CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH & BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU CÓ XỬ LÝ GIẾNG CÁT, BẤC THẤM Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 1. ĐẤT YẾU Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG: 1.1 Cấu trúc địa chất: Vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) có dạng bồn trũng theo hướng Đông Bắc – Tây Nam. Trung tâm bồn trũng là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu. Khu vực có móng đá sâu đến 900m.
Vây quanh vùng trung tâm là các vùng cánh của bồn trũng và xa hơn là các đới nâng cao của móng đá lộ ra ở tỉnh Bình Dương, tỉnh Đồng Nai, tỉnh Tây Ninh. Bên kia là núi đá ở Hà Tiên, tỉnh An Giang và Vịnh Thái Lan. Phủ trên lớp đá gốc là tập hợp các thành tạo bở rời có tuổi từ Neogen đệ tứ, trên cùng là lớp trầm tích trẻ có tuổi khoảng 15000 năm có chiều sâu tới 110m. Đây cũng chính là tầng đất yếu trên mặt, móng của các công trình chủ yếu đặt trên tầng này.2 Phân bố đất yếu ở ĐBSCL: Theo đặc trưng thành phần hạt, tính chất địa chất công trình, địa chất thủy văn và chiều dày của tầng đất yếu, vùng ĐBSCL có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khác nhau: -Khu vực I : khu vực đất sét lẫn bột, màu xám nâu, xám vàng, độ dẻo cao, trạng thái nửa cứng đến cứng.
-Khu vực II : khu vực đất bùn sét, bùn pha sét, bùn pha cát xen kẹp với các lớp cát pha sét, độ dẻo trung bình, trạng thái cứng. -Khu vực III : khu vực cát hạt mịn, cát pha sét xen kẹp ít bùn pha cát, trạng thái chặt. -Khu vực IV: khu vực đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn pha sét, cát bụi, cát pha Trang 3 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH sét, trạng thái dẻo đến dẻo mềm. - Khu vực V : khu vực bùn pha sét và bùn pha cát ngập nước, độ dẻo cao, trạng thái dẻo đến dẻo sệt.
Phân vùng đất yếu ở ĐBSCL Trang 4 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH 1.2 NHỮNG GIẢI PHÁP CẢI TẠO ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG HIỆN NAY Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG: 1.1 Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát: Hình 1. Gia tải trước kết hợp giếng cát 1.2 Phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm Hình 1. Gia tải trước kết hợp với bấc thấm Trang 5 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH 1.3 Phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm Hình 1. Bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm 1.4 Phương pháp cọc đất trộn ximăng Hình 1.
Phương pháp cọc đất trộn xi măng 1. GIỚI THIỆU MỘT SỐ BIỆN PHÁP CẢI TẠO NỀN ĐẤT YẾU TRONG CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG HIỆN NAY Ở ĐBSCL 1.1 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp đệm cát: a. Mục đích: Trang 6 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, nằm trực tiếp dưới nền đắp thì có thể áp dụng biện pháp đào bỏ một phần đất yếu bề mặt và thay bằng cát. Lớp đệm cát có tác dụng tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu sau khi đắp đất để tăng cường độ chống cắt của đất yếu dẫn đến tăng sức chịu tải của đất nền, làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt.Lớp đệm cát còn có tác dụng cải tạo sự phân bố ứng suất lên đất yếu.
Đệm cát thường được sử dụng kết hợp với vải địa kỹ thuật để hạn chế sự chìm lắng hạt cát vừa không lẫn đất bụi. Biện pháp này sử dụng thích hợp trong điều kiện: -Tải trọng đắp không lớn -Lớp đất yếu không quá dày (<3m) -Có sẵn vật liệu cát tại địa phương b. Cấu tạo đệm cát: Hình 1. Phương pháp đệm cát Trang 7 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH -Chiều rộng đệm cát (Lđc) xác định theo vùng hoạt động của đường đồng ứng suất z=0.1q - Chiều dày đệm cát ( hđc): Theo kinh nghiệm, chiều dày đệm cát có thể xác định theo giá trị độ lún của nền đắp như sau: Độ lún của nền đắp (m) 1.0 >2 Chiều dày lớp đệm cát (m) 0.
Vùng hoạt động của vùng đồng ứng suất c. Ưu, nhược điểm của phương pháp: * Ưu điểm: Do thi công đơn giản, không cần nhiều thiết bị đặc biệt nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi. *Nhược điểm: Đệm cát không nên sử dụng trong các trường họp: -Lớp đất yếu quá dày ( Hđy>3m). Trong trường hợp này việc thiết kế bằng đệm cát sẽ không kinh tế và khó thi công, khi đó cần kết hợp đệm cát với biện pháp xử lý nền khác: Cừ tràm, giếng cát, bấc thấm,….
Trang 8 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH - Khi mực nước ngầm cao và nước có áp, sự xói ngầm sẽ làm tầng đệm cát không ổn định.2 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát: 1. Mục đích: Đối với nền đất sét yếu có hệ số thấm nhỏ, thời gian để hoàn thành giai đoạn cố kết thứ nhất sẽ rất lớn – có thể kéo dài hàng chục năm. Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng: bấc thấm, giếng cát,…kết hợp với gia tải trước bằng tải trọng phụ tạm thời hay bơm hút chân không. Giếng cát là thiết bị tiêu nước thẳng đứng được dùng sớm nhất để tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu.
Trong cấu tạo đất nền có bố trí giếng cát và gia tải trước, nhờ gradient thủy lực tạo ra do nén trước, nước lỗ rỗng thoát chủ yếu theo phương ngang về phía tâm giếng cát, sau đó chảy tự do theo phương thẳng đứng dọc theo giếng cát về phía các lớp đất dễ thấm nước. Nhờ có hệ thống giếng cát trong nền đất yếu sẽ giúp rút ngắn chiều dài đường thấm, giảm thời gian cố kết dẫn đến tăng nhanh khả năng chịu tải của đất nền theo thời gian. Cấu tạo hệ thống giếng cát: *Đệm cát: -Thường dùng cát hạt trung, cát thô -Kích thước đệm cát được trình bày ở trên *Các giếng cát: -Thường dùng cát hạt trung, cát thô -Đường kính giếng cát dw=(20 60)cm -Chiều sâu giếng cát bằng chiều dày vùng hoạt động chịu nén của đất nền L= Ha Ha: vùng hoạt động chịu nén của đất nền ứng với z=0.Z -Khoảng cách giữa các giếng cát: thường bố trí theo lưới tam giác đều có a = 1. Trang 9 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Hình 1.8 Xử lý đất yếu bằng giếng cát *Tải trọng phụ tạm thời: Thường dùng bằng cát, nhằm tạo ra qúa trình nén trước nền đất trước khi đặt tải trọng công trình.
Tải trọng phụ thường được đặc theo từng giai đoạn gia tải, căn cứ vào khả năng chịu tải của đất nền. Yêu cầu tổng tải trọng nén trước phải tạo ra ứng suất lớn hơn áp lực tiền cố kết trong đất nền thì quá trình cố kết mới xảy ra. Phạm vi chịu tải phụ thuộc vào kích thước đệm cát. Ưu, nhược điểm của phương pháp: *Ưu điểm: -Thích hợp cho những khu vực có sẵn vật liệu ( cát) , dễ khai thác.
-Tốc độ cố kết của đất nền nhanh hơn phương pháp dùng bệ phản áp, cừ tràm… *Nhược điểm: -Giá thành cao. -Chỉ nên dùng ở công trường có mặt bằng thi công lớn.3 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm: 1. Mục đích: Bấc thấm cũng có tác dụng như giếng cát: làm tăng nhanh tốc độ cố kết dẫn đến rút ngắn thời gian đạt độ lún ổn định của đất nền yếu, tăng sức chịu tải của đất nền. Trang 10 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH 2.
Cấu tạo hệ thống bấc thấm: Hình 1.9 Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Để tiện việc tính toán, xem mặt cắt ngang bấc thấm tương đương có dạng hình tròn đường kính dw. Theo Rixner và Hansbo: a 100 mm b (3 7)m Hình 1.10 Mặt cắt ngang bấc thấm tương đương -Vùng ảnh hưởng về thoát nước xung quanh bấc thấm được xem như hình tròn với đường kính là De -Nếu bố trí bấc thấm theo lưới tam giác đều: De= 1.05S -Nếu bố trí bấc thấm theo lưới ô vuông: De=1.13S S: khoảng cách giưã hai tim bấc thấm Trang 11 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH Hình 1. Mặt bằng bố trí cắm bấc thấm 3. Ưu nhược điểm của phương pháp: * Ưu điểm: -Thi công nhanh do được lắp đặt hoàn toàn bằng máy -Giá thành rẻ hơn phương pháp giếng cát -Bấc thấm được chế tạo sẵn trong nhà máy nên có thể sản xuất được khối lượng lớn.
* Nhược điểm: -Cần máy chuyên dùng đặc biệt -Khả năng thoát nước của bấc thấm có thể bị giảm khi chiều sâu cắm bấc thấm lớn ( >20m) do: + Áp lực hông tăng làm ép sát bộ lọc vào ống lõi dẫn đến giảm tiết diện ngang cuả lòng dẫn trong bấc thấm. + Theo phương đứng, bấc thấm bị uốn cong trong quá trình lún cố kết của đất nền do chịu áp lực thẳng đứng lớn. +Các hạt đất nhỏ hơn bộ lọc tích đọng vào trong lòng dẫn làm giảm hệ số thấm của bấc thấm. -Chỉ nên dùng ở công trường có mặt bằng thi công lớn.
Trang 12 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH 1.4 CÁC SỰ CỐ ĐIỂN HÌNH Ở CÁC CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 1.1 Sự số lún đường quốc lộ 91B: Hình 1.13 Đường lún vị trí lề trái Hình 1.14 Đường lún phá vỡ kết cấu 1.2 Sự số lún đường quốc lộ 61B: Hình 1.15 Đường lún phá kết cấu Hình 1.16 Đường sạt lở lề phải Trang 13 LUẬN VĂN THẠC SỸ GVHD: TS LÊ BÁ VINH CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH & BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CÓ XỬ LÝ BẰNG GIẾNG CÁT, BẤC THẤM 2.1 Tính toán ổn định theo giải tích: Phương pháp phân mảnh cổ điển đối với mặt trượt trụ tròn: Để giải bài toán ổn định khối đất đắp trên nền đất yếu, có hai nhóm quan điểm: - Nhóm 1: Chủ trương dựa vào các mặt trượt giả định để đánh giá mức độ ổn định của khối đất có hình dạng đã được xác định. Đại diện nhóm này có phương pháp của Fellenius W. - Nhóm 2: Chủ trương tìm các công thức để xác định trực tiếp hình dạng của khối đất ( mái dốc) sao cho toàn bộ khối đất đạt điều kiện cân bằng ổn định. Đại diện cho nhóm này có phương pháp của N.
