Tài liệu Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng cọc pcc cho đường thử tàu, depot hà đông

  • Số trang: 120 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 26 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Tham gia: 31/07/2015

Mô tả:

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trong luận văn là hoàn toàn đúng với thực tế và chưa được công bố trong các công trình trước đây. Tất cả các trích dẫn đã được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Người cam đoan i LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng cọc PCC cho đường thử tàu, Depot Hà Đông” được hoàn thành dưới sự cố gắng nỗ lực của tác giả, cùng sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học, các thầy cô giáo trong bộ môn Địa kỹ thuật và Khoa Công Trình, cùng các đồng nghiệp, bạn bè và người thân. Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý cơ quan, Quý thầy cô, đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo, Tiến Sĩ Phạm Quang Tú đã hết sức tận tình chỉ bảo, giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện quan trọng để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình và bạn bè đã luôn động viên tác giả về mọi mặt trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua. Tuy đã có những cố gắng nhất định xong do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, luận văn này không thể tránh khỏi thiếu sót. Tác giả kính mong quý thầy cô, quý đồng nghiệp và bạn bè chỉ dẫn và góp ý xây dựng, tạo thêm thuận lợi để tác giả có thể tiếp tục học tập và hoàn thiện về đề tài nghiên cứu của mình. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU HIỆN NAY.................................................................................................................................1 1.1. Các biện pháp xử lý nền đất yếu .............................................................................1 1.1.1. Đặc tính của đất yếu .............................................................................................1 1.1.2. Các biện pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu ...........................................2 1.1.3. Các biện pháp xử lý kết cấu công trình ................................................................3 1.1.4. Các biện pháp xử lý về móng ...............................................................................4 1.1.5. Các biện pháp xử lý nền đất yếu...........................................................................4 1.1.5.1. Các biện pháp cơ học; vật lý ............................................................................5 1.1.5.2. Các biện pháp hóa học .....................................................................................5 1.1.5.3. Phương pháp sinh học ......................................................................................5 1.1.5.4. Các phương pháp thủy lực ...............................................................................5 1.1.6. Một số phương pháp được ứng dụng nhiều trong thực tế ....................................6 1.1.6.1. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cứng. ..............................................6 1.1.6.2. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát ...................................................6 1.1.6.3. Phương pháp xử lý nền bằng cọc đất – ximăng ...............................................7 1.1.6.4. Phương pháp gia tải nén trước .........................................................................7 1.1.6.5. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm ...............................................8 1.2. Xử lý nền bằng cọc PCC.........................................................................................8 1.2.1. Tổng quan về xử lý nền bằng cọc PCC ................................................................8 1.2.2. Các công trình trong nước và trên thế giới sử dụng cọc PCC để xử lý nền .........9 1.2.3. Quá trình thi công cọc PCC ................................................................................10 1.2.4. Ưu nhược điểm của phương pháp ......................................................................10 1.2.4.1. Ưu điểm ............................................................................................................10 iii 1.2.4.2. Nhược điểm ...................................................................................................... 11 1.3. So sánh lựa chọn phương án xử lý nền đất yếu cho khu vực đường thử tàu, Depot – Hà Đông. .................................................................................................................... 11 1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................................ 12 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỢP LÝ CỦA CỌC PCC .......................................................................... 14 2.1. Mở đầu: ................................................................................................................. 14 2.2. Cơ sở tính toán. ..................................................................................................... 14 2.2.1. Sức chịu tải dọc trục của cọc đơn ....................................................................... 14 2.1.1.1. Sức chịu tải của cọc theo đất nền. .................................................................. 14 2.1.1.2. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:.................................................................. 15 2.2.2. Sức chịu tải của nền phức hợp............................................................................ 15 2.2.2.1. Tỷ lệ thay thế cọc đất – khoảng cách cọc ...................................................... 16 2.2.2.2. Sức chịu tải của nền phức hợp: ...................................................................... 16 2.2.3. Thiết kế tầng đệm ............................................................................................... 17 2.2.3.1. Lựa chọn kích thước mũ cọc:......................................................................... 17 2.2.3.2. Thiết kế lưới địa kỹ thuật: .............................................................................. 18 2.2.4. Độ lún của nền .................................................................................................... 19 2.2.4.1. Độ lún trong phạm vi gia cố cọc S 1 ............................................................... 20 2.2.4.2. Độ lún của các lớp đất phía dưới mũi cọc S 2 ................................................. 20 2.3. Trình tự thi công ................................................................................................... 21 2.3.1. Chuẩn bị mặt bằng thi công ................................................................................ 22 2.3.2. Định vị máy thi công .......................................................................................... 23 2.3.3. Quá trình rung hạ ống vách ................................................................................ 23 2.3.4. Công tác bê tông và đổ bê tông vào thành rỗng của ống vách ........................... 24 2.3.4.1. Công tác bê tông: ........................................................................................... 24 2.3.4.2. Công tác đổ bê tông ....................................................................................... 25 2.3.5. Rung và rút ống vách.......................................................................................... 25 2.3.6. Làm sạch và đổ bê tông bịt đầu cọc và thi công lớp mũ mở rộng ..................... 25 2.3.7. Thi công lớp đệm đá dăm đầu cọc...................................................................... 25 2.3.8. Thi công các lớp đất đắp bên trên đến cao độ bàn giao ..................................... 26 iv 2.4. Kiểm tra và nghiệm thu vật liệu xây dựng ...........................................................27 2.5. Kiểm soát chất lượng cọc trong quá trình thi công...............................................27 2.6. Kiểm soát chất lượng cọc sau thi công .................................................................28 2.6.1. Giới thiệu chung .................................................................................................28 2.6.1.1. Mục đích thí nghiệm ......................................................................................29 2.6.1.2. Số lượng cọc thí nghiệm ................................................................................29 2.6.1.3. Trình tự thí nghiệm ........................................................................................29 2.7. Mô phỏng bài toán xử lý nền bằng các phần mềm chuyên dụng. ........................30 2.7.1. Giới thiệu chung về các phần mềm phổ biến hiện nay.......................................30 2.7.2. Giới thiệu về bộ phần mềm Plaxis......................................................................30 2.8. Kết luận chương 2. ................................................................................................31 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC PCC CHO ĐƯỜNG THỬ TÀU, DEPOT – HÀ ĐÔNG ................................................................................33 3.1. Giới thiệu công trình đường thử tàu tàu, Depot Hà Đông ....................................33 3.1.1. Khái quát chung dự án ........................................................................................33 3.1.2. Địa lý và môi trường ...........................................................................................34 3.1.2.1. Vị trí địa lý tự nhiên .......................................................................................34 3.1.2.2. Điều kiện khí hậu ...........................................................................................35 3.1.2.3. Hệ thống nước mặt và môi trường xây dựng. ................................................36 3.1.2.4. Điều kiện địa chất thủy văn. ...........................................................................37 3.1.2.5. Điều kiện địa chất công trình .........................................................................38 3.1.3. Yêu cầu kỹ thuật thiết kế xử lý nền đất yếu .......................................................42 3.1.3.1. Cao độ khu vực xử lý nền ..............................................................................42 3.1.3.2. Yêu cầu về sức chịu tải, độ lún và tính ổn định .............................................42 3.1.3.3. Yêu cầu về độ chặt san nền ............................................................................43 3.2. Tính toán, phân tích chọn giải pháp thiết kế .........................................................43 3.2.1. Phương án móng nông trên nền thiên nhiên .......................................................43 3.2.1.1. Kiểm tra sức chịu tải của nền .........................................................................43 3.3. Thiết kế kỹ thuật phương án xử lý bằng cọc PCC ................................................44 3.3.1. Lựa chọn các thông số tính toán so sánh ............................................................44 3.3.2. Trình tự tính toán thiết kế kỹ thuật phương án xử lý nền bằng cọc PCC ...........45 v 3.4. Trình tự tính toán chi tiết của một phương án từ bước một đến bước bốn. ......... 46 3.4.1. Trường hợp tính 1 ............................................................................................... 46 3.4.1.1. Số liệu đầu vào trường hợp tính toán 1 .......................................................... 46 3.4.1.2. Tính toán sức chịu tải của cọc ........................................................................ 47 3.4.1.3. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc ................................................................ 48 3.4.1.4. Kiểm tra sức chịu tải của nền liên hiệp giữa đất gia cố cọc........................... 50 3.4.1.5. Độ lún của nền sau khi gia cố cọc.................................................................. 51 3.4.2. Trường hợp tính 2 ............................................................................................... 54 3.4.2.1. Số liệu đầu vào trường hợp tính toán 2 .......................................................... 54 3.4.2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc ........................................................................ 55 3.4.2.3. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc ................................................................ 56 3.4.2.4. Kiểm tra sức chịu tải của nền liên hiệp giữa đất gia cố cọc........................... 58 3.4.2.5. Độ lún của nền sau khi gia cố cọc.................................................................. 59 3.4.3. Kết quả tính các phương án kỹ thuật .................................................................. 61 3.4.4. Phân tích chọn phương án hợp lý ....................................................................... 63 3.5. Mô phỏng bài toán bằng phần mềm Plaxis 2D v8.2 ............................................ 65 3.5.1. Số liệu đầu vào: .................................................................................................. 65 3.5.2. Mô phỏng cho trường hợp tính toán 01. ............................................................. 66 3.5.2.1. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn .............................................................. 66 3.5.2.2. Chương trình tính Plaxis Caculation .............................................................. 69 3.5.2.3. Chương trình Plaxis Output ........................................................................... 70 3.5.3. Mô phỏng cho trường hợp tính toán 02. ............................................................. 72 3.6. Kiểm tra sức chịu tải của cọc thực tế sau thi công bằng thí nghiệm nén tĩnh ...... 75 3.6.1. Những vấn đề chung ........................................................................................... 75 3.6.2. Mục đích thí nghiệm........................................................................................... 75 3.6.3. Đặc điểm cọc thí nghiệm .................................................................................... 75 3.6.3.1. Số hiệu cọc thí nghiệm:.................................................................................. 75 3.6.3.2. Loại cọc thí nghiệm........................................................................................ 75 3.6.3.3. Tải trọng thiết kế, tải trọng thí nghiệm .......................................................... 75 3.6.4. Phương pháp và thiết bị thí nghiệm ................................................................... 75 3.6.4.1. Phương pháp thí nghiệm ................................................................................ 75 vi 3.6.4.2. Thiết bị thí nghiệm .........................................................................................76 3.6.4.3. Chế độ quan trắc. ............................................................................................77 3.6.5. Quy trình thí nghiệm...........................................................................................77 3.6.6. Báo cáo kết quả thí nghiệm ................................................................................79 3.6.6.1. Kết quả thí nghiệm .........................................................................................79 3.6.6.2. Đánh giá chung về sự làm việc của cọc trong quá trình thí nghiệm ..............80 3.6.6.3. Kết luận ..........................................................................................................80 3.7. Kết luận chương 3 .................................................................................................80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................82 1. Kết luận .................................................................................................................82 2. Kiến nghị...............................................................................................................82 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................83 PHỤ LỤC A: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC PCC CHO HỐ KHOAN ĐỊA CHẤT CLDX - 01 .........................................................................................................84 PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC PCC CHO HỐ KHOAN ĐỊA CHẤT CLDX - 11 .........................................................................................................99 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tổng quát các phương án xây dựng công trình trên nền đất yếu ..................... 3 Hình 1.2: Cọc PCC thi công cho dự án đường sắt đô thị Cát Linh – Hà Đông ............ 10 Hình 2.1. Sơ đồ tính lực kéo trong lưới địa kỹ thuật..................................................... 18 Hình 2.2. Máy thi công cọc PCC .................................................................................. 21 Hình 2.3: Cọc PCC sau khi thi công. ............................................................................ 21 Hình 2.4: Trình tự công nghệ thi công cọc PCC ........................................................... 22 Hình 2.5. Hình ảnh minh họa thi công lớp đệm đá dăm và lưới Địa kỹ thuật. ............. 26 Hình 3.1. Bản đồ vị trí khu Depot ................................................................................. 34 Hình 3.2 Mương tưới trong Depot ................................................................................ 36 Hình 3.3 Hiện trạng khu Depot chưa thi công .............................................................. 37 Hình 3.4 Sơ đồ mặt cắt dọc địa chất điển hình ............................................................. 39 Hình 3.5 Sơ đồ cao trình tự nhiên, san lấp và hoàn thiện tại khu vực .......................... 42 Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý hiệu ứng vòm ..................................................................... 49 Hình 3.7. Mặt cắt ngang điển hình loại 1 ...................................................................... 65 Hình 3.8. Mặt cắt ngang điển hình loại 2 ...................................................................... 65 Hình 3.9. Mô hình hình học của trường hợp tính toán 1 ............................................... 66 Hình 3.10. Khai báo vật liệu và gán vật liệu vào mô hình ............................................ 67 Hình 3.11. Tạo lưới phần tử hữu hạn ........................................................................... 67 Hình 3.12. Thiết lập áp suất lỗ rộng .............................................................................. 68 Hình 3.13. Thiết lập cấu hình hình học ban đầu và tạo ứng suất ban đầu .................... 68 Hình 3.14. Các giai đoạn tính toán ................................................................................ 69 Hình 3.15 Lưới chuyển vị ............................................................................................. 70 Hình 3.16 Chuyển vị theo phương thẳng đứng ............................................................. 70 Hình 3.17. Kết quả ứng suất tổng.................................................................................. 71 Hình 3.18. Kết quả ứng suất tại mũi cọc ....................................................................... 71 Hình 3.19 Lưới chuyển vị chuyển vị ............................................................................. 72 Hình 3.20 Lưới chuyển vị chuyển vị ............................................................................. 73 Hình 3.21. Kết quả ứng suất tổng.................................................................................. 74 Hình 3.22. Kết quả ứng suất tại mũi cọc ....................................................................... 74 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hệ số triết giảm sức chịu tải của đất giữa các cọc .........................................17 Bảng 2.2: Các yêu cầu kiểm tra chất lượng cọc PCC trong quá trình thi công .............28 Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý của mặt cắt ngang địa chất 01 số hiệu hố khoan CLDX – 01 ...................................................................................................................................40 Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của mặt cắt ngang địa chất 02 CLDX – 11 ......................41 Bảng 3.3. Các thông số thiết kế cọc PCC ......................................................................44 Bảng 3.4. Các phương án so sánh đối với hố khoan CLDX – 01 .................................45 Bảng 3.5. Các phương án so sánh đối với hố khoan CLDX – 11 .................................45 Bảng 3.6 Chiều dài cọc và khoảng cách cọc tính toán điển hình ..................................46 Bảng 3.7. Số liệu tải trọng .............................................................................................46 Bảng 3.8. Vật liệu cọc và lưới Địa kỹ thuật ..................................................................46 Bảng 3.9 Thông số chung cọc .......................................................................................47 Bảng 3.10. Bảng tra q sik và q pk theo độ sâu của lớp đất tại hố khoan CLDX-01 ..........47 Bảng 3.11 Sức chịu tải của nền sau khi gia cố cọc........................................................51 Bảng 3.12. Độ lún của nền liên hợp cọc và đất .............................................................53 Bảng 3.13 Kết quả tính lún của nền đất dưới mũi cọc ..................................................53 Bảng 3.14. Số liệu tải trọng ...........................................................................................54 Bảng 3.15 Thông số thiết kế cọc ...................................................................................54 Bảng 3.16. Vật liệu cọc và lưới Địa kỹ thuật ................................................................54 Bảng 3.17. Bảng tra q sik và q pk theo độ sâu của lớp đất tại hố khoan CLDX-11 ..........55 Bảng 3.18 Sức chịu tải của nền sau khi gia cố cọc........................................................59 Bảng 3.19. Độ lún của nền liên hợp cọc và đất .............................................................60 Bảng 3.20 Kết quả tính lún của nền đất dưới mũi cọc ..................................................60 Bảng 3.21. Thống kê các phương án thỏa mãn yêu cầu dự án ......................................62 Bảng 3.22. Thống kê khối lượng của các phương án ....................................................63 Bảng 3.23. Bảng kê khai phương án chọn .....................................................................66 Bảng 3.24. Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc PCC .....................................................79 ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU HIỆN NAY 1.1. Các biện pháp xử lý nền đất yếu Khi xây dựng công trình, chúng ta đều phải đặt nó lên nền chịu lực phía bên dưới. Nền đó có thể là đá hoặc đất; cát... Đối với từng loại nền chúng ta đều có những biện pháp xây dựng sao cho phù hợp với đặc tính của loại nền đó sao cho công trình phía trên và nền làm việc ổn định. Đối với nền công trình là đất, chúng ta cần phải chú ý nhiều đến nền đất yếu bởi vì 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, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng và đặc điểm kết cấu công trình bên trên. Khi thi công các công trình xây dựng 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. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hợp lý, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. 1.1.1. Đặc tính của đất yếu Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0 daN/cm2); có tính nén lún lớn hầu như bão hòa nước (a > 0,1 cm2/kg); có hệ số rỗng lớn (e>1); mô đun biến dạng bé (E<50kG/cm2); độ sệt lớn (B>1); khả năng chống cắt (C) bé; khả năng thấm nước bé; hàm lượng nước trong đất cao; độ bão hòa nước G>0,8; khối lượng riêng nhỏ và lẫn nhiều chất hữu cơ.[1]. 1 Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp: Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước. Loại đất này có những tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có những tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếu nói chung - Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc sét pha tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; - Đất bùn: Các loại đất mới được tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng 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 bazan: Là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt. Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng xây dựng công trình trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng xây dựng của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. 1.1.2. Các biện pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều điều kiện như: đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Để có được một phương án tối ưu cả về mặt kinh tế kỹ thuật, người thiết kế cần nêu ra những phương án khác nhau. Các phương án xây dựng khác nhau về cơ bản như xử lý kết cấu phần trên; xử lý phần móng và xử lý phần nền. Các phương án nền móng khác nhau về cơ bản như móng nông trên nền thiên nhiên, móng nông trên nền nhân tạo, móng cọc cứng... Mỗi phương pháp như vậy lại có thể có nhiều phương án nhỏ do việc chọn loại móng khác nhau hoặc vật liệu khác nhau... vì vậy với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra biện pháp xử lý hợp lý. Hình 1.1 thể hiện tổng quát các phương án xây dựng công trình trên nền đất yếu hay được sức dụng ở Việt Nam hiện nay [2], 2 Hình 1.1 Tổng quát các phương án xây dựng công trình trên nền đất yếu 1.1.3. Các biện pháp xử lý kết cấu công trình Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé. Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình. Người ta thường dùng các biện pháp sau: - Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng; - Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều; - Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn. 3 1.1.4. Các biện pháp xử lý về móng Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương pháp xử lý về móng thường dùng như: - Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền. Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng. Đồng thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và kỹ thuật; - Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền. Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình. Tuy nhiên khi đất có bề dầy lớp đất yếu lớn; diện tích xây dựng công trình có giới hạn nên ta không thể tăng mãi kích thước móng cũng như chiều sâu móng. - Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng; móng băng giao thoa; móng bè hoặc móng hộp, trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng. Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé. Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn. 1.1.5. Các biện pháp xử lý nền đất yếu Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp. 4 Các phương pháp xử lý nền đất yếu thường được chia làm nhiều nhóm sau: nhóm các biện pháp cơ học; nhóm các biện pháp vật lý; nhóm các biện pháp hóa học, nhiệt học, sinh học... 1.1.5.1. Các biện pháp cơ học; vật lý Là nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao 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 bê tông đúc sẵn, bê tông đổ tại chỗ; sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu; phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đá, cọc sỏi...); phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát...để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học. Phương pháp hạ mực nước ngầm; phương pháp bấc thấm, điện thấm… làm giảm nước trong đất giúp cải tạo tính chất xây dựng của đất. 1.1.5.2. Các biện pháp hóa học Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại 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 tương đối tiện lợi và phổ biến. Gần đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ. 1.1.5.3. Phương pháp sinh học Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, có thể là giảm lượng nước trong đất, hoặc vi sinh vật tạo ra cấu trúc mới làm khả năng chịu tải của đất tăng lên. Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế và môi trường. 1.1.5.4. Các phương pháp thủy lực Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm. Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm 5 này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế. Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể. Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm xuyên, bơm cát… 1.1.6. Một số phương pháp được ứng dụng nhiều trong thực tế Trong nội dung này ta chỉ đề cập tới các phương pháp thường được ứng dụng đối với bài toán cần xử lý nền đất yếu khi chịu tải trọng công trình phía trên là tương đối lớn, do đó các phương pháp đơn giản như đầm chặt lớp mặt, đệm cát... sẽ không được nhắc tới trong nghiên cứu này, chúng chỉ được sử dụng như một giải pháp xử lý bề mặt nền sau khi đã sử dụng các biện pháp xử lý nền khác. 1.1.6.1. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cứng. Là loại cọc được sử dụng rộng rãi nhất trong các móng sâu chịu lực ngang lớn. Cọc được làm bằng bê tông, bê tông cốt thép thường mác > M200#, chiều dài có thể từ 5m đến 25m có khi lớn hơn 50m, chiều dài của cọc phụ thuộc vào điều kiện thi công (thiết bị chế tạo, lắp đặt, vận chuyển, khoan nhồi…) và liên quan đến tiết diện chịu lực. Tiết diện của chúng có nhiều loại khác nhau như cọc vuông, cọc tròn, tam giác, chữ T... Loại cọc tiết diện vuông được dùng nhiều hơn cả vì có cấu tạo đơn giản và có thể tạo ngay tại công trường. Về phạm vi ứng dụng: Cọc cứng có độ bền cao, có khả năng chịu tải trọng lớn từ công trình truyền xuống, do đó nó được ứng dụng rộng rãi trong các loại móng của các công trình dân dụng, giao thông và công nghiệp. 1.1.6.2. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc tre…) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát. Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt 6 thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày lớn hơn 3m. 1.1.6.3. Phương pháp xử lý nền bằng cọc đất – ximăng Như đã trình bày ở trên thì phương pháp này đang được nghiên cứu ứng dụng trong thực tế rất nhiều trong những thời gian gần đây bởi khả năng xử lý nền cũng như phạm vi xử lý đối với các loại đất yếu là rất hiệu quả ví dụ như xử lý, nén chặt các lớp đất yếu là than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão. - Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất – ximăng này để xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất – ximăng này để gia cố nền là rất tốt. 1.1.6.4. Phương pháp gia tải nén trước 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. Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau: - Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất; - Rút ngắn 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. - Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian. Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên. 7 1.1.6.5. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước. Khi chiều dày đất rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời hoặc dùng bơm hút chân không, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế từ 2m - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải. Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1x10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét (k = 10x10-5m/ngày đêm). Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài. 1.2. Xử lý nền bằng cọc PCC 1.2.1. Tổng quan về xử lý nền bằng cọc PCC Cọc PCC (Large Diameter Pipe Pile by using Cast-in-place Concrete) là cọc ống bê tông đường kính lớn đổ tại chỗ trong ống vách lõi kép. Khi ống vách được rung và hạ xuống nền đất yếu đến độ sâu thiết kế, bê tông được đổ vào trong ống vách. Cọc sau đó sẽ được hình thành khi ống vách được rung và rút dần lên. Cọc PCC phát huy được sự làm việc của ma sát thành cọc (mặt ngoài và mặt trong) và lực kháng mũi cọc, do đó cọc có sức chịu tải lớn hơn so với cọc đặc có cùng diện tích tiết diện. Đường kính ngoài của cọc từ 1.0m-1.2m, khoảng cách giữa các cọc từ 2.5D - 4.0D, chiều sâu gia 8 cố đạt đến độ sâu 20m-26m và chiều dày thành cọc từ 8cm-12cm. Như vậy với đường kính cọc lớn, khoảng cách cọc lớn sẽ giúp giảm giá thành thi công. Nguyên lý của cọc PCC là tạo thành một nền liên hợp cọc và đất giữa các cọc. Tải trọng từ lớp đất đắp và công trình phía trên sẽ truyền xuống dưới nền, một phần tải trọng sẽ truyền vào cọc và phần còn lại là do đất giữa các cọc chịu. Để phát huy khả năng phân phối tải trọng vào cọc, mũ cọc thường được mở rộng kết hợp với bố trí thêm một lớp đệm phía trên đầu cọc thường làm bằng đá dăm kết hợp với lưới địa kỹ thuật gia cường. Đây là giải pháp có độ tin cậy cao, thi công nhanh. Cọc PCC là công nghệ xử lý nền đất yếu do Viện nghiên cứu Địa kỹ thuật, Trường Đại học Hồ Hải, Nam Kinh, Trung Quốc nghiên cứu phát triển. Công nghệ này đã được đăng ký bản quyền sáng chế tại Trung Quốc. Các chứng nhận bản quyền sáng chế của công nghệ đã được đăng ký bao gồm các mã số: ZL 02112538-4; ZL200810019690-X và ZL200810019689-7. Tiêu chuẩn ngành Quốc gia về thiết kế và thi công cọc PCC (JGJ/T 213-2010) đã chính thức có hiệu lực từ tháng 3/2011 tại Trung Quốc. 1.2.2. Các công trình trong nước và trên thế giới sử dụng cọc PCC để xử lý nền Cọc PCC đã và đang được áp dụng rất phổ biến và thành công cho rất nhiều công trình giao thông và công nghiệp trọng điểm tại các tỉnh thành khác nhau của Trung Quốc. Phạm vị áp dụng của cọc PCC khá rộng rãi cho các công trình công nghiệp, các công trình giao thông, đường cao tốc, đường sắt, đặc biệt là việc xử lý giảm lún nền đắp đầu cầu. Cọc PCC cũng đã được áp dụng thành công cho công tác xử lý nền đường sắt cao tốc tuyến Thượng Hải-Bắc Kinh, Trung Quốc. Tại Việt Nam, công nghệ cọc PCC gần đây đã được đưa vào áp dụng cho một số công trình, đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật nhất định. Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số hạn chế do đây là một công nghệ mới, ít nhân lực có kinh nghiệm và chủ yếu là đúc kết và rút kinh nghiệm trong quá trình thi công. Một số dự án tại Việt Nam được ứng dụng cọc PCC để xử lý nền đất yếu như: - Dự án mở rộng kho chứa nhà máy đạm Cà Mau, nền đất yếu có chiều dày 17-18m, được xử lý bằng cọc PCC có đường kính ngoài 1200mm, chiều dày thành 120mm và chiều dài cọc 22.5m, bê tông cọc mác M250#. 9 - Tại Hà Nội: Đường vào ga và đường thử tàu của ga đầu Dự án xây dựng tuyến đường sắt đô thị Cát Linh – Hà Đông; cọc PCC để xử lý nền đất yếu ở đây được thiết kế có đường kính 1000mm, chiều dày thành cọc 120mm, chiều dài cọc tùy theo từng khu vực dao động từ 18m - 26m. Hình 1.2: Cọc PCC thi công cho dự án đường sắt đô thị Cát Linh – Hà Đông Hình 1.2 là hình ảnh thực tế bãi cọc PCC đang được thi công tại khu vào ra Depot – Hà Đông, các cọc có đường kính D1000mm, bề rộng thành 120mm, chiều dài dao động từ 18m đến 26m, chất lượng thi công cọc tốt... 1.2.3. Quá trình thi công cọc PCC Quá trình thi công cọc PCC bao gồm các bước chính như sau: (1) Chuẩn bị mặt bằng thi công và san gạt mặt bằng. (2) Định vị máy và tim cọc. (3) Rung hạ ống vách đến độ sâu thiết kế. (4) Bơm bê tông vào trong lòng ống vách, rung và rút ống vách lên. (5) Đổ lớp Bê tông làm mũ cọc. (6) Thi công đổ lớp đá dăm (sỏi) dày 0.5m kết hợp với các lớp lưới địa kỹ thuật gia cường mũ cọc. 1.2.4. Ưu nhược điểm của phương pháp 1.2.4.1. Ưu điểm - Sức chịu tải lớn, độ ổn định tổng thể cao; - Công nghệ thi công đơn giản; 10
- Xem thêm -