CHƯƠNG 5 xử lý nền đất yếu

CHƯƠNG 5:XỬ LÝ NỀN

ĐẤT YẾU

5.3 MỘT SỐ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU THƯỜNG DÙNG.


5.3.1 CÁC BiỆN PHÁP TĂNG NHANH TỐC ĐỘ ĐỘ CỐ
KẾT CỦA NỀN

•
•
•

5.3.1 .1 BiỆN PHÁP GiẾNG CÁT SỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
a. Khái niệm
Giếng cát là một trong những biện pháp gia cố đất yếu bằng cách làm cho nước trong lỗ rỗng
của đất yếu thoát thẳng đứng bằng mao dẫn thông qua các cọc bằng cát hạt trung hoặc thô
(thấm nước tốt) dưới tác dụng của tải trong gia tải trước.


Một số hình ảnh về làm giếng cát hình ảnh cần có chú thích



* Công dụng :
Giếng Cát làm cho nước tự do trong lỗ rỗng thoát thẳng đứng,sau đó được chảy ngang theo lớp đệm cát
đặt trên đỉnh các giếng cát vì vậy làm tang đọ cố kết của nền, làm cho công trình nhanh đạt giới hạn ổn
định về lún đòng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều.
- Ngoài ra,nếu khoảng cách giữa các giếng được chọn thích hợp thì nó có tác dụng làm tăng độ chặt của
nền và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên.

b.Ưu điểm và nhược điểm

•
•
•
•
•

* Ưu điểm:
+ Sử dụng trong vùng có đất yếu lớn chiều sâu xử lý lớn hơn 20 mét
+ Tốc đọ cố kết nhanh hơn bấc thấm,nên thời gian chờ cố lún cố kết nhỏ. Độ lún dư sau khi
xử lý nhỏ.
+ Mức đọ rủi ro thấp, diễn biến lún không phức tạp
+ Khả năng chông mất ổn định trượt sâu cao hơn bấc thấm, vì ngoài tác dụng thoát nước để
cố kết đất,còn có tác dụng cải thiện đất ngay trong quá trình thi công giếng cát ( lèn đất và
thay đất yếu bằng cát trung trong giếng cát).


* Nhược điểm:
+ Phải có thiết bị thi công nhất là khi cần cắm giếng cát sâu hơn 20 m ( khi chiều sâu nhỏ có thể cải
tiến máy thi công từ các máy đào ,cần cẩu)
+ Phải tốn cát có hệ số thấm cao để lấp giếng ( thường dùng cát hạt trung,hạt thô đước àn tuyển
kĩ.
+ Có thể xảy ra hiện tượng cát nhồi ngắt quãng trong giếng, khi đó tác dụng dẫn nước bị giảm.
+ Tiến đọ thi công chậm hơn bấc thấm.
+ Cần lưu ý rằng khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạt độ đồng đều của cát
trong suốt chiều dài giếng cát, tránh hiện tượng đứt đầu giếng cát dưới tác dụng của các loại tải
trọng.

* Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm lượng hữu cơ
không lớn (thường < 10%) và tải trọng dắp lớn hơn áp lực tiền cố kết của đất yếu.


C, Phạm vi áp dụng
Giếng cát được sử dụng với loại đất bùn, than bùn , cũng như các loại đất dính bão hòa nước, có
tính biến dạng lớn khi xây dựng , các công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời
gian như nền đường, sân bay, bản đáy các công trình thủy lợi


2, Cấu tạo giềng cát


+ Giếng cát có đường kính 30 – 50 cm, thường dùng d= 40cm. Chiều sâu của giếng cát bằng
chiều sâu chịu nén cực hạn cuẩ đất nền dưới móng, chẳng han : móng đơn lg = 2b – 3b; móng
băng tại lg = 4b ; móng bè (có cạnh lớn hơn 10m) nếu nền đất sét yếu : lg >= 9m+ 0.15b : nếu
đất loại cát yếu : lg >= 6m + 0.9b; trong một số trường hợp chiều dài của giếng có thể từ 2830m. Khoảng cách các giếng cát cho công trình dân dụng và công nghiệp là l= 1.5 – 5m .
+ Đệm cát tạo điều kiện cho công trình lún đều . Chiều dày tầng đệm cát Hd được tinhd theo
công thức kinh nghiệm sau đây :
Hd = S + (0.3-0.5 m)
S: độ lún tính toàn của đất nền khi chưa có dính cát.thông thường đệm cát có chiều dày từ
0.2-0.5m.
+ Lớp gia tải : chiều cao lớp gia tải phụ thuộc vào lớp đất đắp được yêu cầu như sau: h = Ϭ ː ɣ
ɣ : trọng lượng thể tích của đất
Ϭ : áp lực do tải trọng ngoài


3, Tính toán giếng cát

 ∆σ '( p ) 
log 1 +

σ
'
o 

uv.r =
log

 ∆σ '( p ) 
log 1 +

Tính độ cấu kết trung bình theo phương thẳng đứngvà xuyên tâm
σ
'
0 

u=
 ∆σ '( p )  ∆σ '( f )  
trong đó :
log 1 +
1 +

σ '0  ∆σ '( p )  

- là giá trị tải trọng công trihf trên 1 đơn vị diện tích
∆σ '( p )
- ứng suất do tải trongjbanr thân gây ra
- tải trọng chất thêm

∆σ '( f )

∆σ '( f )


+ Với một tải reongj và thời gian , độ cố kết trung bình do thoát nước thẳng đứng và thoát nước
xuyên tâm là :

uv ,r = 1 − (1 − ur )(1 − uv )

trong đó :
: độ cố kết trung bình thoatrs nước xuyên tâm
: độ cố kết trung bình thoat nước thẳng đứng

ur
uv


* Độ cố kết trung bình do thoát nước xuyên tâm

Hình 5.9 thể hiện sơ đồ của giếng cát. Trong hình, r w là bán kính của giếng cát và re =

de/2 là bán kính ảnh hưởng của vùng thoát nước. Trong quá trình thi công giếng cát,một
vùng cố định của đất sét xung quanh giếng cát bị xáo động,do đó làm thay đổi tính thấm của
đất sét. Trong hình 5.9 , re là khoảng cahs xuyên tâm từ tâm của giếng cát đến điểm xa nhất
của vùng xáo động. Bây giờ , với mối quan hệ độ cố kết trung bình , chúng ta sử dụng lý
thuyết đẳng biến dạng ” theoryof equal strain”. Có hai trường hợptải trọng tác dụng được
biểu diễn như hình 5.10.
+ Trường hợp(a) toàn bộ tải trọng được áp dụng tức thời(5.10a)

+Trường hơp (b) toàn bộ tải trọng tác dụng từ từ(5.10b)


de

Vùng xáo động

Giếng cát

Hc

r

s

r

rw

e


Khi toàn bộ tải trọng tác dụng tạm thời( Baron,1948) .
Trong đó

 − 8Tr 
U r = 1 − exp

 m 

n2
S2
kh  n 2 − S 2
n 3

m= 2
ln  − +
+
2
2
n −S
ks  n2
 S  4 4n


 ln S



Tải trọng trên đơn vị diện tích

Tải trọng trên đơn vị diện tích

∆σ ' ( p ) + ∆σ ' ( f )

∆σ '( p ) + ∆σ '( f )

Thời gian

Thời gian

Hình 5.10 . Điều kiện chất tải

Trong đó

de
n =
2 rw

S

=

re
=
rw

re
rw


Trong đó :

ks
Tr

kh
- hệ số thấm của đất sét theo phương ngangtrong vùng không xáo động
- hệ số thấm theo phương ngang trog vùng xáo động

- hệ số thời gian không đơn vị cho thấm xuyên tâm

CVR t 2
=
2
de

TR

Cvr- Hệ số cố kết cho thoát nước xuyên tâm

kh
Cvr =


∆e
 ∆σ ' (1 + e ) γ n
av 


Với trường hợp không xao động,

và

rs = rw

kh = ks


Do đó S=1 và phương trình trở thành

n
3n − 1
m = 2 2 ln ( n ) −
2
n −s
4n
2

2

nếu tải trọng tác dụng theo tuyến tính và khong có vùng xao động lúc đó

1
Tr − 1 − exp ( − ATR ) 
A
u r=
TRC

(với Tr >= Trc )


TCR
Trong đó :

Cvr tc
=
2
de

2
A=
m
Độ cố kết thoát nước thẳng đứng

Π  uv (%) 
Tv = 
4  100 
Và

Và với uv > 60% :

Với Uv = 0-60%

Tv = 1.781 − 0.933 log[100 − U v (%)]

độ cố kết trung bình do thoát nước thẳng đừng , khi đặt tải trọng tức thời: với

= 0- 60%

Tv =

với
trong đó

2

độ cố kết trung bình theo phương thẳng và

Cvhệ số cố kết với trường hợp thẳng đứng

Cv t 2
H2


Với

Tv ≤ Tc

Uv
Với


Tv 
2
1
2
=
∑
1 − exp( − M Tv ) 
1 −
4
Tc 
Tv
M


[

]

Tv > Tc

[ (

) ]

2
1
U v = 1 − ∑ 4 exp − M 2Tc − 1 exp(− M 2Tv )
Tc M
M =

π

( 2m'+1)

2
m' = 0,1,2,3,...

Trong đó, H là chiều cao thoát nước thẳng đứng lớn nhất, hình 5.11 thể hiện sựu thay đổi cua uv(%) với Tc và Tv

Cv t 2
Tc =
H2



Ví dụ
-

Giả thiết rằng, với mô hình giếng cát của Hình 5.9, đất sét cố kết bình thường. Ta có các dữ liệu sau:

-

Lời giải :

Đất sét: Hc = 4,57m(thoát nước hai mặt); Cc =0,31; e 0 =1,1
Ứng suất có hiệu ở giữ lớp sét =47,92
Giếng cát

, Cv = 106,15x

rw =0.091m; d=1.83m; Cv=Cvr

10 m / ngày

Tải trọng được gia tải theo sơ đồ hình VD5.1. Giả sử không có xáo kN
động./ Tính
độ cố kết sao 30 ngày sau khi−4 gia 2tải.
m
Cũng xác định độ cố kết do tải trọng gia tải
2

Từ phương trình(5.20)

C t 106,15 × 10 × 60
T =
=
= 0,122

4,57
H
2
−4

C. C

C

2

2


Ct
106,15 × 10 × 30
T =
=
= 0,061
4,75
H
2
−4

Và

V

V

Tải trọng

V

2

2

(kN / m )
2

95.84kN / m = ∆σ ' + ∆σ '
2

( p)

60 ngày
Hình VD 5.1 Giai tải theo đường ốc cho giếng cát

(f)

= t

Thời gian
C


•

T = 0,123 và T = 0,061 , ta có

Sử dụng hình 5.11 với

V

C

n=

d
1,83
=
= 10
2r
2 × 0,091
e

W

Từ phương trình (5.13)

C t 106,15 × 10 × 60
T =
=
= 0,19
(1,83)
d
−4

vr

rc

c

2

2

e

Và

C t 106,15 × 10 × 30
T =
=
= 0,095
(
)
d
1,83
−4

vr

r

c

2

2

e

Lại có, từ phương trình (5.11)

U =
r

T −
r

1
[1 − exp(− AT )]
A
T
r

rc

U ≈ 9% . Với giếng cát,
V