Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐÁT YẾU – MỘT SỐ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU I.1- TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU I.1 Khái niệm Khái niệm đất yếu phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất đối với tải trọng mà công trình truyền lên. Theo quan điểm định lượng căn cứ vào đặc trưng của đất nền để xác định. Đất yếu là đất có các đặc trưng vật lý và đặc trưng cơ học như sau: Dựa vào các chỉ tiêu vật lý: γ ≤ 17 (kN / m 3 ) Dung trọng: e0 ≥ 1 Hệ số rỗng: Độ ẩm: W ≥ 40(%) - Nền đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven sông, biển) hoặc ở các thung lũng thuộc vùng núi… có chung đặc tính là lượng nước tự nhiên lớn (≥ 35%) độ lún cao, cường độ chịu cắt thấp (< 35Kpa), hệ số rỗng lớn (e≥1,0) và độ thoát nước kém … khi xây dựng công trình trên loại đất này dễ bị lún sụt. Dựa vào các chỉ tiêu cơ học: E0 ≤ 5000 (kN / m 2 ) Modun biến dạng: Góc ma sát trong: ϕ ≤ 100 Lực dính C: C ≤ 10 (kN / m 2 ) Dựa vào cường độ nén đơn qu từ thí nghiệm nén đơn.
Đất rất yếu: qu ≤ 25 (kN / m 2 ) qu ≤ 50 (kN / m 2 ) Đất yếu: Qua các đặc trưng trên cho thấy đất yếu hầu như hoàn toàn bảo hoà nước, có độ rỗng lớn, có tính nén lún lớn, sức chống cắt không đáng kể. Trong thực tế đất yếu : + Cát nhỏ, cát bùn ở trạng thái bảo hoà nước; + Các loại đất dính bảo hoà nước ở trạng thái mềm, dẻo mềm, dẻo chảy, chảy. + Các loại đất bùn, than bùn. Các loại đất khác cũng không thuận lợi cho xây dựng như sau: 11 + Đất cát mịn bão hòa nước, đất cát rời + Đất hữu cơ và than bùn + Đất lún ướt (lún sụt) + Đất trương nở I.3 Phân bố đất yếu khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh - Khu vực đất yếu, không thuận lợi cho việc xây dựng: một phần Q.9, Bình Thạnh, Nhà Bè, Bình Chánh, Cần Giờ.
- Khu vực đất tốt, thuận lợi cho xây dựng: một phần Q.11, Tân Bình, Gò Vấp, Củ Chi, Thủ Đức. CỦ CHI B-II T. LONG AN B-II Q. THỦ ĐỨC B-II C-IV B-I B-II C-I TP.
NHAØ A BEØ HUYỆN BÌNH C-III CHÁNH C-III C-III C-III C-II T. CẦN GIỜ - Vùng A: Các loại đá gốc J3-K1 - Vùng B: Sét, sét pha cát Cát pha sét T. LONG AN - Vùng C: Sét nhão, bùn sét, C-V Bùn cát pha sét, Bùn sét pha cát Hình 1.1: Phân bố đất ở TP. HCM và khu vực lân cận 12 I.2 MỘT SỐ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU I.1 Xử lý bằng vải địa kỹ thuật – lưới địa kỹ thuật Có nhiều dạng áp dụng vải địa kỹ thuật – lưới địa kỹ thuật để gia cường nền đất.
Dưới đây chúng tôi sơ lược trường hợp sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng mức độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu. Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa nền đất yếu và nền đắp, ma sát giữa đất đắp và mặt trên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo ra lực giữ khối trượt F và nhờ đó mức độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu tăng lên. O R Mat truot W Mat truot Vai dia ky thuat Khoi truot Ti f f c C Khoi on dinh s Hình 1.1 Vải địa kỹ thuật gia cố nền đắp cao Điều kiện cần đảm bảo trong tính toán thiết kế khi sử dụng giải pháp này là: T ≤ Tcp Trong đó: T là lực kéo vải phải chịu (T/m) Tcp là lực kéo cho phép của vải (T/m) Vải địa kỹ thuật có thể sử dụng nhiều lớp (1-4 lớp) xen kẽ với các lớp vật liệu đắp dày từ 15 cm – 30cm để làm tăng lực ma sát giữ vải và nền đắp, tăng mức độ ổn định nền. Ngoài ra sự xuất hiện của vải địa kỹ thuật làm phân bố lại ứng suất trong thân khối đắp và trong nền đất yếu, làm giảm độ lún và độ lún lệch của công trình.2 Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố ximăng.
Trước đây biện pháp xử lý đất trộn vôi đã được sử dụng nhiều trong nước. Thời gian gần đây, với công nghệ, thiết bị nhập từ nước ngoài, cộng thêm việc nghiên cứu được chú trọng nên cọc đất gia cố ximăng được sử dụng phổ biến hơn trong xây dựng công trình đắp. 13 Cọc đất gia cố ximăng thường dùng cho: các công trình chịu tải trọng lớn (đường lăn, bãi đỗ trong sân bay, bến cảng); các công trình đòi hỏi độ ổn định cao (đường đắp cao đầu cầu, bãi đúc các cấu kiện lớn, nền kho bãi,…); các công trình gia cố nền trong phạm vi nhỏ hẹp (nhà móng nông bị nghiêng lún…).3 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát Để rút ngắn thời gian cố kết người ta thường dùng thiết bị tiêu nước thẳng đứng. giếng cát là một trong những dạng đó.
Với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi bố trí giếng cát trong nền đất và kết hợp gia tải, làm nước lỗ rỗng trong đất nền thấm về hướng giếng cát rồi sau đó thoát nhanh theo phương đứng ra khỏi nền đất.3 Nền xử lý bằng giếng cát + Thường dùng cát hạt thô, hạt trung (có hệ số thấm lớn) + Đường kính giếng cát thường sử dụng : 0.6m + Chiều sâu hết vùng hoạt động chịu nén của nền. + Lớp đệm cát có chiều dày lớn hơn 0.5m + Tải trọng tạm phải tạo ra được ứng suất lớn hơn áp lực tiền cố kết của nền đất.4 Xử lý nền đất yếu bằng cọc cát Tác dụng: - Làm cho đất nền nén chặt lại nhờ hệ thống các cọc cát - Tăng sức chịu tải của đất nền - Giảm biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đồng đều - Tăng khả năng chống trượt đối với công trình chịu tải ngang Ưu điểm: - Tận dụng được vật liệu địa phương (cát) - Thiết bị khi công đơn giản - Thời gian thi công (xử lí nền) nhanh Nhược điểm : - Sử dụng hiệu quả cho công trình có tải trung bình. Công trình có tải lớn hoặc vùng đất yếu lớn thì biện pháp này không khả thi.5 Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Cũng với tác dụng như giếng cát nhưng khi sử dụng bấc thấm sẽ không phải quan tâm đến nguồn cung cấp vật liệu cát.5 Nền xử lý bằng bấc thấm Có hai dạng bố trí bấc thấm là theo lưới tam giác đều và theo lưới ô vuông. + Bấc thấm được chế tạo hàng loạt, mềm, nhẹ nên dễ vận chuyển.
+ Quá trình thi công bấc thấm nhanh. + Khi cắm bấc thấm xuống độ sâu lớn thì khả năng thoát nước của bấc thấm sẽ giảm đi do giảm tiết diện ngang của bấc thấm, do các hạt nhỏ tích vào lòng 15 I.6 Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không Bơm hút chân không là biện pháp sử dụng áp lực của cột khí quyển (xấp xỉ 100KN/m2) thay thế cho vật liệu gia tải. Trong thực tế, giá trị tải trọng có thể đạt được từ bơm hút chân không xấp xỉ 80KN/m2. Ưu thế của biện pháp này là khi bơm hút, ứng suất tác dụng vào nền đất chỉ là ứng suất đẳng hướng, ứng suất lệch không phát sinh nên điều kiện ổn định được bảo đảm, không có hiện tượng trượt ở khu vực biên chịu tải.
Lôùp vaûi phuû AÙp suaát khoâng khí Lôùp caùt thoaùt nöôùc Dung dòch bentonite Maùy bôm chaân khoâng Heä oáng huùt chaân khoâng Lôùp ñaát ñöôïc gia coá Thoaùt nöôùc phöông ñöùng Heä thoáng huùt nöôùc chaân khoâng (oáng coù ñuïc loã) Maùy bôm chaân khoâng Hình 1.6 Nền xử lý bằng bơm hút chân không I.7 Nhận xét và phương hướng của đề tài Thực tế xây dựng công trình đắp trên nền đất yếu cho thấy, với các công trình nền kho bãi chịu tải trọng tương đối lớn, khả năng chịu tải của đất nền không đảm bảo, độ lún do cố kết thấm kéo dài làm tăng thời gian thi công và chi phí Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi dự định sử dụng các phương pháp tính, mô phỏng và giải các bài toán bằng phần mềm Plaxis có chiều dày các thanh 16 gia cường, tiết diện và chiều sâu giếng cát thay đổi để tìm giải pháp tối ưu cho phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát gia tải trước kết hợp với vải địa kỹ thuật. Tính tóan kiểm tra giải pháp tối ưu bằng phương pháp giải tích. Kết quả tính toán được sử dụng để phân tích đánh giá các ưu điểm của phương pháp này, rút ra những kinh nghiệm có ích trong lĩnh vực thiết kế thi công dạng công trình loại này. 17 Chương 2: XỬ LÝ NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT GIA TẢI TRƯỚC II.
SƠ LƯỢC CỌC VẬT LIỆU RỜI II.1 Phạm vi sử dụng - Các công trình chịu tải trọng không lớn trên nền đất yếu như: gia cố nền nhà kho, gia cố nền đường, gia cố đoạn đường vào cầu, gia cố nền các bến, bãi,. thường sử dụng cọc vật liệu rời để gia cố nền. - Điều kiện là cọc vật liệu rời phải chịu được tải trọng đứng và chất lượng làm cọc phải ổn định, đồng nhất. σs σ=σtb σc ϕc, c ϕs As Ac D Hình 2.a Cấu tạo cọc vật liệu rời a.
Phaù hoaïi phình ra hai beân b. Phaù hoaïi caét c. Phaù hoaïi tröôït Ma saùt maët beân Söùc khaùng muõi coïc Khi coïc raát daøi choáng Khi coïc ngaén choáng Khi coïc ngaén choáng leân neàn ñaát cöùng leân neàn ñaát toát leân neàn ñaát yeáu Hình 2.b Các dạng phá hoại của cọc vật liệu rời 18 II.2 Tính toán cọc vật liệu rời II.1 Xác định vùng ảnh hưởng - đường kính hiệu quả Cọc bố trí vuông : De = 1,13 S Cọc bố trí tam giác: De = 1,05 S De : khoảng cách tính toán giữa các cọc; S: khoảng cách thực giữa các cọc II.2 Xác định tỉ diện tích thay thế As A ⎛D⎞ 2 as = = s as = C1 ⎜ ⎟ As + Ac A ⎝S⎠ as : tỉ diện thay thế As : diện tích ngang của cọc vật liệu rời Ac : diện tích ngang của phần đất yếu xung quanh cọc C1: hằng số phụ thuộc vào vào dạng bố trí cọc. Nếu bố trí hình vuông, C1 = π /4; Nếu bố trí tam giác đều C1 = π / 2 3 II.