Tài liệu 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 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 ii 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 iii 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 iv 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 v 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 vi 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 vii 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 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT c: Lực dính (kPa); ϕ: Góc ma sát trong (°); b: Bề rộng của một mảnh trượt (m); u: Áp lực nước lỗ rỗng tác động vào mảnh trượt (kPa); W: Trọng lượng một mảnh (kN/m3）; α: 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. σ 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. ix 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 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 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 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 0,5 - 1,0 daN/cm2); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kg); hệ số rỗng lớn (e > 1); độ sệt lớn (B > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2); 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), góc nội ma sát φ < 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường C u < 0,35 daN/cm2. 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 - 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). 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 5 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. 6 + 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: 7 + 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. 8