Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu và thiết kế giải pháp xử ký nền đường đoạn từ cầu thịnh long đến khu công nghiệp rạng đông tỉnh nam định

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu và đề xuất giải pháp xử lý nền đường từ cầu Thịnh Long đến khu công nghiệp Rạng Đông, tỉnh Nam Định.

• Tác giả: Đỗ Xuân Nguyên
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Văn Trường
• Trường học: Đại học Thủy Lợi Hà Nội
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu và giải pháp xử lý nền đường từ cầu Thịnh Long đến KCN Rạng Đông, Nam Định
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đất yếu và cấu trúc nền đất yếu

Khái niệm về cấu trúc nền đất yếu được định nghĩa là các nền đất không đảm bảo điều kiện ổn định khi xây dựng công trình. Đất yếu thường gặp ở các vùng đồng bằng, nơi có các lớp đất yếu nằm gần bề mặt. Các loại đất yếu như bùn, sét, và cát pha thường có độ sệt lớn và hệ số rỗng cao. Để đảm bảo sự ổn định cho công trình, cần phải thực hiện các biện pháp xử lý kỹ thuật. Việc phân chia cấu trúc nền đất yếu là cần thiết để đánh giá và lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp. Theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012, đất yếu là loại đất cần phải xử lý trước khi làm nền móng cho công trình. Đặc điểm của đất yếu bao gồm độ dẻo, độ ẩm cao và khả năng chịu tải thấp. Việc nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu không chỉ giúp xác định các vấn đề địa kỹ thuật mà còn hỗ trợ trong việc lựa chọn giải pháp xử lý hiệu quả.

1.1 Khái niệm về đất yếu

Đất yếu được định nghĩa là loại đất cần phải xử lý kỹ thuật để đảm bảo ổn định cho công trình. Các loại đất yếu thường gặp bao gồm bùn, sét, và cát pha. Đặc điểm của đất yếu là có độ sệt lớn, hệ số rỗng cao và khả năng chịu tải thấp. Theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012, đất yếu cần phải được xử lý trước khi làm nền móng cho công trình. Việc xác định các loại đất yếu và đặc điểm của chúng là rất quan trọng trong quá trình thiết kế và thi công công trình.

1.2 Khái niệm cấu trúc nền đất yếu

Cấu trúc nền đất yếu phản ánh sự phân bố và tính chất của các lớp đất trong vùng hoạt động của công trình. Việc phân chia cấu trúc nền giúp đánh giá sự tương tác giữa công trình và nền đất. Các lớp đất yếu có thể gây ra sự mất ổn định cho công trình, do đó cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng để lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp. Cấu trúc nền đất yếu có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho công trình xây dựng.

II. Tổng quan các phương pháp xử lý nền đất yếu

Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là tăng cường sức chịu tải và giảm tính biến dạng của nền đất. Các phương pháp xử lý nền đất yếu bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau, từ việc cải tạo sự phân bố ứng suất đến việc sử dụng các chất kết dính như xi măng và vôi. Các giải pháp xử lý nền có thể được phân chia thành nhiều nhóm, bao gồm nhóm cải tạo đất bằng cơ học, nhóm sử dụng chất kết dính, và nhóm gia cố bằng thiết bị tiêu thoát nước. Việc lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của công trình và điều kiện địa chất cụ thể. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện khả năng chịu tải của nền mà còn đảm bảo sự ổn định cho công trình trong suốt quá trình khai thác.

2.1 Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu

Mục đích chính của việc xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải và giảm tính biến dạng của nền đất. Các biện pháp xử lý cần phải được lựa chọn dựa trên đặc điểm của công trình và điều kiện địa chất. Việc cải thiện các tính chất cơ lý của đất nền yếu là rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định cho công trình. Các giải pháp xử lý nền đất yếu cần phải được thiết kế sao cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của từng loại công trình.

2.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu

Các phương pháp xử lý nền đất yếu có thể được phân chia thành nhiều nhóm chính. Nhóm đầu tiên là các phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền, bao gồm đệm cát và bệ phản áp. Nhóm thứ hai là các phương pháp làm chặt đất bằng cơ học, như đầm rung và nổ mìn. Nhóm thứ ba là các phương pháp cải tạo đất bằng chất kết dính, như đất trộn xi măng và vôi. Cuối cùng, nhóm gia cố bằng thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng cũng rất quan trọng trong việc xử lý nền đất yếu.

III. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đất yếu và lựa chọn giải pháp xử lý nền đường

Đặc điểm cấu trúc nền đất yếu trong khu vực nghiên cứu từ cầu Thịnh Long đến KCN Rạng Đông cho thấy sự phân bố không đồng nhất của các lớp đất yếu. Việc phân tích địa chất công trình là cần thiết để dự báo các vấn đề địa kỹ thuật có thể xảy ra. Các thông số về vật liệu và tải trọng của công trình cũng cần được xem xét kỹ lưỡng. Lựa chọn giải pháp xử lý nền đường phải dựa trên sự phân tích và đánh giá các đặc điểm cấu trúc nền. Các phương pháp xử lý như gia tải trước, cọc đất xi măng, và bấc thấm đều có thể được áp dụng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng đoạn tuyến. Kết quả tính toán ổn định cũng cần được thực hiện để đảm bảo an toàn cho công trình.

3.1 Đặc điểm cấu trúc nền đất yếu

Đặc điểm cấu trúc nền đất yếu trong khu vực nghiên cứu cho thấy sự phân bố không đồng nhất của các lớp đất yếu. Các lớp đất yếu nằm gần bề mặt và có chiều dày biến đổi. Việc phân tích địa chất công trình là rất quan trọng để dự báo các vấn đề địa kỹ thuật có thể xảy ra. Các thông số về vật liệu và tải trọng của công trình cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo sự ổn định cho công trình.

3.2 Lựa chọn giải pháp xử lý nền đường

Lựa chọn giải pháp xử lý nền đường phải dựa trên sự phân tích và đánh giá các đặc điểm cấu trúc nền. Các phương pháp xử lý như gia tải trước, cọc đất xi măng, và bấc thấm đều có thể được áp dụng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng đoạn tuyến. Kết quả tính toán ổn định cũng cần được thực hiện để đảm bảo an toàn cho công trình. Việc lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp không chỉ giúp cải thiện khả năng chịu tải của nền mà còn đảm bảo sự ổn định cho công trình trong suốt quá trình khai thác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU 1. Khái niệm về đất yếu “Đất yếu” là một khái niệm được sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng, dùng để chỉ các loại đất khi sử dụng cho mục đích xây dựng đều phải xử lý kỹ thuật mới đảm bảo được các điều kiện ổn định. Ở nước ta, khái niệm về đất yếu đã được đề cập trong các tiêu chuNn xây dựng, cụ thể như sau: Theo tiêu chuNn TCVN 9355:2012: đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có thể làm nền móng cho công trình.

Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo chảy. Những loại đất này thường có độ sệt lớn (IL >1), có hệ số rỗng lớn (e >1), có góc ma sát trong nhỏ (ϕ <100), có lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c < 15 kPa, có lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường cu < 35kPa, có sức chống mũi xuyên qc < 0,1 MPa, có chỉ số xuyên tiêu chuNn (SPT) là N30 < 5. Theo tiêu chuNn 22TCN 262:2000 đưa ra các tiêu chuNn nhận biết đất yếu như sau: - Theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ: + Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc sét pha trầm tích trong nước ở ven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12%) nên có mầu nâu đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ Nm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5; sét pha e ≥ 1,0; cát pha e ≥ 0,9), lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c ≤ 0,15 daN/cm2, góc nội ma sát ϕ từ 0 -100 hoặc lực dính theo kết quả cắt cánh hiện trường cu < 0,35 daN/cm2.

Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e >1,0 độ bão hoà G > 0,8). 5 + Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân huỷ, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 -80%, thường có màu đen hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đất yếu đầm lầy còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ chứa trong chúng: Lượng hữu cơ từ 20-30% : đất nhiễm than bùn Lượng hữu cơ từ 30-60%: đất than bùn Lượng hữu cơ từ 60-80%: than bùn Thực tế hiện nay, khi mà tính toán nền móng công trình tuân theo hai trạng thái giới hạn, đánh giá đối với xây dựng, đất có sức chịu tải quy ước R ≤ 1,0 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng E0 ≤ 50,0 kG/cm2 không thỏa mãn điều kiện ổn định cho công trình bình thường được xem là đất yếu.

Ở nước ta, đất yếu phân bố chủ yếu ở vùng đồng bằng, là các thành tạo trầm tích Đệ tứ, có nguồn gốc sông, hồ, đầm lầy,…Bao gồm các loại đất sau: Đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) trạng thái dẻo chảy, chảy; đất bùn; đất than bùn (có hàm lượng hữu cơ >13%); cát chảy; đất có hàm lượng tạp chất hòa tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10% theo trọng lượng; … 1. Khái niệm cấu trúc nền đất yếu Nền đất yếu là khái niệm dùng để chỉ các nền đất mà khi xây dựng công trình thường không đảm bảo các điều kiện ổn định theo các trạng thái giới hạn, phải xử lý kỹ thuật mới đảm bảo các điều kiện ổn định. Để đánh giá ổn định, cần thiết phải nghiên cứu phân chia cấu trúc nền, đánh giá theo các kiểu cấu trúc nền. Ở nước ta, khái niệm cấu trúc nền và cơ sở phân chia, đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả như: GS.

TSKH Nguyễn Thanh, PGS.TS Vũ Cao Minh, PGS.TS Lê Trọng Thắng, GS.TSKH Phạm Văn Tỵ, PGS.TS Nguyễn Huy Phương. Khái niệm nền đất yếu, phải được xem xét trong mối quan hệ giữa các đặc điểm nền đất tự nhiên với đặc điểm công trình xây dựng. Đó là, tồn tại các lớp đất yếu trong phạm vi nền hoặc liên quan đến đặc điểm làm việc, tính chất tải trọng tác 6 dụng của công trình,. để làm sáng tỏ vai trò của đất yếu trong phạm vi nền nền cần tìm hiểu khái niệm cấu trúc nền, đặc biệt là cấu trúc nền đất yếu.

Trong luận văn này, thuật ngữ “Cấu trúc nền” được tác giả sử dụng phản ánh đặc điểm nền bao gồm các lớp đất trong phạm vi vùng hoạt động của chất công trình, sự phân bố sắp xếp và tính chất xây dựng của chúng là cơ sở khoa học để phân tích ứng xử tương tác giữa công trình và nền. Trên cơ sở đó, cấu trúc nền đất yếu được hiểu là cấu trúc nền có liên quan trực tiếp với các thành tạo đất yếu, nó có ý nghĩa quan trọng đến sự mất ổn định của công trình. Các lớp đất khác có khả năng chịu lực cao hơn thường là vị trí lựa chọn tựa cọc hay là giới hạn xử lý nền công trình. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.

Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải, giảm tính biến dạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền và công trình, cụ thể cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt, giảm tính nén lún, tăng trị số mođun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,. Để xây dựng công trình trên nền đất yếu thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo khả năng chịu lực của đất nền. Kỹ thuật cải tạo đất yếu cần thiết đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp, công nghệ để cải thiện khả năng chịu tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. 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 cấu trúc nền,. Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các giải pháp xử lý hợp lý. Về nguyên tắc, khi xây dựng công trình trên cấu trúc nền đất yếu, có các biện pháp xử lý như sau: - Các giải pháp xử lý về kết cấu công trình; - Các giải pháp xử lý về móng; - Các giải pháp xử lý nền. 7 Các giải pháp xử lý nền có thể được xếp theo một số nhóm chính như sau: - Nhóm các phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền: đệm cát, đệm đá sỏi, bệ phản áp, .; - Nhóm các phương pháp làm chặt đất bằng cơ học: làm chặt đất bằng búa đầm, xe lu, nổ mìn, đầm rung,.; - Nhóm các phương pháp cải tạo đất bằng chất kết dính: đất trộn xi măng, đất trộn vôi, bitum, polymer,.; - Nhóm các phương pháp gia cố bằng thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng: giếng cát, bấc thấm kết hợp gia tải trước, bấc thấm kết hợp hút chân không,.

Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác như các phương pháp vật lý, hóa học, hóa lý (nhiệt, điện thấm, điện hóa, vi sinh,. Các phương pháp này chỉ áp dụng trong những điều kiện đặc biệt. Đối với việc xử lý nền khối đắp (đê, đường, kho bãi, .) yêu cầu xử lý với diện tích rất lớn, yêu cầu độ lún dư không quá nghiêm ngặt như xử lý nền móng cho các công trình xây đúc. Hiện nay, thường áp dụng các giải pháp xử lý như sau: - Các giải pháp công nghệ tác động đến bản thân khối đắp, gồm: + Xây dựng nền đắp theo giai đoạn; + Xây dựng các bệ phản áp; + Đắp gia tải trước: tăng nhanh lún; + Giảm trọng lượng của khối đắp lên nền: đắp bằng vật liệu nhẹ (polyetylen nở, lốp xe,.), đặt thêm các cống trong thân nền đắp; + Tăng cường ổn định cho nền đắp bằng cách bố trí các lớp vải hoặc lưới địa kỹ thuật ở đáy và thân khối đắp.

- Các giải pháp công nghệ tác động đến nền đất yếu dưới khối đắp: + Thay thế toàn bộ hay một phần đất yếu bằng vật liệu đắp có tính chất xây dựng tốt + Bố trí các hệ thống thoát nước thẳng đứng: bấc thấm, giếng cát + Bơm hút chân không + Cột balat, cọc cát 8 + Cọc xi măng đất + Cọc đóng vào nền đất yếu 1. Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xây dựng khối đắp trên cấu trúc nền đất yếu Việc lựa chọn công nghệ xử lý nền đất yếu cho công trình đắp cần phải xét đến các tiêu chí như sau [5]: - Khả năng thực hiện tại chỗ như điều kiện về vật liệu, thiết bị, tay nghề. Điều này phải được chú ý quyết định đến khả năng thi công, tiến độ, chất lượng giá thành của công trình. - Tác động của quá trình thi công đến môi trường xung quanh: cần phải xét đến các điều kiện về giải phóng mặt bằng để thi công, điều kiện giao thông khu vực, khu vực đổ thải, ảnh hưởng đến nguồn nước mặt, nước ngầm, ô nhiễm môi trường xung quanh, … - Thời gian thi công: Cần phải xét đến thời gian thi công xử lý nền, thi công khối đắp (thời gian đắp, thời gian chờ cố kết, …), thi công các hạng mục trên tuyến - Các yêu cầu khai thác sử dụng công trình lâu dài: xem xét các yêu cầu về hạn chế độ lún (độ lún cho phép, tốc độ lún, độ lún dư) và ổn của công trình sau khi đưa vào khai thác sử dụng.

- Chi phí xây dựng công trình: Cần phải so sánh tổng chi phí trong quá trình thi công xử lý nền đất yếu giữa các phương án xử lý nền. Nguyên tắc lựa chọn pháp công nghệ xây dựng khối đắp trên nền đất yếu thường là: - Trước hết đề cập đến các giải pháp đơn giản như tránh tuyến ra vùng đất không có đất yếu hoặc đất yếu có bề dày nhỏ, tiếp đó là các giải pháp xử lý nông rồi mới xét đến các giải pháp xử lý sâu.