Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu zone 5, nhà máy xử lý khí cà mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

QUÁCH ĐỨC HÒA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ZONE 5,
NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU BẰNG BẤC THẤM KẾT
HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

QUÁCH ĐỨC HÒA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ZONE 5,
NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU BẰNG BẤC THẤM KẾT
HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

CHUYÊN NGÀNH:

ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ:

60 58 02 04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

TS. PHẠM QUANG TÚ

HÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận văn

Quách Đức Hòa

3

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu luận văn thạc sĩ cùng với sự hướng dẫn tận tình của
thầy Tiến sĩ Phạm Quang Tú và sự động viên giúp đỡ của gia đình, bạn bè em đã hoàn
thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu Zone
5, nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải”
theo đúng yêu cầu và kế hoạch được giao.
Luận văn này có ý nghĩa quan trọng đối với bản thân và đã giúp em cũng cố lại kiến
thức trong suốt quá trình học tập, đây là một dịp rất tốt để làm quen với công tác thiết
kế tổ chức thi công một công trình cụ thể.
Trong quá trình làm luận văn , em đã cố gắng nghiên cứu, vận dụng kiến thức đã học,
tham khảm các tài liệu liên quan, các quy trình, quy phạm hiện hành học hỏi những
kinh nghiệm quý báu của thầy hướng dẫn để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao. Tuy
nhiên do trình độ có hạn, kinh nghiệm của bản thân còn ít nên việc vận dụng kiến thức
tính toán một công trình cụ thể còn hạn chế và không tránh khỏi những sai sót. Kính
mong các thầy, cô giáo chỉ bảo và giúp em bổ sung những kiến thức cần thiết.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Phạm Quang Tú người đã rất tận tình
chỉ bảo, đôn đốc, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận án. Cùng toàn thể thầy
cô giáo trong bộ môn Địa Kỹ Thuật trường Đại học Thủy Lợi đã truyền đạt kiến thức
chuyên môn và thực tế cho em. Đồng thời em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn
ủng hộ giúp đỡ em trong quá trình em làm luận văn tốt nghiệp.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Học viên

Quách Đức Hòa

4

i


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...........................................4
1.1. Tổng quan về nền đất yếu.........................................................................................4
1.1.1. Khái niệm về đất yếu .............................................................................................4
1.1.2. Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp:........................................................5
1.1.3. Nhận biết đất yếu...................................................................................................5
1.1.4. Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu ..........................................................6
1.2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình..................................7
1.2.1. Giải pháp cơ học:...................................................................................................7
1.2.2. Các giải pháp thủy lực học (Vật lý): ...................................................................14
1.2.3 Các giải pháp hóa học: .........................................................................................19
1.3. Kết luận chương 1 ..................................................................................................21
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC
THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI ..............................................23
2.1. Các nguyên lý tính toán và thiết kế bấc thấm.........................................................23
2.1.1. Các nguyên lý tính toán.......................................................................................23
2.1.2. Thiết kế bấc thấm ................................................................................................23
2.2. Qui trình, thiết bị và kỹ thuật thi công bấc thấm. ...................................................30
2.3. Kiểm soát chất lượng..............................................................................................32
2.4. Thiết bị quan trắc hiện trường ................................................................................33
2.5. Quy trình thi công...................................................................................................34
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ZONE 5, NHÀ
MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU .......................................................................................35
3.1. Giới thiệu về dự án .................................................................................................35
3.1.1. Mục tiêu đầu tư:...................................................................................................35
3.1.2. Vị trí địa lý:..........................................................................................................36
3.1.3. Điều kiện địa chất:...............................................................................................37
3.1.4. Phạm vi xử lý nền:...............................................................................................40
3.1.5. Yêu cầu thiết kế xử lý nền:..................................................................................40

3

3


3.2. Tính toán thiết kế chi tiết: ......................................................................................41
3.2.1 Phân tích các số liệu đầu vào. ..............................................................................41
3.2.2. Lựa chọn chỉ tiêu cơ lý của đất nền.....................................................................42
3.2.3. Tính toán và bố trí bấc thấm: ..............................................................................43
3.2.4. Tổng hợp kết quả tính toán: ................................................................................54
3.3. Mô phỏng bằng phần mềm Geo-studio ..................................................................56
3.3.1. Giới thiệu phần mềm...........................................................................................56
3.3.2. Các bước giải bài toán........................................................................................57
3.3.3. Mô tả bài toán và nhập số liệu.............................................................................58
3.4. Mô phỏng bài toán..................................................................................................59
3.4.1. Phân tích:.............................................................................................................59
3.4.2. Các bước thực hiện..............................................................................................59
3.4. Quan trắc quá trình thi công ...................................................................................65
3.4.1. Kiểm tra độ cao mặt bằng ...................................................................................65
3.4.2. Quan trắc độ lún bề mặt ......................................................................................65
3.4.3. Quan trắc áp suất chân không .............................................................................66
3.4.4. Quan trắc độ lún từng lớp....................................................................................66
3.4.5. Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng .............................................................................67
3.4.6. Quan trắc ổn định nền .........................................................................................67
3.4.7. Khảo sát lại đánh giá hiệu quả gia cố nền ...........................................................68
3.5. Thi công và nghiệm thu..........................................................................................68
3.5.1. yêu cầu về vật liệu ...............................................................................................68
3.6. Thiết kế thi công chi tiết.........................................................................................71
3.6.1. Nghiệm thu tọa độ chỉ giới, cao độ và phạm vi xử lý nền. .................................71
3.6.2. San lấp mặt bằng .................................................................................................72
3.6.3. Thi công lớp đệm cát...........................................................................................72
3.6.4. Thi công bấc thấm ...............................................................................................72
3.6.5. Thi công tường sét...............................................................................................74
3.6.6. Lắp đặt hệ thống thiết bị quan trắc......................................................................75
3.6.7. Thi công hệ thống thoát nước ngang...................................................................75
3.6.8. Thi công các lớp vải địa kỹ thuật ........................................................................76

4

4


3.6.9. Thi công 2 lớp màng chân không ........................................................................77
3.6.10. Nối màng ra và lắp đặt hệ thống hút chân không ..............................................77
3.6.11. Vận hành hệ thống bơm chân không .................................................................78
3.6.12. Thi công gia tải cát ............................................................................................79
3.6.13. Dỡ tải chân không..............................................................................................80
3.6.14. San gạt mặt bằng và lu lèn.................................................................................81
3.7. Thoát nước..............................................................................................................81
3.7.1. Thoát nước nền ....................................................................................................81
3.7.2. Thoát nước hút chân không trước gia tải.............................................................81
3.8. Ảnh hưởng của công tác xử lý nền đối với các khu vực xung quanh ....................82
3.9. An toàn và bảo vệ môi trường trong thi công.........................................................82
3.9.1. Quy định chung ...................................................................................................82
3.9.2. Công tác an toàn lao động ...................................................................................83
3.10. Bảo vệ môi trường ................................................................................................84
3.10.1. Phòng ngừa ô nhiễm đất, nguồn nước và xói lở đất..........................................84
3.10.2. Phòng ngừa ô nhiễm khí thải và tiếng ồn. .........................................................85
3.11. Kiểm tra và nghiệm thu ........................................................................................85
3.11.1. Lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách..........................................................................85
3.11.2. Tầng đệm cát thoát nước ngang và hệ thống thoát nước bề mặt.......................85
3.11.3. Thi công cắm bấc, hào kín khí hoặc tường kín khí ...........................................85
3.11.4. Hệ thống thiết bị quan trắc. ...............................................................................86
3.11.5. Hệ thống ống hút nước ngang, ống hút chân không và bản thoát nước ngang .86
3.11.6. Kiểm tra màng kín khí.......................................................................................86
3.11.7. Độ kín khí khi gia tải hút chân không ...............................................................87
3.11.8. Lớp bù lún và đắp gia tải thêm ..........................................................................87
3.11.9. Bảng tiến độ thi công.........................................................................................87
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ.............................................................................................88
1. Những kết quả đạt được ............................................................................................88
2. Một số điểm còn tồn tại .............................................................................................88
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ......................................................................................88

5

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Xác định độ cố kết Uv ..................................................................................26
Bảng 3.1: Tổng hợp tọa độ của các điểm định vị khu vực xây dựng của dự án. .........36
Bảng 3.2: Tổng hợp thông số kỹ thuật của các hạng mục thuộc nhà máy....................40
Bảng 3.3: Các yêu cầu kỹ thuật và tiền độ thi công xử lý nền.....................................40
Bảng 3.4: Tải trọng khai thác trong trường hợp nếu không xử lý nền..........................42
Bảng 3.5: Tải trọng trong quá trình khai thác. ..............................................................42
Bảng 3.6: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán (Zone 5) ........42
Bảng 3.7: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán .......................42
Bảng 3.8: Độ cố kết của nền dưới tải trọng khai thác:..................................................43
Bảng 3.9: Thông số của bấc thấm .................................................................................44
Bảng 3.10: Tải trọng khi thi công cắm bấc thấm ..........................................................44
Bảng 3.11: Độ lún dưới tải trọng thi công khi cắm bấc thấm .......................................45
Bảng 3.12: Độ cố kết trung bình theo phương đứng và phương ngang trong quá trình
cắm bấc thấm.................................................................................................................45
Bảng 3.13: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải trọng khi cắm bấc thấm ...................46
Bảng 3.14: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 1........................................47
Bảng 3.15: Bảng kết quả tính toán lún phương án 1.....................................................47
Bảng 3. 16: Độ lún ổn định của nền khi xử lý theo phương án 1 .................................48
Bảng 3.17: Độ cố kết trung bình theo phương đứng và theo phương ngang theo
phương án 1 ...................................................................................................................48
Bảng 3. 18: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo
phương án 1 ...................................................................................................................49
Bảng 3.19: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 2........................................50
Bảng 3.20: Bảng kết quả tính toán lún phương án 2.....................................................50
Bảng 3.21: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương
án 2 ................................................................................................................................51
Bảng 3.22: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 3........................................52
Bảng 3.23: Bảng kết quả tính toán lún phương án 3.....................................................52
Bảng 3. 24: Độ lún ổn định của nền khi xử lý theo phương án 3 .................................53

6

6


Bảng 3.25: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương
án 3 ................................................................................................................................53
Bảng 3.26: Bảng so sánh kết quả phân tích lựa chọn khoảng cách bấc thấm ...............54
Bảng 3. 27: Tổng hợp khối lượng xử lý nền theo các phương án .................................55
Bảng 3. 28: Các yêu cầu kỹ thuật của bấc thấm............................................................69
Bảng 3.29: Yêu cầu kỹ thuật màng chân không cần đạt ...............................................70
Bảng 3.30: Tiến độ thi công dự kiến .............................................................................87

viii

7


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Thi công cọc cát ..............................................................................................9
Hình 1.2: Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn.........................................................................11
Hình 1.3: Máy đóng cọc ................................................................................................12
Hình 1.4: Máy ép cọc ....................................................................................................12
Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động giếng cát......................................................................15
Hình 1.6: Máy cắm bấc thấm Doosan 370, FS16, chiều sâu cắm bấc max: 32m .........18
Hình 2.1: Toán đồ xác định nhân tố xáo động Fs .........................................................27
Hình 2.2: Toán đồ xác định sức cản F r .........................................................................28
Hình 2.3: Toán đồ xác định độ cố kết theo phương ngang U h ......................................29
Hình 2.4: Thi công bấc thấm a) Thiết bị cắm bấc thấm; b) Ống lồng bấc thấm...........31
Hình 3.1: Mặt bằng nhà máy và khu vực xử lý nền (Zone 5) .......................................36
Hình 3.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của nền theo độ sâu các lớp đất........................38
Hình 3.3: Mặt cắt địa chất khu vực nhà máy ................................................................39
Hình 3.4: Độ lún theo thời gian khi cắm bấc thấm .......................................................46
Hình 3.5: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 1....................................49
Hình 3.6: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 2....................................51
Hình 3.7: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 3....................................54
Hình 3.8: So sánh giá thành xây dựng giữa 03 phương án ...........................................55
Hình 3.9: Giao diện phần mềm GEOSTUDIO .............................................................57
Hình 3.10: Các bước giải bài toán bằng phần mềm Geostudio.....................................57
Hình 3.11: Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào nền ................................................63
Hình 3.12: Tính toán ứng suất và biến dạng khi xử lý nền ...........................................64
Hình 3.13: Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào.......................................................64

viii

8


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

c: Lực dính (kPa);
: Góc ma sát trong (°);
b: Bề rộng của một mảnh trượt (m);
u: Áp lực nước lỗ rỗng tác động vào mảnh trượt (kPa);
3

W: Trọng lượng một mảnh (kN/m );
: Góc nghiêng ở đáy mảnh trượt (°).
p : Ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây ra. Do diện chịu tải lớn, nên xem như
ứng suất phụ thêm không thay đổi theo chiều sâu.
z

: Ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân của các lớp đất.

p c : Áp lực tiền cố kết của lớp đất tương ứng.
C c : Chỉ số nén của lớp đất tương ứng.
C s : Chỉ số nén lại của lớp đất tương ứng.
h i : Chiều dày của lớp đất tương ứng.
e 0i : Hệ số rỗng ban đầu của lớp đất phân tố i.
U v Độ cố kết theo phương đứng.
Uh: Độ cố kết theo phương ngang.

9



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Dự án đầu tư xây dựng công trình Nhà máy xử lý Khí Cà Mau (GPP Cà Mau) là một
phần trong kế hoạch thực hiện mục tiêu trong chiến lược phát triển ngành khí Việt
Nam giai đoạn đến năm 2015, định hướng đến năm 2025.
Khi Dự án Nhà máy GPP Cà Mau được triển khai và đưa vào vận hành sẽ giúp cân đối
cung cầu về khí tại khu vực Tây Nam Bộ, đa dạng hóa các sản phẩm dầu khí có giá trị
cao, đáp ứng như cầu sản phẩm khí hóa lỏng và hóa dầu tại tỉnh Cà Mau, khu vực Tây
Nam Bộ và trên toàn quốc, góp phần vào việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia,
đồng thời góp phần giải quyết các vấn đề về kinh tế xã hội: tạo việc làm cho lực lượng
lao động địa phương, tăng nguồn thu cho ngân sách nhà nước cho khu vực miền Tây
Nam bộ, đặc biệt là tỉnh Cà Mau.
Dự án Nhà máy GPP Cà Mau được thực hiện trong thời gian 23 tháng và dự kiến hoàn
thành vào cuối năm 2017.Trong khu vực xây dựng xuất hiện tầng đất yếu đến độ sâu
từ 16.2m đến 17.2m từ mặt đất tự nhiên. Với điều kiện địa chất yếu, chiều dày đất yếu
lớn, mặc dù các kết cấu chính về sau sẽ có thiết kế móng riêng (móng cọc), tuy nhiên
vẫn cần phải tiến hành xử lý nền trước khi xây dựng để đảm bảo các kết cấu của khu
vực sau này làm việc an toàn dưới ảnh hưởng của lớp đất đắp san nền trên diện rộng
và tải trọng khai thác. Nếu không được xử lý, các tải trọng này sẽ gây ra độ lún lớn
cho nền trên phần không có cọc, có thể gây ra ma sát âm làm giảm sức chịu tải của
cọc, làm sụt lún các công trình phụ trợ. Qua đó, có ba giải pháp xử lý nền được xem
xét cho dự án gồm: giải pháp đắp gia tải trước kết hợp bấc thấm; giải pháp hút chân
không kết hợp bấc thấm; giải pháp cọc xi măng đất. Trong ba giải pháp trên thì giải
pháp hút chân không kết hợp bấc thấm có nhiều ưu điểm hơn cả như: thời gian thi
công nhanh do thời gian gia tải ngắn; giảm khối lượng cát đáng kể do không cần cát
chất tải, giảm chi phí cho thi công đắp và dỡ tải, tiết kiệm tài nguyên và thân thiện với
môi trường; hiệu quả xử lý nền cao, kiểm soát chất lượng thi công tốt; đã được áp
dụng khá nhiều trong các dự án trong khu vực; giá thành ưu việt đặc biệt là khi diện

1

1


tích xử lý rộng. Từ những phân tích nêu trên, việc đề tài nghiên “Nghiên cứu giải pháp
xử lý nền đất yếu Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân
không và gia tải” là cần thiết, làm sáng tỏ cơ sở lý luận và thực tiễn của giải pháp xử lý
nền cho nhà máy xử lý khí Cà Mau, đáp ứng được các yêu cầu của thực tế đặt ra.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu ổn định của công trình trên nền đất yếu và đề xuất giải pháp tăng ổn định
cho công trình: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà
Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải” thông qua việc:
- Nghiên cứu các loại đất yếu ở Việt Nam và các giải pháp xử lý nền đất yếu và lựa
chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho công trình Nhà máy xử lý khí Cà Mau.
- Cơ sở lý thuyết tính toán giải pháp xử lý nền bằng đất yếu kết hợp hút chân không và
gia tải.
- Tính toán thiết kế chi tiết xử lý nền đất yếu cho Nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc
thấm kết hợp hút chân không và gia tải.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: nguyên lý tính toán thiết kế, phương pháp xử lý
nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải.
Phạm vi nghiên cứu là công tác xử lý nền cho Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà Mau.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thực tế tại một số công trình đã xây dựng ở
trong nước.
- Tập hợp, phân tích ý kiến của các chuyên gia.
- Kế thừa các nghiên cứu trong và ngoài nước trong thiết kế xử lý nền đất yếu cho các
công trinh xây dựng.
- Phương pháp mô hình toán để so sánh, lựa chọn giải pháp xử lý nền.

2

2


5. Kết quả dự kiến đạt được
- Tổng quan về các loại đất yêu và các giải pháp xử lý móng công trình trên nền đất
yếu trên lãnh thổ Việt Nam.
- Nguyên lý tính toán thiết kế xử lý nền Nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết
hợp hút chân không và gia tải.
- Tính toán thiết kế chi tiết xử lý nền đất yếu cho công trình Nhà máy xử lý khí Cà
Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải theo từng giải pháp xử lý và đề
xuất giải pháp xử lý cho công trình.

3

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nền đất yếu.
1.1.1. Khái niệm về đất yếu
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do
vậy không thể xây dựng các công trình. Đất yếu là một loại đất không có khả năng
chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên.
Đất mềm yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng
2

2

0,5 - 1,0 daN/cm ); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm /kg); hệ số rỗng lớn (e > 1); độ
2

sệt lớn (B > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm ); khã năng chống cắt nhỏ;
khã năng thấm nước nhỏ, hàm lượng nước trong đất cao độ bảo hoà nước G > 0,8
dung trọng nhỏ.
Đất yếu là loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn
chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí
nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2),
o

góc nội ma sát φ < 10 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường C u < 0,35
2

daN/cm .
Đất yếu có thể được phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B:
B=

W Wd
Wch Wd

Trong đó:
W, W d, Wch - độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn chảy (nhão) của
đất. Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy;
Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về
sức kháng cắt không thoát nước s u và hệ số xuyên tiêu chuẩn như sau:

4

4


- Đất rất yếu (trạng thái chảy): s u (kPa) ≤ 12,5 và N 30 ≤ 2
- Đất yếu (trạng thái dẻo chảy): s u (kPa) ≤ 25 và N 30 ≤ 4
(N: số búa đóng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn)
1.1.2. Các loại nền đất yếu chủ yếu và 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 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 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 có hàm lượng tạp chất hòa tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối
sunphat clorua lớn hơn 10% tính theo trọng lượng.
- Đất phù sa, đất bùn, đất mùn vì các đất này có khã năng chịu lực kém.
1.1.3. Nhận biết đất yếu
Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven
biển, vùng 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 thể 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 ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy. Ngoài ra ở các vùng
thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e
> 1,0, độ bão hòa G > 0,8).

5

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 hủy,
tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi là đất

6

6


đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay 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 có các trị số như nói
ở mục 1.1.1.
Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:
- Lượng hữu cơ có từ 20 - 30%: Đất nhiễm than bùn.
- Lượng hữu cơ có từ 30 - 60%: Đất than bùn.
- Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn.
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 môdun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,... Đối với công trình
thủy lợi, còn yêu cầu làm giảm/ngăn chặn hiện tượng thấm qua nền và thân công trình,
bảo vệ khối đắp chống tác động của sóng và dòng chảy.
Như vậy, nền đất yếu sẽ không đáp ứng được yêu cầu xây dựng công trình. Tùy theo
quy mô tải trọng công trình cần xây dựng sẽ cần các biện pháp xử lý khác nhau. Phần
dưới dây sẽ trình bày về các biện pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng công trình.
1.1.4. Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc
điểm công trình, đặc điểm của nền đất,... Tùy điều kiện cụ thể mà người thiết kế phải
đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý về kinh tế, kỹ thuật.
Về nguyên tắc, khi gặp nền đất yếu phải xem xét cân nhắc các biện pháp sau:
- Giải pháp xử lý kết cấu công trình
+ Chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún, làm giằng BTCT, dự trữ độ cao bằng độ
lún dự kiến của công trình.
+ Lựa chọn độ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớp
cách nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo các khe hở trong đất.

7

7


+ Quy định và chấp hành nghiêm ngặt về quy trình đào đắp đất.
- Các biện pháp xử lý nền
Cải thiện thành phần, trạng thái của đất, từ đó làm cho các tính chất cơ học, vật lý của
đất nền đáp ứng được yêu cầu trong xây dựng. Để làm tăng độ bền và làm giảm độ nén
lún của đất, có thể chọn những giải pháp làm giảm độ rỗng hoặc tăng lực dính. Trong
một số trường hợp khác, mục đích của gia cố là làm cho đất đá từ chỗ thấm nước trở
thành cách nước.
- Các biện pháp xử lý về móng
Lựa chọn các giải pháp cho phù hợp như: Móng đơn, móng băng (1 hoặc 2 phương),
móng bè, móng cọc, … tùy theo tải trọng tác dụng và đặc điểm của công trình, từng
loại đất cụ thể.
1.2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình
1.2.1. Giải pháp cơ học:
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 (cọc cát, cọc xi măng đất,
cọc tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc vôi,...), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương
pháp đệm cát,... để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học. Được sử dụng rộng rãi và phổ
biến trong việc xử lý nền, gia cố nền đấ yếu bở hiệu quả mà nó mang lại rất rõ rệt và
tăng sức chịu tải của nền, ổn định về cường độ, biến dạng,...
1.2.1.1. Đệm cát
- Nguyên lí hoạt động: Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công
trình, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng
của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới, giảm bớt độ
lún toàn bộ và độ lún không đồng đều, làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.
- Thi công đệm cát:

8

8


+ Khi thi công đệm cát, việc trước tiên là phải xác định các chỉ tiêu đầm nén. Để đánh
giá chất lượng đầm nén người ta thường dựa vào hai chỉ tiêu quan trọng: độ chặt và độ
ẩm đầm nén.
+ Khi thi công đầm nén đệm cát thì thường thi công theo từng lớp, chiều dầy đầm tùy
thuộc vào trọng lượng của máy đầm mà tính toán và thi công cho phù hợp.
- Ưu điểm:
+ Thi công đơn giản, không ảnh hưởng đến ô nhiểm môi trường như các phương pháp
khác.
+ Vật liệu để thi công là vật liệu có từ thiên nhiên dễ khai thác.
+ Phù hợp với những công trình đặt trên lớp đất yếu có chiều dày <3m.
- Khuyết điểm:
+ Chiều dày lớp đất yếu >3m thì khối lượng đào đắp để thay thế lớp cát sẽ lớn, không
hiệu quả về mặt kinh tế vì chi phí lớn.
+ Nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng di động, xáo trộn
các thành phần hạt, đồng thời gây ra độ lún tăng thêm dưới móng công trình.
- Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối nhỏ và diện tích để
xây dựng công trình không quá lớn, tải trọng công trình tác dụng lên nền dưới dạng
phân bố đều, chiều dày lớp đất yếu nhỏ.
1.2.1.2. Cọc cát:
- Nguyên lí làm việc: Thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ trong nền đất, đất xung quanh dọc
theo chiều dài cọc được lèn chặt lại, do đó sức chịu tải của nền được tăng lên, độ lún
và biến dạng không đồng đều của đất nền dưới đế móng của công trình giảm đi.
- Thi công cọc cát:
+ Chuẩn bị hố móng, đóng ống thép xuống đất, nhồi cát và đầm chặt, đồng thời rút
ống thép lên.

9

9


+ Ống thép được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc bằng phương pháp chấn
động.
+ Khi thi công bằng phương pháp đầm nện: đóng những cọc lõi bằng thép xuống tới
cao trình thiết kế, sau đó rút lên vầ nhồi cát vào lỗ cọc, đồng thời đầm từng lớp bằng
búa treo, mỗi lớp có chiều dày từ 1m đến 1,2m.
+ Khi thi công bằng phương pháp chấn động: thì sau khi hạ ống thép tới chiều sâu thiết
kế, người ta nhấc máy lên và đổ cát vào khoảng 1m, sau đó đặt máy chấn động vào
rung trong khoảng 15-20s, tiếp theo bỏ máy chấn động ra và rút ống lên khoảng 0.5m
rồi lại đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 10-15s để cho đầu nhọn của ống mở
ra, cát tụt xuống. Sau đó rút ống lên dần với tốc độ đều, vừa rút ống vừa rung và khi
nào ống chỉ còn lại trong đất khoảng chừng 0.5-0.8m, lúc đó mới bỏ máy chấn động
ra.

Hình 1.1: Thi công cọc cát

10

10


- Ưu điểm:
+ Cọc cát làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm và góc ma sát trong tăng lên. Vì
đất nền được nén chặt lại do đó sức chịu tải của nền tăng lên, biến dạng và sự chênh
lệch biến dạng của nền công trình giảm đi đáng kể.
+ Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền
thiên nhiên hoặc nền đất được gia cố bằng cọc cứng.
+ Giá thành xây dựng rẻ hơn nhiều so với cọc gỗ, cọc BTCT và đồng thời không bị ăn
mòn khi nước ngầm có tính xâm thực.
- Nhược điểm:
+ Cần trang bị thiết bị thi công nặng, ống vách dài.
+ Khó kiểm soát được chất lượng cọc trong quá trình thi công.
+ Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m.
+ Các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt khi đóng lỗ tạo cọc cát (không xuất hiện
tình huống gia tăng áp lực nước lổ rổng khi tạo lổ và giảm áp lực này khi kéo ống vách
lên, đầm cát tạo cọc cát). Do đó, nếu nước trồi lên mặt đất thì đây là quá trình tiêu tán
áp lực nước lỗ rỗng và hiệu quả nén chặt đất không cao. Khi đó, đất đang cố kết, mà
với đất dính thì cần thời gian, không thể có hiệu quả tức thời.
- Phạm vi áp dụng:
+ Phương pháp này được áp dụng để gia cố nền ở vùng đất yếu đầm lầy, khu vực nền
ẩm ướt và nền đất yếu có chiều dày>3m.
+ Mực nước ngầm (tại thời điểm thi công) phải ở sâu (nếu lớn hơn độ sâu đỉnh cọc cát
thì tốt nhất).
1.2.1.3. Cọc bê tông cốt thép
- Nguyên lí làm việc: Khi hạ cọc xuống đất nền, thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ đất lỗ
rỗng của đất nền từ đó làm tăng khả năng chịu lực của đất nền.

11

11


+ Cọc bê tông cốt thép làm việc tốt trong môi trường đất, do đó người ta thường sử
dụng cọc bê tông cốt thép để gia cố nền đất yếu, đặc biệt là các công trình chịu tải
trọng lớn như các công trình dân dụng và công nghiệp, công trình giao thông, thủy lợi.
Thi công cọc bê tông cốt thép:
- Thi công cọc đúc sẵn:
+ Có 02 phương pháp để chọn thi công cọc: “ ép cọc” và “ đóng cọc”, tùy thuộc vào
điều kiện địa hình, địa mạo mà chọn phương pháp thi công cho phù hợp.
+ Theo yêu cầu thiết kế mà ta chọn kích thước và tiết diện để phù hợp với công trình.
Nếu chiều dài cọc lớn có thể chia cọc thành những đoạn cọc ngắn phù hợp cho việc
chế tạo và thi công.
+ Việc đổ bê tông cọc phải liên tục tránh làm phân tầng, rỗng bê tông, khuôn đúc cọc
phải phẳng, dùng đầm dùi để đầm từ đỉnh cọc đến mũi cọc tránh khuyết tật bên trong
cọc.

Hình 1.2: Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

12

12


Hình 1.3: Máy đóng cọc

Hình 1.4: Máy ép cọc
- Thi công cọc khoan nhồi:
+ Định vị tim cọc:
+ Dựng ống vách
+ Khoan tạo lỗ

13

13


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×