Tính toán xử lý đắp gia tải

Successfully reported this slideshow.

Your SlideShare is downloading. ×

Nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường bằng bấc thấm kết hợp cố kết hút chân không đoạn từ km 18+000 ÷ 19 + 277 đoạn nối cao lãnh vàm cống

More Related Content

1. i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong Luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả Luận văn Trần Đình Công
2. ii LỜI CÁM ƠN Luận văn được hoàn thành, là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học, liên tục quan tâm tận tình giúp đỡ đưa ra nhiều ý kiến quý báu của GS.Trịnh Minh Thụ trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa công trình đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn liên doanh tư vấn CDM SMITH - WSP FINLAND - YOOSHIN đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thí nghiệm trong phòng và tác nghiệp tại hiện trường.
3. iii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH..............................................................................................vi DANH MỤC BẢNG B ................................................................................................ vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................. viii PHỤ LỤC .......................................................................................................................ix MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG ................4 1.1 Tổng quát về đất yếu và nền đất yếu.................................................................4 1.1.1 Khái niệm về đất yếu..................................................................................4 1.1.2 Khái niệm nền đất yếu................................................................................6 1.2 Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu ......................................................7 1.2.1 Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu...................................................7 1.2.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng công trình trên nền đất yếu ...............................7 1.2.3 Các giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu..................................7 1.3 Các nhóm giải pháp xử lý trên nền đất yếu.......................................................8 1.3.1 Nhóm phương pháp cơ học ........................................................................8 1.3.2 Nhóm phương pháp Vật lý.........................................................................8 1.3.3 Nhóm phương pháp thay đất ......................................................................8 1.3.4 Nhóm giải pháp khác..................................................................................8 1.3.5 Đánh giá các giải pháp xử lý nền đất yếu...................................................9 1.4 Sơ lược về phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không và gia tải ...........................................................................................................................11 1.4.1 Sơ lược về lịch sử phát triển và đặc điểm của phương pháp cố kết hút chân hút chân không..........................................................................................11 1.4.2 Giới thiệu các công nghệ thi công............................................................14 1.4.3 Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không ..................................................................................................17 1.5 Kết luận chương 1 ...........................................................................................18
4. iv CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG....................................19 2.1 Các phương pháp tính lún cố kết ....................................................................19 2.1.1 Phương pháp giải tích...............................................................................19 2.1.2 Độ lún theo thời gian của đất nền ............................................................21 2.1.3 Độ lún cố kết của nền dùng bấc thấm (bài toán cố kết hai chiều) ...........21 2.1.4 Độ lún cố kết của nền gia tải bằng hút chân không kết hợp với bấc thấm ...........................................................................................................................23 2.1.5 Các phương pháp xác định độ lún từ kết quả quan trắc...........................25 2.2 Các phương pháp kiểm tra ổn định của nền....................................................27 2.2.1 Phương pháp cân bằng hữu hạn (phương pháp phân mảnh Bishop) .......27 2.2.2 Phương pháp tính toán ổn định chống lún trồi (chống phá hủy nền):......29 2.2.3 Tính toán ổn định chống lún trồi khi có vải địa kỹ thuật tăng cường......30 2.3 Các yêu cầu thiết kế nền đường đắp trên nền đất yếu.....................................31 2.3.1 Yêu cầu ổn định trượt...............................................................................31 2.3.2 Yêu cầu ổn định lún .................................................................................32 2.4 Kết luận chương 2 ...........................................................................................33 CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG................35 3.1 Giới thiệu về công trình ..................................................................................35 3.1.1 Quy mô đặc điểm công trình....................................................................35 3.1.2 Điều kiện địa chất đất công trình khu vực dự án: ....................................35 3.2 Kết quả tính toán ổn định lún khi chưa xử lý..................................................37 3.2.1 Độ lún cố kết trước khi xử lý ...................................................................37 3.2.2 Trình tự tính toán lún của nền đắp trên đất yếu .......................................38 3.3 Phân tích lựa chọn tính toán giải pháp xử lý nền đường.................................45 3.3.1 Luận chứng giải pháp xử lý nền đất yếu ..................................................45 3.3.2 Phân tích lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu.................................46 3.3.3 Lựa chọn giải pháp xử lý nền áp dụng cho đoạn tuyến ...........................51 3.4 Tính toán phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết chân không và gia tải ..52 3.4.1 Thiết kế tầng đệm cát ...............................................................................52 3.4.2 Tính toán thiết kế bấc thấm......................................................................52
5. v 3.5 Quan trắc trong quá trình thi công...................................................................68 3.5.1 Kiểm tra độ cao mặt bằng.........................................................................68 3.5.2 Quan trắc độ lún bề mặt ...........................................................................68 3.5.3 Quan trắc áp lực chân không....................................................................69 3.5.4 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng (ALNLR).................................................70 3.5.5 Ống thoát nước .........................................................................................70 3.6 Quy trình thi công xử lý nền............................................................................70 3.7 Kiểm tra và nghiệm thu...................................................................................71 3.7.1 Lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách.................................................................71 3.7.2 Tầng đệm cát thoát nước ngang và hệ thống thoát nước bề mặt..............72 3.7.3 Thi công cắm bấc, hào kín khí hoặc tường kín khí ..................................72 3.7.4 Hệ thống thiết bị quan trắc .......................................................................72 3.7.5 Hệ thống ống hút nước ngang, ống hút chân không và bản thoát nước ngang .................................................................................................................73 3.7.6 Kiểm tra màng kín khí..............................................................................73 3.7.7 Độ kín khí khi gia tải hút chân không ......................................................73 3.7.8 Lớp bù lún và đắp gia tải thêm.................................................................73 3.8 Kết luận chương 3 ...........................................................................................74 CHƯƠNG 4 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN VÀ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM ĐỊA KỸ THUẬT...............................................75 4.1 Mục đích..........................................................................................................75 4.2 Giới thiệu phần mềm Geostudio 2012.............................................................75 4.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Geostudio 2012 và modul SIGMA/W...75 4.3 Trinh tự tính toán ổn định bằng Geostudio với modul SIGMA/W.................76 4.3.1 Mô hình bài toán cố kết chân không ........................................................76 4.3.2 Mô phỏng và các bước thực hiện .............................................................77 4.4 Đánh giá số liệu quan trắc ...............................................................................84 4.4.1 Xác định độ lún cuối cùng từ số liệu quan trắc :......................................84 4.4.2 Đánh giá số liệu quan trắc so với số liệu tính toán...................................87 4.5 Kết luận chương 5 ...........................................................................................88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................89 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................90
6. vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mô hình hoá kiểu lò xo cho quá trình cố kết..................................................12 Hình 1.6 Bơm hút nước trên bề mặt màn kín................................................................18 Hình 2.1 Biểu đồ đo lún theo thời gian quan trắc .........................................................25 Hình 2.2 Biểu đồ xác định hệ số α và ß theo phương pháp Hyperbolic .......................26 Hình 2.3 Biểu đò quan hệ độ lún St = f(t) (trích dẫn mục [13]) ...................................26 Hình 2.4 Biểu đò quan hệ độ lún Si = f(Si-1) (trích dẫn mục [13])..............................27 Hình 2.5 Sơ đồ tính ổn định trượt theo phương pháp Bishop.......................................28 Hình 2.6 Sơ đồ xác định Nc theo phương pháp Mandle- Salencon...............................29 Hình 2.7 Sơ đồ tính toán ổn định trượt khi có vải địa kỹ thuật gia cường....................30 Hình 3.6 Sơ đồ đào một phần đất yếu...........................................................................46 Hình 3.7 Sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật ...........................................................................48 Hình 3.8 Sơ đồ cắm bấc thấm .......................................................................................49 Hình 3.9 Biểu đồ độ lún theo thời gian sau xử lý .........................................................65 Hình 3.10 Biểu đồ kiểm tra ổn định sau xử lý ..............................................................68 Hình 3.11 Biểu đồ đo lún tại km 19+080......................................................................69 Hình 4.1 Sơ đồ trình tự giải bài toán bấc thấm + cố kết chân không + đắp GĐ...........76 Hình 4.2 Mô hình bài toán ............................................................................................78 Hình 4.3 Mô hình khai báo đầy đủ...............................................................................80 Hình 4.4 Sơ đồ gia tải đắp.............................................................................................81 Hình 4.5 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn1.......................................82 Hình 4.6 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 2......................................83 Hình 4.7 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 3......................................83 Hình 4.8 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 4 .......................................83 Hình 4.9 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 5 .......................................84 Hình 4.10 Biểu đồ quan hệ độ lún Si = f(si-1) ..............................................................85 Hình 4.11 Biểu độ độ lún theo thời gian tại tim đường ................................................87
7. vii DANH MỤC BẢNG B Bảng 1. 1 Đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu...............................................10 Bảng 2. 1 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ΔS tại trục tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình ....................................................................................................33 Bảng 3. 1 Thông số đất nền tính toán xử lý...................................................................36 Bảng 3. 2 Bảng tính toán lún tại tim đường ..................................................................41 Bảng 3. 3 Bảng tính toán lún tại lề đường B .................................................................42 Bảng 3. 4 Bảng tính lún tại chân taluy ..........................................................................43 Bảng 3. 5 Bảng tổng hợp kết quả tính lún tại các vị trí của nền đường ........................44 Bảng 3. 6 Bảng xác định độ cố kết theo khoảng cách...................................................53 Bảng 3. 7 Bảng thông số bấc thấm................................................................................54 Bảng 3. 8 Thông số cố kết tính toán..............................................................................54 Bảng 3. 9 Bảng tổng hợp độ cố kết theo thời gian ........................................................59 Bảng 3. 10 Kết quả tính lún tại giai đoạn 1...................................................................60 Bảng 3. 11 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 2 (áp lực tính toán 6.5 T/m2 )....................61 Bảng 3. 12 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 3 ...............................................................62 Bảng 3. 13 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 4 ...............................................................63 Bảng 3. 14 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 5 ...............................................................64 Bảng 4. 1 Kết quả tính độ lún theo giai đoạn đắp........................................................82 Bảng 4. 2 Số liệu quan trắc lún theo khoảng theo thời gian ∆t....................................84 Bảng 4. 3 Số liệu quan trắc lún tại km 19 +080...........................................................86
8. viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT NLR: Nước lỗ rỗng PTHH: Phần tử hữu hạn CBGH: Cân Bằng giới hạn LEM: Limit Equilibrium Methods MVC – Menard Vacuum Consolidation HVDM: High Vacuum Consolidation Method TCVN: Tiêu chuẩn việt nam TCN: Tiêu chuẩn ngành
9. ix PHỤ LỤC Phục lục 1: Bảng tính lún Phục lục 2: Kiểm tra ổn định trượt Phục lục 3: Số liệu quan trắc lún Phục lục 3.1: Số liệu bàn đo lún Phục lục 3.2: Nhật ký quan trắc áp lực chân không
10. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đồng bằng sông Cửu Long được thành tạo bởi các bồi tích trẻ với các lớp đất yếu có chiều dày lớn. Khi xây dựng công trình nói chung và đường giao thông nói riêng việc xử lý nền và các sự cố để đảm bảo được kinh phí, nên dùng nhiều giải pháp xử lý nền khác nhau. Đoạn đường Cao lãnh – Vàm Cống với địa tầng có chiều dày lớp đất yếu lớn, để đảm bảo về kinh tế, kỹ thuật, việc nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường bằng bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không đoạn từ km 18+000 ÷ 19+277 đoạn nối Cao lãnh Vàm Cống là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Đoạn đường này kết nối Cao Lãnh Vàm Cống, tuyến đi mới qua khu đất nông nghiệp và giáp khu dân cư địa phận Cão Lãnh. Khu vực tuyến đi qua có dạng địa mạo trầm tích do quá trình bồi tích – lũ tích trong Kỷ Đệ Tứ tạo thành vùng đầm lầy tích tụ phù sa, chịu ảnh hưởng của mực nước trong các sông lớn khi thủy triều lên. Số liệu khảo sát địa chất công trình dọc tuyến cho thấy khu vực dự kiến xây dựng có điều kiện địa chất không đồng nhất. Các lớp đất yếu nằm gần ngay bề mặt, phân bố trên toàn tuyến với chiều dày biến đổi. Do vậy, việc xây dựng tuyến đường phải có các biện pháp xử lý nền đất yếu mới đảm bảo các điều kiện ổn định, điều kiện khai thác bình thường và bền vững của tuyến đường. Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu, nhưng lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp phải được dựa trên sự phân tích, so sánh, đánh giá đặc điểm cấu trúc địa chất với quy mô và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho công trình. Tuy nhiên, với chiều dài tuyến lớn, khối lượng tính toán nhiều, do đó cần phải phân chia đoạn dựa trên cấu trúc nền địa chất, lựa chọn mặt cắt tính toán hợp lý đối với đặc điểm cấu trúc địa chất và quy mô, tải trọng công trình. Với đặc điểm cấu trúc nền đất yếu dày, thời gian thi công gấp việc sử dụng biện pháp xử lý nền đường đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải cố kết hút chân không là một biện pháp hợp lý. Do đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường bằng bấc thấm kết hợp cố kết hút chân không đoạn từ km 18+000 ÷ 19 + 277 đoạn nối cao lãnh Vàm Cống” có tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn quan trọng.
11. 2 2. Mục đích nghiên cứu - Phân tích các phương án xử lý nền, đề xuất phương án bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không và đánh giá điều kiện áp dụng, mức độ tin cậy trong tính toán. - Làm tài liệu tham khảo cho các công trình tương tự. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu giải pháp xử lý nền đường bằng bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không; - Phạm vi nghiên cứu đoạn tuyến từ km 18+ 00 ÷ 19+277 đoạn nối Cao Lãnh Vàm Cống; 4. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá được tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý, xây dựng công trình trên nền đất yếu. - Tổng quan chung về đất yếu và phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu. - Phân tích giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với cố kết chân không và gia tải. - Tính toán, xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm gia tải cố kết hút chân không và gia tải trên đoạn tuyến km 18+ 00 ÷ 19+277. - Phân tích mô hình tính toán của các phần mềm địa kỹ thuật - Đánh giá kết quả tính toán của các phần mềm qua số liệu quan trắc Nội dung nghiên cứu được tác giả phân tích đánh giá trên sơ đồ khối được thể hiện như sau: 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu (Chương 1); - Phương pháp địa chất (Chương 2); - Phương pháp phân tích hệ thống (Chương 3);
12. 3 - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên kết quả quan trắc (Chương 4); - Mô hình tính toán bằng phần mềm Geostudio 2012 (Chương 4). 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Kết quả của đề tài nghiên cứu góp phần bổ sung cho các tài liệu tham khảo khi thiết kế, xây dựng cho các công trình tương tự. - Xây dựng cơ sở lựa chọn thiết kế xử lý nền đất yếu thích hợp về kỹ thuật và kinh tế cho đoạn tuyến đường này. 7. Cấu trúc của luận văn Cấu trúc của luận văn bao gồm 04 chương, tổng cộng 90 trang, 63 hình vẽ và ảnh chụp tư liệu; 18 bảng biểu; 02 phụ lục tính toán. Luận văn gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan về đất yếu và phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không. Chương 3: Tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền đường bằng bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không. Chương 4: Chuyên đề kỹ thuật tính toán độ lún và ổn định của nền đường bằng phần mềm địa kỹ thuật. Kết luận và kiến nghị. Tài liệu Tham khảo.
13. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG 1.1 Tổng quát về đất yếu và nền đất yếu 1.1.1 Khái niệm về đất yếu - Khái niệm “Đất yếu” là một khái niệm được sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng, có nhiều định nghĩa khác nhau về đất yếu, nhưng hiện nay tồn tại các quan điểm chính đưa ra định nghĩa về đất yếu dựa vào định tính, định lượng và nguồn gốc. 1.1.1.1 Khái niệm đất yếu bằng định tính Đất yếu là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập…, loại đất khi sử dụng cho mục đích xây dựng đều phải xử lý kỹ thuật mới đảm bảo được các điều kiện ổn định. Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0,5 – 1,0 kG/cm2 ), dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về cơ lý cụ thể. Khái niệm này được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học. + Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi (theo tiêu chuẩn 22TCN 262:2000) [12]: - Dung trọng: γW ≤ 1,7 T/m3 ; - Hệ số rỗng: e ≥ 1; - Độ ẩm: W ≥ 40%; - Độ bão hòa: G ≥ 0,8; + Dựa vào các chỉ tiêu cơ học: - Modun biến dạng: E0 ≤ 50 kG/cm2 ; - Hệ số nén : a ≥ 0,01 cm2 /kG;
14. 5 - Góc ma sát trong: ϕ ≤ 100 - Lực dính (đối với đất dính): c ≤ 0,1 kG/cm2 ; - Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c < 0.15 kG/cm2 ; - Lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường Cu < 0.35 kG/cm2 ; - Sức chống mũi xuyên qc < 1 kG/cm2 ; - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) là N30 < 5; 1.1.1.2 Khái niệm đất yếu bằng định lượng Khái niệm về đất yếu đã được đề cập trong các tiêu chuẩn xây dựng, cụ thể như sau: Theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012 [13]: đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có thể làm nền móng cho công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo chảy. Theo tiêu chuẩn 22TCN 262:2000 [12] đưa ra các tiêu chuẩn nhận biết đất yếu như sau: - Theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ: + Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc sét pha trầm tích trong nước ở ven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12%) nên có mầu nâu đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5; sét pha e ≥ 1,0; cát pha e ≥ 0,9), lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c ≤ 0,15 daN/cm2 , góc nội ma sát φ từ 0 -100 hoặc lực dính theo kết quả cắt cánh hiện trường cu < 0,35 daN/cm2 . Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dạng bùn cát, 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 đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân huỷ, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi là đất
15. 6 đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đất yếu đầm lầy còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ chứa trong chúng: Lượng hữu cơ từ 20-30% : đất nhiễm than bùn Lượng hữu cơ từ 30-60%: đất than bùn Lượng hữu cơ từ 60-80%: than bùn Thực tế hiện nay, khi mà tính toán nền móng công trình tuân theo hai trạng thái giới hạn, đánh giá đối với xây dựng, đất có sức chịu tải quy ước R ≤ 1,0 kG/cm2 , mô đun tổng biến dạng E0 ≤ 50,0 kG/cm2 không thỏa mãn điều kiện ổn định cho công trình bình thường được xem là đất yếu. Ở nước ta, đất yếu phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng, là các thành tạo trầm tích Đệ tứ, có nguồn gốc sông, hồ, đầm lầy,…Bao gồm các loại đất sau: Đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) trạng thái dẻo chảy, chảy; đất bùn; đất than bùn (có hàm lượng hữu cơ >13%); cát chảy; đất có hàm lượng tạp chất hòa tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10% theo trọng lượng; … 1.1.2 Khái niệm nền đất yếu Nền đất yếu là khái niệm dùng để chỉ các nền đất mà khi xây dựng công trình thường không đảm bảo các điều kiện ổn định theo các trạng thái giới hạn, phải xử lý kỹ thuật mới đảm bảo các điều kiện ổn định. Để đánh giá ổn định, cần thiết phải nghiên cứu phân chia cấu trúc nền, đánh giá theo các kiểu cấu trúc nền. Khái niệm nền đất yếu, phải được xem xét trong mối quan hệ giữa các đặc điểm nền đất tự nhiên với đặc điểm công trình xây dựng. Đó là tồn tại các lớp đất yếu trong phạm vi nền hoặc liên quan đến đặc điểm làm việc, tính chất tải trọng tác dụng của công trình, ... để làm sáng tỏ vai trò của đất yếu trong phạm vi nền nền cần tìm hiểu khái niệm cấu trúc nền, đặc biệt là cấu trúc nền đất yếu. Trên cơ sở cấu trúc nền địa chất nền đất yếu được hiểu là cấu trúc nền có liên quan trực tiếp với các thành tạo đất yếu, nó có ý nghĩa quan trọng đến sự mất ổn định của công trình. Các lớp đất khác có khả năng chịu lực cao hơn thường là vị trí lựa chọn tựa cọc hay là giới hạn xử lý nền công trình.
16. 7 1.2 Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu 1.2.1 Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu - Tăng sức chịu tải của nền đất; - Tăng khả năng chống biến dạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền và công trình; - Giảm tính thấm nước cho đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt, giảm tính nén lún, tăng trị số mođun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,... 1.2.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng công trình trên nền đất yếu Để xây dựng công trình trên nền đất yếu thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo khả năng chịu lực của đất nền. Kỹ thuật cải tạo đất yếu cần thiết đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp, công nghệ để cải thiện khả năng chịu tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Công tác xử lý nền đất yếu, lựa chọn giải pháp xử lý khi xây dựng công trình phụ thuộc vào điều kiện như: đặc điểm quy mô, tải trọng và loại công trình, đặc điểm của cấu trúc nền, thiết bị và điều kiện thi công, yêu cầu tiến độ... Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các giải pháp xử lý hợp lý riêng biệt hoặc kết hợp với nhau để dự báo hiệu quả cao nhất. 1.2.3 Các giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu Khi xây dựng công trình trên cấu trúc nền đất yếu, có các biện pháp xử lý theo hướng sau như sau: - Các giải pháp xử lý về kết cấu công trình; - Các giải pháp xử lý về móng; - Các giải pháp xử lý nền.
17. 8 1.3 Các nhóm giải pháp xử lý trên nền đất yếu Tùy theo các hướng xử lý khác nhau các giải pháp xử lý nền có thể được xếp theo một số nhóm chính như sau (tham khảo [1]): 1.3.1 Nhóm phương pháp cơ học Phương pháp lu lèn, đầm, nén rất hiệu quả cho các loại đất có độ rỗng lớn, Ví dụ như cát xốp. Tuy nhiên chúng chỉ có thể tăng độ chặt cho các lớp đất trên bề mặt với độ sâu hiệu quả không lớn; Phương pháp đóng các loại cọc vật liệu rời như cát, sỏi, đá dăm. Các loại cọc đóng này ngoài việc nén chặt đất (giảm độ rỗng của đất) chúng còn tăng cường khả năng thoát nước cho nền đất giúp tăng khả năng cố kết của nền đất. Sử dụng hiệu quả cho các loại đất có lỗ rỗng lớn, các loại đất yếu như bùn cát, á sét, á cát. Sử dụng cọc vật liệu rời có thể nén chặt đất cho cả các lớp đất yếu dưới sâu. 1.3.2 Nhóm phương pháp Vật lý Gồm các phương pháp hạ thấp mực nước ngầm, phương pháp giếng cát, bấc thấm, điện thấm … hoặc kết hợp bấc thấm kết hợp và gia tải trước, bấc thấm kết hợp hút chân không. 1.3.3 Nhóm phương pháp thay đất Nhóm phương pháp này dùng vật liệu có sức chịu tải tốt thay thế các lớp đất hoặc một phần lớp đất yếu để tăng sức chịu tải của nền 1.3.4 Nhóm giải pháp khác a) Nhóm phương pháp biến đổi cấu trúc đất nền bằng các biện pháp hóa – lý – sinh: Gia cường đất bằng xi măng, bằng hóa chất, điện thấm, điện hóa, sử dụng cho các loại đất như cát xốp, các loại đất có độ rỗng lớn, các loại đá nứt nẻ, các loại sét yếu, các loại cát, á cát, á sét bão hòa nước. Thay thế lớp đất dưới đế móng bằng loại đất khác tốt hơn: đây là một phương pháp ít được sử dụng. Để khắc phục vướng mắc do gặp lớp đất yếu phân bố ngay dưới đáy móng, người ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu
18. 9 bằng lớp đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh phí đầu tư lớn và thời gian thi công lâu dài. b) Nhóm phương pháp lợi dụng thi công để xử lý nền: Điều chỉnh tiến độ thi công: tăng tải dần hoặc xây dựng từng bộ phận công trình theo từng giai đoạn nhằm cải thiện khả năng chịu lực của nền đất, cân bằng độ lún giữa các bộ phận của kết cấu công trình. Đối với việc xử lý nền khối đắp (đê, đường, kho bãi, ...), yêu cầu xử lý với diện tích rất lớn, yêu cầu độ lún dư không quá nghiêm ngặt như xử lý nền móng cho các công trình xây dựng. Hiện nay, thường áp dụng các giải pháp xử lý như sau: - Các giải pháp công nghệ tác động đến bản thân khối đắp, gồm: + Xây dựng nền đắp theo giai đoạn; + Xây dựng các bệ phản áp; + Đắp gia tải trước: tăng nhanh lún; + Giảm trọng lượng của khối đắp lên nền: đắp bằng vật liệu nhẹ (polyetylen nở, lốp xe,..), đặt thêm các cống trong thân nền đắp; + Tăng cường ổn định cho nền đắp bằng cách bố trí các lớp vải hoặc lưới địa kỹ thuật ở đáy và thân khối đắp. - Các giải pháp công nghệ tác động đến nền đất yếu dưới khối đắp: + Thay thế toàn bộ hay một phần đất yếu bằng vật liệu đắp có tính chất xây dựng tốt + Bố trí các hệ thống thoát nước thẳng đứng: bấc thấm, giếng cát + Bơm hút chân không + Cột balat, cọc cát + Cọc xi măng đất + Cọc đóng vào nền đất yếu 1.3.5 Đánh giá các giải pháp xử lý nền đất yếu Để lựa chọn được giải pháp xử lý nền thích hợp cho công trình chúng ta cần đánh giá được nội dung , tác dụng, phạm vi áp dụng của phương pháp. Tác giả đưa ra bảng 1-1
19. 10 đánh giá chung cho các phương pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng phổ biến như sau: Bảng 1. 1 Đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu TT P Pháp Nội dung Tác dụng Phạm vi áp dụng 1 Xử lý nền bằng đệm cát Đào bỏ lớp đất yếu, thay thế bằng cát hạt trung, hạt thô và đầm chặt Tăng khả năng chịu tải của nền, tăng ổn định của công trình, giảm chiều sâu chôn móng nên giảm khối lượng vật liệu làm móng Lớp đất yếu có chiều dày <3m, không sử dụng khi nền đất có MN ngầm cao vì đệm cát kém ổn định, hạ MN ngầm tốn kém 2 Đầm chặt đất (cố kết động) Đầm chặt lớp đất mặt bằng đầm rung hoặc bằng các khối nặng 10-15T Tăng cường độ, sức chịu tải, giảm tính nén lún của đất nền Đất có lỗ rỗng lớn, cát tơi, đất chưa nén chặt 3 Gia tải nén trước Chất tải trọng (gạch, đá, cát sỏi..) bằng hoặc lớn hơn tải trọng TK Tăng sức chịu tải của đất nền, tăng nhanh cố kết và ổn định lún Cát pha bão hoà nước, sét pha, bùn sét, than bùn 4 Xử lý nền bằng cọc cát Cọc cát đường kính 30- 40cm được đóng bằng công nghệ rung ống ống chống để chiếm đất, đổ đầy cát và rung để đầm chặt Thoát nước, tăng nhanh cố kết, tăng cường độ của nền cọc cát (cọc cát và đất giữa các cọc) Nền đất yếu dày hơn 3m, không dùng khi đất quá nhão 5 Xử lý nền bằng bấc thấm Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật vào lõi chất dẻo, lõi này là đường tập trung và dẫn nước thoát ra khỏi nền đất yếu Tăng tốc độ cố kết, giảm độ rỗng, tăng dung trọng, tăng sức chịu tải Chiều dày lớp đất yếu lớn, độ thấm của nền đất nhỏ 6 Gia cường nền đất yếu bằng cọc tre và cọc tràm Cọc tre, cọc tràm dài từ 2,5-6m được đóng với mật độ 16-25 cọc/m2 Tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún của đất nền Nền đất luôn ở trạng thái ẩm ướt, công trình có tải trọng không lớn, không dùng cho đất cát 7 xử lý nền bằng cọc vôi và cọc xi măng đất Tôi vôi hoặc phun xi măng - đất vào lỗ khoan với tỷ lệ định trước Giảm độ ẩm (5-8%), tăng lực dính (1,5-3 lần), tăng cường độ chịu tải Đất sét và sét pha dẻo nhão, bùn
20. 11 TT P Pháp Nội dung Tác dụng Phạm vi áp dụng 8 Phương pháp cố kết bằng hút chân không Dùng công nghệ bơm hút chân không tạo ra áp lực âm đẩy nước ra ngoài làm đất cố kết nhanh hơn Tăng tốc độ cố kết, tăng sức chịu tải, giảm tính nén lún Nền đất sét yếu 1.4 Sơ lược về phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không và gia tải 1.4.1 Sơ lược về lịch sử phát triển và đặc điểm của phương pháp cố kết hút chân hút chân không 1.4.1.1 Lịch sử phát triển phướng pháp cố kết hút chân không Phương pháp cố kết hút chân không là một trong những phương pháp gia cố nền đất sét yếu bão hòa nước do Chủ tịch HĐQT Công ty cổ phần Cảng Loan Tân Hải - Từ Sĩ Long phát minh và đã được Uỷ ban Khoa học Thượng Hải -Trung Quốc giám định đạt Tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế, hiện nay phương pháp này đang được nhiều quốc gia áp. Năm 2008 công nghệ này bắt đầu được ứng dụng trong xử lý nền đất yếu tại Việt Nam cho một số công trình Nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy DAP, nhà máy sợi Polyeste Đình Vũ, nhà máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch II, Cảng Đình Vũ Hải Phòng, dự án đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây,… đã đạt hiệu quả cố kết trong thời gian ngắn, đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật. Mới đây Viện khoa học và công nghệ giao thông vận tải biên soạn tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9842:2013 [13] “xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết hút chân không có màng kín khí trong xây dựng các công trình giao thông – thi công và nghiệm thu”. 1.4.1.2 Đặc điểm và nguyên lý của phương pháp cố kết hút chân không Đặc điểm vượt trội của công nghệ hút chân không so với các phương pháp khác là tốc độ nhanh, thời gian thi công ngắn (giảm 50%), chi phí thi công giảm (30%), chất lượng tốt, thi công đảm bảo vệ sinh môi trường (Theo kết luận của các chuyên gia Trung Quốc tại Hội thảo do Sở XD TP Hồ Chí Minh tổ chức năm 2009).
21. 12 U0 = Pa ∆δ = Pa + ∆p – (U0 + ∆U) = ∆p -∆U U0 = Pa ∆δ = Pa - (U0 + ∆U) = ∆U (Hình a) (Hình b) Hình 1.1 Mô hình hoá kiểu lò xo cho quá trình cố kết (a) Dưới tác động chất tải đơn thuần; (b) Dưới sự gia tải chân không Nguyên lý làm cố kết trước cho nền đất yếu là đặt lên trên nền một tải trọng có giá trị tương đương với tải trọng công trình để nước thoát ra khỏi các lỗ rỗng cho đến khi nền đất được ổn định, sau đó dỡ tải. Để quá trình thoát nước xảy ra nhanh, người ta tạo những biên thoát nước (cọc cát, bấc thấm), công nghệ này gọi là cố kết trước bằng phương pháp thoát nước thẳng đứng. Phương pháp hút chân không thay thế cho phần gia tải trong công nghệ cố kết tức là vẫn có cột thoát nước thẳng đứng (Trường hợp cần thoát nước nhanh hơn vẫn sử dụng cả gia tải). Phân tích áp lực trong quá trình hút chân không :
22. 13 Hình 1.2 Sơ đồ phân tích nguyên lý cố kết hút chân không Tại điểm A có độ sâu Z1+Z2 với cao trình Z2 ngang với cao trình mực nước ngầm, chịu ứng suất tổng, áp lực nước và áp lực khí lỗ rỗng: 𝜎 = 𝑍1 × 𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 + 𝑍2 × 𝛾𝑠𝑎𝑡 + 𝑃𝑎 (1-1) 𝑢0 = ℎ × 𝛾𝑤 + 𝑃𝑎 (1-2) 𝜎𝑧 ′ = 𝜎 − 𝑢0 = 𝑍1 × 𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 + 𝑍2 × 𝛾𝑠𝑎𝑡 − ℎ × 𝛾𝑤 (1-3) Ngay sau khi gia tải bằng chân không ứng suất tổng 𝜎 không thay đổi. Ứng suất hữu hiệu trong suốt quá trình hút chân không bằng: 𝑢1 = ℎ × 𝛾𝑤 + 0 (1-4) 𝜎𝑧 ′ = 𝜎 − 𝑢1 = 𝑍1 × 𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 + 𝑍2 × 𝛾𝑠𝑎𝑡 − ℎ × 𝛾𝑤 + 𝑃𝑎 (1-5) Như vậy giá trị tăng của ứng suất hữu hiệu đúng bằng độ lớn của áp suất khí quyển và quá trình này được thực hiện trong pha nước nên mang tính đẳng hướng. Trong thực tế, lực hút chân không tác dụng lên lỗ rỗng trong đất khó đạt đến giá trị Pa do tổn thất áp suất, vùng đất nền xử lý không thể kín khí hoàn toàn,... Do vậy, tính đến hiệu suất máy bơm là n thì :
23. 14 ∆𝜎′ = 𝑛 × 𝑃𝑎 (1-6) 1.4.2 Giới thiệu các công nghệ thi công 1.4.2.1 Công nghệ thi công có màng kín khí (phương pháp cố kết MVC – Menard Vacuum Consolidation): Công nghệ này được phát triển năm 1989 do hãng xây dựng Menard (Pháp) trên kết quả nghiên cứu của giáo sư J.M. Cognon. Theo công nghệ này, sau khi thi công cắm bấc thấm và rải lớp đệm cát phía trên sẽ lắp đặt các ống dẫn nước ngang vào hệ thống tiêu thoát nước thẳng đứng. Sau đó, các ống dẫn nước ngang này nối với gờ của hào dung dịch bentonite ở biên khu vực xử lý. Các hệ thống này được bao kín bằng màng kín khí (thường là màng địa kỹ thuật geo-membrane) trên toàn bộ khu vực thi công (hình 1.2 và hình 1.3). Theo công nghệ này, sau khi thi công cắm bấc thấm và rải lớp đệm cát phía trên sẽ lắp đặt các ống dẫn nước ngang vào hệ thống tiêu thoát nước thẳng đứng. Sau đó, các ống dẫn nước ngang này nối với gờ của hào dung dịch bentonite ở biên khu vực xử lý. Các hệ thống này được bao kín bằng màng kín khí (thường là màng địa kỹ thuật geo-membrane) trên toàn bộ khu vực thi công. Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ phương pháp MVC
24. 15 Hình 1.4 Màng địa kỹ thuật Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí cũng được rút ra, tạo một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó hình thành một gia tải phụ do sự chênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng kín khí. Phương pháp này luôn đòi hỏi trong quá trình thi công và bơm hút phải đảm bảo sự kín khí của lớp màng, nếu không nên chỉ hiệu quả khi xử lý cho diện tích không lớn. Trình tự thi công của phương pháp này gồm 06 bước chính: - Bước 1: Thi công lớp thoát nước nằm ngang (lớp cát thô). - Bước 2: Thi công cắm bấc thấm. - Bước 3: Lắp hệ thống hút chân không gồm ống hút chân không, ống thoát nước dọc, ống thoát nước ngang, các thiết bị quan trắc. - Bước 4: Lắp đặt lớp màng kín. - Bước 5: Bơm hút chân không, phân tích xử lý kết quả quan trắc. - Bước 6: Đắp cát bù lún. 1.4.2.2 Công nghệ thi công không có màng kín khí (phương pháp Beaudrain) Nguyên tắc của công nghệ thi công không có màng kín khí dựa trên việc đơn giản hóa phương pháp MVC bằng cách bỏ đi màng kín khí. Thay vào đó, nhóm phương pháp này yêu cầu đắp lớp gia tải cao hơn để bù đắp sự thiếu hụt về áp lực gia tải; bấc thấm
25. 16 được nối kín với hệ thống ống tập trung nước dưới mặt đất (phương pháp beaudrain) hoặc nối trên mặt đất sau đó đắp lớp gia tải phủ lên trên (phương pháp beaudrain -S). Sơ đồ công nghệ như hình 1.4. Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ phương pháp Beaudrain 1.4.2.3 Hút chân không theo phương pháp beaudrain Phương pháp beaudrain tuy thi công đơn giản hơn phương pháp MVC nhưng do bấc thấm nối độc lập với hệ thống ống thoát nước, phải đắp lớp gia tải phía trên, nên phương pháp này thường có giá thành cao hơn và áp lực chân không dễ bị suy giảm làm giảm hiệu quả cố kết của nền đất. Chính vì vậy phương pháp này ít được sử dụng hơn so với phương pháp MVC. Nhận thức được những ưu và nhược điểm trên, năm 2000 Xu Shi Long – Chủ tịch hội đồng quản trị công ty cổ phần cảng Loan Tân Hải, đã đề xuất phương pháp nén trước bằng chân không HVDM (High Vacuum Consolidation Method) trên cơ sở phương pháp MVC, đã được Ủy ban khoa học Thượng Hải – Trung Quốc giám định đạt tiêu chuNn tiên tiến quốc tế. Hiện nay, phương pháp này đang được áp dụng rỗng rãi tại Trung Quốc và ứng dụng ở Việt Nam. Điểm khác biệt của phương pháp này so với phương pháp MVC là gia tải trước (tương đương với tải trọng công trình cho đến khi nền lún ổn định sau đó dỡ tải) bằng cách bơm nước lên bề mặt khu vực cần xử lý và cải tiến hệ thống thoát nước bằng cách lắp đặt các biên thoát nước ngang (hình 1.5 và hình 1.6).
26. 17 Hình 1.6 Lắp đặt hệ thống thoát nước biên 1.4.3 Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không • Ưu điểm: Công nghệ thi công phổ biến, thiết bị thi công đơn giản,thời gian thi công tương đối ngắn; Phù hợp với những vị trí có chiều dày lớp đất yếu lớn ; Vật liệu được sản xuất trong nhà máy. • Nhược điểm: Mức độ rủi ro cao, diễn biến phức tạp. Tốc độ thoát nước giảm theo thời gian.
27. 18 Hình 1.2 Bơm hút nước trên bề mặt màn kín 1.5 Kết luận chương 1 Trong chương 1, tác giả đã trình bày tổng quan về đặc điểm của đất yếu, quan niệm về cấu trúc nền đất, một số phương pháp xử lý nền đất yếu từ đó có thể định lượng các chỉ tiêu cơ bản của đất yếu để có khái niệm phục vụ cho các chương tiếp theo. Tổng quan về các giải pháp xử lý nền cho thấy tổng hợp các giải pháp xử lý nền và điều kiện áp dụng các giải pháp, giúp cho việc lựa chọn giải pháp công trình được thuận tiện và linh hoạt hơn. Đánh giá Sơ lược nguyên lý đặc điểm, phần tích ưu nhược điểm phương pháp xử lý nên đất yếu bằng bấc thấm kết hợp cố kết hút chân không và gia tải để làm tiên đề cho việc tính toán lún ổn định của chương tiếp theo.
28. 19 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG 2.1 Các phương pháp tính lún cố kết 2.1.1 Phương pháp giải tích Độ lún cố kết Sc của nền được xác định theo phương pháp cộng lún từng lớp (tham khảo công thức theo tiêu chuẩn TCN 262:2000 [12] : ∑ =                 + +         + = n i i pz i vz i z i c i vz i pz i r i i c C C e h S 1 0 log . log . . 1 σ σ σ σ σ (2-1) Trong đó hi- chiều dày lớp đất thứ i; e01- hệ số rỗng tự nhiên của lớp đất thứ i; Cc i - Chỉ số nén lún của đất, trong phạm vi σi > σi pz của lớp đất thứ i; Cr i - Chỉ số nén lún của đất, trong phạm vi σi < σi pz của lớp đất thứ i; σpz - Áp lực tiền cố kết của lớp đất thứ i σi vz - Ứng suất nén thẳng đứng do trọng lượng bản thân nén đến lớp thứ i; σi z- Ứng suất do tải trọng đắp gia tải gây ra. + Trị số ứng suất (áp lực) thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp σi vz được tính theo công thức (2-2) σvz = ∑ γi hi (2-2) Chú ý: Trong tính toán cần phải xem xét tỷ số quá cố kết OCR của đất nền. Tỷ số quá cố kết OCR được xác định như sau: i vz i pz OCR σ σ = (2-3)
29. 20 -Khi σvz i >σpz i (đất ở trạng thái chưa cố kết xong dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, gọi là đất chưa cố kết - Khi σvz i = σpz i (đất ở trạng thái cố kết bình thường) thì công thức (2-1) (chỉ còn một số hạng sau (không tồn tại số hạng có mặt Cr i ) -Khi σvz i <σpz i (đất ở trạng thái quá cố kết) thì tính độ lún cố kết Sc theo công thức ∑ =         σ σ + σ + = n 1 i i vz i vz i z i r i 0 i c log . C . e 1 h S (2-4) Chia các lớp yếu thành các lớp có bề dày 1- 2(m) thực hiện tính độ lún Sc i cho từng lớp. Độ lún tổng bằng tổng cộng các độ lún của các lớp: ∑ = i c c S S (2-5) Xác định các thông số và trị số tính toán trong công thức dự tính lún + Các thông số Ci r , Ci c , δi pz được xác định thông qua thí nghiệm nén cố kết không nở hông Khi nền đất cố kết chưa xong có OCR < 1 và nền đất cố kết thông thường có Độ lún tức thời của nền được xác định theo công thức sau: (2-6) Trong đó: σ - tải trọng tác dụng lên nền đất H - Chiều dày lớp đất tính lún Eu – modun tổng biến dạng của đất ở trạng thái không thoát nước. Theo 22TCN 262:2000 và TCVN 9355:2012 thì độ lún tức thời được tính theo công thức sau: Si = (m-1).Sc (2-7)
30. 21 Trong đó: hệ số m được lấy từ 1.1÷1.4 phụ thuộc vào chiều cao lớp đất đắp gia tải đặc điểm nền đất yếu và các biện pháp hạn chế cho đất yếu khỏi bị đẩy trồi ngang. S = m.Sc (2-8) Trong đó hệ số m được lấy như sau: đối với phương pháp gia tải truyền thống lấy m = 1.1÷1.4, đối với phương pháp gia tải bằng chân không lấy m = 0.8÷1.0 (không tính đến lún tức thời, Si). 2.1.2 Độ lún theo thời gian của đất nền Độ lún cố kết theo thời gian của nền công trình sau thời gian t được xác định theo công thức sau: St = Ut.Sc (2-9) Trong đó: Ut– là độ cố kết của nền đất sau thời gian t, Với: σ, z - ứng suất tại mặt thoát nước; - σ’’ z ứng suất tại mặt không thoát nước. Tv- nhân tố thời gian, H- là chiều dài đường thoát nước Ctb v - là hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất yếu trong phạm vi chiều dày vùng hoạt động ứng suất Ha Với hi, Cv i là chiều dày, hệ số cố kết của lớp đất thứ i. Việc xác định các thông số thành phần được trình bày chi tiết trong chương 3 phần tính lún 2.1.3 Độ lún cố kết của nền dùng bấc thấm (bài toán cố kết hai chiều) Đối với nền dùng bấc thấm, việc tính lún cố kết tương tự như đối với bài toán cố kết một chiều. Tính độ cố kết theo thời gian được thực hiện trên cơ sở lý thuyết của Carrillo về nghiệm của phương trình (2-3): Khi đó độ cố kết của nền theo thời gian t được xác định như sau: U=1-(1-UV) (1-Uh ) (2-10)
31. 22 Trong đó, Uh và Uv là mức độ cố kết theo phương ngang và phương đứng. Trong đó, độ cố kết theo phương đứng Uv được xác định theo công thức (2-10) Độ cố kết theo phương ngang Uh, được xác định như sau:           + + − − = r s ) n ( h h F F F T . 8 exp 1 U (2-11) Trong đó: Th- là nhân tố thời gian theo phương ngang, xác định theo công thức. t . D C T 2 e h h = (2-12) Với: D là đường kính ảnh hưởng của bấc thấm, được xác định như sau: nếu bố trí cắm bấc thấm theo lưới ô vuông, khoảng cách giữa các tim bấc thấm là L, thì D = 1.13L; nếu bố trí cắm bấc thấm theo lưới tam giác, khoảng cách giữa các tim bấc thấm là L thì D = 1.05L. Ch – hệ số cố kết theo phương ngang, được xác định bằng thí nghiệm hoặc tính Ch = (2÷5). Ctb v (theo TCVN 9355:2012 [13] ) F(n) – nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bố trí bấc thấm, được xác định theo công thức sau: 2 2 2 2 ) n ( n 4 1 n 3 ) n ln( 1 n n F − − − = � (2-13) Trong đó: n = D/dw với dw là đường kính tương đương của bấc thấm, được xác định theo công thức của Rixner: 2 b a dw + = (2-14) Với a, b là chiều dày và chiều rộng của bấc thấm Fs – là nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động của đất nền khi cắm bấc thấm, được xác định theo công thức sau:                 − = w s s h s d d ln 1 k k F (2-15)
32. 23 Với: kh- hệ số thấm của đất theo phương ngang khi chưa cắm bấc thấm; ks - hệ số thấm của đất theo phương ngang sau khi cắm bấc thấm, được lấy theo công thức sau: 5 2 C C k k k k v h v h s h ÷ = = = (2-16) ds – đường kính tương đương của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm. Trong thực tế thường lấy 3 2 d d w s ÷ = (2-17) Fr – nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm, được xác định theo công thức: w h 2 r q k . H . . 3 2 F π = (2-18) Với: H- chiều dài tính toán của bấc thấm. Nếu chỉ có một mặt thoát nước phía trên thì H bằng chiều sâu cắm bấc thấm; nếu có hai mặt thoát nước thì H bằng một nửa chiều sâu cắm bấc thấm. qw- là khả năng thoát nước của bấc thấm, lấy theo chứng chỉ xuất xưởng của bấc thấm. Thực tê tính toán cho phép lấy như sau: + kh/qw= 0.00001÷ 0.001 m−2 đối với đất yếu loại sét hoặc sét pha. + kh/qw= 0.001÷ 0.01 m−2 đối với đất than bùn. + kh/qw= 0.01÷ 0.1 m−2 đối với đất bùn gốc cát. 2.1.4 Độ lún cố kết của nền gia tải bằng hút chân không kết hợp với bấc thấm Với phương pháp gia tải bằng hút chân không kết hợp với bấc thấm, việc tính toán độ cố kết dùng công thức Carillo đã được Hansbo cải tiến để xác định vùng xáo động, độ cố kết được tính theo công thức (2-19). Nhưng ở đây:
33. 24 (2-19) Với Uh được xác định theo công thức (2-20) (2-20) Trong đó: D là đường kính ảnh hưởng của bấc thấm; (2-21) Với n là hệ số Barron, n =D/dw S- tỷ số giữa đường kính vùng xáo động và đường kính tương đương của bấc thấm, lấy S =2. Kh, k’h- hệ số thấm của vùng xáo động và vùng không xáo động, lấy tỷ số. Tính độ lún từ biến: Trong một số trường hợp tính toán còn phải độ lún từ biến gây bởi tải trọng công trình. Đối với nền đất, sau khi xử lý bằng phương pháp HVDM, độ lún của công trình thường phải đảm bảo nhỏ hơn 10cm trong vòng 10 năm. Độ lún từ biến của nền đất sau xử lý được tính toán theo công thức sau: (2-22) Trong đó: Cα- hệ số từ biến của đất. Trong trường hợp không có Cα có thể được lấy như sau: Cα = 0.038Cc . Theo Serge Varaksin có thể lấy Cα = 0.0095
34. 25 H – chiều dày vùng hoạt động nén ép trước khi xử lý tbh – thời gian bảo hành công trình, tính từ xau khi xử lý nền tth – thời gian để đất nền cố kết thấm hoàn toàn, thường lấy > 10 năm. 2.1.5 Các phương pháp xác định độ lún từ kết quả quan trắc 2.1.5.1 Phương pháp xác định độ lún từ phương pháp Hyperbolic (tham khảo mục [13]) Từ đường cong lún trong đoạn đã đủ tải, tại bất cứ thời điểm t nào có thể xác định được hệ số (t-t0)/(S-S0) tương ứng. Hình 2.1 Biểu đồ đo lún theo thời gian quan trắc
35. 26 Hình 2.2 Biểu đồ xác định hệ số α và ß theo phương pháp Hyperbolic Với nhiều thời điểm khác nhau t, có thể vẽ đươcmột đồ thị quan hệ f(t) = (t-t0)/(S-S0, sau đó hệ số β và α có thể xác định được như hình 2.1 2.1.5.2 Phương pháp xác định độ lún cuối cùng bằng phương pháp Asaoka (tham khảo mục [13]) Hình 2.3 Biểu đò quan hệ độ lún St = f(t) (trích dẫn mục [13])
36. 27 Hình 2.4 Biểu đò quan hệ độ lún Si = f(Si-1) (trích dẫn mục [13]) Độ lún cuối cùng được xác định bằng phương pháp Asaoka theo trình tự sau: - Xác định số liệu quan trắc lún (từ khi tải trọng là hằng số ∆t bằng nhau) - Lọc số liệu theo những khoảng thời gian bằng nhau; - Vẽ biều đồ quan hệ Si và Si-1 - Xác định xu hướng của các điểm Si - Si-1; - Xác định độ lún cuối cùng chính là hoành độ giao cắt của hai đường Si = f(si-1) với đường Si = Si-1(như trên hình); 2.2 Các phương pháp kiểm tra ổn định của nền 2.2.1 Phương pháp cân bằng hữu hạn (phương pháp phân mảnh Bishop) Để tính toán ổn định trượt của nền công trình, áp dụng theo phương pháp phân mảnh, mặt trượt cung tròn của Bishop, như hình sau:
37. 28 Hình 2.5 Sơ đồ tính ổn định trượt theo phương pháp Bishop Khi đó hệ số ổn định được đánh giá như sau: (trích dẫn mục [12]) [ ] ∑ ∑ = − + = i i n i i i i i i i a s Q b u Q b C m F α ϕ sin . tan ). . ( . . 1 1 (2-23) Trong đó: ) tan . tan 1 .( cos Fs m i i i a ϕ α α + = (2-24) - Ci: Lực dính của đất (kG/cm2 ) - ϕi: Góc ma sát trong của đất (độ) - bi: Chiều rộng của mảnh phân tố đất (m) - ui: Áp lực nước lỗ rỗng (kG/cm2 ) - Qi: Khối lượng của mảnh phân tố đất - αi: Góc nghiêng của mặt đáy phân tố đất (độ) Phương pháp tính toán này do phải tính lặp với nhiều lăng thể đất đưa vào phân tích trên nhiều cung trượt, do vậy khối lượng tính toán tương đối lớn, khó kiểm soát kết quả nếu tính toán thủ công. Vì vậy, trong báo cáo này, sử dụng phần mềm GeoSlope (Canada) xác định hệ số Fs theo phương pháp Bishop.
38. 29 2.2.2 Phương pháp tính toán ổn định chống lún trồi (chống phá hủy nền): Đây là phương pháp tính toán đơn giản, thuận tiện cho việc tính toán chiều cao đắp sơ bộ. Việc tính toán được tiến hành bằng cách xem nền đắp tương tự như một móng nông hình băng được giới hạn bởi điểm giữa của taluy nền đắp. Theo phương pháp của Mandel và Salencon, tải trọng giới hạn trên nền đất có lực dính cu được xác định như sau: c u max N . c q = (2-25) Trong đó: Nc được xác định theo sơ đồ Hình 2.6 Hình 2.6 Sơ đồ xác định Nc theo phương pháp Mandle- Salencon B - là chiều rộng trung bình mặt cắt ngang đường đắp Hy – là chiều dày của lớp đất yếu Hệ số ổn định được tính toán theo công thức sau: H . q F max lt γ = (2-26) Trong đó: H là chiều cao nền đắp, γ là khối lượng thể tích của đất đắp. Theo phương pháp này, nền đường đắp ổn định khi Flt ≥ 1,2
39. 30 2.2.3 Tính toán ổn định chống lún trồi khi có vải địa kỹ thuật tăng cường Ta có sơ đồ tình toán khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đất đắp như hình vẽ sau: - Điều kiện về lực giữ khối trượt của vải địa kỹ thuật: F ≤ Fcp (2-27) Trong đó: Fcp là lực kéo cho phép của vải địa kỹ thuật (kN/m) Hình 2.7 Sơ đồ tính toán ổn định trượt khi có vải địa kỹ thuật gia cường Với vùng I là vùng khối trượt, vùng II là vùng vải địa kỹ thuật đóng vai trò neo giữ, lực F là lực kéo mà vải địa kỹ thuật phải chịu (kN/m), Y là cánh tay đòn đối với tâm trượt nguy hiểm nhất. Khi tính toán phải đảm bảo các điều kiện sau: - Điều kiện bền của vải địa kỹ thuật: k F F max cp ≤ (2-28) Trong đó: Fmax là cường độ kéo đứt của vải; k là hệ số an toàn lấy bằng 2 khi vải làm bằng polyester và k =5 nếu vải làm bằng polypropylene hoặc polyamide - Điều kiện về lực ma sát cho phép đối với lớp vải rải trực tiếp trên đất yếu: ' f . h . F i l 0 đ cp 1 ∑γ = (2-29)
40. 31 ' f . h . F i l 0 đ cp 2 ∑γ = (2-30) ϕ = tan . 3 2 '. k ' f (2-31) Trong đó: l1, l2 là chiều dài của vải trong phạm vi khối trượt và vùng đất neo giữ; γđ là khối lượng thể tích đất đắp; hi là chiều cao đắp trên vải; f’ là hệ số ma sát giữa đất đắp và vải địa kỹ thuật, được xác định theo biểu thức (2-28): Trong đó: ϕ là góc ma sát trong của đất đắp, k’ là hệ số dự trữ về ma sát, lấy bằng 0,66. Tính toán ổn định trượt theo phương pháp của Madle và Salencon đơn giản nên thực hiện các phép tính trên phần mềm Excel. Phương pháp phân mảnh của Bishop và tính toán ổn định trượt khi có vải địa kỹ thuật tăng cường, sử dụng phần mềm Geoslope để tính toán. 2.3 Các yêu cầu thiết kế nền đường đắp trên nền đất yếu 2.3.1 Yêu cầu ổn định trượt Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đường đắp trên nền đường đất yếu 22TCN 262:2000 [12] để nền ổn định không bị phá hoại do trượt trong quá trình thi công đắp, do lún cần đảm bảo yêu cầu kỹ thuật sau: Yêu cầu ổn định trượt: - Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn khoét xuống vùng đất yếu và các thông số tính toán được xác định theo mục V.3 thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin = 1,20 (riêng trường hợp dùng kết qủa thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở trong phòng thí nghiệm để nghiệm toán thì Kmin = 1,10. - Khi áp dụng phương pháp Bishhop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin = 1,40.
41. 32 2.3.2 Yêu cầu ổn định lún 2.3.2.1 Tốc độ lún Số liệu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng và quan trắc di động ngang của vùng đất yếu hai bên nền đắp trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước phải không được vượt quá trị số quy định dưới đây: - Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đường không được vượt quá 10mm/ngày đêm. - Tốc độ di động ngang của các cọc quan trắc đóng hai bên nền đắp không được vượt quá 5mm/ngày đêm. (Tham khảo theo tiều chuẩn TCN 262:2000 [12]). 2.3.2.2 Yêu cầu độ lún tổng Phải tính toán dự báo được độ lún tổng cộng S kể từ khi bắt đầu đắp nền cho đến khi lún hết hoàn toàn để đắp phòng lún (đắp rộng thêm bề rộng nền đường so với bề rộng thiết kế). Bề rộng phải đắp thêm mỗi bên của nền đường (bm) được xác định theo công thức: bm = S . m (2-32) Trong đó: l/m là độ dốc ta luy nền đắp thiết kế S là độ lún tổng cộng của nền đường 2.3.2.3 Yêu cầu tải trọng tính khi dự báo độ lún tổng cộng Khi tính toán độ lún tổng cộng nói trên thì tải trọng gây lún phải xét đến chỉ gồm tải trọng nền đắp thiết kế bao gồm cả phần phản áp (nếu có), không bao gồm phần đắp gia tải trước (nếu có) và không xét đến tải trọng xe cộ. 2.3.2.4 Yêu cầu về độ lún dư Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng trên vùng đất yếu, phần độ lún cố kết còn lại ΔS tại trục tim của nền đường được cho phép như ở Bảng 2.1 dưới đây (trích dẫn tiêu chuẩn 22TCN 262:2000):
42. 33 Bảng 2. 1 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ΔS tại trục tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình Loại cấp đường Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu Gần mố cầu Chỗ có cống Các đoạn nền đắp thông thường 1.Đường cao tốc và đường cấp 80 ≤ 10cm ≤ 20cm ≤ 30cm 2.Đường cấp 60 trở xuống có tầng mặt cấp cao A1 ≤ 20cm ≤ 30cm ≤ 40cm Trong đó: - Phần độ lún cố kết còn lại ΔS là phần lún cố kết chưa hết sau khi làm xong áo đường của đoạn nền đắp trên đất yếu. Trị số ΔS được xác định theo công thức (VI.9) tùy thuộc độ cố kết U đạt được vào thời điểm làm xong áo đường. - Chiều dài đoạn nền đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng mố cầu liền kề. Chiều dài đoạn nền đắp có cống hoặc có lối chui qua đường ở dưới được xác định bằng 3-5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng lối đi qua đường. - Nếu phần độ lún cố kết còn lại ΔS vượt quá các trị số cho phép ở bảng trên thì mới cần phải có các biện pháp xử lý để giảm ΔS. Công trình là đường cao tốc ở vị trí đoạn nền đắp thông thường nên ∆S ≤ 30 cm 2.3.2.5 Yêu cầu về thời gian Thực tế công trình yêu cầu tổng thời gian xử lý nền không vượt quá 6 tháng để đảm bảo thời gian thi công và thông xe đúng thời hạn. 2.4 Kết luận chương 2 Trong chương 2: tác giả đã trình bày các nội dung chính sau:
43. 34 - Tổng quan cơ sở lý thuyết tính toán độ lún cố kết trước xử lý, và độ lún sau xử lý nên đất yếu bằng phương pháp bấc thấm kết hợp cố kết hút chân không; - Cơ sở lý thuyết kiểm toán độ ổn định trượt trồi trước và sau xử lý nền; - Các yều cầu trong tính toán lún, và kiểm tra ổn định của nền;  Chương này tác giả phân tích ưu nhược điểm phạm vi áp dụng của các phương pháp tính toán đề xuất phương pháp tính toán phù hợp để dùng cho các chương tiếp theo (áp dụng tính toán chi tiết cho chương 3).
44. 35 CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG 3.1 Giới thiệu về công trình 3.1.1 Quy mô đặc điểm công trình – Tên dự án: Kết Nối Khu Vực Trung Tâm Đồng Bằng MêKông – Việt Nam. – Dự án Kết nối khu vực trung tâm đồng bằng Mê Kông sẽ cải thiện dịch vụ giao thông của khu vực trung tâm Đồng bằng sông Mekong thông qua kết nối giao thông giữa Thành phố Hồ Chí Minh với các vùng Đông Nam khu vực Đồng bằng sông Mekong. – Gói thầu: CW2C – Tuyến nối Cao Lãnh – Vàm Cống (Km 18+200 – Km 23+450) 3.1.2 Điều kiện địa chất đất công trình khu vực dự án: Căn cứ vào tài liệu đo vẽ ĐCCT, kết quả khoan khảo sát địa chất, thí nghiệm hiện trường và kết quả thí nghiệm mẫu đất trong phòng; địa tầng khu vực được phân chia thành các lớp đất được mô tả theo thứ tự từ trên xuống dưới thể hiện trên mặt căt điển hình như sau: Hinh 3. 1 Mặt cắt địa chất điển hình của đoạn tuyến Lớp KQ: Cát pha xám đen, trạng thái dẻo Lớp này xuất hiện ở hầu hết các lỗ khoan trong đoạn tuyến. Bề dày của lớp bằng 1.5m. Giá trị SPT thay đổi 1- 3 búa.
45. 36 Lớp 1A: Sét pha, màu xám xanh, trạng thái dẻo chảy. Lớp này xuất hiện ở cả các hố khoan, phân bố ngay dưới lớp 1A. Bề dày của lớp bằng 9.10m. Giá trị chùy xuyên tiêu chuẩn thay đổi từ 1 – 3 búa. Lớp 1B: Sét pha lẫn cát màu xám đen trạng thái dẻo chảy: Lớp này xuất hiện ở hầu hết các lỗ khoan, bề dày lớp bằng 11.0 m. Giá trị xuyên tiêu chuẩn biến đổi 2-4 búa. Lớp 4E:Sét pha, màu nâu đỏ, trạng thái dẻo cứng nửa cứng Lớp này chỉ xuất hiện ở hố khoan PS-02, phân bố ngay dưới lớp 1B. Bề dày chưa xác định, các hố khoan kết thúc trong lớp này. Giá trị xuyên tiêu chuẩn: 16 búa. Đất có khả năng chịu tải trung bình. Tóm tắt địa tầng khu vực: Khu vực khảo sát xử lý đất yếu có mặt cắt điển hình như hình 3.1, bao gồm các lớp đất từ trên xuống dưới phân bố chi tiết như mặt cắt sau: Cầu trúc nền: lớp đất yếu có chiều dày lớn, nằm dưới lớp thổ nhưỡng, tổng hợp số liệu địa chất tính toán xử lý xem Bảng 3.1 tổng hợp chỉ tiêu cơ lý Bảng 3. 1 Thông số đất nền tính toán xử lý TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp KQ 1A 1B 4E 1 Thành phần hạt Hạt sỏi sạn P % - - - Hạt cát - % 18.7 13.0 19.5 10.28 Hạt bụi - % 38.1 33.8 35.4 65.7 Hạt sét - % 50.2 53.1 45.2 23.3 2 Độ ẩm tự nhiên W % 39.4 57.8 43.9 26.1 3 Khối lượng thể tích tự nhiên ɤw g/cm3 1.81 1.62 1.74 1.98 5 Hệ số rỗng tự nhiên e0 - 1.045 1.457 1.207 0.730 6 Giới hạn chảy WL % 47.6 57.3 44.90 41.10 7 Giới hạn dẻo WP % 23.5 26.1 23.60 21.50 8 Chỉ số dẻo IP % 24.1 31.2 21.20 19.60
46. 37 TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp KQ 1A 1B 4E 9 Độ sệt Is - 0.64 0.98 0.96 26.10 10 Góc nội ma sát ϕ độ 9o 39’ 6o 05’ 5o 25’ 11o 00’ 11 Lực dính đơn vị C T/m2 2.606 0.855 0.722 5.155 12 Cường độ kháng nén một trục qu kG/cm2 0.588 0.230 0.250 1.031 13 Nén cố kết Áp Lục tiền cố kết pc (T/m2 ) 6.020 4.820 5.080 6.490 Hệ số cố kết: Cv 1-2 (10-4 cm2 /s) 5.800 6.300 7.52 9.800 Chỉ số nén Cc 0.210 0.580 0.029 0.018 14 Nén ba trục sơ đồ UU Lực dính đơn vị Cuu T/m2 2.807 0.947 0.813 Góc ma sát ϕuu độ 9o 55’ 5o 45’ 5o 05’ 15 Nén ba trục sơ đồ CU Lực dính Ccu T/m2 0.95 0.85 5.155 Góc ma sát ϕcu độ 9o 29’ 8o 58’ 11o 01’ 16 Hệ số thấm k m/ngày.10-5 1.944 2.376 2.816 8.56 17 Mô đun tổng biến dạng E kG/cm2 180 10 8 100 3.2 Kết quả tính toán ổn định lún khi chưa xử lý 3.2.1 Độ lún cố kết trước khi xử lý * Độ lún cố kết Sc được dự tính theo phương pháp Cộng lún từng lớp theo các trường hợp cụ thể như công thức sau: σvz i >σpz i ∑ =                 σ σ + σ +         σ σ + = n 1 i i pz i vz i z i c i vz i pz i r i 0 i c log . C log . C . e 1 h S (3-1) - Khi σvz i = σpz i (đất ở trạng thái cố kết bình thường) thì công thức (2-1) (chỉ còn một số hạng sau (không tồn tại số hạng có mặt Cr i ) Khi σvz i <σpz i (đất ở trạng thái quá cố kết) thì tính độ lún cố kết Sc theo công thức
47. 38 ∑ =         σ σ + σ + = n 1 i i vz i vz i z i r i 0 i c log . C . e 1 h S (3-2) Trong đó: hi- chiều dày lớp đất thứ i; e01- hệ số rỗng tự nhiên của lớp đất thứ i; Cc i - Chỉ số nén lún của đất, trong phạm vi σi > σi pz của lớp đất thứ i; Cr i - Chỉ số nén lún của đất, trong phạm vi σi < σi pz của lớp đất thứ i; σpz - Áp lực tiền cố kết của lớp đất thứ i σi vz - Ứng suất nén thẳng đứng do trọng lượng bản thân nén đến lớp thứ i; σi z- Ứng suất do tải trọng đắp gia tải gây ra. * Độ lún tổng cộng S được dự đoán theo quan hệ kinh nghiệm theo công thức : S = m.Sc (3-3) 3.2.2 Trình tự tính toán lún của nền đắp trên đất yếu Để tính độ lún tổng cộng S theo công thức (3-3) thì phải tính được độ lún cố kết Sc theo công thức (3-1) tức là phải xác định được các thông số và trị số tính toán. Trong đó trị số phụ thuộc vào tải trọng đắp, tải trọng này bao gồm cả phần đắp lún vào trong đất yếu S. Vì lúc đầu chưa biết S, do vậy quá trình tính lún là quá trình lặp thử dần theo trình tự sau: + Giả thiết độ lún tổng cộng Sgt (thường giả thiết Sgt = 5-10% bề dày đất yếu hoặc chiều sâu vùng đất yếu chịu lún za; nếu là than bùn lún nhiều thì có thể giả thiết Sgt = 20 - 30% bề dầy nói trên). + Tính toán phân bố ứng suất theo toán đồ Osterberg với chiều cao nền đắp thiết kế có dự phòng lún H'tk = Htk + Sgt (Htk là chiều cao nền đắp thiết kế: nếu đắp trực tiếp i z σ i z σ Tải bản FULL (100 trang): https://bit.ly/3lq6CJB Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ
48. 39 thì kể từ mặt đất thiên nhiên khi chưa đắp đến mép vai đường; nếu có đào bớt đất yếu thì kể từ cao độ mặt đất yếu sau khi đào). + Với tải trọng đắp H'tk tính toán độ lún cố kết Sc theo (3-1) hoặc (3-2) tùy trường hợp. Chiều cao nền đắp thiết kế để dự phòng lún H'tk được xác định là: H'tk = Htk + Sgt (3-4) Như vậy, cao độ nền đường đắp trên nền đất yếu phải thiết kế cao thêm một trị số S để dự phòng lún. Bề rộng nền đắp tại cao độ ứng với chiều cao H'tk phải bằng bề rộng nền đắp thiết kế. V Tải trọng tính toán (Tại vị trí Km19+080) Các tải trọng tính toán dùng khi kiểm tra ổn định và dự báo lún của nền đắp trên đất yếu gồm tải trọng đắp nền và đắp gia tải trước, tải trọng xe cộ, tải trọng động đất như. Vì việc tính toán đều đưa về bài toán phẳng, do vậy các tải trọng tính toán đều được xác định tương ứng với phạm vi phân bố trên 1 m dài nền Tải trọng đắp nền và đắp gia tải trước được xác định đúng theo hình dạng đắp trên thực tế (hình thang với mái dốc có độ dốc thiết kế. Tải trọng lớp đất đắp chiều cao (h =3.77m) suy ra qđ =3.77 *1.7 = 6.409 (T/m2 ). - Tải trọng bù lún bằng tổng độ lún tim đường (h =1.2*Sc=1.385*1.2 = 1.66m) trong đó Sc độ lún cố kết tại tim đường (lấy trong bảng 3.2) - từ đó xác định tải trọn bù lún qbl =1.7*1.66 = 2.822 (T/m2). - Tải trọng xe cộ được xem là tải trọng của số xe nặng tối đa cùng một lúc có thể đỗ kín khắp bề rộng nền đường (hình 3.2) phân bố trên 1 m chiều dài đường tải trọng này được quy đổi tương đương thành một lớp đất đắp có chiều cao là Hq xác định theo công thức sau: Tải bản FULL (100 trang): https://bit.ly/3lq6CJB Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ
49. 40 Hinh 3. 2 Sơ đồ tính toán tải trọng xe Tải trọng xe được quy đổi tương đương thành lớp đất đắp có chiều cao là Hq, xác định theo công thức sau: l . B . G . n H đ q γ = (3-5) e d ). 1 n ( b . n B + − + = (3-6) Trong đó: G- là khối lượng của một xe, tấn n- Số xe tối đa có thể xếp trên phạm vi bề rộng nền đường. γđ - Khối lượng thể tích đất đắp nền đường, γđ = 1,70 T/m3 . l - Phạm vi phân bố tải trọng theo hướng dọc xe. Bề rộng phân bố ngang của các xe (B), được tính như (3-6): Với tải trọng xe H30, gồm 08 làn xe, theo quy trình 22TCN 262-2000, các Trong đó thường lấy b = 1,8 m với các loại ô tô, b = 2,7 m với xe xích; d là khoảng cách ngang tối thiểu giữa các xe (thường lấy d = 1,3 m); e là bề rộng lốp đôi hoặc vệt bánh xích (thường lấy e = 0,5 - 0,8m); còn n được chọn tối đa nhưng phải bảo đảm B tính được theo (2-9) vẫn nhỏ hơn bề rộng nền đường. Như vậy khi tính toán có xét đến tải trọng xe cộ thì tải trọng đắp xem như được cao thêm một trị số hx. Chọn b=1,8m; e = 0,8; n = 8; d = 1,3m, trọng lượng xem G = 30T lấy l = 6,6 m. Ta tính được: B = 8.1,8 + (8-1).1,3+0.8 = 24,3 (m) < 27.0 (m) (tối đa theo thiết kế, 2 chiều xe chạy) B d b b e/2 e/2 l