Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đường đoạn lên cầu chợ kinh tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THÁI HIỀN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐOẠN LÊN CẦU CHỢ
KINH - TỈNH SÓC TRĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

SÓC TRĂNG, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI


NGUYỄN THÁI HIỀN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐOẠN LÊN CẦU CHỢ
KINH - TỈNH SÓC TRĂNG

CHUYÊN NGÀNH:

ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ:

60 58 02 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

TS NGUYỄN VĂN LỘC

SÓC TRĂNG, NĂM 2017


GÁY BÌA LUẬN VĂN

NGUYỄN THÁI HIỀN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu
kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được
công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào.

Tác giả luận văn

Nguyễn Thái Hiền

i


LỜI CÁM ƠN
Luận văn được hoàn thành là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình và sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, đặc biệt
dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy TS. Nguyễn Văn Lộc.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa học
suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình đã
giúp đỡ và tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn này.

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài...............................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................2
4. Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ....................................................................2
5. Kết quả dự kiến đạt được.............................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH VỀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
ĐẤT YẾU ........................................................................................................................3
1.1 Tổng quan nền đất yếu ..............................................................................................3
1.1.1 Khái niệm nền đất yếu ............................................................................................3
1.1.2 Một số đặc điểm của nền đất yếu ...........................................................................3
1.1.3 Các loại đất mềm yếu thường gặp ..........................................................................4
1.2 Tổng quan các giải pháp xử lý nền đất yếu ...............................................................4
1.2.1 Các giải pháp xử lý nền đất yếu .............................................................................4
1.2.2 Các phương pháp xử lý về móng: ..........................................................................4
1.2.3 Các phương pháp xử lý về nền: ..............................................................................5
1.2.3.1 Phương pháp thay nền (đệm cát): ........................................................................5
1.2.3.2 Phương pháp bệ phản áp: ....................................................................................7
1.2.3.3 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật. ........................................................................8
1.2.3.4 Phương pháp cọc bê tông cốt thép: .....................................................................9
1.2.3.5 Phương pháp cọc Xi măng đất: .........................................................................10
1.2.3.6 Phương pháp Cọc cát:........................................................................................11
1.2.3.7 Phương pháp Giếng cát: ....................................................................................12
1.2.3.8 Gia cố nền bằng bấc thấm. ................................................................................13
1.3 Lựa chọn phương pháp áp dụng cho dự án nền tuyến đường ................................14
1.3.1 Đánh giá các thông số địa chất .............................................................................14
1.3.2 So sánh giữa các giải pháp xử lý nền ...................................................................14
1.3.3 Lựa chọn phương pháp phù hợp áp dụng cho nền đường. ...................................17
1.4 Kết luận chương 1 ...................................................................................................18
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT ..............................19
iii


2.1 Khái quát về cọc xi măng đất .................................................................................. 19
2.1.1 Khái niệm cọc xi măng đất. .................................................................................. 19
2.1.3 Đặc điểm kết cấu của cọc xi măng đất ................................................................. 22
2.1.3.1 Xi măng – nước ảnh hưởng đến cọc xi măng đất.............................................. 22
2.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành cường độ .......................................... 22
2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán ......................................................................................... 27
2.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng tính toán thiết kế cọc xi măng đất. ....................................... 27
2.2.2. Nguyên tắc làm việc của cọc xi măng đất. .......................................................... 27
2.2.3 Tính toán thiết kế cọc xi măng đất. ...................................................................... 28
2.2.3.1. Tính sức chịu tải của cọc .................................................................................. 28
2.2.3.2. Đánh giá ổn định cọc xi măng đất theo trạng thái giới hạn 2. ......................... 29
2.2.3.3. Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương. ....................... 30
2.2.3.4. Kiểm tra sức chịu tải của lớp đất yếu cần được xử lý. ..................................... 31
2.2.3.5. Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ thuật châu Á. .. 31
2.3. Bố trí cọc. ............................................................................................................... 32
2.4. Công nghệ thi công. ............................................................................................... 34
2.4.1. Trộn khô. ............................................................................................................. 34
2.4.2. Trộn ướt ............................................................................................................... 37
2.6. Kết luận chương 2. ................................................................................................. 47
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIA CỐ XỬ LÝ NỀN TUYẾN ĐƯỜNG LÊN CẦU CHỢ
KINH – TỈNH SÓC TRĂNG ........................................................................................ 48
3.1 Tổng quan về công trình.......................................................................................... 48
3.1.1 Giới thiệu về công trình........................................................................................ 48
3.1.2 Tài liệu về Địa chất công trình ............................................................................. 50
3.1.3 Tài liệu về công trình đường lên cầu chợ Kinh – Sóc Trăng ............................... 54
3.2 Phân tích điều kiện công trình và tải trọng. ............................................................ 55
3.3 Ứng dụng kỹ thuật giải pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất để gia cố nền tuyến
đường lên cầu chợ Kinh – tỉnh Sóc Trăng .................................................................... 60
3.3.1. Phân tích tài liệu về địa chất................................................................................ 60
3.3.2. Phân tích các biện pháp xử lý nền. ...................................................................... 60
3.2.2.1. Thay đất nền. .................................................................................................... 61
iv


3.2.2.2. Dùng cọc bê tông cốt thép. ...............................................................................61
3.2.2.3. Dùng cọc xi măng đất. ......................................................................................62
3.3.3. Các tiêu chuẩn tính toán. .....................................................................................63
3.3.4. Thông số tính toán. ..............................................................................................64
3.3.5 Tính toán sức chịu tải của cọc xi măng đất ..........................................................67
3.3.5.1 Sức chịu tải của cọc tính theo điều kiện làm việc của cọc ................................67
3.3.5.2 Sức chịu tải của cọc theo điều kiện làm việc của đất nền: ...............................67
3.3.5.3 Chọn số cọc thiết kế ..........................................................................................68
3.3.6. Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền sau khi sử dụng cọc xi măng đất ..........69
3.3.7. Tính toán độ lún của nền sau khi sử dụng cọc xi măng đất . ..............................70
3.3.8 Tính toán biến dạng và ổn định mái đường bằng phần mềm Plasix. ...................73
3.4 Kết luận chương 3 ...................................................................................................81
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .............................................................................................83
1. Kết luận và kiến nghị .................................................................................................83
2. Một số điểm còn tồn tại .............................................................................................83
3. Kiến nghị ...................................................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................85

v


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Trộn đất và xi măng ....................................................................................... 20
Hình 2.2 xác định lượng nước cần dùng ....................................................................... 20
Hình 2.3 Quá trình đúc mẫu xi măng đất với tỷ lệ 240kg xi măng/ 1m3 đất ............... 21
Hình 2.4 Một số mẫu đúc xong theo tỷ lệ đất – xi măng – nước ................................... 22
Hình 2.5 Ảnh hưởng của loại đất .................................................................................. 23
Hình 2.6 Ảnh hưởng của loại xi măng đến cường độ nén............................................. 23
Hình 2.7 Ảnh hưởng của hàm lượng xi măng ............................................................... 24
Hình 2.8 Ảnh hưởng của lượng nước ban đầu .............................................................. 24
Hình 2.9 Ảnh hưởng của ngày tuổi ............................................................................... 26
Hình 2.10. Sơ đồ tính lún .............................................................................................. 29
Hình 2.11. Bố trí cọc trộn khô ....................................................................................... 33
Hình 2.12. Bố trí cọc trùng nhau theo khối................................................................... 33
Hình 2.13. Bố trí cọc trộn ướt trên mặt đất .................................................................. 33
Hình 2.14. Bố trí cọc trộn ướt trên biển ........................................................................ 34
Hình 2.15. Công nghệ thi công cọc xi măng đất ........................................................... 34
Hình 2.16. Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt ................................................ 40
Hình 2.17. Công nghệ đơn pha ..................................................................................... 40
Hình 2.18. Công nghệ hai pha ...................................................................................... 41
Hình 2.19. Công nghệ ba pha ....................................................................................... 42
Hình 2.20. Sơ đồ thiết bị công nghệ JG ........................................................................ 43
Hình 2.21. Một số hình ảnh về thi công cọc xi măng đất .............................................. 46
Hình 2.22. Xe khoan Kobelco DJM-2090 và xe khoan Nippon Sharyo DHP-70 ......... 46
Hình 3.1 Mặt cắt dọc thiết kế đường ............................................................................. 58
Hình 3.2. Mặt cắt ngang đường .................................................................................... 58
Hình 3.3. Kích thước móng quy ước ............................................................................. 70
Hình 3.4 Sơ đồ tính lún công trình. ............................................................................... 71
Hình 3.5 Biến dạng lưới chưa xử lý cọc xi măng đất .................................................... 78
Hình 3.6 Lún đỉnh đường .............................................................................................. 79
Hình 3.7 Lún nền đường................................................................................................ 79
Hình 3.8 Biến dạng lưới của nền đường khi xử lý ........................................................ 80
vi


Hình 3.9 Lún đỉnh đường đã xử lý nền ..........................................................................80
Hình 3.10 Lún nền đường đã xử lý (Giá trị độ lún S = 7,6cm) .....................................81
Hình 3.11. Kết quả tính toán ổn định : Msf = 1,687 .....................................................81

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Phân loại các kỹ thuật xử lý nền ................................................................... 15
Bảng 1.2 So sánh các phương pháp xử lý nền hiện nay ................................................ 15
Bảng 2.1: Sơ đồ thi công trộn khô ................................................................................ 35
Bảng 2.2. So sánh công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản ............................................... 36
Bảng 2.3. Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn của Bắc Âu và Nhật Bản ......................... 36
Bảng 2.4. Sơ đồ thi công trộn ướt ................................................................................. 38
Bảng 2.5. Công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản.................................................... 39
Bảng 2.6. Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản ........................ 39
Bảng 2.7. Các thông số kỹ thuật thông dụng ................................................................ 43
Bảng 3.1. Thống kê tải trọng tĩnh tải tác dụng lên nền đường ..................................... 59
Bảng 3.2. Bảng thống kê chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất sử dụng tính toán xử lý nền ... 60
Bảng 3.3. Các thông số tính toán lấy từ tài liệu địa chất ............................................ 64
Bảng 3.4. Chiều sâu cắm cọc vào các lớp đất .............................................................. 66
Bảng 3.5. Kết quả tính toán nền tương đương .............................................................. 67
Bảng 3.6. Tính sức chịu tải của cọc theo điều kiện làm việc của đất nền .................... 68
Bảng 3.7. Tính giá trị độ lún S 1 của nền đường ........................................................... 72
Bảng 3.8. Tính giá trị độ lún S 2 của nền đường ........................................................... 72

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

Acol

: Diện tích của cọc xi măng đất.

as

: Diện tích tương đối của cọc xi măng đất.

Asoil

: Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng

B, L, H

: Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất.

Ccol

: Lực dính của cọc xi măng đất.

Cci

: Chỉ số nén lún.

Cu.soil

: Độ bền chống cắt không thoát nước.

CDM

: Cọc xi măng đất.

cu

: Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố.

Cri

: Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.

Csoil

: Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng

đất.
Ctđ

: Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố.

d

: Đường kính cọc.

DM

:Công nghệ trộn sâu.

ĐXM

:Cọc đất xi măng.

Ecol

: Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất.

Esoil

: Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố.

Etđ

: Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố.

E50

: Mô đun biến dạng.

eoi

: Hệ số rỗng của lớp đất .

Fs

: Là hệ số an toàn.

H

: Chiều cao nền đắp.

Lcol

: Chiều dài cọc.

LVThS

:Luận văn Thạc sĩ

[M]

: Moment giới hạn của cọc xi măng đất.

N/XM

:nước/ xi măng

Qult

: Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất.

ix


[S]

: Độ lún giới hạn cho phép.

∑ Si

: Độ lún tổng cộng của móng cọc.

φcol

: Góc nội ma sát của cọc xi măng đất.

φsoil

: Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc

xi măng đất.
φtđ

: Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố.

hi

: Bề dày lớp đất tính lún thứ i.

σ’vo

: Ứng suất do trọng lượng bản thân.

Δσ’v

: Gia tăng ứng suất thẳng đứng.

σ’p

: Ứng suất tiền cố kết.

Qp

: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc.

ffs

: Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất.

fq

: Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài.

q

: Ngoại tải tác dụng.

γ

: Dung trọng đất đắp.

R

: Bán kính cung trượt tròn.

τe

: Sức chống cắt của vật liệu đất đắp.

τav

: Sức chống cắt của vật liệu cọc

Δl

: Chiều dài cung trượt tương ứng.

xi

: Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay.

wi

: Trọng lượng của mảnh thứ i.

φi

: Góc ma sát trong của lớp đất.

Ltb

: Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài.

Q

: Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên.

t

: Tỉ lệ xi măng dự kiến.

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền là hết
sức quan trọng, quyết định đến tính khả thi của dự án. Những khu vực có tầng đất yếu khá
dày như vùng Nhà Bè, Bình Chánh ở thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh ở đồng bằng
sông Cửu Long nói chung và đặc biệt là ở tỉnh Sóc Trăng nói riêng. Các tuyến đường ở
nước ta và cụ thể là các tuyến đường trên địa bàn tỉnh Sóc Trăng thì đa phần nằm trên các
lớp đất yếu dày. Do vậy việc nghiên cứu, lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu là quan
trọng.
Cùng với những tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung, xử lý nền đất yếu ngày càng được
cải tiến và hoàn thiện. Hiện nay, có nhiều giải pháp để xử lý nền đất yếu như: cọc cát, vải
địa kỹ thuật kết hợp gia tải trước, hút chân không, cọc xi măng đất, cọc tre, cọc tràm, cọc bê
tông cốt thép..., mỗi giải pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Vì vậy, việc lựa
chọn giải pháp tối ưu nhất về kinh tế, kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế phải tính toán và so
sánh giữa các giải pháp xử lý nền đất yếu với nhau.
Tuy nhiên do chưa được áp dụng rộng rãi tại Sóc Trăng, tính mới mẻ của công nghệ, sự hạn
chế về nghiên cứu, kinh nghiệm của các đơn vị tham gia tại Sóc Trăng, mà các hồ sơ thiết
kế thường chưa hợp lý dẫn đến những khó khăn trong quá trình triễn khai và sự lãng phí về
kinh tế cho dự án.
Để khắc phục vấn đề trên, nhiệm vụ cấp thiết của đề tài là cập nhật những biện pháp xử lý
nền đất yếu tiên tiến, phù hợp và đưa ra những giải pháp tối ưu trong việc xử lý nền đất yếu
cho tuyến đường lên cầu chợ Kinh tỉnh Sóc Trăng.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Phân tích, các biện pháp xử lý nền đất yếu
- Ứng dụng tính toán các giải pháp xử lý nền đất yếu cho tuyến đường lên cầu chợ Kinh tỉnh
Sóc Trăng.

1


3. Nội dung nghiên cứu:
Đề tài sẽ chủ yếu tập trung nghiên cứu những nội dung sau:
- Các giải pháp xử lý nền đất yếu và cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế các giải pháp xử lý
nền đất yếu áp dụng để xử lý cho nền đường giao thông;
- Nghiên cứu lựa chọn tổ hợp giải pháp xử lý nền, phương pháp tính toán biện pháp xử lý
nền phù hợp áp dụng cho tuyến đường lên cầu chợ Kinh tỉnh Sóc Trăng.
4. Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát địa chất, tài liệu thiết kế
cơ sở,…) để làm rõ điều kiện địa chất công trình và tổ hợp tải trọng;
- Phân tích và lựa chọn giải pháp hợp lý để xử lý nền công trình;
- Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mô hình số với việc sử dụng phần mềm Geoslope, Plaxis để phân tích, kiểm tra ổn định và biến dạng.
5. Kết quả dự kiến đạt được
- Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán, thiết kế các giải pháp xử lý nền đất yếu;
- Ứng dụng tính toán chọn giải pháp xử lý nền tuyến đường lên cầu chợ Kinh tỉnh Sóc
Trăng.
5. Bố cục luận văn
Mở đầu
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
Chương 2. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT
Chương 3. ỨNG DỤNG GIA CỐ XỬ LÝ NỀN TUYẾN ĐƯỜNG LÊN CẦU CHỢ KINH
– TỈNH SÓC TRĂNG
Kết luận và kiến nghị

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU
1.1 Tổng quan nền đất yếu
1.1.1 Khái niệm nền đất yếu [1],[2]
Theo TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000 thì đất yếu được định nghĩa và có các đặc trưng
như sau: Đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới
hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ
0,15daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0o–10o hoặc lực dính từ kết quả cắt nhanh hiện
trường Cu ≤ 0,35 daN/cm2.
Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt
không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:
+ Đất rất yếu: Su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2.
+ Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4.
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy
không thể làm nền tự nhiên cho nền xây dựng.
Khi xây dựng các công trình thủy lợi, dân dụng, giao thông thường gặp các loại nền đất yếu,
tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng
phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún,
đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác
khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu. Để xử lý đất yếu đạt hiệu
quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong
việc lựa chọn giải pháp hợp lý.
1.1.2 Một số đặc điểm của nền đất yếu
Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; Sức chịu tải bé (0,5-1kg/cm2);
Đất có tính nén lún lớn (a>0,1 cm2/kg); Hệ số rỗng e lớn (e>1,0); Độ sệt lớn (B>1); Mô-đun

3


biến dạng bé (E<50kg/cm2); Khả năng chống cắt (C) bé, khả năng thấm nước bé; Hàm
lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G>0,8, dung trọng bé.
1.1.3 Các loại đất mềm yếu thường gặp
- 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 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 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 ha 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 bé, khả năng thấm nước cao, dễ
bị lún sụt.
1.2 Tổng quan các giải pháp xử lý nền đất yếu [4],[6],[7]
1.2.1 Các giải pháp xử lý nền đất yếu
Nền móng của các công trình xây dựng nói chung và công trình đường giao thông nói riêng
khi đặt trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải nền
thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn nơi đặt công trình. Cụ thể trong công
trình giao thông, tác giả chú trọng vào nghiên cứu về các phương pháp xử lý nền đường
giao thông. Đường giao thông thường được xây dựng ở những nơi có tầng đất yếu khá dày,
tập trung đất sét và thường xuyên ngập trong nước. Để công trình này an toàn hoạt động tốt
rất cần các giải pháp và công nghệ xử lý nền thích hợp.
1.2.2 Các phương pháp xử lý về móng:
- Khi xử lý theo phương pháp này, người ta thường sử dụng những phương pháp như sau:
+ Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền. Khi
tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của đất nền đồng thời làm giảm
ứng suất gây lún cho móng nền giảm được độ lún của móng. Đồng thời tăng độ sâu chôn

4


móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc
tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa hai yếu tố kinh tế và kỹ thuật.
+ Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng
lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng
của nền. Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và
làm giảm độ lún của công trình. Tuy nhiên, đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì
biện pháp này không hoàn toàn phù hợp.
+ Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình:
có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp;
trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực
cho móng. Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng càng bé và độ lún sẽ
bé. Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng
kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn.
1.2.3 Các phương pháp xử lý về nền:
- Hiện nay có nhiều phương pháp, vấn đề quan trọng là làm sao chọn được phương pháp xử
lý thích hợp cho các loại đất riêng biệt, thỏa mãn được yêu cầu thiết kế đối với công trình,
đồng thời rút ngắn được thời gian thi công, giảm chi phí xây dựng, nâng cao tính hiệu quả
của công trình.
A. Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất của 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.
1.2.3.1 Phương pháp thay nền (đệm cát):
Đệm cát thường sử dụng khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước như sét nhão; cát pha
bão hòa nước, sét pha nhão; bùn; than bùn có chiều dày lớp đất cần thay thế không lớn lắm
5


(nhỏ hơn 3m). Người ta bóc bỏ các lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cát có khả năng
chịu lực lớn hơn.

Hình 1-2: Móng trên đệm cát
Bề dày của đệm cát được quyết định như thế nào để ứng suất lên tầng đất yếu không
vượt quá tải trọng cho phép.
Như vậy phải thỏa mãn yêu cầu:
qH + k0 ( p0 − γ hm ) ≤ RH

Trong đó:
q H là ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở độ sâu H
k 0 là hệ số tính ứng suất pháp thẳng đứng của các điểm nằm dưới trọng tâm
diện tích tải trọng
p 0 là áp lực đáy móng

γ là trọng lượng thể tích của đất yếu
h m là độ sâu đặt móng
R H là sức chịu tải tính toán của đất yếu ở độ sâu H
* Tác dụng của đệm cát:
- Lớp đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực tiếp thu tải trọng công trình truyền xuống
lớp đất thiên nhiên. Làm tăng sức chịu tải của đất nền.
6


- Làm giảm độ lún của móng; giảm độ lún lệch của móng do có sự phân bố lại ứng suất do
tải trọng ngoài gây ra trong đất nền ở dưới tầng đệm cát.
- Giảm chiều sâu chôn móng từ đó giảm khối lượng vật liệu xây móng.
- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chịu tải của nền và rút ngắn
quá trình lún.
- Tuy nhiên, khi sử dụng biện pháp đệm cát cần phải chú ý đến trường hợp sinh ra hiện
tượng cát chảy, xói ngầm trong nền do nước ngầm hoặc hiện tượng hóa lỏng do tác dụng
của tải trọng động.
* Những trường hợp sau đây không nên sử dụng đệm cát:
- Lớp đất phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m, lúc này đệm cát có chiều dày lớn, thi công
khó khăn, không kinh tế.
- Mực nước ngầm cao và có áp. Lúc này hạ mực nước ngầm rất tốn kém và đệm cát không
ổn định.
- Kích thước đệm cát được xác định bằng tính toán nhằm thoả mãn 2 điều kiện: ổn định về
cường độ và đảm bảo độ lún của công trình sau khi có đệm cát nằm trong giới hạn cho
phép.
1.2.3.2 Phương pháp bệ phản áp:
- Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường hoặc
nền đê trên nền đất yếu. Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ lún phụ của
bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản áp. Chiều cao và chiều rộng của bệ
phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp
đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp.
B. Các biện pháp xử lý nền bằng 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.

7


1.2.3.3 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật.
- Đối với nền đất đắp, việc đặt vào một hoặc nhiều lớp vải địa kỹ thuật sẽ làm tăng
cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đường chống lại sự trượt tròn. Mặt
khác vải địa kỹ thuật còn có tác dụng làm cho độ lún của nền đất đắp được đồng đều
hơn.

Hình 1-3: Vải địa kỹ thuật
* Phạm vi áp dụng:
- Xử lý cục bộ sự mất ổn định của nền đất đắp, sử dụng nhiều trong các công trình
thủy lợi, giao thông hoặc nền gia cố bằng đệm cát, gia cố cho tường chắn đất,….
* Một số lưu ý khi gia cố nền:
- Nên sử dụng các vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp có cường độ cao, biến dạng nhỏ, lâu lão
hóa làm lớp thảm tăng cường cho nền đất đắp.
- Việc sử dụng vải địa kỹ thuật không bị hạn chế bởi điều kiện địa chất nhưng khi nền đất
càng yếu thì tác dụng càng rõ rệt. Số lớp thảm tăng cường phải dựa vào tính toán để xác
định, có thể bố trí một hoặc nhiều lớp, cách nhây khoảng 15 - 30 cm.
- Phải bố trí đủ chiều dài đoạn neo giữ, trong chiều dài đoạn neo, tỷ số của lớp ma sát với
mặt trên và mặt dưới của lớp thảm Pf và lực kéo thiết kế của lớp thảm Pj phải thỏa mãn điều
kiện:

Pf
≥ 1,5
Pj
j

- Góc ma sát giữa lớp thảm và vật liệu đắp φf nên dựa vào kết quả thí nghiệm để xác
định, nếu không làm được thí nghiệm thì có thể xác định theo công thức sau:

8


tgφ f = 2 tgφ q
3
Trong đó: φ q là góc ma sát trong xác định bằng thí nghiệm cắt nhanh của vật liệu đắp
tiếp xúc với lớp thảm.
1.2.3.4 Phương pháp cọc bê tông cốt thép:
* Giới thiệu chung.
- Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn có hai loại: Cọc bê tông cốt thép thường và cọc bê tông cốt
thép ứng suất trước. Cọc thường có hình vuông, cạnh cọc có kích thước 0,1 ÷ 1,0m; Kích
thước thường gặp ở Việt Nam hiện nay là 0,2 ÷ 0,4 m. Với cọc bê tông cốt thép thường thì
mác bê tông hay sử dụng là 250 ÷ 350 KG/cm2. Còn với cọc BTCT ứng suất trước thì mác
bê tông là 350 ÷ 450 KG/cm2. Cáp kéo ứng suất trước thường có cường độ cực hạn khoảng
1800Mpa (18000 kG/cm2). Trong quá trình đổ bê tông, cáp được kéo trước với áp lực
khoảng 900 ÷ 1300 Mpa. Cọc bê tông cốt thép ứng suất trước có ưu điểm là sức chịu tải
lớn, có thể xuyên qua các lớp cát, sỏi cuội. Tuy nhiên, loại cọc bê tông cốt thép ứng suất
trước chưa được áp dụng phổ biến ở Việt Nam. Vì vậy, trong khuôn khổ đồ án này tác giả
chỉ đề cập đến cọc bê tông cốt thép thường.
- Thép chịu lực chính của cọc bê tông cốt thép thường (thép dọc theo chiều dài cọc) thường
sử dụng thép AII hoặc cao hơn. Số lượng và kích thước thép được xác định theo tính toán
kết cấu cọc (cả trong thi công lẫn trong khai thác) đường kính không nên bé hơn φ12, số
thanh chọn chẵn và bố trí đối xứng. Thép đai cọc bê tông cốt thép đúc sẵn tương ứng với
các quy định sử dụng của cấu kiện bê tông cốt thép. Việc bố trí thép đai trong cọc có thể có
bước thay đổi, chủ yếu để tiết kiệm. Trong trường hợp này cốt đai bố trí dầy ở hai đầu và
thưa dần vào giữa.
* Phạm vi áp dụng.
- Hiện nay cọc bê tông cốt thép tiết diện đặc được áp dụng khá phổ biến ở Việt Nam
nó thường được sử dụng để xử lý nền của các công trình có tải trọng không quá lớn,
chiều sâu lớp đất yếu không quá sâu như:
- Nhà ở, công trình công cộng có chiều cao đến 5 tầng.
- Móng các trạm bơm.
- Móng các cầu có tải trọng nhỏ.
- Mỏ hàn trong việc chỉnh trị sông.
- Làm hàng cừ bảo vệ mái đê, đường tại những chỗ xung yếu.
9


1.2.3.5 Phương pháp cọc Xi măng đất:
* Phạm vi áp dụng.
- Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp với các loại đất được hình thành từ các nguyên
nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hoà, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất sét và đất sét
bột, v.v…Độ sâu gia cố từ mấy mét đến 50 ÷ 60m. Áp dụng tốt nhất cho độ sâu gia cố
từ 15 ÷ 20m và loại đất yếu khoáng vật đất sét có chứa đá cao lanh, đá cao lanh nhiều
nước và đá măng tô thì hiệu quả tương đối cao; gia cố loại đất tính sét có chứa đá silic
và hàm lượng chất hữu cơ cao, độ trung hoà (pH) tương đối thấp thì hiệu quả tương
đối thấp.
- Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu. Cọc xi măng đất
được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình Xây
dựng, Giao thông, Thuỷ lợi, Sân bay, Bến cảng… làm tường hào chống thấm cho đê
đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, gia cố đất xung quanh đường hầm, ổn
định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn....
- Ngoài chức năng làm tăng cường độ chịu tải của đất nền, trụ đất xi măng còn được
dùng trong các trường hợp sau:
- Giảm độ lún công trình;
- Tăng khả năng chống trượt mái dốc;
- Ổn định thành hố móng;
- Giảm ảnh hưởng chấn động đến công trình lân cận;
- Tránh hiện tượng hoá lỏng của đất rời;
* Ưu nhược điểm nổi bật của cọc xi măng đất..
- Thi công nhanh tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và
đạt đủ cường độ, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao.
- Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong
tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay.
- Rất thích hợp cho công tác sử lý nền, sử lý móng cho các công trình ở các khu vực nền đất
yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển.
- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước.

10


1.2.3.6 Phương pháp Cọc cát:
* Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
Cọc cát được sử dụng trong các trường hợp sau đây : Công trình chịu tải trọng lớn trên nền
đất yếu có chiều dày > 3m.
- Những trường hợp sau đây không nên dùng cọc cát:
- Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất (khi hệ số rỗng nén chặt enc > 1
thì không nên dùng cọc cát.
- Chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng nhỏ hơn 3m, lúc này dùng đệm cát tốt hơn.
Tác dụng của cọc cát :
Làm cho độ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm đi, trọng lượng thể tích, modun biến dạng, lực
dính và góc ma sát trong tăng lên.
- Do nền đất được nén chặt, nên sức chịu tải tăng lên, độ lún và biến dạng không đều
của đất nền dưới đế móng giảm đi đáng kể.
- Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng làm
việc đồng thời, đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Vì vậy sự phân bố
ứng suất trong nền được nén chặt bằng cọc cát có thể được coi như một nền thiên nhiên.
- Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên
nhiên hoặc nền gia cố bằng cọc cứng. Phần lớn độ lún của công trình diễn ra trong quá trình
thi công, do vậy công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định.
- Sử dụng cọc cát rất kinh tế so với cọc cứng (so với cọc bê tông giá thành giảm 50%, so với
cọc gỗ giảm 30%), không bị ăn mòn, xâm thực. Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi
những thiết bị thi công phức tạp.

11


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×