Nghiên cứu giải pháp xử lý nền zone 1, nhà máy nhiệt điện sông hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.81 MB, 67 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
TRẦN PHÚ CƯỜNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ZONE 1
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 BẰNG BẤC THẤM
KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI, NĂM 2017
i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI
TRẦN PHÚ CƯỜNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ZONE 1
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 BẰNG BẤC THẤM
KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI
CHUYÊN NGÀNH:
ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ:
60 – 58 – 02 – 04
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHẠM QUANG TÚ
HÀ NỘI 2017
ii
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 (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn
Chữ ký
Trần Phú Cường
i
LỜI CẢM ƠN
Được sự hướng dẫn tận tình của TS. Phạm Quang Tú, cùng sự giúp đỡ của các Chuyên
gia và Kỹ sư thực hiện dự án, Sau 6 tháng tiến hành, tác giả đã hoàn thành Luận văn
tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền zone 1- Nhà máy nhiệt điện
Sông Hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải” theo đúng yêu cầu và kế
hoạch được giao.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa sau
đại học, các thầy cô Bộ mơn Địa kỹ thuật đã hết lịng giảng dạy nhiệt tình giúp đỡ
trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn này.
Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã cố gắng nghiên cứu, vận dụng kiến thức đã
học, tham khảo các tài liệu liên quan, các quy trình, quy phạm hiện hành học hỏi
những kinh nghiệm quý báu của Nhiều Giáo Sư, Tiến sĩ của Trường Đại học Thủy Lợi
hướng dẫn để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do kiến thức chưa vững,
kinh nghiệm của bản thân cịn ít nên việc vận dụng kiến thức tính tốn một cơng trình
cụ thể cịn hạn chế và khơng tránh khỏi những sai sót. Kính mong các Giảng viên tận
tình chỉ bảo, bổ sung những kiến thức cần thiết.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Quang Tú – Người đã rất tận tình trực
tiếp chỉ bảo, đơn đốc, hướng dẫn em trong suốt q trình làm luận văn, cùng tồn thể
giảng viên trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, những người đã truyền
đạt kiến thức chuyên môn và thực tế cho em. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn gia
đình, bạn bè ln ủng hộ giúp đỡ em trong quá trình em làm Luận văn tốt nghiệp.
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................1
2. Mục đích của đề tài......................................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................2
6. Kết quả đạt được ..........................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH. .................................................................4
1.1. Tổng quan về đất yếu...............................................................................................4
1.1.1. Khái niệm về đất yếu .............................................................................................4
1.1.2. Các loại đất yếu thường gặp và đặc điểm của chúng ............................................4
1.2. Các giải pháp xử lý nền đất yếu ...............................................................................8
1.2.1. Nhóm giải pháp cơ học ..........................................................................................8
1.2.2. Nhóm giải pháp vật lí ( thốt nước) ....................................................................15
1.2.3. Nhóm các giải pháp hóa học ...............................................................................18
1.3. Kết luận chương 1 ..................................................................................................20
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM
KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI ...........................................................22
2.1. Nguyên lý tính tốn. ...............................................................................................22
2.1.1. Kiểm tra sức chịu tải của nền: .............................................................................22
2.1.2. Kiểm tra tính ổn định của mái dốc nền đắp:........................................................22
2.1.3. Kiểm tra lún (biến dạng) của nền: .......................................................................23
2.2. Thiết kế bấc thấm và xác định độ cố kết của nền. ..................................................25
2.2.1. Dự báo tốc độ lún trong giai đoạn khai thác .......................................................26
2.2.2. Quan trắc trong q trình thi cơng .......................................................................27
2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................................30
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP
HÚT
CHÂN KHÔNG VỚI GIA TẢI TRƯỚC ......................................................................32
3.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1. ............................................32
iii
3.1.1. Quy mô công suất nhà máy. ................................................................................ 32
3.1.2. Vị trí nhà máy Nhiệt điện Sơng Hậu 1. ............................................................... 32
3.2. Nội dung thiết kế .................................................................................................... 33
3.2.1. Yêu cầu phải xử lý nền và phạm vi xử lý nền ..................................................... 34
3.2.2. Xác định tải trọng tính tốn. ................................................................................ 35
3.2.3. Điều kiện địa chất đặt trưng ................................................................................ 37
3.2.4. Kiểm tra độ ổn định của nền. ............................................................................. 38
3.2.5. Tính tốn độ lún cố kết của đất nền. ................................................................... 40
3.2.6. Tính tốn độ lún theo thời gian khi có xử lý nền bằng bấc thấm ........................ 42
3.2.7. Ứng dụng Mơ hình GEO SLOPE tính tốn thiết kế bấc thấm. ........................... 54
3.2.8. Kết quả tính tốn xuất từ mơ hình. ..................................................................... 54
3.3. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 59
iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Thi cơng cọc cát bằng cách hạ ống thép ...........................................................9
Hình 1.2 Quy trình thi cơng cọc đá dăm .......................................................................10
Hình 1.3 Sơ đồ bố trí đệm cát. ....................................................................................... 11
Hình 1.4 Robot ép cọc ...................................................................................................13
Hình 1.5 Cơng tác khoan đào đất và hạ lồng thép .........................................................14
Hình 1.6 Cấu tạo bấc thấm ............................................................................................15
Hình 1.7 Thi cơng bấc thấm ..........................................................................................16
Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động giếng Cát ......................................................................17
Hình 1.9 Thi cơng giếng Cát .........................................................................................18
Hình 1.10 thi cơng cọc ximăng đất ................................................................................19
Hình 1.11 Sơ họa cơng nghệ Jet- Grouting ...................................................................20
Hình 2.1 Mơ hình bài tốn ổn định................................................................................23
Hình 3.1 Bản đồ vị trí nhà máy nhiệt điện Sơng Hậu 1 ................................................33
Hình 3.3 Biểu đồ gia tải theo giai đoạn thi cơng ...........................................................37
Hình 3.4 Kết quả tính ổn định khi đắp và gia tải...........................................................39
Hình 3.5 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA1.........................................44
Hình 3.6 Biểu đồ độ lún trong q trình hút chân khơng và gia tải PA1 ......................46
Hình 3.7 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2.........................................48
Hình 3.8 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2.........................................49
Hình 3.9 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3.........................................52
Hình 3.10 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3.......................................53
Hình 3.11 Mơ hình khi cắm bấc thấm ...........................................................................54
Hình 3.12 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y ........................................................55
Hình 3.12 Biểu đồ lún theo thời gian theo phương Y ...................................................55
Hình 3.13 Kết quả chuyển vị thời gian hút chân khơng 120 ngày ................................56
Hình 3.14 Kết quả chuyển vị thời gian hút chân không từ 1 đến 120 ngày ..................56
v
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Tọa độ các điểm khống chế và diện tích tương ứng của Zone 1. .................. 34
Hình 3.2 Vị trí nhà máy chính ...................................................................................... 35
Bảng 3.2 Tải trọng tính tốn trong trường hợp khơng có xử lý nền ............................. 36
Bảng 3.3 Tải trọng tính tốn trong giai đoạn khai thác ................................................. 36
Bảng 3.4: Tải trọng tính tốn trong giai đoạn bơm hút chân khơng kết hợp với gia tải
trước............................................................................................................................... 37
Bảng 3.5 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 được lựa chọn đưa vào tính toán .... 38
Bảng 3.6 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 (tiếp theo) ....................................... 38
Bảng 3.7 Bảng tính lún khi chưa xử lý nền. .................................................................. 40
Bảng 3.8 Bảng tính lún trong q trình xử lý nền. ........................................................ 41
Bảng 3.9 Bảng tính lún trong q trình khai thác. ........................................................ 42
Bảng 3.10 Các tham số bấc thấm phương án 1. ............................................................ 43
Bảng 3.11 Các tham số thoát nước phương án 1........................................................... 43
Bảng 3.12 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm – PA1. 44
Bảng 3.13 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA1 ................................................... 45
Bảng 3.14 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA1 ....................... 45
Bảng 3.15 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA1 ................................................... 46
Bảng 3.16 Các tham số của bấc thấm PA2. ................................................................... 46
Bảng 3.17 Các tham số thoát nước của bấc thấm PA2 .................................................. 47
Bảng 3.18 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm PA2 ... 47
Bảng 3.19 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA2 ................................................... 48
Bảng 3.20 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA2 ....................... 48
Bảng 3.21 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA2 .................................................. 49
Bảng 3.22 Các tham số bấc thấm PA3. ......................................................................... 50
Bảng 3.23 Các tham số thoát nước của bấc thấm PA3 .................................................. 50
Bảng 3.24 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm PA3. .. 51
Bảng 3.25 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA3 ................................................... 51
Bảng 3.26 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA3 ....................... 52
Bảng 3.27 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA3 ................................................... 53
Bảng 3.28 Bảng tổng hợp độ lún dư và tốc độ lún lớn nhất của nền Zone 1 ............... 53
vi
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài.
Nước ta đang bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố hiện đại hố, các nhà máy công
nghiệp, các khu công nghiệp tập trung, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới... đang
được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn. Nền móng của các cơng trình xây dựng cơng
trình chính, cơng trình phụ, đường sá, đê điều, đập chắn nước ...trên nền đất yếu
thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như: sức chịu tải của nền thấp, độ
lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất
yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông nói chung và đồng bằng sơng Cửu
long nói riêng. Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển
trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dịng
sơng và bờ biển. Thực tế này đã địi hỏi phải hình thành và phát triển các cơng nghệ
thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề bức thiết
và quan trọng hàng đầu trong ngành Xây dựng hiện đại. Xử lý nền đất yếu nhằm mục
đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu
như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng,
tăng cường độ chống cắt của đất... đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng
trình.
Một số các phương pháp như: gia tải trước, tầng đệm cát, gia cố nền đường, bệ phản
áp, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia cố nền đất, nền đất bằng vật liệu nhẹ);
thay bằng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều dày lớp bùn không sâu); thoát nước cố
kết (bấc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm, dự ép chân không, chân
khơng chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức tạp (hạ cọc bê tông, hạ cọc bằng chấn
động, cọc xi măng đất, cọc đất - vôi - xi măng, cọc bê tơng có lẫn bột than); cọc cứng
(cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre.
Hiện nay có 2 phương pháp cố kết trước được dùng và phổ biến hơn cả đó là: Phương
pháp gia tải trước truyền thống, Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm còn
mới áp dụng kỹ thuật cao.
1
Từ những phân tích nêu trên, xuất phát từ nhu cầu thực tế, việc nghiên cứu giải pháp
xử lý nền zone 1- Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân
không và gia tải là cần thiết, đáp ứng được các yêu cầu của thực tế đặt ra.
2. Mục đích của đề tài
Tổng quan lại các giải pháp xử lý nền đất yếu truyền thống và giải pháp xử lý bằng bấc
thấm áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại
Nghiên cứu phương pháp tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp
hút chân không và gia tải theo các tiêu chuẩn hiện hành, ưu nhược điểm của phương
pháp;
Đánh giá khả năng áp dụng giải pháp bấc thấm kết hợp hút chân không gia tải và để xử
lý nền cho Zone 1, nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1
Ứng dụng nghiên cứu cho Zone 1, nhà máy xử lý khí Sơng Hậu 1.
3. Nội dung nghiên cứu
Tổng quan về các giải pháp xử lý nền.
Cơ sở lý thuyết tính tốn phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân
không với gia tải trước.
Thiết kế xử lý nền chọn giải pháp cắm bấc thấm tối ưu kết hợp hút chân không với gia
tải trước, ứng dụng cho zone 1 khu nhà máy chính, nhiệt điện Sơng Hậu 1.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thực tế tại một số cơng trình đã xây dựng ở
trong nước;
Tập hợp, phân tích ý kiến của các chuyên gia;
Kế thừa các nghiên cứu trong và ngoài nước trong thiết kế xử lý nền đất yếu cho các
cơng trình xây dựng;
Phương pháp mơ hình tốn để phân tích giải pháp xử lý nền.
5. Đối tượng nghiên cứu
2
Nghiên cứu lý thuyết trong thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải và
hút chân khơng;
6. Kết quả đạt được
Có được kết quả khảo sát địa chất và điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng nhà máy
nhiệt điện Sơng Hậu 1 cũng như các vấn đề phát sinh khi xây dựng công trình;
Nắm vững lý thuyết, tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải
và hút chân khơng, dùng excel tính tốn chi tiết có thể áp dụng vào thực tiển cho các
cơng trình khác.
So sánh các giải pháp xử lý nền từ đó lựa chọn để tìm được giải pháp xử lý nền phù
hợp cho phạm vi dự kiến xây dựng nhà máy chính của nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1;
Sử dụng mô hình bằng phần mềm GEO LOPE để mơ phỏng bài toán ổn định để đề tài
thêm phong phú và thuyết phục.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH.
1.1. Tổng quan về đất yếu
1.1.1. Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ vào khoảng 0,5 - 1,0 kg/cm2 ít khi lơn
hơn, tính nén lún mạnh, hầu như bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến
dạng thấp (thường thì Eo < 50 kg/cm2) lực chống cắt nhỏ,... Nếu khơng có biện pháp
xử lý đúng đắn thì việc xây dựng cơng trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc
khơng thể thực hiện được.
Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vùng
vịnh hoặc biển. Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, nước,
lũ bùn đá, do con người gây ra. Nguồn gốc vũng, vịnh có thể ở cửa sơng, tam giác
châu hoặc vịnh biển. Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu vực nước nông
(không quá 200m), khu vực thềm lục địa (200 - 3000m) hoặc khu vực biển sâu (trên
3000m).
Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong khơng
gian, điều kiện vật lý và khí hậu,... mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét
mềm, các hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa,...
Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hịa nước. Loại đất này có
những tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có các tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếu
nói chung. Nguồn gốc địa chất của đất sét yếu thuộc đời cận đại, vì chúng mới hình
thành vào khoảng 20.000 năm nay. Các hạt tạo thành đất sét được phong hóa từ đá mẹ,
có tính chất thay đổi theo tính chất của đá mẹ, điều kiện khí hậu, sự vận chuyển và
trầm lắng. Sau sự vận chuyển của sơng ngịi, việc hình thành các hạt sét chỉ có thể xảy
ra trong các mơi trường trầm tích n tĩnh. Tùy theo mơi trường trầm tích khác nhau
mà có thể có các loại đất sét khác nhau.
1.1.2. Các loại đất yếu thường gặp và đặc điểm của chúng
Nói chung các loại đất yếu thường có những đặc điểm sau đây:
4
-
Thường là đất sét có lẫn hữu cơ (nhiều hoặc ít).
-
Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ.
-
Độ thấm nước rất nhỏ.
-
Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn.
Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn và than bùn. Ngoài ra ở một số
vùng cịn gặp loại đất có ít nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất bazan ở Tây
Nguyên và thỉnh thoảng còn gặp các loại cát chảy là những loại đất yếu có những đặc
điểm riêng biệt.
1.1.2.1. Đất sét mềm
Theo quan điểm địa kỹ thuật thì khơng có sự phân biệt rõ ràng giữa đất sét mềm và
bùn. Tuy nhiên ở đây ta hiểu đất sét mềm là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt,
bão hịa nước và có cường độ cao so với bùn. Đất sét mềm có những đặc điểm riêng
biệt nhưng cũng có nhiều tính chất chung của các đất đá thuộc loại sét, đó là sản phẩm
của giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét.
Đất sét gồm chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, felspar (phần phân tán thơ) và các
khống vật sét (phần phân tán mịn). Các khoáng vật sét này là các silicate alumin có
thể chứa các ion Mg2+, K+, Ca, và Fe... chia thành ba loại chính là ilite, kaolinite và
montmorlonite. Đây là những khống vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó.
Ilite là một khống vật đại biểu của nhóm hydromica. Hydromica được thành tạo chủ
yếu là ở mơi trường kiềm (pH tới 9,5), trung bình và axit yếu, luôn chứa khá nhiều kali
trong dung dịch. Về cấu tạo mạng tinh thể, ilite chiếm vị trí trung gian giữa kaolinite
và montmorilonite.
Kaolinite được thành tạo do phong hóa đá magma, đá biến chất và đá trầm tích trong
điều kiện khí hậu ẩm khác nhau. Đặc điểm của mạng tinh thể kaolinite là tương đối
bền, ổn định.
Montmorilonite phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm, cấu tạo mạng tinh thể gần giống
như kaolinit nhưng kém bền vững, nước dễ xuyên vào gây trương nở mạnh.
5
Montmorilonite được thành tạo chủ yếu trong quá trình phong hóa đất magma trong
điều kiện mơi trường kiềm (pH= 7 – 8,5), khí hậu khơ, ơn hịa và ẩm. Montmorilonite
cũng có thể phát sinh ở biển trong điều kiện mơi trường kiềm.
Các khoáng vật sét là dấu hiệu biểu thị các điều kiện mơi trường mà nó thành tạo và có
ảnh hưởng quyết định đến các tính chất cơ – lý của đất sét. Vì vậy, khi đánh giá đất sét
về mặt địa chất cơng trình cần nghiên cứu thành phần khống vật sét (phần phân tán
mịn) của nó. Trong trường hợp chung, đất sét là một hệ phân tán ba pha (hạt khoáng,
nước lỗ rỗng và hơi), tuy nhiên do đất sét yếu thường bão hịa nước nên nó xem là một
hệ hai pha cốt đất và nước lỗ rỗng.
Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét mang những tính
chất mà những loại đất khác khơng có: Tính dẻo và sự tồn tại của gradient ban đầu,
khả năng hấp thụ, tính chất lưu biến,... từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về
cường độ, tính biến dạng.
Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét mềm là tính dẻo. Nhân tố chủ yếu
chi phối độ dẻo là thành phần khống vật của nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0,002 mm
và hoạt tính của chúng đối với nước.
Trong thực tế xây dựng thường dùng các giới hạn Atterberg để đánh giá độ dẻo của đất
loại sét. Theo cách phân loại đó thì đất sét mềm có độ sệt từ dẻo chảy đến chảy. Một
trong những tính chất quan trọng nữa của đất sét là độ bền cấu trúc (hay cường độ kết
cấu) của chúng. Nếu tải trọng truyền lên đất nhỏ hơn trị số cường độ kết cấu thì biến
dạng rất nhỏ, có thể bỏ qua, cịn khi vượt quá cường độ kết cấu thì đường cong quan
hệ giữa hệ số rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc lớn. Trị số cường độ kết cấu của đất sét
mềm vào khoảng 0,2 – 0,3 daN/cm2.
Tính chất lưu biến cũng là một tính chất quan trọng của đất sét yếu. Đất sét yếu là một
môi trường dẻo nhớt. Chúng có tính từ biến và có khả năng thay đổi độ bền khi chịu
tác dụng lâu dài của tải trọng. Khả năng đó gọi là tính lưu biến. Trong tính chất lưu
biến của đất sét cịn có biểu hiện giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi,
gọi là sự chùng ứng suất. Thời gian mà ứng suất gây nên biến dạng đang xét giảm đi
6
2,7183 lần gọi là chu kỳ chùng ứng suất. Ở đất sét yếu chu kỳ chùng ứng suất thường
rất ngắn.
Hiện tượng hấp thụ là khả năng đất sét yếu hút từ môi trường chung quanh và giữ lại
trên chúng những vật chất khác nhau (cứng, lỏng, hơi), những ion phân tử và các hạt
keo. Người ta dùng nó để giải thích nhiều hiện tượng và tính chất đặc biệt của đất sét.
1.1.2.2. Bùn
Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường
nước ngọt hoặc trong môi trường nước biển, gồm các hạt rất mịn (nhỏ hơn 200µm) với
tỷ lệ phần trăm các hạt < 2µm cao, bản chất khống vật thay đổi và thường có kết cấu
tổ ong. Tỷ lệ phần trăm các chất hữu cơ nói chung dưới 10%.
Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy biển, vũng, vịnh, hồ hoặc các
bãi bồi của sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy triều. Bùn luôn no
nước và rất yếu về mặt chịu lực. Theo quy phạm Liên Xơ SNIP II – 1,62 thì bùn là
trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quy trình hình thành đất đá loại sét, được thành tạo
trong nước, có sự tham gia của các q trình vi sinh vật. Độ ẩm của bùn luôn cao hơn
giới hạn chảy, còn hệ số rỗng e > 1 (với á cát và á sét) và e > 1,5 (với sét).
Trong thành phần hạt, bùn có thể là á cát, á sét, sét và cũng có thể là cát mịn và đều có
chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đơi khi đến 10 – 12%), càng xuống sâu hàm
lượng này càng giảm.
Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn (bùn có đặc tính là nén chặt khơng hạn
chế kèm theo sự thốt nước tự do), mơđun biến dạng chỉ vào khoảng 1 – 5 daN/cm2
(với bùn sét) và 10 – 25 daN/cm2 (với bùn á sét, bùn á cát), cịn hệ số nén lún thì có thể
đạt tới 2 – 3 cm2/daN. Như vậy, bùn là những trầm tích nén chưa chặt và dễ bị thay đổi
kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện được sau khi áp
dụng các biện pháp xử lý đặc biệt.
1.1.2.3. Than bùn
Than bùn là đất yếu nguồn gốc hữu cơ, được thành tạo do kết quả phân hủy các di tích
hữu cơ (chủ yếu là thực vật) tại các đầm lầy. Than bùn có dung trọng khô rất thấp (3 –
7
9 kN/m3), hàm lượng hữu cơ chiếm 20 – 80%, thường có màu đen hoặc màu nâu sẫm,
cấu trúc khơng mịn, còn thấy tàn dư thực vật.
Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình 85 – 95% và có thể đạt
hàng trăm phần trăm. Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất,
hệ số nén lún có thể đạt 3 – 8 – 10cm2/daN, vì thế phải thí nghiệm than bùn trong các
thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40 – 50cm. Than bùn thường được phân loại theo địa
chất cơng trình và theo tính chất cơ – lý của đất.
1.2. Các giải pháp xử lý nền đất yếu
1.2.1. Nhóm giải pháp cơ học
Nhóm giải pháp cơ học được sử dụng rất phổ biến trong việc xử lí, gia cố nền đất yếu
bởi tính hiệu quả rõ rệt mà nó mang lại trong việc ổn định nền về trượt cũng như biến
dạng. Sau đây là một số giải pháp tiêu biểu.
1.2.1.1. Cọc cát
-
Nguyên lí làm việc: Khi cọc được hạ vào trong đất yếu, nhờ thể tích cọc chiếm
chỗ mà đất xung quanh dọc theo chiều dài cọc được lèn chặt lại.
-
Thi cơng cọc cát:
•
Tạo lỗ bằng cách hạ ống thép
•
Tạo lỗ bằng nổ mìn ép đất
•
Sau khi đã tạo lỗ, tiến hành nhồi cát vào đồng thời đầm chặt lần lượt từng lớp
cát trong lỗ với chiều dày từng lớp khoảng từ 0,5- 1,0 m
8
Hình 1.1 Thi cơng cọc cát bằng cách hạ ống thép
-
Ưu điểm:
•
Cọc cát làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm và góc ma sát trong tăng lên.
Vì đất nền được nén chặt lại do đó sức chịu tải của nền tăng lên, biến dạng và sự chênh
lệch biến dạng của nền cơng trình gảm đi đáng kể.
•
Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với
nền thiên nhiên hoặc nền đất được gia cố bằng cọc cứng.
-
Nhược điểm:
•
Dễ xuất hiện co ngót trong q trình thi cơng và khai thác
•
Cần trang bị thiết bị thi cơng nặng, ống vách dài.
•
Khó kiểm sốt được chất lượng cọc
1.2.1.2. Cọc đá dăm
-
Ngun lí hoạt động: Tương tự đối với cọc cát, khi cọc được hạ vào trong đất
yếu, nhờ thể tích cọc chiếm chỗ mà đất xung quanh dọc theo chiều dài cọc được lèn
chặt lại.
-
Thi cơng cọc:
•
Khác với cọc cát, việc tạo lỗ khi thi công cọc đá dăm bằng cách đưa thanh thép
9
(đầu thanh cấu tạo dạng trụ xoắn) khoan sâu vào trong đất nền. Đất bị phá hủy được
trụ xoắn nâng lên đưa ra bên ngồi, tạo thành lỗ khoan có đường kính từ 0.3 – 0,5 m.
•
Sau khi khoan đến độ sâu thiết kế, ta tiến hành đổ đá dăm vào trong lỗ khoan.
Nguyên tắc khi đổ đó là đổ từng lớp đồng thời đầm chặt từng lớp cho đến khi đá dăm
lấp kín lỗ khoan đó.
Hình 1.2 Quy trình thi cơng cọc đá dăm
-
Ưu điểm:
•
Cường độ chịu nén và cường độ chống cắt của cọc đá dăm lớn hơn so với cọc
cát, vì vậy mà sức chịu tải của nền tốt hơn.
•
Thi cơng dễ dàng trong điều kiện đất sét dẻo mềm, sét pha trạng thái chảy, cát
pha trạng thái xốp.
-
Nhược điểm:
•
Độ liên tục của cọc thấp
•
Khó kiểm sốt chất lượng cọc
•
Giá thành cao hơn so với cọc cát
1.2.1.3. Đệm cát
-
Nguyên lí hoạt động: Thay lớp đất yếu nằm ngay dưới đáy móng chịu ứng suất
lớn bằng một đệm cát để đủ sức chịu tải trọng mà vẫn tận dụng được khả năng làm
việc của lớp đất yếu nằm dưới. Phương pháp này thường được áp dụng khi đất yếu là
sét chảy có chiều dày tương đối mỏng (3-5m)
-
Thi công tầng đệm cát:
10
•
Hiệu quả của tầng đệm cát phụ thuộc phần lớn vào độ chặt của nó. Khi thi cơng
đệm cát phải đảm bảo độ chặt lớn nhất đồng thời không làm phá hoại kết cấu đất thiên
nhiên dưới tầng đệm cát, thường gặp hai trường hợp sau:
•
Khi hố đào khơ: cát được đổ từng lớp dày 20 cm và đầm chặt (bằng đầm lăn,
xung kích, chấn động ).
•
Trường hợp mực nước ngầm cao (mà không dung biện pháp hạ mực nước
ngầm) : thì nên dung biện pháp thi cơng trong nước bằng xỉa thép ( xỉa lắc cát, D= 0,7)
hoặc bằng máy rung hình dùi.
Hình 1.3 Sơ đồ bố trí đệm cát.
-
Ưu điểm:
•
Tăng sức chịu tải của nền
•
Giảm độ lún của móng cơng trình vì cát có modun biến dạng E 0 lớn hơn đất sét.
•
Giảm độ chênh lún của móng vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài
gây ra trong phần đất nền nằm dưới tầng đệm cát,
•
Giảm chiều sâu chơn móng
•
Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, rút ngắn q trình lún
•
Thi cơng đơn giản.
-
Nhược điểm:
11
•
Địi hỏi khối lượng cát lớn.
•
Đất thải đổ ra ngồi gây tốn diện tích
•
Giá thành tương đối cao
•
Chỉ áp dụng với cơng trình có lớp đất yếu mỏng và gần đất mặt.
•
Trường hợp mực nước ngầm cao rất dễ xảy ra hiện tượng cát chảy.
1.2.1.4. Cọc bê tông cốt thép
-
Nguyên lí làm việc:
•
Cọc bê tơng cốt thép là sự kết hợp giữa bê tơng và thép, chúng có mối tương
quan về sự giãn nở do nhiệt, ngồi ra “bê tơng” và “thép” mối quan hệ bổ trợ lẫn nhau.
•
Nhờ thể tích mà cọc chiếm chỗ, cường độ chịu nén của vật liệu làm cọc tốt hơn
hẳn so với đất nền mà đất nền được lèn chặt lại, sức chịu tải của nền tăng lên rõ rệt.
•
Khả năng làm việc tốt khiến cho cọc bê tông cốt thép là sự lựa chọn hàng đầu
nhằm gia cố nền đất yếu cho nhiều cơng trình dân dụng và cơng nghiệp; cơng trình
giao thơng.
-
Thi cơng cọc bê tơng cốt thép:
+
Thi cơng cọc ép
•
Chiều dài và tiết diện cọc phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế. Nếu chiều dài cọc quá
lớn có thể chia cọc thành những đoạn cọc ngắn để phù hợp cho việc chế tạo và thi
cơng
•
Chiều dày lớp bảo vệ tối thiểu là 3cm
•
Đổ bê tơng phải liên tục,khn đúc cọc phải phẳng, dùng đầm dùi để đầm từ
đỉnh cọc đến mũi cọc tránh khuyết tật bên trong cọc
•
Cọc được hạ vào trong đất nền theo hai phương pháp chính đó là: “ Ép cọc” và
“ Đóng cọc” tùy thuộc vào điều kiện đất nền cũng như điều kiện dân sinh, môi trường
quanh khu vực thi công.
12
Hình 1.4 Robot ép cọc
+
Thi cơng cọc khoan nhồi
•
Định vị, tạo lỗ cọc ( có thể bằng máy đào guồng xoắn, thiết bị thùng đào, máy
khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hồn,...)
•
Xử lí cặn bã lần thứ nhất, sau khi khoan đến cao trình thiết kế ta bơm nước để
thải đất lên
•
Dùng cẩu nâng và hạ lồng thép xuống vị trí lỗ cọc đã đào, định vị phương của
lồng thép. Thành lồng thép có gắn bánh lăn để hạ xuống được thuận lợi
•
Sau khi đã hạ lồng thép xuống, ta tiến hành xử lí mùn khoan lần thứ hai bằng
cách đưa một ống dẫn khí vào trong lồng ống đổ bê tơng tới cách đáy đài 2m dùng khí
nén bơm ngược dung dịch khoan ra ngoài bằng đường ống đổ bê tơng, phơi khoan có
xu hướng lắng xuống sẽ bị hút vào trong ống đổ bê tông đẩy ngược lên và thốt ra
ngồi miệng cho đến khi khơng cịn cặn lắng lẫn lộn là đạt yêu cầu.
•
Cuối cùng, tiến hành phun vữa vào lỗ khoan bằng ống đổ bê tơng theo phương
pháp vữa dâng, ống đổ bê tơng cịn đóng vai trị là 1 máy đầm giúp vữa chặt và đều
hơn trong lỗ.
13
Hình 1.5 Cơng tác khoan đào đất và hạ lồng thép
-
Ưu điểm: Sức chịu tải tốt, tuổi thọ của cọc cao.
•
Đối với thi cơng cọc đúc sẵn: Khả năng chịu nén tốt, tránh được sự xâm thực,
quá trình đúc cọc dễ dàng, dễ dàng thi cơng, có khả năng áp dụng khi chiều dày lớp đất
yếu lớn
•
Đối với cọc khoan nhồi: Sức chịu tải tốt do đường kính cọc mà chiều sâu mũi
cọc lớn, thi cơng dễ dàng khơng địi hỏi máy móc cồng kềnh, tính liên tục cao do cọc
liền khối không phải chắp nối từng đoạn cọc, độ nghiêng lệch của cọc nằm trong giới
hạn cho phép.
-
Nhược điểm: Chi phí khá lớn, địi hỏi Kỹ thuật cao trong thiết kế và thi cơng.
•
Đối với cọc đúc sẵn: Xử lí nền đất yếu có chiều dày lớp đất yếu lớn cần chắp
nối các đoạn cọc lại do đó tính liên tục của cọc bị giảm đi
•
Đối với cọc khoan nhồi: Môi trường thi công sinh lầy,dơ bẩn. Chiều sâu chơn
cọc giới hạn trong khoảng 120- 150 lần đường kính cọc
14
1.2.2. Nhóm giải pháp vật lí ( thốt nước)
Mục đích chính của nhóm giải pháp này là đẩy nhanh tốc độ cố kết cho nền khi độ ẩm
của nền giảm và độ chặt của nền tăng lên. Vì thế, các biện pháp thốt nước là sự lựa
chọn hợp lí trong việc xử lí nền đất yếu.Hiện nay, biện pháp được sử dụng nhiều ở
Việt Nam có thể kể đến là “Bấc thấm” và” Giếng cát”.
1.2.2.1. Bấc thấm
-
Ngun lí hoạt động:
•
Bấc thấm là một băng tiết diện hình chữ nhật, được dùng để dẫn nước từ trong
nền dất yếu lên tầng đệm cát rồi đi ra bên ngồi, nhờ đó đẩy mạnh tốc độ cố kết, tăng
khả năng chịu tải, đẩy nhanh tốc độ lún của nền đất.
•
Bấc thấm cấu tạo gồm hai phần: Phần lõi và phần vỏ bọc. Lõi được làm từ
polypropylene/ polyester có cường độ chịu kéo tốt, tiết diện hình chữ nhật, tác dụng
chính là ln chuyển nước lỗ rỗng ra bên ngoài. Vỏ được làm từ polyester mỏng tác
dụng là ngăn bẩn cho nước thoát ra dễ dàng
Hình 1.6 Cấu tạo bấc thấm
-
Thi cơng bấc thấm: Tuân theo TCVN 9355-2012
15
•
Thiết kế sơ đồ di chuyển làm việc của máy ấn bấc thấm trên mặt bằng tầng đệm
cát
•
Tổ chức thi cơng thí điểm trên một phạm vi đủ để máy di chuyển 2-3 lần trước
khi thực hiện thao tác ấn bấc thấm, thi cơng thí điểm đạt u cầu mới được phép thi
cơng đại trà
•
Chuẩn bị mặt bằng và thi ông tầng đệm cát
•
Thi công cắm bấc thấm: Định vị chỗ cắm, đưa máy cắm bấc thấm vào vị trí
theo đúng sơ đồ, lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đưa đầu trục tâm đến vị
trí cắm bấc,ấn trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế. Sau khi cắm xong
kéo trục tâm lên rồi dùng kéo cắt bấc thấm sao cho còn lại 20cm bấc thấm nhơ lên lớp
đệm cát.
Hình 1.7 Thi cơng bấc thấm
- Ưu điểm:
•
Cơng nghệ thi cơng phổ biến, thiết bị thi cơng đơn giản,thời gian thi cơng tương
đối ngắn;
•
Phù hợp với những vị trí có chiều dày lớp đất yếu lên đến 30m;
•
Khả năng thốt nước tốt, q trình cố kết có thể đạt hiệu quả tối ưu;
16
•
Giá thành thấp, có thể kết hợp gia tải và hút chân không để nâng cao hiệu quả
xử lý nền.
-
Nhược điểm:
•
Hiệu quả thốt nước kém khi lớp đất yếu dày;
•
Khơng làm chặt đất trong q trình thi cơng bấc thấm
•
Bấc thấm làm từ nhựa tổng hợp, sau nhiều năm có thể gây ơ nhiễm mơi trường
đất.
1.2.2.2. Giếng cát
-
Ngun lí hoạt động:
Việc xử dụng giếng cát là cách làm tăng độ lún cố kết của nền đất yếu bởi áp lực nước
lỗ rỗng trong đất sẽ tiêu tán theo cả phương ngang và phương đứng về các giếng cát
tiêu nước.
Hình 1.8 Ngun lý hoạt động giếng Cát
-
Thi cơng giếng cát:
•
Thi cơng lớp đệm cát ( nếu có), lớp đệm cát này có vai trị gia tải trước cho nền
•
Định vị giếng cát
•
Vận chuyển cát có hệ số thấm lớn (cát hạt trung trở lên) đến vị trí giếng
•
Tạo lỗ cho giếng cát ( giống như với cọc cát)
•
Sau khi ống vách cắm đến cao trình thiết kế, tiến hành đổ cát vào trong ống, rút
17
