BẾN CẢNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.96 MB, 164 trang )
TRƯỜNG ĐAI HOC XÂY DƯNG
P G S . T S . PH ẠM V Ă N G I Á P - T S . BÙI V I Ệ T Đ Ô N G
BÉN CÀNG
T R Ê N
N
Ề N
Đ Ấ T
(Tái bản)
N HÀ X U Ấ T B Ả N X Â Y DỰNG
HÀ NÒI - 2009
Y É U
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu
5
Chương 1. Những khái niệm chung về nền đất yêu
1.1. Định nghĩa đất yếu
7
1.2. Vài nét về đất sét yếu
8
1.3. Vài nét về đất cát yếu
12
1.4. Vài nét vể bùn
12
1.5. Phân loại đất yếu trong xây dựng công trình bến cảng
13
1.6. Các đặc thù chung của nền đất trong xây dựng công trình
15
1.7. Thực trạng nền đất yếu ở Việt Nam
15
Chương 2. Các phương pháp cải tạo nền đất yếu
2.1. Các hướng chung để cải tạo nền đất yếu
28
2.2. Cọc cát
29
2.3. Cọc đất
38
2.4. Cọc vôi
44
2.5. Giếng cát
44
2.6. Gia cố đất bằng nãng lượng nổ
52
2.7. Nén trước bằng tải trọng tĩnh
63
2.8. Nén chặt đất trên mặt bằng đầm
63
2.9. Nén chật đất dưới sâu
70
2.10. Nén chặt đất bằng bìa Caton (bấc thấm)
72
2.11. Gia cường đất yếu bằng vải địa kĩ thuật (Geotextile)
74
Chương 3. Các giải pháp kết cấu bến tường cừ trên nền đất yếu
3.1. Nguyên tắc chung về các giải pháp kết cấu bến nói chung và tường cừ
nói riêng cho nền đất yếu
77
3.2. Các loại kết cấu bến tường cừ dùng cho nền đất yếu
78
3.3. Phân tích sự làm việc của cừ nhiều neo
81
3.4. Xây dựng biểu đồ áp lực đất lên cừ kép
83
3.5. Giải bài toán cừ có sô neo n > 2
87
3.6. Các biện pháp giảm áp lực ngang của đất lên tường
92
3.7. Giải bài toán cừ có cọc neo xiên
96
Chương 4. Các giải pháp kết cáu cầu tàu trên nền đất vếu
4 . 1. Những đặc điểm nổi bật của kết cấu cầu tầu
104
4.2. Các loại kết cấu cấu tầu dùng cho nền đất yếu
105
3
4.3. Giải hài toán cầu tàu đài cao theo phương pháp đàn dẻo
108
4.4. Áp lực đất lèn cọc và cừ
Il ị
4.5. Giái bài toán cầu tàu đài mềm theo phương pháp cọc ngàm đàn hồi
1 18
4.6. Sức chịu lải của một số cọc đặc biệt
130
Chưưng 5. Tính toán ổn định tổng thê công trình
5.1. Biểu thức tổng quát tính toán ổn định tổng thể công trình
I 3 “5
5.2. Phương pháp tính theo lý thuyết cân bằng giới hạn
137
5.3. Phương pháp tính theo mặt trượt eiả định
139
Chương 6. Tính toán Lực kháng trượt của cọc
6.1. Đặt vấn đề
6.2. Nguyên nhân mất ổn định và vai trò của cọc trong tính toán ổn định
148
6.3. Tính toán lực kháng trượt của cọc theo phương pháp giải tích
149
6.4. Tính toán lực kháng trượt của cọc theo phương pháp đồ giải
I 50
6.5. Tính toán lực kháng trượt của cọc theo phương pháp tương tác ma sát
) 53
Tài liệu tham khảo
4
147
164
LỜI NÓI ĐẦU
H a i k h u vực đồng bằng B ắc Bộ (ĐBBB), đồng bằng sông c ử u Long
(Đ B S C L ) và nhiều cửa sông từ T h a n h H oá đến B ìn h T h u ậ n chiếm quá
nửa tống s ố các cảng biến và cảng sông Việt N a m , được xây dựng trên
nền đ ấ t yếu^thậm ch í quá yếu. Đ ây là m ột thực t ế hiển nhiên đ ể ra đời
cuốn sách "Bến cảng trên nền đ ấ t y ế u " m ộ t giáo trìn h chuyên sâu cho tư
vấn - th iết k ế - th i công các loại kết cấu bến cảng p h ụ c vụ trực tiếp cho
các cảng ở Đ B B B và Đ B SC L , củng n h ư ở các cửa sông M iền Trung.
Trước hết "B ến cảng trên nền đ ấ t yếu" là m ột giáo trìn h cao học của
n g à n h Cảng-Đường thuỷ, thềm lục địa ngành xây dự ng các công trình
th u ỷ công ở các trường đại học và cao đắng, ngoài ra nó còn là tài liệu
th a m khảo cho công tác nghiên cứu, đào tạo đại học và cao đ ắ n g .
M ột điều hết sức q uan trọng nữ a, cuốn sách "Bến cảng trên nền đất
y ế u " sẽ g iú p ích nhiều cho công tác tư Ưấrt - thiết k ế - th i công của các
công ty, các nhà thầu trong xây dự ng cơ bản nói chung và xây dự ng bến
cảng trên nền đ ấ t yếu nói riêng, m à lâu nay đã gây nhiều ph iền toái
trong việc x ử lí nền m óng cho cả nhà q uản lí củng n h ư các kỹ sư xây
d ự n g cảng - đường th u ỷ .
S á c h do hai tác g iả biên soạn:
P G S .T S . P hạm Văn Giáp chủ biên và viết các Chương 1, 2, 3, 4 và 5.
T S. B ù i Việt Đ ỏng đặc trách Chương 6.
Các tác giả chân th à n h cảm ơn tất cả nhữ ng đồng nghiệp từ N a m chí
B ắc, n h ấ t là các thầy cô giáo trong bộ m ôn Cảng-Đường thuỷ của trường
Đ ại học X â y dự ng đã góp ý liên tục cả m ột quá trìn h d à i h ỉn h th à n h nên
cuốn sách n à y. C húng tôi củng sẵn sàng n h ậ n n hữ ng thiếu sót có h ạ n về
m ặ t trin h độ từ tất cả m ọi người góp ý p h ê binh sách.
C ác tá c g iả
5
Chương 1
NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỂ NEN ĐÂT
1.1. ĐỊNH NGHĨA ĐẤT
yếu
yếu
Khái niệm đất yếu chỉ hiểu theo nghĩa tương đối - phụ thuộc vào trạng thái vật lí của
đất, cũng như tương quan giữa khả năng chiụ lực của đất với tải trọng và móng của công
trình truyền lẽn.
Rất nhiều các nhà địa chất, điạ kĩ thuật và các chuyên gia xây dựng đều có nhận xét
chung là:
+ Tính ngập nước hoàn toàn - bão hoà;
+ Deo và chảv dẻo;
+ Độ bền không lớn;
+ Sức chịu tải thấp;
+ Nén lún lớn;
Ở Talin 1965, người ta quan niệm đất yếu có độ ẩm > 80% mà áp lực trong khoảng
0,5 -T- 3 kG/cm2, E0 < 50 kG/cm2.
Ở Việt Nam (theo tài liệu của Hoàng Văn Tân) thì En < 50 kG/cm2, có khả năng
chịu
lực 0,5 -r 1 kG/cin2 .
VỔ mặt trực diện, đất yếu là đất hoàn toàn bão hoà nước, có hệ số rỗng e > 1,0, hệ số
nén lún lớn, E0 thấp, sức chống cắt không đáng kể.
Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của
quá trình hình thành đá sét; các loại cát hạt nhỏ mịn rời rạc ,than bùn; các loại trầm tích
bị mùn hoá. than bùn hoá v.v... Chúng rất đa dạng vể thành
phần khoáng vật,nhưng
thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng.
Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa vùng
vịnh hoặc biển. Nguồn SỊỐC lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), hổng tích
(proluvi), lớ tích(koluvi) do gió, do lầv, do bàng và do cả con người (đào bới, đắp, cày
cấy, trổng irọt). Nguồn gốc vùng vịnh có thế là cửa sông tam giác châu (Delta) hoặc
7
vùng biển. Đất nguồn gôc biển có thể được tạo thành ỡ khu vực nước nông (< 200m),
thềm lục địa (200 -í- 3000m), hoặc biển sâu (>3000m).
Trong thực tế xây dựng ở Việt Nam thườag đất sét yếu bão hoà nước, ơ iú n g có tính
chất đặc biệt, đồng thời cũng có một sò' tính chất tiêu biểu cho các loại đất vếu
nói chung.
Đặc trưng điển hình cho đất yếu phải kể đến đất sét yếu; vừa có đầy đủ lính chất
cơ lý, vừa thường có mặt ở nhiều nơi xây dựng bến cảng. Sau đó đến cát yếu và bùn,
than bùn.
1.2. VÀI NÉT VỀ ĐẤT SÉT YẾU
a) Hạt sét và các khoáng chất sét
Đất sét yếu có hai phần:
- Phần phân tán thô d > 0,002rnm. Chủ yếu là khoáng chất nguồn gốc lục địa: thạch
anh, fen pat.
- Phần phân tán mịn gồm các hạt bé (2,0-:-0,l)n và keo (0,1-K),001)|i. Đó là các sán
phẩm phân huỷ hoá học..
Đất sét yếu chứa đựng 3 nhóm khoáng châ't sét:
+ Kaolinit;
+ Monmoriolit;
+ Ilit.
b) Nước trong đất sét yêu
Đất sét yếu là một hộ phân tán ba pha: hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi. ở vùng lạnh
đất sét yếu có 4 pha: hạt khoáng, nước lỏng, hơi và bãng cứng. Song trong thực tế đất sét
yếu thường bão hòa nước nên coi chúng chỉ là một hộ hai pha (hạt khoáng và nước).
Mỗi một hạt khoáng được bao bọc một màng nước gồm nhiều lớp (từ trong ra ngoài)
gồm:
- Nước liên kết - nước hấp thụ;
- Nước các lớp mặt - nước màng.
Hai lớp nước này có nhiều tính chất khác nhau: cứng, hơi, di động...
c) Hiện tượng hấp thụ
Đó là khả năng của đất hút từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật
chất khác nhau: cứng, lỏng, h ơ i , ion phân tử, các hạt keo.
8
Hấp thụ được phân ra 5 loại:
- Hấp thụ cơ học: đó là hấp thụ các hạt lơ lửng trong nước khi chảy qua đất sét sẽ làm
cho đất chịu lực kém.
- Hấp thụ vật lí: là sự hút các vật chất xung quanh do sức căng bề mặt.
- Hấp thụ hoá lí: đó là sự trao đối tạo thành các hợp chất.
- Hấp thụ hoá học: tạo thành hoặc phàn huỷ các chất.
- Hấp thụ sinh học: là hệ quả của các đời sông sinh vật.
d) Tính dẻo
ứng với một độ ẩm nào đó làm cho đất sét yếu biến dạng ớ thể cứng, thể lỏng, thể
nhứt : dược xác định mức độ thông qua hộ số dẻo W n'.
w n = WT - Wp
Trong đó:
WT - giới hạn cháy ;
W p - giới hạn lăn.
e) Gradien ban đáu
Đất sét yếu có tính ihẩm (hấu khác thường: chỉ cho nước thấm qua khi gradien (độ
dốc) cột nước vượt quá một trị sô nhất định nào đó gọi là gradicn ban đầu i0 (hình 1-1).
Hình l - l : L ién hệ í^iữa tóc clộ thấm Vth vù iỊraclien cột Iiước i
íị)
Đ ộ bền cấu trúc
Nếu tải trọng ngoài được truvền lèn lớp đất sét yếu nhỏ hơn một trị số gọi là độ bền
càu trúc thì biến dang cúa đẩt bé đến mức có thể bỏ qua. Còn khi vượt qua độ bền cấu
9
trúc thì đường cong liên hệ giữa hệ số rỗng £ và ap [ực ơ sẽ có độ dốc lớn (hình 1-2).
Đối với đất sét yếu độ bền cấu trúc ơ = C',2 -í- 0.3 kG/cnr. Điều này có ý nghĩa lớn khi
tính toán cố kết đ ấ t .
Hình l~2: Xác clịiìh clộ bềiì cấu trúc theo đường cong nén lún
/. Nháiìlì nén; //. Nhánh dỡ tải
h) Tính nén chưa đến chặt
Tính nén chưa đến chặt là sự không phù hợp rõ ràng của độ chặt tự nhiên với áp lực tir
nhiên mà đất đang chịu tác dụng. Nói cách khàc, ở một chiều sâu nào đó đất chịu áp lực
là ơ, đúng ra phải có hệ sô' rồng e nhưng lại có £|> í% tức là có sự thấp kém (hình 1-3).
H inh 1-3: Cúc trang thái nén chặt cùa dát
I- Trạng /hái liên chưa đểu chụt; 2- TrụiHỊ thái IIẾII quá chặt
Theo Dênixov, quá trình nén chặt cùa đất sét diẻn ra rất lâu.
10
i) Tính nhạy và xúc biến
Tính nhạy là khả năng thay đối độ bền khi kết cấu bị phá hoại. Đó là các loại đất có
độ sệt B > 1.
Khi cắt bỏ hoặc loại trừ nguvên nhân gây ra sự phá hoại kết cấu đất thì độ bền của nó
có thế khôi phục nhanh hoãc chậm một phần hoặc toàn phán so với ban đầu. Hiện tượng
này aọi là xúc biến. Hiện tượng xúc biến dẫn đến thav đối quá mức dưới tác động của tải
trọna tình và động. Từ đó con người khó dự báo chính xác các sự cố rủi ro của các công
trình cáng thuỷ công.
k) M ối liên kết cấu trúc
Trong khoáng chất sét và nước tạo ra các hoạt tính hoá lí, tạo ra các màng nước dung
hợp và tạo ra các mối liên kết giữa các hạt và các khối nước gây nên, gọi là mối liên kết
cấu trúc. Đó là lực giữa các phân tử (lực hút phân tử). Do đó chúng dính lại với nhau .
I) Đặc điểm biến dạng
Khác với các vật liệu khác, đất sét vếu có khả năng nén chặt và củng cố dưới tác dụng
lú a ứng suất. Ngay khi áp lực bé, mức độ nén lún cúa chúng cũng có thế đạt đến trị số
dáng kế. Quá trình biến dạng \ay ra dài với tốc độ bó. Có hai loại biến dạng:
Biến dạng khôi phục gồm hiến dạng đàn hổi và biến dạnẹ cấu trúc.
Biến dạng dư : chí gồm biên dạng cấu trúc.
m) Sức chóng cắt
I = ơ tg(p +c
(1 -2 )
Trong đó:
ơ - ứng suất pháp tuyến;
c - lực dính kết;
(p - góc nội ma sát.
n) Tính chất lưu biến
Đất sét yếu là môi trường
dẻo nhớt. Chúng có tính nhão
(từ biến) và có khả năng thay
(íổi độ bền khi có tải trọng tác
dụng lâu dài và được gọi là
' I
... .
..... . '
I\.i:
lính chất lưu biên - tức là chaV
như chất nước (hình 1-4).
Hình 1-4: Các giai đoạn biến dạng
7 ô
.
AB - Nhão, tắt dần; BC- Nhão Ổn di lìlì,
CD- chày lăng biên
11
1.3.
VÀI N ÉT VỀ ĐẤT CÁT YẾU
a) Khoáng vật chủ yếu của cát là thạch anh, d = 0,05H-2mm. Cát được gọi là yêu khi
cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống. Chúng có kết cấu rời rạc ở trạng thái bão hoà nước
có thể bị nén chặt và pha ioãng đáng kể. Khi bị rung hoặc chấn độno thì trớ thành trano
thái lỏng nhớt gọi là cát cháy.
b) Khi chịu tải, độ bền cua cát hoàn loan xác định băng lực ma sát, chỉ khi có độ ẩm
mới xuất hiện lực liên kết yếu, tức là c = 0 ; T = o tg(p.
Sức chống cắt bao gồm:
+ Sức chống ma sát;
+ Sức chống lãn;
+ Sức chống đập vỡ và sứt mẻ góc cạnh.
c) Đất cát có độ thấm nước lớn, Jm/ngày đêm
d) Biến dạng của cát xảy ra rất nhanh và có trị số bé, bao gồm những thành phần
biến dạng:
+ Do nén chặt;
+ Do di chuyển sang bên và trượi lên nhau.
e) Cát chảy: cát có lượng chứa hạt bụi (0,05-r-0.002)mm chiếm tới (60+70)%, tức là
có chứa vật liệu keo. Trường hợp này gọi là cát chảy thực. Còn cát chảy giả xảy ra khi
có áp lực thuỷ động. Cát trong trường hợp này là cát sạch, không lẫn vật liệu keo. Cát
chảy gây nguy hiểm, tai nạn sập phá vỡ công trình.
g) Giảm độ rỗng dưới tác động rung. Với một gia tốc rung nào đó làm cho cát giảm
ma sát trong, giống như một chất lỏng nhớt nặng và được gọi là gia tốc lâm giới. Khi thi
công các công trình mà có độ rung (đóng cọc) phải tạo ra gia tốc chấn động nhỏ hơn gia
tốc lâm giới.
1.4. VÀI N ÉT VỀ BÙN
a) Bùn gồm có: bùn, than bùn, đất đắp, đất đóng băng, thạch cao, muối mỏ, đất muối;
trong đó ta chỉ xét bùn là chủ yếu.
b) Bùn là loại trầm tích híộn đại, là giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất loại sét.
c) Bùn luôn luôn có độ ẩm vượt quá giới hạn ciiảy. Hệ số rỗng 8 = 1+ 1,5.
12
tl) Hiện lượng phòi bùn khi lực I1C11 phân bố tương đối nhanh thì trong bùn phát sinh
áp lực thuỷ độna và bị phòi ra nsoài.
e) Một số chỉ úêu của bùn :
E = H 5 kG/cnr; 10; 25 kG/cnr.
Hệ sò nén lún 2+3 cnr/kG.
g) Bùn dẻ bị thay đổi kết cấu tự nhiên làm cho mất nước, gây ra xúc biến.
Tóm lại, bùn luôn luôn là mối lo cho các kĩ sư xây dựng, cần phải có các biện pháp
xứ lv đăc biệt.
1.5. PHÂN LOẠI ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỤNG CÔNG TRÌNH BÊN
cảng
Các giáo sư Larionov, Hoàng Vân Tàn đã thống nhất đất yếu trong xây dựng nên
phân làm 3 nhóm: á cát. á sét, bùn với các chi tiêu cơ lý cho ỏ' bảng 1-1.
Trong thực lê ít lồn lại đấl yếu chí đơn thuần là cát hoặc là sét; vì vậy trong mỗi loại
đat y ếu thườnẹ c ỏ cà SCI. cá cál, và cál bùn nên dược phân ra: á cát, á sét, b ù n sét.
Việc phan thanh nhom trong ban<_’ i-ỉ theo nghĩa tương dối, vì hiện nay còn nhiều
quan niệm phân loại khác nhau. Mặt khác cac CỎIIỈÍ trình nghiên cứu về đất yếu vẫn còn
tiếp tục và còn nhiều phát minh mới sẽ đươc công bố.
0
Việt Nam, việc nghiên cứu đất yếu ớ cá nước và 2 khu vực ĐBSCL và ĐBBB, nơi
lập trung khá nhiều cáng sóne và cảng biển, vẫn chưa được tiến hành một cách có hệ
thống. Tuv nhóm nghiên cứu Hoàng Vãn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường,
Phạm Xuân và Nguyền Hải đã có một số cóng bố đất yếu ở miền Bắc, song tài liệu này
chí phù hợp cho xây dựna cône trình dân dụng và công nghiệp, chưa thể vận dụng cho
xày dựns, bến cảng.
Những tài liệu kháo sát gần đày vé địa chất ở một số cảng: Hải Phòng, Đình Vũ, Hải
Thịnh, Sài Gòn. Can Thơ. Năm Căn. Cá) Mép, Thị Vải, Phú Mỹ, Tam Hiệp (Quảng
Nam), cảníi Trđn Đề. Càng Điện Đạm (Cà Mau), cảno du thuyền Cần Giờ - (TP Hồ Chí
Minh), Sao Mai - (Vĩum Tàu), đè chán sóng Dung Quất... đều có nhiều lớp đất yếu được
ghép chuns vào các nhóm: á cát, á sét. bùn. Cách phân loại này còn mang tính chung
chung nhiều hon là chi tiếi cận kẽ. sonsi vần đảm bảo tính khái quát cho hiện trạng ở các
vùng đất yếu cho các câne Việt Nam. Dưới đây ó' mục 1.7 sẽ nêu những ví dụ cụ thể tại
một số cán" biến và cáng sỏne đã sập phải nền đất yếu.
13
Bảng 1-1. Các chỉ tiêu cơ iý của các nhóm đất yếu
N h ó m đất yế u
ỉ t iê u
Á cát
Á
3
n chảy W T
n lã n W p
sét
B ù n sét
7
W T = 28+ 6%
W T -
w p = 23+6%
w p = 2-6±9%
w n>17
3 8 + 6%
W T = 7 0 ± 19%
w p = 37±12%
rá n
y C K = 2.69
w
38± 6%
y C g / c m 1)
E ( k C i/ c m 2)
yC K =
Ỵ =
88± 29%
1,77
Y =
2
3
1
2
>2
0 . 8 + 1.1
0 . 8 5 - 1.2
0 , 9 - 1,3
0 , 9 - 1.3
1 ,2 - 1,6
1.6
5 7 -5-51
36-S-33
31-29
32-19
1 6 + 12
2.10-V
2 . 1 0 -* -
I . 10- V
<12
3.10
(c m /s )
1.5
1
1 , 2 - 1,6
l , 6 -^ 2 , 0
2^3
234-16
13*8
6-4
0 . 6 . 10'6
K 2 . 10'7
3 ,6 . 1 0 ' V
- 1 , 2 . 10'7
- 1 , 4 . 10'7
7 ,8 - 1 0 7
0,20
0 ,2 1 - 0, 16
0 . 1- 0 , 0 2
14.10 6
1.1 o *4
T ( 'k G /c n r )
Y c k = 2 -69
44± l 3%
1,82
V =
2.69
03 5
1. 1 0 4
0 , 2 1 -^ 0 , 1 7
3.10"
< 0,17
0 , 2 7 -^ 0 , 2 0
14. 1 0 6
0 . 1 7 5 - 0,13
< 0,13
1.6. CÁC ĐẶC THÙ CHUNG CỦA NEN
đ ấ t t r o n g x â y d ụ n g c ô n g t r ìn h
Nền đất luôn là yếu tô quyết định đến giải pháp kết cấu bến. Đối với xây dựng công
trình nền đất yếu chứa đựng 4 đặc thù chung sau:
a) Trong mỗi lớp đất có độ chặt nhỏ, hệ số rỗng 3-Ỉ-4, sẽ tạo ra độ nén rất lớn. Có khi
chí.với p = l-Hl,5kG/cm2 đã tạo ra độ lún (1CH-15)% chiểu cao của lớp đất đó. Độ lún
tuyệt đối đạt tới (l,5H-2)m cho một công trình bến, đê chắn sóng.
b) Quá trình nén chặt xảy ra dài, hàng nãm, thậm chí đến hàng chục năm bởi lẽ
K*= 10'6-rl0'Kcm/s.
c) Độ bền nhỏ, nhất là khi công trình chịu tải trọng ngang, vì (p = (2° -ỉ- 10°) và
c = (0,05 4- 0,3)kG/cm2; X = ơ.tgd) Có tính xúc biến - lức là giảm mạnh sức chịu tải khi công trình chịu tải trọng động.
Bốn đặc thù chung này biểu hiện khá rõ nét ớ nhiều công trình thuỷ công đã xây
dựng. Có thể nêư tên các còng trình sau:
- Thay cát có ọ - 32° cho nền đất yếu tại móng dê chắn sóng Dung Quất dài
L = 1570m, sâu lOm, từ cao (rình -18,Om đến -28,Om.
- Sự cố chuyển vị ngang A = lOcm của cầu tàu L = 123m, bằng cọc vuông bê tông cốt
thép ờ cầu tàu bến trang trí nhà máy tàu biển Sài Gòn 1993-1994.
- Sự cố sụt sâu với chiều rộng B = 25m của kè cảng Nhà Bèthuộc tổng kho xãng dầu
khi
công trình vừa mới hoàn thành sau bốn tháng.
Trên đây là 3 ví dụ đáng tiếc gây ra do nền đất yếu, song khi đánh giá thường quy
cho nguyên nhân khách quan, chứ không phải là nguyên nhân chủ quan.
1.7. THỰC TRANG NEN
đ ấ t y ế u ở v iệ t n a m
Đất yếu ờ ĐBBB chủ yếu là trầm tích châu thổ do phù sa của sông Hồng và sông Thái
Bình. Còn ớ Thanh Nghệ Tĩnh có cả trầm tích châu thổ, cả trầm tích ven biển. Ở đây có
sự bồi tụ và mài mòn xen kẽ. Ở Bình - Trị - Thiên là trầm tích của các đầm phá cạn dầnbồi tích trong lắng đọng tĩnh.
Các lỗ khoan ở khu vực Hải Phòne, Hà Nội, Hưng Yên cho thấy ở mỗi trụ khoan
thường tồn tai nhiều lớp dất (5+10 lớp đất). Chẳng hạn lỗ khoan tại Hà Nội (hình l-5a)
sâu 53m có tới 10 lớp đất đều ớ diện yếu và tương đối yếu. Một lỗ khoan ở Hưng Yên
(hình l-5b) sâu 63m có tới 15m mà hầu hết là đất yếu. Một lỗ khoan ở Thanh - Nghệ 15
Tĩnh (hình 1-6) tuy số lớp ít hơn sons> các lớp đất từ độ sàn 15rn trớ lên chứa đựns nhici
sét dẻo cháy.
Các chỉ tiêu cư lý đất của một số vùng: Hà Nội, Hải Phòns, hữu tả ngạn sône Hổm,
Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh Quáng Bình được cấp ở bảns 1-2. Nsoài ra có thể than
khảo tài liệu của Hoàng Vãn Tủn trong tập sách xuất bản năm J 973 (Nhà xuất bản Khơi
học kỹ thuật).
S ét p h a cát
1.50
W
/
S ét
7.50
ú & 2 ữ$
4
C át n h ỏ p h a s é t
10.75
S é t d é o m ềm
C á ỉ n h ỏ lẫ n m íc a
13.00
3.30
S ét
14.00
C á t p h a s é t lẫ n h ữ u c ơ
H ạ t c á t n h ỏ h ạ t trung
18.35
n h iể u m ic a lẫ n s ó i s ạ n
18.85
Ịh ạ c h an h b ã o hừà
20.35
25.15
20.00
28.85
S ét
II
/ y
Cả ị nhỏ
C àt p h a s é t
sẻí
/ / /
ÍẾ é á d
C át p h a s ù tơ ẻ o
C áf bụi
S é t p h a c ó t, d ẻ o c h ả y
32.85
í Ệ
C âỉ p h a s ét chảy
ẩ
l l
C ảt p h a s ẻ ỉ
S ét p h a cát chảy
C át p h a sét ch à y
41.35
..
y
C át n h ỏ b à o h o à
•
■Y
> ■ «, *
40.13
' V
S é t d è o cứ ng
Ó :‘V
<
•. *• • * . .*
C á t íẫ n s ạ n
43.22
C u ộ i s ỏ i c ù a ỉh ạ c h a n h
ỵ y ỉỊ" ?
c ả t k ế t v à g r a m ĩ c h ứ a íl
53.20
*
1
> lĩ ’•
3)
*
•
63.85
b)
Ị Ị ình / o ; Cúc ỉỗ khoan dịa clìấl
ũ ì Ớ
16
' *.
i,
c ấ t th ô b ã o h o à
Hù
N òi
b) Ớ Hưnq Yên
Bủn sét pha cát
1.50
Bùn set
3.50
Sét dẻo cứng
Cát pha sét chảy
6.83
3.75
Bùn sét
Sét, dẻo chảy
10.60
11.30
Sét pha cát dẻo chảy
Sét pha cát dẻo chảy
16.35
14.75
Cát kết
27.55
Sét cứng
Sét dẻo cứng
1.56
Sét pha cát dẻo chảy
Sét pha cảt chảy
5.40
7.20
Cát nhỏ
Cát nhó, trung
- V — V-
tt— >*-
Sét pha cảt dẻo chảy
Bùn sét có vỏ sò vò ốc
Sét chảy
22,10
Cát_sét______________
Bùn sét pha cát
26.10
Sét pha cát dạng bùn
15.82
Hình 1-6: Mội sổ ỉổ khoan ỞTỈianh Hoá, Niịhệ An và Hà Tĩnh
Bảng 1-2. Các chí tiêu từng loại đất ở các địa phương
(theo tài liệu sơ kết cua Viện Kỹ thuật giao thông vận tải)
Tên địa
phương
Loại
đất
/
2
Trọng lượng
riêng
Lực dính
QkG/cm'1)
Góc ma sát
trong ọ (độ)
Giới hạn chảy
w c(%)
Chỉ số dẻo 0
3
4
5
ỏ
7
8
9
10
11
12
2,68
0,07
0,42
0,25
9
4,54
45,20
11,80
20,90
5,06
2,68
0,09
0,60
0,34
11
5.34
51,0
16,5
24,5
7,95
2,70
0,06
0,37
0,17
13
6,27
37,10
10,73
ỉ 6,4
6,04
2,69
0,03
0.26
0,11
18
6,19
34,0
4,39
14,3
3,11
2.68
0,03
0.18
0,13
20
7,00
34,5
5,72
14,0
3,75
Cát pha 2.70 0,03
sét
2,69 [ 0,02
0,33
0,1.5
18
9,15
0.24
0.18
32
5,36
30,3
4,53
11,5
3,34
Sét
1là Nội
Sét pha
cát
17
/
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2,71
0,04
0,34
0,25
9
6,28
47,3
6,58
23,5
4,25
2,71
0,04
0,29
0,24
10
6,35
43,0
6,06
20,5
3,83
2,69
0,02
0,57
0,43
14
7,58
36,0
9,63
17,6
5,35
2,69
0,03
0.29
0,22
13
6,23
32,9
4.60
14,7
2,67
2,69
0,03
0,25
0,22
19
8,22
30,6
4,90
13,0
2,57
2,69
0.02
0,19
0,15
24
7,00
30,1
4,50
13,0
2,77
2,77
0,05
0,58
0,3
8
4,30
53,5
8,00
26,3
6,30
2,77
0,10
0,33
0,19
6
4,17
45,4
9,51
20,9
4,20
2,68
0,04
0,14
0,13
18
10,41
35,5
6,47
15,6
3,02
2,69
0,06
0,36
0,28
8
4,52
45,4
7,70
23,1
4,44
2,69
0,04
0,30
0,29
8
6,38
40,0
4,48
18,0
2,47
2,70
0,02
0.31
0,32
15
7,21
2,69
0,03
0,25
0,18
12
6,02
36,9
6,40
13,3
3,78
2,70
0,03
0,33
0,20
20
4,44
34,0
4,15
12,0
_2,45_
2,68
0,0.1
0.27
0,12
22
8.32
32.8
5,18
8.8
4,20
Cát pha
2,68
sét
0,03
0.2S
0,36
27
9,11
2,68
0,06
0.58
0,22
4
1.25
54,3
9,0
26,9
4,03
2,74
0,0)
0,57
0,33
9
6,11
58,7
18,0
31,2
13,19
2,79
0,04
1,10
0,40
13
5,51
49,7
17,78
25,2
11,55
Sét
Hái
Phòng
Sét pha
cát
Các tinh
Sét
hữu
ngạn
Sét pha
sông
cát
Hồng
,
1ị
Sét
Các tinh
tá ngạn
Sét pha
sống
cát
1lóng
Sét
Thanh
Iỉoá
Nghè
'Hnh
Quáng
Bình
Sét pha
cát
2,70
0,05
0,44
0,27
15
6.46
40,8
12,5
18,4
7,25 !
2,69
0,04
0,40
0,13
19
6,16
31,9
5,4
13,6
3,16 i
Sét
2,69
0,03
0.18
0,12
9
5,07
40,07
5,2
18,9
3,70
2,68
0,02
0.30
0,33
22
10,20
31,3
5,08
14,5
3.50
2,68
0,02
0.13
0,15
20
8.39
30,9
4,67
14,15
2,51
2,68
0,02
0.22
0,19
24
7.13
30,8
6,84
12,6
3,05
Cát pha
2,69
sét
0,01
0.17
0,22
32
3,13
Sét pha
cát
Trên hình 1-7 là mật cát địa chất tai càn° conlaìner - Nha Trang với các lớp đất:
Lóp 1: Sét mầu xám xi
m ã im
trạna thái chảv
yw = 1,7 t/ m \ c = 0,04 kCÌ/cnr; (p = 2o30’; B = 1,289.
18
Cột đèn pha rỊr
Bẻ tống nhựa dãy TB 9cm
Bản mặt cầu B T C T M30O dày 4Gcm
Dẩm dọc B T C T M300
Dệm tau PP1
Dấm ngang B T C T M 3 0 0
L..L
L
- — —
hvh
1 y fiY
ld n rm
bxh == 120x140cm
bxh = 120x140cm
1000H-15G01?
p,-
..
n rT A
m *á u B E T A
,—Đ ệì —
-------
600H -15001
+3.5
'ẩ z
LK A 4
LKB4
2_00ị
500 I
500 ị
500 I 500 ị
LK C 4
500__ị_500 _J2Ũ0
3400
Ị lìn h 1-7: Bến cầu là II cọc bé tôn íỊ còt llìép ứng suất trước D-7()0iiìiìì ở củng Nha Trung
Lớp 2: Sét mầu loana lố lẫn dãm sạn, trạng thái nửa cứng ;
yw = 2,07 t/nr ; c = 0.05 kC./cm2; (p = 17°02’; B = 0,084 .
Lớp 3: Đá Granit mầu nâu nứt nẻ :
Ỵw = 2,9 t/rrv ; R=826,3 kG/cm 2 .
Lớp 4: Granit mầu tím liền khối cứng chắc :
= 2,9 t/m3; R =1154 kG/cm2 Mặc dầu lớp 3 và lớp 4 là đá granit. song phương án kết cấu cầu tàu cọc trụ ống bê
tỏng cốt thép ứng suất trước D = 700mm, bê tỏng mác 700 chỉ tính tớinển đá là không
bảo đảm, mà phải xử lý bằng cọc khoan nhồi bê tỏng cốt thép D=1000mm như thế
hiện
ó' ninh 1-8.
Khu vực Đổna Bầnu Nam Bộ từ thành phố Hồ Chí Minh trở vào Kiên Giang, tất cả
cáng sông, cántỉ pha sônẹ biến và cảng biển đều gặp trỏ' neại các lớp đất vếu (hình 1-9)
như cảnc: Cà Mau, Năm Cân, Mỹ Tho, Sa Đcc, Cần Thư. Rạch Giá, Tắc Cậu v .v ...
19
Cột đẻn pha
Bẽ tồng nhựa dày TB 9cm
Bản mặt cáu BTCT M300 dày 40cm
Đ ệ m tàu B E T A
LKA4
L200L
500
Ị
500
Ị
T
500
[ LK B450 ũ L
T
T
3400
500
500
-T
LKC4
[200
H ình 1-8'. Bến cưu tàu cọc khoan nhồi D=I00fímiỉì ở cáng Nha Tratiạ
1ẽ->-
<ữ,-
........... —
/ —ĩ, 00 - ÔƯtff
^
<ĨJh y
$ s n /f ợ/át g iũ tc íc
bỏ p h in trong
—
*“ •
ehĩụ fhè
—
—
ũicri h ề n ự ù n g ịv
ngàp nước VềQrmữ
m ư đ tv~ ỉ, 0 “4, O m
^r-^TỊ
A /iịn đ ò i
• V-*M R ự n g ĩ ú r £ t , fi~ * m
Q ìt thS p
cô n C3f d u y is i ò ề t
Phv 'đ m
20
Hệ thống sông Cửu Long với hai sòng chính là sóng Tién, sông Hậu và 9 cửa sông:
Cứa Tiểu, Cứa Đại, cửa Ba Lai, Cửa Hàm Luông, c ử a c ổ Chiên, Cửa Cung Hầu, cửa
Định An, cừa Bassac. Cửa Trần Đề, cùng với hệ thống kênh rạch dầy đặc với
2-:-4 km/krrr đã tạo ra một mạng lưới giao thông thuỷ rất thuận tiện và một hệ thống
cảng cho 12 tình miền Tây Nam Bộ (Long An, Đồng Tháp, Tiền Giang, Bến Tre, An
Cìiang, Cần Thơ, Vĩnh Long. Trà Vinh, Sóc Trãng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang).
Song ớ mọi nơi đều là sự bồi tích phù sa gây vô cùng khó khăn trong xây dựng các bến
cảng và các côna trình thuỷ công khác. Có thể kể ra một số ví dụ sau đây:
Tại cảng cá Tắc Cậu - Kiên Giang (hình 1-10), bến được thiết kế dạng liền bờ, mặc
dù chiều cao bến 5m, nhưng chiều rộng bến là 13,5m nhằm hạ mái dốc gầm bến
m = 2,5^3 để đảm bảo vêu cầu ổn định cho công trình. Lớp đất yếu tại đày dạng bùn sét
trạng thái chảy có (p = 4° ; độ sệt B = 1,3 với chiều dày 12+15m, do vậy giải pháp cho
bến liền bờ là mớ rộng mặt bến và bố trí bản chuyển tiếp phía sau bến.
Hình Ị -10: Ciiu tàu ổ()0C\ ’ c\jiií> cá Tắc Cậ:i - Kiên Giang
21
Cáng cá Nhà Mát - Bạc Liêu (hình 1-11), lớp đất yếu dạng bùn sét trạng thái chảy có
chiều dày 15-M9m là một trở ngại cho việc lựa chọn kết cấu bến sao cho vừa phù hợp
với công năng của bến cá, vừa phù hợp với điều kiện địa hình khu nước chật hẹp cua
cảng. Giải pháp kết cấu bến được chọn là cầu tàu cừ sau bê tông cốt thép, kết hợp nao
vét thay thế một phần lớp đất yếu phía trên bằng cát san lấp.
13800
34200
H ình I - l ỉ : Kết cấu bến câng cá Nhà Mát - Bục Liêu
Tường cừ phía trong có chiều dài thanh 2 1 ,5m đóng qua hết lớp đất yếu, cắm sâu vào
lớp đất chịu lực 1,5-1-2,5m. Nền cọc bê tông cốt thép tiết diện 40x40cm dài 23m, trẽn
mỗi khung ngang bố trí 4 cọc trong đó có 3 cọc đóng xiên 1/6 nhằm tạo ổn định cho
tường cừ. Một yếu tố cần quan tâm nữa là độ thoải của mái dốc gầm bến phải đảm báo
ổn định cục bộ phía trước tường cừ.
Việc thay thế một phần lớp đất yếu phía trên được kết hợp với xử lý gia cố nền bãi
nhằm giải quyết triệt để vấn đề ổn định của nền và ổn định tổng thể cho bến. Trong
irường hợp này, việc lựa chọn giải pháp kết cấu bến kết hợp với gia cố cải tạo nền là hợp
lý nhằm thoả mãn điều kiện địa hình tự nhiên và chức năng nhiệm vụ công trình.
Ngược dòng sông Hậu đi qua Cần Thơ, Long Xuyên, Campuchia tới Phnômpênh ỏ'
bất cứ bến cảng nào cũng gặp nền đất bồi tích mà sức kháng rất nhỏ.
Tại cảng biển Cần Thơ bến cầu tầu 10.000DWT dựa trên một nền đất gồm 5 lớp
(hình 1-12):
22
Lóp 1 : Bùn sét màu xám xi măng, ỉrạng thái chav nhão:
Lớp 2: Sét màu xám nâu kẹp lớp cát mỏng, trạng thái chảy nhão;
Lớp 3 : Sét pha màu xám nâu, trạng thái deo mềm;
Lóp 4: Sốt màu vàng trang thái nửa cứng:
Lớp 5 : Sết pha màu xám nâu kẹp thấu kính cát trang thái dẻo mềm
5ẽ tong nhưa d á y ỊQ cm _________
Bẽ '-ỏnc nh j a d ay 5cm
ria G á n 2 y? gia cổ 7% XM day 50cm
Bẻ :'onc M2QỔ d ay ỊQ c m____
Cat 'nat irung dám chật K = 0.9
B a r" 8 T Ồ T M3ÕC c a y 30cm
Ban day tường góc dáy 50cm
V a i dja k y thũảt
O à n n can g b x h - 8 0 * 8 0 c rr
Dấm dọc - ngang
Đ èm táu IA M B D A
D ấm doc ồ x n = 3 0 * 8 0 c m
ỡ ả 2x4 d ày 20cm
H ì n h ỉ - 1 2 . Bến c ấ u tàu trẽn ỉỉétì đ ấ t vếii â cùm* c ầ n T l ìơ
Cũne là giải pháp kết cấu cẩu tẩu cọc bé tông cốt thcp cho cảng Cần Thơ song chiều
1'ộna bến tới 39,lm và đóng tới 17 cọc trên 1 mặt cát ngang (hình 1-12). Tải trọng bản
thân của bến rất nhẹ, dầm chi có tiết diện 60 X 80 cm, còn bản dày 30cm. Ngay cả tường
chắn đất phía sau cầu dần cũnc phái đặt trên nén cọc dài tới 25m. Tất cả các cọc bê tông
cốt thép 40
X
40 cm của cầu chính (B = 22,4m) đểu dài tói 36m. Cọc càng dài càng khó
khăn cho công nehệ chế tạo, vận chuyển đóng cọc. Tuổi ‘ho công trình cũng giảm vì
phái nối cọc. Mặt khác thời gian thi còng kéo dài vì phải nối cọc trên giá đóng.
23
Iỉìn h 1-13'. Nền dcít và két cấu bến cảnẹ nlừt máy dỏng tàu Sái Gòn
Khu vực tập trung nhiều cáng nhất ở Việt Nam là vùng trọng điểm kinh tế phía Nam: Đổnịi
Nai - Sài Gòn - Vũng Tàu với tống lượng hàng thông qua các cảng 10-15 triệu tấn/n.ãm.
H ình 1-14: Mạnq lưới đường
24
S Ỏ I1Ị>
miền Bắc
Đổng bằng Bác Bộ cũng là khu vực đông dân vả có mật độ sông ngòi cao (24km/km2) được hình thành qua các trầm tích châu thổ sông Hồng và sông Thái Bình.
Mót mạng lưới sông chính (hình 1-14) nối giữa các tỉnh: Quảng Ninh, Hải Phòng, Hải
Dươig, Bắc Giang, Bắc Ninh, Hưng Yèn, Hà Nội, Phú Thọ, Vĩnh Yên, Hà Tây, Ninh
Bình. Nam Định. Song trôn các tuvến sỗng này cũng gãp nhiều chướng ngại vật, cản trở
vện :ái sống (bãi cạn, đập. đoan uốn cong...) tàu 1OOODYVT vất vả mới về được Hà Nội
vào nùa lũ. Còn đối với các cáng sòn 2 khác như Việt Trì. Vạn Yẽn, Từ Hạp, Sơn La chỉ
vào -lược các xà lan nhó 200. 100, 50. 20T. Ớ tất cá các cảng từ thượng đến hạ lưu (Thái
Bình Nam Định. Diêm Điền, Hái Thịnh. Ninh Phúc. Vật Cách, Tiên Kiều, Hưng Yên...)
dẽu :ó trớ nuại chuníi là nén đât \'ếu và q u á y ếu .
hình 1-15: mỏ tá địa chất ơ các bến 1, 2, 3 thuộc cảng chính thành phố Hải
hòng
Slóm 2 lớp đất:
- Lóp trên là sét pha dỏo cliáv, có ; C = 1 .5 T /m 2,
- Lớp dưới SCI pha déo mềm có c = 3,0 T /n r, (p = 14°20’;
__________________ 2500_____________________ _____________________ 2000____________
120
270
.7 :
r r
120
930
I
600
í
.
ị
ỉ 10.5ĨW________ _ _ __
8.09
TI
65
H ì n h 1-15: Nen (lút và kỡì cấu bến cừ thép Larssen một neo â củng Hải Phòiìí>
Irone quá trình xây dựng hến bằng cừ thép Larssen V do Liên Xô giúp đỡ từ năm
l% ị-1 9 7 7 chí xáy ra một sự cố một đoạn bến bị nghiêng ra phía nước mấy cm là do quy
irìnl cóng nuhộ cãnu thanh neo và đổ lăng thể đá giảm tải sau cừ chưa được phối hợp
25
tốt. ở đây đá hộc được rải sâu vào sau bến 20-25m, đồng thời lớp đất vếu (p = 8°23’
được nạo vét tương đối nhiều. Chính vì vậy 11 bến tường cừ chạy dài trên lkm cho đến
nay vẫn hoạt động bình thường. Năm 1996 Viện Kĩ thuật công nghệ Bộ Giao thông vận
tải đã kiểm định 3 bến 1, 2, 3 để thay cẩu cổ ngỗng bằng cẩu Condor, bến vẫn đủ khá
năna chịu tải.
Cảng biển Hải Thịnh của tỉnh Nam Định nằm ở cửa Lạch Giàng mới xâv dựnR cũng
gặp phải nền đất không có gì tốt đẹp. Với 8 lỗ khoan có độ sâu ( 15-30)m/llỗ có các địa
tầng sau (hình 1-16):
- Lớp 1: Đất phủ dày khoảng lm;
- Lớp 2: Bùn phù sa màu xám nâu, nâu hồng ở trạng thái tự nhiên bão hoà nước, chứa
nhiều tàn tích thực vật, chiều dày l-2m;
- Lớp 3: Á sét trung, pha bụi, màu xám ghi, xám đen, trạng thái dẻo chay đến dẻo
mềm, phân bố hẹp chiều dày (2-6) m;
- Lóp 4: Á sét trung, pha bụi, màu nâu
sẫm, có
xen kẹp các thấu kinh pha bụi. Lớ
bụi màu
vàng nâu; phân bố cục bộ tại một s
này phân bố toàn khu vực khảo sát;
- Lớp 4a: Là các thấu kinh á sét nhẹ pha
lỗ khoan;
- Lớp 5: Á sét nhẹ pha bụi, màu xám vàng, xám ghi loang lổ, kếl cấu chật, trạng thái
déo cứng. Đây là lớp đất chịu lực tốt với cao độ (-21-ỉ~24)m.
4402
H ình 1-16: Nén đất và giai pháp cầu tàu ỏ cáng Hủi Thịnh - Nam Định
26
