Tài liệu Công nghệ thi công xử lý nền công trình vùng cửa sông ven biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Trần Bá Nam CÔNG NGHỆ THI CÔNG XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Trần Bá Nam CÔNG NGHỆ THI CÔNG XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Nguyễn Trọng Tư Hà Nội – 2012 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin được cảm ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Trọng Tư đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo tham gia giảng dạy khóa cao học 18 trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học quý giá. Tác giả cũng xin cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Sau đại học và Bộ môn Xây dựng Công trình thủy đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên, khích lệ để luận văn tốt nghiệp được hoàn thành tốt đẹp. TÁC GIẢ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./. Trần Bá Nam MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 T 1 T 1 1.CHƯƠNG I: TỔNG QUAN XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG T 1 T 1 VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN. ............................................................................ 3 T 1 1.1. T 1 T 1 Tổng quan về đặc điểm, điều kiện tự nhiên công trình vùng cửa sông ven T 1 biển. ................................................................................................................. 3 T 1 1.2. T 1 T 1 Các hiện tượng phá hoại phổ biến khi xây dựng công trình vùng cửa sông T 1 ven biển. .......................................................................................................... 4 T 1 Các công trình đê, đập, đường giao thông...........................................4 1.2.1. T 1 T 1 1.2.1.1. T 1 1.2.1.2. T 1 1.2.1.3. T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 1.2.2.1. 1.2.2.2. T 1 1.3. T 1 T 1 T 1 Phá hoại do trượt sâu ........................................................................5 T 1 Sự phát triển lún theo thời gian ........................................................6 T 1 Các công trình cầu, cống, công trình xây dựng dân dụng ...................6 T 1 T 1 Phá hoại do lún trồi. .........................................................................5 T 1 1.2.2. T 1 T 1 T 1 T 1 Các tác động do đất bị phá hoại. ......................................................6 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Các tác động do lún. .........................................................................6 T 1 Các biện pháp thi công xử lý nền công trình. ................................................. 7 T 1 T 1 Phương pháp đệm cát (hoặc đào thay đất xấu bằng đất tốt hơn). .......7 1.3.1. T 1 T 1 1.3.1.1. T 1 1.3.1.2. T 1 1.3.1.3. T 1 1.3.1.4. T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 1.3.2.1. 1.3.2.2. T 1 1.3.3.1. 1.3.3.2. T 1 1.3.3.3. T 1 1.3.3.4. T 1 T 1 Hiệu quả (tác dụng của đệm cát hoặc đất tốt) ..................................8 T 1 Thi công tầng đệm cát (hoặc thay đất xấu bằng đất tốt) ..................8 T 1 T 1 Biện pháp thi công và điều kiện áp dụng: ........................................9 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Hiệu quả (đầm xung kích). .............................................................10 T 1 Phương pháp lèn chặt đất bằng cọc cát (phương pháp nén chặt sâu) 10 T 1 T 1 Điều kiện áp dụng ............................................................................7 T 1 1.3.3. T 1 T 1 Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt .....................................................9 T 1 T 1 Nội dung và điều kiện áp dụng ........................................................7 T 1 1.3.2. T 1 T 1 T 1 T 1 Nội dung phương pháp:..................................................................10 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Thi công cọc cát: ............................................................................10 T 1 Áp dụng: .........................................................................................11 T 1 Hiệu quả: ........................................................................................11 T 1 1.3.4. T 1 Phương pháp nén trước......................................................................12 T 1 T 1 1.3.4.1. T 1 1.3.4.2. T 1 1.3.4.3. T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Hiệu quả .........................................................................................13 T 1 T 1 T 1 1.3.6.1. 1.3.6.2. T 1 1.3.6.3. T 1 T 1 T 1 Móng cọc ...........................................................................................13 T 1 T 1 1.4. Thi công lớp gia tải ........................................................................12 T 1 1.3.6. T 1 T 1 Xây dựng nền đắp theo giai đoạn ......................................................13 T 1 T 1 Nội dung và điều kiện áp dụng: .....................................................12 T 1 1.3.5. T 1 T 1 T 1 Phân loại cọc ..................................................................................13 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Quy trình công nghệ thi công cọc bê tông cốt thép (BTCT) .........15 T 1 Công nghệ thi công cọc xi măng đất ..............................................19 T 1 Kết luận chương I .......................................................................................... 20 T 1 T 1 2.CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THI CÔNG XỬ LÝ NỀN CÔNG T 1 T 1 TRÌNH XÂY DỰNG VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN....................................... 22 T 1 2.1. T 1 T 1 Các nhân tố ảnh hưởng tới giải pháp thi công xử lý nền. ............................. 22 T 1 T 1 Nhóm các nhân tố về điều kiện tự nhiên của nền công trình ............22 2.1.1. T 1 T 1 T 1 Nhóm các nhân tố về điều kiện thi công công trình. .........................22 2.1.2. T 1 T 1 T 1 2.2. T 1 T 1 T 1 T 1 Xử lý nền dưới nước. .................................................................................... 23 T 1 Dùng hệ nổi và máy khoan (đóng) để khoan (đóng) cọc. .................24 2.2.1. T 1 T 1 2.2.1.1. T 1 2.2.1.2. T 1 2.2.1.3. T 1 2.2.1.4. T 1 2.2.1.5. T 1 2.2.1.6. T 1 2.2.1.7. T 1 T 1 cọc T 1 Tìm trọng tâm của hợp lực .............................................................24 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Tính độ chìm ..................................................................................25 T 1 Tìm vị trí tâm nổi Z0 ......................................................................25 T 1 Tính khoảng cách từ trọng tâm hợp lực đến tâm nổi .....................25 T 1 Tính bán kính ổn định ρ .................................................................26 T 1 Tính độ nghiêng .............................................................................26 T 1 Tính toán neo cố .............................................................................27 T 1 T 1 ...........................................................................................................35 T 1 Xử lý nền dạng khô (dùng đê quây). ............................................................. 37 T 1 T 1 2.3.1. T 1 T 1 Đóng hệ sàn đạo sau đó đưa máy khoan (đóng) lên để khoan (đóng) 2.2.2. T 1 2.3. T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Nhóm các nhân tố về đặc điểm kết cấu công trình. ...........................22 2.1.3. T 1 T 1 T 1 Tính toán thủy lực khi thi công đê quây. ...........................................37 T 1 T 1 2.3.1.1. T 1 2.3.1.2. T 1 2.3.1.3. T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 sông. T 1 Trường hợp tính toán .....................................................................38 T 1 Nội dung tính toán..........................................................................38 T 1 Xác định cao trình đỉnh đê quai theo thủy triều và dòng chảy trên 2.3.2. T 1 Mục đích tính toán .........................................................................37 T 1 T 1 ...........................................................................................................54 T 1 2.3.2.1. T 1 Tính toán thủy lực xác định mực nước cao nhất ứng với tần suất T 1 T 1 dẫn dòng trong quá trình thi công .......................................................54 T 1 2.3.2.2. T 1 2.4. T 1 T 1 Xác định cao trình đỉnh đê quây ....................................................55 T 1 T 1 T 1 Kết luận chương II ........................................................................................ 55 T 1 T 1 3.CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH CỐNG T 1 T 1 THỦ BỘ (PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ SƠ BỘ) .................................................... 56 T 1 3.1. T 1 T 1 Tổng quan về dự án Cống Thủ Bộ. ............................................................... 56 T 1 T 1 Vị trí địa lý, điều kiện kinh tế xã hội khu vực dự án .........................56 3.1.1. T 1 T 1 T 1 Đặc điểm kết cấu, điều kiện tự nhiên. ...............................................57 3.1.2. T 1 T 1 3.1.2.1. T 1 3.1.2.2. T 1 3.1.2.3. T 1 3.1.2.4. T 1 3.2. T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Đặc điểm kết cấu. ...........................................................................57 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Điều kiện địa hình. .........................................................................58 T 1 Điều kiện địa chất...........................................................................58 T 1 Điều kiện thủy văn .........................................................................59 T 1 Giải pháp thi công xử lý nền. ........................................................................ 60 T 1 T 1 So sánh lựa chọn phương án..............................................................60 3.2.1. T 1 T 1 T 1 Tính toán các thông số phục vụ cho thi công theo phương án chọn. 63 3.2.2. T 1 T 1 3.2.2.1. T 1 3.2.2.2. T 1 T 1 3.2.3.1. 3.2.3.2. T 1 3.2.3.3. T 1 3.2.3.4. T 1 3.2.3.5. T 1 Thiết kế mặt cắt ngang đê quây .....................................................63 T 1 T 1 T 1 T 1 Tính toán ổn định đê quây..............................................................65 T 1 Thi công xử lý nền. ............................................................................67 T 1 T 1 T 1 T 1 3.2.3. T 1 T 1 T 1 T 1 Lựa chọn phương pháp thi công cọc khoan nhồi ...........................67 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 T 1 Công tác chuẩn bị ...........................................................................69 T 1 Trình tự các công tác thi công. .......................................................74 T 1 Tiêu chuẩn chất lượng cọc khoan nhồi ..........................................83 T 1 Các biện pháp an toàn khi khoan cọc nhồi.....................................84 T 1 3.2.3.6. T 1 3.3. T 1 T 1 T 1 Công tác theo dõi ghi chép và lấy mẫu. .........................................85 T 1 T 1 Kết luận chương III ....................................................................................... 86 T 1 T 1 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 87 T 1 T 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 89 T 1 T 1 HÌNH VẼ Hình 1.1: Phá hoại của đê do lún trồi ......................................................................5 Hình 1.2: Phá hoại của đê do có đường nứt kéo trong nền đắp ...............................5 Hình 1.3: Các phương án thay đất ...........................................................................8 Hình 1.4: Sơ đồ thi công cọc cát .............................................................................10 Hình 1.5: Thiết bị đóng cọc .....................................................................................15 Hình 2.1: Trọng tâm hợp lực ....................................................................................24 Hình 2.2: Độ chìm ...................................................................................................25 Hình 2.3: Bán kính ổn định .....................................................................................26 Hình 2.4: Bán kính ổn định ......................................................................................26 Hình 2.5: Độ nghiêng ...............................................................................................27 Hình 2.6: Thiết bị neo ..............................................................................................28 Hình 2.7: Xích neo ...................................................................................................28 Hình 2.8: Vòng xích .................................................................................................29 Hình 2.9: Mắt xích cuối ...........................................................................................29 Hình 2.10: Mắt xích quay ........................................................................................30 Hình 2.11: Vòng liên kết .........................................................................................30 Hình 2.12: Vòng nối ................................................................................................31 Hình 2.13: Neo ........................................................................................................32 Hình 2.14: Lực tác dụng vào neo ............................................................................33 Hình 2.15: Lực xung kích tác dụng vào cáp neo......................................................34 Hình 2.16: Chiều dài cáp neo ..................................................................................34 Hình 2.17a,b,c,d: Thi công cọc bằng hệ nổi.............................................................35 Hình 2.18a,b,c,d: Thi công sàn đạo ..........................................................................36 Hình 2.19a,b: Đóng cọc trên sàn đạo và hệ nổi ......................................................36 Hình 2.20: Mặt cắt ngang sông ...............................................................................38 Hình 2.21: Mặt cắt dọc sông ...................................................................................39 Hình 2.22: Mặt cắt ngang sông ................................................................................41 Hình 2.23: Sơ đồ khối chất lỏng trong dòng chảy ..................................................42 Hình 2.24: Quỹ đạo chuyển động phần tử nước ....................................................43 Hình 2.25: Áp lực lên khối chất lỏng ......................................................................44 Hình 2.26: Biểu diễn đường mực nước ...................................................................44 Hình 2.27: Quan hệ lưu lượng và biên độ triều .......................................................46 Hình 2.28: Truyền triều trên sông ..........................................................................47 Hình 2.29: Sơ đồ nghiên cứu triều truyền vào sông ...............................................47 Hình 2.30: Quan hệ giữa lưu lượng và thời gian trong chu kỳ triều .......................48 Hình 2.31: Sơ đồ vị trí công trình chắn ...................................................................50 Hình 2.32: Hệ số khuyếch đại biên độ mực nước ...................................................51 Hình 3.1: Khu vực dự án ........................................................................................57 Hình 3.2: Mặt cắt ngang đê quây ngang. ................................................................64 Hình 3.3: Kết quả tính thấm qua đê quây.................................................................65 Hình 3.4: Kết quả tính ổn định mái đê quây ...........................................................66 Hình 3.5: Sơ đồ tính ổn định đê quây. .....................................................................66 Hình 3.6: Máy khoan SOILMEC RT3 – ST ...........................................................72 Hình 3.7: Cấu tạo phiễu thử nhớt ............................................................................74 Hình3.8: Công tác hạ ống vách ...............................................................................74 Hình 3.9: Sơ đồ tạo lỗ khoan ...................................................................................75 Hình 3.10: Công tác gia công cốt thép ....................................................................78 Hình 3.11: Công tác hạ cốt thép ..............................................................................78 Hình 3.12: Quy trình thi công cọc khoan nhồi .........................................................81 BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Chiều dày lớp rải ứng với thiết bị đầm ...................................................9 Bảng 1.2: Phân loại cọc theo cấu tạo và công nghệ thi công ..................................13 Bảng 2.1: Kích thước thiết bị neo ...........................................................................28 Bảng 2.2: Thông số xích neo ...................................................................................29 Bảng 2.3: Thông số mắt xích cuối ..........................................................................29 Bảng 2.4: Thông số mắt xích quay...........................................................................30 Bảng 2.5: Thông số vòng liên kết ...........................................................................30 Bảng 2.6: Thông số vòng nối ..................................................................................31 Bảng 2.7: Thông số cáp ...........................................................................................31 Bảng 2.8: Thông số triều .........................................................................................52 Bảng 3.1: Điều kiện địa chất ...................................................................................58 Bảng 3.2: So sánh các phương án xử lý nền ...........................................................61 Bảng 3.3: Chỉ tiêu cơ lý của đất ..............................................................................65 Bảng 3.4: Thông số ô tô ..........................................................................................71 Bảng 3.5: Thông số yêu cầu của vữa bentonite ......................................................3 Bảng 3.6: Thông số điều chỉnh độ nhớt của vữa bentonite .....................................76 Bảng 3.7: Sai lệch cho phép của cọc khoan nhồi ....................................................83 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Là một quốc gia với chiều dài bờ biển khoảng 3260 km, và một hệ thống sông ngòi dày đặc, cùng với đó là rất nhiều các công trình thủy lợi vùng cửa sông ven biển. Việt Nam có một lợi thế rất lớn trong việc phát triển kinh tế biển và khai thác nguồn lợi từ vùng bãi ven bờ. Nhưng bên cạnh đó, chúng ta cũng phải gánh chịu những thiệt hại hết sức nặng nề do thiên tai từ biển mang lại. Hàng năm, những cơn bão liên tiếp đổ bộ từ biển vào đất liền đã mang đi một khối lượng lớn về tài sản, tính mạng con người đồng thời để lại những thảm họa không nhỏ về môi trường mà nhiều năm sau con người vẫn chưa khắc phục được. Mặt khác, vài thập niên gần đây thiên tai xảy ra khốc liệt hơn do biến đổi khí hậu toàn cầu. Tình hình bão lũ, động đất, sóng thần, xói lở..., xuất hiện nhiều hơn, cường độ lớn hơn, diễn biến khó lường, không tuân theo quy luật. Đặc biệt trong tương lai biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ dẫn tới tình trạng nước biển dâng. Theo cảnh báo của Liên hiệp quốc thì Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng nước biển dâng. Nếu mực nước biển tăng thêm 1m, Việt Nam sẽ phải đối mặt với mức thiệt hại lên tới 17 tỷ USD/năm, 1/5 dân số sẽ mất nhà cửa, 12,3% diện tích đất trồng trọt sẽ biến mất và 40.000 km2 diện tích P P đồng bằng, 17 km2 diện tích bờ biển ở khu vực các tỉnh lưu vực sông Mê Kông sẽ P P chịu tác động của những trận lũ ở mức độ không thể dự đoán được. Chính vì thế việc đầu tư xây dựng các công trình thủy lợi, đặc biệt là các công trình vùng cửa sông ven biển là một nhu cầu bức thiết, nhằm hạn chế mức độ tàn phá của thiên nhiên. Các công trình xây dựng ở vùng cửa sông ven biển hầu hết là các công trình được xây dựng trên nền đất yếu và thiếu ổn định do đặc điểm địa chất vùng cửa sông. Hơn nữa những công trình vùng cửa sông còn thường xuyên chịu tác động của những điều kiện tự nhiên phức tạp như lũ lụt, bão gió và thủy triều… ảnh hưởng đến điều kiện thi công cũng như khả năng vận hành an toàn, hiệu quả của công trình. 2 Việc áp dụng công nghệ thi công, đăc biệt là công nghệ xử lý nền hợp lý có tính chất quyết định đến tiến độ, chất lượng và giá thành của công trình. Đặc biệt trong điều kiện kinh tế xã hội hiện nay luôn đòi hỏi phải đổi mới công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm tác động xấu tới môi trường. Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng các biện pháp thi công mới trong xử lý nền công trình xây dựng vùng cửa sông ven biển là một nhu cầu cần thiết, nhằm hạn chế tới mức thấp nhất các tác động xấu của điều kiện tự nhiên đến quá trình thi công công trình cũng như giá thành của công trình. 2. Mục đích của đề tài - Đề xuất giải pháp thi công xử lý nền móng cho các công trình xây dựng ở vùng cửa sông ven biển. - Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thi công xử lý nền công trình cống Thủ Bộ (phương án thiết kế sơ bộ). 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các công trình xây dựng trên nền đất yếu vùng cửa sông ven biển. - Phạm vi nghiên cứu: Phân tích lựa chọn biện pháp thi công xử lý nền đất yếu cho công trình cống Thủ Bộ (phương án thiết kế sơ bộ). 4. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu trong nước và ngoài nước liên quan đến công nghệ thi công xử lý nền vùng cửa sông ven biển. - Phân tích tổng hợp các giải pháp xử lý nền. - Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng tới phương án thi công và phân tích lựa chọn phương án xử lý hợp lý. 3 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN. 1.1. Tổng quan về đặc điểm, điều kiện tự nhiên công trình vùng cửa sông ven biển Dọc theo bờ biển Việt Nam là các thành tạo trầm tích trẻ Haloxen đệ tứ, nguồn gốc trầm tích biển và sông – biển hỗn hợp, thành phần trầm tích hạt vụn với ưu thế là nhóm sét – cát – bụi, đất có kiến trúc sét – bụi, cát – bụi, cấu tạo phân lớp. Do ảnh hưởng của hệ bồi tích sông biển tại vùng bờ biển hình thành tầng bồi tích hạt thô tích tụ khá dày dưới dạng cồn cát, đụ cát và bãi cát mỏng ven bờ, kéo dài liên tục. Hoạt động của sóng và gió biển đã ảnh hưởng trực tiếp vào quá trình trầm tích làm thay đổi thành phần, tính chất, sự phân bố và thế nằm của các lớp đất dẫn đến tính chất, độ bền, trạng thái của các lớp đất chưa ổn định, mức độ nén chặt còn thấp, nhất là những lớp đất vùng cửa sông. Theo tài liệu thu thập được ở các tỉnh ven biển miền Bắc, thì địa chất vùng cửa sông chủ yếu là cát mịn pha đất thịt hoặc sét, thành phần hạt chủ yếu là cát dễ thoát nước nhưng dễ bị bào xói, hiện tượng cát chảy, hóa lỏng khi gặp nước dâng. Đó là các dạng lớp phù sa bồi của các cửa sông dâng lên thành bãi. Đường kính hạt thay đổi khoảng (0.01÷0.02)mm, góc nội ma sát φ = (5÷25)0, lực dính C = P P (0.03÷0.5)kg/cm2, trọng lượng thể tích γ = (1.1÷1.9)kg/cm3. Sức chịu kéo, chịu nén P P P P yếu, độ ngậm nước lớn, dễ bị tác động phá hoại của sóng và dòng ven bờ, lún lớn và kéo dài, độ ổn định thấp. Vùng ven biển miền Nam có địa hình khá phức tạp, là nơi tương tác giữa đất liền với biển, thể hiện tác động qua lại đất, nước, gió bão, thủy triều, cùng sự ảnh hưởng của hệ thống sông ngòi dày đặc, đặc biệt là sông Mê Kông và các cửa sông chính. Dải đất ven biển là một vùng bồi tích bằng phẳng với nhiều mảnh trũng có cao độ phổ biến (0.5÷1.0)m, có nhiều bãi bồi. 4 Khu vực này là một dải hẹp gồm các bãi cát, đụn cát, cồn cát chạy liên tục từ cửa sông Sài Gòn dọc theo bờ biển Đông và bờ biển Tây kéo tới tận Hà Tiên, càng về sát biển lớp cát càng dày, càng vào sâu trong đất liền lớp cát càng vạt nhọn. Các hình trụ hố khoan có độ sâu đạt đến 40m cho biết các lớp cát hạt mịn kém chặt dễ biến thành dạng cát chảy hoặc bùn cát khi có các động lực cơ học, thường có độ dày (8÷10)m, dưới là tầng sét mùn dày khoảng (15÷160)m, dưới cùng là tầng sét dẻo cứng. Tầng bồi tích trẻ ở đây có chiều sâu trên 50m. Móng công trình thường nằm trên các lớp cát mịn - bùn sét kém chặt có chứa nhiều muối hoà tan, lớp này có chiều dày thay đổi và nằm trên tầng sét bùn không ổn định. Để công trình ổn định cần phải xử lý nâng cao sức chịu tải của lớp này hoặc truyền tải xuống nền đất sét cứng nằm sâu bên dưới. Tóm lại, nền các công trình vùng cửa sông ven biển tuy mỗi vùng có khác nhau nhưng đều thuộc nền đất yếu đến rất yếu. Muốn công trình làm việc ổn định lâu dài thì đi đôi với các giải pháp bảo vệ công trình thì nhất thiết phải có giải pháp xử lý nền công trình hợp lý. 1.2. Các hiện tượng phá hoại phổ biến khi xây dựng công trình vùng cửa sông ven biển 1.2.1. Các công trình đê, đập, đường giao thông Khi đắp các công trình đê, đập, đường giao thông,… trên nền đất yếu của vùng cửa sông ven biển, tải trọng bản thân của công trình sẽ làm tăng ứng suất trên nền đất. Nếu sự tăng ứng suất này vượt quá giới hạn cho phép, phụ thuộc vào tính chất cơ học của đất, thì nền đất yếu sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền bị lún nhiều và đột ngột gây hư hỏng công trình. Cùng với sự lún sụt của nền đất dưới chân công trình thì nền đất yếu xung quanh công trình cũng bị đẩy trồi lên tương ứng. Những phá hoại quan sát được thường có hai dạng: - Phá hoại do lún trồi. - Phá hoại do trượt sâu. 5 1.2.1.1. Phá hoại do lún trồi Toàn bộ nền đắp lún võng vào nền đất yếu đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần chân ta luy. Da t y e u Hình 1.1: Phá hoại của đê do lún trồi Hình 1.1 mô tả toàn bộ nền đắp lún võng vào nền đất yếu, đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần chân mái dốc 2 bên. 1.2.1.2. Phá hoại do trượt sâu Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng do hình dạng hình học thông thường của nền đất đắp. Một cung trượt tròn sinh ra do nền đắp bị lún cục bộ khi thi công đắp đê gần các công trình cống tiêu. Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đắp của đất thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đất đắp. Do nền đắp bị trượt mà sinh ra một hoặc nhiều các vết nứt mấp mô dốc đứng hoặc các dốc đứng có biên độ vài mét. Dat y eu Hình 1.2: Phá hoại của đê do có đường nứt kéo trong nền đắp Hình 1.2 mô tả một cung trượt tròn sinh ra do đê bị lún cục bộ dẫn đến hậu quả một bộ phận đê và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các đặc trưng cơ học của vật liệu dưới nền đắp. 6 1.2.1.3. Sự phát triển lún theo thời gian Sự phá hoại của đất nền yếu do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp nền đường, đê đập quá cao là một hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong khi thi công hoặc sau khi thi công một thời gian ngắn. Qua theo dõi sự phá hoại thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần. Tuy nhiên cũng có những phá hoại khác xẩy ra sau khi thi công vài tháng hoặc vài năm như các trường hợp tôn cao nền đường, đê mới trên nền đắp hiện hữu hoặc khi mở móng các công trình. 1.2.2. Các công trình cầu, cống, công trình xây dựng dân dụng Hiện tượng phá hoại hoặc lún cho thấy đất yếu có thể chịu các biến dạng thẳng đứng và nằm ngang khá lớn và nhanh. Điều này cũng thường xuyên gặp ở các kết cấu tường chắn, nhà cửa, mố cầu, cống… khi xây dựng trên nền đất yếu. Vì vậy phải giảm nhỏ tác động của các chuyển động có thể gây nên sự cố lớn nếu không được xem xét từ đầu. Các tác động này có thể xếp thành hai loại: - Các tác động do đất bị phá hoại. - Các tác động do lún. 1.2.2.1. Các tác động do đất bị phá hoại Sự phá hoại của đất nền thiên nhiên dưới nền đắp và các lớp mềm lân cận gây nên các chuyển động lớn và nhanh. Các chuyển động này làm cho nền đắp bị lún và nền thiên nhiên trồi lên đến vài mét. Hậu quả các biến dạng này thường làm gẫy cọc của móng công trình, lật mố và tường chắn cũng như phá hoại các công trình chìm trong đất. 1.2.2.2. Các tác động do lún Lún thường sinh ra nhiều vấn đề hơn so với các vấn đề liên quan của đất, tuy nhiên việc bố trí kết cấu lại thường chú ý đảm bảo an toàn đối với sự sụt trượt, còn các tác dụng liên quan đến các chuyển động chậm của đất lại thường chưa biết rõ hoặc chưa được xác định. 7 Tình hình này thường gặp chỗ tiếp giáp các công trình khi thi công nền đường vào cầu sau khi đóng cọc hố móng. Việc đắp đường vào cầu liên tục sẽ gây lún nền đất yếu và làm tăng ứng suất tác dụng lên cọc. Các chuyển động thẳng đứng và chuyển động nằm ngang của đất sẽ tác dụng khác nhau lên công trình. Do sự liên kết giữa đất và cọc cừ khi bố trí kết cấu đặc biệt, khi đất lún nó sẽ ma sát dọc theo cọc và kéo cọc xuống dưới. Hiện tượng này được gọi là ma sát âm. Các chuyển động nằm ngang của đất sinh ra các lực đẩy lên cọc dẫn đến chuyển động uốn có thể làm gãy hoặc chuyển vị công trình. 1.3. Các biện pháp thi công xử lý nền công trình Mục đích của việc xử lý nền là: - Làm giảm độ lún của nền. - Làm tăng khả năng chịu tải của nền. - Làm giảm tính thấm của nền. Bất kỳ biện pháp xử lý nào nếu tăng được cường độ liên kết giữa các hạt đất và làm tăng được độ chặt của đất nền thì đều thỏa mãn được ba mục đích trên. Hiện nay có rất nhiều phương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu, nhưng nhìn chung có những phương pháp chính, được áp dụng phổ biến sau: 1.3.1. Phương pháp đệm cát (hoặc đào thay đất xấu bằng đất tốt hơn) 1.3.1.1. Nội dung và điều kiện áp dụng Vì ứng suất do tải trọng ngoài giảm dần theo chiều sâu, do đó khi gặp lớp đất yếu thì người ta thay lớp đất yếu nằm ngay dưới đáy móng chịu ứng suất lớn bằng một đệm cát để đủ sức chịu tải trọng mà vẫn tận dụng được khả năng của lớp đất yếu nằm phía dưới. 1.3.1.2. Điều kiện áp dụng - Đất yếu là đất sét chảy (nếu dùng biện pháp đầm thì không có lợi). - Chiều dày lớp đất yếu tương đối mỏng (nhỏ hơn 3m) và không xuất hiện nước ngầm có áp. 8 - Vật liệu cát dễ kiếm. - Đối với công trình thủy lợi, do có độ chênh cột nước cần có biện pháp chống xói ngầm (tường, cừ..) và phải chú ý đến hiện tượng hóa lỏng dưới tác dụng của tải trọng động. t hay ®Êt ®Êt y?u t hay ®Êt ®Êt y?u n?n c øng ®Êt y?u ®Êt y?u n?n c øng a - Thay toàn bộ b - Thay một phần Hình 1.3: Các phương án thay đất 1.3.1.3. Hiệu quả (tác dụng của đệm cát hoặc đất tốt) - Tăng sức chịu tải của nền. - Giảm độ lún của móng công trình (vì đất cát có mô đun biến dạng E 0 lớn R R hơn của đất sét). - Giảm độ chênh lệch lún của móng công trình vì sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong đất nền nằm dưới tầng đệm cát. - Giảm chiều sâu chôn móng, do đó giảm được khối lượng vật liệu làm 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. 1.3.1.4. Thi công tầng đệm cát (hoặc thay đất xấu bằng đất tốt) Trước tiên thường dùng máy xúc để đào bỏ lớp đất yếu thay bằng lớp cát hoặc lớp đất tốt và lu lèn thành từng lớp. Chiều dày mỗi lớp phụ thuộc vào thiết bị đầm nền, có thể tham khảo theo bảng 1.1: 9 Bảng 1.1: Chiều dày lớp rải ứng với thiết bị đầm Thiết bị đầm nén Chiều dày lớp rải (cm) Đầm thủ công nặng 30kg 20 Đầm bàn rung 25 Đầm ES – 60 của Đức 25 Đầm bánh xích T-54 30-40 Đầm lu EUS 2EP 30-40 Đầm rung có phun nước U20 100-150 Hiệu quả của tầng đệm phần cát phụ thuộc phần lớn vào độ chặt của nó, khi thi công đệm cát phải đảm bảo độ chặt lớn nhất, đồng thời không làm phá hoại kết cấu đất thiên nhiên dưới tầng đệm cát, thường gặp hai trường hợp sau: - Khi đào khô: Cát được đổ từng lớp dày 20cm và đầm chặt (bằng đầm lăn, xung kích, chấn động). - Trường hợp mực nước ngầm cao mà không dùng biện pháp hạ mực nước ngầm thì nên dùng biện pháp thi công trong nước (xỉa lắc cát, D = 0.7). 1.3.2. Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt 1.3.2.1. Biện pháp thi công và điều kiện áp dụng - Dùng biện pháp đầm chặt để làm chặt lớp mặt. - Các loại đầm: đầm lăn (chân dê, bánh hơi…), đầm xung kích. - Để có hiệu quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do trọng lượng quả đầm gây ra trên mặt đất không nhỏ hơn 0.2Kg/cm2 đối với các P P loại đất sét và không nhỏ hơn 0.15Kg/cm2 đối với đất loại cát. P - P Căn cứ vào độ chối e (độ lún do một nhát đầm gây ra) để kết thúc quá trình đầm. + Đối với đất loại sét e ≥ 1-2cm. + Đối với đất loại cát e ≥ 0.5-1cm. + Thường kết quả này đạt được sau 5-10 lần đầm. - Đất nền xấu nhưng ít ẩm (độ bão hòa G < 0.7) dễ dàng cho việc đầm.