phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn có kết cấu gồm 04 chương: Chương1: Tổng quan về công nghệ gia cố cọc xi măng đất Chương 2: Đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu. Chương 3: Tổng quan về công trình Chương 4: Ứng dụng phương pháp gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc đất gia cố xi măng cho công trình “Nhà máy xử lý khí Cà Mau”. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1. Khái niệm về đất yếu và yêu cầu xử lý đất yếu 1.
Khái niệm về đất yếu Đất yếu là các loại đất có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún lớn thường gặp ở nước ta. Khi xây dựng nền đắp trên đất yếu nếu không được khảo-sát-thiết kế cẩn thận và có biện pháp xử lý thích đáng thì nền đường xây dựng trên đó thường dễ bị mất Ổn định, bị lún nhiều và lún kéo dài, ảnh hưởng xấu đến việc khai thác sử dụng mặt đường, công trình trên đường và các công trình xây dựng xung quanh. Theo Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN- 262 - 2000 thì theo nguyên nhân hình thành đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ. Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, vùng đồng bằng tam giác châu thổ; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích nên có thể có màu đen, xám đen.
Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn độ ẩm giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e>=1,5, á sét e>1), lực dính c theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát υ từ 0 –100 hoặc lực dính kết theo kết quả cắt cánh hiện trường Cu≤ 0,35 daN/cm2. Ngoài ra các vùng thung lũng còn hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn ( hệ số rỗng e>1 và độ bão hoà Sr >0,8). Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành ở 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 nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật).
Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các trị số như ở trên. Phân loại nền đất yếu theo tính chất công trình xây dựng bên trên. Yêu cầu xử lý đất yếu 1.1Yêu cầu về ổn định Nền đất đắp phải đảm bảo điều kiện ổn định, không bị phá hoại do trượt trồi trong quá trình đắp và trong suốt quá trình khai thác sau đó. Để đảm bảo yêu cầu này cần đảm bảo các điều kiện sau đây: Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo các phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn khoét xuống vùng đất yếu và các thông số tính toán được xác định thì hệ số ổn định nhỏ nhất cần Kmin =1,2 (riêng trường hợp dung kết quả thí nghiệm cắt nhanh không cố kết, không thoát nước UU trong phòng thí nghiệm thì có thể lấy Kmin = 1,1).
Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất cần đạt được Kmin =1,4. 5 Quan trắc trong quá trình đắp đất: tốc độ lún tim nền đường đắp không vượt quá 10mm/ngày đêm. Tốc độ dịch chuyển ngang các cọc hai bên lề đường đắp không vượt quá 5mm/ngày đêm.2 Yêu cầu về lún Phải dự tính được độ lún tổng cộng S kể từ ngày đắp nền cho đến khi lún hoàn toàn hết. Bề rông đắp thêm mỗi bên của nền đường đắp (bm) được xác định theo công thức: bm = S.m Trong đó: 1/m – độ dốc ta luy nền đường đắp S - độ lún cuối cùng bao gồm lún tức thời Si do biến dạng ngang không thoát nước, xét đến khả năng nở hông của đất yếu dưới nền đường đắp và độ lún cố kết Sc.
Sau khi hoàn thành công trình trên nền đất yếu độ lún cố kết còn lại tại trục tim nền đường ΔS cho phép được quy định như bảng 2. Độ lún dư cho phép còn lại sau khi hoàn thành công trình 1. Các giải pháp xử lý nền đất yếu Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mô đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất. 6 Các biện pháp xử lý nền thông thƣờng: Phương pháp thay nền: Đây là một phương pháp ít được sử dụng, để khắc phục vướng mắc do đất yếu, nhà xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát.
Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất. Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp. Các biện pháp cơ học: Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi.), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát.để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học. Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, bấc thấm, điện thấm… Phương pháp nhiệt học: Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép.
Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn. Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan. Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp silicat hóa, phương pháp điện hóa… Phương pháp sinh học: Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình.
Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời 7 gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế. Các phương pháp thủy lực: Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm. Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế. Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể.1 Đầm chặt bằng quả rơi.1 Nguyên lý Là một giải pháp đơn giản, dưới tác dụng các lực xung kích (từ búa nặng rơi tự do) với năng lượng lớn trên bề mặt của đất yếu để cải thiện tính chất vật lý và cơ học của đất theo chiều sâu.
- Tăng sức kháng cắt của nền đất làm cho độ ổn định của nền đất. - Hạ thấp tính nén lún do hiệu quả làm chặt đất độ lún dưới cấp tải trọng giảm. - Tăng chỉ số chất lượng vật lieu CBR làm giảm chuyển vị dưới tải trọng lặp. - Giảm tính thấm đất tác dụng làm cho nền đất hạn chế ngấm nước vào nền đường.2 Phạm vi áp dụng Có thể áp dụng với nền đất đắp mới hay nền tự nhiên: - Khi xây dựng công trình qua vùng đất yếu như đất dính có độ rỗng lớn, có độ bão hòa Sr ≤ 0,7 hoặc đất cát có hệ số rỗng lớn đồng thời hạng mục xây dựng chiếm diện tích nhỏ trên toàn bộ mặt bằng rộng, giải pháp đầm chặt lớp mặt là một lựa chọn khả thi cần xem xét.
- Được sử dụng gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phòng và TP. Đặc biệt tại khu CN Dung Quất Quảng Ngãi. Quả đầm bằng khối bê tông đúc sẵn 8 (hoặc thép) có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10 - 15m để đầm chặt nền. Khoảng cách giữa các hố đầm là 3 x 3m, 4 x 4m hoặc 5 x 5m.
Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt cố kết động được tính bằng: D 0,5* W* H Trong đó: D - độ sâu hữu hiệu được đầm chặt, m; W - Trọng lượng quả đầm, tấn; H - Chiều cao rơi quả đầm, m; Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần cát và đá được đổ đầy hố đầm. Phương phá cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giản và kinh tế, thích hợp với hiện tượng mới san lấp và đất đắp. Cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố. Thiết bị đầm rơi Ưu nhược điểm của phương pháp: Ƣu điểm: hiệu quả đầm chặt lớn, nền đất ổn định và khử lún nhanh chiều sâu có thể lên tới 2m.
Việc thi công nhanh không cần chất tải hay chờ lún. Nhƣợc điểm: không áp dụng được cho đất sét (đất có tính dính cao), nơi có nước mặt. Khu vực có địa chất phức tạp, mặt bằng hạn chế không áp dụng 9 được. Không dùng được trong khu vực có dân cư ảnh hưởng rung chấn đến khu vực xung quanh.
Cọc tre, cừ tràm 1. Nguyên lý - Tăng độ chặt của nền đất yếu, giảm hệ số rỗng của đất, làm giảm độ lún và tăng sức chịu tải của nền đất. - Làm việc theo chức năng cọc ma sát chịu nén. - Là giải pháp truyền thống để xử lý nền công trình tải trọng nhỏ trên nền đất yếu.
Giải pháp cọc tre, cọc tràm ổn định nền Hình 1.