Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bãi rác phước hiệp củ chi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.3 MB, 103 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------------------------
LÊ XUÂN HÙNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BÃI
RÁC PHƯỚC HIỆP, CỦ CHI
CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ SỐ NGÀNH
: 60.58.60
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2007
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS.TRẦN XUÂN THỌ
Cán bộ chấm nhận xét 1:………………………………………………..
Cán bộ chấm nhận xét 2:………………………………………………..
Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày…….tháng…….năm 2007.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
----------------------------------
----------------------------------------------Tp. HCM, ngày… tháng… năm 2007
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Lê Xuân Hùng
Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1978
Phái
: Nam
Nơi sinh : Nha Trang- Khánh Hòa
Chuyên ngành
MSHV
: Địa kỹ thuật xây dựng
: 00905218
I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BÃI RÁC PHƯỚC HIỆP, CỦ CHI.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1.Nhiệm vụ:
Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bãi rác Phước Hiệp, Củ Chi.
2.Nội dung :
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Tổng quan về ổn định, biến dạng và các biện pháp xử lý nền đất yếu dưới
cơng trình đắp.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định và biến dạng nền đất yếu dưới cơng
trình đắp.
Chương 4: Phân tích đánh giá sự cố mất ổn định gây lún trượt và các giải pháp khắc
phục sự cố.
Kết luận và kiến nghị.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 05-02-2007
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05-11-2007
V-
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.TRẦN XUÂN THỌ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH
TS. TRẦN XUÂN THỌ
TS. VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương luận văn Thạc Sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.
Ngày 05 tháng 11 năm 2007
TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH
TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
Lời cảm ơn
Luận văn Thạc Sĩ hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân tác giả và sự hướng
dẫn và truyền đạt kiến thức của Quý Thầy, Cô; những động viên khích lệ từ gia
đình, bạn bè trong suốt quá trình học tập và rèn luyện.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Trần Xuân Thọ đã tận
tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tồn thể Q Thầy, Cơ Bộ mơn
Địa Cơ Nền Móng đã tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức, tạo mọi điều kiện tốt
nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Niềm động viên tinh thần lớn nhất của tác giả chính là Cha Mẹ, Anh, Chị, Vợ
Con, những người khơng ngại khó khăn ln động viên, khích lệ trong những lúc
khó khăn nhất, là sức mạnh tinh thần để tôi vững tin thực hiện được mục tiêu của
mình. Luận Văn Thạc Sĩ này là món q cao q nhất tơi muốn dành tặng cho gia
đình.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến những người bạn luôn sẵn sàng giúp đỡ trong
suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Với những hiểu biết của bản thân chắc chắn khơng tránh khỏi những sai sót khi
thực hiện luận văn, kính mong Q Thầy, Cơ, bạn bè góp ý chân thành để tơi ngày
càng hồn thiện sự hiểu biết của mình.
Lê Xuân Hùng
TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bãi rác Phước Hiệp, Củ Chi”.
TÓM TẮT:
Khi đưa bãi rác số 1 vào vận hành khai thác xảy ra sự cố mất ổn định mặc dù chiều
cao chất tải rác chưa đạt đến chiều cao thiết kế. Sự cố này gây ra những ảnh hưởng
nhất định về môi trường và khả năng chất tải rác. Vì vậy tác giả đã chọn vấn đề này
làm đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bãi rác Phước Hiệp, Củ Chi”.
Trong phạm vi đề tài tác giả chọn phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm Plaxis
2D Version 8) để tính tốn với các nội dung chính sau:
- Tính tốn, hiệu chỉnh các thơng số đầu vào trong mơ hình Plaxis từ hồ sơ
khảo sát địa chất.
- Xác định giá trị chuyển vị trong mơ hình Plaxis, so sánh với giá trị chuyển vị
quan trắc thực tế tại công trường.
- Đề xuất các giải pháp khắc phục sự cố; mô phỏng kiểm tra chuyển vị, hệ số
an toàn khi tiếp tục chất tải rác đến chiều cao thiết kế ban đầu.
- Khái toán chi phí các phương án khắc phục sự cố.
Từ các kết quả trên rút ra các kết luận về nguyên nhân xảy ra sự cố, đề xuất phương
án chọn, các kiến nghị về thiết kế đối với các cơng trình tương tự.
SUMMARY OF THESIS
NAME OF THESIS:
“Study on treatment solutions of the soft subsoil of the Phuoc Hiep, Cu Chi
dumping ground”.
ABSTRACT:
Instability happened at the No1 dumping ground when it has been using, although
the height of dumping ground has not reached to the designed height yet. This
problem causes the negative environmental effect and reduces the loading ability.
Therefore, the thesis: “Study on treatment solutions of the soft subsoil of the Phuoc
Hiep, Cu Chi dumping ground” has been choosen.
Finite Element Method (Plaxis 2D Version 8) has been used to analyse this problem
with the main contents:
- Calculating the input parameter data from the soil investigation document.
- Defining horizontal displacement from Plaxis model and comparing with
reality horizontal displacement from site construction.
- Proposing solution for overcoming of this prolem; checking horizontal
displacement, safety factor for continuing to load waste.
- Estimating level of spending on these solutions.
From the analysis, the author will bring forward some conclusions, petition about
reasons of this problem, chosen solution and design for the same projects.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề………………………...………………………………….…..…….1
1.2 Mục đích và ý nghĩa khoa học của đề tài..………………………….…..……...3
1.3 Nội dung nghiên cứu…………………………………………………...………3
1.4 Hạn chế của đề tài……………………………………………………………...4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ CÁC BIỆN
PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP
2.1
Các khái niệm cơ bản về ổn định và biến dạng của đất ……………………...5
2.1.1
Khái niệm về ổn định của đất………………………………………....5
2.1.2
Khái niệm về biến dạng của đất….…………………………………...6
2.2
Các biện pháp xử lý nền đất yếu dưới cơng trình đắp trên diện rộng…….…..7
2.2.1
Đào thay đất yếu bằng đất tốt…………………………...………….....7
2.2.2
Thoát nước (đường thấm ) thẳng đứng………………………….…….7
2.2.3
Cố kết bằng cách bơm hút chân không…………………………….....9
2.2.4
Cột balát (cột vật liệu rời), hào balát………………………………….9
2.2.5
Cột đất gia cố vôi và cột đất gia cố xi măng………………………...10
2.2.6
Nền đắp trên móng cọc…………………………….………………...11
2.2.7
Điện thấm……………………………………………………….…...11
2.2.8
Tường cọc bản (tường cọc ván)……………………………………...12
2.2.9
Bệ phản áp…………………………………………….……………..13
2.3
Cơng trình tiếp cận được nghiên cứu trong đề tài…………………………..14
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP
3.1
Tính tốn ổn định nền đất yếu dưới cơng trình đắp trên diện rộng…………18
3.1.1 Các phương pháp đánh giá ổn định của nền đất yếu dựa vào lý thuyết phá
hủy trong khối đất…………………………………….…………………..18
3.1.1.1 Phương pháp sức chống cắt của đất tổng quát theo Coulomb…….....18
3.1.1.2
Phương pháp sức chống cắt của đất Mohr-Coulomb cải tiến……....19
3.1.2 Các phương pháp xuất phát từ điều kiện cân bằng giới hạn và sử dụng lý
thuyết môi trường biến dạng tuyến tính…..………………………………19
3.1.2.1 Đánh giá ổn định của nền đất yếu theo tải trọng an toàn (qat)…….....20
3.1.2.2 Đánh giá ổn định của nền đất yếu theo tải trọng cho phép…….……21
3.1.3 Các phương pháp đánh giá ổn định của nền đất yếu dựa vào lý thuyết cân
bằng giới hạn….………….……………………………………………….22
3.1.3.1 Lời giải của Prandtl….………………………………………………22
3.1.3.2 Lời giải của Berezansev………………….………………………….22
3.1.4 Đánh giá ổn định của nền theo lộ trình ứng suất: theo lý thuyết trạng thái
tới hạn…………………………………………………………….……….23
3.1.5 Các phương pháp đánh giá ổn định của nền đất yếu khác………………..23
3.1.5.1 Phương pháp Jocghenxon……………….…………………………...23
3.1.5.2 Phương pháp Mandel và Salencon…….…………………………….24
3.1.5.3 Phương pháp mặt trượt trụ tròn………….…………………………..24
3.2
3.1.5.3.1
Phân mảnh cổ điển……….…………………………………..24
3.1.5.3.2
Phương pháp Bishop…….…………………………………...25
Tính tốn biến dạng (độ lún) của nền đất yếu dưới cơng trình đắp trên diện
rộng…………………………………………………………………………………26
3.2.1
Độ lún ổn định trong giai đoạn cố kết thứ nhất….…………………..27
3.2.1.1 Độ lún cố kết của nền đất theo bài tốn tính lún cơ bản (bài toán 1
chiều)……………………………………………………………..….27
3.2.1.2 Độ lún cố kết của nền đất theo phương pháp tổng phân tố với đường
quan hệ e - p của thí nghiệm cố kết…..…..………………………….27
3.2.1.3 Độ lún tính theo đường quan hệ e - logσ’ của thí nghiệm cố kết…....28
3.2.1.4 Độ lún theo thời gian theo lý thuyết cố kết cổ điển của
Terzaghi - Gerxevanov…..…………………………………………..30
3.2.2
Độ lún do biến dạng từ biến trong giai đoạn cố kết thứ hai…….…...31
3.2.3
Độ lún tức thời do biến dạng đàn hồi….…………………………….32
3.3
Tính tốn chuyển vị ngang của nền đất yếu dưới cơng trình đắp trên diện
rộng…………………………………………………………………………………33
3.4
Phương pháp phần tử hữu hạn………………………………………………34
3.4.1
Giới thiệu….…………………………………………………………34
3.4.2
Mơ hình Mohr-Coulomb ……………………………...…………….34
3.4.2.1 Ứng xử đàn dẻo thuần túy……………………………………..…….35
3.4.2.2 Các cơng thức sử dụng trong mơ hình Mohr-Coulomb……………..36
3.4.2.3 Các thơng số cơ bản trong mơ hình Mohr-Coulomb………………..38
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ SỰ CỐ MẤT ỔN ĐỊNH GÂY LÚN
TRƯỢT VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC SỰ CỐ
4.1
Đặt vấn đề………………………………………………………...…………41
4.2
Mô tả cơng trình bãi rác số 1……………………………….……………….41
4.2.1 Mặt bằng, mặt cắt cơng trình bãi rác số 1………………...….…………...41
4.2.2 Địa chất cơng trình…….………………………………………………….42
4.2.3 Số liệu chơn lấp rác thống kê theo thời gian…….………………………..44
4.3
Mơ hình bằng phần mềm Plaxis Version 8………………………………...46
4.3.1
Các thơng số sử dụng trong mơ hình Mohr-Colomb………..……….46
4.3.1.1 Xác định Eref (KN/m2)…………….…………………………………46
4.3.1.2 Xác định Eoed (KN/m2)………………………………………………48
4.3.1.3 Hệ số Poisson ν……………………………………………………...55
4.3.1.4 Lực dính c(KN/m2) và góc ma sát φ………………………….……..55
4.3.2
Mơ hình bài tốn bằng phần mềm Plaxis Version 8………………..55
4.4
Phân tích, đánh giá từ kết quả mơ hình bằng Plaxis Version 8…………….58
4.5
Các giải pháp được nghiên cứu khắc phục sự cố…………………………...61
4.5.1
Giải pháp cọc đất xi măng…………………………………………...62
4.5.1.1 Mơ hình, phân tích đánh giá các kết quả tính tốn phương án 1….…62
4.5.1.2 Mơ hình, phân tích đánh giá các kết quả tính tốn phương án 2….…70
4.5.2
4.6
Giải pháp tường cọc bản kết hợp bệ phản áp….…………………….77
Khái toán giá thành các phương án đề xuất…………………………………83
4.6.1
Phương án 1…….……………………………………………………84
4.6.2
Phương án 2………………….………………………………………84
4.6.3
Phương án 3……………………….…………………………………86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận ……………………………………………………………………………89
Kiến nghị………………………………………………………………………...…90
Hướng nghiên cứu tiếp theo…………………………………………………...…...91
Tài liệu tham khảo……………………………………….……………………….92
Lý lịch trích ngang.
1
_________________________________________________________________________
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề:
Ngày nay cùng với sự phát triển về đời sống, kinh tế, xã hội một vấn đề mà thế giới
nói chung và Việt Nam nói riêng được quan tâm, xuất hiện rất nhiều trong các hội
nghị tồn cầu chính là vấn đề mơi trường và xử lý chất thải; vì thế thành phố Hồ Chí
Minh là thành phố lớn nhất nước, là một trung tâm kinh tế-thương mại cũng gặp
phải khó khăn chung này. Để giải quyết vấn đề này, lãnh đạo của thành phố đã chỉ
đạo cho Sở Tài Nguyên và Môi Trường phối hợp cùng Cơng Ty Mơi Trường Đơ Thị
hồn thiện nghiên cứu khả thi “ Dự án xây dựng bãi chôn lấp rác tại Khu liên hợp
xử lý chất thải rắn Tây Bắc Tp.HCM”. Dự án này đã tiến hành xây dựng bãi chôn
lấp rác đầu tiên gọi là bãi rác số 1.
Ta có thể mơ tả sơ bộ hình dạng, kích thước của bãi rác số 1 như sau:
Bãi rác số 1 có kích thước 300m x 600m được chia thành 4 hố chơn lấp có kích
thước tương tự nhau. Trong đó theo phương cạnh dài hố chơn lấp số 1, hố chôn lấp
số 4 nằm dọc khu vực trung chuyển rác; hố chôn lấp số 2, hố chôn lấp số 3 nằm dọc
theo cạnh dài sát rừng tràm. Theo phương cạnh ngắn của các hố chôn lấp là con
đường đất sỏi đỏ.
H ố ch ôn lấp số 3
H ố chôn lấp số 1
H ố ch ôn lấp số 4
300m
H ố chôn lấp số 2
600m
Hình 1.1: Kích thước bãi rác số 1
_________________________________________________________________________
2
_________________________________________________________________________
Hình 1.2: Góc nhìn từ hố chơn lấp số 2,3
Hình 1.3: Góc nhìn từ hố chơn lấp số 1,4
_________________________________________________________________________
3
_________________________________________________________________________
Trong quá trình đưa vào khai thác vận hành bãi rác này đã xảy ra sự cố mất ổn định
nền lún trượt tại hố chôn lấp số 2 và số 3 mặc dù chiều cao rác đắp chưa đạt đến
chiều cao thiết kế.
Sự cố này làm hư hại hệ thống thốt nước xung quanh, gây ra tình trạng nước rỉ rác
chưa xử lý có khả năng tràn ra khu vực bên ngoài ảnh hưởng nghiêm trọng đến
nguồn nước sinh hoạt nói riêng và mơi trường sống nói chung của người dân xung
quanh khu vực này, vấn đề cấp bách đặt ra phải có biện pháp xử lý kịp thời sự cố
này. Vì vậy tác giả đã chọn vấn đề này làm đề tài nghiên cứu cho Luận văn Thạc
Sĩ.
1.2 Mục đích và ý nghĩa khoa học của đề tài
Mục đích là nghiên cứu ổn định, biến dạng và các biện pháp xử lý khắc phục sự cố
lún trượt đất nền của bãi chôn lấp rác số 1.
Từ các chỉ tiêu cơ lý của đất nền được cung cấp từ tài liệu khảo sát địa chất, lý
thuyết tính tốn ổn định và biến dạng đất nền cùng các phần mềm hỗ trợ ta có thể
phân tích đánh giá ngun nhân gây mất ổn định nền lún trượt cho bãi rác số 1.
Tìm hiểu nguyên nhân, biện pháp khắc phục sự cố mất ổn định nền lún trượt cho bãi
rác số 1 tại hố chôn lấp số 2 và số 3, xác định khả năng chất tải rác tối đa theo thời
gian sau khi thực hiện các biện pháp khắc phục.
Từ đó rút ra những kinh nghiệm khi chọn giải pháp thiết kế cho các dự án xây
dựng các bãi chôn lấp tiếp theo nói riêng và những cơng trình đắp tương tự trên đất
yếu nói chung.
Từ đó đề xuất các giải pháp thích hợp để khắc phục sự cố này.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Nội dung của đề tài là nghiên cứu ổn định, biến dạng của nền đất yếu dưới bãi chôn
lấp rác số 1 và các biện pháp xử lý nền đất yếu nhằm khắc phục sự cố mất ổn định
lún và trượt đất nền của bãi rác này.
_________________________________________________________________________
4
_________________________________________________________________________
Ứng dụng phần mềm PLAXIS VERSION 8 để mô phỏng phân tích sự cố mất ổn
định nền gây lún trượt thông qua các hệ số ổn định. Đề xuất các giải pháp khắc phục
sự cố, tính tốn và kiểm tra các giải pháp này.
Với nội dung như trên đề tài được thực hiện theo các chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan về ổn định, biến dạng và các biện pháp xử lý nền đất yếu
dưới cơng trình đắp.
Chương 3: Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định và biến dạng nền đất yếu dưới
cơng trình đắp.
Chương 4: Phân tích đánh giá sự cố mất ổn định gây lún trượt và các giải pháp
khắc phục sự cố.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn đánh giá và phân tích các vấn đề sau:
- Xác định chuyển vị khi xảy ra sự cố lún trượt; so sánh với giá trị chuyển vị
thực tế tại cơng trình.
- Đề xuất, mơ phỏng kiểm tra các biện pháp xử lý sự cố.
So sánh giá thành, đề xuất chọn lựa phương án.
Kết luận và kiến nghị.
Từ các vấn đề phân tích ở chuơng 4, tác giả rút ra những kết luận về nguyên nhân
xảy ra sự cố, phương hướng thiết kế cho những cơng trình tương tự.
1.4 Hạn chế của đề tài
−
Khơng xét đến ảnh hưởng sự thay đổi dung trọng của rác đắp theo thời gian
do có những tác động từ mơi trường.
−
Không xét đến sự thay đổi độ bền của đất nền theo thời gian dưới tác dụng
của tải trọng rác chôn lấp.
−
Tác giả chỉ tập trung giải quyết vấn đề chuyển vị ngang (do ảnh hưởng nhiều
đến các cơng trình phụ xung quanh).
_________________________________________________________________________
5
_________________________________________________________________________
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG VÀ CÁC BIỆN
PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI CƠNG TRÌNH ĐẮP
2.1 Các khái niệm cơ bản về ổn định và biến dạng của đất
2.1.1 Khái niệm về ổn định của đất [4]
Ổn định của đất là từ để nói về tương quan giữa độ bền, khả năng chịu tải của đất
đối với các lực và các đặc trưng gây phá hoại trong đất do tải trọng bản thân của đất
và tải trọng ngoài gây ra. Độ bền của đất trên một diện bất kỳ của một điểm phân tố
trong đất được xác định bằng đại lượng sức chống cắt của đất.
Ổn định tổng thể của nền đất dưới cơng trình đắp có thể bị mất nếu các điểm phân tố
mất ổn định đã xảy ra trong một vùng đáng kể. Xét theo điều kiện ổn định cho nền
đất yếu dưới công trình đắp có thể nêu 2 trường hợp mất ổn định thường gặp sau:
Dạng phình trồi
Dạng trượt trồi
Hình 2.1: Các dạng mất ổn định nền dưới cơng trình đắp
_________________________________________________________________________
6
_________________________________________________________________________
Mất ổn định theo dạng phình trồi:
Đây là trường hợp nền đắp chưa bị “xé rách” nhưng bị võng xuống và đẩy đất yếu
phình lên hai bên chân ta luy. Với trường hợp này vùng phá hoại ( chứa các điểm
mất ổn định ) trong nền đất đã xuất hiện nhưng chưa đạt tới mức có thể gây ra một
mặt trượt liên tục “xé rách” nền đất yếu dưới công trình đắp và nền đắp bên trên. Ở
Việt Nam dạng phình trồi này đã xảy ra trước năm 1976 ở một đoạn đường quốc lộ
1 đi qua thung lung Hảo Sơn thuộc tỉnh Phú Khánh ( ngày nay tách thành 2 tỉnh Phú
Yên và Khánh Hòa ).
Mất ổn định theo dạng trượt trồi:
Trong trường hợp này đã xảy ra một mặt trượt liên tục làm “xé rách” nền đắp và đẩy
đất yếu trượt trồi lên phía chân ta luy. Vùng phá hoại trong nền đất yếu đã vượt quá
mức giới hạn tương ứng cho ổn định tổng thể của nền đắp trên đất yếu.
Sức chịu tải của nền đất yếu có thể xác định theo lý thuyết nền biến dạng tuyến tính
hoặc lý thuyết cân bằng giới hạn của đất nền. Độ ổn định nói trên cịn được đánh giá
theo hệ số ổn định bé nhất Kmin xác định theo phương pháp mặt trượt trụ trịn. Theo
quan niệm tính tốn nền đất theo các trạng thái giới hạn thì tính toán ổn định là kiểm
tra điều kiện làm việc của nền đất theo trạng thái giới hạn thứ nhất.
2.1.2 Khái niệm về biến dạng của đất [4]
Biến dạng của nền đắp trên đất yếu bao gồm biến dạng của nền đắp và biến dạng
của nền đất yếu dưới cơng trình đắp. Ta sẽ xem xét chủ yếu độ lún dưới tải trọng
của đất và tải trọng ngoài, độ lún của đất dưới tác dụng của tải trọng do các loại biến
dạng chủ yếu sau đây tạo ra:
−
Biến dạng đàn hồi.
−
Biến dạng nén chặt.
−
Biến dạng từ biến.
Trong 3 loại biến dạng nêu trên đáng kể là biến dạng nén chặt và biến dạng từ biến.
Ngồi ra cịn có các loại biến dạng tức thời và biến dạng dẻo, vùng biến dạng dẻo
bao giờ cũng nhỏ hơn vùng từ biến. Trong thiết kế nền cơng trình nếu cho phép tồn
tại vùng từ biến có chiều rộng bằng 0.5 chiều rộng nền đắp thì vùng biến dạng dẻo
thường bằng 0. Do đó vấn đề biến dạng dẻo của nền đất yếu thường ít xét đến trong
thực tế.
_________________________________________________________________________
7
_________________________________________________________________________
2.2 Các biện pháp xử lý nền đất yếu dưới cơng trình đắp trên diện rộng
2.2.1 Đào thay đất yếu bằng đất tốt [5]
Thay đất là đào bỏ đất yếu để thay bằng đất tốt và đầm chặt. Việc thay đất này sẽ
khó khăn hơn khi thi cơng dưới nước ( trường hợp thường gặp ở than bùn ) và thực
tế chỉ giới hạn chiều sâu vài mét. Mặt khác việc thay đất cũng thường ảnh hưởng
đến môi trường ( phải tìm chỗ lấy đất và đổ đất ).
Thay thế toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu có cường độ cao hơn sẽ khắc
phục một phần các vấn đề về lún và ổn định.
(a)
(b)
Đất yếu
Thay đất
Nền cứng
Đất yếu
Hoặc
Nền cứng
a) Thay toàn bộ b) Thay một phần
Hình 2.2: Các phương án thay đất
Khi thời hạn đưa cơng 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 cố kết khơng có
hiệu quả.
2.2.2 Thốt nước (đường thấm) thẳng đứng [5]
Thoát nước (đường thấm) thẳng đứng bằng giếng cát gồm một cột vật liệu thấm
nước và thoát nước tự do nằm trong một giếng thẳng đứng tạo thành trong đất yếu
và một lớp cát đệm rải trên nền thiên nhiên.
Chức năng chính của giếng cát là khi chịu tải trọng tác dụng bên trên sẽ làm thành
một tuyến thoát nước nhân tạo để tăng nhanh tốc độ cố kết.
Ngoài ra xu hướng hiện nay trên thế giới là sử dụng ngày càng rộng rãi các đường
thấm chế tạo sẵn (bấc thấm).
_________________________________________________________________________
8
_________________________________________________________________________
Kết quả nghiên cứu trên các nền đắp thí nghiệm biện pháp này nói chung có hiệu
quả trong các lớp bùn ít hữu cơ và đồng nhất. Với các lớp than bùn dày 8-10m thì sử
dụng khơng thích hợp.
Ống đo lún
Tấm đo lún
Gia tải
Bệ phản áp nếu cần
Cọc quan trắc chuyển vị ngang
Cao độ cuối cùng
Đất đắp
Rãnh tập trung nước
Đệm cát
Đầu đo
áp lực
Đất yếu thoát nước kém
Hướng
thoát
nước
Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng
Đất tốt
Giếng cát
Giếng cát
Hình 2.3: Bố trí giếng cát điển hình
Ø50.5mm
Ø44mm
4mm
1mm
Cuộn bấc thấm
10 cm
Lõi
Bấc thấm
Ống lồng bấc thấm
Vải bọc
Thi công bấc thấm
a) Thiết bị cắm bấc thấm b) Ống lồng bấc thấm
Hình 2.4: Thi cơng bấc thấm
_________________________________________________________________________
9
_________________________________________________________________________
2.2.3 Cố kết bằng cách bơm hút chân không [5]
Đặt một màng mỏng kín trên mặt đất và bơm hút chân khơng. Các bơm này được
nối với mạng lưới thốt nước ngang và một mạng lưới đường thấm thẳng đứng. Áp
lực nước lỗ rỗng giảm dần, ứng suất hữu hiệu tăng dần. Việc tạo chân không này
giảm được thời gian cố kết và không gây mất ổn định của đất nền dưới tác dụng của
tải trọng.
Đường thấm ngang
Gia tải khi cần
Đất yếu
Màng mỏng
Bơm chân không
Đường thấm thẳng đứng
Hình 2.5: Sơ đồ cố kết bằng hút chân không
Xử lý cục bộ trong các khu vực đất rất mềm và không được đắp cao. Có thể kết hợp
với việc đắp đất thơng thường.
2.2.4 Cột balát (cột vật liệu rời), hào balát [5]
Từ những năm 1960 thế giới đã bắt đầu áp dụng kỹ thuật cột balát để gia cố nền đất
yếu. Xử lý bằng cột balát làm tăng độ ổn định của nền đất thiên nhiên cũng như
giảm độ lún của công trình đáng kể.
Việc tạo ra các hào rộng bằng vật liệu tốt đầm chặt qua lớp đất yếu sẽ hạn chế được
độ lún và cải thiện độ ổn định. Các hào này cũng sử dụng làm đường thấm và được
tạo nên bằng phương pháp thả đầm rơi.
Các nền đắp có mơi trường thơng thống trên nền đất yếu 6-7m.
_________________________________________________________________________
10
_________________________________________________________________________
Hình 2.6: Q trình thi cơng hào balát
2.2.5 Cột đất trộn vôi và cột đất trộn xi măng [5]
Ta đã biết khi trộn đất sét với một lượng vôi, xi măng hoặc chất liên kết vô cơ tương
tự sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất khơng gia cố.
Bơmvữa
Ống chờ phun
Lỗ khoan
Vữa phun
1
2
3
4 Nền đất đã xử lý
Hình 2.7: Q trình xử lý cột đất gia cố xi măng
_________________________________________________________________________
11
_________________________________________________________________________
2.2.6 Nền đắp trên móng cọc [5]
Tải trọng của nền đắp được truyền xuống nền cứng thông qua các cọc đóng cách
nhau, trên mỗi cọc gắn một tấm nhỏ nhằm truyền một phần tải trọng của nền đắp lên
cọc. Kỹ thuật này cho phép cải thiện độ ổn định và giảm độ lún.
Các tấm m ũi cọc
N ền đắp
(hoặc tấm liên tục )
Đ ệm phân bố tải trọn g
Đ ất yếu
Cọc
N ền cứn g
Hình 2.8: Sơ đồ nền đắp trên móng cọc
Có thể áp dụng cho nền đắp đường vào cầu có móng cọc.
Các khu vực cục bộ cần phải khống chế chặt chẽ độ lún đến vài cm.
2.2.7 Điện thấm [5]
Một mạng các điện cực âm và điện cực dương (các ống rỗng) được bố trí theo một
mạng lưới đều đặn trong khối đất cần xử lý. Tác dụng một hiệu điện thế giữa các
cực dương và cực âm sẽ sinh ra một dòng chảy về các điện cực âm và nước sẽ được
thoát đi từ đây. Việc thoát nước làm giảm độ ẩm trung bình trong đất gây lún và làm
tăng sức chống cắt của đất nền.
_________________________________________________________________________
12
_________________________________________________________________________
Cực dương
+
+
Cực âm
+
+
Tải trọng
Đất yếu
Nước
Hình 2.9: Phương pháp điện thấm
Được sử dụng tại một vài công trường để ổn định nền móng hoặc các nền đường
vào cầu khó khăn khơng thể xử lý bằng các phương pháp thông dụng khác.
Phương pháp này chỉ có hiệu quả đáng kể với các loại đất có độ thấm đủ nhỏ (<10-6
m/s) mà đại bộ phận các hạt là hạt bụi.
2.2.8 Tường cọc bản (tường cọc ván) [2]
Tường cọc bản đã được sử dụng từ khá lâu tại Việt Nam, việc sử dụng tường cọc
bản trước đây trong việc bảo vệ bờ sông và các cơng trình xây dựng ven sơng khá
phổ biến tại các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long đã chứng tỏ được hiệu quả. Ngồi
ra tường cọc bản cịn được ứng dụng làm tường vây để thi cơng cơng trình dưới
nước, tường tầng hầm, tường các cơng trình ngầm khác.
Trong một số trường hợp cụ thể khi cần khống chế chuyển vị ngang của nền đất yếu
mà vấn đề ổn định hình học của nền đắp bên trên khơng địi hỏi cao, ta có thể sử
dụng phương pháp này.
_________________________________________________________________________
13
_________________________________________________________________________
Tường cọc bản
BTCT
Tường cọc bản
BTCT
Đất yếu
Hình 2.10: Bố trí tường cọc bản BTCT chống chuyển vị ngang
2.2.9 Bệ phản áp [4]
Khi sức kháng cắt của nền đất yếu không đủ để xây dựng nền đắp theo giai đoạn
hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời hạn thi cơng dự kiến thì có thể áp dụng
biện pháp này giảm khả năng trồi đất ra hai bên.
Bệ phản áp đóng vai trị một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp với các
chiều cao lớn hơn, do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn hơn.Bệ
phản áp cịn có tác dụng phịng lũ, chắn sóng, chống thấm nước…
Bệ phản áp thường được đắp cùng một lúc với việc xây dựng nền đắp chính.
Khi có một nền đắp bị trượt trồi thì đắp bệ phản áp có tác dụng tăng độ ổn định
chống trượt.
Phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ và phạm vi đắp khơng bị hạn
chế.
Bệ phản áp
Đất yếu
Hình 2.11: Bệ phản áp tăng độ ổn định chống trượt
_________________________________________________________________________
14
_________________________________________________________________________
2.3 Cơng trình tiếp cận được nghiên cứu trong đề tài
Như đã giới thiệu ở chương 1, trong quá trình đưa vào khai thác vận hành bãi rác số
1- Khu liên hợp xử lý chất thải rắn Tây Bắc Tp.HCM đã xảy ra sự cố mất ổn định
nền lún trượt tại hố chôn lấp số 2 và số 3.
Theo kết quả khảo sát tại hiện trường trước và sau khi trượt ta có thể mơ tả sơ bộ
như sau:
¾
Hàng cột điện dọc theo hố chôn lấp số 2 và hố chơn lấp số 3 tại vị trí bị
ảnh hưởng nhiều nhất bị đẩy ra theo phương ngang khoảng 15m-20m
¾
Mương thốt nước dọc theo hố chôn lấp số 2 và hố chôn lấp số 3 cũng bị
đẩy cong tương tự gây hư hỏng khơng cịn sử dụng được phải bóc dỡ ảnh lớn đến hệ
thống thốt nước cho bãi rác này.
¾
Chênh cao tại những vị trí phình trồi so với trước khi trượt khoảng 1.5m.
Hình 2.12: Hàng cột điện bị đẩy cong chuyển vị ngang gần 20m
_________________________________________________________________________
15
_________________________________________________________________________
Hình 2.13: Hàng cột điện thẳng tại vị trí khơng bị trượt
Hình 2.14: Mương thốt nước bê tơng bị trượt gây hư hỏng
_________________________________________________________________________
