Chương 1 cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự nhiên). Tuy nhiên để đảm bảo phát huy được hiệu quả thoát nước thì chiều cao nền đắp tối thiểu nên là 4m và khi thiết kế cần thõa mãn các điều kiện sau: vz z (1,2 ~ 1,5). pz lg( vz z ) lg pz 0,6 lg( vz z ) lg vz Trong đó: vz: ứng suất thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất yếu gây ra ở độ sâu z (Mpa) và được tính theo công thức sau: vz i .hi i và hi: trọng lượng thể tích và bề dày lớp đất thứ i nằm trong phạm vi từ mặt tiếp xúc của đất yếu với đáy nền đắp (z=0) đến độ sâu z trong đất yếu. z: ứng suất thẳng đứng do tải trọng đắp (phần nền đắp và phần đắp gia tải trước nếu có nhưng không kể phần chiều cao đắp hx quy đổi từ tải trọng xe cộ) gây ra ở độ sâu z trong đất yếu kể từ đáy nền đắp (Mpa), và được xác định theo toán đồ Osterberg. pz: áp lực tiền cố kết ở độ sâu z trong đất yếu (Mpa), và được xác định từ thí nghiệm cố kết.
Các giải pháp dùng phương tiện thoát nước cố kết thẳng đứng thường chỉ áp dụng khi tầng đất yếu dày và nền đắp cao. Vì giá thành xây dựng cao nên thường chỉ áp dụng khi dùng các giải pháp khác không thể đảm bảo được tiêu chuẩn về độ lún cho phép còn lại. Khi sử dụng các giải pháp thoát nước cố kết thẳng đứng nhất thiết phải bố trí tầng đệm cát, nếu dùng giếng cát thì đỉnh giếng cát phải tiếp xúc trực tiếp với tầng cát đệm, nếu dùng bấc thấm thì bấc thấm phải cắm xuyên qua tầng cát đệm và cắt dư thêm tối thiểu là 20cm cao hơn mặt trên của tầng cát đệm. Cát dùng cho giếng cát cũng phải có yêu cầu như cát dùng cho lớp đệm cát, cụ thể là: cát phải là loại cát có tỷ lệ hữu cơ <5%, cỡ hạt lớn hơn 0,25mm chiếm trên 50%, cỡ hạt nhỏ hơn 0,08mm chiếm ít hơn 5% và phải thõa mãn cả hai điều kiện sau: D60 6 D10 ( D30 ) 2 1 3 D10 D60 Bấc thấm dùng làm phương tiện thoát nước cố kết thẳng đứng cũng phải đạt được các yêu cầu sau: + Kích thước lỗ vỏ lọc của bấc (ASTM D4571): O95<75m.
+ Hệ số thấm của vỏ lọc (ASTM D4491): 1. Học viên: KS.Nguyễn Ngọc Chuyên Trang 16 Hướng dẫn: PGS.TS Lã Văn Chăm Luận văn Thạc sĩ – Chương 1 + Khả năng thoát nước của bấc thấm với áp lực 350kN/m² (ASTM D4716): qw 60. + Cường độ chịu kéo ứng với độ dãn dài dưới 10% (ASTM D4595) nhằm chống đứt khi thi công: 1 kN/bấc. + Bệ rộng của bấc thấm (để phù hợp với thiết bị cắm bấc thấm đã tiêu chuẩn hóa: 100mm 0,05mm.
Để giảm lượng cát sử dụng, người ta đã sử dụng giếng túi cát (ruột tượng cát) đường kính 7÷10cm, sử dụng loại này có các ưu điểm sau: + Do co túi vải địa kỹ thuật bọc kín nên duy trì đường thoát nước thẳng đứng liên tục và tin cậy bất chấp sự xô đẩy của đất yếu trong quá trình cố kết dưới tác dụng của tải trọng nền đắp. + Mặc dù khi dùng đường kính giếng cát nhỏ thì khoảng cách bố trí chúng sẽ giảm đi để đạt yêu cầu về thời gian và độ cố kết mong muốn. Tuy nhiên theo kết quả nghiên cứu đã cho thấy: để đạt cùng một yêu cầu cố kết như nhau thì tổng lượng cát phải sử dụng làm thoát nước thẳng đứng sẽ càng nhỏ khi đường kính giếng cát càng nhỏ. Ngoài ra nếu tính cả chi phí làm túi lọc (ruột tượng) thì tổng chi phí cũng không đắt hơn, trong khi việc tiết kiệm được cát cũng góp phần giảm tác động xấu đến môi trường thiên nhiên.
+ Việc thi công vẫn sử dụng cách đóng ống thép có mũi ống mở khi rút ống lên sau khi nhồi đầy cát vào trong túi được thả trong ống thép. Giải pháp hút chân không: Nguyên lý của giải pháp này là dùng bơm hút để tạo ra một khoảng chân không giữa một màng kín phủ phía trên với khu vực đết yếu cần xử lý ở phía dưới như hình vẽ 1.3-6 dưới đây: m a n b o c k im lo a i m ay bom chan kho ng tra m x u ly g ia ta i n u o c th a i lo p d e m dong khi th o a t n u o c b a n g th o a t n u o c n g an g h ao th o at n u o c g ie n g c a t (b a c th a m ) H ìn h 1 .3 -6 Nhờ lực hút chân không nước cố kết theo các phương tiện thoát nước thẳng đứng và băng thoát nước ngang thoát ra hào thu nước bố trí ở hai bên. Thông thường giải pháp này chỉ tạo được một áp lực có hiệu trong đất yếu tối đa tương đương với một chiều cao đắp bằng 4m nhưng nhờ bơm hút nên cố kết đạt được Học viên: KS.Nguyễn Ngọc Chuyên Trang 17 Hướng dẫn: PGS.TS Lã Văn Chăm Luận văn Thạc sĩ – Chương 1 nhanh hơn rất nhiều so với việc đắp cao đến 4m rồi chờ đến cố kết xong. Hơn nữa giải pháp hút chân không còn có lợi hơn so với đắp giai tải rồi chờ lún ở chỗ là có thể hạn chế được rũi ro trong quá trình đắp khi tốc độ cố kết không tăng kịp với tốc độ đắp.
Gần đây công nghệ hút chân không còn được phát triển thêm một bước đó là không cần phủ màng kín mà dùng các đầu nối trực tiếp vào ống bơm hút với từng phương tiện thoát nước thẳng đứng với điều kiện là mỗi chỗ nối tiếp phải đảm bảo tuyệt đối kín. Ưu điểm chính của giải pháp này là giảm được thời gian chờ cố kết xuống đến mức là ít nhất tùy thuộc vào năng lượng bơm hút đồng thời đảm bảo đất yếu lún hết trước khi xây dựng nền đắp ở bên trên, và không bị trượt trồi đất hai bên trong quá trình thi công và chờ lún cố kết. Tuy nhiên, giải pháp này còn nhiều hạn chế đó là: + Chiều cao đắp nền phía trên tối đa chỉ được 4m (dó áp lực đẩy khoảng 80kPa) do lực bơm hut bị hạn chế, thời gian thực hiện cũng hoàn toàn phụ thuộc vào năng lượng bơm hút và thời gian lắp đặt hệ thống. + Giải pháp thi công đi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, phức tạp với các thiết bị chuyên dùng nên làm tốn kém kinh phí.
+ Rủi ro thường gặp khi bị rò rĩ khí do màng phủ không đảm bảo kín hoặc đặc biệt do các chỗ nối tiếp giữa ống bơm hút bị hỡ. Do các hạn chế nói trên, nên phạm vi áp dụng của giải pháp bơm hút chân không chỉ là những khu vực đất rất yếu hoặc bùn lỏng không thể áp dụng đắp gia tải phía trên và do yêu cầu về tiến độ thi công ngắn không thể áp dụng các giải pháp khác được. Giải pháp cọc cát, cột ba lát (cột đá dăm): Cọc cát cũng chính là giếng cát (đường kính 30÷50cm) nhưng trong quá trình đổ cát và rút ống tạo lỗ lên, cát được đầm chặt chèn vào đất yếu theo cả phương ngang bằng đầm rung. Nhờ đó ngoài tác dụng thấm thoát nước như của phương tiện thoát nước thẳng đứng ra cọc cát còn tác dụng tăng cường sức chống cắt của nền đất yếu theo nguyên lý “nền móng phức hợp”, cụ thể là khi kiểm toán ổn định dưới tác dụng của nền đắp được phép xét đến cả sức chống cắt của phần mặt trượt cắt qua cọc cát và phần sức chống cắt tăng thêm do đất yếu bị chèn ngang.
Cọc ba lát cũng tương tự như cọc cát nhưng không dùng cát mà dùng vật liệu hạt là đá dăm 20/40mm (có góc cạnh nên tạo ra ma sát lớn) đầm chặt trong các lỗ khoan có đường kính 60÷120cm (vì đường kính lớn như vậy nên không gọi là cọc mà gọi là cột). Cũng do có đường kính lớn và lực chống cắt lớn nên có tác dụng giảm cả độ lún của nền đất yếu dưới tải trọng đắp vì tạo một nền móng phức tạp có mô đun biến dạng chung cao hơn mô đung biến dạng riêng của đất yếu. Cách thi công cọc cát, cọc ba lát cũng dùng cọc ống thép tạo lỗ với mũi có cánh mở như thi công giếng cát và sử dụng đầm rung để đầm chặt cát và đá dăm trong quá trình rút ống thép tạo lỗ lên. Học viên: KS.Nguyễn Ngọc Chuyên Trang 18 Hướng dẫn: PGS.TS Lã Văn Chăm Luận văn Thạc sĩ – Chương 1 Chiều sâu của loại cọc cát và cọc ba lát thường không sâu quá 15m, nếu sâu quá thì khó đảm bảo duy trì sự liên tục theo phương thẳng đứng và cả về chất lượng thi công.
Ưu điểm chính của giải pháp này là cách thi công đơn giản quen dùng. Nhược điểm là tốn vật liệu và vật liệu lại không rẽ nên làm đội giá thành xây dựng, ngoài ra còn làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh do chấn động trong quá trình thi công, do vậy chỉ sử dụng cho một phạm vi không lớn như đoạn chuyển tiếp sát mố cầu hoặc móng các bồn chất lỏng nằm trên nền đất yếu. Giải pháp cột đất xi măng hoặc vôi: Nguyên lý của giải pháp này là dùng các trang thiết bị trộn sâu chuyên dụng (hay phương pháp trộn dưới sâu Deep mixing method – DMM) để trộn đất yếu tại chỗ với xi măng hoặc vôi tạo ra các cọc đất gia cố xi măng hoặc vôi loại mềm hoặc loại nữa cứng. Các cột này vừa thay thế một phần đất yếu lại vừa chèn vào trong đất yếu tạo ra các hạn chế nỡ hông theo phương ngang đối với đất yếu, tạo ra lực ma sát giữa cột và đất yếu và từ đó tạo ra được sự cùng làm việc ở cùng một mức độ nhất định giữa cột và đất yếu khi chịu tải trọng đắp phía trên, tạo ra một móng làm việc theo nguyên lý “nền móng phức hợp” dẫn đến tăng sức chịu tải và giảm độ lún của đất yếu kể cả khi cột có độ sâu đến hoặc không đến lớp đất chịu lực tốt.
Cường độ của bản thân mỗi cọc đất gia cố xi măng hoặc vôi phụ thuộc vào loại đất yếu, điều kiện hình thành đất yếu, thành phần khoáng hóa, hàm lượng muối, hàm lượng hữu cơ, độ pH, độ ẩm của đất yếu.