Tài liệu Nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường vùng mỹ xuyên, sóc trăng ứng dụng cho công trình đường vào cầu ông điệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐÀO MINH SANG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG VÙNG MỸ XUYÊN, SÓC TRĂNG ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG VÀO CẦU ÔNG ĐIỆP CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 60 58 02 04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS BÙI VĂN TRƯỜNG 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 Đào Minh Sang i LỜI CÁM ƠN Tôi xin cám ơn các thầy cô giảng dạy trong bộ môn, khoa công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học - Trường Đại Học Thủy Lợi. Tôi xin chân thành cám ơn, PGS. TS Bùi Văn Trường là người hướng dẫn khoa học đã hết sức tận tâm nhiệt tình giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cám ơn sự quan tâm góp ý của các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trong trường Đại học Thủy Lợi. Tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của lãnh đạo cơ quan, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt thời gian thực hiện luận văn. ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ...........................v DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................x MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG .................................................................................................................4 1.1 Tổng quan về đất yếu ................................................................................................4 1.1.1 Khái niệm về đất yếu [1] ........................................................................................4 1.1.2 Mục tiêu xử lý nền đất yếu .....................................................................................6 1.2 Tổng quan về phương pháp xử lý đất yếu nền đường ...............................................7 1.2.1 Phương pháp gia tải trước ......................................................................................7 1.2.2 Phương pháp cọc cát...............................................................................................8 1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát ....................................................10 1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm ....................................................11 1.2.5 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng .........................................12 1.3 Kết luận chương 1 ...................................................................................................14 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG VÙNG MỸ XUYÊN, SÓC TRĂNG.................................................................................................15 2.1. Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán, thiết kế xử lý đất yếu .............................15 2.1.1. Phương pháp bấc thấm kết hợp với hút chân không và gia tải trước ..................15 2.1.2. phương pháp cọc cát ............................................................................................16 2.1.3. Phương pháp cọc ĐXM .......................................................................................28 2.2 Đặc điểm nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên ...................................................................31 2.2.1 Cấu trúc nền đất yếu ............................................................................................31 2.2.2 Tính chất xây dựng của các lớp đất nền ...............................................................33 2.2.3 Phân tích, đánh giá nền đất yếu ............................................................................36 2.3 Định hướng phát triển hệ thống đường giao thông trong vùng ...............................38 2.4. Giải pháp xử lý nền, móng khi xây dựng đường trên đất yếu vùng Mỹ Xuyên.....40 2.4.1 Khái quát chung về các phương pháp xử lý nền đất yếu ......................................40 2.4.2 Giải pháp xử lý nền, móng khi xây dựng đường trên nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên .......................................................................................................................................42 iii 2.5 Kết luận chương 2 ................................................................................................... 47 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG VÀO CẦU ÔNG ĐIỆP, HUYỆN MỸ XUYÊN ........................................... 48 3.1 Khái quát chung về công trình ................................................................................ 48 3.1.1 Tổng quan về công trình....................................................................................... 48 3.1.2 Vị trí công trình .................................................................................................... 52 3.1.3 Điều kiện tự nhiên ................................................................................................ 53 3.1.4 Đặc điểm địa chất công trình................................................................................ 56 3.2 Phân tích, lựa chọn giải pháp xử lý nền .................................................................. 61 3.3 Thiết kế giải pháp xử lý nền .................................................................................... 62 3.3.1 Giải pháp thiết kế ................................................................................................. 62 3.3.2. Tính toán ứng suất, biến dạng nền đường bằng phương pháp số ....................... 88 3.4 Kết luận chương 3 ................................................................................................... 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 100 I. KẾT LUẬN: ............................................................................................................. 100 II. KIẾN NGHỊ: ........................................................................................................... 101 III. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: ................................................................ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 102 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Acol : Diện tích của cọc xi măng đất. as : Diện tích tương đối của cọc xi măng đất. Asoil : Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng B, L, H : Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất. Ccol : Lực dính của cọc xi măng đất. Cci : Chỉ số nén lún. Cu.soil : Độ bền chống cắt không thoát nước. CDM : Cọc xi măng đất. cu : Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố. Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải. Csoil : Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất. Ctđ : Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố. d : Đường kính cọc. DM : Công nghệ trộn sâu. ĐXM : Cọc đất xi măng. Ecol : Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất. Esoil : Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố. Etđ : Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố. E50 : Mô đun biến dạng. e oi : Hệ số rỗng của lớp đất . v Fs : Là hệ số an toàn. H : Chiều cao nền đắp. Lcol : Chiều dài cọc. LVThS : Luận văn Thạc sĩ [M] : Moment giới hạn của cọc xi măng đất. N/XM : Nước/ xi măng Qult : Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất. [S] : Độ lún giới hạn cho phép. ∑ Si : Độ lún tổng cộng của móng cọc. φ col : Góc nội ma sát của cọc xi măng đất. φ soil : Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất. φ tđ : Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố. hi : Bề dày lớp đất tính lún thứ i. σ’ vo : Ứng suất do trọng lượng bản thân. Δ σ’v : Gia tăng ứng suất thẳng đứng. σ’ p : Ứng suất tiền cố kết. Qp : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc. ffs : Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất. fq : Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài. q : Ngoại tải tác dụng. γ : Dung trọng đất đắp. vi R : Bán kính cung trượt tròn. τe : Sức chống cắt của vật liệu đất đắp. τ av : Sức chống cắt của vật liệu cọc Δl : Chiều dài cung trượt tương ứng. xi : Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay. wi : Trọng lượng của mảnh thứ i. φi : Góc ma sát trong của lớp đất. Ltb : Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài. Q : Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên. t : Tỉ lệ xi măng dự kiến. vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1. Biểu đồ đường cong nén lún e = f(P) ............................................................ 17 Hình 2.2: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền ................................................... 19 Hình 2.3: Sơ đồ bố trí cọc cát ........................................................................................ 20 Hình 2.4: Biểu đồ xác định khoảng cách giữa cọc cát .................................................. 21 Hình 2.5: Lưới tam giác đều ......................................................................................... 26 Hình 2.6: Mặt cắt địa chất vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng ............................................... 32 Hinh 3.1. Cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ....................................................... 50 Hinh 3.2. Chi tiết cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ........................................... 51 Hinh 3.3. Kết cấu nhịp dầm thép cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ................... 51 Hinh 3.4. Đường dẫn vào đầu cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ....................... 52 Hinh 3.5. Sơ đồ định vị cầu Ông Điệp tại tại Km 5+118 ĐT934 ................................. 52 Hình 3.6: Mặt cắt địa chất công trình ............................................................................ 57 Hình 3.7 Trắc dọc đường vào cầu Ông Điệp ................................................................ 64 Hình 3.8. Mặt cắt ngang đường ..................................................................................... 65 Hình 3.9 Giao hai tia phun áp lực cao ........................................................................... 79 Hình 3.10 Sơ đồ công nghệ trộn ướt. ............................................................................ 80 Hình 3.11 Thi công cọc xi măng đất bằng công nghệ trộn ướt. .................................... 80 Hình 3.12: Sơ đồ bố trí cọc cát ...................................................................................... 84 Hình 3.13 : Trình tự thi công cọc cát ............................................................................ 85 Hình 3.14: Mũi cọc bằng đệm gỗ và bằng mũi cọc có bản lề ....................................... 86 Hình 3.15 Công nghệ thi công cọc cát .......................................................................... 87 Hình 3.16: Thiết bị đóng cọc cát không dùng ống thép ................................................ 88 Hình 3.17 Sơ đồ mô phỏng xử lý nền bằng cọc ĐXM trong phần mềm Plaxis............ 92 Hình 3.18 Sơ đồ mô phỏng xử lý nền bằng cọc cát trong phần mềm Plaxis ................ 92 Hình 3.19 Lưới biến dạng của công trình ..................................................................... 93 Hình 3.20 Chuyển vị đứng (lún) của công trình ........................................................... 93 Hình 3.21: Phân bố ứng suất trong nền móng công trình ............................................. 94 Hình 3.22: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất ................................................. 94 Hình 3.23 Chuyển vị đứng (lún) của mặt cắt nền đường A-A ...................................... 95 viii Hình 3.24 Lưới biến dạng của công trình ......................................................................95 Hình 3.25 Chuyển vị đứng (lún) của công trình ............................................................96 Hình 3.26: Phân bố ứng suất trong nền móng công trình..............................................96 Hình 3.27: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất .................................................97 Hình 3.28 Chuyển vị đứng (lún) của mặt cắt nền đường A-A ......................................97 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Hệ số ղ .......................................................................................................... 22 Bảng 2.2: Hệ số A, B, D ............................................................................................... 23 Bảng 2.3 Các chỉ tiêu cơ lý đất vùng Mỹ Xuyên .......................................................... 33 Bảng 2.4. Kết quả nghiên cứu các đặc trưng kháng cắt của đất.................................... 34 Bảng 2.5. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu ở một số huyện tại tỉnh Sóc Trăng ....................................................................................................................................... 35 Bảng 2.6. Đặc tính cố kết của đất yếu Sóc Trăng ......................................................... 36 Bảng 2.7. Các giải pháp xử lý đất yếu nền đường giao thông ở Mỹ Xuyên, sóc Trăng ....................................................................................................................................... 45 Bảng 2.8 So sánh các phương pháp xử lý nền hiện nay................................................ 45 Bảng 3.1. Lượng mưa bình quân tháng (mm/tháng) ..................................................... 55 Bảng 3.2. Tốc độ gió và hướng gió tại Sóc Trăng ........................................................ 55 Bảng 3.3. Thống kê tải trọng tĩnh tải tác dụng lên nền đường ...................................... 65 Bảng 3.4. Thống kê các số liệu địa chất nền đường...................................................... 77 Bảng 3.5 Tính độ lún S 2 ................................................................................................ 78 Bảng 3.6: Các thông số tính toán của từng lớp ............................................................. 82 Bảng 3.7 Các thông số mô hình XMĐ .......................................................................... 90 Bảng 3.8 Các thông số mô hình Cọc cát ....................................................................... 91 Bảng 3.9 Độ chênh lệch lún sau khi mô phỏng bằng Plaxis ......................................... 98 x MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với tốc độ nhanh của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu phát triển hệ thống giao thông cũng rất lớn. Khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu cần có các biện pháp xử lý, nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như đồng bằng sông Cửu Long nói chung và đặc biệt là ở Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng nói riêng do vậy xử lý nền đất yếu là vấn đề rất được quan tâm trong việc thiết kế xây dựng công trình. Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu cho công trình đường giao thông, như thi công bằng Công nghệ cọc ép, cọc nhồi bê tông cốt thép tuy có sức chịu tải lớn nhưng bên cạnh đó cũng bộc lộ những nhược điểm như giá thành cao, thời gian thi công kéo dài, gây ô nhiễm môi trường...từ đó ta thấy nhưng lựa chọn giải pháp xử lý phù hợp phải được dựa trên sự phân tích, đánh giá đặc điểm cấu trúc nền với quy mô và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho công trình. Đồng thời việc tính toán, thiết kế các giải pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình đường giao thông trong vùng cũng còn những hạn chế, ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ công trình, dẫn đến những kho khăn trong quá trình triễn khai và sự lãng phí về kinh tế. Vì vậy việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp để xử lý nền đất yếu, cũng như phương pháp tính toán thiết kế phù hợp phục vụ cho xây dựng hệ thống đường giao thông trong vùng là việc làm hết sức cần thiết, có ý nghĩa quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội ở Mỹ Xuyên, Sóc Trăng nói riêng và ở đồng bằng Sông Cửu Long nói chung. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích chính của đề tài là lựa chọn giải pháp xử lý nền và phương pháp tính toán thiết kế phù hợp với đặc điểm nền đất yếu phục vụ cho xây dựng hệ thống đường giao thông vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu phương pháp tính toán, thiết kế xử lý đất yếu, trong phạm vi xử lý nền đường giao thông vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng. 1 4. Nội dung nghiên cứu Đề tài sẽ chủ yếu tập trung nghiên cứu những nội dung sau: Tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu; Đặc điểm nền đất yếu vùng Mỹ Xuyên, Sóc trăng; Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán thiết kế giải pháp xử lý đất yếu nền đường giao thông; Phân tích lựa chọn giải pháp phù hợp xử lý đất yếu nền đường vùng Mỹ Xuyên, Sóc Trăng; Ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý đất yếu nền tuyến đường vào cầu Ông Điệp. 5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Để đạt được mục đích đề ra và để hoàn thành nội dung nghiên cứu của đề tài luận văn, tác giả sử dụng cách tiếp cận theo hướng kế thừa, thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu có liên quan; nghiên cứu tổng quan lý thuyết và thực tiễn; điều tra, khảo sát các công trình. Đồng thời luận văn sẽ sử dụng các tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu; - Phương pháp phân tích hệ thống; - Phương pháp phân tích, tính toán lý thuyết để lựa chọn và thiết kế giải pháp phù hợp xử lý đất yếu nền đường; - Phương pháp mô hình toán: Sử dụng phần mềm Plaxis, Geo-slope để tính toán so sánh các phương án xử lý đất yếu và để kiểm toán ổn định nền đường . 6. Kết quả đạt được - Tình hình nghiên cứu, ứng dụng; cơ sở lý thuyết, phương pháp tính toán, thiết kế giải pháp xử lý đất yếu nền đường giao thông; 2 - Lựa chọn được giải pháp xử lý phù hợp với đặc điểm nền đất yếu, phù hợp với định hướng phát triển đường giao thông, đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế ở Mỹ Xuyên, Sóc Trăng; - Ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý yếu đất nền cho một công trình cụ thể; - Kết quả của đề tài nghiên cứu góp phần bổ sung tài liệu tham khảo khi thiết kế, xây dựng cho các công trình tương tự. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN ĐƯỜNG 1.1 Tổng quan về đất yếu 1.1.1 Khái niệm về đất yếu [1] - Đất yếu là một thuật ngữ được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực xây dựng. Hiện nay, tồn tại một số quan niệm khác nhau về đất yếu. Dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam như TCVN 9355:2012, 22TCN 262-2000, tham khảo các tiêu chuẩn phân loại đất của ASTM, BS, theo đất yếu là loại đất có một số đặc điểm cơ bản sau đây: + Là loại đất có khả năng chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ hơn 1,0kG/cm2), mô đun biến dạng nhỏ (E 0 < 50kG/cm2); + Dễ bị biến dạng khi có tải trọng tác dụng, có độ lún lớn (thường hệ số rỗng ban đầu e 0 >1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuẩn N SPT<5 búa, sức kháng xuyên đơn vị q c < 10kG/cm2. + Là loại đất được thành tạo từ các vật liệu trầm tích trẻ (từ 10.000÷15.000 năm tuổi vẫn đang trong quá trình cố kết trong điều kiện môi trường khác nhau (bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, đầm lầy...). - Trên cở sở các đặc điểm về địa chất công trình (thành phần, tính chất cơ lý...), đất yếu có thể được chia ra các loại chính sau: + Đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, cửa sông, đồng bằng tam giác châu thổ...) loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể lên tới 10%÷12%) . Đối với loại này, được xác định là đất yếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn nhão, hệ số rỗng lớn (sét e 0 >1,5; á sét e 0 >1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước Cu<35 kG/cm2, góc nội ma sát Φ< 10. + Than bùn và đất hữu cơ có nguồn gốc đầm lầy, nơi tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao. Tại đây, xác của các loài thực vật bị thối rữa và phân hủy, tạo ra các 4 vật lắng hữu cơ lẫn với các khoáng vật từ vật liệu. Loại này thường được gọi là đất đầm lầy, than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20% - 80%, thường có màu xám đen hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao trung bình W = 85%-95%. Than bùn là loại đất thường xuyên nén lún lâu dài, không đều, hệ số nén lún có thể đạt 3-10cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 50cm. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng: Hàm lượng hữu cơ từ 20% - 30%: đất nhiễm than bùn . Hàm lượng hữu cơ từ 30% - 60%: đất than bùn. Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn. + Bùn là các lớp đất mới được hình thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (<200mm). Đặc điểm về thành phần và kết cấu của nó là thành phần khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong. Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10%. Đất bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng con đường cơ học hoặc hóa học ở tại đáy biển hoặc vũng vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nước hoặc bãi bồi của sông. Vì vậy thường phân biệt bùn biển, bùn vũng, bùn hồ, bùn lầy và bùn bồi tích. Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Cường độ của bùn nhỏ, biến dạng lớn, mô đun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5kG/cm2 với bùn sét; từ 10-25kG/cm2 với bùn pha cát và bùn cát pha sét; hệ số nén lún chỉ có thể đạt lên tới 2-3cm2/daN. Như vậy, bùn là loại trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên. Do vậy khi xây dựng công trình trên đất nền là bùn cần áp dụng các biện pháp xử lý nền phù hợp. - Đất yếu ở nước ta khá phổ biến, đặc biệt là tại các khu vực đồng bằng châu thổ sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. Chiều dày các lớp đất này nhiều khi có giá trị khá lớn, có nơi lên tới 45-60m. - Để xây dựng công trình trên các vùng đất như vậy, sử dụng các biện pháp xử lý móng sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém. Hợp lý hơn cả trong những trường hợp 5 nền đất yếu là tìm giải pháp xử lý nền hoặc kết hợp xử lý nền với móng, trong đó giải pháp xử lý nền thường đóng vai trò chủ đạo. 1.1.2 Mục tiêu xử lý nền đất yếu - Việc xử lý nền đất yếu nhằm hướng đến 3 mục tiêu chủ yếu sau: + Tăng khả năng chịu lực của nền đất. + Tăng khả năng chống biến dạng của nền đất. + Giảm tính thấm nước cho đất. - Để đạt được các mục tiêu trên việc xử lý nền đất yếu có thể thực hiện theo các hướng chính sau: * Tăng độ chặt đất nền: theo hướng này có thể sử dụng: + Các phương pháp cơ học: đây là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng việc sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi ...) để gia cố nền bằng tác nhân cơ học. Trong đó việc sử dụng phương pháp tải trọng động được sử dụng khá phổ biến và hiệu quả cho các loại đất hạt rời, đặc biệt là cát xốp như dùng các máy đầm rung, đầm lăn. Tuy nhiên chúng chỉ có thể tăng độ chặt cho các lớp đất trên bề mặt. Các loại cọc tre, cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng cho các công trình dân dụng. + Hạ mực nước ngầm: hạ mực nước ngầm giúp cho quá trình cố kết nhanh tạo khả năng giảm độ rỗng của các lớp đất nhờ tăng trọng lượng của khối đất bên trên * Biến đổi cấu trúc đất nền bằng các phương pháp hóa - lý - sinh: + Phương pháp nhiệt học: là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800 C để làm biến đổi đặc tính lý hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện đất nền là đất sét hoặc cát mịn. Phương pháp này đòi hỏi lượng năng lượng không nhỏ nhưng cho kết quả nhanh và tương đối khả quan. 6 + Phương pháp hóa học: là một trong những phương pháp rất được chú ý trong thời gian gần đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp silicat hóa. Hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa. Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất là những phương pháp được sử dụng tương đối phổ biến + Phương pháp sinh học: đây là một phương pháp mới, người ta sử dụng các vi sinh vật để làm đầy các lỗ rỗng của đất nền từ đó làm giảm hệ số rỗng hoặc gắn kết các hạt đất lại với nhau để làm tăng lực dính đơn vị của đất. Tuy nhiên, phương pháp này ít được sự quan tâm do yêu cầu thời gian thi công tương đối dài mặc dù được khá nhiều ủng hộ về mặt kinh tế. + Thay thế lớp đất ngay dưới đế móng bằng loại đất khác tốt hơn: đây là một phương pháp ít được sử dụng. Để khắc phục vướng mắc do gặp lớp đất yếu phân bố ngay dưới đáy móng, người ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu bằng lớp đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh phí đầu tư lớn và thời gian thi công lâu dài. + Điều chỉnh tiến độ thi công: tăng tải dần hoặc xây dựng từng bộ phận công trình theo từng giai đoạn nhằm cải thiện khả năng chịu lực của nền đất, cân bằng độ lún giữa các bộ phận của kết cấu công trình. +Việc lựa chọn phương pháp xử lý nền hợp lý phụ thuộc vào tính chất của đất nền, loại và tải trọng công trình, loại móng, thiết bị và điều kiện thi công, yêu cầu tiến độ. Các phương pháp trên có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả cao nhất. 1.2 Tổng quan về phương pháp xử lý đất yếu nền đường 1.2.1 Phương pháp gia tải trước - Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ 7 lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra. Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước. - Pương pháp gi tải trước có một số ưu điểm sau: +Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất. + Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian. - Các biện pháp thực hiện: + Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá...) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình. + Phương pháp gia tải trước đơn giản, dễ thực hiện, ít kinh tế dùng cho những công trình chịu tải không lớn. - Phương pháp gia tải có một số nhược điểm sau: + Hiệu quả không cao + Chịu tải trọng không lớn + Không tận dụng được vật liệu đất tại chỗ 1.2.2 Phương pháp cọc cát - Phương pháp nén chặt đất dưới sâu bằng cọc cát là phương pháp tạo ra các cọc cát có đường kính tương đối lớn và được đầm chặt trong nền đất yếu được gia cố. - Cọc cát có các tác dụng sau: Cọc cát giúp cho nền đất thoát nước nhanh, đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất và nhanh chóng ổn định độ lún công trình. Cọc cát chiếm một phần thể tích lỗ rỗng trong nền, giúp giảm lỗ rỗng làm cho đất chặt hơn, tăng khả năng chịu lực và giảm độ lún cho công trình. 8