Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ quảng ninh đến quảng nam nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng gia tải nén trước

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM







BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
BẰNG GIA TẢI NÉN TRƯỚC


THUỘC ĐỀ TÀI:
“
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN
NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM
”
Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂ
Y
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN
Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-13
22/12/2009

Hà Nội 2009


1
Mục lục
Mục lục 1
I. GIỚI THIỆU CHUNG 2
I.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng 2
I.2. Nguyên lý làm việc: 2
I.3. Ưu nhược điểm của phương pháp: 2
I.3.1. Ưu điểm của phương pháp 2
I.3.2. Nhược điểm của phương pháp 3
II. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3
II.1. Sơ đồ cấu tạo nền đất có giếng cát như hình 2-1 gồm có: 3
II.2. Tính biến dạng của nền 4
II.3. Thi công nền giếng cát: 6
I.3.1. Yêu cầu về vật liệu: 6
I.3.2. Thi công giếng cát: 6

2
I. GIỚI THIỆU CHUNG
I.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng
Đối với nền đất dưới công trình có tính nén lớn và biến dạng không đồng đều
như sét và sét pha cát ở trạng thái chảy hoặc cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái bão hoà nước,
muốn nén chặt nó, yêu cầu phải có tải trọng tác dụng thường xuyên trong thời gian dài
thì mới có hiệu quả. Trong nhiều trường hợp, nếu độ lún dự tính rất lớn, v

ượt quá
những chỉ dẫn cho phép trong qui phạm, để đảm bảo cho công trình có thể sử dụng
được ngay sau khi thi công thì một trong những biện pháp hay dùng là nén trước bằng
tải trọng tĩnh (bằng cát, sỏi, gạch, đá, các khối bê tông, ) bằng hoặc lớn hơn tải trọng
công trình định thiết kế trên nền đất yếu để nền chịu tải và lún trước khi xây dựng
công trình thực tế.
Tác dụng của biện pháp này là làm cho n
ền đất được nén chặt một phần, độ ẩm
và biến dạng của đất giảm đi và khả năng chịu lực của đất nền tăng lên.
Phương pháp gia tải nén trước là một trong những phương pháp xử lý có hiệu
quả đối với nền đất yếu. Phương pháp này thường được dùng đối với đất sét và sét pha
cát ở trạng thái chẩy hoặc cát nhỏ cát bụi ở
trạng thái bão hoà nước, phạm vi nền
không lớn. Tuy nhiên, trong trường hợp đất có hàm lượng sét lớn, độ dốc thuỷ lực ban
đầu và độ bền cấu trúc của đất đáng kể thì hiệu quả áp dụng phương pháp trên sẽ bị
hạn chế.
I.2. Nguyên lý làm việc:
Trước khi xây dựng công trình dùng các loại vật liệu (cát, sỏi, gạch, đá …) chất
đống lên mặt đất trong phạm vi xây dựng móng để gây ra một áp lực nén (g
ọi là áp lực
nén trước) tác dụng lên mặt nền, làm cho đất nền bị lún do đó đất được chặt lại. Khi
đất nền đạt được độ chặt yêu cầu, người ta dỡ áp lực nén trước rồi tiến hành xây dựng
công trình. Lúc này nền công trình vừa có cường độ đạt yêu cầu vừa có tính nén lún
nhỏ. Như vậy, phương pháp nén trước đã dựa trên qui luật giảm tính nén lún của đất
dưới tác dụng củ
a tải trọng.
I.3. Ưu nhược điểm của phương pháp:
I.3.1. Ưu điểm của phương pháp
Đối với những loại đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái
bão hòa nước có biến dạng lớn kéo dài theo thời gian và sức chịu tải thấp giếng cát là

một trong những phương pháp tốt nhất và rẻ tiền nhất đáp ứng được yêu cầu rút ngắn
giai
đoạn lún để sau khi hoàn thành xong việc xây dựng và đưa công trình vào sử dụng
thì độ lún gây ra tiếp đó sẽ không vượt quá giới hạn cho phép trong qui phạm thiết kế.
Giếng cát có hai ưu điểm chính:
- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm cho công trình xây ở trên chóng
đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng
đều.
- Trong trườ
ng hợp khoảng cách giữa các giếng cát được chọn một cách hợp lý
thì nó còn có tác dụng làm tăng độ chặt của nền đất và do đó sức chịu tải của đất nền
tăng lên một cách đáng kể.
Ngoài ra phương pháp này tận dụng vật liệu địa phương nên hạ được giá thành
công trình.

3
I.3.2. Nhược điểm của phương pháp
Do đất nền cần xử lý là đất yếu, sức chịu tải kém do đó khi chất tải trọng phải
tiến hành theo thời gian nên thường chỉ phù hợp với các dự án cho phép kéo dài thời
gian thi công.
Với nền đất có hàm lượng sét lớn, độ dốc thủy lực ban đầu và độ bền cấu trúc
của đất đáng kể thì hiệu quả áp dụng phươ
ng pháp này bị hạn chế.
II. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Hiện nay có ba phương pháp gia tải trước đang được áp dụng đó là phương
pháp nén trước không dùng giếng tháo nước; Phương pháp nén trước dùng giếng cát
và phương pháp nén trước dùng bấc thấm. Tuy nhiên phương pháp nén trước không
dùng giếng tháo nước về qui trình thi công cũng như nguyên lý làm việc giống như
phương pháp đắp theo thời gian đã giới thiệu trong chuyên đề 15. Phương pháp nén
trước dùng bấc thấm cũ

ng đã được trình bày chi tiết trong chuyên đề 20 của đề tài này
nên ở đây chúng tôi chỉ giới thiệu phương pháp nén trước dùng giếng cát.
Việc sử dụng giếng cát là để thoát nước nhanh cho tầng đất yếu vì thế cố kết
nhanh hơn và độ lún chống ổn định hơn. Giếng cát và cọc cát có kích thước (đường
kính và chiều dài) tương tự nhau, nhưng khoảng cách các giếng cát thì lớn hơn cọc cát
(cọc cát có nhiệm vụ
chủ yếu là nén chặt đất, tăng sức chịu tải của nền, còn tác dụng
thoát nước lỗ rỗng là nhiệm vụ thứ yếu).
II.1. Sơ đồ cấu tạo nền đất có giếng cát như hình 2-1 gồm có:
- Đệm cát: tạo điều kiện cho công trình lún đều. Chiều dày tầng đệm cát h
đ
tính
theo công thức kinh nghiệm sau đây:
h
đ
= S + (0,3÷0,5m)
S - Độ lún tính toán của nền đất khi chưa có giếng cát.
Thông thường đệm cát có chiều dày 0,2÷0,5m.
- Giếng cát: có đường kính 20÷60cm, thường dùng d = 40cm. Chiều sâu của
giếng bằng chiều sâu chịu nén cực hạn của đất dưới nền móng, chẳng hạn: móng đơn -
l
g
= 2b÷3b; móng băng -l
g
= 4b; móng bè (có cạnh lớn hơn 10m) nếu nền đất sét yếu: l
g

≥ 9m + 1,5b; nền đất loại cát yếu: lg ≥ 6m + 0,9b.
Khoảng cách các giếng cát cho công trình dân dụng và công nghiệp là:
L = 1,5m ÷ 5m (hình 2-2)

Hình 2-1: Sơ đồ cấu tạo giếng cát

4

Hình 2-2: Bố trí giếng cát trên mặt bằng
II.2. Tính biến dạng của nền
- Độ lún của nền đất khi chưa có giếng cát
S =
h
1
d1
d2d1
ε+
ε
−
ε

Ở đây ε
1d
, ε
2d
- hệ số rỗng của đất ở xung quanh giếng cát trước và sau khi có
tải trọng công trình;
h - chiều dày lớp đất yếu có giếng cát.
Nếu nền đất yếu có nhiều lớp đất khác nhau thì dùng phương pháp tổng S = ΣS
i
.
- Độ lún của nền đất yếu khi có giếng cát: xác định gần đúng theo công thức
kinh nghiệm của I.E. Evgênev như sau:

S
gc
= h
L
d
1
2
2
c
0
p0
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
ε+
ε−ε

Ở đây: ε
0
- hệ số rỗng của nền đất ở trạng thái tự nhiên;
ε
p
- hệ số rỗng của nền đất khi có tải trọng ngoài;
d

c
- đường kính giếng cát;
L - khoảng cách giữa các trục giếng cát.
h - chiều dày lớp đất yếu có giếng cát.
- Độ lún theo thời gian: xác định theo biểu thức:
S
t
=
()
[]
t,r,zpqh
1
m
n
1
v
−
ε+

Mức độ cố kết:
U =
rz
n
t
MM1
q
)t,r,z(P
1
S
S

−−=−=

Ở đây: m
v
- hệ số nén của đất;
ε
1
- hệ số rỗng ban đầu của đất;
q - tải trọng phân bố đều của công trình;
p
n
(z,r,t) - áp lực nước lỗ rỗng;
h - chiều dày lớp đất yếu có giếng cát.

5
M
z
=
z
22
T
4
i
1i
2
e
2
18
π−
∞

=
∑
π

T
z
=
2
z
h
tC

C
z
=
nv
tbz
m
)1(K
γ
ε
+

Ở đây: t - thời gian cố kết;
K
z
- hệ số thấm thẳng đứng;

γ
n

- dung trọng nước;
M
z
- có thể tra theo biểu đồ quan hệ M
z
= f(T
z
) (hình 2-3)
M
z
T
z
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0.01 0.02 0.04 0.10 0.2 0.4 0.6 1.0
0.06
0.08
0.8

Hình 2-3: Đồ thị quan hệ M
z

và T
z
S
=
4
0
c
m
2
0
1
0
8
6
5
4
3
2
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
M

r
T
r
0.01 0.02 0.04 0.10 0.2 0.4 0.6 1.0

Hình 2-4: Biểu đồ quan hệ giữa M
r
và T
r

và độ lún toàn phần S
M
r
=
qM
)t,r,z(P
z
n

T
r
=
2
r
R4
tC

C
r
=

nv
tbr
m
)1(K
γ
ε
+

Ở đây: K
r
- hệ số thấm ngang;
R - bán kính ảnh hưởng của giếng cát;

ε
tb
- hệ số rỗng trung bình (ε
tb
=
2
p0
ε
+
ε
)

6
M
r
có thể tra theo biểu đồ quan hệ M
r

= f(T
r
) và độ lún toàn phần S (hình 2-4)
II.3. Thi công nền giếng cát:
I.3.1. Yêu cầu về vật liệu:
Cát dùng làm giếng và lớp đệm phải là cát vàng, hạt thô. Nếu không có cát vàng
hạt to thì dùng cát hạt vừa, màu vàng mờ có hệ số thấm lớn, k
≥3m/ngđ.
Đường kính ống thép để thi công giếng cát nên chọn d
c
= 35÷45cm là tốt nhất.
Thi công giếng cát cũng như cọc cát cần có máy chuyên dùng.
Nếu hệ số thấm của đất K
r
< 1.10
-7
cm/s và hệ số cố kết C
r
<1.10
-4
m
2
/ngđ thì tác
dụng của giếng cát sẽ bị hạn chế.
I.3.2. Thi công giếng cát:
Công tác chuẩn bị và trình tự thi công giếng cát hoàn toàn giống như cọc cát
(Xem chi tiết trong chuyên đề 18 của đề tài này). Theo kinh nghiệm thi công giếng cát
nhiều năm ở Liên Xô thì việc chọn máy đóng ống thép xuống độ sâu thiết kế có ảnh
hưởng lớn đến chất lượng làm việc của giếng cát.
Nếu chiều sâu giếng cát nhỏ hơ

n hoặc bằng 12m thì có thể dùng loại máy đào
kiểu
∋-505 hoặc ∋-801với chiều dài cần là 18m. Khi chiều sâu giếng cát lớn hơn 12m,
thường dùng loại cần trục CK
Γ - 25 hoặc CKΓ - 30.
Đối với loại đường kính giếng cát d
c
=35-45cm, thường dùng loại máy rung có
lực kích thích 10-20t.
Trong thực tế, người ta dùng loại máy rung kiểu BПП-4 có lực kích thích 14t,
số dao động 1500 trong 1 phút, trọng lượng 12t, công suất động cơ 28kW. Ở đây cũng
có thể dùng máy rung tần số thấp kiểu BП-2 hoặc бT-104.
Để tiến hành thi công giếng cát, thông thường chỉ cần 4-6người. Thời gian phí
tổn trong quá trình thi công giếng cát khi ứng dụng các thiết bị ở trên có thể tham khảo
ở bảng 2-1.
Bảng 2-1:Thời gian phí tổn trong quá trình thi công giếng cát
Chiều sâu giếng cát
5 6 8 10
Các bước thi công
Thời gian phí tổn (phút)
- Hạ ống khoan đến độ sâu thiết kế 3,3 3,9 4,9 5,8
- Đổ cát vào lỗ khoan 1,8 2,2 3,0 3,8
- Nén chặt cát bằng chấn động 2,0 2,2 2,0 2,0
- Rút ống lên 1,5 1,8 2,4 2,9
- Chuyển vị trí thiết bị 0,9 0,9 1,0 1,0
Tổng cộng 9,5 10,8 13,3 15,5
Từ bảng 2-1 ta có nhận xét rằng, lượng tăng thời gian phí tổn trên một mét dài
của từng giếng cát lấy trung bình vào khoảng 1,2 phút và có giá trị không đổi (tính từ
chiều sâu 5m trở đi).