Đồ án tốt nghiệp: Xử lý nền đắp trên đất yếu bằng cọc đất ximăng

MỤC LỤC MỞ ĐẦU…………………………………………………………………7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU…………………..9 1.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU:………………………………………………...9 1.2. KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT:………………………………… 10 1.3. CÁC TRẠNG THÁI MẤT ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU: 12 1.3.1. Nguyên nhân:………………………………………………………… 12 1.3.2. Các trường hợp mất ổn định thường gặp:………………………… …12 1.4. CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÍ KHI XÂY DỰNG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU:……………………………………………………………………..13 1.4.1. Các biện pháp xử lí dưới tác dụng của thời gian hoặc tải trọng:……….14 1.4.2. Những biện pháp cải tạo điều kiện ổn định và biến dạng của nền đất yếu:……………………………………………………………………. 17 1.4.3. Tăng tốc độ cố kết của đất yếu bằng cách sử dụng đường thấm thẳng đứng và rãnh thấm:……………………………………………………..18 1.4.4. Các biện pháp xử lí khác:……………………………………………....18 1.5. KẾT LUẬN:…………………………………………………………………19 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC ĐẤT – XIMĂNG THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN SÂU KHI GIA CƯỜNG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU………………………………………………………..22 2.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỘN SÂU:………………………... 22 2.1.1. Giới thiệu:……………………………………………………………... 22 2.1.2. Sự tương tác của xi măng và đất:……………………………………… 23 2.1.3. Ứng dụng của phương pháp trộn sâu:…………………………………. 24 2.2. CÔNG NGHỆ THI CÔNG:………………………………………………… 24 2.2.1. Thi công:………………………………………………………………. 24 2.2.2. Phương pháp trộn khô:………………………………………………… 25 2.2.3. Phương pháp trộn ướt:…………………………………………………. 25 2.3. CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM KIỂM TRA TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG:………………………………………………………………… 27 2.3.1. Thí nghiệm trong phòng:………………………………………………. 27 2.3.2. Thí nghiệm hiện trường:……………………………………………… 27 2.4. KẾT LUẬN:……………………………………………………………… 29 CHƯƠNG 3: ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG LÚN CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤTXIMĂNG KẾT HỢP CỐT ĐÁY TĂNG CƯỜNG…………………………………………………. 31 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ:………………………………………………………… 31 3.2. CƠ SỞ THIẾT KẾ:…………. 31 3.3. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN:… 32 3.3.1. Các trạng thái giới hạn: 32 3.3.2. Khả năng chịu tải của cốt tăng cường: 32 3.3.3. Khả năng chịu tải của cọc đấtximăng: 35 3.3.4. Ổn định của nền đắp trên đất yếu được gia cố bằng cọc đấtximăng kết hợp cốt đáy tăng cường: 37 3.3.5. Biến dạng lún của nền đắp trên đất yếu được gia cố bằng cọc đấtximăng kết hợp cốt đáy tăng cường: 46 3.4. KẾT LUẬN: 48 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN XỬ LÝ ĐOẠN NỀN ĐƯỜNG ĐẮP ĐẦU CẦU QUÁ GIÁNG (Km939+050,94 Km939+165,88) 49 4.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐOẠN TUYẾN: 49 4.1.1. Vị trí địa lý: 49 4.1.2. Quy mô thiết kế: 49 4.2. TÍNH TOÁN XỬ LÝ ĐOẠN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU QUÁ GIÁNG (Km939+050,94 Km939+165,88): 49 4.2.1. Số liệu tính toán : 49 4.2.2. Tải trọng tính toán: 51 4.2.3. Kiểm toán nền đắp khi chưa gia cố đất yếu: 51 4.2.4. Xử lí bằng bấc thấm kết hợp vải địa kĩ thuật: 55 4.2.5. Xử lí nền đất yếu bằng cọc đấtximăng theo phương pháp trộn sâu kết hợp lưới ĐKT tăng cường ở đáy nền đắp: 56 4.3. KẾT LUẬN: 68 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 5.1. KẾT LUẬN 71 5.2. KIẾN NGHỊ 73 CÁC PHỤ LỤC 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 DANH MỤC BẢNG BIỂU PHẦN II: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (55%) Thứ tự Tên bảng Nội dung Trang 1 Bảng 2.2.1 Khối lượng thí nghiệm cọc đấtximăng thi công theo phương pháp trộn sâu 29 2 Bảng 2.3.1 Hệ số riêng phần xét đến hậu quả phá hoại về mặt kinh tế 34 3 Bảng 2.3.2 Hệ số α1 36 4 Bảng 2.3.3 Các hệ số riêng phần 37 5 Bảng 2.3.4 Các trị số của hệ số tạo vòm Cc 39 6 Bảng 2.3.5 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ΔS tại trục tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình 48 7 Bảng 2.4.1 Các chỉ tiêu cơ lí của đất nền 50 8 Bảng 2.4.2 Hệ số rỗng tương ứng với các cấp áp lực của các lớp đất nền 50 9 Bảng 2.4.3 Bảng xác định hoạt tải tác dụng 51 10 Bảng 2.4.4 Các thông số xác định hệ số ảnh hưởng ứng suất I 53 11 Bảng 2.4.5 Bảng tính hệ số ảnh hưởng của ứng suất theo chiều sâu 53 12 Bảng 2.4.6 Tính toán độ lún cố kết của lớp 2 54 13 Bảng 2.4.7 Kết quả xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp vải ĐKT đoạn đường đắp đầu cầu Quá Giáng (Km939+050,94 ÷ Km939+165,88) 55 14 Bảng 2.4.8 Quan hệ giữa cường độ cọc đấtximăng và hàm lượng ximăng ứng với các loại đất yếu 56 15 Bảng 2.4.9 Chiều cao đắp trung bình trên chiều dài Lei lớp lưới ĐKT 63 16 Bảng 2.4.10 chiều cao đắp trung bình trên chiều dài Lbi lớp lưới ĐKT 64 17 Bảng 2.4.11 Các tham số xác định hệ số ảnh hưởng ứng suất theo chiều sâu 67 18 Bảng 2.4.12 Kết quả tính toán hệ số ảnh hưởng ứng suất theo chiều sâu I 67 19 Bảng 2.4.13 Xác định độ lún dưới khối gia cố S2 68 20 Bảng 2.4.14 Bảng so sánh 2 phương án xử lý độ cố kết của đất yếu 69 DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ PHẦN II: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (55%) Thứ tự Tên hình Nội dung Trang 1 Hình 2.1.1 a) tải trọng tác dụng lên phân tố M b) Sơ đồ biễu diễn cân bằng giới hạn Mohr – Coulomb đối với đất dính 11 2 Hình 2.1.2 Nền đường mất ổn định do lún quá mức 12 3 Hình 2.1.3 Nền đường mất ổn định theo dạng trượt trồi 12 4 Hình 2.1.4 Trượt trong phạm vi nền đắp 13 5 Hình 2.1.5 Các giải pháp chính để giải quyết vấn đề ổn định và lún của nền đắp trên đất yếu 14 6 Hình 2.1.6 Xây dựng nền đắp theo giai đoạn 15 7 Hình 2.1.7 Phương pháp gia tải tạm thời 17 8 Hình 2.1.8 Biểu đồ khối lượng thi công qua các năm 2000÷2004 20 9 Hình 2.1.9 Thi công cọc đấtximăng và đắp đất trên cốt tăng cường (Lưới ĐKT) 21 10 Hình 2.1.10 Nền đường đắp hoàn thiện sau khi xử lí nền đất yếu bằng biện pháp hệ cọc đấtximăng có lưới địa kĩ thuật tăng cường 21 11 Hình 2.2.1 Thiết bị thi công do Trung Quốc sản xuất 22 12 Hình 2.2.2 Các ứng dụng của phương pháp gia cố đất yếu bằng cọc đấtximăng 24 13 Hình 2.2.3 Thi công theo phương pháp trộn sâu 24 14 Hình 2.2.4 Sơ đồ thi công trộn khô 25 15 Hình 2.2.5 Thi công cọc theo phương pháp trộn khô 25 16 Hình 2.2.6 Sơ đồ thi công trộn ướt 26 17 Hình 2.2.7 Sơ đồ tạo cọc đấtximăng theo phương pháp trộn ướt 26 18 Hình 2.2.8 Công trường thi công cọc đấtximăng theo phương pháp trộn ướt 26 19 Hình 2.2.9 Thí nghiệm xuyên cắt thuận 28 20 Hình 2.2.10 Thí nghiệm nén ngang 28 21 Hình 2.2.11 Thí nghiệm nén tĩnh 1 cọc đơn 28 22 Hình 2.2.12 Các thí nghiệm khối gia cố 29 23 Hình 2.3.1 Nền đắp trên cọc đấtximăng thông thường 32 24 Hình 2.3.2 Nền đắp trên cọc đấtximăng kết hợp với cốt đáy tăng cường 32 25 Hình 2.3.3 Các trạng thái giới hạn phá hoại đối với nền đắp đặt trên cọc có cốt tăng cường 33 26 Hình 2.3.4 Các trạng thái giới hạn sử dụng đối với nền đắp đặt trên cọc có cốt tăng cường 33 Thứ tự Tên hình Nội dung Trang 27 Hình 2.3.5 Phương thức phá hoại của móng cọc đấtximăng 36 28 Hình 2.3.6 Giới hạn ngoài của mũ cọc 38 29 Hình 2.3.7 Sơ đồ xác định Trp 40 30 Hình 2.3.8 Sơ đồ kiểm tra ổn định trượt ngang giữa cốt và vật liệu đắp 42 31 Hình 2.3.9 Sơ đồ tính toán ổn định tổng thể của nền đắp trên đất yếu được gia cường bằng hệ cọc kết hợp cốt đáy tăng cường 44 32 Hình 2.3.10 Sơ đồ tính lún nền gia cố 47 33 Hình 2.4.1 Mặt cắt địa chất cọc P13 (km939+88,38) 50 34 Hình 2.4.2 Kết quả kiểm tra ổn định nền đắp bằng GeoSlope 52 35 Hình 2.4.3 Sơ đồ xác định chiều dài neo bám tối thiểu Le 62 36 Hình 2.4.4 Sơ đồ xác định chiều dài neo bám Lb 64 37 Hình 2.4.5 Sơ đồ xử lý đoạn neo bám của cốt (lưới ĐKT) 65 38 Hình 2.4.6 Kết quả kiểm tra ổn định nền đắp trên nền gia cố bằng cọc đất – xi măng bằng phần mềm GeoSlope 5.10W 66 PHẦN 2 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (55%) MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề: Với đặc điểm cường độ thấp và tính biến dạng lớn, khi xây dựng các công trình đắp cao trên nền đất yếu thường dễ xảy ra các hiện tượng mất ổn định và kéo dài thời gian thi công. Để giải quyết các vấn đề nêu trên, bên cạnh nhóm giải pháp xử lý bằng cách tác dụng trực tiếp vào bản thân nền đắp như đắp theo giai đoạn, giảm tải trọng đắp, dùng đê phản áp,.. Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã phát triển nhiều công nghệ xử lý mới nhằm mục đích tăng nhanh tốc độ cố kết trong đất yếu (bấc thấm, cọc cát, hút chân không..) hoặc tác động trực tiếp đến nền đất yếu nhằm thay đổi tính chất cơ lí của đất yếu, tăng khả năng chịu tải cho phép, đảm bảo ổn định nền đắp, giảm độ lún và rút ngắn thời gian thi công. Một trong những công nghệ đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay trong cải tạo gia cường đất yếu thích hợp cho những công trình đắp cao, yêu cầu tốc độ thi công nhanh, khống chế độ lún cho phép là công nghệ cọc đất – ximăng thi công theo phương pháp trộn sâu. Sự có mặt của hệ cọc đất – ximăng, tạo ra trong nền đất yếu một hệ nền móng hỗn hợp (nền móng composit), có cường độ và sức chống cắt lớn hơn rất nhiều so với sức chống cắt cho phép của nền đất yếu tự nhiên. Điều này góp phần làm tăng khả năng chống biến dạng, giảm độ lún và tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu. Đề tài: “Gia cố nền đất yếu bằng cọc đấtximăng thi công theo phương pháp trộn sâu” nhằm mục đích nghiên cứu lí thuyết tính toán của hệ cọc đấtximăng trong việc cải thiện tính chất cơ lí của đất yếu. Qua đó ứng dụng tính toán kiểm tra hiệu quả xử lý cho công trình nền đắp cao trên đất yếu thuộc dự án đầu tư xây dựng công trình, nâng cấp mở rộng quốc lộ 1A, đoạn Hòa Cầm – Hòa Phước (Km933+380 – km942+0,00). 2. Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu đặc điểm làm việc của hệ cọc đấtximăng thi công theo phương pháp trộn sâu trong việc gia cường nền đất yếu có kết hợp cốt đáy tăng cường ở đáy nền đắp. Đánh giá độ ổn định và biến dạng lún của nền đắp trên đất yếu khi gia cường bằng hệ cọc đấtximăng thi công theo phương pháp trộn sâu. Ứng dụng tính toán kiểm tra đánh giá một công trình cụ thể. 3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu: Với mục đích nghiên cứu đã nêu, phương pháp nghiên cứu của đề tài được xuất phát từ các lý thuyết và trình tự tính toán đã được các tác giả trong và ngoài nước trình bày, kết hợp với việc tham khảo các tài liệu hướng dẫn tính toán của một số nước. Phạm vi nghiên cứu của đề tài giới hạn ở việc nghiên cứu hệ cọc đấtximăng bố trí theo lưới hình vuông, cốt tăng cường là loại lưới địa kĩ thuật UX1700HS và nền đắp . Với mục đích và phương pháp nghiên cứu đã nêu trên, phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu xử lí đoạn đường phía nam cầu Quá Giáng từ Km939+050,94 đến Km939+165,88. Với hệ cọc đấtximăng được bố trí theo lưới hình vuông, cốt tăng cường là loại lưới địa kĩ thuật UX1700HS. Từ đó so sánh độ ổn định, độ lún của nền gia cố bằng cọc đấtximăng so với phương pháp xử lí ổn định nền đắp bằng vải địa kĩ thuật kết hợp biện pháp thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU 1.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU: Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5÷1,0 daNcm2), có tính nén lún lớn hầu như bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), môđun biến dạng thấp (thường thì Eo < 50 daNcm2), lực chống cắt nhỏ… Nếu không có các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được. Một số loại đất yếu thường gặp: Đất sét mềm: Theo quan điểm địa kỉ thuật thì không có sự phân biệt rõ ràng giữa đất sét mềm và bùn. Tuy nhiên ở đây ta có thể hiểu đất sét mềm là những loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt và có cường độ cao hơn so với bùn. Đất sét mềm có độ sệt từ dẻo chảy đến chảy. Đất sét mềm có trị số σc (độ bền cấu trúc hay cường độ kết cấu) vào khoảng 0,2÷0,3 daNcm2. Đất sét chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, fenspat (phần phân tán thô) và các khoáng vật sét (phần phân tán mịn). Các khoáng vật sét này là các silicat alumini có thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na, Fe…, chia thành 3 loại chính là ilít, kaolinit và mônmônrilônit. Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó. Bùn: Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc trong môi trường biển, gồm các hạt rất mịn (nhỏ hơn

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp  Xử lý nền đắp trên đất yếu bằng cọc đất- ximăng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU………7

73

CÁC PHỤ LỤC 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Trang 2

DANH MỤC BẢNG BIỂUPHẦN II: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (55%)

1 Bảng 2.2.1 Khối lượng thí nghiệm cọc đất-ximăng thi công theo phương pháp trộn sâu 29

2 Bảng 2.3.1 Hệ số riêng phần xét đến hậu quả phá hoại về mặt kinh tế 34

8 Bảng 2.4.2 Hệ số rỗng tương ứng với các cấp áp lực của các lớp đất nền 50

10 Bảng 2.4.4 Các thông số xác định hệ số ảnh hưởng ứng suất I 53

11 Bảng 2.4.5 Bảng tính hệ số ảnh hưởng của ứng suất theo

12 Bảng 2.4.6 Tính toán độ lún cố kết của lớp 2 54

13 Bảng 2.4.7

Kết quả xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp vải ĐKT đoạn

đường đắp đầu cầu Quá Giáng (Km939+050,94

÷ Km939+165,88)

55

14 Bảng 2.4.8 Quan hệ giữa cường độ cọc đất-ximăng và hàm lượng ximăng ứng với các loại đất yếu 56

15 Bảng 2.4.9 Chiều cao đắp trung bình trên chiều dài L ei lớp

16 Bảng 2.4.10 chiều cao đắp trung bình trên chiều dài L bi lớp

17 Bảng 2.4.11 Các tham số xác định hệ số ảnh hưởng ứng suất theo chiều sâu 67

18 Bảng 2.4.12 Kết quả tính toán hệ số ảnh hưởng ứng suất theo chiều sâu I 67

19 Bảng 2.4.13 Xác định độ lún dưới khối gia cố S2 68

20 Bảng 2.4.14 Bảng so sánh 2 phương án xử lý độ cố kết của đất yếu 69

Trang 3

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊPHẦN II: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (55%)

1 Hình 2.1.1 a) tải trọng tác dụng lên phân tố M b) Sơ đồ biễu diễn cân bằng giới hạn Mohr –

Coulomb đối với đất dính

11

2 Hình 2.1.2 Nền đường mất ổn định do lún quá mức 12

3 Hình 2.1.3 Nền đường mất ổn định theo dạng trượt trồi 12

5 Hình 2.1.5 Các giải pháp chính để giải quyết vấn đề ổn định và lún của nền đắp trên đất yếu 14

8 Hình 2.1.8 Biểu đồ khối lượng thi công qua các năm

11 Hình 2.2.1 Thiết bị thi công do Trung Quốc sản xuất 22

12 Hình 2.2.2 Các ứng dụng của phương pháp gia cố đất yếu bằng cọc đất-ximăng 24

13 Hình 2.2.3 Thi công theo phương pháp trộn sâu 24

15 Hình 2.2.5 Thi công cọc theo phương pháp trộn khô 25

17 Hình 2.2.7 Sơ đồ tạo cọc đất-ximăng theo phương pháp trộn ướt 26

18 Hình 2.2.8 Công trường thi công cọc đất-ximăng theo phương pháp trộn ướt 26

23 Hình 2.3.1 Nền đắp trên cọc đất-ximăng thông thường 32

24 Hình 2.3.2 Nền đắp trên cọc đất-ximăng kết hợp với cốt đáy tăng cường 32

25 Hình 2.3.3 Các trạng thái giới hạn phá hoại đối với nền đắp đặt trên cọc có cốt tăng cường 33

26 Hình 2.3.4 Các trạng thái giới hạn sử dụng đối với nền đắp

Trang 4

Thứ tự Tên hình Nội dung Trang

27 Hình 2.3.5 Phương thức phá hoại của móng cọc đất-ximăng 36

44

33 Hình 2.4.1 Mặt cắt địa chất cọc P13 (km939+88,38) 50

34 Hình 2.4.2 Kết quả kiểm tra ổn định nền đắp bằng Geo-Slope 52

35 Hình 2.4.3 Sơ đồ xác định chiều dài neo bám tối thiểu L e 62

36 Hình 2.4.4 Sơ đồ xác định chiều dài neo bám L b 64

37 Hình 2.4.5 Sơ đồ xử lý đoạn neo bám của cốt (lưới ĐKT) 65

38 Hình 2.4.6

Kết quả kiểm tra ổn định nền đắp trên nền gia cố bằng cọc đất – xi măng bằng phần mềm Geo- Slope 5.10/W

66

Trang 5

Trang 6

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

Với đặc điểm cường độ thấp và tính biến dạng lớn, khi xây dựng các công trình đắpcao trên nền đất yếu thường dễ xảy ra các hiện tượng mất ổn định và kéo dài thời gianthi công Để giải quyết các vấn đề nêu trên, bên cạnh nhóm giải pháp xử lý bằng cáchtác dụng trực tiếp vào bản thân nền đắp như đắp theo giai đoạn, giảm tải trọng đắp,dùng đê phản áp, Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã phát triển nhiều công nghệ

xử lý mới nhằm mục đích tăng nhanh tốc độ cố kết trong đất yếu (bấc thấm, cọc cát,hút chân không ) hoặc tác động trực tiếp đến nền đất yếu nhằm thay đổi tính chất cơ lícủa đất yếu, tăng khả năng chịu tải cho phép, đảm bảo ổn định nền đắp, giảm độ lún vàrút ngắn thời gian thi công Một trong những công nghệ đang được ứng dụng rộng rãihiện nay trong cải tạo gia cường đất yếu thích hợp cho những công trình đắp cao, yêucầu tốc độ thi công nhanh, khống chế độ lún cho phép là công nghệ cọc đất – ximăngthi công theo phương pháp trộn sâu

Sự có mặt của hệ cọc đất – ximăng, tạo ra trong nền đất yếu một hệ nền móng hỗnhợp (nền móng composit), có cường độ và sức chống cắt lớn hơn rất nhiều so với sứcchống cắt cho phép của nền đất yếu tự nhiên Điều này góp phần làm tăng khả năngchống biến dạng, giảm độ lún và tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu

Đề tài: “Gia cố nền đất yếu bằng cọc đất-ximăng thi công theo phương pháp trộn sâu” nhằm mục đích nghiên cứu lí thuyết tính toán của hệ cọc đất-ximăng trong

việc cải thiện tính chất cơ lí của đất yếu Qua đó ứng dụng tính toán kiểm tra hiệu quả

xử lý cho công trình nền đắp cao trên đất yếu thuộc dự án đầu tư xây dựng công trình,nâng cấp mở rộng quốc lộ 1A, đoạn Hòa Cầm – Hòa Phước (Km933+380 –km942+0,00)

2 Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu đặc điểm làm việc của hệ cọc đất-ximăng thi công theo phươngpháp trộn sâu trong việc gia cường nền đất yếu có kết hợp cốt đáy tăng cường ở đáynền đắp

- Đánh giá độ ổn định và biến dạng lún của nền đắp trên đất yếu khi gia cườngbằng hệ cọc đất-ximăng thi công theo phương pháp trộn sâu

- Ứng dụng tính toán kiểm tra đánh giá một công trình cụ thể

3 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu:

Với mục đích nghiên cứu đã nêu, phương pháp nghiên cứu của đề tài được xuấtphát từ các lý thuyết và trình tự tính toán đã được các tác giả trong và ngoài nước trìnhbày, kết hợp với việc tham khảo các tài liệu hướng dẫn tính toán của một số nước

Trang 7

Phạm vi nghiên cứu của đề tài giới hạn ở việc nghiên cứu hệ cọc đất-ximăng bố trítheo lưới hình vuông, cốt tăng cường là loại lưới địa kĩ thuật UX1700HS và nền đắp Với mục đích và phương pháp nghiên cứu đã nêu trên, phạm vi nghiên cứu của đềtài là nghiên cứu xử lí đoạn đường phía nam cầu Quá Giáng từ Km939+050,94 đếnKm939+165,88 Với hệ cọc đất-ximăng được bố trí theo lưới hình vuông, cốt tăngcường là loại lưới địa kĩ thuật UX1700HS Từ đó so sánh độ ổn định, độ lún của nềngia cố bằng cọc đất-ximăng so với phương pháp xử lí ổn định nền đắp bằng vải địa kĩthuật kết hợp biện pháp thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm

Trang 8

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP

XỬ LÝ KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP

TRÊN ĐẤT YẾU

1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU:

Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5÷1,0 daN/cm2),

có tính nén lún lớn hầu như bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), môđun biến dạngthấp (thường thì Eo < 50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ… Nếu không có các biện pháp

xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặckhông thể thực hiện được

Một số loại đất yếu thường gặp:

- Đất sét mềm:

Theo quan điểm địa kỉ thuật thì không có sự phân biệt rõ ràng giữa đất sét mềm

và bùn Tuy nhiên ở đây ta có thể hiểu đất sét mềm là những loại đất sét hoặc á séttương đối chặt và có cường độ cao hơn so với bùn Đất sét mềm có độ sệt từ dẻochảy đến chảy Đất sét mềm có trị số σc (độ bền cấu trúc hay cường độ kết cấu) vàokhoảng 0,2÷0,3 daN/cm2

Đất sét chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, fenspat (phần phân tán thô) và cáckhoáng vật sét (phần phân tán mịn) Các khoáng vật sét này là các silicat alumini

có thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na, Fe…, chia thành 3 loại chính là ilít, kaolinit vàmôn-mônrilônit Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó

- Bùn:

Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môitrường nước ngọt hoặc trong môi trường biển, gồm các hạt rất mịn (nhỏ hơn200μm) với tỉ lệ phần trăm các hạt < 2μm cao, bản chất khoáng vật thay đổi vàthường có kết cấu tổ ong Tỷ lệ phần trăm các chất hữu cơ nói chung dưới 10%.Bùn được tạo thành do sự bồi lắng tại các đáy biển, vũng vịnh, hồ hoặc các bãi bồicửa sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều Bùn luôn no nước rấtyếu về mặt chịu lực Độ ẩm của bùn luôn caon hơn giới hạn chảy, còn hệ số rỗnge>1 (với á cát và á sét) và e>1,5 (với sét) Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rấtlớn (bùn có đặc tính là nén chặt không hạn chế kèm theo sự thoát nước tự do),môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1÷5 daN/cm2 (với bùn sét) và từ 10÷25 daN/cm2(với bùn á sét, bùn á cát), hệ số nén lún có thể đạt tới 2÷3 cm2/daN

Trang 9

- Than bùn:

Than bùn chủ yếu có nguồn gốc hữu cơ, được thành tạo do kết quả phân huỷcác di tích hữu cơ (chủ yếu là thực vật) tại các đầm lầy Than bùn có dung trọngkhô thấp 3÷9 kN/cm3), hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20÷80%, thường có màu đenhoặc nâu sẫm, cấu trúc không mịn, còn thấy tàn dư thực vật trong điều kiện tựnhiên than bùn thường có độ ẩm cao từ 80÷95% và có thể đạt hàng trăm phần trăm

Nó là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất: hệ số nén lún có thể đạt

từ 3,8÷10 cm2/daN

- Cát chảy:

Cát chảy là loại cát hạt mịn, có kết cấu rời rạc, khhi bão hoà nước có thể bị nénchặt hoặc bị pha loãng đáng kể, có chứa nhiều chất hữu cơ hoặc sét Loại cát nàykhi chịu tác dụng chấn động hoặc ứng suất thuỷ động thì chuyển sang trạng tháilỏng nhớt gọi là cát chảy Ở trạng thái thiên nhiên, cát chảy có thể có cường độ vàkhả năng chịu lực tương đối cao nhưng khi bị phá hoại kết cấu và làm rời rạc thìkhông còn tính chất đó nữa, lúc đó cát chuyển sang trạng thái chảy như chất lỏng.ngoài ra còn có loại cát chảy giả, chỉ bị chảy khi bị áp lực thuỷ động Thành phầncát chảy giả là cát mịn sạch, không lẫn vật liệu keo Do đó, cần nghiên cứu kĩ khigặp cát chảy

- Đất bazan:

Đất bazan là một loại đất yếu với đặc điểm là độ rỗng rất lớn, dung trọng khôrất thấp, thành phần hạt của nó gần giống với thành phần hạt của đất á sét, khảnăng thấm nước rất cao

1.2 KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT:

Ổn định của đất là từ nói về tương quan độ bền, khả năng chịu tải của đất đối vớicác lực và các đặc trưng gây phá hoại trong đất do tải trọng bản thân của đất và tảitrọng ngoài gây ra

Độ bền của đất trên một diện bất kỳ của một điểm phân tố bất kỳ trong đất đượcxác định bằng đại lượng sức chống cắt của đất theo biểu thức:

Trang 10

Như vậy, độ bền của đất được tạo bởi lực ma sát (σtgφw) và lực dính (Cw) củađất Đất có góc nội ma sát và lực dính càng lớn thì độ bền và khả năng chịu tải của nócàng cao và ngược lại.

+ Theo K.Terzaghi sức chống cắt của đất dính bão hoà nước hoàn toàn trongquá trình cố kết được xác định bởi biểu thức:

Trong đó:

σ: ứng suất nén toàn bộ;

u: áp lực nước lỗ rỗng:

φ’ và C’: gốc nội ma sát và lực dính của đất ứng với lúc đất kết thúc quá trình

cố kết dưới áp suất nén hiệu quả (σ-u)

+ Độ ổn định của đất trên một diện nào đó phụ thuộc vào tương quan giữa sức

chống cắt của đất (τfw) và ứng lực cắt (τ) Tuy nhiên không phải là trên mặt cắt nào có

τmax thì đó là mặt cắt nguy hiểm nhất Tại mặt cắt có: τ = τfw (2.1.3) thì đó là mặt cắt

nguy hiểm nhất của điểm phân tố (hình 2.1.1).

σ0σ

τ

θΜ

a

ε

σσσ

σσθ

2

sin

3 1

3 1 max + +

−

=

ϕσ

σ

σσ

tg

c /

23 1

3 1

++

Theo (2.1.4) thì ta có các trường hợp sau:

Trang 11

- θmax<φw: ổn định của điểm phân tố đất được đảm bảo

- θmax=φw: điểm phân tố đất ở trạng thái cân bằng giới hạn

- θmax>φw: điểm phân tố đất mất ổn định (bị phá hoại)

1.3 CÁC TRẠNG THÁI MẤT ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU: 1.3.1 Nguyên nhân:

Khi đắp nền đường trên đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất (σ0 tăng lên).Nếu sự tăng ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó, phụ thuộc vàotính chất cơ học của đất Tức là điểm phân tố đất vượt quá trạng thái cân bằng giớihạn (θmax>φw), nền đất yếu sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đất đắp bịlún sụp Cùng với sự lún sụp của nền đắp, nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lêntương ứng

b) Mất ổn định theo dạng trượt trồi (hình 2.1.3):

1b)

Hình 2.1.3: Nền đường mất ổn định theo dạng trượt trồi

Trong trường hợp này đã xảy ra một mặt trượt liên tục làm xé rách nền đường

và đẩy đất yếu trượt trồi lên phía chân taluy Vùng phá hoại trong nền đất yếu đãvượt quá mức giới hạn tương ứng cho ổn định tổng thể của nền đường trên đấtyếu

Trang 12

Hình 2.1.4: Trượt trong phạm vi nền đắp

1.4 CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÍ KHI XÂY DỰNG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU:

Nếu sức chịu tải của đất yếu không đủ hoặc độ lún của nền đường diễn biến quáchậm thì cần áp dụng các biện pháp xử lí đặc biệt để tăng độ ổn định và tăngnhanh thời gian lún của nền đắp trên đất yếu Có khá nhiều biện pháp xử lí và do

đó cũng có nhiều phương pháp xây dựng nền đắp trên đất yếu, (Hình 2.1.5) Trong

các phương pháp đó, một số là nhằm cải thiện sự ổn định của nền đắp (như giảmtrọng lượng nền đắp, tăng chiều rộng nền đường, làm thoãi taluy, làm bệ phản áp,cho nền đắp chon sâu vào đất yếu), một số biện pháp nhằm tăng cường độ (tăng C,φ) của đất yếu, một số biện pháp khác nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết hoặc giảm

độ lún tổng cộng (như làm cọc cát, cột ba lát, cột đất gia cố vôi hoặc xi măng, nềncọc,…) Tuy nhiên nếu phân tích nếu phân tích kĩ thì đại bộ phận các biện phápđều có liên quan cả vấn đề ổn định và lún

Trên thực tế có thể chia thành 3 nhóm biện pháp xử lí sau:

1 Thay đổi, sửa chữa đồ án thiết kế (như giảm chiều cao nền đắp hoặc dichuyển vị trí tuyến khu vực có chiều dày lớp đất yếu mỏng) Đây là biệnpháp tốt nhất nên cố gắng áp dụng

2 Các biện pháp liên quan đến việc bố trí thời gian (xây dựng theo gian đoạn),các giải pháp về vật liệu (bệ phản áp, đắp bằng vật liệu nhẹ, đào bỏ mộtphần đất yếu ) hoặc các biện pháp liên quan đến cả 2 giải pháp trên (gia tảitạm thời) Các biện pháp này nói chung có thể do các xí nghiệp khôngchuyên nghiệp thi công

3 Các biện pháp xử lí bản thân nền đất yếu (như cọc cát, cọc ba lát, cột đất gia

cố vôi hoặc xi măng, nền cọc,…) Các biện pháp này đòi hỏi phải có cácthiết bị chuyên dụng và do các xí nghiệp chuyên nghiệp thi công

Nói chung mỗi trường hợp cụ thể đều cóc thể có một hoặc nhiều biện pháp xử líthích hợp, chọn biện pháp nào cần phải phân tích đầy đủ theo các nhân tố sau:

Trang 13

- tính chất và tầm quan trọng của công trình;

Thời gian kể từ khi khởi công xây dựng công trình cho đến khi đưa công trìnhvào sử dụng cũng là một nhân tố quan trọng cần phải xét đến khi chọn phươngpháp xử lí Nếu khoảng giãn cách thời gian đó càng dài thì biện pháp xử lí rẻ nhất

là biện pháp được chọn

Cần phải tính toán giá thành xây dựng của từng phương án xử lí để chọnphương án có giá thành nhỏ nhất

Hình 2.1.5: Các giải pháp chính để giải quyết vấn đề ổn định và lún

của nền đắp trên đất yếu.

1.4.1 Các biện pháp xử lí dưới tác dụng của thời gian hoặc tải trọng:

Khi áp dụng các biện pháp này phải nhằm đạt được 2 mục tiêu:

- Bảo đảm sự ổn định của nền đắp trong khi xây dựng;

- Đạt được một số tốc độ lún phù hợp với thời gian thi công

Khi áp dụng các biện pháp này yêu cầu lớp trên của đất yếu phải tiếp xúc vớimột lớp vật liệu thấm nước tốt Nếu vật liệu đắp nền đường là đất dính thì phải cómột lớp đệm cát dày từ 0,5 ÷1,0m để tăng nhanh thời gian cố kết

Để đạt được 2 mục tiêu trên thì có các biện pháp xử lí sau:

1) Tính chiều cao phòng lún và xác định chính xác chiều cao đất đắp:

Gọi H là hiệu số giữa cao độ thiết kế và cao độ nền tự nhiên thì chiều cao củanền đắp HR sẽ là:

Trang 14

2) Xây dựng nền đắp theo giai đoạn:

Khi cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để bảo đảm cho nền đường ổnđịnh

cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nền đất yếu bằng cách đắp từng lớpmột, chờ cho đất cố kết, sức chịu cắt tăng lên, có khả năng chịu tải trọng lớn hơn

thì mới đắp lớp tiếp theo (hình 2.1.6)

Trình tự tính toán có thể thực

hiện như sau:

- Trước hết, xác định

chiều cao đắp đất cho phép

của lớp đất đầu tiên H Lúc

bấy giờ sức chống cắt của

3) Tăng chiều rộng nền đường, làm bệ phản áp:

Khi tăng cường độ chống cắt của nền đất yếu không đủ để xây dựng nền đắptheo giai đoạn hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời hạn thi công dự kiến thì

có thể áp dụng các biện pháp này nhằm tăng độ ổn định, giảm khả năng đẩy trồi đấtyếu ra hai bên

Bệ phản áp đóng vai trò một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nềnđường với chiều cao lớn hơn Do đó, đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gianngắn hơn

So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất bằng nhau sẽ có lợi hơn do giảm được mômen của các lực trượt nhờ tập trung tải trọng ởchân taluy Khi tăng chiều rộng của bệ phản áp thì giá trị của hệ số an toàn F sẽtăng lên Chiều rộng và chiều cao của bệ phản áp được xác định theo cường độchống cắt, chiều dày của lớp đất yếu và hệ số an toàn yêu cầu Kích thước bệ phản

áp thường lấy như sau (theo [8]):

• Theo kinh nghiệm của Trung Quốc:

Chiều cao bệ phản áp h > 1/3H, với H chiều cao nền đắp;

Chiều rộng bệ phản áp L = (2/3 ÷ 3/4) chiều dài trồi đất

• Theo toán đồ của Pilot:

hình 2.1.6: Xây dựng nền đắp theo giai đoạn

Trang 15

Chiều cao bệ phản áp h = (0,4 ÷ 0,5)H;

Chiều rộng bệ phản áp L = (2 ÷ 3)D, với D là chiều dày lớp đất yếu

Khi có một nền đắp bị trượt trồi thì đắp bệ phản áp có khả năng tăng độ ổn địnhchống trượt, làm cho nền đắp trở lại ổn định Tuy nhiên muốn cho bệ phản áp pháthuy được hiệu quả để có thể xây dựng nền đắp một giai đoạn thì thể tích của nóphải rất lớn Vì vậy phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ và phạm

vi đất đắp không bị hạn chế

4) Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ đất yếu:

Có thể áp dụng biện pháp đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu trongnhững trường hợp sau:

- Khi thời hạn đưa đường vào sử dụng nhanh thì việc đào bỏ đất yếu làgiải pháp tốt nhằm tăng nhanh quá trình cố kết

- Khi các đặc trưng cơ học của đất yếu mà việc cải thiện nó bằng cốkết là không có hiệu quả để đạt chiều cao thiết kế của nền đắp Như vậy chỉ

có thể xây dựng nền đắp sau khi đào bỏ toàn bộ (nếu lớp đất này là xấu cả)hoặc đào bỏ phần mặt có cường độ thấp nhất so với các lớp còn lại

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

Để áp dụng biện pháp này cần phải xét tới các nhân tố sau:

- Về mặt kinh tế: chỉ đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu khi chiều dày khôngquá lớn

- Về chiều rộng tối thiểu để đào bỏ đất, cần được quyết định có chú ýđến khả năng gây mất ổn định

Biện pháp này thích hợp cho nền đắp có chiều cao hạn chế Nền đất yếu không

lớn và thi công trong thời gian dài

6) Phương pháp gia tải tạm thời:

Phương pháp gia tải tạm thời gồm có việc đặt một gia tải (thường là 2 ÷3 m nềnđắp bổ sung) trong vài tháng rồi sẽ lấy đi ở thời điểm t mà ở đó nền đường sẽ đạtđược độ lún cuối cùng dự kiến như trường hợp với nền đắp không gia tải Đây làphương pháp cho phép đạt được một độ cố kết yêu cầu trong một thời gian ngắn

Trang 16

hơn (hình 2.1.7) Gia tải này phải phù hợp với điều kiện ổn định của nền đắp.

Phương pháp này chỉ nên dùng khi chiều cao tới hạn cao hơn nhiều so với chiềucao thiết kế

Theo [8] thì phương pháp này chỉ cho phép cải thiện độ lún trong một số trườnghợp hạn chế:

- Nếu nền đắp có chiều cao lớn thì không nên đắp thêm gia tải để bảo đảm điềukiện ổn định;

- Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn (ví dụ 5m) thì đắp thêm 2÷3m gia tải cũng ít cóhiệu quả;

- Nếu chiều dày lớp đất yếu nhỏ (3÷4m) và nếu được thấm cả trên và dưới thìđắp thêm khoảng 2m gia tải có thể có thể có hiệu quả mhất định Tuy nhiên khi

đó cần mở rộng đáy nền đắp để lớp gia tải đủ rộng và ảnh hưởng đến toàn bộlớp đất yếu

Hình 2.1.7: Phương pháp gia tải tạm thời: gia tải ΔH được lấy đi ở thời điểm t mà

độ lún bằng độ lún cuối cùng s 1 dưới tác dụng của nền đắp chiều cao H.

1.4.2 Những biện pháp cải tạo điều kiện ổn định và biến dạng của nền đất yếu:

1) Làm lớp đệm cát:

Thường dùng lớp đệm cát để tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu dưới nó saukhi đắp đất, để tăng cường độ chống cắt của đất yếu Lớp đất cát còn có tácdụng cải tạo sự phân bố ứng suất lên đất yếu Dùng lớp đệm cát thì việc thicông đơn giản nhưng thời gian đắp tương đối lâu (vì thường kết hợp biện phápnày với phương pháp xây dựng nền đáp theo giai đoạn) Phương pháp này thíchhợp trong các điều kiện sau:

- Chiều cao đắp nền đắp từ 6÷9m;

- Lớp đất yếu không quá dày;

t

Trang 17

- Có nguồn cát ở gần

2) Làm lớp đệm đá sỏi:

Khi lớp đất yếu dưới nền đắp có trạng thái bão hòa nước, có chiều dày nhỏhơn 3m và dưới đó là lớp đất chịu lực tốt, đồng thời xuất hiện nước có áp lựccao thì nên dùng lớp lớp đệm đá hộc, đá dăm hoặc sỏi sạn

3) Đắp đất trên bè:

Bè được làm bằng tre, gỗ hoặc các bó cành cây Phương pháp này thườngđược áp dụng đối với các loại đất yếu có tính nén lún lớn, mực nước ngầm cao,chiều dày không lớn, nền đường đắp thấp

1.4.3 Tăng tốc độ cố kết của đất yếu bằng cách sử dụng đường thấm thẳng đứng

và rãnh thấm:

Khi chiều dày của lớp đất mềm yếu rất dày hoặc khi độ thấm của đất rấtnhỏ, tốc độ cố kết tự nhiên của nền đất yếu có thể rất chậm Một biện pháp hiệuquả để tăng tốc độ cố kết là bố trí đường thấm thẳng đứng hoặc các rãnh thấm.Đường thấm thẳng đứng là các cọc cát, giếng cát hoặc các đường thấm thẳngđứng chế tạo sẵn Rãnh thấm bằng các hào sâu được đào bằng máy đào và lấpđầy cát Đặc biệt, khi sử dụng đường thấm bằng cát (cọc cát hoặc giếng cát) thìgiá thành rẻ hơn nhiều so với các phương pháp xử lý khác, so với cọc bê tôngcốt thép là giảm 45%, so với lớp đệm cát giảm khoảng 20% giá thành

1.4.4 Các biện pháp xử lí khác:

1) Cột ba lát:

Cột ba lát được áp dụng để gia cố các nền đất yếu bằng đất sét hoặc á sét.Các cột có môđun biến dạng cao hơn nhiều so với môđun của nền đất thiênnhiên, vì vậy khi tác dụng tải trọng lên mặt đất đã gia cố thấy có sự tập trung tảitrọng trên các cột ba lát Do đó, khi xử lí nền đất yếu theo phương pháp này cóthể tăng độ ổn định của nền đất yếu lên nhiều cũng như giảm được độ lún củacông trình một cách đáng kể Tuy nhiên, giá thành còn cao nên thường chỉ dùng

để gia cố cục bộ nền móng như để xử lí các đoạn đường đầu cầu, móng nhà,móng kho xi lô…

2) Cọc đất gia cố vôi và cọc đất gia cố ximăng:

Phương pháp này được ứng dụng để xử lí tính chất cơ lí của đất sét yếutrong nền thiên nhiên Khi sử dụng phương pháp này, đất được gia cố có cường

độ cao lên rất nhiều, có hệ số nén lún thấp Cường độ chống cắt của đất sét gia

cố có thể lên tới 10 daN/cm2, tăng hơn 50 lần so với đất chưa gia cố Đối vớicọc vôi, sau 3 tháng gia cố vôi đạt khoảng 80% giá trị cường độ cần có Đối vớicọc đất gia cố xi măng thì giá trị trên đạt được trong vòng khoảng 1 tháng [9]

Trang 18

Phương pháp này rất thích hợp với các loại đất yếu là bùn sét có tính biến dạnglớn, khả năng chịu tải nhỏ Đặc biệt, khi thi công theo phương pháp trộn sâu có thểgia cố lớp đất yếu có chiều dày lớn và rất lớn Hiện nay, công nghệ này cho phép

xử lý đất yếu tới độ sâu 25÷33m [3] Qua một số tài liệu và kinh nghiệm thi công

từ các công trình thực tế cho thấy, khi xử lí đất yếu có chiều dày lớn bằng cọc đấtgia cố chất liên kết vô cơ (vôi hoặc xi măng) cho hiệu quả tối ưu nhất so với cácphương pháp xử lý thông thường hiện nay

3) Nền đường đắp trên cọc:

Để giảm bớt tải trọng mà nền đất yếu dưới nền đắp phải thu nhận, có thể sửdụng nền cọc để truyền tải trọng từ nền đường xuống lớp đất cứng, hoặc truyềnđến một độ sâu nhất định có đủ cường độ trong lớp đất yếu (móng cọc ma sát).Cọc được làm từ nhiều vật liệu khác nhau như: tre, gỗ, bê tông cốt thép,thép Tùy thuộc vào tính chất cơ lí, chiều dày lớp đất yếu, chiều cao nền đắp

mà, tính chất công trình… mà chọn các loại cọc gia cố nền đất yếu phù hợp.Đối với loại cọc tre, cọc gỗ thường chỉ thích hợp với chiều dày lớp đất yếu2÷3m

Còn đối với cọc BTCT, cọc thép dùng để gia có nền đất yếu có chiều dàylớn (thông thường cọc đóng vai trò cọc ma sát) Do giá thành cao khi sử dụngbiện pháp gia cố bằng cọc đất-ximăng hay cọc thép nên việc ứng dụng biệnpháp này còn hạn chế, chỉ áp dụng với những trường hợp đặc biệt như: nền đấtyếu có độ sâu lớn không thể gia cố bằng các biện pháp nêu trên để bảo đảm ổnđịnh; đất yếu có hệ số nén lún lớn, chịu ảnh hưởng của mực nước ngầm; chiềucao nền đắp lớn, yêu cầu tiến độ thi công nhanh (không phải chờ lún), qui môcông trình lớn;… thường áp dụng với những công trình: nền đường đắp đầucầu, móng kho xilô, móng nhà… trong trường hợp này dùng cọc đất-ximăng làhợp lí hơn, vì cọc thép trong môi trường nước sẽ bị ăn mòn, tuổi thọ cọc thấp

4) Phương pháp cố kết động:

Là phương pháp tác dụng lực xung kích năng lượng lớn trên bề mặt của đấtyếu để cải thiện các đặc trưng cơ học của đất yếu theo chiều sâu Phương phápnày thường được áp dụng với đất yếu loại cát, đất có tính lún sập Ngoài ra,phương pháp này còn kết hợp với cọc cát để xử lí nền thiên nhiên bằng đất sétdẻo bão hòa nước

1.5 KẾT LUẬN:

- Nền đường đắp trên đất yếu thường xảy ra mất ổn định, bị lún hoặc khôngthể đắp cao đến chiều cao cần thiết Do đó, sử dụng các biện pháp xử lý làkhông thể thiếu trong xây dựng nền đường trên đất yếu

Trang 19

- Khi nền đất yếu có chiều sâu nhỏ thì biện pháp đào bỏ lớp đất yếu là biệnpháp đảm bảo an toàn nhất Ngược lại, nền đất yếu có chiều sâu lớn thì biệnpháp đào bỏ đất yếu là không hiệu quả và phức tạp Khi lớp đất yếu có chiềudày không lớn nằm trực tiếp dưới đáy nền đắp (hoặc dưới lớp móng công trình)thì có thể áp dụng các biện pháp xử lí như làm lớp đệm cát, đệm sỏi đá hoặc bệphản áp để gia cố đất nền Trong thực tế thường dùng đệm cát, đệm sỏi đá đểthay thế lớp đất yếu chiều dày dưới 3m cho móng các công trình xây dựng dândụng và công nghiệp, dưới bản đáy các công trình thủy lợi Với nền đường thìviệc áp dụng bệ phản áp là một trong các biện pháp có hiệu quả nhất

Từ những đặc điểm, phạm vi áp dụng của các biện pháp xử lí đất yếu nóitrên ta cần lựa chọn biện pháp xử lí phù hợp với tính chất của đất yếu, qui môcủa công trình,… sao cho bảo đảm nền đắp được ổn định nhưng giá thành lạithấp nhất

- Ngoài những biện pháp xử lý ở trên, việc ứng dụng biện pháp xử lý nềnđất yếu bằng cọc đất-ximăng có cốt đáy tăng cường đang được sử dụng rộng rãitrên thế giới Ở Việt Nam, biện pháp này được dùng nhiều sau năm 2000, chủyếu xử lý nền móng của các xilô, bồn dầu, nhà dân dụng công nghiệp

Hình 2.1.8: Biểu đồ khối lượng thi công qua các năm 2000÷2004 ở Việt Nam.

Biện pháp này không những làm tăng tính ổn định của nền đắp mà còn chophép nâng cao chiều cao đắp lớn hơn nhiều so với chiều cao đắp thông thườngkhi không có xử lí gia cố nền đất yếu vẫn đảm bảo ổn định của nền đường Đặcbiệt, phương pháp này làm giảm độ lún cố kết của đất yếu rất nhiều và thời gian

cố kết nhỏ hơn so với các phương pháp xử lý khác như đắp gia tải, cọc cát, bấcthấm… Vì vậy tiến độ thi công nhanh, sớm đưa công trình vào sử dụng Biệnpháp này áp dụng có hiệu quả đối với nền đắp trên đất yếu có chiều dày lớn; đất

Trang 20

yếu có hệ số nén lún lớn; chiều cao nền đắp lớn, yêu cầu tiến độ thi công nhanh,qui mô công trình lớn;… và thường áp dụng với những công trình: nền đườngđắp đầu cầu, móng kho xilô, móng nhà…

Hình 2.1.9: Thi công cọc đất-ximăng và đắp đất trên cốt tăng cường (Lưới ĐKT)

Hình 2.1.10: Nền đường đắp hoàn thiện sau khi xử lí nền đất yếu bằng biện pháp hệ

cọc đất-ximăng có lưới địa kĩ thuật tăng cường.

Trang 21

CHƯƠNG 2:

CÔNG NGHỆ THI CÔNG CỌC ĐẤT – XIMĂNG

THI CÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN SÂU

KHI GIA CƯỜNG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỘN SÂU:

2.1.1 Giới thiệu:

Gia cố sâu bằng cọc đất-ximăng là một công nghệ hiệu quả áp dụng cho nền đấtyếu Với sự kết hợp của xi măng những đặc trưng cơ học của đất như cường độ, độcứng sẽ được tăng Hiệu ứng này được thể hiện ngay lập tức theo thời gian Như vậy,mục đích của phương pháp trộn sâu là cải thiện các đặc trưng của đất, như tăngcường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, bằng cách trộn đất nền với xi măng hoặc vữa

xi măng để chúng tương tác với đất Sự đổi mới tốt hơn nhờ trao đổi ion tại bề mặtcác hạt sét, gắn kết các hạt đất và lấp các lỗ rỗng bởi các sản phẩm của phản ứng hóahọc Trộn sâu được phân loại theo chất kết dính (xi măng, vôi, thạch cao, tro bay…)

và phương pháp trộn (khô/ướt, quay/phun tia,

guồng xoắn hoặc lưỡi cắt)

Sự phát triển của phương pháp trộn sâu

bắt đầu tại Thụy Điển và Nhật Bản từ những

năm 60 Phun khô dùng vôi bột chưa tôi được

dùng ở Nhật Bản từ những năm 70 Khoảng

thời gian đó trụ đất vôi cũng dùng ở Thụy Điển

Trộn ướt dùng vữa xi măng cũng được Nhật

Bản áp dụng trong những năm 70

Ở Việt Nam, công nghệ này được Viện kĩ

thuật xây dựng - Bộ xây dựng nghiên cứu ứng

dụng vào những năm 80 với sự tài trợ của Viện

địa kĩ thuật Thụy Điển (SGI) Tuy nhiên, công

nghệ này được áp dụng mạnh mẽ vào đầu

những năm 2000 trong lĩnh vực xăng dầu

Các phương tiện thi công theo công nghệ

này được các nước phát triển sản xuất cho phép

gia cố nền đất yếu với bề dày lớn:

- thiết bị thi công do Trung Quốc sản xuất

có đường kính cọc là 0,6m và chiều sâu

gia cố tối đa là 30m;

Hình 2.2.1: Thiết bị thi công

do Trung Quốc sản xuất

Trang 22

- thiết bị thi công do Nhật Bản sản xuất có đường kính cọc lă 0,8÷1,3m vă chiềusđu gia cố tối đa lă 33m;

- thiết bị thi công do Bắc Đu sản xuất có đường kính cọc lă 0,4÷1,0m vă chiềusđu gia cố tối đa lă 25m;

2.1.2 Sự tương tâc của xi măng vă đất:

Khi trộn xi măng với đất sĩt yếu trong điều kiện tại chỗ thì có sự tương tâc giữa

xi măng vă đất Sự tăng độ bền vă giảm độ ĩp co của đất yếu lă kết quả của phản ứnggiữa xi măng với đất sĩt thông qua quâ trình trao đổi ion vă kết bông cũng như phảnứng puzolan Câc ion canxi hóa trị 2 thay thế câc ion natri vă hiđro hóa trị 1 ở tronglớp điện kĩp bao quanh mỗi hạt khoâng vật sĩt, nín giảm được kích thước của lớpđiện kĩp vă do đó lăm tăng lực hút của câc hạt sĩt, dẫn đến câc kiến trúc bông củasĩt Mặt khâc, silic vă nhôm trong khoâng sĩt sẽ phản ứng với silicat canxi vă hiđratnhóm canxi trong quâ trình được gọi lă phản ứng puzolan

2.1.3 Ứng dụng của phương phâp trộn sđu:

Việc gia cố đất ở độ sđu lớn bằng câch đưa xi măng khô (hoặc vữa xi măng)văo đất nền, nín công nghệ năy thích hợp với gia cố nền nhă mây, kho bêi, đường,nhă cửa,… Công nghệ cọc đất-ximăng thi công theo phương phâp trộn sđu có câctâc dụng sau:

- tăng khả năng chống trượt của mâi dốc;

- tăng cường độ chịu tải của nền đất;

- giảm ảnh hưởng chấn động đến câc công trình lđn cận;

- trânh hiện tượng biến loêng của đất rời;

- cô lập phần đất bị ô nhiễm;

- ổn định thănh hố đăo;

- giảm độ lún công trình…

Câc ứng dụng của phương phâp gia cố nền đất yếu bằng cọc đất-ximăng:

Phòng ngừa phá hoạ i bờ dố c

và giảm độ lún của khố i đắ p

dùng như là móng công trình

Tăng sức chịu ngang của

Trang 23

Đồ ân tốt nghiệp  Xử lý nền đắp trín đất yếu bằng cọc đất- ximăng

Phòng ngừa phá hoạ i bờ dố c

và giảm độ lún của khố i đắ p

dùng như là móng công trình

Tăng sức chịu ngang của

Hình 2.2.2: Câc ứng dụng của phương phâp gia cố đất yếu bằng cọc đất-ximăng

1 Ứng dụng trong lĩnh vực xăng dầu:

- gia cố bồn dầu 3000m3 tại kho xăng dầu Miền Tđy – giai đoạn 1, năm 2000;

- gia cố bồn dầu 10.000m3 tại kho A – kho xăng dầu Nhă Bỉ, năm 2001;

- gia cố bồn dầu 3000m3 tại kho xăng dầu Đình Vũ – Hải Phòng;

- gia cố bồn dầu 12.000m3 tại kho C – kho xăng dầu Nhă Bỉ, năm 2002;

- gia cố bồn dầu 12.500m3 tại kho xăng dầu Miền Tđy, năm 2000;

2 Ứng dụng trong lĩnh vực nhă dđn dụng vă công nghệp:

- gia cố móng nhă điều hănh 3 tầng – tổng kho xăng dầu Miền Tđy, năm2000;

- gia cố nhă mây điện đạm Phú Mỹ, năm 2003;

- gia cố nhă mây xử lý nước Nam Định, năm 2003;

- gia cố chống trượt Bêi râc thải Đông Thạnh, năm 2003;

- gia cố bể chứa nước, bể lọc nhă mây xử lý nước Nam Định, năm 2005;

2.2 CÔNG NGHỆ THI CÔNG:

2.2.1 Thi công:

Thi công cọc đất-ximăng theo phương phâp trộn

sđu bao gồm định vị, xuyín xuống vă rút lín Khi

xuyín xuống, đầu trộn sẽ cắt vă phâ kết cấu đất đến

độ sđu yíu cầu Khi rút lín, chất kết dính được

truyền văo đất với tốc độ không đổi, nhờ tốc độ rút

khống chế cố định Cânh trộn quay theo phương

ngang, trộn đều đất với chất kết dính Có câc thiết

bị phun trộn chất kết dính cả trong khi xuyín

xuống vă rút lín (hình 2.2.3)

Trong phương phâp trộn khô, không khí dùng

để dẫn xi măng bột văo đất (độ ẩm của đất cần phải

không nhỏ hơn 20%) Trong phương phâp ướt, vữa

xi măng lă chất kết dính Trộn khô chủ yếu dùng cải thiện tính chất của đất dính,

Hình 2.2.3: Thi công theo phương phâp trộn sđu

Trang 24

Máy nén khí → Máy sấy → Bồn chứa khí

Nhà kiểm tra Nguồn điện Thi công cọc

Hình 2.2.4: Sơ đồ thi công trộn khô

trong khi phun ướt thường dùng trong đất rời Trong một ít trường hợp như ngănngừa hiện tượng hóa lỏng, trộn khô dùng cho đất rời xốp

2.2.2 Phương pháp trộn khô (dry jet mixing method – DJM):

Nguyên tắc chung của phương pháp trộn khô được thể hiện trên hình 2.2.4 Quy trình thi công gồm các bước sau:

- Định vị thiết bị trộn;

- Xuyên đầu trộn xuống độ sâu thiết kế đồng thời phá tơi đất;

- Rút đầu trộn lên, đồng thời phun xi măng vào đất;

- Đầu trộn quay và trộn đều xi măng với đất;

- Kết thúc thi công

Hình 2.2.5: thi công cọc theo phương pháp trộn khô

Trong phương pháp này, bột xi măng được khí nén bơm vào trong đất ở dướisâu qua một ống có lỗ phun, sau đó bột được trộn cơ học bằng các cánh quay Donước không thêm vào đất vì thế hiệu quả cải tạo sẽ cao hơn phương pháp phun vữa

2.2.3 Phương pháp trộn ướt (wet jet mixing method – WJM):

Trang 25

Nguyên tắc chung của phương pháp trộn ướt được thể hiện trên hình 2.2.6

Trộn ướt dùng vữa xi măng Khi cần có thể

cho thêm chất độn (cát và phụ gia) Khối lượng

vữa có thể thay đổi được theo chiều sâu Khi chế

tạo trụ trong đất rời dùng khoan guồng xoắn liên

tục có cánh trộn và cánh cắt hình dạng khác nhau, có đủ công suất để phá kết cấuđất và trộn đều vữa

Cường độ và tính thấm phụ thuộc vào thành phần và đặc tính của đất (hàmlượng hạt mịn, hàm lượng hữu cơ, loại sét, thành phần hạt…), khối lượng và chủngloại vữa và quy trình trộn

Có thể ngưng trộn khi vữa chưa bắt đầu đông cứng, khởi động trộn lại tại độ sâu ít nhất 0,5 m trong đất đã xử lý

Kiểm soát độ sâu và độ quay

Tạo cọc

Bơm áp lực

Kiểm soát khối lượng

Hình 2.2.6: Sơ đồ thi công trộn ướt

Hình 2.2.7: Sơ đồ tạo cọc đất-ximăng theo phương

pháp trộn ướt

Hình 2.2.8: Công trường thi công cọc đất-ximăng theo phương pháp trộn ướt

Trang 26

Bơm để chuyển vữa đến lỗ phun cần phải có đủ công suất (tốc độ truyền và áp lực) để truyền lượng vữa thiết kế an toàn.

2.3 CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM KIỂM TRA TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG:

Phương pháp thí nghiệm kiểm tra phải thích hợp với mục đích ứng dụng Nếugiảm độ lún, mô đun biến dạng là thông số cần quan tâm chính, còn trong ổn định

và chống trượt thì thông số cường độ lại là chủ yếu Để ngăn ngừa vùng ô nhiễmthì tính thấm lại được xét đến đầu tiên

- Lấy mẫu hiện trường:

+ Lấy mẫu khi thi công theo phương pháp trộn khô: Mẫu được lấy nhờ thiết

bị khoan xoay Lựa chọn kỹ thuật lấy mẫu, đường kính mẫu phụ thuộc vào loại

và cường độ của đất xử lý Số lượng mẫu phụ thuộc quy mô hoặc độ phức tạpcủa dự án Ít nhất cần khoan lấy mẫu 3 hố cho một loại máy trộn Chiều sâukhoan đến mũi trụ xử lý

Đặc trưng cường độ và mô đun đàn hồi Ecol của mẫu thường được xác định

từ kết quả thí nghiệm nén không hạn chế nở hông Tuy nhiên kết quả thínghiệm chịu ảnh hưởng của các khe nứt trong mẫu Nếu thấy mẫu bị rạn nứt thìnên thí nghiệm nén 3 trục

+ Lấy mẫu khi thi công theo phương pháp trộn ướt: Mẫu được lấy khi vừathi công xong trụ trộn ướt, thường 500m3 đất xử lý lấy 1 mẫu hoặc một ngày thicông của 1 máy lấy 1mẫu Đưa thiết bị xuống độ sâu cần lấy mẫu, thiết bị tựđộng ngoạm lấy mẫu, đưa lên mặt đất và cho vào khuôn hình trụ hoặc lậpphương Thí nghiệm mẫu sau khi bảo dưỡng trong nhiệt độ quy định So sánhmẫu bảo dưỡng tại hiện trường và mẫu lấy ướt cho biết sự khác nhau của cường

độ và tăng trưởng cường độ

2.3.2 Thí nghiệm hiện trường

- Thí nghiệm cọc thử:

Để khảo sát độ đồng nhất của các cọc thử thì dùng thí nghiệm dạng xuyênhoặc khoan lấy mẫu, đôi khi còn cắt nguyên cả trụ Đối với một thiết bị trộn,nên thi công không ít hơn hai cọc thử với hàm lượng chất kết dính khác nhau

Trang 27

Một khía cạnh quan trọng của thí nghiệm hiện trường đó là xác định cácthông số kiểm soát cho thi công gồm vận tốc pha xuyên xuống, rút lên, tốc độquay và mô men xuắn, tốc độ truyền liệu v.v

Hình 2.2.9: Thí nghiệm xuyên cắt thuận → kiểm tra sự đồng nhất của cọc đất-ximăng

- Xác định trực tiếp đặc trưng cơ học:

+ Thí nghiệm nén ngang thành hố khoan (pressuremeter test) cho phép xácđịnh cường độ kháng cắt và hệ số nén của cọc đất-ximăng Thí nghiệm cần phảikhoan trước hố trong thân cọc đất-ximăng và lắp đặt thiết bị nén ngang thành

hố khoan

Hình 2.2.10: Thí nghiệm nén ngang → kiểm tra sức kháng cắt của cọc đất-ximăng

+ Thí nghiệm nén tĩnh cọc đất-ximăng đơn để xác định sức chịu tải của cọcđất-ximăng thực hiện theo tiêu chuẩn TCXDVN 269:2002 Kết quả thí nghiệmcho biết sức chịu tải cực hạn của cọc đất-ximăng đơn ứng với độ lún bằng 10%đường kính cọc đất-ximăng

Trang 28

Hình 2.2.11: Thí nghiệm nén tĩnh 1 cọc đơn → kiểm tra sức chịu tải của cọc đất – ximăng

+ Thí nghiệm chất tải diện rộng tiến hành cùng quan trắc độ lún sâu, độ lún

bề mặt, áp lực nước lỗ rỗng để phản ánh ứng xử của nền đất được xử lý Thínghiệm này nên dùng cho các công trình có quy mô lớn và quy trình thí nghiệm

do thiết kế quy định

Hình 2.2.12: Các thí nghiệm khối gia cố

a) gia tải trước b) quan trắc độ lún c) quan trắc áp lực nước

- Xác định gián tiếp đặc trưng cơ học:

+ Thí nghiệm CPT, đại diện là xuyên côn thông dụng, dùng để xác định cácthông số cường độ và độ liên tục của trụ Khó khăn khi thực hiện thí nghiệmCPT là giữ độ thẳng đứng vì thế khối lượng thí nghiệm bị giới hạn

+ Thí nghiệm xuyên trụ dùng đầu xuyên cánh cải tiến có cánh xuyên với vậntốc khoảng 20 mm/s, ghi liên tục sức kháng xuyên Phương pháp dùng cho cáctrụ sâu không quá 8 m, cường độ không quá 300 kPa Nếu dùng khoan dẫnhướng có thể thí nghiệm xuyên đến độ sâu 20 m, cường độ 600 kPa Trong bộthiết bị của Thụy Điển còn có xuyên cánh ngược, đầu cánh xuyên được đặttrước trong khi chế bị trụ, kể cả dây kéo Tốc độ kéo xuyên tương tự như ấnxuyên

- khối lượng thí nghiệm:

Trang 29

Bảng 2.2.1: Khối lượng thí nghiệm cọc đất-ximăng thi công theo phương

pháp trộn sâu

Thí nghiệm\ Quy mô ≤100 cọc ≤500 cọc ≤1000 cọc ≤ 2000 cọc

- Công nghệ này được các thiết bị chuyên dụng của châu Âu, Nhật Bản hayTrung Quốc sản xuất có thể thi công cọc đất – ximăng có đường kính 0,4÷1,3m

và chiều sâu có thể đạt 33m

- Khi đất yếu là loại đất dính thì dùng phương pháp trộn khô là hợp lí nhất.Ngược lại, nếu đất yếu là loại đất rời thì thích hợp với phương pháp trộn ướthơn Tuy nhiên, trong trường hợp ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng, người tadùng phương pháp trôn khô cho đất rời xốp

- Trong lĩnh vực đường bộ, công nghệ này thường được áp dụng với nhữngnền đường đắp cao trên nền đất yếu có chiều dày lớn, hệ số nén lún lớn, nhưcác đoạn đường đầu cầu để khống chế độ lún, tăng độ ổn định

- Khi thí nghiệm, cần phải xác định các thông số kiểm soát cho thi công gồmvận tốc pha xuyên xuống, rút lên, tốc độ quay và mô men xuắn, tốc độ truyềnliệu v.v… để bảo đảm quá trình thí nghiệm chính xác, sát với thực tế làm việccủa cọc

Trang 30

dễ phá hoại do bị mất ổn định và lún nhiều Để làm tăng khả năng chịu tải vàgiảm độ lún của lớp đất yếu dưới đáy nền đắp, biện pháp gia cố nền đất yếu bằngcọc đất-ximăng là một trong những phương pháp xử lý tính chất cơ lí của đất yếuhiệu quả nhất Khi gia cố đất yếu bằng cọc đất-ximăng sẽ tạo ra trong nền đắpmột hệ nền móng hỗn hợp (composit) có cường độ và sức chống cắt lớn hơn rấtnhiều so với sức chống cắt của nền đất tự nhiên Điều này góp phần làm tăng khảnăng chống biến dạng, giảm độ lún và tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu.Mặt khác, khi sử dụng phương pháp này thường có giá thành cao hơn cácphương pháp cố kết cố két thẳng đứng Để tăng tối đa hiệu quả sử dụng, ta kếthợp với việc rải cốt đáy tăng cường ở đáy nền đắp Cốt có tác dụng làm phânphối lại tải trọng, truyền toàn bộ tải trọng lên cọc và làm tăng khả năng chống lạilực trượt ngang của vật liệu đắp nền Do đó, cho phép khoảng cách các cọc tănglên và kích thước mũ cọc được giảm đi.

3.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ:

Độ ổn định và biến dạng của nền đắp xây dựng trên đất yếu chủ yếu bị chiphối bởi sức kháng cắt của móng dưới nền đắp Nên việc xây dựng nền đắp trênđất yếu là vấn đề sức chịu tải Hệ cọc đất-ximăng kết hợp cốt tăng cường đặt ởđáy nền đắp để ngăn ngừa sự phá hoại do cắt trượt qua vật liệu nền đắp và cảtrượt trong vùng đất yếu đồng thời còn tác dụng làm thay đổi tính chất cơ lí, giảm

độ lún của nền đất yếu Đây là một ưu thế của phương pháp này so với cácphương pháp khác

Sự có mặt của cốt đáy rải trên các mũ cọc được dùng để truyền tải trọng nềnđắp đến các cọc Mặt khác, do cốt tăng cường chống lại được lực đẩy ngang củavật liệu đắp nền nên có thể không cần đến các cọc xiên dọc theo hàng mép ngoài

móng (hình 2.3.1, hình 2.3.2).

Trang 31

sÐt mÒm

cäc

xim¨ng

+ Các trạng thái giới hạn phá hoại được xét đến là các trạng thái sau:

- Khả năng chịu tải của nhóm cọc (hình 2.3.3a);

- Phạm vi bố trí nhóm cọc (hình 2.3.3b);

- Tải trọng thẳng đứng phân bố trên mũ cọc (hình 2.3.3c);

- Ổn định trượt ngang của vật liệu đắp (hình 2.3.3d);

- Ổn định cục bộ của nền đắp (hình 2.3.3e);

- Ổn định tổng thể của nền đắp đặt trên cọc (hình 2.3.3f).

+ Các trạng thái giới hạn sử dụng được xét đến bao gồm:

- Dãn quá mức trong cốt tăng cường (hình 2.3.4a);

- Lún móng cọc (hình 2.3.4b).

3.3.2 Khả năng chịu tải của cốt tăng cường:

Lực kéo lớn nhất Tr ở trạng thái giới hạn phá hoại trên 1m dài nền đắp trong cốtđáy tăng cường phải được xác định như sau:

a) Theo hướng dọc chiều dài nền đắp, lực kéo lớn nhất phải là lực kéo cần có đểchuyển tải trọng đắp thẳng đứng lên các mũ cọc Trp

b) Theo hướng ngang chiều rộng nền đắp, lực kéo lớn nhất phải là tổng của lựckéo cần có để chuyển tải trọng đắp thẳng đứng lên các mũ cọc Trp cộng vớilực kéo cần có để chống lại lực trượt ngang Tds

Trang 32

sét mềm

Cốt

cọc

ximăng

đất-Cốt

sét mềm sét mềm

mũ cọc

nền đắp

tải trọng thẳng đứng Cốt

vật liệu đắp dịch chuyển ngang

mũ cọc

nền đắp nền đắp

mũ cọc

cọc

ximăng

Hỡnh 2.3.3: Cỏc trạng thỏi giới hạn phỏ hoại đối với nền đắp

đặt trờn cọc cú cốt tăng cường.

sét mềm

Cốt

cọc

ximăng

đất-Cốt

sét mềm

Hỡnh 2.3.4: Cỏc trạng thỏi giới hạn sử dụng đối với nền đắp

đặt trờn cọc cú cốt tăng cường.

Để đảm bảo khụng đạt tới trạng thỏi giới hạn phỏ hoại về kộo đứt cốt tăngcường trong suốt thời kỡ tớnh toỏn của cốt, cần phải tuõn theo điều kiện sau:

r n

D Tf

Trong đú:

fn: hệ số riờng phần đối với hậu quả phỏ hỏng về mặt kinh tế (bảng 2.3.1).

Trang 33

Bảng 2.3.1: Hệ số riêng phần xét đến hậu quả phá hoại về mặt kinh tế

Loại kết cấu Hệ số riêng phần Ví dụ kết cấu

TD: Độ bền thiết kế của cốt tăng cường Trong đề tài này, loại cốt được chọn làcốt polime, nên TD được tính như sau:

Độ bền cơ bản TD của cốt phải lấy thấp hơn trong 2 giá trị sau: hoặc là độbền phá hỏng từ biến cực đại ở nhiệt độ thích hợp (TCR) hoặc là độ bền kéotrung bình dựa trên cơ sở có xét đến biến dạng từ biến ở nhiệt độ thích hợp(TCS)

Như vậy, độ bền chịu kéo thiết kế của cốt pôlime là:

m

CR Df

T

T = hoặc là

m

CS Df

T

Trong đó:

TD: Độ bền chịu kéo của cốt;

fm: Hệ số vật liệu riêng phần Hệ số này phụ thuộc vào tính chấtnội tải của vật liệu, điều kiện thi công và các nhân tố tác động củamôi trường [1]

Để bảo đảm ở trạng thái giới hạn phá hoại, lực kéo có thể phát triển được ởtrong cốt đáy thì cần phải có đủ điều kiện neo bám giữa cốt và đất xung quanh Cần phải kiểm tra điều kiện neo bám của tổ hợp cốt đối với từng trị số lực kéo

đã xác định được ở trạng thái giới hạn để bảo đảm trong cốt có thể phát sinh lựckéo đó (xem 3.3.4.6)

Ở trạng thái giới hạn sử dụng, độ dãn dài trong cốt cho phép lớn nhất εmax phảiđược hạn chế (xem 3.3.4.8)

Trang 34

3.3.3 Khả năng chịu tải của cọc đất-ximăng:

3.3.3.1 Khả năng chịu tải của cọc đất-ximăng đơn:

Rn: cường độ chịu nén một trục của cọc đất-ximăng.

Acọc: diện tích tiết diện cọc đất-ximăng.

Do hiện tượng rão cọc, độ bền giới hạn lâu dài của cọc thấp hơn độ bền ngắn hạn Độ bền rão của cọc Qghrão = (65÷85)%Qghcọc

i i i

l + α3.Acọc.Ri) (2.3.4)

- khi cọc qua lớp đất yếu:

Qp2 = (Π.d.H + 2,25.Π.d2).Cu (2.3.5) Trong đó:

Qpi: sức chịu tải tính toán của cọc đất-ximăng;

i

τ : lực ma sát giới hạn trung bình của mỗi lớp đất, phụ thuộc loại

đất, tính chất của đất và chiều sâu trung bình của mỗi lớp đất;

li: chiều dày của lớp đất mà cọc đi qua;

Acọc: diện tích tiết diện cọc;

i

R : cường độ giới hạn đơn vị trung bình của lớp đất ở mũi cọc, phụ thuộc loại đất và chiều sâu của mũi cọc;

d: đường kính cọc đất-ximăng;

H: chiều dài cọc qua lớp đất yếu;

Trang 35

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

3.3.3.2 Khả năng chịu tải của nhóm cọc đất-ximăng:

Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc đất-ximăng phụ thuộc vào tính chất của đất chưa xử lí giữa các cọc và độ bền cắt của vật liệu làm cọc Sự phá hoại

quyết định bởi khả năng chịu tải của khối với các cọc đất-ximăng (hình 2.3.5a) hay khả năng chịu tải của khối ở rìa công trình (hình 2.3.5b) khi các cọc này đặt

Hạ cọc bằng xói nước

Hạ cọc bằng máy chấn động, khi lớp đất tại mũi cọc là Cát Á cát Á sét Sét

Theo trường hợp a, sức chống cắt dọc theo mặt phá hoại cắt qua toàn bộ khối

sẽ quyết định khả năng chịu tải và khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc ximăng được tính theo công thức:

Trong đó: B,L và H – chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc Hệ số

6 dùng cho móng chữ nhật khi L>>B còn hệ số 9 dung cho móng hình vuông Theo trường hợp b, khả năng chịu tải giới hạn có chú đến phá hoại cục bộ, được xác định theo công thức:

Trang 36

Qghnhóm = 5,5Ctb(1+0,2 )

l

b

(2.3.7) Trong đó:

b,l: chièu rộng và chiều dài vùng chịu tải cục bộ;

Ctb: độ bền kháng cắt trung bình dọc theo bề mặt phá hoại, được tính theo (2.3.30).

Khi tính toán điều kiện chịu tải của nhóm cọc ta tính theo công thức kinh

nghiệm (2.3.9), được tính ở mục 2.3.4.2.

3.3.4 Ổn định của nền đắp trên đất yếu được gia cố bằng cọc đất-ximăng

kết hợp cốt đáy tăng cường:

(2.3.8)Trong đó:

H: Chiều cao nền đắp;

Ls: Bề rộng chân mái dốc (taluy) của nền đắp

,

cv

ϕ : Góc ma sát vật liệu đắp nền lúc có biến dạng lớn nhất trong các điều

kiện ứng suất hữu hiệu (xác định từ thí nghiệm), trong điều kiện không thểthí nghiệm ta có thể lấy ϕcv, , c, bằng giá trị đã cho của nền đắp

fms: Hệ số vật liệu riêng phần áp dụng cho tgϕcv, Tra bảng (2.3).

liệu đất

Áp dụng cho tgφ’cv fms = 1,0 fms = 1,0

Áp dụng cho c’ fms = 1,6 fms = 1,0

Áp dụng cho cu fms = 1,0 fms = 1,0Các hệ số vật

tác giữa cốt và

đất

Trượt trên mặt cốt fs = 1,3 fs = 1,0Sức chịu kéo tuột cốt fp = 1,3 fp = 1,0

Trang 37

Đồ án tốt nghiệp  Xử lý nền đắp trên đất yếu bằng cọc đất- ximăng 3.3.4.2 Ổn định theo khả năng chịu tải của nhóm cọc:

Xét theo quan điểm kinh tế, khoảng cách giữa các cọc liền kề càng lớncàng rẻ Tuy nhiên, để bảo đảm khả năng chịu tải của nhóm cọc khi bố trí cọctheo lưới ô vuông thì khoảng cách lớn nhất s giữa các cọc là:

)ω.fH.γ.f

Qs

q fs

p

+

Trong đó:

QP: khả năng chịu tải cho phép của mỗi cọc trong nhóm;

ffs: hệ số riêng phần đối với trọng lượng đơn vị của đất (xem Bảng 2.3.3);γ: trọng lượng đơn vị của vật liệu đắp nền;

cäc

mò cäc Cèt

Hình 2.3.6: Giới hạn ngoài của mũ cọc

Trang 38

3.3.4.4 Ổn định biến dạng chênh lệch cục bộ do sự phân bố tải trọng thẳng đứng:

Để bảo đảm các biến dạng chênh lệch cục bộ không xảy ra trên bề mặt nềnđắp (đây có thể là vấn đề đối với các nền đắp thấp) thì nên tuân thủ mối liên hệgiữa chiều cao nền đắp và kích thước mũ cọc:

'

v c p

σ có thể được dự tính bằng cách áp dụng công thức

của Marston:

2 c '

v

' cH

a.Cp

σ’v: áp lực thẳng đứng trung bình đã nhân hệ số ở đáy nền đắp;

γ: trọng lượng đơn vị của vật liệu đắp nền;

ωs: ngoại tải phân bố đều;

a: kích thước (hoặc đường kính) mũ cọc

Trang 39

Vì vậy, cần phải chuyển tải trọng thẳng đứng đến các mũi cọc (hình 2.3.3c)

Tải trọng phân phối cho cốt nằm giữa các mũ cọc liền kề chịu (W T) có thể đượcxác định như sau:

2

).(

4,1

v

c

a s a

s

a s f s

σ

γ

(2.3.15)Khi 0,7(s –a) ≤ H ≤ 1,4(s – a):

2

)

(

v

c s

q

a s a

s

f H f s

σ

ωγ

(2.3.16)Nhưng WT = 0 nếu '

' 2 2

v c p a

Trp =

ε

6

112

)

a

a s

W T

(2.3.17)Trong đó:

Trp: lực kéo trong cốt(hình 2.3.6);

Trang 40

Phương trình đối với Trp ở trên thích hợp với các loại cốt có thể bị biếndạng trong suốt quá trình chất tải, nghĩa là thích hợp với loại cốt có khả năngdãn dài như cốt pôlime Đối với loại cốt không dãn (như cốt kim loại) thì phải

sử dụng các quan hệ khác để xác định độ bền kéo khuyến nghị Trong phạm vi

đề tài này chỉ nghiên cứu ứng dụng của cốt pôlime

3.3.4.5 Ổn định trượt ngang:

Cốt phải chịu lực trượt ngang gây ra do trượt ngang (hình 2.3.3d) Lực nàyphải được tạo ra tương ứng với lúc biến dạng bằng chuyển vị ngang cho phépcủa cọc, do đó loại trừ sự cần thiết phải làm cọc nghiêng Lực kéo mà cốt cầnphải có Tds để chịu tác dụng đẩy ra phía ngoài của nền đắp sẽ là:

Tds = 0,5.Ka.(ffs.γ.H + 2fq.ωs).H (2.3.18)Trong đó:

Tds: lực kéo trong cốt (cho 1m dài nền đắp) cần phải có để chịu đẩy ngang

do vật liệu đắp nền;

Ka: hệ số áp lực đất chủ động;

Ka = tg2(450 -

2'cv

ϕ

H: chiều cao nền đắp;

γ: trọng lượng đơn vị của vật liệu đắp nền;

ωs: cường độ ngoại tải trên đỉnh nền đắp;

ffs: hệ số tải trọng riêng phần về trọng lượng đơn vị của đất(xem Bảng2.3.3);

fq: hệ số tải trọng riêng phần đối với ngoại tải (xem Bảng 2.3.3);

Để làm phát sinh lực kéo Tds trong cốt, vật liệu đắp nền phải không trượttrên cốt ra phía ngoài (hình 2.3.8) Để ngăn chặn trượt ngang, chiều dài neobám tối thiểu Le phải thỏa mãn điều kiện sau:

Le ≥

ms

' cv

n s s q fs

a

f

tg'

.h

f

f.f2H f.(

H.K5,0

ϕαγ

ω+γ

(2.3.20)

Trong đó:

fs: hệ số riêng phần về sức chống trượt của cốt (Bảng 2.3.3)

fn: hệ số riêng phần xết đến hậu quả phá hoại về mặt kinh tế (bảng 2.1).h: chiều cao trung bình của vật liệu đắp nền trên chiều dài cốt Le;

α’: hệ số tương tác liên quan đến góc neo bám giữa đất và cốt áp dụng chotgφ’cv Theo [13], đối với cốt tăng cường (vải ĐKT, lưới ĐKT) thì α’ đượclấy như sau: α’ = 0,8 đối với đất sét hoặc bùn; α’ = 0,9 đối với đất cát

Tiêu đề	Xử lý nền đắp trên đất yếu bằng cọc đất- ximăng
Tác giả	Hoàng Thế Mạnh
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	4,68 MB