CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái quát về đất yếu trong xây dựng đường ô tô 1.1 Khái niệm Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0.0 kG/cm2), dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể. Đây là khái niệm được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học. Dựa trên các nghiên cứu thì người ta đưa ra các chỉ tiêu cơ lý, cơ học đặc trưng cho đất yếu như sau: + Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi: - Dung trọng: W 1. - Hệ số rỗng: e 1.
+ Dựa vào các chỉ tiêu cơ học: - Modun biến dạng: E0 50 kG/cm2. - Hệ số nén: a 0. Các loại đất sét yếu thường gặp trong xây dựng công trình được phân thành năm loại cơ bản sau: 1. Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp.
Đất bùn: các loại đất thành tạo trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực. Đất than bùn: là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20-80 %). Đất cát chảy: gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy.
Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt.2 Mục đích công tác xử lý nền đất yếu ---6--- Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải của đất nền, cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền 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. Để xây dựng công trình trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo khả năng chịu lực của đất nền. Kỹ thuật cải tạo đất yếu nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng chịu tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. Mục tiêu là nhằm đảm bảo cho kích thước và các yếu tố hình học của nền đất trên toàn diện tích xây dựng đối với vùng đất yếu (kể cả cao độ nền) luôn duy trì được đúng thiết kế trong quá trình thi công cũng như trong quá trình sử dụng sau đó.
Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình phụ thuộc vào điều kiện như: đặc điểm quy mô và loại công trình, đặc điểm của đất nền. Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý nền đường và được phân ra theo ba loại sau: - Các phương pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát… - Các phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phư- ơng pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm… - Các phương pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa… 1.2 Giới thiệu một số giải pháp xử lý đất yếu thường hay sử dụng 1.1 Các phương pháp cơ học 1.1 Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha, cát pha, bùn, than bùn.) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m.
Biện pháp tiến hành: đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát theo yêu cầu thiết kế, sau đó tiến hành đầm đến độ chặt theo yêu cầu. Ưu điểm của phương pháp ---7--- - Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó cho các lớp đất ổn định bên dưới. - Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát. Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng.
- Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được. - Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì khi cát được đầm chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt. Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình. - Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi.
Nhược điểm của phương pháp - Chỉ áp dụng được đối với những khu vực có tầng địa chất yếu mỏng, không quá 3m. - Áp dụng cho những công trình có tải trọng không lớn, ứng suất truyền tải xuống các lớp đất sâu nhỏ. - Việc đào bóc lớp đất yếu sẽ gây ảnh hưởng môi trường, sẽ phải tính toán tới quá trình vận chuyển đất đào bóc và khu vực đổ đất tránh ảnh hưởng tới môi trường xung quanh và dân cư quanh khu vực xây dựng.2 Phương pháp đầm, đầm động Đầm nén bằng con lăn rung Con lăn rung là một biện pháp khá hiệu quả để làm chặt đất hạt. Một hệ thống rung có thể gắn chặt với bánh trơn bằng cao su hoặc bánh răng cưa để truyền rung động vào đất.
Con lăn có trọng lượng là 55.7kN và cái trống có kích thước 1. Bên cạnh đó, độ chặt của nền đất phụ thuộc nhiều vào số lần bánh xe lăn. Thí nghiệm cho thấy, sau 15 lần lăn bánh qua, hiệu quả không tăng lên đáng kể cho những lần lăn bánh sau. Trọng lượng khô đạt được giá trị cực đại tại độ sâu 0,5m và sau đó giảm dần với chiều sâu của nền đất.
Điều này có thể giải thích được là do thiếu lực ngang đối với đất gần mặt đất. Một khi quan hệ giữa độ sâu và độ chặt được xác định thì số lần lăn bánh qua cũng có thể tính toán được. ---8--- Đầm đất bằng bàn rung động Một búa đầm thủy lực được sử dụng trong trường hợp chiều cao đất đắp vào khoảng 2m đến 6m, Đường kính của bàn đầm này vào khoảng 1.5m và trọng lượng vào khoảng 10 tấn cho khu vực cất và hạ cánh của đường băng và 7 tấn cho các khu vực khác. Số lượng lần đầm tại một vị trí là 20 lần và chiều cao nâng bàn đầm là 1.
Khoảng cách đầm là 2.1m và áp lực nước lỗ rỗng được kiểm tra trong quá trình đầm. Đầm nén động sâu Đây là phương pháp làm chặt đất đạt tới một độ sâu tương đối lớn khi thực hiện đầm nén tại bề mặt đất. Đất được chặt lại do việc nâng và để rơi tự do của một quả trùy nặng trên bề mặt đất. Trong lượng của quả trùy thường được sử dụng trong khoảng 6 tấn đến 30 tấn với chiều cao nâng trùy trong khoảng 15 đến 30m.
Quá trình này thường được gọi bằng nhiều tên khác nhau như đầm nén cường độ cao, cố kết động, làm chặt sâu. Đầm nén động làm việc tốt nhất cho trường hợp đất có độ bão hòa thấp, hệ số thấm của đất cao và đường thoát nước tốt. Đất lắng đọng tự nhiên mà coi là tốt nhất để lựa chọn đầm nén động là đất có kích thước hạt lớn hệ số thấm cao. Nếu đất lắng đọng nằm trên mực nước ngầm, hiện tượng làm chặt có thể xảy ra ngay lập tức, các hạt đất sẽ được đẩy vào ở một trạng thái chặt hơn.
Nếu đất nằm dưới mực nước ngầm và hệ số thấm đủ lớn để áp lực nước lỗ rỗng sinh ra bởi quá trình đầm nén có thể triệt tiêu ngay lập tức, độ chặt của đất có thể được cải tạo ngay lập tức. Đất lắng đọng có kích thước hạt lớn không chỉ bao gồm đất cát, sỏi mà ngay cả những loại đất như gạch vụn, chất thải của mỏ. Những loại đất không thực sự phù hợp với đầm nén động là các loại đất sét bão hòa kể cả loại được đắp hoặc tự nhiên. Đối với đất lắng đọng bão hòa, việc cải tạo không thể tiến hành được trừ khi giảm được độ ẩm của đất.
Ở những loại đất sét có hệ số thấm thấp và khả năng thoát nước kém, áp lực nước lỗ rỗng sinh ra trong quá trình đầm nén không thể triệt tiêu được trừ khi cần phải đầm nén rất lâu. Thời gian để áp lực nước lỗ rống triệt tiêu được chính là lý do để đầm nén động không phù hợp với những loại đất này. Hơn nữa, độ chặt gần như thay đổi rất ít. Đầm nén động là phương pháp bắt đầu được áp dụng khá rộng rãi ở Mỹ.
Leonards và các cộng sự 1980 đã gợi ý rằng chiều sâu chịu ảnh hưởng cho phương pháp đầm nén động này có thể tính như sau: ---9--- D 0,5 WH (1.1) Trong đó: D: Chiều sâu ảnh hưởng, m; W: Trọng lượng quả đầm, tấn; H: Chiều cao rơi quả đầm, m. Partos và các cộng sự 1939 cung cấp một vài số liệu thu thập được từ các công trình trong thực tế. Năm 1992, Poran và Rodriguez đã gợi ý một vài thông số cho phương pháp đầm nén động đối với đất hạt. Với búa có chiều rộng là D, trọng lượng là W và chiều cao rơi búa là h thì hình dạng của vùng được làm chặt có dạng như trên các biểu đồ, cho tỷ lệ a/D và b/D với NWh/Ab A = diện tích mặt cắt của búa; N = số lượng nhát búa yêu cầu.
Phương pháp xử lý nền đất yêu bằng đắp bệ phản áp Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường hoặc nền đê trên nền đất yếu.