CHƯƠNG 1 Chương | da cho ta một cái nhìn tổng quan nhất về thực trạng hiện tượng lún đầu cầu ở Nước ta hiện nay, các nguyên nhân, hiện tượng lún và các giải pháp xử lý 24 hiện nay. Qua các số liệu nghiên cứu, khảo sát trên ta có thể nhận thấy đoạn đường dẫn vào cầu trong quá trình khai thác sử dụng hầu hết đều bị lún. Các dạng lún phổ biến là: Lún cuối bản quán độ, lún gãy tại giữa bản quá độ, lún tiếp giáp giữa bản quá độ và mố cầu. Các nguyên nhân gây ra hiện tượng lún như: do lún đất đắp, lún nên, do sói.
Hiện nay, các đoạn dẫn đầu cầu lún quá trị số cho phép theo Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô TCVN 4054-2005; Tiêu chuẩn thiết kế đường cao tốc TCVN 5729- 2012 và Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 275-2005 thường được xử lý bằng phương pháp bù lún, ngoài ra Bộ Giao thông vận tải đã ban hành Quyết định 3095/QĐ- BGTVT ngày 07/10/2013 ban hành Quy định tạm thời về các giải pháp công nghệ đối với đoạn chuyển tiếp giữa đường và cầu (cống) trên đường ô tô. Theo Quyết định này thì hầu hết chỉ xử lý được với những công trình có độ lún ít, với trường hợp lún nhiều và vẫn có xu hướng tiếp tục lún và diện lún rộng thì không mang lại hiệu quả về lâu dài. 25 CHƯƠNG2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYÉT, PHƯƠNG PHÁP GIA CÓ PHỤT TIA VỮA XI MĂNG CHO CÁC CÔNG TRÌNH ĐANG KHAI THÁC 2.1 Lý thuyết về gia cố đất 2.1 Đất yếu và khái niệm về đất yếu Nền đất yếu (Compessible soil) là nền nằm dưới đất đắp, là loại sét có trạng thái từ đẻo mềm đến nhão, có tính chịu nén lớn và tuỳ theo hàm lượng vật chất hữu cơ được gọi là bùn (soft organic soil) hoặc than bùn (peat). Khi đất đắp nằm trên nền đất yếu thì độ ổn định và mức độ biến dạng của chúng không chỉ phụ thuộc vào chất lượng đất đắp mà chủ yếu phụ thuộc vào nền đất yếu.
Nghiên cứu xử lý nền đất yếu là nghiên cứu bản chất trạng thái hoạt động của chúng, đánh giá độ ôn định, biến dạng và đề ra các giải pháp xử lý, gia cố để công trình đắp trên nền đất yếu được an toàn, đạt được yêu cầu kinh tế kỹ thuật cho thiết kế, thi công và khai thác sử dụng. Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (eo¡ >1), có môđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ. Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chỉ phí đầu tư xây dựng.1 Phân biệt nền đất yếu Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều có các tiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu.
Theo nguyên nhân hình thành: loại đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguôn gốc hữu cơ. 26 - Loại có nguồn gốc khoáng vật: thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng. - Loại có nguồn gốc hữu cơ: hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật. Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý (trạng thái tự nhiên): Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúng như hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hoà, góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt.
Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét, đầm lầy hoặc than bùn (phân loại theo độ sệt).2 Phân loại đất yếu Nói chung các dạng đất yếu thường có những đặc điểm sau: - Thường là loại đất sét có lẫn hữu cơ hoặc nhiều hoặc ít. - Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ. - Độ thắm nước rất nhỏ. - Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn.
Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn và than bùn. Ngoài ra ở một số vùng còn gặp loại đất có ở nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất Badan ở Tây Nguyên và thỉnh thoảng còn gặp các vỉa cát chảy là những loại đất yếu có những đặc điểm riêng biệt. * Đất sét mềm Theo quan điểm địa kỹ thuật thì không có sự phân biệt rõ ràng giữa đất sét mềm và bùn. Tuy nhiên ở đây ta hiểu đất sét mềm là loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bão hoà và có cường độ cao hơn so với bùn.
Đất sét mềm có những đặc điểm riêng biệt nhưng cũng có nhiều tính chất chung của các đất đá thuộc loại sét, đó là sản phẩm ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét. Đất sét gồm 27 chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, fenspat (phần phân tán thô) và các khoáng vật sét (phần phân tán mịn). Các khoáng vật sét này là các silicat alumin có chứa các ion Mg, K, Ca, Na va Fe. , chia thanh ba loại chính là ilit, kaolinit, môn- mônrilônit.
Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó. Ilit là khoáng vật đại biểu của nhóm hi-dromica — hidromica được thành tạo chủ yếu là ở môi trường kiềm (PH tới 9.5), trung tính và axit yếu, luôn chứa khá nhiều kali trong dung dịch. Về cấu tạo màng tỉnh thể, ilit chiếm vị trí trung gian giữa kaolinit và môn-mônrilônit. Kaolinit được thành tạo do phong hoá đá phún xuất, đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện khí hậu khác nhau nhưng nhất thiết phải ẩm.
Đặc điểm của mang tinh thé kaolinit là tương đối bền, ổn định. Mônmônrilônit được thành tạo chủ yếu trong quá trình phong hoá đá phún xuất và điều kiện môi trường kiềm (PH = 7 - 8.5), khí hậu khô, ôn hoà và ẩm. Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét mang những tính chất mà những loại đất khác không có: tính dẻo và sự tồn tại của gradien ban đầu, khả năng hấp thu, tính chất lưu biến.từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về cường độ, tính biến dạng. Một trong những đặc điểm quan trọng của đất yếu mềm là tính đẻo.
Nhân tố chủ yếu chỉ phối độ đẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0.002 mm và hoạt tính của chúng đối với nước. Một trong những tính chất quan trọng nữa của đất sét là độ bền cấu trúc (hay cường độ kết cấu øc) của chúng. Nếu tải trọng truyền lên đất nhỏ hơn tri sé oc thi biến dạng dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi, gọi là sự chùng ứng suất. Thời gian mà ứng suất gây nên biến dạng đang xét giảm đi e=2.7183 lần gọi là chu kỳ chùng ứng suất.
* Bùn Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc môi trường biển, gồm các hạt rất mịn, bản chất khoáng vật 28 thay đổi và thường có kết cấu tổ ong. Tỷ lệ phần trăm các chất hữu cơ nói chung dưới 10%. Bùn được thành tạo chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy biển, vũng, vịnh, hồ hoặc các bãi bồi cửa sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều. Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực.
Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn ( bùn có đặc tính là nén chặt không hạn chế kèm theo sự thoát nước tự do), modun biến dạng chỉ vào khoảng 1 — 5 daN/cm2 ( với bùn sét) và từ 10 —- 15 daN/cm2 (với bùn á sét, á cát), hệ số nén lún thì có thể đạt tới 2 - 3 cm2/daN. Như vậy bùn là những trầm tích nén chưa chặt và dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thẻ thực hiện được sau khi áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt. * Than bùn Than bùn là đất yếu nguồn gốc hữu cơ , được thành tạo do kết quả phân huỷ các di tích hữu cơ ( chủ yếu là thực vật) tại các đầm lầy. Than bùn có dung trọng khô rất thấp (3 - 9 KN/m3), hàm lượng hữu cơ chiếm 20 — 80%, thường có mầu den hoặc nâu sẫm, cấu trúc không mịn, còn thấy tàn dư thực vật.
Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình từ 85 — 95% và có thé đạt hàng trăm phần trăm. Than bùn là loại đất nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất: hệ số nén lún có thể đạt từ 3. rất nhỏ, có thể bỏ qua, còn vượt quá ø‹ thì đường cong quan hệ giữa hệ số rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc lớn. Tính lưu biến cũng là tính chất quan trọng của đất sét yếu.
Đất sét yếu là môi trường dẻo nhất. Chúng có tính từ biến và có khả năng thay đổi độ bền khi chịu tác dụng lâu dài của tải trọng. Khả năng đó gọi là tính lưu biến. Ngoài sự từ biến, trong tính chất lưu biến của đất sét còn có biểu hiện giảm * Các loại đất yếu khác - Cát chảy Cát chảy là loại cát hạt mịn, có kết cấu rời rạc, khi bão hoà nước có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể, có chứa nhiều chất hữu cơ hoặc sét.
Loại cát này khi 29 chịu tác dụng chấn động hoặc ứng suất thuỷ động thì chuyển sang trạng thái lỏng nhớt gọi là cát chảy. Trong thành phần hạt cát chảy, hàm lượng cát hạt bụi ( 0.002mm) chiếm 60 — 70 % hoặc lớn hơn. Ở trạng thái thiên nhiên, cát chảy có thể có cường độ và khả năng chịu lực tương đối cao nhưng khi bị phá hoại kết cấu và làm rời rạc thì không còn tính chất đó nữa, lúc đó cát chuyền sang trạng thái chảy như chất lỏng. Ngoài ra còn có loại cát chảy giả, chỉ bị chảy khi có áp lực thuỷ động.
Thành phần cát chảy giả là cát mịn sạch không lẫn vật liệu keo. Khi gặp cát chảy cần nghiên cứu kỹ, xác định chính xác nguyên nhân phát sinh, phát triển để áp dụng các biện pháp xử lý thích hợp.