Nghiên cứu giải pháp kết hợp cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật để xử lý nền đất yếu cho đê biển đắp bằng vật liệu địa phương

- Tổng quan được các giải pháp đã xử lý nền đất yếu cho đê biển; - Đưa ra được giải pháp gia cố nền đất yếu cho đê biển bằng cọc xi măng đất kết hợp với vải địa kỹ thuật ; - Tính toán th

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng, người đã hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn

Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Phùng Vĩnh An, người đã có nhiều

ý kiến đóng góp và tài liệu quan trọng cho luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn ThS Đỗ Thế Quynh, người đã có rất nhiều giúp

đỡ và hướng dẫn trực tiếp tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn

Tác giả xin cảm ơn các thày, cô giáo ở trường Đại học Thủy lợi Hà nội, khoa Công trình, khoa Sau đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu

Tác giả xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Trung tâm Công trình Ngầm – Viện Thủy Công đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Gia đình và những người thân, đã luôn ủng hộ và động viên tác giả hoàn thành luận văn này

Hà nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả

Phạm Văn Minh

GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỌC XI MĂNG ĐẤT VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN0T 29

0T

3.1.4 Các thí nghiệm phục vụ thiết kế và thi công cọc xi măng đất [1][3]0T 34

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam, tình hình phát triển dân số ngày càng tăng, cùng với xu thế

hướng kinh tế ra biển, việc quai đê lấn biển và xây dựng các tuyến đê biển bảo vệ các vùng dân cư, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, du lịch để phát triển kinh

tế, gắn với quốc phòng, an ninh đã và đang được Nhà nước quan tâm Nước ta, với tổng chiều dài hơn 3200 km bờ biển, hiện có hơn 2000 km đê biển được xây dựng Bên cạnh các tuyến đê có điều kiện thuận lợi để xây dựng, còn có rất nhiều những tuyến đê có điều kiện xây dựng khó khăn, nhất là địa chất nền và vật liệu đắp Đê biển cần sử dụng khối lượng đất đắp rất lớn, nhưng rất nhiều nơi có vật liệu đắp không đảm bảo chất lượng, phải chở từ nơi khác đến, làm cho giá thành xây dựng cao Mặt khác, phần nhiều các tuyến đê được xây dựng trên nền bồi tích mềm yếu, có độ ẩm cao, thường ở trạng thái bão hoà nước, cường độ chống cắt nhỏ, tính nén lún lớn, gây rất nhiều khó khăn cho công tác thiết kế và thi công các tuyến đê, đặc biệt là các tuyến đê có chiều cao lớn do nước biển ngày càng dâng cao Các giải pháp trước đây hay được các kỹ sư thiết kế áp dụng bao gồm: thay thế đất, đắp theo thời gian chờ cố kết, đắp phản áp, cố kết nền bằng bấc thấm, cọc cát, cọc đá, hút chân không Tuy nhiên, các giải pháp trên tồn tại những nhược điểm sau: không tận dụng được nguồn vật liệu địa phương, quá trình thi công phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, thời gian xây dựng kéo dài, giá thành xây dựng cao, không đảm bảo yêu cầu đặt ra cả về ổn định và tiến độ

Ngày nay, công nghệ trộn sâu (Deep Mixing) và vải địa kỹ thuật đã được ứng dụng ở nhiều nước trên Thế giới trong việc xử lý nền đất yếu Đặc biệt là xử

lý nền đất yếu cho các tuyến đê biển

Công nghệ trộn sâu tạo ra cột xi măng đất đáp ứng được yêu cầu về ổn định, với chiều sâu xử lý nền lớn và hiệu quả, rút ngắn thời gian thi công, không sinh ra chất thải, có thể thi công trong mặt bằng hẹp và quá trình thi công ít phụ thuộc vào thời tiết

Vải địa kỹ thuật có khả năng chịu kéo cao và tương tác hiệu quả với đất để hình thành một vật liệu tổng hợp có khả năng chịu kéo, chịu nén tốt tăng tính ổn định cho khối đắp, tận dụng được nguồn vật liệu đắp tại địa phương, giảm giá thành xây dựng

Với những tính năng ưu việt trên, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ trộn sâu và vải địa kỹ thuật vào điều kiện Việt Nam bước đầu đạt được những kết quả rất khả quan cho việc xử lý nền các công trình dân dụng, giao thông, thủy lợi… Tuy nhiên công nghệ này chưa được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý nền

đê biển Giải pháp kết hợp giữa cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật vào xây dựng

đê biển sẽ tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, tăng cường sự ổn định cho công trình, đáp ứng được yêu cầu đặt ra

Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới, đặc biệt là công nghệ trộn sâu tạo cột xi măng đất kết hợp với vải địa kỹ thuật để xử lý nền cho đê biển đắp bằng vật liệu địa phương là yêu cầu thiết thực

- Tổng quan được các giải pháp đã xử lý nền đất yếu cho đê biển;

- Đưa ra được giải pháp gia cố nền đất yếu cho đê biển bằng cọc xi măng đất kết hợp với vải địa kỹ thuật ;

- Tính toán thiết kế cho một công trình cụ thể

3.1 Cách tiếp cận

Hiện nay nhu cầu xây dựng mới và nâng cấp các tuyến đê biển ở nước ta

là rất lớn Các công nghệ xử lý nền hiện có chỉ đáp ứng được một phần Vì thế việc nghiên cứu giải pháp mới: kết hợp vải địa kỹ thuật và cọc xi măng đất để xử

lý nền đất yếu cho đê biển là rất cần thiết

- Đảm bảo các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm hiện hành về ổn định, biến dạng, vật liệu…

3.1.3 Tiếp cận với thực tiễn công trình

Mỗi nền đê sẽ có các điều kiện địa chất khác nhau, vì thế sẽ có giải pháp

xử lý khác Căn cứ vào điều kiện cụ thể tại vị trí công trình mà có biện pháp xử

lý nền thích hợp

Công nghệ thông tin ngày càng phát triển cho phép tiếp cận nhanh

với các tiến bộ kỹ thuật của thế giới

3.2 Ph ương pháp nghiên cứu

Thu thập tài liệu hiện có liên quan đến cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật

ở trong nước và trên thế giới

Nghiên cứu sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật có khả năng giải quyết các bài toán liên quan đến cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật như : Plaxis, GeoSlope

CH ƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

CHO ĐÊ BIỂN

1.1 Tổng quan về địa chất nền đê biển Việt Nam

Nói chung, địa chất nền đê biển Việt Nam cũng giống như đê biển ở khu vực Đông Nam Á, hầu hết đều được xây dựng trên nền đất yếu Nền đất yếu này chủ yếu là những tầng trầm tích mới được tạo thành trong kỷ thứ tư Theo kết quả nghiên cứu về địa chất và địa lý, tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở các miền đồng bằng Trong đó hai đồng bằng lớn nhất là đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ Căn cứ vào nguồn gốc và điều kiện hình thành các đồng bằng, đồng thời dựa vào tài liệu thăm dò địa chất công trình,

sơ bộ có thể nhận xét về đặc điểm chung của các tầng đất mềm yếu ở Việt Nam như sau :

1.1.1 Nền đê biển Bắc Bộ

Theo tài liệu thu thập được và các tài liệu báo cáo có liên quan, ở các tỉnh ven biển miền Bắc, đê biển nằm trên lớp đất nền là cát hạt mịn pha đất thịt hoặc sét Đó là dạng lớp phù sa bồi của các cửa sông và được nâng dần lên thành bãi Đường kính hạt thay đổi trong khoảng từ 0,01 mm đến 0,2 mm Góc nội ma sát

3

P

Cá biệt trong một số trường hợp, nền đê biển nằm trên lớp đất bùn sét pha Đây là lớp đất có sức chịu kéo và nén yếu, độ ngậm nước lớn, dễ bị tác động phá hoại của sóng và dòng ven bờ; lún lớn và kéo dài, độ ổn định thấp

1.1.2 Nền đê biển miền Trung

Nhìn chung cấu trúc địa hình khu vực này không phức tạp lắm, các nhà địa chất xếp miền kiến tạo Nam Trung Bộ thuộc đới hoạt hóa Mezozoi Đà Lạt

Các trầm tích đệ tứ gồm: Cát cuội, cuội tảng, cát, sét tuổi đệ tứ phân bố dọc các thung lũng sông miền núi với bề dày tối đa không quá 20m Các thành tạo cát, cuội sét chủ yếu nguồn gốc sông, sông biển lộ ra ở rìa phía tây, ở phía đông

bị các thành tạo QII có nguồn gốc biển, sông biển, gió biển (QIV) phụt lên Thành phần thạch học nhìn chung không đa dạng, các thành tạo macma xâm nhập chủ yếu là Granit

Theo tài liệu tổng kết, địa chất của một số vùng đặc trưng của đê biển miền Trung như sau:

Căn cứ vào tài liệu khảo sát, địa chất khu vực khảo sát có thể chia thành các lớp sau:

Lớp 1a: Sét pha, màu vàng xám, lẫn lá cây, rễ cây, sạn sỏi nhỏ, chiều dày trung bình đến 0.5m

Lớp 1b: sét màu xám vàng, nâu đỏ lẫn ít sạn sỏi nhỏ trạng thái dẻo cứng Chiều dày của lớp này chưa xác định và phân bố cục bộ

Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất này như sau:

+ Tỷ trọng (khối lượng riêng) ∆: 2,72 + Độ ẩm tự nhiên WR tn R: 25,8%

+ Khối lượng thể tích (dung trọng)

Từ miệng hố khoan đến độ sâu 20m (cao độ -22.0m) bắt gặp các lớp đất theo thứ tự từ trên xuống như sau:

Lớp 1: Cát mịn đến trung lẫn ít sỏi nhỏ và vụn vỏ sò, màu xám nâu, trạng thái kém chặt đến chặt vừa, bề dày lớp thay đổi từ 5,3m đến 7,5m

Lớp 2: Cát sét lẫn bụi sỏi nhỏ và vỏ sò hến , màu xám đen trạng thái dẻo chảy Nằm kế tiếp dưới lớp cát 1, bề dày lớp thay đổi từ 1,5m đến 3,5m

Lớp 3: Sét bụi lẫn cát mịn và ít sỏi nhỏ, màu xám ghi nhạt lẫn nâu, trạng thái dẻo cứng Nằm tiếp theo dưới lớp cát 2, bề dày lớp thay đổi từ 1,9m đến 2,8m Lớp 4: Cát sét hạt mịn đến trung lẫn bụi, màu xám trắng đốm nâu vàng, trạng thái nửa cứng, phân bố tiếp theo dưới lớp sét 3 hoặc dưới lớp cát sét 2 Bắt đầu từ cao độ - 8,5m đến -14,4m cho đến hết chiều sâu hố khoan

Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền khu vực huyện Tuy Phong

Kết quả khảo sát địa chất cho thấy địa tầng của khu vực bao gồm 2 lớp chính như sau:

Lớp 1: Nằm trên cùng phân bố đến độ sâu hơn 4m, càng tiến dần về cửa Thương Chánh chiều dày mỏng, có nơi chiều dày nhỏ hơn 1m, thành phần chủ yếu là cát thạch anh hạt trung lẫn vỏ sò, vỏ ốc màu xám vàng, vàng nhạt có độ rỗng tự nhiên n = 37%, trạng thái tự nhiên rời rạc, ẩm đến bão hòa nước

Lớp 2: Đá gốc, nằm dưới lớp 1, lộ ra không liên tục Khu vực đá lộ khoảng 200m nằm cách mép kè C1 cảng cá Phan Thiết khoảng 200m Đây là lớp dưới cùng trong thành tạo địa chất của vùng Thành phần thạch học là Granite hạt trung thuộc phức hệ Đèo Cả

1.1.3 Nền đê biển khu vực Nam Bộ

Về địa chất công trình khu vực này là một dải hẹp gồm các dạng bãi cát, đụn cát, cồn cát, chạy gần như liên tục từ cửa sông Sài Gòn men dọc theo bờ biển Đông và bờ biển Tây kéo dài tới tận Hà Tiên Càng về phía giáp biển lớp cát càng dày Các hình trụ hố khoan có độ sâu đạt đến 40m, cho biết lớp cát hạt mịn

kém chặt dễ biến thành dạng cát chảy hoặc bùn cát khi có tác động lực cơ học, thường có độ dày 8 – 10m, dưới là tầng sét bùn dày khoảng 15 - 16m, dưới cùng

là tầng sét dẻo cứng Tầng bồi tích trẻ ở đây có chiều sâu trên 50m Móng công trình thường nằm trên lớp cát hạt mịn – bùn sét kém chặt có chứa nhiều muối hoà tan, lớp này có chiều dày thay đổi và nằm trên tầng sét bùn không ổn định Để công trình ổn định phải xử lý nâng cao sức chịu tải của lớp này hoặc truyền tải xuống tầng sét cứng nằm sâu bên dưới

Các hình trụ hố khoan và tính chất cơ lý của từng lớp đất được thể hiện trên một số hình trụ hố khoan phân bố dọc suốt chiều dài từ Bà Rịa Vũng Tàu đến Kiên Giang như sau:

Lớp 1: Lớp cát trung, thô màu vàng sậm lẫn xám đen chứa ít vỏ sò, xốp đến chặt vừa, bão hòa nước Bề dày trung bình của lớp khoảng 3,0m

Lớp 2: Lớp cát mịn màu xám ửng xanh rêu, chặt vừa, bão hòa nước Bề dày trung bình của lớp khoảng 5,54m

Lớp 3: Lớp á sét màu xanh rêu, cứng Bề dày trung bình khoảng 1,53m

Bảng 1.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền khu vực cửa Bến Hội

Lớp 1: từ -1,2 đến -2,05 dày 0,8m là lớp sét màu xám nâu, nâu vàng, trạng thái dẻo cứng

Lớp 2: từ -2,05 đến - 5,05 dày 3,0m là sét màu xám đen xanh, có lẫn ít mùn cây thực vật, trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy

Lớp 3: từ -5,05 đến -11,25 dày 6,2m là á sét nhẹ - á cát màu xám xanh đen, cát hạt vừa mịn, có lẫn mảnh vụn sò ốc Bão hòa nước kết cấu kém chặt

Lớp 4: từ -11,25 đến -43,25 dày 32m là cát màu xám xanh đen, có lẫn ít ổ cát hạt mịn, mảng vụ sò, ốc, sạn sỏi Trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy

Lớp 5: từ -43,25 đến -48,75 dày 5,5m là á sét nặng màu xám vàng, xám trắng, cát hạt vừa – mịn, có lẫn sỏi sạn vón kết Trạng thái dẻo cứng nửa cứng

Bảng 1.3 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền khu vực Ba Lai

Thông số thí nghiệm Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Thành phần hạt

- Tại Gành Hào tỉnh Bạc Liêu:

Lớp 1: Bùn sét màu xám đen ở trạng thái chảy, phân bố đến độ sâu trung bỡnh 21,5 đến 22m, đây là lớp đất yếu, trầm tích mới chưa cố kết Hàm lượng hạt bụi và hạt sét chiếm tới 90% Tính chất nén lún cao, cường độ chịu tải nhỏ với các thông số cơ bản:

+ Dung trọng tự nhiên: γR tn R = 1,582 g/cmP

3

+ Dung trọng khô: γR k R = 0,977g/cm3 + Góc ma sát trong: ϕ = 3P

+ Dung trọng tự nhiên: γR tn R = 1,893 g/cmP

3

+ Dung trọng khụ: γR k R = 1,450g/cm3 + Góc ma sát trong: ϕ = 16P

0

+ Lực dính:C = 0,19 kg/cmP

2

Lớp 1: từ +0.5 đến -1,0 dày 1,5m là đất sét màu xám nâu, nâu vàng, trạng thái dẻo cứng

Lớp 2: từ -1,0 đến -8,0 dày 7,0m là sét màu xám đen xanh, có lẫn ít ổ cát hạt mịn mỏng, mảnh vụn sò, ốc, sạn sỏi vón kết vững chắc Trạng thái dẻo mềm dẻo chảy

Lớp 3: từ -8,0 đến -22,0 dày 14m là á sét nặng màu xám vàng, xám trắng, cát hạt vừa mịn, có lẫn sạn sỏi vón kết Trạng thái dẻo cứng, nửa cứng

Bảng 1.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền huyện Hòn Đất

1.2 Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu cho đê biển

Để có thể xây dựng được các công trình trên nền đất yếu có độ rỗng lớn, kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng, cần thiết phải áp

dụng các phương pháp gia cố nền đất Có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu,

có thể khái quát như sau:

1.2.1 Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng nền đất yếu [2][9]

Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể sử dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đất, đệm đá, bệ phản áp… để làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng (đặc biệt

là biến dạng không đều) của đất nền dưới tác dụng của tải trọng công trình Tuy nhiên, các biện pháp trên có những hạn chế khi lớp đất yếu có chiều dày lớn hoặc trong lớp đất yếu có nước áp lực cao

1.2.1.1 Đệm cát

Để tận dụng khả năng của các lớp dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ lớp đất yếu ở phía trên tiếp giáp với móng (thường là sét nhão, á sét nhão, á cát bão hòa nước, bùn, than bùn…) và thay thế bằng đất cát có cường độ chống cắt lớn, dễ thi công và là vật liệu địa phương Lớp cát được thay thế gọi là tầng đệm cát

Tầng đệm cát có các ưu điểm sau:

- Giảm độ lún của nền công trình và độ lún không đều, đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

- Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt

Ngoài ra do thi công đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp nên sử dụng tương đối rộng rãi Tuy nhiên, việc sử dụng đệm cát có những nhược điểm sau:

- Lớp đất yếu cần thay thế khá dày, chiều dày trên 3m, khi đó thi công khó, chi phí lớn

- Mực nước ngầm cao và nước có áp, vì cần phải hạ thấp mực nước ngầm và tầng đệm cát không ổn định (dễ bị xói ngầm, hóa lỏng)

1.2.1.2 Đệm đất

Vật liệu làm lớp đệm trong trường hợp này là sét pha cát, đôi khi dùng cát pha sét và sét So với cách gia cố bằng đệm cát thì đệm đất kinh tế hơn và tận dụng được vật liệu địa phương Đệm đất được dùng cho các công trình xây dựng trên nền đất đắp ở trạng thái ẩm và mực nước ngầm ở sâu

1.2.1.3 Bệ phản áp

Bệ phản áp là các khối đất đá đắp ở hai bên công trình để chống trượt do xuất hiện vùng biến dạng dẻo dưới nền đất yếu khi làm đường, đê, đập ở phía trên Bệ phản áp còn dùng để phòng lũ, chống sóng, chống thấm mất nước

1.2.2 Truyền tải trọng công trình xuống lớp chịu lực tốt [2][9]

Khi dưới lớp đất yếu là lớp chịu lực thì có thể dùng móng cọc Nhiệm vụ chủ yếu của móng cọc là truyền tải trọng từ công trình xuống các lớp đất ở dưới mũi cọc và ra các lớp đất xung quanh

Cọc là bộ phận kết cấu chế tạo bằng bê tông cốt thép hay gỗ (cọc tre, cọc tràm…) được dùng để tạo móng cọc Tùy theo kết cấu công trình mà các loại cọc sau được sử dụng:

- Cọc thép: thường dùng cọc thép ống hay cọc thép uốn chữ H Cọc thép được đóng vào đất có đầu hở hay đầu đóng Trong nhiều trường hợp sau khi đóng, cọc được đổ đầy bê tông

- Cọc bê tông: Có hai loại cọc bê tông đúc sẵn và cọc bê tông đổ tại chỗ Cọc

bê tông đúc sẵn làm bằng cốt thép thông thường, có tiết diện hình vuông hay lục giác Cốt thép giúp cho cọc có thể chống lại mô men uốn do tải trọng ngang Các cọc đúc sẵn theo chiều dài mong muốn và được bảo dưỡng trước khi vận chuyển tới công trình Cọc bê tông đúc sẵn có thể là cọc bê tông cốt thép ứng suất trước, dùng cốt thép có cường độ cao, có thể giảm 40-50% cốt thép lại nâng cao tính ổn định, chống nứt nẻ, uốn dọc khi vận chuyển và đóng cọc

Cọc bê tông đổ tại chỗ thực hiện bằng cách tạo hố trong đất rồi đổ bê tông đầy hố Có hai loại: cọc được chống và không được chống Cả hai loại đều có bệ

ở đáy

- Cọc gỗ: có ưu điểm là nhẹ, chế tạo đơn giản, vận chuyển thi công dễ dàng Nếu cọc gỗ luôn ở dưới nước thì tuổi thọ tới hàng trăm năm Nhược điểm là có sức chịu tải không cao, hạn chế về chiều dài, tiết diện, dễ bị hà mục, hư hỏng

- Cọc hỗn hợp: phần trên và dưới cọc hỗn hợp có thể làm bằng vật liệu khác nhau Chẳng hạn có thể là cọc: thép và bê tông hoặc gỗ và bê tông Cọc thép và

bê tông gồm có phần dưới là thép và phần trên là bê tông đổ tại chỗ Loại cọc này dùng khi chiều dài cọc để cho sức chịu thích hợp vượt sức chịu tải của các cọc bê tông đổ tại chỗ riêng lẻ Cọc gỗ và bê tông thường gồm cọc gỗ ở phía dưới thấp hơn mực nước ngầm thường xuyên và phần trên là bê tông Thường khó nối tiếp hai loại vật liệu khác nhau này nên cọc hỗn hợp không được dùng rộng rãi

1.2.3 Các phương pháp làm tăng độ chặt nền đất yếu [2][9][8][10]

Với đất có độ rỗng lớn, ở trạng thái rời, bão hòa nước có tính nén lớn hay đất

có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng tải trọng còn nhỏ (đất bùn, than bùn, đất dính ở trạng thái chảy…), để tăng độ chặt của nền tạo điều kiện để nền đất có khả năng chịu lực, hạn chế độ lún và chênh lệch lún, khi xây dựng công trình, có thể dùng phương pháp làm tăng độ chặt nền đất yếu sau đây: cọc cát, cọc đất, giếng cát, nén trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt trên mặt và dưới sâu

Không nên dùng cọc cát trong các trường hợp đất quá nhão (khi hệ số rỗng nén chặt ε>1), và khi lớp đất yếu có chiều dày mỏng <2m thì nên dùng đệm cát

C với nhiệt lượng

280 Kcal/1Kg canxi Do vậy, làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi, đất giảm độ ẩm và nén chặt nhanh Ngoài ra khi tôi, vôi tăng thể tích lên 2 lần làm cho đất xung quanh nén chặt thêm

Khi dùng cọc vôi, độ ẩm đất giảm 5-8%, mô đun biến dạng tăng 3-4 lần, lực dính tăng 1,5-3 lần, cường độ nền cọc vôi tăng 2-3 lần

Hiệu quả nén chặt bằng cọc vôi hạn chế trong đất quá nhão yếu (độ sệt >1)

như bùn gốc sét, sét nhão là do các loại này khó thoát nước

b Cọc đất- vôi

Gia cố bằng cọc đất- vôi làm tăng độ bền chống cắt lên hàng chục lần Sức chống cắt không thoát nước có thể đạt tới 1000 Kpa Nhờ cường độ cọc đất vôi tăng lên rõ rệt nên có thể dùng cọc này làm tường cừ hoặc làm nền cho móng công trình

- Làm tường cừ: tường cừ bằng cọc đất- vôi làm thành một dãy sát nhau, tùy theo yêu cầu của từng loại công trình

Áp lực chủ động của đất càng lớn thì cần nhiều dãy cọc Dùng cọc đất- vôi

để làm tường cừ bảo vệ mái dốc và thành hố móng

- Làm nền cho móng công trình: do cọc đất- vôi làm tăng sức chịu tải của nền

từ 3 đến 5 lần, nên dùng cọc này để gia cố nền

Cọc đất vôi được thi công bằng các máy chuyên dụng Lưỡi khoan có đường kính 500mm để tạo lỗ và làm đất tơi ra tại chỗ Khi khoan đến độ sâu thiết kế thì bắt đầu phun vôi Với bột được chứa trong xi lô có dung tích 2,5m3, do áp lực khoảng 10at tạo bởi một máy nén khí được đẩy ra khỏi xi lô, qua ống dẫn bằng cao su và cần khoan lỗ, chui ra từ lỗ nhỏ với đường kính 30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào đất Vôi bột tác dụng với nước lỗ rỗng trong đất tạo nên liên kết xi măng và silicats hóa Các liên kết đó gắn kết các hạt khoáng kết trong đất lại và làm cho đất trở nên cứng hơn một cách rõ rệt

Để gia cố sâu nền đất yếu, dùng cọc đất – ximăng được chế tạo theo 2 phương pháp: trộn khô và trộn ướt Phương pháp trộn khô bằng cách dùng máy khoan kiểu khoan đĩa hoặc khoan guồng xoắn, khoan đến chiều sâu thiết kế và được rút lên khi xoay ngược chiều Xi măng khô được đưa vào và trộn với đất nhờ các cánh quay, quá trình khuấy trộn đồng thời cũng làm chặt đất trong cọc Phương pháp trộn ướt sử dụng công nghệ Jet-grouting (hay còn gọi là khoan phụt cao áp) dùng các tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao (từ 200-400atm), vận tốc lớn (>100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hòa trộn với vữa phụt, khi đông cứng tạo thành một khối xi măng đất đồng nhất Ngày nay, cọc xi măng- đất thi công theo công nghệ Jet-grouting với những ưu

điểm nổi bật, đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở trong nước và quốc tế (TCCS 05:2010/VKHTLVN, tiêu chuẩn Châu Âu

EN 12716:2001,…) Những ưu điểm của công nghệ khoan phụt cao áp:

- Phạm vi sử dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đến sỏi cuội

- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp đất tốt

- Có thể xử lý dưới móng hoạc kết cấu hiện có mà không ảnh hưởng đến công trình

- Thi công được trong nước

- Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận

- Thiết bị thi công nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế, nhiều chướng ngại vật

Khi gặp nền đất yếu như than bùn, than bùn, sét và á sét dẻo nhão, á cát bão hòa nước thì có thể dùng phương pháp gia tải nén trước nhằm:

- Làm tăng sức chịu tải của đất nền

- Tăng nhanh thời gian cố kết, làm cho độ lún nhanh ổn định

Để đạt được mục đích đó, người ta tiến hành chất tải trọng (bằng cát, sỏi, gạch, đá, các khối bê tông) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình định thiết kế trên nền đất yếu để nền chịu tải và lún trước khi xây dựng thực Kết hợp có thể dùng giếng cát hay bản giấy thấm để nước lỗ rỗng để thoát, tăng nhanh quá trình

cố kết của đất nền

a Phương pháp nén trước không dùng giếng thoát nước

Phương pháp này sử dụng khi cấu tạo địa chất tự nhiên ở vùng đã có các lớp thoát nước (thường là lớp cát) cho lớp đất yếu cần gia cố Khả năng thoát nước

có thể một chiều xuống lớp cát nằm dưới hoặc lên lớp cát nằm trên hoặc hai chiều- thấm lên và xuống hai lớp cát nằm kẹp ở trên và ở dưới lớp đất yếu Để đảm bảo điều kiện thoát nước tốt, chiều dày tầng đất yếu không nên lớn quá 3m

Còn áp lực nén trước thì bằng đúng hay lớn hơn (khoảng 20%) tải trọng công trình sẽ xây dựng Chọn lớn hơn để tăng nhanh quá trình cố kết, tuy nhiên không nên lớn quá để tránh làm cho nền đất yếu bị phá hoại

b Phương pháp nén trước dùng giếng cát

Việc sử dụng giếng cát là để thoát nước nhanh cho tầng đất yếu vì thế cố kết nhanh hơn và độ lún chống ổn định cao hơn Giếng cát có kích thước (đường kính và chiều dài) tương tự nhau, nhưng khoảng cách các giếng cát thì lớn hơn của cọc cát (cọc cát có nhiệm vụ chủ yếu là nén chặt đất, tăng sức chịu tải của nền, còn tác dụng thoát nước lỗ rỗng là nhiệm vụ thứ yếu)

c Phương pháp nén trước dùng bấc thấm

Bấc thấm có tác dụng như giếng cát, nhưng có nhiều ưu điểm hơn:

- Chế tạo trong nhà máy nên có thể sản xuất được khối lượng lớn;

- Thi công nhanh bằng máy chuyên dùng

- Thoát nước lỗ rỗng tốt hơn giếng cát, do đó quá trình cố kết đất nhanh hơn Một bấc thấm có tác dụng thoát nước như một giếng cát có đường kính 18cm có cùng chiều dài

- Giá thành bấc thấm chỉ bằng 25% so với giếng cát

Bấc thấm bằng nhựa mềm có chiều rộng 10mm, dài 3mm, gồm 2 lớp nhựa, kẹp giữa là 10 rãnh thoát nước với tiết diện 3mmP

2

P

Do có lớp nhựa mềm bọc ngoài nên lớp giấy thấm nước bằng bìa ở trong có thể bảo tồn và làm việc tốt trong khoảng 2-3 năm Thời gian đó đủ để làm việc thoát nước lỗ rỗng và nén trước đạt yêu cầu

Sau khi đặt xong bấc thấm, dùng cát hoặc sỏi để làm tải trọng nén trước Tải trọng nén tăng lên dần dần cho đến tải trọng thiết kế của công trình để nền đất lún đều và không bị lún đột ngột Sau đó quan trắc độ lún của đất nền cho đến khi lún ổn định theo dự kiến, rồi dỡ tải và xây dựng công trình

Nói chung phương pháp gia tải nén trước dùng giếng cát và bấc thấm chỉ nên dùng khi diện tích xây dựng lớn Còn đối với các công trình đơn độc, diện tích xây dựng nhỏ thì nên dùng giải pháp gia cố nền khác hợp lý hơn

d Phương pháp hút chân không

Hiện nay, phương pháp này mới chỉ được áp dụng ở một số nước tiên tiến trên thế giới, bởi giá thành cao và thiết bị thi công đòi hỏi người vận hành phải có trình độ nhất định Đối với Việt Nam thì phương pháp này ít được sử dụng

1.2.4 Đất có cốt bằng vải địa kỹ thuật [9]

Vải địa kỹ thuật được sử dụng từ năm 1970 và hiện được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, được làm bằng các chế phẩm dầu mỏ như polyeste, polyethylen, polypropylene…

Vải địa kỹ thuật chia ra loại được dệt (gồm hai nhóm sợi song song được bố trí có hệ thống để tạo cấu trúc phẳng) được đan (các vòng của một hay nhiều sợi móc vào nhau để tạo cấu trúc phẳng) hay không dệt (các sợi hay sơ ngắn sắp xếp định hướng hay ngẫu nhiên trong cấu trúc phẳng)

Đối với đê biển, thì việc sử dụng vải ĐKT với các mục đích chủ yếu sau:

- Phân cách đất đắp và nền;

- Vải có chức năng dẫn nước ngang, giúp tăng nhanh cố kết;

- Nhờ có tương tác đất và cốt, và khả năng chịu kéo của vải mà ứng suất, biến dạng của nền đê được giảm nhỏ hơn so với khi không sử dụng vải,

và hệ số ổn định cũng được nâng cao Thông thường, việc bố trí vải với mục đích gia cố được thể hiện qua hai sơ đồ bố trí như hình 1.1:

Trong chương 1 tác giả đã tổng quan được địa chất nền đê biển Việt Nam, được thể hiện ở cả ba miền Bắc Bộ, Trung Bộ và Nam Bộ Hầu hết nền đê là nền

đất yếu Việc xây dựng các tuyến đê biển này cần phải có giải pháp xử lý hợp lý

để đảm bảo ổn địn cho công trình, tác giả cũng đã tổng quan được các giải pháp

xử lý hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới, phân tích ưu và nhược điểm của từng phương pháp Từ đó đối với mỗi công trình cụ thể mà người thiết kế có thể lựa chọn được giải pháp tối ưu

CHƯƠNG II

C Ơ CHẾ PHÁ HOẠI CỦA ĐÊ BIỂN KHI XÂY DỰNG TRÊN NỀN

ĐẤT YẾU

Đất yếu là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0 daN/cmP

Trong thực tế đất yếu thường có độ ẩm cao và sức kháng cắt không thoát nước thấp Mực nước ngầm trong nền đất thường nằm gần bề mặt, cách từ 0,5 đến 2,5 m Một số trường hợp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả lớp than bùn Tại một số địa phương tại đồng bằng Sông Mekong, lớp than bùn có thể dày

từ 3 ÷ 7 m Đối với một số loại đất, độ lún do lún sơ cấp chiếm từ 14 ÷ 45% độ lún tổng cộng Trong một số khu vực của thành phố, mặt cắt địa kỹ thuật cho thấy nền đất bao gồm các lớp đất với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau

Nói chung đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao Một vài chỉ số tiêu biểu của đất yếu được trình bày dưới đây để tham khảo:

- Độ ẩm: 30% hoặc lớn hơn cho đất cát pha

- 50% hoặc lớn hơn cho đất sét

- 100% hoặc lớn hơn cho đất hữu cơ

- Chỉ số N của xuyên động tiêu chuẩn: 0 ÷ 5

- Sức kháng cắt không thoát nước: <35 Kpa

- Nén một trục có nở hông: 50 Kpa hoặc nhỏ hơn

Đất yếu được hình thành do các nguồn gốc sau: (1) Đất trầm tích trên các vùng đồng bằng; (2) Đất than bùn do cháy rừng trong quá khứ; (3) Đất lắng đọng

trong các thung lũng; (4) Đất lấn biển, đất đắp; (5) Đất cát không chặt NR 30 R (SPT

<10), độ ẩm W>30%, dễ bị hóa lỏng do tải trọng động, động đất

Một số đặc trưng tiêu biểu của đất yếu được tổng kết trong bảng 2.1:

Bảng 2.1 Một số đặc trưng tiêu biểu của đất yếu

C e

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu thường phải đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết:

+ Độ lún: Độ lún có giá trị lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất Trong nhiều trường hợp tôn nền xây dựng nhà máy trên đất yếu có độ lún lên đến 2 và 3 m

+ Ổn định: Sức chịu tải của móng, ổn định của nền đắp, ổn định của mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ đất nền không đủ lớn Tại khu vực cầu

Văn Thánh TP Hồ chí Minh, có hiện tượng lún tới 1,3m trong 3 tháng và gây trượt đất làm nứt các công trình cầu cách đến 50 m

Việc xác định trạng thái ứng suất khi thiết kế là điều bắt buộc khi thiết kế công trình do đất nền không phải là môi trường đàn hồi hoàn toàn, để xác định ứng suất trong nền người ta phải giả thuyết nền đất làm việc theo một mô hình nào đó để có thể mô tả và giải bài toán tìm ứng suất phân bố trong nền Có nhiều

mô hình nền:

- Mô hình biến dạng tuyến tính;

- Mô hình biến dạng phi tuyến;

- Mô hình đàn dẻo

Mô hình đàn - dẻo là mô hình kết hợp giữa lý thuyết đàn hồi và lý thuyết dẻo

mô tả đúng hơn với sự làm việc của nền đất

Thông thường người ta có thể xác định trạng thái ứng suất này thông qua các

phương pháp giải tích hay phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

K – là hệ số là một trong các giá trị sau:

+ K = KR 0 R = 1-sinϕ (hệ số áp lực đất tĩnh) trong trường hợp đất nền ở trạng thái cân bằng đàn hồi không có áp lực hông

Biến dạng tại một điểm bất kỳ liên quan đến trạng thái ứng suất tại điểm đó theo công thức của Định luật Huc (tính theo bài toán phẳng):

2.2.2 Ph ương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và phần mềm Plaxis

2.2.2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn

Các phương pháp giải tích có hạn chế những điều kiện tải trọng và điều kiện biên nhất định Hiện nay cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì việc giải quyết các bài toán địa kỹ thuật cho phép áp dụng rộng rãi phương pháp PTHH, phương pháp này rời rạc hóa miền tính toán bằng các PTHH được kết hợp với nhau bởi các nút, cho phép xác định được thấm, trạng thái ứng suất, biến dạng của tất cả các điểm trong miền Bằng phương pháp này người ta có thể mô

tả được nhiều lớp bài toán có điều kiện biên và tải trọng phức tạp Đã có nhiều phần mềm thương mại được sử dụng ngày càng phổ biến như: PLAXIS (Hà Lan), GEOSLOPE (Canada)

2.2.2.2 Giới thiệu phần mềm Plaxis

Phần mềm PLAXIS do trường đại học tổng hợp Delft của Hà Lan xây dựng

và phát triển dựa trên nguyên lý phương pháp PTHH Các mô hình được sử dụng

trong phần mềm Plaxis:

- Mô hình Liner Elastic;

- Mô hình Mohr- Coulomb;

- Mô hình Soft soil model;

- Mô hình Hardening soil model;

- Mô hình Soft soil creep model;

- Mô hình Jointed Rock model;

Việc lựa chọn mô hình tính toán phụ thuộc vào từng công trình cụ thể Hiện nay, phần mềm được sử dụng rộng rãi trên thế giới đặc biệt là ở Châu Âu và đã giải quyết được nhiều bài toán rất phức tạp

Trong luận văn này tác giả chọn phần mềm PLAXIS để mô phỏng vấn đề nghiên cứu bởi một số lý do sau:

- Đơn giản, dễ sử dụng, tính ổn định cao và rất thân thiện với người dùng

- Tính toán thấm, trạng thái ứng suất, biến dạng của nền đất, có kết hợp được vải ĐKT, kết cấu bê tông cốt thép và đặc biệt là xét được trạng thái ứng suất, biến dạng thay đổi theo thời gian

- Có thể giải quyết các bài toán liên quan đến áp lực lỗ rỗng thủy tĩnh và không thủy tĩnh của đất nhiều pha Sự tương tác giữa công trình và môi trường đất với các tải trọng tĩnh và động

- Sử dụng mô hình tính Mohn – Coulomb bởi việc xác định các thông số đầu vào như:

2.3 Các dạng phá hoại của đê biển khi xây dựng trên nền đất yếu

Cũng như nhiều loại công trình khác, khi xây dựng đê biển thông thường có

2 bài toán thường phải đặt ra: (1) Vấn đề về ổn định tổng thể của đê biển; (2) Vấn

đề về biến dạng quá lớn

2.3 1 Những vấn đề về ổn định [2]

Khi xây dựng đê biển trên nền đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất Nếu sự tăng ứng suất vượt qua một ngưỡng giới hạn nào đó, phụ thuộc vào các tính chất cơ học của đất, thì nền đất yếu sẽ bị phá họai khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều và đột ngột Cùng với sự lún sụt của nền đắp, nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên tương ứng Thông thường những phá họai xảy ra thường có hai dạng: (1) Phá hoại do lún trồi; (2) Phá hoại do trượt sâu

Những quan sát được trên hiện trường, cho thấy toàn bộ nền đắp lún võng vào nền đất yếu ( xem hình 2.1) đẩy trồi đất phía chân đê biển tạo thành bờ gần chân đê

§Êt yÕu

Kiểu phá họai này thường gặp trong khi xây dựng công trình trên tuyến đê biển mới Một cung trượt tròn sinh ra do nền đắp bị lún cục bộ (xem hình 2.2) Hậu quả của việc lún này là một bộ phận của nền đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá họai bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất

và các đặc trưng cơ học của vật liệu dưới nền đắp Do đất nền bị trượt mà sinh ra

một hoặc nhiều vết nứt mấp mụ dốc đứng hoặc cỏc dốc đứng cú biờn độ tới vài một

Đất yếu

Đất yếu

Nhiều nghiờn cứu của cỏc tỏc giả cho thấy rằng sự phỏ hoại của nền đờ biển

do lỳn trồi hoặc trượt sõu vỡ chiều cao của cụng trỡnh đắp phớa trờn lớn, trong khi

đú sức chịu tải của nền đất yếu lại nhỏ Khi tải trọng của cụng trỡnh vượt quỏ sức chịu tải của nền đờ biển thỡ cỏc hiện tượng trờn sẽ xảy ra Cỏc quan sỏt trờn hiện trường cho thấy hiện tượng trờn xảy ra rất nhanh trong quỏ trỡnh thi cụng hoặc sau khi thi cụng trong thời gian ngắn Nhiều kết quả nghiờn cứu cho thấy cỏc chuyển động chớnh kộo dài trong vài giờ và cỏc chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần

Phần nâng cấp mặt

đê

Tuy nhiên trong thực tế cũng có những phá họai khác xảy ra sau khi thi công xong công trình vài tháng hoặc có khi kéo dài vài năm Sau đó do yêu cầu nâng cao mặt đê biển (xem hình 2.3) hoặc đất ở chân đê bị đào do nạo hút do yêu cầu giao thông thủy (xem hình 2.4)

2.3 2 Những vấn đề về lún [2]

Cùng với sự phá hoại do mất ổn định, lún là quá trình biến dạng chậm của đất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân đất đắp và tải trọng ngòai trong quá trình khai thác Biến dạng của đê biển trên đất yếu bao gồm biến dạng của bản thân đê và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đê Thông thường các biến dạng này thường do các lọai biến dạng sau gây ra: (1) Biến dạng nén chặt; (2) Biến dạng đàn hồi; (3) Biến dạng từ biến

Biến dạng nén chặt do các hạt rắn xê dịch lại gần nhau dưới tác dụng của ứng suất pháp tuyến, cho nên biến dạng nén chặt là loại biến dạng làm thu hẹp các lỗ rỗng trong đất, làm giảm thể tích của đất Đối với đất sét bão hòa nước biến dạng nén chặt có thể kéo dài hàng trăm năm do phụ thuộc vào yếu tố tốc độ

ép đẩy nước ra khỏi đất Khả năng phục hồi biến dạng nén chặt (khi dỡ tải) rất nhỏ vì gradient thấm thoát ban đầu của đất đã tăng cao do nén chặt đất

Biến dạng đàn hồi do đàn hồi của kết cấu hạt rắn, của các loại nước và khí trong đất Biến dạng đàn hồi thường xảy ra trong giây lát khi có tác dụng của tải trọng và có khả năng phục hồi hoàn toàn nếu độ chặt của đất không thay đổi Tuy nhiên giá trị của biến dạng đàn hồi thường là rất nhỏ so với biến dạng nén chặt

Chân đê bị hẫng

Biến dạng từ biến là biến dạng xảy ra trong giai đoạn cố kết thứ 2 của đất

Trong giai đọan này quá trình ép đẩy nước ra khỏi đất ngưng lại do tương quan giữa Gradient nén và Gradient ban đầu trong đất Trong trường hợp này biến dạng từ biến nén lún của đất xảy ra dưới tác dụng của bản thân đất và tải trọng ngoài chủ yếu là do sự tăng cao độ chặt của các màng nước liên kết xung quanh các hạt rắn, do đó làm tăng cao theo thời gian độ nhớt (η) của đất Lưu ý rằng biến dạng từ biến thường xảy ra trong một thời gian dài và trị số này thường đạt tới giá trị khá lớn

Có hai dạng phá hoại thường xảy ra khi xây dựng đê biển trên nền đất yếu

Đó là phá hoại do mất ổn định tổng thể và lún quá mức cho phép Cả hai dạng phá hoại này đều liên quan đến thuộc tính của vật liệu nền đê biển Nói cụ thể hơn là các đặc trưng kháng cắt của đất như góc ma sát trong ϕ, lực dính C và Mô đun biến dạng của đất E Việc nghiên cứu các biện pháp cải tạo nền là nhằm tăng cường các thuộc tính trên nhằm 3 mục đích: (1) Giảm áp lực ngang dẫn đến giảm chuyển vị ngang; (2) Tăng cường mô đun biến dạng giảm tính nén lún từ đó sẽ giảm được áp lực nước lỗ rỗng và độ lún của công trình Mục đích cuối cùng là đảm bảo an toàn cho đê biển khi xây dựng trên nền đất yếu

CH ƯƠNG III GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỌC XI MĂNG ĐẤT VỚI VẢI ĐỊA KỸ

THUẬT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN

3.1.1 Các sơ đồ bố trí cọc xi măng đất gia cố nền đất yếu [3][10]

Hình 3.1 giới thiệu một số sơ đồ bố trí cọc xi măng-đất thông thường để xử lý nền cho đê biển

Kiểu 1-Dải; 2- Nhóm, 3- Lưới tam giác, 4- Lưới vuông

Ngoài cách bố trí thông thường như trên trong một số trường hợp khác, các cọc xi măng-đất còn được bố trí như sau Hình 3.2 giới thiệu một số sơ đồ bố trí đặc biệt khác để xử lý nền đê biển

Kiểu 1- Dạng khối; 2- Dạng tường; 3- Dạng kẻ ô; 4- Dạng cột; 5-Cột tiếp xúc;

Trường hợp bố trí xử lý như hình 3.2 thường ít khi được sử dụng bởi vì lý do việc bố trí như trên sẽ dẫn đến tốn kém về mặt kinh tế bởi số lượng cọc cần thiết quá nhiều

Thông thường, để xử lý nền cho đê biển người ta thường bố trí như trên sơ

đồ hình 3.1 đó là cách bố trí theo kiểu dải và bố trí cọc theo kiểu nhóm Theo cách truyền thống người ta thường bố trí theo kiểu dải về hai phía của đê biển và các cọc xi măng-đất có chiều dài đến tận lớp đất tốt phía dưới (hình 3.3a) Cách

bố trí thứ 2, có tên gọi là dạng bố trí “dạng treo” với tỷ lệ gia cố thấp dưới 20% (hình 3.3b) Hình thức của cách bố trí này là các cọc xi măng-đất được bố trí theo kiểu nhóm (dạng bố trí hình vuông hoặc tam giác) theo mật độ nhất định tùy thuộc vào từng bài toán cụ thể Điểm đặc biệt của cách bố trí này là các cọc lơ lửng trong lớp đất yếu chứ không cắm sâu vào tầng đất chịu lực tốt

Ưu điểm của cách bố trí theo kiểu truyền thống là tốc độ thi công nhanh do việc thi công các cọc tập trung ở một vị trí, hạn chế việc di chuyển định vị Hạn chế của nó là mức lún tại tâm vị trí đê biển thường là lớn hơn so với cách bố trí theo kiểu dạng treo

Các kết quả nghiên cứu đã chứng tỏ rằng với cách bố trí theo kiểu “Dạng treo” sử dụng tỷ lệ gia cố thấp dưới 20% có hiệu quả kinh tế cao Những ưu điểm

cơ bản của cách bố trí này như sau:

- Rất dễ đạt được cường độ kháng cắt hiệu quả trong khoảng 100÷400 Kpa trong thời gian 4 tuần Với cường độ kháng cắt này có thể đáp ứng được hầu hết yêu cầu xử lý nền đê biển

- Vì toàn bộ mặt đáy của phần đắp được gia cố ở phần trên, do đó biến dạng sang ngang của phần bên của phần đắp do lún ở phần trung tâm sẽ được giảm nhỏ hơn so với cách bố trí theo kiểu truyền thống

- Do giảm hiệu quả mức lún, vì vậy tiết kiệm được khối lượng đất đắp

a Bố trí theo cách truyền thống b Bố trí dạng treo

3.1.2 Lựa chọn sơ đồ bố trí hợp lý cho đê biển

Qua phân tích ưu nhược điểm của các sơ đồ bố trí cọc xi măng đất gia cố nền đất yếu, ta chọn kiểu bố trí theo kiểu “dạng treo” với tỷ lệ gia cố thấp dưới 20% để xử lý nền cho đê biển

3.1.3 Ứng xử của cọc xi măng đất trong nền đất yếu khi chịu tải và các hạn chế của các quan điểm tính toán xử lý nền bằng cọc xi măng đất hiện nay [3][8]

Dưới tác động của tải trọng (tĩnh và động) cọc và nhóm cọc ximăng-đất sẽ tương tác với đất nền xung quanh cọc Sự tương tác này làm cho cọc và nhóm cọc ximăng-đất có một sức chịu tải nhất định Chính sự tương tác này gây ra phần ứng suất tăng thêm trong bản thân cọc ximăng-đất và đất nền xung quanh cọc Đối với cọc đơn hay đối với nhóm cọc ximăng-đất vấn đề hiệu quả hay không hiệu quả phụ thuộc vào việc có tận dụng được sự làm việc của đất nền tại chỗ hay không? Tuy nhiên do bản thân vấn đề phức tạp, những nghiên cứu về vật liệu và ứng xử của cọc và nhóm cọc xi măng đất chưa nhiều nên những tranh luận xung quanh vấn đề này vẫn còn tiếp tục Song, do tính phức tạp của vấn đề nên việc tính toán sức chịu tải và biến dạng của nền đất gia cố bằng cột ximăng-đất vẫn còn là vấn đề tranh luận nhiều Các tranh luận đó xoay quanh các vấn đề

về bản thân vật liệu xi măng-đất (XMĐ), về tương tác giữa cọc XMĐ và đất nền xung quanh, về hiệu ứng của nhóm cọc vv Sở dĩ các quan điểm giữa các truờng phái lý thuyết hiện nay chưa hoàn toàn thống nhất với nhau bởi vì bản thân vấn