Nghiên cứu công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc cát xi măng tro bay xây dựng cơ sở hạ tầng

Nghiên cứu công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc cát xi măng tro bay xây dựng cơ sở hạ tầng. Tổng hợp, phân tích, tính toán và kết hợp phương pháp chuyên gia để đánh giá các yếu tố liên quan đến hiệu quả sử dụng phương pháp lý thuyết dựa trên các tài liệu tham khảo, phương pháp của các chuyên gia có kiến thức trong sử lý nền đất yếu đặc biệt là phương pháp sử dụng cọc cát xi măngtro bay, phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Việt Nam.

MỤC LỤC 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 5

LỜI CẢM ƠN 7

MỞ ĐẦU 8

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 8

1 Thông tin chung: 8

2 Tính cấp thiết của đề tài : 8

3 Đối tượng nghiên cứu 9

4 Phạm vị nghiên cứu: 9

5 Phương pháp nghiên cứu: 9

6 Kết cấu báo cáo: 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ MỘT SỐ CÁC BIỆN PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU 11

1 Đất yếu và các phương pháp phân loại 11

1.1 Đất yếu 11

1.2 Phân loại đất của Việt Nam 12

2 Sơ lược về đất yếu ở Việt Nam 13

2.1 Sự phân bố các vùng đất yếu ở Việt Nam 13

2.2 Các loại đất yếu thường gặp 15

3 Một số biện pháp xử lý nền đất yếu 17

3.1 Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc đất – xi măng 19

3.2 Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát 20

3.3 Phương pháp dùng bấc thấm 21

3.4 Phương pháp dùng cọc cát 23

3.5 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 24

4 Kết luận 25

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ HÓA CỦA VẬT LIỆU CỌC CÁT – XI MĂNG – TRO BAY 26

1 Các đặc tính vật lý của đất 26

1.1 Các thành phần chủ yếu của đất 27

1.2 Kết cấu của đất 29

2 Phân tích quá trình nén chặt cơ học của đất nền khi gia cố bằng cọc cát -xi măng-tro bay 30

2.1 Đặc điểm quá trình nén chặt đất 30

2.2 Quá trình nén chặt đất khi gia cố bằng cọc cát-xi măng-tro bay 31

2.3 Vai trò của xi măng và tro bay đối với quá trình nén chặt đất khi gia cố bằng cọc cát – xi măng – tro bay 34

3 Kết luận 36

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT - XI MĂNG - TRO BAY 37

1 Đặt vấn đề 37

2 Quá trình gia tăng cường độ của cọc cát - xi măng 40

2.1 Quá trình nén chặt cơ học 40

2.2 Quá trình cố kết thấm 41

2.3 Quá trình gia tăng cường độ của cọc gia cố và sức kháng cắt của đất nền 42

2.4 Tính toán sức chịu tải và biến dạng của nền đất sau gia cố 43

3 Quá trình gia tăng cường độ của cọc cát-xi măng và nền đất yếu xung quanh cọc 47

3.1 Vai trò của cường độ cọc cát-xi măng-tro bay trong việc gia tăng sức chịu tải và giảm độ lún của nền 47

3.2 Cơ sở lý luận khoa học gia tăng cường độ của cọc cát -xi măng-tro bay và đất nền xung quanh cọc 48

4 Kết luận 49 PHẦN KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hoàng Văn Tân và nhiều người khác Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu, 1997 Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

[2] Tạ Đức Thinh Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ

“Nghiên cứu khả năng gia cố nền đất yếu bằng cọc cát-xi măng-vôi” Trường Đại học Mỏ-Địa chất Hà Nội, 2002.

[3] Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, 2002 Cơ học đất Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

[4] Bergado, D.T, Chai, J.C, Alfaro, M.C, Balasumbramaniam, A.S,

1994 Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.

[5] Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Văn Phóng, 2009 Nền

và móng công trình Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.

DANH MỤC HÌNH ẢNH

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoahọc này, nhóm viên chúng em xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giảng dạy, hướngdẫn của các thầy cô giáo, cũng như sự giúp đỡ bạn bè và đồng nghiệp

Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn,

PGS.TS HỒ ANH CƯƠNG đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cụ thể, tạo điều kiện

thuận lợi cho học viên hoàn thành các nhiệm vụ đề tài nghiên cứu khoa học đã đề ra

Nhóm viên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Côngtrình Giao thông Công chính và Môi trường - khoa Công trình - Trường Đại học Giaothông Vận tải đã có những nhận xét quý báu để học viên hoàn thành đề tài nghiên cứukhoa học này

Một lần nữa nhóm viên chúng em xin được chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 26 tháng 07 năm 2021

TM Nhóm sinh viênTrưởng nhóm

Nguyễn Hữu Tú

MỞ ĐẦU THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Bước đầu nghiên cứucông nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

xi-măng-tro bay xi-măng-trong xây dựng cơ sở hạ tầng

- Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Tú, Vũ Đức Thắng, Tô Văn Tăng, Phạm Văn

Thanh, Trần Thị Ánh

- Lớp: Công trình giao thông công chính K58 Khoa: Công trình

Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4.5 năm

- Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Cương.

2 Tính cấp thiết của đề tài :

Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, các khu côngnghiệp tập trung, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới… đang được xây dựng với tốc

độ ngày càng lớn Các công trình xây dựng thường tập trung ở những nơi có điều kiệnkinh tế, giao thông thuận lợi nhưng lại bất lợi về điều kiện địa chất công trình Tại đây,cấu trúc nền thường rất phức tạp, gồm nhiều lớp đất yếu, có chiều dày lớn, phân bốngay trên mặt Khi xây dựng các công trình có quy mô, tải trọng vừa và nhỏ, việc lựachọn giải pháp nền móng thường gặp nhiều khó khăn Thì cơ sở lý thuyết không rõràng, chiều sâu gia cố hạn chế, thi công bằng phương pháp thủ công nên tiến độ chậm,hiệu quả kinh tế không cao Vì vậy, nghiên cứu giải pháp gia cố nền móng thích hợpcho các công trình có quy mô, tải trọng vừa và nhỏ xây dựng trên nền đất yếu là nhucầu cấp bách và thiết thực

Một vài năm gần đây, tại một số địa phương (Thái Bình , Quảng Ninh)một sốcông trình đã mạnh dạn đã bắt đầu áp dụng phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọccát - xi măng - tro bay phục vụ xây dựng các công trình có quy mô vừa và nhỏ Đây làphương pháp mới, phát huy được những ưu điểm của phương pháp gia cố bằng cọc cát

- xi măng - tro bay, tận dụng được nguồn nguyên liệu tại chỗ, phù hợp với điều kiệnViệt Nam nên làm giảm giá thành công trình, mang lại hiệu quả kinh tế cao Tuynhiên, việc áp dụng rộng rãi phương pháp này vẫn còn bị hạn chế, một phần là do chưaxây dựng được cơ sở lý thuyết và thực nghiệm vững chắc, phần khác là do công nghệ

thi công còn lạc hậu Do đó, bài toán đặt ra là phải xây dựng được cơ sở lý thuyết chophương pháp, tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng và hoàn thiện.

3 Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu ở đây là công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc cát xi măng tro bay trong xây dựng cơ sở hạ tầng tại Việt Nam

-4 Phạm vị nghiên cứu:

Đề tài cứu đặc điểm đất dính mềm yếu ở đồng bằng Bắc bộ và Nam bộ, đặc biệt chútrọng chúng ở các khu đô thị tại các vùng đồng bằng này Xử lý nền đất yếu này ởnước ta

5 Phương pháp nghiên cứu:

Tổng hợp, thống kê, xử lý, phân tích, đánh giá các số liệu và tài liệu thu thậpđược về đặc điểm đất dính mềm yếu ở Việt Nam

Tổng hợp, phân tích, tính toán và kết hợp phương pháp chuyên gia để đánh giácác yếu tố liên quan đến hiệu quả sử dụng phương pháp lý thuyết dựa trên các tài liệutham khảo, phương pháp của các chuyên gia có kiến thức trong sử lý nền đất yếu đặcbiệt là phương pháp sử dụng cọc cát xi măng-tro bay, phương pháp thí nghiệm trongphòng thí nghiệm tại Việt Nam

6 Kết cấu báo cáo:

Ngoài Phần Lời cảm ơn, mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, Tài liệu tham khảo, kếtcấu của báo cáo bao gồm Chương chính sau:

Chương 1 Tổng quan về đất yếu và các biện pháp sử lý nền đất yếu

Chương 2 Xác định các chỉ tiêu cơ lý hóa của vật liệu cọc cát - xi măng - tro bay Chương 3 Phương pháp xử lý nên đất yếu bằng cọc cát - xi măng - tro bay

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực

hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Nhóm nghiên cứu chịu khó học tập, tự nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu đặc biệt trong điềukiện ảnh hưởng dịch bệnh như hiện nay

Đề tài giúp các em sinh viên bước đầu học hỏi thêm các kiến thức chuyên sâu về gia

cố nền đất yếu để giúp các em hiểu biết hơn về lĩnh vực chuyên môn mà các em theohọc ở trường đại học GTVT

Ngày 26 tháng 7 năm 2021

Người hướng dẫn

PGS.TS Hồ Anh Cương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ MỘT SỐ CÁC BIỆN PHÁP GIA

CỐ NỀN ĐẤT YẾU

Ở chương 1 chúng ta sẽ tìm hiểu một cách tổng quan về nền đất yếu bằng cách thôngqua khái niệm nền đất yếu là gì, các tiêu chí để đánh giá, các các yếu tố cơ sở hạ tầng,các bước thực hiện xây dựng hay sử lý nền đất yếu và các thách thức khi xây dựng khiphải xây dựng một công trình khi bên dưới đó nền đất không được ổn định (nền đất

yếu) Đề tài nghiên cứu khoa học lần này chúng e chọn đề tài “Bước đầu nghiên cứu công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc cát xi- măng-tro bay trong xây dựng cơ sở hạ tầng” Bên cạnh đó là tìm hiểu thêm về các phương pháp sử lý nền đất yếu một cách

tổng quan để dễ dàng làm nổi bật phương pháp xử lý nền đất yếu mà đề tài chúng emđang thực hiện

1 Đất yếu và các phương pháp phân loại

1.1 Đất yếu

Đất yếu là những đất có khả năng chịu lực tải (0,5 ÷ 1,0 kG/cm2), hầu như hoàntoàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε > 1), hệ số nén lún lớn (a tới phầnmười hoặc vài ba đơn vị), mô đun tổng biến dạng bé (E0 ≤ 5000 kPa), trị số sức chốngcắt không đáng kể

Đất yếu có thể là đất sét yếu, đất cát yếu, than bùn và đất hữu cơ, đất thải Đấtyếu được tạo thành ở lục địa (bồi tích, sườn tích, lũ tích, lở tích, do gió, do lầy, do conngười), ở vùng vịnh (cửa sông, tam giác châu, vịnh biển) hoặc ở biển (khu vực nướcnông (không quá 200m), thềm lục địa (200 ÷ 3000m), biển sâu (trên 3000m) Chiềudày lớp đất yếu có thể từ một vài mét đến 35 ÷ 40 m Tất cả các loại đất yếu đều cóchung các đặc trưng sau đây:

1.2 Phân loại đất của Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam đang tồn tại một số tiêu chuẩn phân loại đất chung nhưTCVN 5747-1993, tiêu chuẩn mang tính phân loại chung cho tất cả các dạng đất, cònđất yếu hoặc không đề cập, hoặc đề cập sơ lược và không có tiêu chuẩn rõ ràng Chỉtrong TCXD 245-200 (Bộ Xây dựng), 22TCN 262-2000 (Bộ Giao thông Vận tải) vàtrong TCXD 45-78 - chỉ dẫn thiết kế nền nhà và công trình dịch từ nguyên bản tiếngNga có đưa ra định nghĩa, tiêu chuẩn và phân loại đất yếu

1.2.1 Theo TCXD 245-2000

Đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có thể dùng làm nền công trình

Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạngthái dẻo chảy Những loại đất này thường có độ sệt lớn (Is>1), hệ số rỗng lớn (e>1),góc ma sát trong <10o, có lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C<15kPa,

có lực dính kết theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C<35kPa, có sức chống mũixuyên tĩnh qc<0,1 MPa và có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N<5

Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùncát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0 độ bão hoà G > 0,8)

- Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọngthường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa vàphân huỷ, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thườnggọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20-80%, thường có màu đen

hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này đượcxác định là đất yếu nếu bị số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạtcác trị số như nói ở trên Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu

cơ có trong chúng:

- Lượng hữu cơ có từ 20 ÷ 30%: Đất nhiễm than bùn

- Lượng hữu cơ có từ 30 ÷ 60%: Đất than bùn

- Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn

b) Theo trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại I,

Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy

2 Sơ lược về đất yếu ở Việt Nam

2.1 Sự phân bố các vùng đất yếu ở Việt Nam

Cũng như ở khu vực Đông Nam Á, các vùng đất yếu ở Việt Nam chủ yếu lànhững tầng trầm tích mới được thành tạo trong kỷ Đệ Tứ

Các tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở cácmiền đồng, trong đó đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ là lớn nhất

- Đồng bằng Bắc Bộ: chủ yếu là loại trầm tích tam giác châu cũ và tam giácchâu mới của hai sông lớn là sông Hồng và sông Thái Bình và các chi lưu của chúng.Miền đồng bằng này có diện tích rất rộng (khoảng 15.000Km2) Vùng phù sa sôngHồng chiếm diện tích rộng nhất trong miền này

Về mặt địa mạo thì đây là miền đồng bằng thuộc loại hình bồi tụ Do các điềukiện địa chất, địa hình như vậy nên chiều dày tầng trầm tích kỷ Đệ Tứ, từ vài mét đếnhơn 100m

Hình 1.1 Sơ đồ các vùng đất yếu thuộc đồng bằng Bắc bộ

- Đồng bằng Thanh Hóa– Hà Tĩnh: khu vực này có sự đan xen giữa sản phẩmbồi tụ và mài mòn So với đồng bằng Bắc Bộ, tầng trầm tích kỷ Đệ Tứ ở đây khônglớn Các trầm tích ở đây cũng rất đa dạng (có trầm tích bồi tụ tam giác châu, có loạitrầm tích bồi tụ ven biển)

- Đồng bằng ven biển Trung Bộ: là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình Trầmtích kỷ Đệ Tứ ở đây thường thấy là các thung lũng sông và thường là các loại phù sabồi tích Vùng duyên hải thuộc loại trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần: trầmtích trong điều kiện lắng đọng tĩnh

- Đồng bằng Nam Bộ: có thể chia thành 3 khu vực dựa vào chiều dày lớp đấtyếu: Khu vực có lớp đất yếu dày 1 ÷ 30m, bao gồm các vùng ven thành phố Hồ ChíMinh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía Tây Đồng ThápMười, rìa quanh vùng Bẩy Núi cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa Đông Bắcđồng bằng từ Vũng Tàu tới Biên Hòa

Khu vực có lớp đất yếu dày 5 ÷ 30m phân bố cận khu vực có lớp đất yếu dày 1

÷ 30, chiếm đại bộ phận đồng bằng và khu trung tâm Đồng Tháp Mười

Khu vực có lớp đất yếu dày 15 ÷ 30m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh VĩnhLong, Trà Vinh, Bến Tre tới vùng duyên hải các tỉnh Bạc Liêu, Cần Thơ, Tiền Giang,

Sóc Trăng Nguồn gốc của các tầng đất yếu là loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi,tam giác châu), trầm tích bờ, vùng vịnh và đều thuộc vào trầm tích kỷ Đệ Tứ.

Hình 1.2 Sơ đồ các vùng đất yếu thuộc đồng bằng Nam bộ

2.2 Các loại đất yếu thường gặp

Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn và than bùn Ngoài ra, ở một

số vùng còn gặp các loại đất có ít nhiều tính chất lún sập như đất bazan ở Tây Nguyên

và thi thoảng còn gặp các lớp cát chảy là những loại đất yếu có những đặc điểm riêngbiệt

- Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét, ở trạng thái bão hòa nước, cócường độ thấp (có cường độ cao hơn so với bùn) Những tính chất quan trọng của đấtsét mềm là tính dẻo, độ bền cấu trúc và tính lưu biến Bảng 1.4 trình bày một số tínhchất cơ lý của đất sét mềm yếu ở một số địa phương miền Bắc nước ta

Bảng 1.4- Tính chất cơ lý của đất sét mềm yếu ở một số địa phương ở miền Bắc

Bùn: là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước gồm các hạt có đườngkính nhỏ (d < 0,002mm), bản chất khoáng vật thay đổi và có kết cấu tổ ong Tỷ lệ cáchạt hữu cơ thường dưới 10% Bùn được thành tạo chủ yếu do sự bồi lắng đáy biển,vũng, vịnh, hồ hoặc các bãi bồi của sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng củathủy triều Bùn luôn ở trạng thái no nước và chịu lực rất yếu Độ ẩm của nó luôn caohơn độ ẩm giới hạn chảy vì thế mà bùn có độ sệt rất cao Như vậy bùn là trầm tíchchưa nén chặt và dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, trong thực tế muốn xây dựng côngtrình trên loại đất nền này cần phải có những biện pháp xử lý đặc biệt trước khi xâydựng

-Bảng 1.5 - Giới thiệu một số tính chất của bùn ở một số địa phương

-Than bùn: là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được tạo thành do kết quả phân hủy các

di tích hữu cơ tại các đầm lầy Thông thường, than bùn có trọng lượng đơn vị rất thấp(3 ÷ 9 kN/m3), hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20 ÷ 80%, có màu đen hoặc nâu sẫm, cấutrúc không mịn, còn thấy tàn dư thực vật Ở điều kiện tự nhiên than bùn có độ ẩm cao

từ 85 ÷ 95%, loại đất này bị nén lún lâu dài và không đều, hệ số nén lún có khi đạt từ 3

÷ 10 daN/cm2 Các loại đất yếu khác:

- Cát chảy: gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc phaloãng đáng kể, có chứa nhiều hữu cơ hoặc sét Loại đất này khi chịu tải trọng độnghoặc hoặc ứng suất thủy động thì chuyển sang trạng thái nhớt gọi là cát chảy Trongthành phần hạt của cát chảy hàm lượng các hạt bụi chiếm (0,05 ÷ 0,002mm) chiếm 60

÷ 70% hoặc lớn hơn Ở trạng thái tự nhiên, cát chảy có thể có cường độ và khả năngchịu lực tương đối cao, nhưng khi bị phá hoại kết cấu và làm rời rạc thì không còn khảnăng đó nữa, khi đó cát chuyển sang trạng thái chảy như chất lỏng

- Đất bazan: đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, thành phần hạt của nó gần giống với thành phần hạt của đất á sét, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập khi xây dựng công trình

3 Một số biện pháp xử lý nền đất yếu.

Kỹ thuật cải tạo đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở

lý thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợpvới yêu cầu của từng loại công trình khác nhau

Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình xây dựngtrên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của

nó Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo

Hình 1.3 Cần cải tạo tính năng chịu lực của đất trước khi xây dựng

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiệnnhư: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất… Với từng điều kiện cụ thể màngười thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý Có nhiều biện pháp xử lý cụ thểkhi gặp nền đất yếu như:

 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

 Các biện pháp xử lý về móng

 Các biện pháp xử lý nền

 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điềukiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịutải bé

Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nềnhoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình Người ta thường dùng cácbiện pháp sau:

Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năngchịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình,tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng

Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kếtcấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khửđược ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều

Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứnglực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khảnăng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoánxuất hiện ứng suất cục bộ lớn.

3.1 Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc đất – xi măng

Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão

Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau:

Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại

Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗngbốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt

Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất giảm 5 – 8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5 – 3lần

Việc chế tạo cọc đất – ximăng cũng giống như đối với cọc đất – vôi, ở đây xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước

Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục

và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun

Hình 1.4 Mô hình xử lý nền

Hàm lượng ximăng có thể từ 7 – 15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên từ 4 – 5 lần so với khi chưa gia cố.Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất – ximăng này để xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất – ximăng này để gia cố nền là rất tốt

Do bê tông cốt thép thì giá thành cao ta có thể thay thế bằng cách chọn giảipháp gia cố nền bằng cọc tre và cọc tràm trong trường hợp này

3.2 Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát

Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước(sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏhơn 3m

Hình 1.5 Đệm cát

Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớpđất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt

Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:

Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếubên dưới

Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tảitrọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát

Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng

Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được

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

Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình

Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụngtương đối rộng rãi.

Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m Không nên

sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốnkém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định

Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quátrình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dungtrọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải vàlàm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép

Hình 1.6 Thi công bấc thấm

Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cầntăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lýbằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dàythiết kế 2 – 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đườngđạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải

Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được baongoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesiekhông dệt…)

Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau:Cho nước trong lỗ rỗng của đấtthấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo.Lõi chất dẽo chính là đườngtập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước.

Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vậtliệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồngthời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị

Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nướcthấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn

Hình 1.7 Biện pháp thi công xử lý nền với bấc thấm

Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước chothấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ

số thấm nước của đất sét ( k = 10 x 10-5m/ngày đêm) Do đó, các thiết bị PVD dưới tảitrọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài

3.4 Phương pháp dùng cọc cát

Hình 1.8 Xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát là biện pháp cơ học có phần khác biệt so với các biện pháp xử lý nền đất yếu khác, cụ thể là không giống như khi bạn thi công với các loại cọc cứng như bê tông, cốt thép, cọc đất, cọc vôi, cọc gỗ, tre,

Bởi cọc cát hay cọc lõi cát là một bộ phận đóng vai trò tiếp nhận và truyền trọng tải của cả công trính xuống phần đất nền Nó nằm trong kết cấu móng

Đất yếu sẽ được gia cố bằng một mạng lưới cọc lõi cát tùy theo mỗi công trình được gọi là nền cọc cát Dưới đây sẽ là một vài ưu/nhược điểm của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát

Ưu điểm: Thi công một cách khá đơn giản và tiết kiệm thời gianGiá thành vật liệu rất

rẻ và dễ mua với số lượng lớn.Hàm lượng nước trong đất được nén chặt và thoát ra bằng các lỗ khoan được nhồi thép.Cọc cát đóng vai trò như một giếng cát, hút nước và

cô kết tầng đất

Nhược điểm: Kích thước cọc các ảnh hưởng đến khả năng nén chặt của đất.Cần hỗ trợ

bởi các trang thiết bị, máy móc hiện đại.Thời gian thi công kéo dài có thể xảy ra một

số trường hợp xáo trộn cấu trúc nền

3.5 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát

Biện pháp giếng cát là cách tạo ra nhiều rãnh thoát nước trong tầng đất nền yếu Tạo ranhiều biên ngang thoát nước, tăng tốc độ thẩm thấu Thực hiện gia tải trước hoặc quá gia tải để tạo ra gradient thủy lực cho dòng thấm trước khi có tải trọng thực tế của công trình Tác dụng làm cho quá trình giảm thể tích lỗ rỗng trong đất xảy ra và kết thúc sớm Đất trở nên cố kết trước khi xây dựng công trình

Hình 1.9 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát

Ưu điểm: Xử lý cho nền đất yếu có chiều sâu hơn 20m,tốc độ cô kết tầng đất nhanh

chóng,độ lún dư được tính toán sau khi xử lý nhỏ,ngoài có tác dụng thoát nước còn giúp cải thiện đất trong quá trình thi công

Nhược điểm:Phải nhất định cắm giếng cát sau hơn 20m.Cần thiết bị thi công hiện

đại.Có thể gặp một số trường hợp bị ngắt do xuất hiện cát nhồi làm nghẽn Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm lượng hữu cơ

4 Kết luận

- Nền đất yếu có nhiều tác hại và nguy cơ gây mất an toàn cho các công trìnhxây dựng Việc nghiên cứu nền đất yếu và xác định biện pháp xử lý phù hợp có một ýnghĩa quan trọng

- Trong thực tế, cần căn cứ vào điều kiện địa chất công trình cụ thể để sử dụngcác biện pháp xử lý về kết cấu công trình, các biện pháp xử lý về móng hay các biệnpháp xử lý nền, hoặc sử dụng kết hợp tổ hợp nhiều biện pháp, giải pháp phù hợp cóliên quan

- Từ các ưu nhược điểm của một số giải pháp trên nhóm nghiên cứu chúng

em có đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp sử dụng cọc cát ximăng tro bay ứng dụng vào thực tiễn

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ HÓA CỦA VẬT LIỆU CỌC

CÁT – XI MĂNG – TRO BAY

1 Các đặc tính vật lý của đất

Thành phần chủ yếu của đất là các hạt đất, các hạt đất có kích thước to nhỏkhác nhau, chúng được tạo nên do sự phá hoại các tầng lớp đất đá ban đầu bởi các tácdụng vật lý, hoá học, quá trình này gọi là quá trình phong hoá Quá trình phong hoáđất đá được phân làm ba loại là: Phong hoá vật lý, Phong hoá hoá học và phong hoásinh học Ba loại phong hoá trên thường tác dụng đồng thời trong thời gian dài làmcho các lớp đá trên mặt bị vỡ vụn, sau đó do tác dụng của dòng nước của gió làm cáchạt đó bị cuốn đi nơi khác Tuỳ theo kích thước các hạt to nhỏ mà trong quá trình dichuyển chúng sẽ lắng đọng lại hoặc rơi xuống tạo thành các tầng lớp đất khác nhau.Quá trình di chuyển và lắng đọng sản phẩm phong hoá gọi là trầm tích, ba phần tư bềmặt lục địa được bao phủ bởi các lớp đất đá trầm tích, phần còn lại là các vùng còn giữđược thành phần khoáng chất như đá gốc hoặc thay đổi ít Các hạt lắng đọng chồngchất lên nhau, giữa chúng không có lực liên kết đó là các lớp đất cát, cuội, sỏi, loại nàynói chung là đất rời Các hạt nhỏ với kích thước vài phần nghìn mm thường có tínhkeo dính và tích điện, khi lắng đọng chúng liên kết với nhau thành các tầng đất gọichung là đất dính hoặc đất sét

1.1 Các thành phần chủ yếu của đất

Thành phần chủ yếu của đất là các hạt đất, Các hạt đất có kích thước và hình dángkhác nhau nên khi sắp xếp với nhau sẽ tồn tại các khe rỗng, các khe rỗng này trong tựnhiên thường có nước và không khí Nước và không khí trong các khe rỗng có ảnhhưởng đáng kể đến các tính chất của đất vì vậy khi nghiên cứu đất phải sét tới cácphần này, vì vậy đất là vật thể ba pha: Pha cứng là hạt đất, Pha lỏng là nước trong kherỗng, pha khí là khí trong khe rỗng

Hạt đất là thành phần chủ yếu của đất Khi chịu lực tác dụng bên ngoài lên mặt

đất thì các hạt đất cùng chịu lực, vì vậy người ta gọi tập hợp các hạt đất là khung cốtcủa đất Các hạt đất có hình dạng và kích thước khác nhau tuỳ thuộc vào tác động củaquá trình phong hoá và quá trình di chuyển, lắng đọng Để phân loại và gọi tên các hạt