.3)

Hình 2.4: Biểu đồ xác định khoảng cách giữa cọc cát

Theo chỉ dẫn thiết kế cọc cát, đối với nền đất yếu bão hòa nước ở Liên Xô thì khoảng cách giữa các cọc cát được xác định căn cứ vào mối tương quan giữa chiều sâu nén chặt Hncvà chiều dày vùng chịu nén H của lớp đất

Khi Hnc = H thì:

(“Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu” Hoàng Văn Tân và nnk, trang 130, 131)

Trong đó: dc – Đường kính cọc cát lấy trên 1m chiều dài (m)

[S] - Trị số lún cho phép của công trình, có thể lấy theo quy phạm thiết kế hoặc căn cứ vào tính chất của công trình mà quyết định

S Trị số lún của nền đất tự nhiên dưới công trình khi chưa có cọc cát

Trong đó: F - Diện tích đế móng (m2)

ղ - Hệ số lún của lớp đất thiên nhiên, phụ thuộc vào trọng lượng thể tích trung bình của đất, có thể tra bảng 2.1:

Bảng 2.1: Hệ số ղ

Rtc - Áp lực tiêu chuẩn của đất nền khi chưa có cọc cát

Trong đó: m - Hệ số làm việc được quy định như sau:

Khi mực nước ngầm nằm cao hơn đế móng và dưới nó là lớp cát bụi thì m = 0,6 Nếu

là lớp cát nhỏ thì m = 0,8

Trong các trường hợp còn lại lấy m = 1

b - Chiều rộng đế móng (m), nếu đế móng hình tròn hoặc hình đa giác có thể dùng công thức b= F để tính toán

h - Chiều sâu chôn móng (m)

γ - Trọng lượng thể tích của đất (g/cm3

)

Ctc - Lực dính tiêu chuẩn của đất (kG/cm2)

A, B, D - Những hệ số tra bảng 2.2

Trong đó: S0 - Trị số lún của lớp đất thiên nhiên nằm trong phạm vi chiều sâu (H –

Hnc) và được xác định theo các công thức tính lún thông thường; trong đó môđun biến dạng của lớp đất này được tính toán theo công thức sau đây:

Trong đó: a0 - hệ số không thứ nguyên Có thể bằng 0,87 đối với móng hình vuông và 0.66 đối với móng băng

Để đảm bảo nền đất được ổn định về phương diện biến dạng cũng như khả năng chịu tải, cọc cát thường được bố trí không những ở dưới móng mà còn ở phạm vi ngoài đáy móng

Theo kinh nghiệm thiết kế, số lượng hàng cọc cát bố trí theo hướng dọc và hướng ngang dưới đế móng thường lấy lớn hơn 3 hàng, trong đó trục của hàng cọc ngoài cũng lấy rộng hơn kích thước mặt bằng đế móng một khoảng cách lớn hơn 1.5 lần đường kính cọc hoặc 0.1 lần chiều dài cọc

Theo kinh nghiệm của nước ngoài, đường kính cọc cát thường dùng là 40–60cm ở nước ta, theo kinh nghiệm bước đầu của bộ kiến trúc, có thể dùng hai loại đường kính cọc là 10–20cm và 20–40cm

Cọc cát phải được đầm đến độ chặt nhất định Trọng lượng cát cần thiết trên mỗi mét dài của cọc được xác định theo công thức sau đây:

Trong đó: ∆- Trọng lượng riêng của cát dùng trong cọc (g/cm3

6 Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát:

Chiều sâu nén chặt Hnc của cọc cát có thể lấy bằng chiều sâu vùng chịu nén H ở dưới

đế móng Theo quy phạm của Liên Xô, vùng chịu nén có thể lấy đến độ sâu mà ở đó thỏa mãn điều kiện:

Đối với công trình dân dụng và công nghiệp:

Đối với công trình thủy lợi:

Chiều sâu vùng nén chặt xác định theo cách trên hoàn toàn chỉ có tính chất quy ước Đúng hơn cả là nên xác định theo điều kiện đất nền thực tế không còn biến dạng dưới tác dụng của áp lực công trình truyền xuống

H = 2hs (2-19)

Trong đó : hs - Chiều dày lớp đất tương đương hs = Aωb (2.20)

Aω- Hệ số lớp tương đương phụ thuộc vào hệ số Poatxông μ0, hình dạng móng và độ cứng của móng

Đối với nền đất sét yếu ở trạng thái bão hòa nước, chiều sâu vùng nén chặt có thể lấy đến giới hạn khi ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây nên có giá trị vào khoảng 0.2 – 0.3 kG/cm2

Nói chung trong mọi trường hợp, ta có thể chọn chiều sâu nén chặt như sau:

Đối với móng hình chữ nhật: Hnc≥2b

Đối với móng băng: Hnc≥4b

Khi chiều rộng của móng lớn hơn 10m, thì có thể xác định chiều sâu nén chặt như sau:

phụ thuộc vào khả năng của thiết bị chế tạo cọc gia cố

Năng lực thiết bị phù hợp, thi công nhanh, đạt yêu cầu kỹ thuật, kinh tế Thông thường, đường kính cọc dao động từ 200 đến 430mm, phụ thuộc vào năng lực thiết bị

và chiều sâu gia cố

+ Lựa chọn mạng lưới bố trí cọc cát:

Cách bố trí ưu việt nhất của cọc cát theo đỉnh lưới của hình tam giác đều, làm như vậy đảm bảo đất được làm chặt trong khoảng cách giữa các cọc một cách đồng đều nhất Khoảng cách giữa các cọc có thể xác định bằng tính toán và dựa vào giả thiết:

- Độ ẩm của đất trong quá trình nén chặt là không đổi;

- Đất được nén chặt đều trong khoảng cách các cọc cát;

- Thể tích của đất nén chặt giới hạn trên bề mặt tam giác đều ABC (hình 2.6) giữa các trục của cọc cát, sau khi nén chặt sẽ giảm một thể tích bằng nửa thể tích cọc cát;

Hình 2.5: Lưới tam giác đều

- Thể tích của các hạt đất trước và sau khi nén chặt xem như không đổi, nếu bỏ qua tính nén bản thân giữa các hạt

Dựa vào những giả thiết đã trình bày, khoảng cách giữa các cọc được tính:

Trong đó : L- khoảng cách giữa các cọc cát (m);

dc- đường kính cọc cát (m)

Khoảng cách giữa các hàng cọc Lhc (m):

- Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát

Thông thường, sức chịu tải tính toán của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát có thể lấy lớn hơn từ hai đến ba lần sức chịu tải của nền đất thiên nhiên khi chưa gia cố Đối với nền đất sét hoặc đất bùn, theo kết quả thực nghiệm, sau khi nén chặt bằng cọc cát, sức chịu tải tính toán của nền đất có thể lấy trong phạm vi 2 ÷ 3 kG/cm2

Có thể kiểm nghiệm lại sức chịu tải của đất nền sau khi nén chặt, có thể dùng công thức:

Trong đó: a : Hệ số không thứ nguyên, có thể lấy bằng 0,87 đối với móng hình vuông

và 0,66 đối với móng băng;

Rtc: Sức chịu tải quy ước nền đất khi chưa có cọc cát

ղ: Hệ số độ lún của lớp đất thiên nhiên, phụ thuộc vào khối lượng thể tích trung bình của đất, có thể tra bảng

Đánh giá độ bền nền đất sau gia cố có thể tiến hành bằng các thí nghiệm nén tĩnh bằng bàn nén, xuyên tĩnh, xuyên tiêu chuẩn, cắt cánh

- Độ lún của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát

Trị số độ lún của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát có thể tính toán theo công thức sau đây:

Trong đó: j – số lớp đất nằm trong chiều sâu chịu nén của nền đất;

Pi – ứng suất trung bình phụ thêm của lớp thứ i do tải trọng của công

trình truyền xuống;

hi – chiều dày của lớp đất thứ i nằm trong vùng chịu nén của nền đất; β- hệ số không thứ nguyên để hiệu chỉnh cho sơ đồ tính toán đã đơn

giản hoá, lấy bằng 0,8 cho tất cả các loại đất;

E0i – môđun biến dạng của lớp đất thứ i, có thể dùng các trị số ghi trong bảng (TCXD 45-78) hoặc xác định dựa vào kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh ở hiện trường

2.1 3 Phương pháp cọc ĐXM

2.1 3.1 Cơ sở lý thuyết

Ta thấy lựa chọn và áp dụng phương pháp trộn sâu xi măng có những ưu điểm sau: