Chương 1: Tổng quan về cọc đất gia cố xi măng. Chương 2: Đặc điểm khai thác của dự án tuyến đường mở rộng Quốc lộ 1 Đoạn từ Km2118+600-Km2127+320, tỉnh Sóc Trăng”. Chương 3: Phân tích, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng xử lý nền đất yếu hạng mục đường đầu cầu Trà Quýt thuộc dự án mở rộng Quốc lộ 1 Đoạn từ Km2118+600-Km2127+320, tỉnh Sóc Trăng. 6 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG 1.
Giới thiệu tổng quan về ứng dụng công nghệ cọc đất gia cố xi măng. Khái niệm về đất yếu. Đất yếu là một khái niệm mang tính tương đối, phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của chính bản thân đất nền với tải trọng từ công trình truyền xuống. Trong xây dựng, nền đất yếu được hiểu là nền đất gồm các tầng đất yếu có khả năng chịu lực kém, phải xử lý, gia cố mới có thể dùng làm nền cho móng công trình xây dựng.
Các loại nền đất yếu thường gặp trong xây dựng là nền đất sét, đất sét pha cát và đất cát pha sét ở trạng thái chảy và bùn. Nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; Sức chịu tải nhỏ (0,5 – 1kg/cm2); Đất có tính nén lún lớn (a>0,1cm2/kg); Hệ số rỗng e lớn (e > 1); Độ sệt lớn (B>1); Mô đun biến dạng nhỏ (E<50kg/cm2); Khả năng chống cắt (C=<0,35da/Ncm2) nhỏ, khả năng thấm nước nhỏ; Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G>0,8, dung trọng nhỏ. Các loại nền đất yếu thường gặp trong xây dựng: - Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; - Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; - Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do quá trình của kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%); - Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy; - Đất Bazan: Là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô nhỏ, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt.
7 Một số đặc điểm vùng đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long: Vùng đất yếu khu vực Đồng bằng sông Cửu Long làm 5 khu vực như hình 1.1: Bản đồ phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ 1. Nguyên nhân làm nền đất yếu. Đất yếu trong định nghĩa của là đất có độ bền cơ học, thủy lực không cao, dễ bị biến dạng khi gặp tải trọng. Như vậy, tác nhân làm ra đất yếu có thể qui về ba nhóm chính: 8 1.
Yếu vì kết cấu. Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đá tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ sập như đập Malpasset ở Pháp. Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài mỏ khai thác đá ở Việt nam trong những năm gần đây có thể tính một phần là do yếu tố này.
Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, công trình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biến đổi đột ngột. Yếu do độ ẩm. Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết. Đây là các tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất.
Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố. Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển. Yếu do đặc tính sinh hóa. Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố.
Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi. Đây là một vấn đề tương đối khó khăn đối với các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủy tinh,… Theo cách phân loại này các lớp đất được chia như sau: Lớp trên cùng dày từ 0,5 - 1,5m là lớp sét pha cát có màu xám đến xám vàng; (2) Lớp sét hữu cơ có chiều dày thay đổi 3 - 20m, chiều dày tăng dần về phía biển. Lớp này thường có màu xám đen, ánh sáng màu xám hoặc hơi 9 vàng. Hàm lượng sét chiếm từ 40 - 70%.
Hàm lượng hữu cơ chiếm từ 2 - 8%. Đất ẩm, thường bão hòa, trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy. Các chỉ số vật lý như sau: Độ ẩm thường w = 50 - 100%; Giới hạn chảy LL = 50 - 100%; Giới hạn dẻo PL = 20 - 70%; Chỉ số dẻo PI = 20- 65%; Hệ số rỗng e0 = 1,2 - 3; Trọng lượng ướt γw =1,35 - 1,65g/cm3; Trọng lượng khô γk = 0,64 - 0,95g/cm3. Lớp sét pha cát mịn có chứa vỏ sò, vỏ hến.
Lớp này dày từ 3 - 5m. Thường xuất hiện khi có sự thay đổi giữa sét hữu cơ và sét vô cơ. Lớp sét vô cơ có độ sâu thay đổi từ 3 - 26m tùy thuộc từng khu vực. Lớp này có màu vàng xám hoặc hơi vàng, ở trạng thái mềm hoặc cứng.
Các chỉ số vật lý như sau: Độ ẩm thường w = 25 - 50%; Giới hạn chảy LL = 40 - 65%; Giới hạn dẻo PL = 20 - 30%; Chỉ số dẻo PI = 17 - 45%; Tỷ số độ rỗng ε0 = 0,7 - 1,5; Trọng lượng ướt γw = 1,65g/cm - 1,95g/cm3; Trọng lượng khô γk = 1,05 - 1,55g/cm3. Các vấn đề về ổn định nền đắp thường gặp khi xây dựng nền đường trên vùng đất yếu. Khi thi công đắp nền đường trên vùng đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất, nếu sự tăng ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó (tuỳ thuộc vào tính chất cơ học và trạng thái của đất nền) thì đất nền sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều và đột ngột. Cùng với sự lún sụp của nền đường đắp thì nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên tương ứng.
Các dạng phá hoại nền đường thường gặp. Phá hoại nền đƣờng do lún trồi. Toàn bộ nền đường đắp lún vào nền đất yếu, đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần chân taluy.2: Phá hoại nền đường do lún trồi Phá hoại nền đƣờng do trƣợt sâu. Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thông thường của nền đường đắp.
Một cung trượt tròn sinh ra do nên đắp bị lún cục bộ, ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi.3: Phá hoại nền đường do trượt sâu Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đường đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp. Để tính toán, trong các trường hợp đơn giản nhất thường xem đường phá hoại tương tự một đường cong tròn và sự trượt được gọi là trượt tròn. Sự phát triển của các hư hỏng. Sự phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp nền đường quá 11 cao là một hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong khi thi công hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn.
Qua theo dõi sự phá hoại thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần. Tuy nhiên cũng có những phá hoại khác xảy ra sau khi thi công xong vài tháng hoặc vài năm như trong trường hợp tôn cao nên đường mới trên nền đắp hiện hữu hoặc khi đào đất ở chân taluy. Khác với sự phá hoại do mất ổn định, thì lún là một biến dạng chậm của đất dưới tác dụng của trọng lượng nền đắp, và thường xảy ra: Ở giữa nền đắp bởi một độ lún thẳng đứng; Ở dưới phạm vi dải đất dành cho đường: một độ lún thẳng đứng kết hợp với một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên; Ở ngoài phạm vi dải đất dành cho đường là một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên cho đến một khoảng cách nào đó phụ thuộc vào chiều dày của đất yếu. Các chuyển vị thẳng đứng thường có một biển độ đến hàng chục centimet với các lớp rất mềm hoặc chiều dày lớn, biên độ này có thể đến vài mét.
Các chuyển vị này ở tim nền đắp đều lớn hơn so với ở mép taluy sinh ra một biến dạng của mặt nền đường. Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thẳng đứng, tỷ số giữa hai chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào hệ số an toàn, kích thước hình học của nền đắp và chiều dày của đất yếu. Tuy nhiên đã quan sát được các chuyển vị ngang đến vài chục centimet. Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và sự có mặt của các lớp thoát nước.
Độ lún khác nhau ở chỗ nối tiếp giữa nền đường đắp trên đất yếu và mố cầu đặt trên móng cọc sâu tựa trên nền cứng không lún thường tạo thành một bậc cấp lớn hoặc một chỗ nứt gẫy, ảnh hưởng xấu đến việc chạy xe. Các phương pháp xử lý nền đất yếu thường được sử dụng. Khi đắp đất cao trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới, nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như vùng của bồi lắp như Vùng Đồng bằng sông Cửu Long cụ thể là ở Sóc Trăng. Đắp trực tiếp trên nền đất yếu.
Có thể áp dụng giải pháp đắp trực tiếp (không dùng một biện pháp xử lý nào khác) khi tính toán ổn định và lún của nền đắp trực tiếp trên nền thiên nhiên (bao gồm cả đất yếu ở dưới).