Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận đượt rất nhiều sự giúp đỡ
đóng góp ý kiến của các thầy cô ở khoa Công trình và phòng sau đại học
Trường Đại học Giao thông Vận tải, các bạn đồng nghiệp cùng tập thể lớp
cao học khóa 19 – Ngành Xây dựng đường ô tô và đường thành phố đã cung
cấp kiến thức, tài liệu và các thông tin có liên quan đến đề tài này.
Đặc biệt tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng
dẫn PGS-TS Bùi Xuân Cậy – Bộ môn Đường Bộ, Trường Đại học Giao
thông Vận tải, là người thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập
và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này.
Cuối cùng, tôi muốn gửi niềm biết ơn vô hạn đến bố mẹ và gia đình tôi,
những người luôn ở bên cạnh an ủi và là nguồn động viên to lớn cho tôi
vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành khóa học này.
Trong khuôn khổ một luận văn Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chắc chắn
chưa đáp ứng được một cách đầy đủ những vấn đề đã nêu ra, mặt khác do
trình độ bản thân còn nhiều hạn chế. Tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp thu
nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn đồng
nghiệp.
Hà Nội, ngày tháng năm 2012
Tác giả
Vũ Trần Khoa
Vũ Trần Khoa Page 1
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 6
2.1.2.1. Hệ thống Menu của chương trình 27
2.1.2.2. Chức năng chi tiết của từng Menu 27
Vũ Trần Khoa Page 2
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Để giải quyết được các hạn chế trên thì Phần mềm “Xử lý nền đất yếu
do công ty cổ phần tư vấn đầu tư XDCTGT1-Cienco1 lập” sẽ đáp ứng được
các yêu cầu trên.
Phần mềm này từ khi ra đời đã đáp ứng được tất cả các yêu cầu về xử
lý nền đất yếu tại công ty Tecco1, đã đang và tiếp tục mang về lợi nhuận
cho công ty, nâng cao thương hiệu Tecco1.
II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đưa ra các hướng tiếp cận sử dụng phần mềm xử lý nền đất yếu vào
thực tiễn công trình cụ thể.
Giới thiệu và so sánh phần mềm với các phần mềm hiện nay đang sử
dụng tại Việt Nam. Để từ đó đưa ra những ưu việt của phần mềm so với các
phần mềm khác.
Tạo bản thuyết minh hướng dẫn sử dụng và đưa ra ví dụ tính toán xử lý
nền đất yếu của một công trình cụ thể.
III. Phạm vi nghiên cứu
Giải pháp pháp xử lý nền đất yếu tại Việt Nam và một số nơi trên thế
giới.
Những vấn đề áp dụng công nghệ thông tin vào thực tiễn xử lý nền đất
yếu.
IV. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là điều tra và khảo sát kết hợp với phỏng
vấn người dùng với các câu hỏi đưa ra như:
+ Các công nghệ tính toán lún nền đất hiện nay là gì?
+ Các công nghệ thi công phổ biến hiện này là gì?
+ Các tiêu chí chủ yếu để đánh giá lựa chọn công nghệ thi công ?
+ Kết quả thu được cần hiển thị dưới dạng nào?
+ Những lưu ý khi thi công đối với từng công nghệ thi công?
Vũ Trần Khoa Page 4
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2), có tính nén lún
lớn, hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (E
o
< 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 chi phí đầu tư xây dựng.
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.
a) Theo nguyên nhân hình thành: loại đất yếu 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, thung lũng.
Vũ Trần Khoa Page 6
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
- 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.
b) 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.
c) Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét, đầm lầy hoặc than bùn (phân loại
theo độ sệt) .
1.2. 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.
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 dẻo. Nhân
tố chủ yếu chi phối độ dẻo 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 σ
c
) của chúng. Nếu tải trọng truyển lên đất nhỏ hơn trị số σ
c
thì biến
dạng rất nhỏ, có thể bỏ qua, còn vượt quá σ
c
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
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.
Vũ Trần Khoa Page 8
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
1.2.2. 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 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
bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể, có chứa nhiều chất hữu cơ hoặc sét.
Loại cát này khi 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 ( 0.05 – 0.002mm) chiếm 60 – 70 % hoặc lớn
hơn. Ở trạng thái thiên nhiên, cát chảy có thể có cường độ và khả năng chịu
Vũ Trần Khoa Page 9
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
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 chuyển 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.
1.2.4.2 Đất ba dan
Đất ba da là một loại đất yếu với đặc điểm là độ rỗng rất lớn, dung trọng
khô rất thấp, thành phần hạt của nó gần giống với thành phần hạt của đất á
sét, khả năng thấm nước rất cao.
1.3. Các giải pháp cải tạo đất yếu
1.3.1. Mục đích của việc cải tạo và 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 modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt
của đất Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm
tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp.
Các phương pháp xử lý nền đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện
địa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục. Kỹ thuật cải tạo
nền đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và
phương pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với
yêu cầu của từng loại công trình khác nhau.
Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình xây
kinh nghiệm tốc độ di động ngang không được lớn hơn 5mm/ngày.
(2) Các yêu cầu và tiêu chuẩn tính toán
Phải tính toán chính xác độ lún. Độ lún tuy tiến chiển trậm hơn những
cũng rất bất lợi – khi độ lún lớn mà không được xem xét ngay từ khi bắt đầu
xây dựng thì có thể làm biến dạng nền đắp nhiều, không đáp ứng được yêu
cầu sử dụng.
Ngoài ra khi nền đường lún có thể phát sinh các lực đẩy lớn làm hư hỏng
các kết cấu chôn trong đất ở xung quanh (các mố cọc, cọc ván).
Yêu cầu phải tính được độ lún tổng cộng kể từ khi bắt đầu đắp nền đường
đến khi lún kết thúc để xác định chiều cao phòng lún và chiều rộng phải đắp
thêm ở hai bên đường.
Khi tính toán độ lún tổng cộng nói trên thì tải trọng gây lún phải xét đến
chỉ gồm tải trọng nền đắp thiết kế bao gồm cả phần đắp phản áp (nếu có),
không bao gồm phần đắp gia tải trước (nếu có) và không xét đến tải trọng xe
cộ.
Vũ Trần Khoa Page 11
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng trên vùng đất
yếu, phần độ lún cố kết còn lại ∆S tại trục tim của nền đường được cho phép
như bảng 1.2.1 ( theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000)
Đối với đường cấp 20; 40 và đường chỉ sử dụng kết cấu áo đường mềm
cấp cao A2 trở xuống thì không cần để cập đến vấn đề độ lún cố kết còn lại
khi thiết kế.
Theo tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 độ lún cho phép còn lại trong thời hạn
15 năm tại tim đường sau khi thi công xong kết cấu áo đường (bảng 1.1).
Ghi chú bảng 1.1:
1) Độ lún của kết cấu áo đường ở đây cũng chính bằng độ lún của nền
đường;
2) Độ lún còn lại này bằng độ lún tổng cộng dự báo được trong thời hạn
nêu trên trừ đi độ lún đã xảy ra trong quá trình kể từ khi bắt đầu thi công
Xác định chiều cao cho phép của đất đắp theo từng giai đoạn I (h1)
Với đắp đắp có góc dốc β, các đặc trưng cơ lý γ, C,φ nằm trên nền đất
yếu có lực dính kết (C
u
). Ta cần xác định độ cao tối đa có thể đắp được bước
1 (h1), sao cho đảm bảo mái dốc không bị trượt.
Xác định thời gian chờ đợi cần thiết để đạt được độ cố kết dự kiến
Sau khi đã đắp đất có chiều cao h1, cần để một thời gian để nền đất yếu
cố kết dưới chiều cao đất đắp h1, sức kháng cắt không thoát nước của đất
yếu được xem là tăng lên 1 lượng ∆C do cố kết được xác định như sau:
( )
mUPPPC
c
××∆+−=∆
0
Trong đó:
∆C: Lượng tăng của sức kháng cắt không thoát nước
do cố kết,
m: Hệ số tăng của sức kháng cắt không thoát nước.
Khi đó ở độ sâu z đất cố kết và lực dính kết sẽ tăng lên C
u1
= C
uo
+ ∆C.
Với sức kháng cắt C
u1
(lớn hơn C
u
ban đầu) cho phép ta tiếp tục đắp đất
giai đoạn 2. Việc xác định chiều cao h
bệ phản áp bằng 1/3-1/2 chiều cao nền đắp rồi nghiệm toán ổn định theo
phương pháp mặt trượt trụ tròn với bản thân bệ phản áp và đối với nền đắp
có bệ phản áp.
Độ chặt đất đắp bệ phản áp nên đạt K ≥ 0.9 (đầm nén tiêu chuẩn).
Vũ Trần Khoa Page 15
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
1.3.3.3. Đào bỏ một phần hay toàn bộ đất yếu
Giải pháp này rất có lợi về mặt tăng ổn định, giảm độ lún và thời gian
lún,do vậy trừ trường hợp trên đất yếu có tồn tại lớp vỏ không yếu ra ,trong
mọi trường hợp khác nên ưu tiên xem xét áp dụng hoặc kết hợp việc đào
một phần đất yếu với các giải pháp khác.
Các trường hợp đặc biệt thích hợp đối với giải pháp đào một phần hoặc
đào toàn bộ đất yếu.
+ Bề dày lớp đất yếu từ 2m trở xuống ( trường hợp này thường đào toàn bộ
đất yếu để đáy nền đường tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu ).
+ Đất yếu là than bùn loại I hoặc loại sét , á sét dẻo mềm,dẻo chảy;trường
hợp này ,nếu chiều dày đất yếu vượt quá 4-5m thì có thể đào một phần sao
cho đất yếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2 -1/3 chiều cao đắp (kể
cả phần đắp chìm trong đất yếu)
+ Khi thời hạn sử dụng đưa vào sử dụng là rất ngắn.
+ Các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ.
+ Cao độ thiết kế gần cao độ thiên nhiên.
Vũ Trần Khoa Page 16
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Dùng cọc tre đóng 25 cọc/m2 cũng là một giải pháp cho phép thay thế
việc đào bớt đất yếu trong phạm vi chiều sâu cọc đóng (thường có thể đóng
sâu 2 – 2.5 m). Tương tự có thể dùng cọc tràm loại có đường kính đầu lớn 12
cm, đầu nhỏ 5cm, đóng sâu 3-5 m với mật độ 16 cọc/m
2
.
Vũ Trần Khoa Page 18
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Làm lớp đệm cát:
Tầng đệm cát được bố trí giữa đất yếu và nền đắp để tăng nhanh khả
năng thoát nước cố kết từ phía dưới đất yếu lên mặt đất tự nhiên dưới tác
dụng của tải trọng nền đắp.
Tầng đệm cát nên được sử dụng trong các trường hợp đắp trực tiếp trên
đất yếu và bắt buộc phải có khi áp dụng các giải pháp thoát nước cố kết theo
phương thẳng đứng bằng giếng cát hoặc bấc thấm.
Chiều dày tầng đệm cát ít nhất phải bằng độ lún tổng cộng S nhưng
không được nhỏ hơn 50 cm . Độ chặt đầm nén của tầng đệm cát chỉ yêu cầu
đạt 0.9 độ chặt đầm nén tiêu chuẩn ( phục vụ máy thi công các lớp trên).
Bề rộng mặt tầng cát đệm phải rộng hơn đáy nền đắp mỗi bên tối thiểu là
0.5 -1 m mái dốc và phần mở rộng hai bên của tầng đệm cát phải cấu tạo
tầng lọc ngược để nước cố kết thoát ra ngoài không lôi theo cát,nhất là khi
lún chìm vào đất yếu nước cố kết vẫn có thể thoát ra và khi cần thiết dùng
bơm hút bớt nước sẽ không gây phá hoại tầng cát đệm.
Tầng lọc ngược có thể cấu tạo theo cách thông thường ( xếp đá dày
khoảng 20 - 25 cm) hoặc bằng vải địa kỹ thuật.Lớp vải địa kỹ thuật làm
chức năng lọc ngược phải chớm vào phạm vi đáy nền ít nhất là 2m.
Áp dụng phương pháp này khi :
+ Chiều cao nền đắp từ 6 – 9m
+ Lớp đất yếu không quá dày.
Vũ Trần Khoa Page 19
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Làm lớp đệm đá sỏi:
Khi đất yếu dưới nền đắp ở trạng thái bão hòa nước ,có chiều dày nhỏ
hơn 3 m và lớp dưới lớp đất yếu là lớp chịu lực tốt đồng thời xuất hiện nước
có áp cao dùng lớp đệm cát không thích hợp thì sử dụng đệm đá hộc ,đá dăm
,sỏi sạn.
1.3.3.8. Sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định của nền
đường đắp trên đất yếu
Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa lớp đất yếu và nền đắp ,ma sát giữa đất
đắp và mặt bên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo được một lực giữ khối trượt F( bỏ
qua ma sát giữa đất yếu và mặt dưới của vải )và nhờ đó mức độ ổn định của
nền đắp trên đất yếu sẽ tăng lên.
Vải địa kỹ thuật tăng cường sẽ cải thiện được cường độ chống trượt sâu
nhưng không chống được sự lún trồi.
Vũ Trần Khoa Page 21
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Vải địa kỹ thuật dùng để tăng cường sự ổn định cho nền đắp trên đất yếu
có thể được bố trí một hoặc nhiều lớp ( 1 - 4 lớp ), mỗi lớp vải xen kẽ cát
đắp dày 15 – 30 cm tùy theo khả năng lu lèn.
1.3.4. So sánh các giải pháp:
Việc để lựa chọn giải pháp xử lý đất yếu, trường hợp không xử lý sẽ
được kiểm tra đầu tiên cho mỗi nền đắp. Trong trường hợp kết quả tính toán
không phù hợp với độ lún hoặc tiêu chí ổn định thì sau đó mới xem xét đến
việc xử lý.
Trong trường hợp này, nguyên tắc xử lý sẽ được thử dần theo thứ tự từ
đắp gia tải chờ lún rồi đến các giải pháp thoát nước thẳng đứng (PVD, SD,
SCP).
1.3.4.1. So sánh các biện pháp gia tăng cố kết
Để có được giải pháp cho việc xử lý nền đất yếu trong số các biện pháp
gia tăng cố kết nêu trên, các biện pháp sử dụng Bấc thấm, Giếng cát đã được
so sánh với nhau và cho kết quả (bảng 1.2) như sau:
Hạng mục
Bấc thấm Giếng cát
Vũ Trần Khoa Page 22
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Mặt cắt
Đề xuất và kế
hoạch
• Sử dụng bấc thấm là biện pháp phù hợp nhất đối với khu vực có lớp đất
yếu đồng nhất và không có các thấu kính cát.
• Sử dụng giếng cát là biện pháp phù hợp đối với khu vực có các thấu
kính cát và lớp đất yếu không đồng nhất
1.3.4.2. So sánh các biên pháp chống trượt đối với nền đắp cao
Để có được biện pháp xử lý nền đất yếu trong số các biện pháp chống
trượt nêu trên, các biện pháp sử dụng Sàn giảm tải, Cột xi măng – đất và
Cọc cát nén được so sánh với nhau và cho ra kết quả (bảng 1.3) như sau:
Vũ Trần Khoa Page 23
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Hạng mục Sàn giảm tải Cọc xi măng – đất Cọc cát đầm
Mặt cắt ngang
Các nguyên lý
chung
• Tải trọng được đỡ
bằng các cọc bê tông
(35cm×35cm) và một
bản bê tông 0.3m trên
lớp đất yếu
• Tải trọng được đỡ bằng
một cột hỗn hợp xi
măng – đất (D=1.3m)
• Tải trọng được đỡ bằng
cách tạo ra các cọc cát
đầm chặt đường kính
70cm trong lớp đất yếu
Ưu điểm
• Hiệu quả trong việc
1.4. Kết luận chương 1
Qua phân tích trên có thể thấy vấn đề địa chất công trình là một vấn đề
lớn trong thiết kế, thi công và khai thác đường ô tô. Ở Việt Nam sau các
năm 1990, chúng ta đã thấy vấn đề này và đã ứng dụng nhiều giải pháp.
Vũ Trần Khoa Page 24
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học GTVT
Về nguyên tắc, mỗi một phương pháp xử lý đất yếu đều có phạm vi áp
dụng thích hợp; đều có những ưu điểm và nhược điểm nói riêng. Do đó, căn
cứ vào điều kiện cụ thể của nền đất yếu, địa hình, điều kiện địa chất, phương
pháp thi công và kinh nghiệm của tư vấn thiết kế mà có thể lựa chọn ra
phương pháp hợp lý nhất.
Trong hơn 10 năm qua hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp
dụng tại Việt Nam. Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền
đất yếu ngày càng gia tăng. Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp
và hạn chế cơ sở vật chất của nước ta. Trong những năm tới công nghệ xử lý
nền đất chắc chắn sẽ không ngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng
đường, cảng biển, lấn biển và công trình hạ tầng cơ sở khác.
Việc tính toán xử lý nền đất yếu là công đoạn tính toán và thử dần do
vậy làm bằng cách thủ công sẽ dẫn đến kéo dài thời gian, đôi khi mang lại
kết quả nhầm lẫn trong tính toán, để giảm bớt được khối lượng tính toán và
yên tâm về kết quả xử lý cần có những chương trình hỗ trợ tính toán thực
hiện một cách tự động trên My Computer
Vũ Trần Khoa Page 25
Copyright: Tài liệu đại học ©