Tài liệu ứng dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước cho công trình đường mậu thân, tp. cần thơ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -----o0o----- TRẦN NGỌC THÁI ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC CHO CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG MẬU THÂN, TP. CẦN THƠ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM MÃ SỐ NGÀNH: 60.58.02.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2016 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS VÕ PHÁN Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS TÔ VĂN LẬN Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 05 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN 2. PGS.TS TÔ VĂN LẬN 3. TS. NGUYỄN CẢNH TUẤN 4. TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC 5. TS. ĐẶNG ĐĂNG TÙNG Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn được sửa chữa (nếu có): CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA PGS.TS BÙI TRƯỜNG SƠN PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp. HCM, ngày …… tháng … năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: TRẦN NGỌC THÁI MSHV: 7140135 Ngày sinh: 01/01/1990 Nơi sinh: Sóc Trăng Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm Mã số: 60580204 I.TÊN ĐỀ TÀI Ứng dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước cho công trình đường Mậu Thân, TP. Cần Thơ. II.NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Mở đầu Chương 1: Tổng quan về phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu. Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán. Chương 3: Ứng dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước cho công trình đường Mậu Thân,TP. Cần Thơ. Chương 4: Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của khoảng cách, chiều dài, đường kính và sơ đồ bố trí của giếng cát đối vớiđộ lún ổn định của nền. Kết luận và kiến nghị. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày…..tháng…..năm……. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày…..tháng……năm……. V.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) PGS.TS Võ Phán PGS.TS Lê Bá Vinh KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Nguyễn Minh Tâm LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học cao học khóa 2014 tại trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, nhờ sự động viên giúp đỡ của Quý Thầy Cô, bộ môn Địa Cơ - Nền Móng, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp tôi đã hoàn thành khóa học và thực hiện Luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn: -ThầyPGS.TS Võ Phán đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn. Thầy luôn giúp đỡ, truyền đạt kiến thức, luôn quan tâm, động viên giúp cho tôi có thêm tự tin để tiếp thu những kiến thức mới hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công tác sau này. - Các Quý Thầy, Cô trong Bộ môn cũng như các Thầy, Cô trong phòng Đào tạo sau đại học đã tạo nhiều thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu tại trường. Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình ngầm khóa 2013, 2014, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập - Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ khích lệ tinh thần. Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh được những thiếu sót và hạn chế. Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn Học viên Trần Ngọc Thái TÓM TẮT LUẬN VĂN Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước là một trong những phương pháp tiêu biểu được ứng dụng vào việc gia cố nền đường. Phương pháp này làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền, từ đó tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian và tăng cường ổn định của nền đắp. Mục tiêu của đề tài là trình bày vấn đề ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để tính lún cho nền đất yếu. So sánh độ lún của nền đất yếu khi xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước theo ba phương pháp: giải tích, phần tử hữu hạn bằng phần mềm plaxis và quan trắc tính toán độ lún cho công trình đường Mậu Thân,thành phố Cần Thơ. Trong đề tài này học viên còn tiến hành phân tích sự ảnh hưởng của các thông số như đường kính, chiều dài, khoảng cách và sơ đồ bố trí lưới của giếng cát để đánh giá sự thay đổi về mức độ cố kết của nền đất dẫn đến thay đổi độ lún ổn định dưới đất nền. ABSTRACT Methods of handling soft soil with sand wells combined preloading is one of the typical method is applied on the road base reinforcement. This approach accelerates the process of platform consolidation, thereby increasing stability of settlement over time and enhanced stability of the embankment. The objective of the project is to address the problem of sand wells app preloading combined to calculate the soft ground subsidence. Comparison of soft ground subsidence when sand wells treated with preloading combined three approaches: analysis, finite element software and monitoring plaxis settlement calculation for Mau road works, the Can Tho city. In this subject students also analyzed the influence of parameters such as diameter, length, distance and grid layout of sand wells to evaluate the change in the level of ground consolidation led to replace stable exchange settlement under the ground. i MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................... Trang 1 1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài ......................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2 3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ....................................................... 2 5. Phạm vi và giới hạn của đề tài .............................................................................. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .................................................. 4 1.1. Đặc điểm của nền đất yếu ................................................................................... 4 1.2. Khái quát các phương pháp xử lý nền đất yếu ..................................................... 5 1.3. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước................. 6 1.3.1. Phạm vi áp dụng ............................................................................................... 6 1.3.2. Cấu tạo giếng cát .............................................................................................. 6 1.4. Một số ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước ở Việt Nam ........................................................................................................ 9 1.5 Nhận xét chương 1.............................................................................................. 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ....................................... 11 2.1. Tính toán độ lún của nền đường đắp ................................................................. 11 2.1.1. Bài toán cố kết cơ bản .................................................................................... 11 2.1.2. Lý thuyết tính toán độ lún ổn định của nền đất yếu ...................................... 14 2.2. Lý thuyết tính toán độ lún của nền bằng giếng cát kết hợp gia tải theo 22TCN 2622000 .......................................................................................................................... 16 2.3. Lý thuyết tính toán nền theo phương pháp Asaoka ........................................... 18 2.4. Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis ............. 20 2.5 Nhận xét chương 2 ............................................................................................. 23 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC CHO CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG MẬU THÂN,TP.CẦN THƠ .................................................................................. 24 3.1. Giới thiệu công trình đường Mậu Thân,TP. Cần Thơ ...................................... 24 3.2. Ứng dụng tính toán theo phương pháp giải tích ................................................ 27 3.3. Phương pháp Asaoka ........................................................................................ 35 ii 3.4. Phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis ..................................... 41 3.5 Kết luận chương 3 ............................................................................................. 47 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH, CHIỀU DÀI, ĐƯỜNG KÍNH CỦA GIẾNG CÁT ĐỐI VỚI ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ..................................................................... 49 4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ lún ổn định của nền khi xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước. ................................................................................. 49 4.2 Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của khoảng cách giếng cát đến độ lún ổn định của nền. ..................................................................................................................... 51 4.3 Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của đường kính giếng cát đến độ lún ổn định của nền. ..................................................................................................................... 55 4.4 Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của chiều dài giếng cát đến độ lún ổn định của nền. ..................................................................................................................... 58 4.5 Phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của sơ đồ bố trí lưới của giếng cát đến độ lún ổn định của nền. ............................................................................................................. 62 4.6. Kết luận chương 4 ............................................................................................. 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 66 1. Kết luận................................................................................................................. 66 2. Kiến nghị .............................................................................................................. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 68 Phụ lục 1 ................................................................................................................... 69 Phụ lục 2 ................................................................................................................... 74 iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .................................................. 4 Hình 1.1. Nền đường được xử lý bằng giếng cát ...................................................... 7 Hình 1.2.Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình tam giác đều ............................................. 8 Hình 1.3.Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vuông ........................................................ 8 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ....................................... 11 Hình 2.1.Sơ đồ phân tố đất trong quá trình cố kết ................................................... 12 Hình 2.2. Xử lý nền bằng giếng cát kết hợp gia tải trước ........................................ 16 Hình 2.3. Biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian – Phương pháp Asaoka .............. 19 Hình 2.4. Biểu đồ xác định độ lún ổn định – Phương pháp Asaoka ........................ 20 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC CHO CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG MẬU THÂN,TP.CẦN THƠ .................................................................................. 24 Hình 3.1. Đoạn nền đắp cao sát sau mố M0 cầu rạch Chanh .................................. 25 Hình 3.2. Mặt bằng bố trí lưới giếng cát sau mố M0 cầu rạch Chanh ..................... 25 Hình 3.3. Biểu đồ xác định hệ số sức chịu tải Nc của nền đất yếu có bề dày H dưới diện chịu tải có bề rộng B ............................................................................... 28 Hình 3.4. Biểu đồ độ lún theo thời gian sau 190 ngày ............................................. 35 Hình 3.5. Mặt cắt bố trí tiêu quan trắc lún và chuyển vị ngang tại Km 4+640 ....... 36 Hình 3.6: Biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian...................................................... 37 Hình 3.7. Biểu đồ quan hệ độ lún Sj và Sj-1 ............................................................ 41 Hình 3.8. Mô hình plaxis tại Km 4+640.................................................................. 42 Hình 3.9. Tổng chuyển vị khi đắp cao 1.0m ........................................................... 44 Hình 3.10. Tổng chuyển vị khi chờ cố kết lớp 1 ......................................................44 Hình 3.11. Tổng chuyển vị khi đắp nền cao 2.0m ......................................................... 45 Hình 3.12. Tổng chuyển vị khi chờ cố kết lớp 2 ............................................................ 45 Hình 3.13. Tổng chuyển vị khi đắp nền cao 3.0m ......................................................... 46 Hình 3.14. Tổng chuyển vị của nền sau 190 ngày ......................................................... 46 Hình 3.15. Biểu đồ quan hệ độ lún cố kết theo thời gian ............................................. 47 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH, CHIỀU DÀI, ĐƯỜNG KÍNH CỦA GIẾNG CÁT ĐỐI VỚI iv ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN.........................................................................49 Hình 4.1. Hình ảnh thi công giếng cát bằng khoan nước và khí nén. ...................... 50 Hình 4.2.Thiết bị thi công giếng cát bằng cọc đóng ................................................ 50 Hình 4.3. Biểu đồ so sánh quan hệ độ lún theo thời gian khi thay đổi khoảng cách giếng cát. ................................................................................................................... 54 Hình 4.4: Biểu đồ so sánh quan hệ độ lún theo thời gian khi thay đổi đường kính giếng cát.............................................................................................................................. 57 Hình 4.5: Biểu đồ so sánh quan hệ độ lún theo thời gian khi thay đổi chiều dài giếng cát. ....................................................................................................................................... 61 Hình 4.4: Biểu đồ so sánh quan hệ độ lún theo thời gian khi thay đổi sơ đồ bố trí giếng cát.............................................................................................................................. 63 v MỤC LỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ....................................... 11 Bảng 2.1- Các giá trị U và Tv .................................................................................. 14 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC CHO CÔNG TRÌNH CẦU ĐƯỜNG MẬU THÂN,TP.CẦN THƠ .................................................................................. 24 Bảng 3.1. Đặc điểm địa chất công trình tại hố khoan LK 10 .................................. 26 Bảng 3.2. Thông số địa chất ..................................................................................... 26 Bảng 3.3: Thông số áo đường ................................................................................. 27 Bảng 3.4. Kết quả tính toán về chiều sâu vùng hoạt động chịu nén......................... 29 Bảng 3.5. Kết quả độ lún cố kết của nền đường khi chưa có giếng cát .................. 31 Bảng 3.6. Thông số giếng cát ................................................................................... 33 Bảng 3.7. Độ lún theo thời gian của nền đường khi sử dụng giếng cát ................... 33 Bảng 3.8: Bảng số liệu độ lún theo các khoảng thời gian ∆t =6ngày ..................... 37 Bảng 3.9: Bảng số liệu độ lún theo Sj và Sj-1 ............................................................ 39 Bảng 3.10. Số liệu thông số đầu vào của các lớp đất ...............................................43 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH, CHIỀU DÀI, ĐƯỜNG KÍNH CỦA GIẾNG CÁT ĐỐI VỚI ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN.........................................................................49 Bảng 4.1. Thông số giếng cát khi thay đổi khoảng cách. ........................................ 51 Bảng 4.2. Độ lún theo thời gian của nền đường khi khoảng cách giếng cát là 1.0m .................................................................................................................................... 52 Bảng 4.3. Độ lún theo thời gian của nền đường khi khoảng cách giếng cát là 2.0m. ......................................................................................................................... 53 Bảng 4.4. Độ lún theo thời gian của nền đường khi khoảng cách giếng cát là 2.5m. ......................................................................................................................... 53 Bảng 4.5. Bảng so sánh kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi khoảng cách giếng cát. ................................................................................................................... 54 Bảng 4.6. Thông số giếng cát khi thay đổi đường kính ........................................... 55 vi Bảng 4.7. Độ lún theo thời gian của nền đường khi đường kính giếng cát là 0.4m .......................................................................................................................... 56 Bảng 4.8. Độ lún theo thời gian của nền đường khi đường kính giếng cát là 0.5m. 56 Bảng 4.9. Độ lún theo thời gian của nền đường khi đường kính giếng cát là 0.6m. 57 Bảng 4.10.Bảng so sánh kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi đường kính giếng cát ........................................................................................................................................ 57 Bảng 4.11. Thông số giếng cát khi thay đổi chiều dài ............................................. 59 Bảng 4.12. Độ lún theo thời gian của nền đường khi chiều dài giếng cát là 18m ... 59 Bảng 4.13. Độ lún theo thời gian của nền đường khi chiều dài giếng cát là 20m ... 60 Bảng 4.8. Độ lún theo thời gian của nền đường khi chiều dài giếng cát là 30m ..... 60 Bảng 4.15. Kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi chiều dài giếng cát ................................................................................................................... 61 Bảng 4.16. Thông số giếng cát khi thay đổi sơ đồ bố trí lưới hình vuông ............... 62 Bảng 4.17. Độ lún theo thời gian của nền đường khi thay đổi sơ đồ bố trí lưới giếng cát .................................................................................................................... 63 Bảng 4.18. Kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi sơ đồ bố trí giếng cát .................................................................................................................... 63 vii MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN a,av (m2/kN) a0 (m2/kN) Hệ số nén thể tích; c (kg/m2) Lực dính của đất; cu (kPa) Hệ số nén; Lực dính của đất nền trong điều kiện không thoát nước; Cc Chỉ số nén; Cs Chỉ số nở; Cv Hệ số cố kết theo phương đứng; Ch Hệ số cố kết theo phương ngang; Cr Hệ số cố kết theo phương ngang hướng tâm; Hệ số cố kết theo phương z phụ thuộc vào đặc tính của đất; Cvz Đường kính ảnh hưởng của giếng cát De (m) dw (m) Đường kính giếng cát; ds (m) Đường kính vùng đất bị xáo trộn; e Hệ số rỗng; eo Hệ số rỗng ứng với thời điểm trước khi xây dựng; ݁௢௜ Hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu (chưa đắp nền bên trên); ep Hệ số rỗng khi có tải trọng ngoài; E (Kpa) Modul biến dạng; hdd (m) Chiều cao đắp nền; h (m) Chiều dài đường thấm trong đất; H (m) Chiều dày lớp đất có giếng cát; kv (m/s) Hệ số thấm theo phương đứng; kh (m/s) Hệ số thấm theo phương ngang; ks (m/s) Hệ số thấm ngang thuộc vùng đất bị xáo trộn; viii kr Hệ số thấm theo phương ngang hướng tâm; m Hệ số kinh nghiệm Nc Hệ số sức chịu tải; L Khoảng cách giữa các trục của giếng cát; Po (kPa) Ứng suất hữu hiệu trung bình do trọng lượng bản thân gây ra; qgh (kPa) Tải trọng giới hạn; Lưu lượng thấm của giếng ứng với gradient bằng 1; qw Sc (m) Độ lún do cố kết thấm; St (m) Độ lún theo thời gian; Si (m) Độ lún tức thời; Ss (m) Độ lún do cố kết thứ cấp- lún do từ biến; S∞ (m) Độ lún ổn định; S (m) Khoảng cách giữa các tim cát; Su (kPa) Sức chống cắt không thoát nước; s Độ xáo trộn Thp Nhân tố thời gian đối với sự thoát nước ngang trong trường hợp biến dạng phẳng; Tv t Nhân tố thời gian; (s) Thời gian; Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất; u u Áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính toán t; u0 Áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm ban đầu Ut Độ cố kết theo thời gian; Uh Độ cố kết theo phương ngang; Độ cố kết theo phương đứng; Uv R (m) Bán kính ảnh hưởng của giếng cát; ix r (m) Bán kính giếng; rw (m) Bán kính giếng cát; rs (m) Bán kính vùng xáo trộn; R (m) Bán kính ảnh hưởng; W (%) Độ ẩm; wL (%) Giới hạn chảy; Wp (%) Giới hạn dẻo; γw (kN/m3) Dung trọng của nước; γdd (kN/m3) Dung trọng khối đất đắp; φ (độ) γ (kN/m3) ߪ௕௧ (kN/m2) Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất phía trên gây ra Góc ma sát trong của đất; Dung trọng tự nhiên; ở độ sâu Ha; ߪ௚௟ (kN/m2) Ứng suất do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu Ha; -1- MỞ ĐẦU 1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài Đất yếu là loại đất có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún lớn thường gặp ở nước ta, đặc biệt là ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long. Khi xây dựng nền đắp trên đất yếu nếu không được khảo sát thiết kế cẩn thận và có biện pháp xử lý thích đáng thì nền đường xây dựng trên đó thường dễ bị mất ổn định, bị lún nhiều và lún kéo dài, ảnh hưởng xấu đến việc khai thác sử dụng mặt đường, công trình trên đường và các công trình xây dựng xung quanh. Tất cả những vấn đề đấy là động lực thúc đẩy sự nghiên cứu và phát triển của kỹ thuật gia cố đất xử lý nền nhằm gia tăng sức chịu tải của nền đất yếu dưới công trình. Trong những năm vừa qua, cùng với sự phát triển công nghệ, các dự án xây dựng giao thông ở nước ta đã áp dụng nhiều phương pháp trên thế giới để xử lý nền đất yếu, chẳng hạn: cọc cát, bấc thấm, cọc đất trộn xi măng, cọc đất trộn vôi, cọc bê tông, sàn giảm tải…Và các biện pháp này đã được ứng dụng ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long nói chung và thành phố Cần Thơ nói riêng. Do trong thành phố Cần Thơ có những khu vực địa chất phổ biến là lớp đất yếu trên bề mặt, nên công trình đắp cao trên đất yếu có khả năng dễ bị mất ổn định. Vì vậy, phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước là một trong những phương pháp đã được lựa chọn. Phương pháp này làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất do rút ngắn chiều dài đường thấm từ đó tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian. Để xử lý nền đất yếu dưới nền đường thì có nhiều phương pháp để xử lý nhưng để đảm bảo cả về mặt kinh tế và kỹ thuật thì sử dụng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước là phương án hợp lý và có tính khả thi, dễ thi công và chi phí lại thấp nên tôi đã chọn đề tài: “Ứng dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước cho công trình đường Mậu Thân, TP. Cần Thơ” -2- 2. Mục tiêu nghiên cứu - So sánh độ lún của nền đất yếu khi xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước theo ba phương pháp: giải tích, phần tử hữu hạn bằng phần mềm plaxis và quan trắc tính toán độ lún cho công trình đường Mậu Thân, TP. Cần Thơ. - Phân tích độ lún cố kết của nền đất trước và sau khi sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để gia cố nền đường - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay đổi khoảng cách giếng cát đến độ lún của nền. - Nghiên cứu sự thay đổi về độ cố kết của nền đất khi thay đổi đường kính của giếng cát. - Nghiên cứu chiều dài của giếng cát ảnh hưởng đến độ cố kết của nền đất. - Nghiên cứu sơ đồ bố trí của giếng cát ảnh hưởng đến độ cố kết của nền đất 3. Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp cơ sở lý thuyết về tính toán và thiết kế giếng cát.. - Phương pháp phân tích: Phân tích so sánh các phương pháp tính toán bằng giải tích, phần tử hữu hạn và quan trắc - Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm Plaxis 2D mô phỏng và tính toán mặt cắt điển hình về giải pháp kỹ thuật xử lý nền đắp công trình đường Mậu Thân, thành phố Cần Thơ. - Phương pháp quan trắc: Xem xét chuyển vị lún của công trình thực tế. - Phương pháp tổng hợp: kết hợp các phương pháp trên tiến hành tổng hợp nội dung đề tài rút ra kết luận 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Đây là sự kết hợp phương pháp giếng cát với phương pháp gia tải trước để xử lý nền đất yếu. So với khi không xử lý nền, phương pháp xử lý này sẽ làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của việc thay đổi khoảng cách, đường kính, chiều dài và sơ đồ bố trí lưới giếng cát đến độ lún ổn định của nền. -3- - Tính thực tiễn của đề tài: Đánh giá mức độ sai khác về độ lún giữa phương pháp giải tích, phần tử hữu hạn và quan trắc ở công trình đường Mậu Thân,thành phố Cần Thơ, từ đó lựa chọn được phương pháp gần với kết quả thực tế nhất. Mặt khác, đề tài còn đánh giá sự ảnh hưởng của việc thay đổi khoảng cách, đường kính, chiều dài và sơ đồ bố trí lưới giếng cát đến độ lún của nền. Ngoài ra giếng cát còn tiết kiệm chi phí vì có giá thành vật liệu rẻ hơn các loại vật việu khác, biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi các thiết bị phức tạp. 5. Phạm vi và giới hạn của đề tài: Đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu phương pháp giải tích, phần tử hữu hạn bằng phần mềm plaxis, quan trắc tính toán độ lún công trình trên nền đất yếu được xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước cho công trình đường Mậu Thân,thành phố Cần Thơ. Nhưng chưa xét đến sự thay đổi khả năng chịu tải của đất nền, chỉ tính toán và so sánh được đất ở khu vực Cần Thơ nên chưa khái quát được cho tất cả các loại đất trong cả nước. -4- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1. Đặc điểm của nền 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 làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng. Theo 22TCN 262 -2000 “Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu” quy định: Tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ - Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, 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 màu 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, hệ số rỗng lớn (sét e≥1.5, á sét e≥1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát ϕ từ 0-100 hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu≤ 0.35daN/cm2. Ngoài ra, ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số e>1, độ bão hòa G>0.8). -Loại có nguồn gốc hữu cơ, thường gọi là đất 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 cũng đạt các trị số như nói ở trên. Theo Terzaghi và Peck (1967) định nghĩa sét rất yếu khi cường độ nén đơn nhỏ hơn 25kPa và yếu khi nó lớn hơn 25kPa và nhỏ hơn 50kPa. Thực tế các công trình xây dựng ở nước ta, đặc biệt là sau năm 1975, cho thấy móng của nhiều công trình công nghiệp, dân dụng, giao thông, thủy lợi… đều đặt trên nền đất yếu. -5- Ở miền núi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ cạn bãi thềm và vũng trũng dưới chân núi. Cấu trúc của chúng không phức tạp, thường chỉ là một lớp đất yếu đồng nhất và có chiều dày không lớn lắm. Công trình xây dựng trên các tầng đất nền này không dùng các biện pháp xử lý phức tạp. Ngược lại, ở các miền đồng bằng , nền đất yếu rất phổ biến, cấu trúc phức tạp và đa dạng. Chiều dày các tầng đất yếu khá lớn, thành phần trầm tích, trạng thái và tính chất cơ lí của các lớp đất yếu cũng rất khác nhau. Do đó phải dùng các biện pháp xử lý nền phức tạp và kinh phí xử lý nền khá tốn kém. Chẳng hạn đất yếu ở một số vùng của đồng bằng Bắc Bộ, đồng bằng sông Cửu Long, thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa- Vũng Tàu… 1.2. Khái quát các phương 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 môduyn biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất… Một số phương pháp xử lý nền đất yếu - Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền đất yếu bằng đệm cát, đệm đất, đá sỏi, bệ phản áp... - Tăng độ chặt, độ cố kết trước của nền đất yếu bằng cọc cát, cọc đất, cọc vôi, giếng cát nén trước bằng tải trọng tĩnh, bấc thấm, hút chân không… - Truyền tải trọng công trình xuống lớp chịu lực tốt ở dưới lớp đất yếu bằng móng cọc, móng trụ, giếng chìm… - Tăng cường độ chống kéo và chống cắt của đất nền yếu bằng đất có cốt (vải địa kỹ thuật)... Khi lựa chọn phương án xử lý nền phải xét đến môi trường, điều kiện kỹ thuật, nguồn vật liệu tại chỗ, chi phí công trình, tiến độ thi công. Tuy nhiên, phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước là phương án hợp lý và có tính khả thi, dễ thi công và chi phí lại thấp nên trong đề tài này tác giả chỉ nghiên cứu phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu.