28
1.1 – KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU.
1.1.1 Khái niệm chung về nền đất yếu.
Khái niệm "đất yếu" vẫn chưa được xác định rõ ràng và phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất cũng như khả năng chịu lực của nó so với tải trọng từ móng công trình Đất yếu thường được định nghĩa là những loại đất có khả năng chịu lực khoảng 0,5 – 1,0 KG/cm², với tính nén lún mạnh, và nếu không có biện pháp xử lý, việc xây dựng trên loại đất này sẽ gặp khó khăn hoặc không thể thực hiện Đặc điểm của đất yếu là gần như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε > 1,0), hệ số nén lún cao (α có thể lên đến vài phần mười hoặc vài ba đơn vị), và môđun tổng biến dạng nhỏ.
Đất yếu thường có trị số E0 ≤ 50kG/cm² và trị số chống cắt không đáng kể Các loại đất này bao gồm đất sét mềm có nguồn gốc từ nước, cát hạt nhỏ, mịn, than bùn, và các trầm tích bị mùn hóa Mặc dù chúng có thành phần khoáng vật đa dạng, nhưng thường có những điểm tương đồng về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng.
Đất yếu có thể hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau, bao gồm điều kiện lục địa, vũng, vịnh và biển Trong số đó, nguồn gốc lục địa có thể bao gồm tàn tích (eluvi) và sườn tích.
Đất đắp có nguồn gốc từ nhiều yếu tố như deluvi, hồng tích, gió, lầy, băng và hoạt động của con người Các vũng vịnh thường hình thành tại cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển Đất có nguồn gốc từ biển thường xuất hiện ở vùng nước nông, không vượt quá 200m, trên thềm lục địa.
Các loại đất khác nhau tồn tại do sự ảnh hưởng của thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, cũng như vị trí không gian, điều kiện địa lý và khí hậu, cùng với những biến đổi diễn ra sau khi đất được hình thành.
Trong xây dựng tại Việt Nam, đất sét yếu bão hòa nước và cát lẫn bùn bão hòa nước thường gặp, đặc biệt ở đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu Long Những loại đất này có tính chất đặc biệt và thể hiện các đặc điểm chung của đất yếu Nhiều công trình đê quai, như đê quai tại đập dâng Văn Phong (Bình Định), đê quai ở đập chính Ngàn Trươi (Hà Tĩnh), và đê quai tại Hồ Tả Trạch (Thừa Thiên Huế), được xây dựng trên nền đất yếu.
Đất sét yếu được xác định bởi mối liên kết giữa các hạt, có khả năng nén chặt và củng cố dưới ứng suất Độ bền của loại đất này khi chịu lực phụ thuộc vào lực dính C, và ngay cả dưới áp lực nhỏ, mức độ nén lún cũng có thể đạt giá trị đáng kể Quá trình biến dạng của đất sét yếu diễn ra chậm và kéo dài theo thời gian.
Khi nén một trục, mẫu đất sét yếu có trị số nở không lớn Trong quá trình nén không nở hông, các hạt trong đất xảy ra sự dịch chuyển Biến dạng của đất sét yếu có thể được chia thành nhiều dạng khác nhau.
- Biến dạng khôi phục, gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
- Biến dạng dư, chỉ gồm biến dạng cấu trúc.
Biến dạng của đất sét yếu xảy ra khi các mối liên kết cấu trúc bị phá hủy, cùng với sự biến dạng của các màng hấp phụ nước.
Khi tải trọng không vượt quá độ bền của mối liên kết cấu trúc, đất chỉ thể hiện tính chất đàn hồi Tuy nhiên, ở đất sét yếu, độ bền cấu trúc thấp dẫn đến biến dạng đàn hồi không đáng kể Khi tải trọng vượt qua độ bền cấu trúc, biến dạng dẻo phát triển nhanh chóng và có thể vượt quá biến dạng thuận nghịch Biến dạng khôi phục được chia thành hai phần: khôi phục tức thời và khôi phục chậm muộn, trong đó phần khôi phục tức thời là biến dạng đàn hồi thực sự, nhưng ở đất yếu, trị số này thường không đáng kể.
Các loại biến dạng chủ yếu của đất sét là biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
Biến dạng cấu trúc là hiện tượng xảy ra khi các hạt và khối đất trượt tương đối lên nhau, dẫn đến tăng mật độ trong một đơn vị thể tích Khi ứng suất vượt quá mức chịu đựng của lực dính kết, các thành phần đất có thể bị dịch chuyển, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của nền Đất sét yếu, với tính chất dẻo nhớt và khả năng thay đổi độ bền dưới tải trọng lâu dài, thể hiện tính chất lưu biến Dưới tác động của lực không đổi, quá trình khôi phục và củng cố do hiện tượng xúc biến diễn ra, đặc biệt rõ ràng ở lớp đất sét xung quanh cọc đóng, nơi lực dính C phục hồi về trạng thái ban đầu sau một thời gian.
Trong tính chất lưu biến của đất sét, bên cạnh sự dão, còn có hiện tượng trùng ứng suất, tức là sự giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng giữ ổn định Thời gian mà ứng suất gây ra biến dạng giảm đi e = 2,71828… lần được gọi là chu kỳ trùng ứng suất, và chu kỳ này phụ thuộc vào hệ số nhớt cũng như môđun đàn hồi trượt.
Chu kỳ trùng ứng suất lớn dẫn đến thời gian dài hơn để thể hiện tính chất dão, trong khi chu kỳ trùng ngắn làm giảm thời gian thể hiện tính đàn hồi của đất Đặc biệt, ở đất sét, chu kỳ trùng ứng suất thường rất ngắn.
Trong tính toán nền công trình với đất có tính chất lưu biến, có hai phương pháp chính được áp dụng: phương pháp tính theo độ bền lâu dài (trạng thái giới hạn thứ nhất) và phương pháp tính theo biến dạng dão (trạng thái giới hạn thứ hai) Cả hai phương pháp này đều khác biệt so với cách tính toán thông thường, vì chúng đều xem xét ảnh hưởng của yếu tố thời gian.
Trong tính toán lún, hiện tượng lưu biến được khảo sát thông qua mức độ thể hiện dão của từng loại đất, dựa trên các mô hình khác nhau Nghiên cứu mối tương quan giữa yếu tố dão và thấm trong quá trình cố kết của đất là cần thiết, nhằm tìm ra các liên hệ thích hợp để biểu thị mối quan hệ này.
46
ĐÊ QUAI VÀ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ QUAI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 2.1 ĐÊ QUAI VÀ SỰ PHÂN LOẠI ĐÊ QUAI.
2.1.1 Sự hình thành đê quaivà đặc điểm của đê quai Đặc điểm thi công các công trình thủy lợi là:
Việc xây dựng trên các sông, suối, kênh rạch trong vùng đồi núi hoặc bãi bồi thường gặp khó khăn do móng thường sâu dưới mặt đất tự nhiên, đặc biệt là dưới mực nước ngầm Quá trình thi công dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như dòng nước mặt, nước ngầm và nước mưa, gây ra những bất lợi cho công trình.
- Nhiều dạng công tác với khối lượng rất lớn và thi công trong điều kiện địa hình, địa chất không thuận lợi.
- Phần lớn công trình thủy lợi là dùng vật liệu địa phương, vật liệu tại chỗ.
Trong quá trình thi công, cần đảm bảo hố móng luôn khô ráo và đồng thời đáp ứng các yêu cầu sử dụng nước ở hạ lưu ở mức cao nhất.
Để đảm bảo hố móng khô ráo trong quá trình thi công, cần dẫn nước dòng sông từ thượng lưu về hạ lưu qua các công trình dẫn dòng Đồng thời, cần đắp đê quai bao quanh hố móng, bơm cạn nước, và thực hiện công tác nạo vét, xử lý nền để xây dựng móng công trình hiệu quả.
Đê quai là công trình ngăn nước tạm thời, có chức năng ngăn cách hố móng với dòng chảy, giúp công tác thi công trong hố móng được diễn ra khô ráo Do tính chất tạm thời và yêu cầu phải phá bỏ sau khi sử dụng, kết cấu của đê quai cần phải gọn nhẹ, an toàn, dễ dàng xây dựng và tháo dỡ.
Căn cứ vào vị trí tương đối giữa đê quai và phương nước chảy người ta chia ra: đê quai ngang (thượng, hạ lưu) và đê quai dọc.
Đê quai có thể được phân loại dựa trên cấu tạo và vật liệu sử dụng, bao gồm: đê quai bằng đất, đá đổ, bó cây, đất và cỏ, bản cọc gỗ, bản cọc thép, khung gỗ và bê tông.
2.1.2.1 Đê quai bằng đất. Đê quai bằng đất có những đặc điểm nổi bật sau:
- Không cho phép nước tràn qua.
- Có thể đắp trực tiếp lên trên bất cứ loại nền nào
- Tất cả các loại đất tại chỗ nếu chứa ít chất hữu cơ và muối hòa tan đều có thể sử dụng được.
- Kỹ thuật thi công đơn giản, xây dựng và tháo dỡ dễ dàng
Tuy nhiên đê quai đất cũng có những khuyết điểm nhất định:
- Tiết diện và khối lượng lớn
- Lưu tốc cho phép xói nhỏ thường 0,7m/s
Đê quai bằng đất thường có mặt cắt hình thang, với chiều rộng đỉnh không nhỏ hơn 2m, tùy thuộc vào yêu cầu thi công như làm đường vận chuyển Độ dốc của mái đê phụ thuộc vào loại đất và phương pháp thi công Đê quai có thể được đắp bằng đất đồng chất hoặc bằng nhiều loại đất khác nhau.
(đê quai có tường tâm bằng đất sét, đê quai có tầng nghiêng bằng đất sét, đê quai có tường tâm bằng cọc).
Phần dưới nước của đê quai được xây dựng bằng cách đổ đất trực tiếp vào nước, trong khi phần trên khô được đắp bằng phương pháp đầm nén Thực tiễn thi công thường tận dụng khối đất đào từ các công trình như đào móng hay đào kênh để đắp đê quai, nhằm giảm chi phí xây dựng.
Đê quai bằng đá đổ có thể được xây dựng trên nền đá hoặc đất và có khả năng đắp trực tiếp trên khô hoặc trong nước Phương pháp thi công có thể là đổ nghiêng hoặc bằng Để ngăn chặn hiện tượng thấm nước, thường sử dụng tường nghiêng phía trước khối đá đổ, kết hợp với tầng lọc ngược giữa khối đá và tường nghiêng nhằm ngăn chặn dòng thấm cuốn trôi đất.
Hình 2.2: Mặt cắt đê quai bằng đá đổ.
Khi xây dựng đê quai, cần bắt đầu bằng việc đổ đá nhỏ và sau đó tăng kích thước đá tùy thuộc vào độ chênh mực nước và lưu tốc Đối với lưu tốc lớn hơn 3m/s, việc sử dụng rọ đá, đá tảng hoặc khối bê tông là cần thiết để đảm bảo độ bền và an toàn cho công trình.
Trong những trường hợp thật sự cần thiết, cần sử dụng đê quai đất, đá hỗn hợp, kết hợp với lớp bao bên ngoài, đặc biệt là ở phần đỉnh và mái hạ lưu, được làm bằng bê tông hoặc đá xây để đảm bảo an toàn và bảo vệ.
Đê quai bằng bó cây được làm từ cành cây, đất và đá, thường được sử dụng trong các trường hợp có lưu tốc lớn, lòng sông dễ bị sói và chịu cột nước từ 5m trở lại Cấu tạo của đê quai này có thể chia thành ba loại khác nhau.
- Đêquai bằng giàn cây độn đá.
- Đê quai bằng bó cành cây độn đất đá.
- Đê quai bằng rọ tređựng đất hoặc đá.
2.1.2.4 Đê quai bằng cỏ hoặc đất.
Cỏ bó được tạo thành từ các bó dài từ 1,2 đến 1,8m, với đường kính từ 0,3 đến 0,7m, có trọng lượng đất nặng khoảng 5 đến 9 kg Sau khi buộc hai bó lại với nhau, chúng được thả xuống nước, loại đê này thường được sử dụng khi độ sâu nước không vượt quá 6m và lưu tốc không quá 6m/s Đê quai mang lại nhiều ưu điểm đáng kể.
- Vật liệu nhiều và rẻ tiền, không cần nhiều thiết bị chuyên môn.
- Cấu tạo đơn giản, thi công nhanh chóng và dễ dàng.
- Có khả năng thích hợp với cả nền đất và nền đá, khả năng chống thấm tốt.
2.1.2.5 Đê quai bằng bản cọc gỗ.
Khi yêu cầu đê quai có tiết diện nhỏ trên nền đất, có thể sử dụng đê quai với bản cọc gỗ Tùy thuộc vào chiều sâu của nước, có thể áp dụng đê quai một hàng cọc hoặc hai hàng cọc Chiều cao của đê quai một hàng cọc không nên vượt quá 4m, với bản cọc làm từ các tấm ván hoặc cây gỗ dày từ 8 đến 18cm được ghép lại bằng mộng Đối với đê quai hai hàng cọc, thường được sử dụng cho dòng nước sâu từ 4 đến 8m với lưu tốc không quá lớn, giữa hai hàng cọc có dây co néo bằng thép và đất đắp.
2.1.2.6 Đê quai bằng bản cọc thép.
Thường dùng đê quai bản cọc thép để làm đê quai dọc Có hai loại đê quai dọc gồm loạihai hàng cọc và nhiều khoang.
Đê quai hai hàng cọc thường được sử dụng khi có độ chênh lệch mực nước trước và sau đê từ 8 đến 9 mét Cấu trúc của loại đê này bao gồm hai hàng bản cọc song song, được kết nối với nhau bằng các bản cọc thép ở giữa.
Đê quai nhiều khoang thường được sử dụng cho dòng nước có độ sâu dưới 30m Trong đó, có hai loại đê quai thép phổ biến: một loại có khoang hình trụ và một loại có quai hình cung.
2.1.2.7 Đê quai bằng khung gỗ.
Có dạng kết cấu khung và thường dùng trong các trường hợp sau:
- Lưu tốc dòng chảy từ 4 ÷6m /s mà không cho phép dùng các loại đê quai khác và thường dùnglàm đê quai dọc.
- Thời gian sử dụng đê quai dài và khi cần có thể cho phép nước tràn qua.
- Trên mặt đê quai cần làm đường vận chuyển các thiết bị nặng.
- Địa phương sẵn gỗ và đá.
