Tài liệu Nghiên cứu giải pháp công nghệ bảo vệ hố móng trong quá trình thi công cống đầu mối thanh bình huyện tam nông, tỉnh đồng tháp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGHIÊM QUANG HƯNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ BẢO VỆ HỐ MÓNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỐNG ĐẦU MỐI THANH BÌNH, HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH ĐỒNG THÁP. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI ----------------------------------------- NGHIÊM QUANG HƯNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ BẢO VỆ HỐ MÓNG TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỐNG ĐẦU MỐI THANH BÌNH, HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH ĐỒNG THÁP. Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ Mã số: 60- 58- 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. VŨ THANH TE Hà Nội – 2012 Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới GS. TS. Vũ Thanh Te, người thày đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn: - Ban giám hiệu trường Đại học Thuỷ lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học, khoa công trình trường Đại học Thuỷ lợi. - Lãnh đạo Viện bơm và Thiết bị Thuỷ lợi- Viên khoa học Thuỷ lợi Việt Nam. - Lãnh đạo chi cuc Thuỷ lợi tỉnh Đồng Tháp. Đã cho phép và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo Bộ môn công nghệ và quản lý xây dựng trường Đại học Thuỷ lợi đã tận tình chỉ bảo, tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Cảm ơn các bạn đồng nghiệp, bạn bè, người thân và gia đình đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tác giả Nghiêm Quang Hưng DANH MỤC VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN HMNN Hạ mực nước ngầm T Độ dày tầng nước có áp MNN Mực nước ngầm D Đường kính ống lọc ĐCTV Địa chất thuỷ văn J Gradient thấm của lớp đất ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long Δs Độ sâu mực nước phải hạ thêm Q Lưu lượng nước h0 Độ ngập ống lọc qg Lưu lượng 1 giếng a Khoảng cách giữa các giếng γ Trọng lượng riêng chất lỏng l Chiều dài ống lọc P Áp suất s Độ hạ thấp MNN g Gia tốc trọng trường S Độ sâu hạ MNN Fg Diện tích thu nước của giếng S0 Độ sâu MNN ở tâm hố móng Z Cao độ mực nước ngầm Ww Thể tích các lỗ rỗng R Bán kính ảnh hưởng ρ Khối lượng riêng của chất lỏng r0 Bán kính giếng µ Độ nhớt động lực của nước h Cột nước trong giếng γ1 Trọng lượng riêng của đất nền H Độ sâu hạ giếng Δh Cột nước tiêu hao qua ống lọc H0 Cột nước ngầm tại A M Chiều dày lớp trầm tích K Hệ số thấm của đất nền M max F Diện tích hố móng ω Diện tích lỗ xói tạo giếng Ka Hệ số áp lực đất chủ động Wp Độ ẩm phân tử Kp Hệ số áp lực đất bị động T Hệ số dẫn nước t min Chiều dài cừ nhỏ nhất Cột nước vùng ảnh hưởng K minmin Hệ số an toàn trượt tổng thể R R R R Ta R R R R R R Moment lớn nhất tác dụng lên bụng cừ. R R R R BẢN CAM KẾT VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Kính gửi: Ban giám hiệu trường Đại học Thuỷ lợi Khoa công trình, khoa Đào tạo Đại học và sau Đại học trường Đại học Thuỷ lợi. Bộ môn công nghệ và quản lý xây dựng trường Đại học Thuỷ lợi. Tên tôi là: Nghiêm Quang Hưng Ngày tháng năm sinh: 16/ 12/ 1986 Học viên cao học lớp: CH19C11, niên khoá: 2011- 2012, trường Đại học Thuỷ lợi Tôi viết bản cam kết này xin cam kết rằng đề tài luận văn “Nghiên cứu giải pháp công nghệ bảo vệ hố móng trong quá trình thi công cống đầu mối Thanh Bình, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp” là công trình nghiên cứu của cá nhân mình. Tôi đã nghiêm túc đầu tư thời gian và công sức dưới sự hướng dẫn của GS. TS. Vũ Thanh Te để hoàn thành đề tài theo đúng quy định của nhà trường. Nếu những điều cam kết của tôi có bất kỳ điểm nào không đúng, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và cam kết chịu những hình thức kỷ luật của nhà trường. Hà Nội, ngày 23 tháng 11 năm 2012 Cá nhân cam kết Nghiêm Quang Hưng MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1 T 2 T 2 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ............................................................................... 2 T 2 T 2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 2 T 2 T 2 4. Dự kiến các kết quả đạt được................................................................................... 3 T 2 T 2 5. Nội dung của luận văn .............................................................................................. 3 T 2 T 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VÙNG ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP T 2 BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG TRONG KHI XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU.....……………………………………………………………4 1.1 Đặc điểm của nền đất yếu ....................................................................................... 4 T 2 T 2 1.1.1. Định nghĩa đất yếu ............................................................................................... 4 T 2 T 2 1.1.2. Nguyên nhân tạo ra nền đất yếu ............................................................................ 4 T 2 T 2 1.1.3. Cách phân biệt nền đất yếu ................................................................................... 5 T 2 T 2 1.1.4. Phân vùng nền đất yếu ở Việt Nam ...................................................................... 6 T 2 T 2 1.1.5. Các loại nền đất yếu thường gặp ........................................................................... 7 T 2 T 2 1.1.6. Ảnh hưởng của nền đất yếu đến công trình xây dựng .......................................... 7 T 2 T 2 1.2. Các phương pháp bảo vệ mái hố móng khi thi công công trình trên nền đất T 2 yếu ................................................................................................................................... 8 1.2.1. Chắn giữ hố móng bằng cọc hàng ......................................................................... 8 T 2 T 2 1.2.2. Phương pháp chắn giữ hố móng bằng cọc trộn dưới sâu .................................... 10 T 2 T 2 1.2.3. Chắn giữ hố móng bằng tường liên tục trong đất ............................................... 11 T 2 T 2 1.2.4. Chắn giữ hố móng bằng thanh chống ................................................................. 12 T 2 T 2 1.2.5. Chắn giữ hố móng bằng thanh neo ..................................................................... 13 T 2 T 2 1.2.6. Chắn giữ hố móng bằng đinh đất ........................................................................ 13 T 2 T 2 1.2.7. Hạ thấp mực nước ngầm kết hợp đào đất ........................................................... 14 T 2 T 2 1.3. Đánh giá khả năng sử dụng giải pháp bảo vệ mái hố móng đối với vùng đất T 2 yếu khi xây dựng công trình ở vùng đồng bằng Sông Cửu Long. .......................... 19 1.3.1. Đặc điểm của vùng đất yếu khu vực đồng bằng Sông Cửu Long....................... 19 1.3.2. Nguyên nhân dẫn đến sự cố và cách khắc phục sự cố khi thi công hố móng công trình ............................................................................................................................... 20 1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................................ 22 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM KẾT HỢP DÙNG CỪ THÉP ĐỂ BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG. .... 25 2.1. Cơ sở lý luận tính toán hạ thấp mực nước ngầm. ............................................. 25 2.1.1. Cơ sở vận động của nước dưới đất...................................................................... 25 2.1.2. Các phương pháp tính toán thiết kế hạ thấp mực nước ngầm: ........................... 33 2.2. Cơ sở lý luận tính toán cừ bảo vệ hố móng. ....................................................... 39 2.2.1. Khái quát tính toán thiết kế cừ bảo vệ hố móng ................................................. 39 2.2.2. Tính toán ổn định bản thân tường cừ: ................................................................. 40 2.2.3. Thiết kế bản cừ thép ............................................................................................ 41 2.2.4. Thiết kế thanh neo, bộ phận giữ neo và dầm mũ tường cừ ................................. 41 2.2.5. Kiểm tra ổn định tổng thể của tường cừ và đất nền ............................................ 44 2.2.6. Kết luận: .............................................................................................................. 48 2.3. Lựa chọn mô hình tính toán ổn định mái hố móng khi sử dụng phương pháp kết hợp hạ thấp mực nước ngầm và cừ chống thấm. ............................................... 49 2.3.1. Phạm vi ứng dụng của phương pháp kết hợp hạ thấp mực nước ngầm và cừ chống thấm để bảo vệ mái hố móng ............................................................................. 49 2.3.2. Mô hình tính toán bảo vệ mái hố móng bằng phương pháp kết hợp hạ thấp MNN và dùng cừ chống thấm ................................................................................................. 50 2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................................ 52 CHƯƠNG III: VẬN DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG KHI THI CÔNG CỐNG ĐẦU MỐI THANH BÌNH, HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH ĐỒNG THÁP. .............................................. 54 3.1. Tổng quan về công trình ..................................................................................... 54 3.1.1. Khái quát chung về công trình ............................................................................ 54 3.1.2. Điều kiện tự nhiên vùng xây dựng công trình .................................................... 56 3.1.3. Đặc điểm kết cấu công trình ............................................................................... 61 3.1.4. Biện pháp thi công hố móng ............................................................................... 65 3.2. Tính toán giải pháp công nghệ kết hợp hạ thấp mực nước ngầm và cừ chống thấm để bảo vệ hố móng………………………………………………………...…..66 3.2.1. Lựa chọn phương pháp hạ thấp MNN: ............................................................... 66 3.2.2. Tính toán bố trí hệ thống giếng hạ thấp MNN cho cống + hệ thống đầu mối kênh Thanh Bình- Tam Nông- Đồng Tháp:........................................................................... 67 3.2.3. Tính toán bố trí hàng cừ bảo vệ mái cho cống + hệ thống đầu mối kênh Thanh Bình- Tam Nông- Đồng Tháp: ...................................................................................... 75 3.2.4. Kiểm tra ổn định tổng thể của cừ và đất nền: ..................................................... 79 3.3. Kết luận chương 3: ............................................................................................... 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ................................................................................... 88 1. Kết luận .................................................................................................................... 88 2. Kiến nghị .................................................................................................................. 89 3. Những vấn đề còn tồn tại của luận văn ................................................................. 90 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng giá trị chỉ tiêu đất mềm yếu. .................................................................. 6 Bảng 1.2. Bảng trị số chỉ tiêu một số loại đất mềm yếu. ................................................ 6 Bảng 1.3. Các phương pháp hạ thấp MNN và làm khô nhân tạo đất yếu bão hoà nước . và điều kiện sử dụng. ..................................................................................................... 16 Bảng 1.4. Phạm vi áp dụng các biện pháp hạ mực nước ngầm.................................... 17 Bảng 1.5. So sánh các phương pháp hạ mực nước ngầm. ............................................ 18 Bảng 2.1. Độ rỗng của các loại đất đá khác nhau (Todd và Mays, 2005) ................... 25 Bảng 2.2. Trị số Ta phụ thuộc vào S và H. ................................................................... 39 Bảng 3.1. Bảng tồng hợp các hạng mục công trình trong dự án quy hoạch hệ thống tưới tiêu và các trạm bơm điện tại hợp tác xã nông nghiệp Hùng Cường ................... 55 Bảng 3.2. Mực nước trung bình năm thiết kế tại sông Tiền.......................................... 57 Bảng 3.3. Mực nước lớn nhất tại kênh Đồng Tiến như trong bảng sau: ...................... 57 Bảng 3.4. Mực nước thấp nhất tại kênh Đồng Tiến như trong bảng sau: .................... 58 Bảng 3.5. Mực nước lớn nhất từng tháng mùa kiệt tần suất P=10%. .......................... 58 Bảng 3.6. Chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của các lớp đất khu vực cống đầu mối và trạm bơm tiêu kênh Thanh Bình. ................................................................................................... 59 Bảng 3.7. Kết quả tính toán hệ thống giếng hạ thấp MNN trường hợp S 0 = 3,8m ....... 70 R R Bảng 3.8. Kết quả tính toán hệ thống giếng hạ thấp MNN trường hợp S 0 = 2,4m ....... 74 R R Bảng 3.9. Kết quả tính toán hệ thống giếng hạ thấp MNN trường hợp S 0 = 1,0m ....... 75 R R Bảng 3.10. Kết quả tính toán áp lực đất. ...................................................................... 77 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Một số phương pháp chắn giữ mái hố móng. ............................................... 14 Hình 2.1. Mối quan hệ giữa bất đồng nhất phân tầng và bất đẳng hướng .................. 30 Hình 2.2. Mặt cắt ngang giếng hoàn chỉnh................................................................... 34 Hình 2.3. Mực nước ngầm được hạ xuống thấp hơn đáy móng ổn định. ..................... 36 Hình 2.4. Sơ đồ tính toán giếng không hoàn chỉnh....................................................... 38 Hình 2.5. Sơ đồ tính toán hệ thống giếng không hoàn chỉnh. ....................................... 39 Hình 2.6. Sơ đồ tính toán chiều dài thanh neo. ............................................................ 43 Hình 2.7. Sơ đồ tính toán ổn định lật tường cừ. ........................................................... 45 Hình 2.8. Sơ đồ tính toán ổn định trượt phẳng tường cừ. ............................................ 46 Hình 2.9. Sơ đồ tính toán ổn định trượt cung tròn.. ..................................................... 48 Hình 2.10. Sơ đồ tính toán bảo vệ mái hố móng kết hợp hạ thấp MNN và dùng cừ chống thấm .................................................................................................................... 50 Hình 3.1. Bản đồ quy hoạch tổng thể dự án quy hoạch hệ thống tưới tiêu và các trạm bơm điện tại hợp tác xã nông nghiệp Hùng Cường ...................................................... 56 Hình 3.2. Bố trí tổng thể cụm công trình đầu mối kênh Thanh Bình ............................ 62 Hình 3.4. Cắt dọc, cắt ngang cống đầu mối và bể hút trạm bơm kênh Thanh Bình ..... 64 Hình 3.5. Minh hoạ thi công hố móng đợt 1 ................................................................. 65 Hình 3.6. Minh hoạ thi công hố móng đợt 2 ................................................................. 65 Hình 3.7. Minh hoạ mặt bằng thi công hố móng đợt 2 ................................................. 66 Hình 3.8. Biểu đồ áp lực đất tác dụng lên cừ và biểu đồ quy về từng lực tập trung .... 77 Hình 3.9. Đa giác lực ứng với η= 5.............................................................................. 78 Hình 3.10. Đa giác dây ứng với đa giác lực ở trên. ..................................................... 78 Hình 3.11. Kích thước mặt cắt cừ thép số hiệu FSP- VI L . ............................................ 79 R R Hình 3.12. Sơ đồ tính toán ............................................................................................ 82 Hình 3.13 : Sơ đồ phân thỏi khối trượt ABCD và sơ đồ lực tác dụng lên thỏi thứ i .... 83 Hình 3.14 : Sơ đồ xét cân bằng thỏi theo phương pháp của Bishop ............................ 84 Hình 3.15: Kết quả tính toán trường hợp không dùng cừ............................................. 86 Hình 3.16 : Kết quả tính toán trường hợp có dùng cừ.................................................. 86 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Công tác bảo vệ hố móng khi xây dựng công trình tại vùng có địa chất xấu, cát chảy,... là công việc vô cùng quan trọng. Bởi nếu không trú trọng đúng mức vào công tác này sẽ rất dễ xảy ra hiện tượng sạt trượt mái hố móng, mực nước ngầm dâng cao dẫn tới việc mở móng vô cùng khó khăn, tốn kém. Từ đó tiến độ thi công của công trình sẽ bị kéo dài, chất lượng công trình không đảm bảo theo yêu cầu. Vùng đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và vùng Đồng Tháp Mười nói riêng được coi là vựa lúa lớn nhất cả nước. Hàng năm, sản lượng lúa của vùng đóng góp vào phần lớn sản lượng lúa xuất khẩu của nước ta. Nhưng ngược lại với thực tế đó, hệ thống công trình thuỷ lợi của vùng còn rất lạc hậu, không khoa học, thiếu hoàn chỉnh. Bởi vậy, khả năng sản xuất lúa nói riêng và nông nghiệp nói chung của vùng vẫn chưa đạt kỳ vọng so với tiềm năng sản xuất nơi đây. Việc hiện đại hoá hệ thống thuỷ lợi vùng đồng bằng Sông Cửu Long vẫn luôn là việc được nhà nước quan tâm. Nhưng trái với những quan tâm đó, công tác hiện đại hoá nơi đây vẫn chưa có những chuyển biến đáng kể theo yêu cầu. Một trong số những nguyên nhân gây khó khăn cho công việc hiện đại hoá công trình thuỷ lợi tại vùng đồng bằng Sông Cửu Long là những khó khăn trong việc xây dựng công trình do những ảnh hưởng của nền địa chất xấu nơi đây. Đề tài “ Nghiên cứu giải pháp công nghệ bảo vệ hố móng trong quá trình thi công cống đầu mối Thanh Bình, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp“ được tác giả thực hiện nhằm tổng kết về lý luận và thực tiễn những tồn tại và thiếu sót trước đây có liên quan đến an toàn, ổn định mái hố móng khi thi công gặp trường hợp mạch đùn cát chảy. Bên cạnh đó, tác giả cũng phân tích nguyên nhân gây nên sự cố sạt mái hố móng các công trình xây dựng trên vùng đất có nền địa chất phức tạp của vùng đồng bằng Sông Cửu Long, từ đó đưa ra một số giải pháp công nghệ thích hợp để bảo vệ mái hố móng khỏi các sự cố đó. 2 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp công nghệ thi công thích hợp bảo vệ hố móng trong quá trình thi công cống đầu mối Thanh Bình, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: a. Cách tiếp cận, đối tượng và phạm vi nghiên cứu: + Cách tiếp cận: thông qua việc nghiên cứu các giải pháp thi công công trình cống trên nền đất yếu, các tài liệu của một số cơ quan nghiên cứu, khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý xây dựng công trình. + Đối tượng nghiên cứu: hố móng các công trình trên nền đất yếu vùng đồng bằng Sông Cửu Long. + Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu một số công trình trên nền đất yếu thuộc vùng đồng bằng Sông Cửu Long. b. Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp phân tích: Tiến hành quan sát thực tế, tổng kết, phân tích những ưu nhược điểm của những công trình đã thiết kế và thi công trước đây để rút ra những vấn đề có liên quan đến công tác tiêu nước hố móng. Từ đó chọn giải pháp thích hợp để vận dụng cho các công trình trong khu vực nghiên cứu. + Phương pháp nghiên cứu lý luận: nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết, các phương pháp hạ thấp mực nước ngầm. Phương pháp xử lý móng công trình trong điều kiện địa chất phức tạp như mạch đùn cát chảy và đề xuất những giải pháp công nghệ khắc phục. + Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu về công trình trên nền đất yếu tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long. + Phương pháp chuyên gia: tham khảo ý kiến của những nhà khoa học, những 3 chuyên gia có chuyên môn cao và kinh nghiệm thực tế phong phú. 4. Dự kiến các kết quả đạt được: + Tổng quan các giải pháp bảo vệ hố móng khi thi công công trình trên nền đất yếu. + Nghiên cứu cơ sở lý thuyết khi sử dụng công nghệ bảo vệ hố móng. + Lựa chọn giải pháp hợp lý và tính toán thiết kế bảo vệ mái hố móng cho công trình cống đầu mối Thanh Bình, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp. 5. Nội dung của luận văn: Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương, tài liệu tham khảo và phụ lục. Chương I: Tổng quan về vùng đất yếu và các phương pháp bảo vệ mái hố móng trong khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu. Chương II: Cơ sở lý luận của phương pháp hạ thấp mực nước ngầm và phương pháp dùng cừ thép để bảo vệ mái hố móng. Chương III: Vận dụng kết quả nghiên cứu để tính toán giải pháp bảo vệ mái hố móng trong khi thi công cống đầu mối Thanh Bình, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VÙNG ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG TRONG KHI XÂY DỰNG CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU. 1.1 Đặc điểm của nền đất yếu 1.1.1. Định nghĩa đất yếu Nền đất là 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 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết P P P P P P quả cắt cánh hiện trường C u ≤ 0,35daN/cm2. R R P P Có thể định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước, S u , và trị số R R xuyên tiêu chuẩn, N, như sau: - Đất rất yếu: S u ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2 - Đất yếu: S u ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4 R R R R 1.1.2. Nguyên nhân tạo ra nền đất yếu Các nguyên nhân chính: - Yếu vì kết cấu: nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đá tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ sập. Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của. Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, công trình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biến đổi đột ngột. 5 - Yếu do độ ẩm: nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết. Đây là các tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất. Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố. Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm. - Yếu do đặc tính sinh hóa: nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố. Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi. 1.1.3. Cách phân biệt nền đất yếu Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng P P lớn (e>1), có môđun biến dạng thấp (E o < 50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ. R R P P 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. - 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, 6 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) d) Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu: Bảng 1.1. Bảng giá trị chỉ tiêu đất mềm yếu. Hàm lượng nước Chỉ tiêu tự nhiên (%) Giá trị chỉ tiêu ≥35 và giới hạn lỏng Độ rỗng tự nhiên Cường độ chịu cắt (Kpa) ≥1,0 <35 Bảng 1.2. Bảng trị số chỉ tiêu một số loại đất mềm yếu. Chỉ tiêu Hàm lượng nước tự loại đất nhiên (%) Độ rỗng tự nhiên Hệ số co ngót Góc nội ma sát (o) (chịu P (Mpa-1) P Độ bão hoà (%) P P cắt nhanh) Đất sét > 40 > 1,2 > 0,50 > 95 <5 Đất á sét > 30 > 0,95 > 0,30 > 95 <5 1.1.4. Phân vùng nền đất yếu ở Việt Nam Nền đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven sông, biển) hoặc ở các thung lũng thuộc vùng núi… có chung đặc tính là lượng nước tự nhiên lớn (≥ 35%), độ lún cao, cường độ chịu cắt thấp (< 35Kpa), hệ số rỗng lớn (e ≥ 1,0) và độ thoát nước kém v.v… khi xây dựng công trình trên loại đất này dễ bị lún sụt. Từ các khu vực châu thổ Bắc bộ, Thanh Hoá - Nghệ Tĩnh, ven biển Trung bộ, đến đồng bằng Nam Bộ đều có những vùng đất yếu. Trong lĩnh vực nghiên cứu và xử lý đất nền, bảo vệ hố móng công trình, các nhà nghiên cứu, các đơn vị tư vấn, thi 7 công công trình ở nước ta đã có nhiều cố gắng trong việc ứng dụng công nghệ mới để xử lý các dạng công trình xây dựng trên nền đất yếu và đã thu được những kết quả bước đầu đầy khích lệ. 1.1.5. Các loại nền đất 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; - Bùn: các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200μm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; - 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 bazan: đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô, bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập. 1.1.6. Ảnh hưởng của nền đất yếu đến công trình xây dựng 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 thiên nhiên cho công trình xây dựng. Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thuỷ lợi, 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. Việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải 8 pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết. Nền đất mềm yếu, đặc biệt là những nơi có mực nước ngầm cao, hay xảy ra hiện tượng cát chảy có ảnh hưởng rất lớn đến hố móng công trình. Trong quá trình đào hố móng hay xảy ra hiện tượng sụt mái hố móng, nước thấm qua mái vào hố móng gây ra ảnh hưởng lớn đến tiến độ thi công công trình, tiêu tốn kinh phí đầu tư xây dựng công trình, chất lượng chung của công trình xây dựng. Do đó, công việc bảo vệ hố móng công trình khi xây trên nền đất mềm yếu là công việc vô cùng quan trọng. Công việc này sẽ giúp rút ngắn tiến độ thi công, bảo đảm chất lượng công trình, góp phần giảm chi phí đầu tư xây dựng công trình. Đây là công việc khó khăn, phức tạp, đỏi hỏi kỹ thuật xây dựng công trình cao. Nội dung của luận văn này sẽ nghiên cứu về công tác bảo vệ hố móng cho những công trình xây dựng trên nền đất yếu loại này. Đặc biệt là những công trình xây dựng tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long. 1.2. Các phương pháp bảo vệ mái hố móng khi thi công công trình trên nền đất yếu 1. Chắn giữ hố móng bằng cọc hàng 2. Chắn giữ bằng cọc trộn dưới sâu 3. Chắn giữ bằng tường liên tục trong đất 4. Chắn giữ bằng thanh chống, thanh neo, đinh đất 5. Hạ mực nước ngầm kết hợp đào đất 6. Một số phương pháp mới khác. 1.2.1. Chắn giữ hố móng bằng cọc hàng 1. Giới thiệu chung. 9 Khi thi công, cụ thể là đào hố móng, ở những chỗ không tạo được mái dốc hoặc do hiện trường hạn chế không thể chắn giữ mái hố móng bằng một số phương pháp khác như: cọc trộn, thanh neo, thanh chống… và độ sâu hố móng khoảng 6 ~ 10m thì có thể chắn giữ bằng cọc hang. Chắn giữ bằng cọc hàng có thể dùng cọc nhồi khoan lỗ, bản cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, đặc biệt là cọc bản thép… a, Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột: Khi đất quanh hỗ móng tương đối tốt, mực nước ngầm tương đối thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau (Ví dụ như cọc nhồi khoan lỗ hoặc cọc đào lỗ đặt thưa) để chắn mái đất. b, Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục: Trong đất yếu thì thường không thể hình thành được vòm đất, cọc chắn giữ phải xếp thành hàng liên tục. Cọc khoan lỗ dày liên tục có thể chồng tiếp vào nhau, hoặc khi cường độ bê tông thân cọc còn chưa hình thành thì làm một cọc rễ cây bằng bê tông không cốt thép ở giữa hai cây cọc để nối liền cọc hàng khoan lỗ lại. Cũng có thể dùng cọc bản thép, cọc bản bê tông cốt thép. c, Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp: Trong vùng đất yếu có mực nước ngầm tương đối cao có thể dùng cọc hàng khoan nhồi tổ hợp với tường chống thấm bằng cọc xi măng đất. 2. Phạm vi áp dụng: - Căn cứ vào thực tiễn thi công ở vùng đất yếu, với độ sâu hố đào h< 6m, khi điều kiện hiện trường cho phép thì áp dụng kiểu tường chắn bằng cọc trộn dưới sâu kiểu trọng lực là lý tưởng hơn cả. - Khi hiện trường bị hạn chế, cũng có thể dùng cọc Conson khoan lỗ hàng dày φ600mm, giữa hai cọc được chèn kín bằng cọc rễ cây. - Với loại hố móng có độ đào sâu (4~6m), căn cứ vào điều kiện hiện trường và hoàn cảnh xung quanh có thể dùng loại tường chắn bằng cọc trộn dưới sâu kiểu 10 trọng lực hoặc đóng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc cọc bản thép, sau đó ngăn thấm nước bằng bơm vữa và tăng thêm cọc trộn, đặt một đường dầm quây và thanh chống; cũng có thể dùng cọc khoan lỗ φ600mm, phía sau dùng cọc nói trên để ngăn thấm, ở đỉnh đặt một đường dầm quây và thanh chống. - Với loại hố móng có chiều sâu hố đào 6~10m, thường dùng cọc khoan lỗ φ800mm~ φ1000mm, phía sau có cọc trộn dưới sâu hoặc bơm vữa chống thấm, đặt 2 đến 3 tầng thanh chống, số tầng thanh chống tuỳ theo điều kiện địa chất, hoàn cảnh xung quanh và yêu cầu biến dạng của kết cấu quay giữ mà xác định. - Với loại hố móng có chiều sâu hố đào h>10m, trước đây hay dùng tường ngầm liên tục trong đất, có nhiều tầng thanh chống, tuy là chắc chắn tin cậy, nhưng giá thành rất cao. Thời gian gần đây, người ta đã dùng cọc khoan lỗ φ800mm ~ φ1000mm để thay thế cho cọc ngầm và cũng dùng cọc trộn dưới sâu để ngăn nước, có nhiều tầng thanh chống và đảo trung tâm, kết cấu chắn giữ loại này đã thành công với hố móng đào sâu 13m. 1.2.2. Phương pháp chắn giữ hố móng bằng cọc trộn dưới sâu 1. Giới thiệu chung Cọc trộn dưới sâu là một phương pháp mới dùng để gia cố nền đất yếu, nó sử dụng xi măng, vôi, vv… để làm chất đông rắn, nhờ vào máy trộn dưới sâu để trộn cưỡng bức đất yếu với chất động rắn (dung dịch dạng bột), lợi dụng một loạt các phản ứng hoá học- vật lý xảy ra giữa các chất đông rắn với đất, làm cho đất mềm đông rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và cường độ nhất định. 1. 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 trộn vv… Độ sâu gia cố có thể đạt tới 60m. Áp dụng tốt nhất cho độ sâu