Nghiên cứu phương pháp xử lý nền đất dưới các công trình bằng phương pháp bơm hút chân không có bấc thấm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.23 MB, 135 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
*******************
NGUYỄN TIẾN TRUNG
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT DƯỚI
CÁC CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT
CHÂN KHÔNG CÓ BẤC THẤM.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ BÁ VINH.
CHUYÊN NGÀNH:
CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU.
MÃ SỐ NGÀNH:
31.10.02.
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2005.
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
--------ooo-------
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. LÊ BÁ VINH
CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN 1: --------------------------------------------------------
CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN 2: --------------------------------------------------------
Luận văn thạc só được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày........tháng.......năm.........
(Có thể tìm hiểu luận văn này tại thư viện cao học trường Đại Học Bách Khoa - Đại
Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh).
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH.
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP -TỰ DO -HẠNH PHÚC.
------------oOo-------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN TIẾN TRUNG.
Phái:
NAM
Ngày, tháng, năm sinh: 25-06-1980.
Nơi sinh: HẢI DƯƠNG
Chuyên ngành: Công trình trên đất yếu.
MSHV: 00903235
Khóa 14 (2003-2005).
I.TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT DƯỚI CÁC CÔNG TRÌNH
BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG CÓ BẤC THẤM.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. NHIỆM VỤ:
Nghiên cứu cấu tạo, tính toán và biện pháp thi công khi xử lý đất nền yếu sử dụng
phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm.
2. NỘI DUNG:
PHẦN I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Chương 1: Tổng quan về phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không.
Chương 2: Tổng quan về đất yếu.
PHẦN 2: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN
Chương 3: Cấu tạo và thi công trong phương pháp bơm hút chân không.
Chương 4 : Phương pháp tính toán khi sử dụng phương pháp bơm hút chân không.
Chương 5 : Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích bài
toán bơm hút chân không.
Chương 6 : Nghiên cứu tính toán ứng dụng cho công trình thực tế.
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 7: Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
07-05-2005.
IV. NGÀY HÒAN THÀNH NHIỆM VỤ:
07-12-2005.
V.HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ VINH.
CB HƯỚNG DẪN.
CN NGÀNH.
B.M. QUẢN LÝ NGÀNH.
TS.LÊ BÁ VINH
TS. VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc só đã được hội đồng chuyên ngành thông qua ngày
tháng năm 2005
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH.
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH.
LỜI CẢM ƠN.
Qua hai năm học cao học khóa 14 (niên khóa 2003-2005) ở ngành “ Công trình trên
đất yếu” với sự tận tình giúp đỡ của tất cả các thầy cô giáo, tôi đã hòan thành luận văn thạc
só với đề tài: “NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT DƯỚI CÁC
CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG CÓ
BẤC THẤM”.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã giảng dạy và truyền đạt những kiến
thức khoa học và kinh ngiệm vô cùng quý giá một cách tận tình đối với K14 chúng tôi trong
suốt quá trình học tập tại đây.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy hướng dẫn chính của tôi: TS. LÊ BÁ VINH. Thầy đã
tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn của tôi, thầy luôn
động viên và nhắc nhở tôi để giúp tôi thực hiện luận văn được tốt nhất.
Tôi xin cảm ơn đến Ths.NCS. TRẦN TUẤN ANH, dù ở xa nhưng cũng đã giúp đỡ tôi rất
nhiều trong giai đoạn khó khăn ban đầu. Và cảm ơn đến TS. NGÔ TRẦN CÔNG LUẬN đã giúp
đỡ tôi về phương tiện để thực hiện luận văn này.
Tôi xin cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn “ Địa cơ nền móng”, phòng đào tạo Sau
đại học và trường đại học Bách Khoa Tp HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn
thành khóa học này.
Tôi cũng xin cảm ơn đến bạn bè và các đồng nghiệp.
Và cuối cùng niềm động viên lớn nhất để tôi có thể hòan thành khóa học này là GIA
ĐÌNH tôi. Xin cảm ơn GIA ĐÌNH đã giúp đỡ tôi, luận văn này là món quà tôi xin tặng cho GIA
ĐÌNH.
Với khả năng và hiểu biết hiện tại của tôi chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những
sai sót nhất định, xin quý thầy cô và độc giả bỏ qua và chỉ dẫn cho tôi trên con đường nâng
cao kiến thức của mình.
Trân trọng kính chào.
NGUYỄN TIEÁN TRUNG.
-5-
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ:
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT
DƯỚI CÁC CÔNG TRÌNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM
HÚT CHÂN KHÔNG CÓ BẤC THẤM.
TÓM TẮT:
Trong thời đại phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật, nhiều phương pháp
được áp dụng để xử lý nền đất yếu dưới công trình như: phương pháp gia tải trước
bằng tải trọng tónh, phương pháp gia tải trước bằng đất đắp kết hợp với hệ thống
thoát nước. Tuy nhiên các phương pháp này có một số nhược điểm: chi phí cho
vật liệu để gia tải lớn và thời gian gia tải khá lâu. Bên cạnh đó, một phương pháp
mới ra đời đang được áp dụng và tỏ ra có nhiều ưu điểm so với phương pháp trên
là phương pháp gia tải bằng bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm.
Luận văn gồm hai nội dung chính. Phần thứ nhất được dành để tìm hiểu
các phương pháp gia cố nền và các đặc trưng của đất yếu thường gặp ở thành phố
Hồ Chí Minh và đồng bằng sông Cửu Long.
Phần thứ hai được dành để tìm hiểu sâu hơn về cấu tạo và thi công của
phương pháp này. Đồng thời phần này cũng tập trung nghiên cứu phương pháp
trên bằng phương pháp phần tử hữu hạn để theo dõi sự thay đổi của nền đất khi
bố trí các bấc thấm với các khoảng cách khác nhau và vùng ảnh hưởng ngoài khu
vực cắm các bấc thấm.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-6-
SUMMARY OF THESIS:
TITLE:
STYDY ON VACUUM CONSOLIDATION METHOD
COMBINING WITH PREFABRICATE VERTICAL DRAINS FOR
TREATING SUBFOUNDATION SOFT SOIL UNDER THE FABRIC.
ABSTRACT:
In the age of rapid development of science and technology, many method
have been applied for treating subfoundation soft soil under the fabric such as
preload by surcharge.
However, they show some weak points such as the costs of contruction,
materials are so high and spend a long time. Another one has appeared and has
been widely applied is the method of vacuum consolidation combining with
prefabricate vertical drains for treating subfoundation soft soil under fabric.
The reseach consist of two main parts. The first part focuses on studying
treament methods are applied in Ho Chi Minh city and MeKong delta and the
specialities of soft soil in the two resious as well.
The compotion and contruction of this method will be studied in the second
part of this research. Together, this part also studies this method by finite element
method in oder to observe variations of subsoil when prefabricate vertical drains
are installed with the variation of their intervals and impact area out of
prefabricate vertical drains zone.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-7-
MỤC LỤC
Trang
Nhiệm vụ luận văn thạc só ...................................................................................... 3
Lời cảm ơn ................................................................................................................ 4
Tóm tắt luận văn thạc só........................................................................................... 5
Mục lục ..................................................................................................................... 7
Một số kỳ hiệu sử dụng trong luận văn ................................................................. 10
Mở đầu .................................................................................................................... 12
PHẦN I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN.
Chương 1: Tổng quan về phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân
không.
1.1. Sơ lược các phương pháp xử lý nền đất yếu dưới công trình. ....................... 14
1.1.1.Các phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng
của công trình.
1.1.2.Các phương pháp làm tăng độ chặt của đất nền.
1.1.3. Các phương pháp tạo độ biến dạng ban đầu của nền đất trước khi đặt
tải công trình.
1.2. Các nghiên cứu về phương pháp cải tạo đất yếu bằng phương pháp bơm hút
chân không............................................................................................................... 21
1.2.1. Khái niệm.
1.2.2. Lịch sử hình thành và phát triển.
1.2.3. Phương pháp thi công.
1.2.4. Một số công trình sử dụng phương pháp gia tải bằng bơm hút chân
không.
1.2.5. Vấn đề tồn tại và hướng giải quyết.
Chương 2:Tổng quan về đất yếu
2.1. Định nghóa đất yếu .......................................................................................... 30
2.1.1.Đất sét yếu.
2.1.2. Đất bùn.
2.1.3. Đất than bùn.
2.1.4. Đất cát yếu.
2.1.5.Các loại đất yếu khác.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-82.1.6. Nước trong đất.
2.1.7. Khí trong đất.
2.2. Sự phân bố đất yếu ở Tp Hồ Chí Minh và đồng bằng sông Cửu Long .........36
2.2.1. Sự phân bố đất yếu.
2.2.2. Đất yếu ở khu vực TP.HCM.
2.3. Các đặc trưng cơ lý của đất ở một số khu vực ................................................38
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN.
Chương 3: Nghiên cứu cấu tạo và thi công trong phương pháp gia tải trước
bằng bơm hút chân không.
3.1. Cấu tạo của hệ thống gia tải bằng bơm hút chân không ................................40
3.1.1. Đường thoát nước theo phương thẳng đứng.
3.1.2. Đường thoát nước ngang.
3.1.3. Hệ thống ống thu nước.
3.1.4. Đệm cát thóat nước.
3.1.5. Màng địa kỹ thuật.
3.1.6. Rãnh chèn màng địa kỹ thuật.
3.1.7. Hệ thống máy bơm chân không và hút chân không.
3.2. Phương pháp thi công của phương pháp gia tải bằng bơm hút chân không...48
3.2.1. Phương pháp thiết kế thi công
3.2.2. Trình tự thi công.
3.2.3.Một số hình ảnh thi công.
Chương 4:Nghiên cứu phương pháp tính tóan khi sử dụng phương pháp gia
tải trước bằng bơm hút chân không.
4.1. Cơ sở lý thuyết của bài toán cố kết thấm ...................................................... 55
4.1.1. Các giả thiết của bài toán cố kết.
4.1.2. Lời giải giải tích cho bài toán cố kết.
4.2. Nghiên cứu về bấc thấm ..................................................................................60
4.2.1. Bố trí bấc thấm.
4.2.2. Xác định vùng cần cắm bấc thấm để xử lý nền công trình.
4.2.3. Tính toán mức độ cố kết của nến đất có bấc thấm.
4.3. Phương pháp tính toán cho bài toán bài toán gia tải chân không ................. 64
4.3.1. Nguyên lý làm việc của đất nền đựơc gia tải chân không.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-94.3.2.Nguyên lý tính toán .
Chương 5: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích bài tóan
gia tải trước bằng bơm hút chân không.
5.1. Giới thiệu sơ lược phương pháp phần tử hữu hạn ...........................................68
5.2. Mô hình Cam-clay ............................................................................................69
5.2.1. Những lập luận cơ bản của mô hình Cam-clay.
5.2.2. Các đặc điểm của mô hình Cam-clay.
5.3. Mô tả sơ đồ tính của phương pháp bơm hút chân không bằng phần tử hữu hạn
..................................................................................................................................76
5.3.1. Mô phỏng PVD trong PPPTHH.
5.3.2. Điều kiện biên trong PPPTHH.
Chương 6: Nghiên cứu tính toán ứng dụng cho công trình thực tế
6.1. Tính toán với công trình ở bờ biển Ariake ......................................................82
6.1.1. Mô tả đặc điểm công trình.
6.1.2. Tính toán với phương pháp phần tử hữu hạn.
6.2. Nghiên cứu tính toán với số liệu thực tế với công trình ở Bangkok ..............95
6.2.1. Mô tả đặc điểm công trình.
6.2.2. Kết quả tính toán bằng PPPTHH với khoảng cách cắm PVD là 1m .
6.2.3. Kết quả tính toán khi thay đổi khoảng cách cắm PVD: 0.6m, 0.8m,
1.0m, 1.2, 1.4 m, 1.6m.
6.2.4. Nghiên cứu trường hợp bơm hút chân không kết hợp với đắp đất.
PHẦN III : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
Chương 7: Kết luận và kiến nghị
7.1. Kết luận ......................................................................................................... 130
7.2. Kiến nghị ........................................................................................................131
Tài liệu tham khảo ................................................................................................132
MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-10a
: hệ số nén.
ao
: hệ số nén tương đối.
c
: lực dính.
c’
: lực dính thoát nước.
Cc
: hệ số nén.
Cs
: hệ số nở.
Cv
: hệ số cố kết.
eo
: hệ số rỗng tự nhiên của đất.
Eo
: module biến dạng của đất.
G
: module đàn hồi biến dạng cắt của đất.
Ho
: chiều dày ban đầu của lớp đất sét yếu.
Ip
: chỉ số dẻo.
IL
: độ sệt.
K
: module biến dạng thể tích.
Ko
: hệ số áp lực đất tónh.
kv
: hệ số thấm theo phương đứng.
kh
: hệ số thấm theo phương ngang.
mv
: hệ số nén thể tích.
n
: độ rỗng của đất.
OCR : hệ số quá cố kết.
LL
: độ ẩm giới hạn chảy.
PL
: độ ẩm giới hạn dẻo.
Patm
: áp lực khí quyển.
pc
: áp lực tiền cố kết của đất.
qu
: sức chịu nén đơn.
So
: độ lún ban đầu.
S∞
: độ lún ổn định cuối cùng.
Sr
: độ bảo hòa ban đầu.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-11u
: áp lực nước lỗ rỗng.
uo
: áp lực nước lỗ rỗng ban đầu.
U
: mức độ cố kết.
Wo
: độ ẩm tự nhiên.
ϕ
: góc ma sát trong của đất.
ϕ'
: góc ma sát trong trong điều kiện thóat nước.
γW
: trọng lượng riêng ướt.
γd
: trọng lượng riêng khô.
γ'
: trọng lượng riêng đẩy nổi.
σ bt
: ứng suất do trọng lượng bản thân đất.
δT
: ứng suất do tải trọng ngòai gây ra.
τ
: sức chống cắt của đất.
ν
: hệ số Poisson của đất.
εv
: biến dạng của đất.
MỘT SỐ THUẬT NGỮ ĐƯC VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN.
BHCK
: bơm hút chân không.
PVD
: Bấc thấm.
ĐBSCL
: Đồng bằng sông Cửu Long.
TpHCM
: Thành phố Hồ Chí Minh.
PTHH
: Phần tử hữu hạn.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-12-
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU:
Trong những năm gần đây, sự khởi sắc của nền kinh tế Việt Nam đã thúc đẩy
ngành công nghiệp xây dựng Việt Nam phát triển nhanh chóng. Quá trình đó đòi
hỏi cấp thiết ngành xây dựng phải nhanh chóng cải tiến và phát triển cả về kỹ
thuật lẫn công nghệ để đáp ứng về chất lượng, số lượng và cả thời gian thực hiện
công trình mà nhu cầu xã hội đặt ra.
Số lượng các công trình được xây dựng ngày càng nhiều tại thành phố Hồ
Chí Minh và khu vực đồng bằng sông Cửu Long là khu vực đất rất yếu đòi hỏi
phải có biện pháp hợp lý trong việc xử lý nền và thiết kế móng cho các công
trình. Những công trình dân dụng và công nghiệp, công trình đường, đê, đập là
những công trình có diện chịu tải phân bố rộng trên bề mặt đất được đặt trên nền
đất yếu có chiều dày lớn hoặt rất lớn. Giải pháp móng cọc nếu được sử dụng thì
sẽ rất tốn kém nên đòi hỏi các giải pháp khác xử lý vùng nền chịu tải trực tiếp
của công trình và phương pháp đơn giản là gia tải trước tạo độ lún trước và tăng
cường độ chịu tải cho nền đất trước khi đặt tải công trình.
Phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không là một trong những
phương pháp gia tải trước mới, đã được đưa vào ứng dụng ở Việt Nam. Phương
pháp này có ưu điểm là rút ngắn thời gian thi công so với các phương pháp gia tải
bằng đất đắp và không tốn nhiều vật liệu để gia tải. Phương pháp này đã được sử
dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới để gia cố nền đất yếu cho các công trình
như: Nhà máy nhiệt điện Hiệp Phước (Nhà Bè), nhà máy Sewage (Hàn Quốc),
công trình EPEC Power Plant, sân bay Bangkok thứ hai (Thái Lan)… Và phương
pháp này cũng đã được nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới, tuy nhiên ở Việt
Nam phương pháp này vẫn được coi là mới mẻ. Mục đích của luận văn này nhằm
nghiên cứu một cách chi tiết một số phương pháp tính tóan và thi công của
phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không.
2. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:
-
Không nghiên cứu đến trường hợp bơm hút chân không kết hợp với giếng
cát.
-
Chưa nghiên cứu tính toán thực tế cho các công trình ở Việt Nam.
-
Chỉ sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử 2 chiều.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
-13-
3. PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI:
-
Nghiên cứu cấu tạo của phương pháp gia tải chân không
-
Xác định vùng cắm bấc thấm trong phương pháp gia tải chân không.
-
Xác định chiều dài cắm bấc thấm trong phương pháp gia tải chân không.
-
Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng phương pháp gia tải
chân không.
-
So sánh kết quả tính tóan đó với kết quả quan trắc của công trình thực tế.
Luận Văn thạc só 2003-2005.
- 14 -
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC
BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG.
1.1. SƠ LƯC CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG
TRÌNH:
1.1.1 Các phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến
dạng của công trình:
Khi lớp đất yếu (bùn, than bùn, đất than bùn, đất đắp,v.v..) có chiều dày
không lớn nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp
xử lý nhân tạo như: đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệ phản áp,... để gia cố đất
nền. Các biện pháp kể trên 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. Trong thực tế người ta thường dùng đệm
cát, đệm đá, đệm sỏi hoặc đệm đất để thay thế lớp đất yếu có chiều dày không
lớn hơn 3m dưới móng tường, móng cột trong các công trình dân dụng và công
nghiệp, dưới bản đáy các công trình thủy lợi,... đối với nền đường, nền đất đắp
nằm trên vùng bùn lầy thì việc áp dụng bệ phản áp để khống chế khả năng phát
triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đết yếu gây ra là một trong những biện pháp
xử lý hiệu quả nhất.
a. Phương pháp đệm cát(đá):
Hình 1.1: Đệm cát(đá).
Luận văn thạc só 2003-2005
- 15 Lớp đệm cát dùng có hiệu quả nhất khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa
nước và chiều dày của nó nhỏ hơn 3m. Việc thay thế lớp đất yếu kể trên bằng
đệm cát có những tác dụng sau:
Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình, đệm cát
đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu đựơc tải trọng của công
trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực phía dưới.
Giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đồng đều của công trình, 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 công trình có tải trọng ngang (do lớp cát có
khả năng chống trượt tốt khi đầm chặt).
Kích thước móng và chiều sâu chôn móng sẽ giảm vì áp lực tiêu chuẩn
truyền lên lớp đệm cát tăng.
-
Thi công đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp.
b. Phương pháp đệm đất:
Đệm đất được dùng đối với các công trình xây dựng trên nền đất đắp ở
trạng thái ẩm ít và mực nước ngầm ở dưới sâu. Vật liệu làm lớp đệm trong trường
hợp này thường là đất sét pha cát lấy ở ngay khu vực xây dựng, đôi khi có thể cả
đất cát pha sét và sét đã được chuẩn bị để làm vật liệu lớp đệm.
Tính toán và thiết kế đệm đất nói chung cũng tương tự như đệm cát nhưng
điều kiện áp dụng có khác nhau, phụ thuộc vào tính chất tải trọng của công trình
và tình hình địa chất, thủy văn tại khu vực xây dựng.
c. Phương pháp đệm đá (sỏi):
Khi lớp đất yếu dưới đáy móng ở trạng thái bão hòa nước, có chiều dày
nhỏ hơn 3m và dưới đó là lớp đất chịu lực tốt, đồng thời xuất hiện nước có áp lực
cao, nếu dùng đệm cát không thích hợp thì có thể dùng đệm đá (sỏi). So với đệm
cát, độ cứng của đệm đá (sỏi) lớn hơn nhiều, do đó về nguyên lý làm việc có
những điểm khác nhau: sự truyền ứng suất theo chiều sâu ở mỗi loại đệm khác
nhau. Đối với đệm cát, ứng suất giảm theo chiều sâu của lớp đệm, nhưng đối với
đệm đá, sỏi thì ngược lại, do độ cứng khá lớn nên ứng suất không thay đổi theo
chiều sâu và lớp đệm đá sỏi đựơc xem như là một bộ phận của móng.
d. Phương pháp cọc đất + vôi/ xi măng:
Với đất yếu là bùn sét và bùn á sét có độ thấm kém hơn 10-6 cm/s khả
năng ứng dụng cọc vật liệu rời không hiệu quả vì đất không nén chặt được trong
Luận văn thạc só 2003-2005
- 16 quá trình thi công vì nước trong lỗ rỗng của bùn rất khó thoát đi để lỗ rỗng có thể
giảm nhỏ lại. Mặt khác, vật liệu rời có thể bị chìm dần trong bùn nên không giữ
được hình dạng cọc sau khi thi công. Trong trường hợp này các nghiên cứu của
Thụy Điển, Pháp, Ý, Nhật, Thái Lan, Mỹ, .. cho thấy cọc đất trộn vôi hoặc đất
trộn xi măng rất hữu hiệu trong việc gia tăng sức chịu tải và giảm độ lún của nền
đất.
Phương pháp hình thành cọc trộn đất với vôi sống hoặc với xi măng nhờ
vào thiết bị khoan gồm hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều
đất với các vật liệu kết dính như vôi, hoặc xi măng pozuland hay xi măng
portland. Bước đầu, khi các lưỡi khoan đi xuống đất bị khoan có chiều hướng đi
lên và kết cấu đất bị phá vỡ cho đến độ sâu thiết kế; bước thứ hai là phun vật
liệu liên kết qua ruột cần khoan rỗng đến phần đáy hố khoan và bắt đầu trộn
đều; bước thứ ba là trộn đều từng khoảng cọc nhất định 0,5m đến 1m; bước thứ tư
là tác động đầm chặt phần đã trộn. Quá trình ninh kết hỗn hợp đất-vôi hoặc đấtxi măng sẽ phát nhiệt một phần nước xung quanh bị hút vào do quá trình thủy
quá, một phần khác bị bốc hơi do nhiệt. Hiện tượng này làm đất xung quanh cọc
tăng độ bền hơn trước.
Phạm vi ứng dụng loại cọc này :
-
Chống trượt các mái dốc, sườn dốc, bờ sông, sườn núi hay bị sạt lỡ.
-
Chống trượt chân nền đường đắp cao.
-
Ổn định nền đường quá yếu.
-
Nền kho, nền xường trong khu vực yếu khi chịu tải sẽ bị oằn lún lớn rất khó
sửa chữa.
-
Chống lún đường vào cầu trong khu vực nều yếu đến quá yếu.
-
Chống lún khu vực cụm dân cư trong vùng đất yếu bị ngập lũ định kỳ như ở
đồng bằng sông Cửu Long.
-
Nền các công trình nhẹ trong vùng đất yếu.
1.1.2
Các phương pháp làm tăng độ chặt của đất nền:
Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa 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, than bùn, …) thì móng công trình
không thể đặt trực tiếp trên nền thiên nhiên được mà cần phải có biện pháp gia
cố. Đặc điểm của các loại đất này là sức chịu tải rất nhỏ, độ lún lớn và có khả
năng gây ra biến dạng không đồng đều dưới đế móng công trình.
Luận văn thạc só 2003-2005
- 17 a. Phương pháp cọc vật liệu rời (cát, đá):
Cọc vật liệu rời xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc cấu tạo bằng đá rời
đặt trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trọng công trình, đã gọi là cọc
nên bản thân cọc vật liệu rời phải đồng nhất, tiết diện liên tục theo chiều sâu, sức
chịu tải của vật liệu phải lớn hơn đất nền nhiều lần. Vật liệu làm cọc không thể
hòa lẫn vào đất (chìm dần vào đất yếu). Do đó, không phải loại đất yếu bất kỳ
nào cũng có thể sử dụng cọc vật liệu rời.
Cọc vật liệu rời được sử dụng để gia cường các loại đất yếu không đủ khả
năng gánh đỡ công trình hoặc có độ lún quá lớn khi chịu tải. Đường kính cọc có
thể thay đổi từ 0,3m đến 1m thậm chí lớn hơn. Các phương pháp tạo cọc rời trong
nền yếu, nhằm giảm thiểu áp lực lên nền đất yếu và tăng khả năng chịu tải của
hỗn hợp đất – cọc vật liệu rời.
Tác dụng của cọc vật liệu rời là làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm
đi, trọng lượng thể tích, module biến dạng, lực dính và góc ma sát tăng lên, độ
lún và biến dạng không đồng đều của đất nền dưới đáy móng các công trình
giảm đi một cách đáng kể. Dưới tác dụng của tải trọng, cọc vật liệu rời và vùng
đất được nén chặt xung quanh cọc cùng làm việc đồng thời đất được nén chặt đều
trong khỏang cách giữa các cọc.
b. Phương pháp cừ tràm (cừ tre):
Ở Việt Nam, cừ tràm và cọc tre được dùng khá phổ biến để đóng vào nền
đất yếu, để nâng cao sức chịu tải và giảm khả năng lún của đất yếu. Cừ tràm khi
đóng vào đất có hai tác dụng chính: có khả năng nén chặt đất nền và làm tăng
sức chịu tải tổng hợp của đất nền có cừ tràm. Trường hợp cừ tràm có khả năng
nén chặt đất nền thường dùng cho các loại đất yếu có khả năng thấm thoát nước
không nhỏ (hệ số thấm K>=10-6cm/s), đó là loại đất yếu thuộc loại từ sét pha cát
đến cát pha sét. Trong trường hợp này cừ tràm có chức năng là một loại vật liệu
nén chặt đất nền (như cọc cát, cọc vôi/xi măng...).[7]
Đường đắp
Đệm cát
Cừ tràm
Luận văn thạc só 2003-2005
Cừ tràm
Vùng
nén chặt
- 18 Hình 1.2 : Gia cố cừ tràm.
1.1.3 Các phương pháp tạo độ biến dạng ban đầu của nền đất trước
khi đặt tải công trình:
Đối với nền đất dưới công trình có tính nén lớn và biến dạng không đồng
đều như sét và sét pha cát ở trạng thái chảy hoặc cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái bão
hòa nước. Để giảm độ lún của công trình trong quá trình sử dụng thì trước khi xây
dựng công trình ta phải tạo một độ lún trước bằng cách gia tải trước khi xây dựng
công trình trên nền đất yếu đó.
a. Phương pháp gia tải trước bằng tải trọng tónh (có thể dùng đất đắp,
vật liệu nặng...):
Phương pháp này là tác động một tải trọng tónh lên nền đất yếu trong một
khoảng thời gian dài làm cho nền đất được nén chặt một phần, độ ẩm và biến
dạng của đất giảm đi và khả năng chịu lực của đất nền tăng lên.
Độ lún
Tải trọng
P
t
Thời gian
S
Hình 1.3: Biểu đồ quan hệ tải trọng, độ lún, thời gian
b. Phương pháp gia tải trước bằng đất đắp kết hợp bộ phận thoát nước
thẳng đứng:
Độ lún của công trình do biến dạng nén cố kết của nền đất là sét yếu hoặc
cát rời thường gây ra những hư hỏng nền móng và công trình. Để giảm nguy cơ
này người ta thường áp dụng biện pháp gia tải trên nền đất để tạo độ lún trước
rồi dỡ tải đi và xây dựng công trình.
Đối với nền cát rời do có tính thấm nước mạnh hoặc đất xốp trên mực nước
ngầm, nên độ lún dưới tải gia trước diễn ra nhanh chóng trong vòng vài tuần lễ
hoặc nhiều nhất là vài tháng. Trong khi đó, nền sét yếu thấm nước kém nên thời
gian lún do cố kết dưới tác động của gia tải có thể kéo dài đến vài năm thậm chí
vài chục năm. Trong trường hợp này, để rút ngắn thời gian cố kết, người ta
Luận văn thạc só 2003-2005
- 19 thường sử dụng các thiết bị thoát nước thẳng đứng nhanh kèm theo như : giếng
cát, rãnh cát, bấc thấm, …
Đất đắp
Đệm cát
thóat nước
Giếng cát
Đất sét cứng
Hình 1.4: Gia cố nền bằng giếng cát+ đất đắp.
c. Một số sự cố công trình khi sử dụng phương pháp gia tải trước bằng
đất đắp:[2]
+ Km0 +620 phía nam cầu vượt đường sắt trên tuyến mới qua cầu Hòang
Long( thời điểm xảy ra sự cố: 8-11h ngày 19/03/1999).
Điều kiện địa chất:
Lớp 1: Bùn hữu cơ dày 4.2-7.4cm, c=0.12kg/cm2.
Lớp 2: Sét xám vàng nửa cứng có c=0.25kg/cm2, ϕ =15o
Giải pháp thiết kế và thi công: Nền đắp cao 7.5-9m rộng 12.5 ta luy 1:1
(taluy được tăng cường bằng bằng lưới địa kỷ thuật mỗi bên 5.5m với khỏang
cách các lớp lưới theo chiều cao là 1.5m). Xử lý bấc thấm sâu 14.5m, khoảng
cách bấc thấm theo chiều ngang 1.2 m và chiều dọc 1.04m. thay đất bằng 1m cát
đệm rồi rải vải địa kỹ thuật loại sợi dệt, trên vải rải cát thoát nước dày 0.5m.
Tốc độ đắp nền trên cát đệm: Tháng11/1998 đắp cao 119 cm, tháng
12/1998 không đắp, tháng 1/1999 đắp thêm 142 cm, tháng 2/1999 đắp thêm 89cm,
10 ngày đầu tháng 3/1999 đắp thêm 180cm.
Sự cố: Đắp chưa đến chiều cao 6.8m (chưa đến chiều cao thiết kế) thì xảy
ra lún sụt. 8h sáng xuất hiện các khe nức dọc và ngang 3-4mm, khe nức phát triển
trên trên một đọan dài 140m, đến 11h thì lún sụp 1.8-2.0m bề rộng khe nức vỡ tới
1.6-1.8m, sâu suốt thân nền. Hai bên ruộng lúa bị đẩy trồi cao từ 0.6-0.8m trong
phạm vi mỗi bên 20m kể từ chân taluy.
Luận văn thạc só 2003-2005
- 20 Nguyên nhân: Số liệu đo lún tháng 1/1999 đã đạt tới 104mm/ngày. Trong
10 ngày đầu tháng 3 tốc độ đắp tăng nhanh hơn hẳn các tháng trước (180
cm/ngày) ⇒ Đắp tăng tải nhanh vượt quá tốc độ cố kết cần thiết.
+ Km 121+325 đến Km 121 + 450 quốc lộ 1A (Bắc Giang), xảy ra ngày
17/3/1999.
Điều kiện địa chất:
Lớp 1: dày 0.3m bùn rộng (đã vét thay cát).
Lớp 2: dày 0.8m sét xám vàng, nâu, dẻo mềm.
Lớp 3: dày 8.7m bùn sét lẫn hữu cơ có c=0.15kg/cm2.
Lớp 4: Sét ở trạng thái cứng.
Giải pháp thiết kế và thi công: Nền rộng 12m đắp cao 1.62m trực tiếp trên
đất yếu (có lớp cát đệm 0.7m). Để tăng nhanh lún, thiết kế gia tải trước thêm
2.50m, do vậy tổng chiều cao đắp kể cả đệm cát la 4.12m. Thi công: bóc đất hữu
cơ, đắp cát đệm dày 0.7m, từ 21/11-23/11/1998 đắp đất 0.9m (đạt cao độ thiết
kế), từ 24/12/1998 đắp phần gia tải trước thêm 2.5m trong 81 ngày.
Sự cố: Vừa đắp đủ 4.1m vào 17/3/1999 thì sự cố xảy ra: Nứt dọc tại tim
đường rộng hàng mét, sâu suốt thân nền đắp trên đọan dài 125m. Cả nền đường
lún xuống 1-2.8m. hai bên ruộng lúa bị đẩy trồi lên cao 1.0-1.5m trong phạm vi 810m kể từ chân taluy trở ra.
Nguyên nhân: Không tính toán được chiều cao đắp giới hạn. Quá trình đắp
không theo dõi tốc độ lún hằng ngày, áp dụng giải pháp gia tải trước không thích
đáng.
+ Km 120+880 đến Km 121+40 quốc lộ 1A xảy ra ngày 18/8/1999 dài
127m. Bắt đầu đắp từ 6/4/1999.
Điều kiện địa chất:
Lớp 1: dày 0.2m sét nâu xám, cứng vừa.
Lớp 2: Đất bùn sét yếu đến rất yếu dày 7.9m có c=0.21 Kg/cm2 và
ϕ =2o54’.
Lớp 3: Sét rất cứng.
Giải pháp thiết kế và thi công: Nền rộng 15m. chiều cao thiết kế từ 3.77
đến 5.28m, dự kiến gia tải trước thêm 1.5m. Xử lý đất yếu bằng bất thấm cắm
sâu 8m với khỏang cách 1.6m, có tầng cát đệm dày 0.7-1.0m.
Luận văn thạc só 2003-2005
- 21 Sự cố: Lún sụp và trượt trồi về cả 2 phía. Nứt dọc ở tim với bề rộng vết nứt
đến 1.0m, dài suốt đọan 127m, trượt trồi về mỗi bên từ 30-37m kề từ tim đường,
đất rượng 2 bên đường bị đẩy trồi lên cao hơn 1.0m. Sự cố xảy ra khi thực tế đắp
cao được 4.9-5.2m (chưa đủ chiều cao gia tải trước).
Nguyên nhân: Không tính toán ổn dịnh trước đối với trường hợp đắp cao
hơn 4m (sau khi tính toán lại cho thấy chiều cao đắp giới hạn là 4m). Từ1/7/1999
không theo dõi lún (khi đắp cao được 3.73-4.24), trong hai tuần tháng 6/1999 đã
có tốc độ lún gần 10mm/ngày.
1.2.
CÁC NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP CẢI TẠO ĐẤT YẾU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG:
1.2.1. Khái niệm:
Trong quá trình gia tải trước bằng đất đắp sẽ gặp những vấn đề phát sinh:
-
Do đất yếu nên khu vực chân khối đất đắp gia tải hay bị trượt nên hoặc
phải dùng bệ phản áp chiếm rất nhiều diện tích, hoặc phải gia tải từng cấp
tốn rất nhiều thời gian.
-
Chi phí vận chuyển đất đến đắp làm gia tải, sau đó lại phải vận chuyển đi.
Hơn nữa giá thành mua vật liệu gia tải cũng khá lớn.
⇒ Một phương pháp khắc phục được nhược điểm trên là phương pháp gia
tải bằng bơm hút chân không.
Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là: Nếu cách ly được mặt đất
với lớp không khí bên trên và hút chân không khu vực cô lập, trong khu vực này
áp lực trong lỗ rỗng gồm áp lực khí và áp lực nước sẽ hạ thấp, ứng suất hữu hiệu
gia tăng lượng tương ứng gây biến dạng co khối đất, mặt đất lún xuống.
Luận văn thạc só 2003-2005
- 22 -
Hình 1.5: Sơ đồ phương pháp gia tải bằng bơm hút chân không.
Hình 1.6: Hệ thống máy bơm hút chân không.[13]
Luận văn thạc só 2003-2005
- 23 1.2.2. Lịch sử hình thành và phát triển:
Phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không được giáo sư
W.Kjellman giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1952 ở đại học Royal Geological
(Thụy Điển) là một phương pháp hiệu quả để cải thiện nền công trình trên đất
yếu. Vào năm 1957, phương pháp này lại được dùng trong công trình xây dựng
kéo dài đường băng ở sân bay quốc tế Philadelphia (Mỹ) với áp lực 50 Kpa.
Trong thập niên 60, nhóm kỹ sư của US Corps đã nghiên cứu để có thể thực hiện
được phương pháp cố kết bằng chân không cho khu vực ngập nước. Từ đó, phương
pháp này dường như không được nghiên cứu phát triển thêm mãi đến thập niên
80. Lúc này, mặt bằng đất đai trở nên đắt đỏ và việc vận chuyển vật liệu đắp trở
nên khó khăn đặc biệt là ở khu vực đô thị. Và điều này đã làm cho sự phát triển
nhanh chóng của kỹ thuật bơm hút chân không, với sự ra đời của kỹ thuật mới
trong việc sử dụng các màng địa kỹ thuật để ngăn cách không khí và các loại
máy bơm trở nên phổ biến. Ngày nay phương pháp gia tải bằng bơm hút chân
không đã được sử dụng rộng rãi như là một sự lựa chọn tối ưu hoặc có thể kết hợp
với gia tải bằng đất đắp.
1.2.3.
Phương pháp thi công:
(a) Cắm bấc thấm
Luận văn thạc só 2003-2005
(b) Hệ thống thu nước theo phương ngang
- 24 -
Hình 1.7: Một số hình ảnh thi công gia tải bằng BHCK.
1.2.4. Một số công trình sử dụng phương pháp gia tải bằng bơm hút
chân không:
• CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HIỆP PHƯỚC (NHÀ BÈ):
+ Đặc điểm công trình:
Nền đất cần xử lý là một khu đất hình chữ nhật có kích thước 104m x154m,
nền đất được xử lý để lắp đặt các bồn xăng dầu bằng thép và các thiết bị máy
phát điện. Tải trọng công trình tác dụng lên đất nền dự kiến là 10T/m2.
Vị trí công trình thuộc vùng đất ruộng ven bờ sông Hiệp Phước được đắp
cát với độ dày trung bình là 1.5m. Lớp đất nền trên cùng là lớp sét hữu cơ bão
Luận văn thạc só 2003-2005
- 25 hòa nước ở trạng thái rất mềm, có tính nén lúc cao, chiều dày lớp đất yếu này rất
lớn (chiều dày trung bình là 35m).
Mặt cắt địa chất và các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất như sau:
Lớp đất
1
2
3
4
5
Độ sâu(m)
-6.2
-32.8
-37
-43.8
-48.25
Mô tả lớp đất
Sét hữu
cơ rất
mềm,
xám
xanh
Sét bột lẫn
hữu cơ, rất
mềm, xám
xanh đen
Sét lẫn bột,
rất rắn đến
cứng, xanh
đến nâu
vàng
Cát vừa
đến mịn,
pha ít sét,
chặt vừa
Sét lẫn
bột màu
nâu, độ
dẻo cao,
cứng
đến rất
cứng
Độ ẩm (W%)
103.2
74.7
19.7
20.9
19.6
Dung trọng
(g/cm3)
1.428
1.451
2.008
1.984
2.036
Hệ số rỗng
2.807
2.219
0.605
0.625
0.584
Nén đơn qu
(kg/cm2
0.090
0.237
2.913
Lực dính c
0.083
0.092
0.318
0.027
0.410
3o10’
4o25’
15o25’
29o42’
16o51’
1.10
0.81
0.18
0.08
0.16
eo
5.592
(kg/cm2)
Góc ma
sát
Chỉ số nén Cc
+ Phương pháp xử lý nền: Sử dụng máy bơm chân không kết hợp với các
bấc thấm (PVD).
Các PVD được cắm sâu 14m vào nền đất bằng máy chuyên dùng SBC của
Trung Quốc, bố trí theo lưới ô vuông 0.6 x 0.6m.
Luận văn thạc só 2003-2005
