Nghiên cứu giải pháp gia cố nền cho các công trình dân dụng khu vực thành phố sóc trăng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.79 MB, 109 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
_____________________
LÂM TRẦN DIỆU
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN CHO CÁC CÔNG
TRÌNH DÂN DỤNG KHU VỰC THÀNH PHỐ SÓC TRĂNG
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng.
Mã số: 60 - 58 - 02 - 04
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HOÀNG VIỆT HÙNG
HÀ NỘI, 2017
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
Lâm Trần Diệu
i
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng cám ơn các thầy, cô và các đồng nghiệp tại phòng Đào tạo Đại
học và Sau đại học đóng góp ý kiến cho việc soạn thảo tài liệu Hướng dẫn trình bày
Luận văn thạc sĩ này.
ii
MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ .................4
1.1. Khái niệm về đất yếu ................................................................................................4
1.1.1.Đặc điểm của đất yếu .............................................................................................5
1.1.2. Phân biệt đất yếu .................................................................................................10
1.2. Một số giải pháp xử lý nền đất yếu ........................................................................10
1.2.1. Giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất của nền ...................................................11
1.2.2. Giải pháp làm tăng độ chặt của nền.....................................................................13
1.2.3. Giải pháp xử lý nền bằng hoá lý ..........................................................................17
1.3. Kết luận Chương 1..................................................................................................19
CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ...................20
2.1. Giới thiệu về cọc đất – xi măng, một số ứng dụng của cọc đất- xi măng ..............20
2.1.1. Giới thiệu về cọc đất – xi măng ...........................................................................20
2.1.2. Một số ứng dụng của cọc đất- xi măng ...............................................................20
2.1.3. Ưu, nhược điểm của cọc đất – xi măng ...............................................................25
2.1.4. Nguyên lý của giải pháp xử lý nền bằng cọc đất – xi măng ................................26
2.2. Giới thiệu về Cọc BTCT tiết diện nhỏ, một số ứng dụng của Cọc BTCT tiết diện
nhỏ .................................................................................................................................53
2.2.1. Giới thiệu về Cọc BTCT tiết diện nhỏ [7] ...........................................................53
2.2.2. Một số ứng dụng của Cọc BTCT tiết diện nhỏ [7] ..............................................53
2.2.3. Ưu, nhược điểm của Cọc BTCT tiết diện nhỏ .....................................................54
2.2.4. Nguyên lý của giải pháp xử lý nền bằng Cọc BTCT tiết diện nhỏ .....................54
2.3. Kết luận Chương 2..................................................................................................62
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC
ĐẤT-XI MĂNG CHO NỀN CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG TẠI SÓC TRĂNG ..........63
3.1. Giới thiệu chung về khu vực thành phố Sóc Trăng. ...............................................63
3.1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................63
3.1.2. Phân vùng địa chất công trình khu vực thành phố Sóc Trăng .............................64
iii
3.1.3. Xây dựng địa tầng tiêu biểu cho các phân vùng địa chất công trình thành phố
Sóc Trăng. ..................................................................................................................... 76
3.2. Giới thiệu về giải pháp gia cố nền đang áp dụng trong khu vực thành phố Sóc
Trăng. ............................................................................................................................ 79
3.3. Tính toán xử lý nền bằng cọc đất - xi măng theo điều kiện đất nền của thành phố
Sóc Trăng. ..................................................................................................................... 82
3.4. Phân tích, so sánh với các giải pháp xử lý nền khác .............................................. 88
3.5. Phân tích biện pháp thi công .................................................................................. 89
3.5.1. Các yêu cầu chung: ............................................................................................. 91
3.5.2. Công bố phương pháp: ........................................................................................ 91
3.5.3. Các công việc chuẩn bị........................................................................................ 92
3.5.4. Công tác khoan .................................................................................................... 92
3.5.5. Công tác phụt vữa................................................................................................ 93
3.5.6. Dòng trào ngược .................................................................................................. 93
3.6. Kết luận Chương 3 ................................................................................................. 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 95
1. Những kết quả đạt được của luận văn ....................................................................... 95
2. Kiến nghị ................................................................................................................... 95
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ...................................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 97
iv
MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kiểm tra cung trượt khi đắp phản áp .............................................................13
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo giếng cát ...................................................................................15
Hình 1.3. Bố trí giếng cát trên mặt bằng .......................................................................16
Hình 2.1. Gia cố cọc xi măng đất tại sân bay Cần Thơ .................................................24
Hình 2.2. Gia cố cọc xi măng đất móng bồn dầu tại Cần Thơ .....................................24
Hình 2.3. Gia cố cọc xi măng đất tại Cảng dầu khí Vũng Tàu......................................24
Hình 2.4. Cống D10 tại Hà Nam -2005 .........................................................................24
Hình 2.5. Cống Trại - Nghệ An -2005...........................................................................24
Hình 2.6. Các ứng dụng cơ bản của công nghệ trộn sâu ...............................................27
Hình 2.7. Sơ đồ thi công trộn khô .................................................................................27
Hình 2.8. Bố trí trụ trộn khô ..........................................................................................28
Hình 2.9. Bố trí trụ trùng nhau theo khối ......................................................................28
Hình 2.10. Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất ....................................................................28
Hình 2.11. Bố trí trụ trùng nhau theo công nghệ trộn ướt .............................................29
và thứ tự thi công ...........................................................................................................29
Hình 2.12. Sơ đồ thi công trộn ướt ................................................................................29
Hình 2.13. Ổn định khối kiểu A ....................................................................................30
Hình 2.14. Ổn định khối kiểu B ....................................................................................30
Hình 2.15. Công nghệ Jet Grouting ...............................................................................31
Hình 2.16. Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất .........................39
Hình 2.17. Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất .....................................40
Hình 2.18. Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ ..........................................................40
Hình 2.19. Sơ đồ tính toán biến dạng. ...........................................................................42
Hình 2.20. Cơ chế phân bố ứng suất trong nền gia cố bằng CXMĐ.............................46
Hình 2.21.Mô hình vòm dạng rãnh của Terzaghi..........................................................49
Hình 2.22. Mô hình vòm dạng bán cầu Hewlett và Randolph (1988) ..........................50
Hình 2.23.Mô hình vòm dạng bán cầu trong nền đắp (Low 1994) ...............................51
Hình 3.1.Bản đồ khu vực thành phố Sóc Trăng ............................................................63
Hình 3.2. Điều kiện biên bài toán móng khi chưa có giải pháp gia cố .........................84
v
Hình 3.3. Lưới chuyển vị và các đường đẳng chuyển vị trong nền, chuyển vị lớn nhất
của nền khi chưa gia cố là 21 cm. ................................................................................. 84
Hình 3.4. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 4,5 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 85
Hình 3.5. Kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều dài cọc
l=4,5 m........................................................................................................................... 85
Hình 3.6. Lưới chuyển vị và đường đẳng chuyển vị đứng khi gia cố cọc l=4,5 m ...... 86
Hình 3.7. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 6,5 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 86
Hình 3.8. Kết quả tính chuyển vị khi gia cố nền với cọc đất-xi măng có chiều dài
cọcl=6,5 m. .................................................................................................................... 87
Hình 3.9. Điều kiện biên trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 8,0 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 87
Hình 3.10. Kết quả tính trường hợp gia cố nền với chiều dài cọc đất-xi măng 8,0 m.
Cọc có đường kính d=0,6. ............................................................................................. 88
vi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1.Phân loại đất theo thành phần hạt (theo tiêu chuẩn 14 TCN 123) ................10
Bảng 2. 1. Xác định hệ số k tc .........................................................................................59
Bảng 2. 2. Hệ số uốn dọc ϕ ..........................................................................................60
Bảng 2. 3. Hệ số ϕ theo Jacobson.................................................................................61
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm nén tĩnh một số công trình trên địa bàn TP Sóc Trăng .80
Bảng 3.2. Các nội dung công việc cần thực hiện khi thiết kế thi công và thi công Jet
Grouting. ........................................................................................................................90
vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
a s : Tỷ lệ diện tích.
Ap : Diện tích tiết diện của cọc xi măng đất
As : Diện tích đất nền cần gia cố.
c: Lực dính giữa cọc và đất nền.
c usoil : Độ bền cắt không thoát nước trung bình.
C tđ : Lực dính tương đương.
d: Đường kính cọc
eoi : Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu.
E soil , E col : Mô đun biến dạng của nền đất và cọc xi măng đất.
E tđ : Mô đun biến dạng của nền tương đương.
Fs : hệ số an toàn.
h: Chiều dày tầng đất yếu.
∆y : Chuyển vị của khối móng.
[ ∆y ] : Chuyển vị cho phép của khối móng.
L: Chiều dài cọc.
M max : Moment lớn nhất trong 1 cọc.
M gh : Moment giới hạn của vật liệu làm cọc.
N max : Nội lực lớn nhất trong 1 cọc.
Nγ , N q , N c : Thông số sức chịu tải phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền (tương
đương).
P: Tải trọng phá hoại.
P cp : Là sức chịu tải cho phép của cọc đơn.
Pgh : Sức chịu tải giới hạn của khối đất nền tương đương.
P max : Sức chịu tải của nền tương đương.
q: Tải trọng công trình truyền lên khối gia cố.
q p : Sức chịu tải của đất dưới mũi cọc.
Q a : Sức chịu tải theo đất nền.
viii
Q s : Sức chịu tải ma sát của thành cọc.
Q p : Khả năng chịu tải cho phép của mỗi cọc.
Q gh,dat : Sức chịu tải giới hạn của cọc đất xi măng
Q gh,coc : Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày.
Q gh,nhom : Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm.
R c : Cường độ chịu tải của cọc theo vật liệu.
R tc : Sức chịu tải của nền đất.
R n : Cường độ chịu tải của toàn khối móng gia cố.
S gh : độ lún giới hạn cho phép.
∑S
i
: độ lún tổng cộng của móng cọc.
S utđ : Sức kháng cắt không thoát nước của nền tương đương.
ϕtc : Góc nội ma sát tiêu chuẩn.
ϕ : Góc ma sát trong giữa cọc và đất nền.
γ : Trọng lượng riêng trung bình của đất nằm trên đáy móng.
l i : Chiều dài cọc trong lớp đất thứ i.
γ i : Trọng lượng riêng của lớp đất thứ i.
τ c : Cường độ kháng cắt của cọc.
ix
MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, tình hình hoạt động xây dựng trên địa bàn đồng bằng sông Cửu Long nói
chung trên địa bàn thành phố Sóc Trăng nói riêng vấn đề xử lý gia cố nền cho công
dân dụng chưa được quan tâm nghiên cứu sâu, chưa nghiên cứu đưa ra các giải pháp
xử lý để lựa chọn một cách tối ưu nhất, phần lớn các công trình dân dựng trên địa bàn
thành phố, phần lớn các công trình thường sử dụng giải pháp đóng cọc tràm để gia cố
nền hoặc sử dụng móng cọc bê tông đổ tại chổ, cọc bê tông dự ứng lực.
Giải pháp đóng cọc tràm việc xác định chiều dài cọc tràm, số lượng cọc/1m2 chủ yếu
dựa trên kinh nghiệm thực tế và kết quả kiểm tra nén tỉnh hiện trường, mặc khác giải
pháp xử lý nền bằng đóng cọc tràm chủ yếu áp dụng cho công trình có tải trọng nhỏ.
Giải pháp xử lý nền bằng móng cọc bê tông đổ tại chổ, cọc bê tông dự ứng lực đảm
bảo tải trọng các công trình dân dụng trong thành phố Sóc Trăng, tuy nhiên thi công ép
cọc trong trung tâm thành phố là hết sức khó khăn và nếu sử dụng cọc bê tông cốt thép
thì chiều dài cọc phải lớn để xuyên qua lớp đất nền yếu, cắm được xuống lớp đất tốt
hơn..
Vì vậy việc nghiên cứu giải pháp gia cố nền bằng cọc đất-xi măng, ứng dụng các công
trình dân dụng trong thành phố Sóc Trăng để giải quyết vấn đề trên là việc làm hết sức
cần thiết, có ý nghĩa kinh tế - xã hội.
II. Mục đích của đề tài:
Mục đích của đề tài: Phân tích cơ sở khoa học để xử lý nền cho các công trình dân
dụng trong phạm vi thành phố Sóc Trăng.
Mục tiêu cụ thể là ứng dụng giải pháp xử lý nền bằng cọc đất xi măng cho công trình
xây dựng dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng. Phân tích các giải pháp xử lý
nền đất yếu, phân tích giải pháp xử lý nền bằng cọc đất – xi măng, nghiên cứu điều
kiện nền đất nguyên trạng ở khu vực thành phố từ đó ứng dụng giải pháp xử lý nền
bằng cọc đất – xi măng vào các công trình dân dụng trong thành phố Sóc Trăng .
1
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Cách tiếp cận:
Tiếp cận từ lý thuyết để phân tích tính toán so sánh các giải pháp xử lý nền
Tiếp cận từ thực tế hiện trạng xây dựng trong khu vực để đề xuất phương án thay thế
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu về các giải pháp xử lý nền đất yếu, nghiên cứu mô
hình tính toán cọc đất – xi măng, nghiên cứu điều kiện đất nền nguyên trạng khu vực
thành phố Sóc Trăng.
+ Nghiên cứu mô hình toán: Xây dựng mô hình toán với điều kiện đất nền khu vực
nghiên cứu, tính toán thử dần với giải pháp đề xuất, kết luận về các thông số.
IV. Nội dung nghiên cứu
-Nghiên cứu tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý nền (giải pháp xử lý nền là
một trong các giải pháp khi xây dựng công trình trên nền đất yếu)
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết một số giải pháp xử lý nền điển hình, có khả năng áp
dụng thích hợp trong điều kiện đất nền khu vực Sóc Trăng.
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sử lý nền bằng cọc đất xi măng cho các công trình
xây dựng dân dụng trên địa bàn thành phố Sóc Trăng
V. Kết quả đạt được của luận văn
Luận văn đã tổng hợp các kiến thức về đất yếu và nền đất yếu, tổng hợp được các biện
pháp xử lý nền, điều kiện áp dụng của biện pháp, hiệu quả và tính toán ứng dụng của
giải pháp. Các số liệu tổng hợp này, giúp học viên dễ dàng so sánh, đối chứng và phân
tích lựa chọn phương án xử lý nền sao cho hiệu quả, tối ưu nhất.
Các tính toán thiết kế, thi công và công nghệ cọc đất-xi măng tổng hợp ở chương 2 của
luận văn là phần cơ sở lý thuyết để áp dụng công nghệ. Cọc đất-xi măng có cơ sở lý
thuyết khá rõ ràng, các nghiên cứu thực nghiệm cũng cho kết quả tin cậy, khẳng định
2
giải pháp cọc đất xi măng là giải pháp có cơ sở khoa học và thực tiễn.
Phân tính toán ứng dụng đã phân tích thử dần bài toán gia cố nền bằng cọc đất-xi
măng với các chiều dài cọc cho bài toán đất nền yếu khu vực thành phố Sóc Trăng.
Luận văn chọn được chiều dài cọc gia cố đảm nền không lún vượt quá mức cho phép.
Với nhà dân dụng có 4 tầng đến 5 tầng, gia cố cọc đất- xi măng có chiều dài 8,0 m,
đường kính cọc từ 0,6-0,8 m. Hàm lượng xi măng 250 kg/m3 hoặc 300 kg/m3 là đạt
yêu cầu.
Các nghiên cứu về gia cố cọc đất-xi măngcho thấy hiệu quả của biện pháp này so với
các giải pháp truyền thống khác. Vậy có thể kết luận cọc đất- xi măng cũng khá phù
hợp để gia cố nền công trình xây dựng dân dụng trong địa bàn thành phố Sóc Trăng.
VI. Cấu trúc luận văn
Phần mở đầu
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
Chương 3: PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC
ĐẤT-XI MĂNG CHO NỀN CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG TẠI SÓC TRĂNG
Kết luận và kết nghị
3
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
1.1. Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là những loại đất sét mềm bão hòa nước, các loại cát hạt nhỏ, mịn, than bùn.
Những loại đất này có khả năng chịu lực yếu, có hệ số rỗng e > 1, và luôn luôn bão
hòa nước.
Một quan niệm khác cho rằng, đất yếu được hiểu là các loại đất ở trạng thái tự nhiên,
độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét:
e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ
hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2), góc nội ma sát φ< 10o hoặc lực dính từ kết
quả cắt cánh hiện trường Cu < 0,35 daN/cm2. Đất yếu có thể được phân loại theo trạng
thái tự nhiên dựa vào độ sệt B:
B=
W − Wd
Wch − Wd
(1.1)
Trong đó:
W, W d, Wch - độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn chảy (nhão) của đất.
Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy;
Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về
sức kháng cắt không thoát nước s u và hệ số xuyên tiêu chuẩn N như sau:
- Đất rất yếu (trạng thái chảy): S u (kPa) ≤ 12,5 và N 30 ≤ 2
- Đất yếu (trạng thái dẻo chảy): S u (kPa) ≤ 25 và N 30 ≤ 4
Nền đất yếu là các lớp đất nền có khả năng chịu lực kém, nằm ngay dưới đáy móng
công trình và chịu tác động của công trình truyền xuống.Khi xây dựng công trình
thường gặp các loại đấtnền yếu, tùy thuộc vào tính chất lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo
của công trình mà người ta lựa chọn phương pháp xử lý nềnphù hợp để tăng sức chịu
tải của đất nền, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
4
Nếu sức chịu tải của đất nền không đáp ứng được tải trọng thiết kế của công trình,
không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên niên cho công
trình xây dựng thì gọi là nền đất yếu.
Trong thực tế xây dựng có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng công trình khi xây
dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý nền phù hợp, không đánh
giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc đánh giá chính xác
chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng
và hiện trường) để làm cơ sở đề và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là vấn
đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự phối hợp hết sức chặt chẽ giữa kiến thức khoa học
và kinh nghiệm thực tế để giải quyết giảm được tốiđa các sự cố, hư hỏng công trình
khi xây dựng trên nền đất yếu.
1.1.1.Đặc điểm của đất yếu
Trong thực tế xây dựng, chúng thường gặp những loại đất yếu sau: đất sét yếu, đất cát
yếu, bùn, than bùn vàđất than bùn.
1.1.1.1. Đất sét yếu [1]
Đất sét yếu có những đặc điểm riêng biệt, nhưng cũng có nhiều tính chất chung như
các đất đá khác thuộc loại sét.
a. Hạt sét và các khoáng vật sét: Trong đất sét gồm có 2 thành phần.
- Phần phân tán thô có kích thước >0,002. Chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục
địa như thạch anh, fenspat...
- Phần phân tán mịn gồm những hạt có kích thước rất bé (2-0,1µm) và keo (0,1 0,001µm). Những khoáng chất này quyết định tính chất cơ lý của đất sét. Có nhiều
khoáng chất sét nhưng thường gặp nhất là3nhóm điển hình: kaolimit, ilit và
mômtmôrilôit.
+ KaolimitAl (Si 4 O 10 )(OH) 8 được tạo thành do phong hóa đá phun trào, đá biến chất
và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axit (pH = 5 – 6).
Đặc điểm của mạng tinh thể Kaolimit là tương đối bền, ổn định và ít có khả năng di
động.
5
+ Mômtmôrilôit m[Mg 3 (Si 4 O 10 )(OH)] x p [(Al,Fe) 2 (Si 4 O 10 )(OH) 2 ] nH 2 O phổ biến
nhất là loại chứa ôxit nhôm. Khoáng chất nhóm mômtmôrilôit được tạo thành hầu như
trong điều kiện ngoại sinh chủ yếu là trong quá trình phong hóa các đá phun trào kiềm
trong điều kiện môi trường kiềm (pH = 7 – 8,5).
Mômtmôrilôit có mạng tinh thể kém bền vững và dễ xảy ra hiện tượng trương nở dưới
đáy móng khi có mặt loại sét này.
+ Ilit K
môi trường kiềm (pH tới 9,5).
b. Liên kết cấu trúc và sức chống cắt của đất sét.
Trong tự nhiên, đất loại sét luôn tồn tại 3 dạng liên kết cấu trúc, đó là: dạng chảy, dạng
dẻo và dạng cứng, người ta chia thành hai loại :
- Liên kết mềm: lực liên kết chủ yếu là lực liên kết phân tử, từ tính. liên kết này mềm
dẻo và có thể hồi phục sau khi bị phá hoại (liên kết thuận nghịch).
- Liên kết cứng: lực liên kết chủ yếu là liên kết ion, đồng hóa trị. liên kết này cứng,
giòn, không hồi phục được khi bị phá hoại bằng cơ học (liên kết thuận nghịch).
Về lực dính của đất sét, N.N.Maxlov chia lực dính tổng cộng thành hai thành phần lực
dính mềm và lực dính cứng (lực dính cấu trúc). Biểu thức sức chống cắt có dạng:
τ pw = Ptgφw + C W
(1.2)
Trong đó:
P: Ứng suất pháp tuyến.
Ptgφw: Thành phần ma sát.
φ: Góc ma sát trong của đất.
C W : Lực dính tổng cộng.
6
CW = ∑W + Cc
(1.3)
∑ W : Lực dính mềm ( lực dính có nguồn gốc keo nước).
C c : Lực dính cứng (lực dính cấu trúc).
c. Các đặc điểm khác của đất sét yếu:
- Hiện tượng hấp thụ:
Hiện tượng hấp thụ là khả năng hút nước từ môi trường xung quanh và giữ lại trên
chúng những vật chất khác nhau: cứng, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt keo.
Sự hấp thụ của đất sét có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình sảy ra
đồng thời.
- Tính dẻo:
Tính dẻo là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét. Tính chất này biểu thị sự
lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tácdụng của ngoại lực và chứng tỏ
rằng về mức độ biến dạng đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thế cứng và thể lỏng
hoặc chảy nhớt. Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố: mức độ phân tán và thành phần
khoáng vật của đất, thành phần và độ khoáng hoá của dung dịch nước làm bão hòa đất.
- Gradien ban đầu:
Đất sét có đặc tính thẩm thấu khác thường: chỉ cho nước thấm qua khi gradien cột
nước vượt quá một trị số nhất định nào đó. Trị số đó gọi là gradien ban đầu.
Gradien ban đầu là độ chênh lệch tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó
tốc độ thấm giảm xuống nhiều, rất bé và có thể coi như không thấm nước.
- Đặc điểm biến dạng :
Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của chúng
quyết định. Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau đây:
+ Biến dạng khôi phục, gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
+ Biến dạng dư, chỉ gồm biến dạng cấu trúc.
7
Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến dạng các
màng hấp phụ của nước liên kết gây nên. Các loại biến dạng chủ yếu của đất sét yếu là
biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
- Tính chất lưu biến:
Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt. Chúng có tính dão (từ biến)và có khả năng
thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài. Khả năng này gọi là tính chất lưu biến.
Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự dokhi nén chặt. Do
vậy hiện tượng này liên quan với sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết quả chuyển
dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự định hướng của
các hạt và các khối đó với phươngtác dụng của tải trọng.
1.1.1.2. Đất cát yếu
Cát được hình thành tạo ở biển hoặc vũng, vịnh. Về thành phần khoáng vật, cát chủ
yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất. Cát gồm những hạt có kích thước 0,05 –
2mm. Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết
cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa
nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét. Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc
chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy [1].
Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất lớn. Khi
cát gồm những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy,
hiện tượng này đôi khi rất nguy hiểm cho công trình và cho công tác thi công. Cần lưu
ý 2 hiện tượng nguy hiểm đối với cát yếu :
- Biến loãng.
- Cát chảy.
1.1.1.3. Bùn, than bùn và đất than bùn
Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật
liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hoá học ở đáy biển, đáy hồ, bãi lầy… Bùn chỉ liên
quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt
8
chịu lực. Theo thành phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũngcó thể
là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống [2]
Độ bền của bùn rất bé, vì vậy việc phân tích sức chống cắt (SCC) thành lực ma sát và
lực dính là không hợp lý. SCC của bùn phụ thuộc vào tốc độ phát triển biến dạng. Góc
ma sát có thể ≈ 0. Chỉ khi bùn mất nước, mới cóthể cho góc ma sát.
Việc xây dựng các công trình trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi đã tiến hành các
biện pháp xử lý nền. Than bùn là đất có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân
hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. Đất
loại này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát.
Trong điều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao 85 – 95% hoặc cao hơn
tùy theo thành phần khoáng vật, mức độ phân hủy, mức độ thoát nước…Than bùn là
loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất. Hệ số nén lún có thể đạt từ 3-8,
thậm chí 10 kG/cm. Không thể thí nghiệm nén than bùn với mẫu có chiều cao thông
thường là 15-20cm, mà phải từ 40- 50cm.
Khi xây dựng ở những vùng đất than bùn, cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt thép,
khe lún, cắt nhà thành từng đoạn cứng riêng rẽ, làm nền cọc, đào hoặc thay một phần
than bùn.
1.1.1.4. Đất đắp
Loại đất này được tạo nên do tác động của con người. Đặc điểm của đất đắp là phân bố
đứt đoạn và có thành phần không thuần nhất. Theo thành phần có thể chia thành 4 loại
sau [1] :
- Đất gồm hỗn hợp các chất thải của sản xuất công nghiệp và xây dựng.
- Đất hỗn hợp các chất thải của sản xuất và rác thải sinh hoạt.
- Đất của các nền đắp trên cạn và khu đắp dưới nước (để tạo bãi).
- Đất thải bên trong và bên ngoài các mỏ khoáng sản.
Nhìn chung, các loại đất đắp hầu hết đều phải có biện pháp xử lý trước khi xây dựng.
9
1.1.2. Phõn bit t yu
Loi cú ngun gc khoỏng vt thng l sột hoc ỏ sột trm tớch trong nc ven
bin, vựng vnh, m h, ng bng tam giỏc chõu; loi ny cú th ln hu c trong
quỏ trỡnh trm tớch (hm lng hu c cú th ti 10 - 12 %) nờn cú th cú mu nõu
en, xỏm en, cú mựi. i vi loi ny, c xỏc nh l t yu nu trng thỏi t
nhiờn, m ca chỳng gn bng hoc cao hn gii hn chy. Ngoi ra cỏc vựng
thung lng cũn cú th hỡnh thnh t yu di dng bựn cỏt, bựn cỏt mn (h s rng e
> 1,0, bóo hũa G > 0,8).
Loi cú ngun gc hu c thng hỡnh thnh t m ly, ni nc tớch ng thng
xuyờn, mc nc ngm cao, ti õy cỏc loi thc vt phỏt trin, thi ra v phõn hy,
to ra cỏc vt lng hu c ln vi cỏc trm tớch khoỏng vt. Loi ny thng gi l t
m ly than bựn, hm lng hu c chim ti 20 - 80%, thng cú mu en hay nõu
sm, cu trỳc khụng mn (vỡ ln cỏc tn d thc vt).
t yu m ly than bựn cũn c phõn theo t l lng hu c cú trong chỳng:
- Lng hu c cú t 20 - 30%: t nhim than bựn
- Lng hu c cú t 30 - 60%: t than bựn
- Lng hu c trờn 60%: Than bựn
Bng 1. 1.Phõn loi t theo thnh phn ht (theo tiờu chun 14 TCN 123)
Đường kính
hạt (mm)
0.050
0.01
0.02
2.0
0.10
0.25
100
To Cb2
Nhỏ Cb1
To G3
(Cobble) Cb
Đá tảng
Boulder B
Sỏi (hoặc sạn)
(Gravel) G
0.10
Tổ hạt mịn (Fine grains)
200
20
Trung G2
Nhỏ G1
Hạt cát
(Sand) S
5.0
THô S4
Hạt bụi
(Silt, Mo) M
60
0.50
Trung S3
Nhỏ S2
Mịn S1
THô M3
Trung M2
Hạt sét
(Clay) C
Mịn M1
Thô
Mịn
Phân loại
hạt đất
0.005
0.002
Tổ hạt thô (Coarse grains)
1.2. Mt s gii phỏp x lý nn t yu
X lý nn t yu nhm mc ớch lm tng sc chu ti ca nn t, ci thin mt s
10
tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt,
tăng trị số môđun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,... Đối với công trình
thủy lợi, còn yêu cầu làm giảm/ngăn chặn hiện tượng thấm qua nền và thân công trình,
bảo vệ khối đắp chống tác động của sóng và dòng chảy.
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc
điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Tùy điều kiện cụ thể mà người thiết kế phải
đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý về kinh tế, kỹ thuật.
1.2.1. Giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất của nền
Được áp dụng nhằm làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng (đặc
biệt là biến dạng không đồng đều) của đất nền dưới tác dụng của tải trọng công trình.
Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể
áp dụng biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, bệ phản áp......
1.2.1.1. Xử lý nền đất yếu bằng đệm cát
- Để tận dụng khả năng các lớp dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ một phần
hoặc toàn bộ lớp đất yếu ở phía trên giáp với móng và thay thế bằng cát hạt trung
hoặc hạt thô. Việc thay thế đất yếu bằng tầng đệm cát có tác dụng:
+ Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vi trò
như một lớp chịu tải tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó đến các lớp đất
ở bên dưới.
+ Giảm độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bố ứng suất do tải trọng
ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát đồng thời làm tăng nhanh quá trình cố
kết của đất nền vì cát trong lớp đệm có hệ số thấm lớn.
+ Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng vì
cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt.
+ Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ giảm vì áp lực têu chuẩn truyền lên lớp
đệm cát tăng lên.
+ Thi công đơn giản không đòi hỏi thiết bị phức tạp.
11
- Các trường hợp dưới đây đặc biệt thích hợp đối với giải pháp đệm cát:
+ Khi thời hạn đưa công trình vào sử dụng là rất ngắn thì đây là một giải pháp tốt để
tăng nhanh quá trình cố kết.
+ Khi các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ mà việc cải thiện nó bằng cách cố kết sẽ
không có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền đắp.
+ Bề dày lớp đất yếu từ 3m trở xuống (trường hợp này thường đào toàn bộ đất yếu để
đáy nền đường tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu);
1.2.1.2. Phương pháp bệ phản áp
- Giải pháp này chỉ dùng khi đắp trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức ổn định
chống trượt trồi cho nền đê cả trong quá trình đắp và quá trình đưa vào khai thác lâu
dài [3]. Nền đắp thân đê và đắp bệ phản áp hai bên đồng thời trong việc đắp theo từng
khối không đối xứng. Ngoài ra, nó còn có nhược điểm là khối lượng đắp lớn và diện
tích chiếm đất lớn. Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than
bùn và bùn sét.
- Cấu tạo của bệ phản áp:
+ Vật liệu đắp bệ phản áp là các loại đất hoặc cát thông thường tận dụng đất đào
móng; trường hợp khó khăn có thể dùng cả đất lẫn hữu cơ. Bệ phản áp phải được đắp
cùng lúc với việc đắp đê. Vật liệu đắp phản áp không thích hợp với loại đất yếu là than
bùn và bùn sét.
+ Bề rộng của bệ phản áp mỗi bên nên vượt quá phạm vi cung trượt nguy hiểm ít nhất
từ 1÷3 m. Mặt trên bệ phản áp phải tạo dốc ngang 2% ra phía ngoài.
+ Chiều cao bệ phản áp không quá lớn để có thể gây trượt trồi (mất ổn định) đối với
chính phần đắp phản áp; khi thiết kế thường giả thiết chiều cao bệ phản áp bằng 1/3 1/2 chiều cao nền đắp rồi nghiệm toán ổn định theo phương pháp mặt trượt tròn đối
với bản thân bệ phản áp và đối với thân đê có bệ phản áp (Hình 1.1) .
+ Độ chặt đất đắp bệ phản áp nên đạt K ≥ 0,9 (đầm nén tiêu chuẩn).
12
O1
O2
Bp
HE ; γE; ϕΕ ; cE
Hp
Hs ; γs; ϕs ; cs
Hình 1.1. Kiểm tra cung trượt khi đắp phản áp
1.2.2. Giải pháp làm tăng độ chặt của nền
Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hoà nước, tính nén lớn hoặc đất có kết
cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng còn nhỏ (đất cát rời, đất
dính ở trạng thái chảy, đất bùn...) khi chịu tải trọng công trình lớn người ta thường áp
dụng giải pháp làm tăng độ chặt của nền nhằm làm tăng độ chặt của đất, tạo điều kiện
cho nền đất có đủ khả năng chịu lực, hạn chế độ lún và biếng dạng không đồng đều.
Các giải pháp có thể áp dụng như: giếng cát- gia tải thoát nước, cọc cát [3].
1.2.2.1. Giếng cát- gia tải thoát nước
- Mô tả công nghệ:
+ Lún do cố kết của nền đất sét yếu tạo ra nhiều sự cố cho nền móng công trình. Cần
nhiều thời gian để hoàn thành việc cố kết, nhưng do hệ số thấm của đất sét nhỏ việc cố
kết thường bị kéo dài. Để rút ngắn thời gian cố kết, thường sử dụng thiết bị tiêu nước
thẳng đứng. Có 3 dạng thiết bị tiêu nước thẳng đứng cơ bản: (1) Giếng cát tiêu nước;
(2) Giếng cát tiêu nước bọc bằng vải; (3) Giếng tiêu nước chế tạo sẵn PVD;
+ Giếng cát tiêu nước và giếng cát tiêu nước bọc bằng vải đã được dùng từ xa xưa để
tăng tốc độ cố kết của nền sét yếu. Giếng cát được tạo ra bằng cách lấp đầy cát vào
trong lỗ khoan. Có 2 phương pháp đặt thiết bị: (1) Phương pháp chuyển vị; (2) Phương
pháp không chuyển vị. Với loại chuyển vị, lõi có đầu kín được đóng vào hay ấn vào
trong đất yếu sẽ dẫn đến việc chuyển vị theo phương đứng và phương ngang. Với loại
không chuyển vị cần có thiết bị khoan lỗ bằng phương pháp cơ khí hay dùng tia nước
áp lực cao để cắt đất.
13
