Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây với những tiến bộ của các ngành khoa học, môn cơ học đất và nền móng đã có những bước tiến nhanh chóng. Các công trình ngày một ổn định hơn. Tuy nhiên những công trình bị hư hại nặng vẫn thường xuyên xảy ra mà nguyên nhân chính là chưa quan tâm đúng mức đến vai trò của nền đất bên dưới công trình. Đối với nước ta là nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra ngày càng mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương đầu với hàng loạt các vấn đề xây dựng các công trình lớn, các nhà máy công nghiệp nặng trên nền đất yếu, khắc phục các sự cố công trình do nền đất bên dưới công trình gây ra,….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 móng công trình .
1 | P a g e LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây với những tiến bộ của các ngành khoa học, môn cơ học đất và nền móng đã có những bước tiến nhanh chóng. Các công trình ngày một ổn định hơn. Tuy nhiên những công trình bị hư hại nặng vẫn thường xuyên xảy ra mà nguyên nhân chính là chưa quan tâm đúng mức đến vai trò của nền đất bên dưới công trình. Đối với nước ta là nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra ngày càng mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương đầu với hàng loạt các vấn đề xây dựng các công trình lớn, các nhà máy công nghiệp nặng trên nền đất yếu, khắc phục các sự cố công trình do nền đất bên dưới công trình gây ra,….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 móng công trình . Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng SBD thay lớp đệm cát cũng là một trong những phương pháp đã được đưa vào sử dụng 2 | P a g e thay thế gần đây,do nhu cầu về cát ngày một khan hiếm và do nhu cầu về môi trường ,đảm bảo lợi ích về kinh tế cũng như tính hiệu quả cao của bấc thấm so với đệm cát . Do hạn chế về thời gian nên trong cuốn đồ án này chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu lý thuyết và một số ứng dụng cụ thể mà không đi sâu tính toán các thông số có trong công thức. Vì là lần đầu tiên thực hiện một đề tài mang ý nghĩa nghiên cứu và ứng dụng nên không thể tránh khỏi những sai sót em rất mong nhận được sự chỉ dạy tận tình của các thầy cô. Em chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn địa kỹ thuật đặc biệt là thầy Ngô Tấn Phong đã giúp đỡ em thực hiện cuốn đồ án này. 3 | P a g e CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm về đất yếu: Đất yếu là đất có sức chịu tải nhỏ và có tính nén lún lớn, hầu như đất yếu bảo hòa nước, có hệ số rỗng lớn, hệ số nén lún lớn, trị số sức chống cắt không đang kể. Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình hành đá sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn và các trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa, v.v. 1.2 Một số đặc điểm của đất yếu : - Dung trọng tự nhiên: 3 /7,1 cmg≤ γ - Hệ số rỗng tự nhiên của đất: 1 ≥ e - Độ ẩm tự nhiên của đất: %40 ≥ w - Độ bão hòa của đất: 8,0 ≥ r S 4 | P a g e - Các đặc trưng cơ học: - Modul biến dạng: 2 /50 cmkgE ≤ - Lực dính của đất: 2 /1,0 cmkgC ≤ - Góc ma sát trong của đất: 0 10≤ ϕ 1.3 Các dạng đất yếu thường gặp trong thực tế: - Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; - Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; - Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%); 5 | P a g e - Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy. - Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập. - Đất hoàng thổ và các dạng đất hoàng thổ có hệ số rỗng lớn, khi ở trạng thái khô có khả năng chịu lực lớn,nhưng khi ngậm nước gây biến dạng lớn. 1.4 Nguồn gốc của đất yếu: - Có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vũng vịnh hoặc biển. - Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), lũ tích (proluvi), lở tích (koluvi), do gió, do lầy, do băng và do con người (đất đắp). - Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển. 6 | P a g e - Nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước không sâu quá 200m, thềm lục địa (200-3000m) hoặc biển sâu hơn 3000m. - Do vậy khi xây dựng công trình trên nền đất yếu cần phải áp dụng các phương pháp xử lý nền hợp lý nhằm cải thiện tích chất cơ lý của đất nền theo chiều hướng tăng độ chặt, tính liền khối, độ bền, độ ổn định, giảm độ biến dạng và độ thấm nước. 1.5 Các giải pháp cải tạo đất yếu : 1.5.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý đất yếu : - Tăng sức chịu tải - Kiểm soát biến dạng và đẩy nhanh cố kết. - Ổn định theo phương ngang - Cắt đường viền thấm - Tăng khả năng chống hoá lỏng. Những chức năng này có thể đạt được bằng nhiều cách,trong đó có hoặc không sử dụng tới vật liệu ngoài việc sử lý đất trên bề 7 | P a g e mặt thường là dễ và ít tốn kém .Tuy nhiên ,ở độ sâu lớn việc sử lý trở nên khó khăn hơn ,đòi hỏi phân tích kỹ lưỡng và cần các thiết bị chuyên dụng,quy trình thi công phức tạp . Khi xây dựng công trình trên đất yếu chúng ta gặp phải rất nhiều khó khăn.Xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó 8 | P a g e khăn, nó 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 công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. 1.5.2 Các giải pháp cải tạo 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,đặc điểm điều kiện địa chất thủy văn .v.v. Với từng điều kiện cụ thể mà ngưởi thiết kế đưa ra biện pháp hợp lý để sử lý. Có thể phân loại các biện pháp xử lý thành 6 nhóm: - Làm chặt đất - Cố kết cưỡng bức - Tạo cốt cho đất - ổn định bằng hoá học - ổn định bằng nhiệt - ổn định bằng sinh học 9 | P a g e Một số phương pháp xử lý nền chỉ thích hợp với một loại đất nhất định nào đó trong khi các phương pháp khác lại thích hợp với nhiều loại đất. Các biện pháp xử lý nền thông thường: + Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc balat, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước… + Các biện phap vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, bấc thấm, điện thấm… + Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp silicat hóa, phương pháp điện hóa… 1.5.3 Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền: 10 | P a g e Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn (3m) nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệ phản áp… để gia cố đất nền. Các biện pháp kể trên được áp dụng nhằm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng của đất nền dưới tác dụng của tải trọng công trình. Đối với nền đường, nền đất đắp nằm trên vùng bùn lầy thì việc áp dụng bệ phản áp để khống chế khả năng phát triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đất yếu gây ra là một trong những biện pháp xử lý hiệu quả nhất 1.5.4 Các phương pháp xử lý nền bằng hóa lý : Những phương pháp gia cường bằng hóa lý hiện nay được ứng dụng trên thế giới bao gồm: phụt vữa xi măng, silicat hóa, trộn vật liệu (bitum, vôi, ximăng, nhựa tổng hợp), điện hóa, điện thấm, nhiệt… Áp dụng các phương pháp trên có những tác dụng thực tế sau đây: [...]... gian gia tải 2.2.4 .Thiết kế bấc thấm : Trong hệ thống bấc PVD ,bấc thấm SBD được thiết kế gắn kết vào hệ thống PVD ,nó được nối vào hệ thông PVD bằng cát đè lên hoặc là dùng đinh ghim nối SBD và bấc đứng PVD lại với nhau tại những điểm nối .Thiết kế rất đơn giản ,hình sau : - Dùng cát nối SBD và PVD : 28 | P a g e - Dùng đinh ghim nối SBD và PVD : 29 | P a g e - Sau khi kết nối PVD và SBD ta thực hiện... + Vùng đắp: Thay thế cho lớp đệm cát và lớp cát lọc + Khu thể thao: sân golf, bề mặt sân thể thao + Các ứng dụng khác thay thế khối đắp, ngăn ngừa thấm 2.2 Tính toán và thiết kế bấc thấm : 2.2.1: Các thông số cần thiết để thiết kế bấc thấm : 24 | P a g e Đường kính của bấc thấm thì bằng với đường kính của thiết bị tiêu nước hình tròn có hiệu suất tiêu nước hướng tâm lý thuyết bằng bấc thấm Hansbo(1979)... vậy đặt vấn đề nghiên cứu cứu sử dụng vật liệu SBD thay cho tầng đệm cát khi xây dựng công trình trên nền đất yếu này là hết sức cần thiết CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BẤC THẤM SBD THAY LỚP ĐỆM CÁT 17 | P a g e 2.1 Tổng quan lý thuyết: 2.1.1 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm: 2.1.2 Cơ sở lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm: Lún do cố kết của nền đất yếu tạo ra nhiều sự cố cho nền... bước thiết kế bấc thấm : - Xác định kích thước khu vực cần sử lý bằng bấc thấm - Xác định chiều sâu ảnh hưởng và chiều cao phòng lún của công trình 27 | P a g e - Chọn bấc thấm theo yêu cầu kỹ thuật - Xác định các chỉ tiêu cần thiết để tính toán cho bấc thấm - Tính toán khoảng cách giữa các bấc thấm sao cho mức độ cố kết của nền đất là tương đối ổn định trong một khoảng thời gian cần thiết - Tính toán. .. pháp mới mang tính khả thi hơn đã được đưa vào thay thế,giải pháp mới thay thế lớp đệm cát tự nhiên bằng lớp bấc thấm ngang tên gọi “Super Board Drain “ (SBD) do công ty Thai Miltec International Co., Ltd sản xuất Mặc dù giải pháp sử dụng bấc thấm ngang chưa được phổ biến tại Việt Nam, nhưng công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi ở nước ngoài từ những năm 90 của thế kỷ trước, nhất là tại Nhật Bản và. .. Cát : Trước đây, việc sử dụng phương pháp bấc thấm đứng PVD kết hợp gia tải trước, và lớp đệm cát dùng làm lớp thoát nước ngang cho bấc thấm đứng đã được áp dụng khá phổ biến ở Việt Nam đem lại hiệu quả tốt cho việc xử lý đất yếu Đây là một loại vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu và số lượng ,và môi trường ,yêu cầu về kỹ thuật ,thi công đơn giản và gọn nhẹ Ngoài ra còn mang tính kinh tế hơn nhiều so với... dụng SBD so với GBD 2.2.7 Tính toán thiết kế: VD: ta xác lập kết quả tính toán cho mặt cắt của cát tương ứng với khả năng thoát nước trên một vật liệu bấc thấm ngang có chiều rộng là W = 30cm=0.3m ,dày là 0.8cm=0.008m,hệ số thấm k=15cm/s = 0.15m/s Dựa vào công thức: Q = ks.I.A.Fs(m3/s) Ta có bảng tính toán sau: Q = 0.15×(0.008×0.3)×1.6×0.1 = 5.76 ×10-5(m3/s) Chiều dầy của GBD thông thường ta chọn. .. trình người ta thường sử dụng thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước bằng các khối đất đắp tạm thời .Thiết bị tiêu nước thẳng đứng gồm nhiều loại với các đặc trưng cơ lý khác nhau nhằm tạo ra đường thoát nước nhân tạo cho đất Phương pháp PVD cũng là một phương pháp như vậy,dùng kết hợp PVD và lớp đệm cát bên trên kết hợp với gia tải trước cũng là một phương pháp khá khả quan Như đã biết... biểu thức sau cho thiết kế : dW = 2(a + b) Trong đó : - a : chiều rộng mặt cắt ngang của bấc thấm - b : bề dày mặt cắt ngang của bấc thấm Sau đó bằng phương pháp phần tử hữu hạn để sử dụng cho thực tế ,Rixner(1986) đưa ra cách tính đường kính tương đương sau và đã được Hansbo(1987) xác minh dW = (a + b)/2 Tỉ số giữa độ thấm ngang và độ thấm đứng kn/kv được xác định theo phương pháp căn bậc hai của... ta chọn hệ số k n/kv cho phụ hợp với bài toán thiết kế Hệ số cố kết hướng tâm ,có thể đánh giá bằng giá trị C v tính theo quan hệ gần đúng sau : Ch = (kh/kv)Cv Ở đây : Cv là hệ số cô kết thẳng đứng 25 | P a g e 2.2.2 Năng lực thoát nước của vật liệu SBD trên 1m dài: Lưu lượng thoát nước của vật liệu bấc thấm ngang được thực hiện dễ dàng dựa vào công thức thông thường tính toán đối với tầng đệm cát . sử dụng vật liệu SBD thay cho tầng đệm cát khi xây dựng công trình trên nền đất yếu này là hết sức cần thiết. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BẤC THẤM SBD THAY LỚP ĐỆM CÁT 17 | P a g e 2.1. định và kỹ thuật xây dựng công trình,đặc biệt là thoát nước nhanh 1.6 Phương Pháp Dùng SBD Thay Lớp Đệm Cát : Trước đây, việc sử dụng phương pháp bấc thấm đứng PVD kết hợp gia tải trước, và lớp. lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, bấc thấm, điện thấm + Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp silicat