Đang tải... (xem toàn văn)
Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát thoát nước nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất được áp dụng rất phổ biến ở Việt Nam trong những năm gần đây nhất là trong các dự án xây dựng công trình giao thông đường bộ. Tuy nhiên, do hạn chế về công nghệ thi công nên chiều sâu xử lý còn hạn chế, tại nhiều dự án việc xử lý nền đất yếu chưa đạt được các yêu cầu kỹ thuật. Thực tế thi công xử lý nền đất yếu ở Việt Nam đòi hỏi phải có các giải pháp, công nghệ và thiết bị thi công đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra nhất là giảm lượng lún dư sau khi đưa công trình vào khai thác, kinh phí hợp lý phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt (Sand Compaction Pile SCP) với đường kính cọc lên tới 700mm và độ sâu xử lý đến 40m là giải pháp hợp lý và hiệu quả đối với các dự án giao thông nhất là nền đường đầu cầu, nền cống chui, hầm chui... xây dựng trên các lớp đất yếu có bề dày lớn.
http://www.vntec.vn/forum/viewtopic.php?f=13&t=548&start=10 ÁP DỤNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (SAND COMPACTION PILE - SCP) Đây là báo cáo thử nghiệm dùng cọc cát đầm chặt CSP (Compacted Sand Pile) ở 2 đoạn ngắn trong dự án đường cao tốc Hà Nội-Hải Phòng. Có thể thấy đây là một phương pháp gia cố nền rất khả thi ở Việt Nam (về thiết bị) nhất là ở miền Bắc (vật liệu cát thuận lợi) nhưng ứng dụng có vẻ chưa nhiều. Trân trọng giới thiệu với các bạn nội dung bài viết này của tác giả Lê Ngọc Thanh. Tóm tắt Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát thoát nước nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất được áp dụng rất phổ biến ở Việt Nam trong những năm gần đây nhất là trong các dự án xây dựng công trình giao thông đường bộ. Tuy nhiên, do hạn chế về công nghệ thi công nên chiều sâu xử lý còn hạn chế, tại nhiều dự án việc xử lý nền đất yếu chưa đạt được các yêu cầu kỹ thuật. Thực tế thi công xử lý nền đất yếu ở Việt Nam đòi hỏi phải có các giải pháp, công nghệ và thiết bị thi công đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra nhất là giảm lượng lún dư sau khi đưa công trình vào khai thác, kinh phí hợp lý phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt (Sand Compaction Pile - SCP) với đường kính cọc lên tới 700mm và độ sâu xử lý đến 40m là giải pháp hợp lý và hiệu quả đối với các dự án giao thông nhất là nền đường đầu cầu, nền cống chui, hầm chui xây dựng trên các lớp đất yếu có bề dày lớn. 1. MỞ ĐẦU Ở nước ta, các vùng đồng bằng châu thổ thường có các lớp đất yếu dày, việc xử lý nền đất yếu trong xây dựng công trình giao thông là nhiệm vụ quan trọng nhằm mục đích giảm thiểu các sự cố có thể xảy ra đồng thời đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật của công trình khi đưa vào khai thác. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trong lĩnh vực xây dựng đường ô tô trên đất yếu ở nước ta đã áp dụng nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu như đào thay đất yếu; sử dụng bấc thấm hoặc giếng cát; cọc đất gia cố xi măng; sàn giảm tải. Mỗi biện pháp xử lý đều có ưu nhược điểm riêng và chỉ được áp dụng đối với một số điều kiện địa chất và thời gian thi công nhất định. Đối với một số dự án có bề dày lớp đất yếu lớn, các đoạn nền đường có yêu cầu thi công nhanh hoặc những công trình đường dẫn vào hầm chui, cống chui không có điều kiện để gia tải và thời gian chờ đất cố kết cần có các giải pháp xử lý khác thích hợp hơn. Giải pháp và công nghệ thi công xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt sẽ làm giảm độ rỗng, tăng nhanh tốc độ cố kết và khả năng chịu lực có thể đáp ứng được các vấn đề về giảm thời gian thi công hoặc không cần đắp gia tải đồng thời có thể thi công đến độ sâu thiết kế để thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của quy trình về lượng lún dư, tốc độ lún 2. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT 2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP (SCP) Phương pháp cọc cát đầm (SCP) sử dụng tải trọng nén kết hợp rung để xuyên một ống nhồi cát và đầm chặt vào lớp đất yếu hoặc có kết cấu xốp, rời rạc làm cho nền đất được nén chặt, hệ số rỗng giảm, từ đó tăng cường độ và môđuyn biến dạng của đất nền. Đồng thời dưới áp lực của tải trọng ngoài, cọc cát làm việc như một giếng cát thoát nước, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn. Khi xử lý nền bằng cọc cát đầm chặt có thể xem cọc cát với đất nền xung quanh làm việc đồng thời như nền đất hỗn hợp. Ưu điểm: Hiệu quả trong việc chống trượt và gia tăng tốc độ cố kết của đất nền, giảm thời gian thi công đặc biệt khi xử lý nền móng của các hầm chui. Chi phí xây dựng thấp hơn so với các giải pháp cùng công nghệ xử lý sâu như cọc đất xi măng hoặc sàn giảm tải. Nhược điểm: Công nghệ và thiết bị thi công chưa phổ biến tại Việt Nam. 2.2 PHẠM VI ÁP DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CỌC CÁT ĐẦM CHẶT (SCP) Cọc cát đầm chặt được áp dụng cho hầu hết các loại địa tầng là các lớp đất yếu có khả năng chịu lực kém như các loại đất sét yếu bão hoà nước, đất lẫn hữu cơ, có hệ số rỗng lớn hoặc cát hạt bụi, mịn kết cấu rời rạc. Rất thích hợp để xử lý tại các đoạn nền đường đắp cao, nền đường đầu cầu, nền hầm chui, cống … phía dưới là các lớp đất yếu có chiều dày lớn. 2.3 CÔNG NGHỆ THI CÔNG Cọc cát đầm thường được thi công bằng cách đóng một ống có một cấu tạo đặc biệt tại đáy, xuyên qua các lớp cát rời hoặc các lớp sét yếu đến lớp đất tốt phía dưới nhờ việc sử dụng một thiết bị rung nén đặt tại đỉnh của ống vách. Trong suốt quá trình đóng hoặc ngay sau khi đóng ống thép, cát được nhồi đầy vào ống thép. Đầm rung hạ ống vách bằng cách lặp lại sự nâng lên và ấn xuống của việc rung ống vách. ống vách thép được rút lên khoảng 2-3m nhờ cần trục và được hạ xuống l - 2m nhờ búa rung. Hành trình lên và xuống được lặp lại cho đến khi ống thép được rút lên hoàn toàn khỏi mặt đất. Yêu cầu khoảng cách đóng xuống của ống thép được tính toán theo biểu thức sau: Trong một số trường hợp, ngoài một máy rung tại đỉnh của ống thép, còn có thêm một máy rung theo phương ngang được gắn thêm vào đáy của ống vách thép tạo ra dao động ngang làm cho cọc cát được nén chặt thêm. Sau khi nhồi cát đầy vào trong ống thép, cửa vào sẽ được đóng lại, áp suất khí sẽ được tác dụng lên đỉnh cọc cát. Khi ống thép được rút lên từ từ, nắp đậy tại đáy của ống thép sẽ mở ra và cát được nhồi vào tạo thành cọc cát đầm chặt. Thiết bị rung ngang được hoạt động suốt quá trình rút ống vách thép. 2.4 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT. - Cần trục: Thiết bị chính là một cần trục bánh xích có trọng lượng 310-350 kN - ống vách: + ống vách được làm bằng thép + Đường kính của ống vách thép khoảng 400-600 mm. + ống vách thép được treo lên nhờ cần trục và một thiết bị dẫn hướng để đóng cọc. + ống vách thép được hạ xuống độ sâu thiết kế bằng búa rung. + ống vách thường dài hơn chiều dài yêu cầu của cọc cát đầm để có thể rút lên khỏi mặt đất sau khi đạt đến chiều sâu thiết kế. + Toàn bộ ống thép được chống đỡ đất xung quanh trong suốt thời gian thi công. - Búa rung: + Trọng lượng búa rung từ 40-53 kN + Búa rung được gắn trực tiếp vào ống vách + Thường dùng búa rung có tần số thấp và biên độ cao được dùng, với tần số khoảng 500-600 cpm(vòng/phút) và biên độ trong chế độ không tải là 15-18mm. Biên độ được xác định là một nửa của chuyển vị đầu cọc. + Thường dùng búa rung đóng cọc có các motor khoảng 90-120 kW và tạo ra các lực không cân bằng từ 400-600 kN. - Thiết bị thổi khí: + Trên ống thép chứa đầy cát, lắp đặt một thiết bị thổi khí có áp lực 3-5kG/cm2 tác dụng lên đỉnh cọc cát. + Để đảm bảo áp lực tác dụng lên đỉnh cọc cát, cần một máy áp lực tạo ra áp suất khí nén khoảng 7kG/cm2. - Thiết bị chứa cát: Thiết bị chứa cát là nơi chứa cát để vận chuyển đến phễu chứa cát đặt phía trên ống thép. - Các vòi phun nước: + Các vòi phun nước có áp lực lên tới 85 kG/cm2 + Các vòi phun nước thường được sử dụng khi hạ ống vách thép vào các lớp đất có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) khoảng 15-20. 2.5 TRÌNH TỰ THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT ĐƯỢC TÓM TẮT THEO CÁC BƯỚC DƯỚI ĐÂY: 1) Chuẩn bị mặt bằng; 2) Đóng, rung để hạ ống vách thép đến độ sâu thiết kế; 3) Cho cát vào ống vách; 4) Đầm chặt cát và tạo ra đường kính cọc như thiết kế. 2.6 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG THI CÔNG Để thi công cọc cát đạt chất lượng trong quá trình thi cọc cát cần kiểm soát các vấn đề sau trong quá trình thi công: - Máy móc, thiết bị thi công cọc cát đầm phải được kiểm định theo các quy định hiện hành; - Chất lượng của vật liệu làm lớp đệm cát và cọc cát đầm - Cao độ, bề dày lớp đệm cát; - Vị trí, khoảng cách các cọc cát so với thiết kế; - Số lượng cọc cát đầm; - Cao đỉnh cọc, mũi cọc và độ thẳng đứng của mỗi cọc cát đầm; - Số lượng thùng chứa cát để nhồi vào mỗi cọc cát đầm chặt; - Năng lượng tiêu thụ của búa rung trong cả quá trình rung xuống, năng lượng trong suốt quá trình thi công. Ngày tháng và các thông tin xác nhận cọc cát được ghi lại; - Thời gian để đóng xuống và thời gian tạo thành mỗi cọc cát đầm chặt; - Các thông tin về vật cản và các điều kiện bất thường của nền đất; 2.7 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SAU KHI THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM CHẶT Phương pháp đánh giá chất lượng sau khi thi công cọc cát đầm có thể chia làm các loại sau : - Đối với bản thân cọc có thể kiểm tra bằng thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn: + Với nền đất dính : Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn tại tâm, suốt chiều dài cọc, cự ly 2m/ lần. Tùy theo yêu cầu thiết kế cụ thể giá trị xuyên SPT phải đạt từ 10 đến 20. + Với nền là đất rời : Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn tại tâm, suốt chiều dài cọc, cự ly 2m/lần. Tùy theo yêu cầu thiết kế cụ thể giá trị xuyên SPT phải đạt từ 15 trở lên. - Đối với nền đất tổ hợp: Kiểm tra chất lượng bằng thí nghiệm nén tải trọng tĩnh nền tổ hợp để xác định mô đuyn tổng biến dạng và các chỉ tiêu cơ lý của đất nền từ đó so sánh với các giá trị thiết kế. 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN Cơ sở lý thuyết tính toán của cọc cát đầm (SCP) được dựa trên các nguyên tắc sau: - Nén chặt đất và làm tăng sức kháng cắt; - Thay thế một phần đất yếu bằng cát đầm chặt, nền đất có thêm góc ma sát trong; - Phân bố lại ứng suất trong đất nền làm giảm ứng suất của tải trọng ngoài lên các lớp đất yếu; - Thoát nước cố kết làm tăng sức kháng cắt của đất nền. 3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT CHO ĐẤT RỜI Việc thi công cọc cát đầm làm cho đất rời được nén chặt thêm, độ rỗng của đất giảm và cường độ của nền cọc cát đầm được tăng lên. Do đó cần xác định hệ số rỗng ban đầu e0 và hệ số rỗng của nền đất giảm xuống sau khi sử dụng biện pháp cọc cát đầm chặt e1. Hệ số rỗng ban đầu có e0 (tương ứng với độ chặt tương đối là Dr0 và có chỉ số xuyên tiêu chuẩn N0) có thể xác định dựa vào đường kính có hiệu D60 và hệ số đồng đều Cu của đất ở trạng thái tự nhiên. Hệ số rỗng el được xác định qua độ chặt tương đối Dr1 hoặc chỉ số xuyên tiêu chuẩn N1. Xác định hiệu quả lấp đầy của vật liệu cọc qua tỉ số thay thế Fv. • Tỷ lệ thay thế Tỷ lệ thay thế là tỷ số thể tích của cọc cát đưa vào trong nền đất trên thể tích đất nền ban đầu (chưa xử lý) sẽ được tính toán khác nhau cho mạng lưới gia cố hình vuông hoặc hình tam giác được tác giả Masaki Kitazume đưa ra như sau (hình 3-5) Từ các công thức trên và các biểu đồ dưới đây có thể xác định được khoảng cách giữa các cọc cát đầm chặt (d). Giá trị Fv được xác theo các biểu đồ: [...]... tắc xử lý sẽ được thử dần theo thứ tự từ đắp gia tải chờ lún rồi đến các giải pháp thoát nước thẳng đứng (PVD, SD, SCP) Từ các phân tích trên, đề xuất sử dụng các chỉ tiêu sau làm nguyên tắc chung để lựa chọn biện pháp xử lý nền đất yếu cho gói thầu EX-4 dưới bảng 4.1 4.2.4 Kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phương pháp SCP Từ các kết quả tính toán và dựa vào các phân tích, so sánh các giải pháp. .. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua thực tế thiết kế và thi công xử lý nền đất yếu bằng giếng cát tại Việt Nam cho thấy phạm vi xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đạt hiệu quả thường ở độ sâu nhỏ hơn 20m Công nghệ thi công xử lý nền đất yếu bằng giếng cát mới đạt tới độ sâu khoảng 30m Do hạn chế về chiều sâu xử lý, trong nhiều trường hợp công tác xử lý nền đất yếu chưa đạt các yêu cầu về độ lún dư, tốc độ lún ảnh... thấy giải pháp cọc cát đầm chặt rất phù hợp với nền đường đắp cao có địa tầng là các lớp đất sét yếu, bão hòa nước có chiều dày lớn mà giải pháp xử lý bằng giếng cát không thỏa mãn các yêu cầu của quy trình Các đoạn nền đường tiếp giáp với các kết cấu cứng (mố cầu, cống chui…) nên áp dụng giải pháp này để giảm tối đa lượng lún dư và hiện tượng nền đường lún kéo dài trong quá trình khai thác Giải pháp. .. phân tích, so sánh các giải pháp xử lý được trình bày ở phần trên, Tư vấn thiết kế đã lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt cho các đoạn nền đường đắp cao và nền đường đầu cầu với tổng chiều dài là 730m dài Đường kính cọc cát sau đầm nén D700mm Chiều sâu xử lý thay đổi từ 8 đến 35m Kết quả xử lý đất yếu bằng cọc cát đầm và so sánh với phương pháp xử lý bằng giếng cát tại 2 đoạn điển... pháp này cũng tỏ ra rất hiệu quả trong việc xử lý nền thiên nhiên trước khi xây dựng các công trình hầm chui, cống chui… Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm là giải pháp mới được áp dụng nên cần được thi công thử nghiệm tại một đoạn ngắn, việc quan trắc chuyển vị trong quá trình thi công hoặc thí nghiệm xác định các thông số của đất nền sau khi xử lý cần được thực hiện một cách bài bản, có... trà Ở ≤ 400mm đã được nghiên cứu, ứng dụng đểΦViệt Nam, cọc cát đường kính xử lý nền đất yếu đến độ sâu 12m từ những năm 1963, tuy nhiên việc tính toán, thiết kế và thi công xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát 700mm còn khá mới Thiết bị, công nghệ vàΦđầm chặt (SCP) đường kính kinh nghiệm thi công cọc cát đầm gần như chưa có Để ứng dụng công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm tại các dự án... xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát đầm chặt 3.4.4 Thiết kế cọc cát đầm chặt: Đường kính cọc cát đầm; chiều dài; sơ đồ bố trí và khoảng cách giữa các cọc cát đầm; tỷ số thay thế diện tích; hệ số tập trung ứng suất…Từ đó có thể tính toán về độ lún, hệ số ổn định và sức chịu tải của đất nền khi sử dụng cọc cát đầm chặt 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÔNG TRÌNH CỤ THỂ Phương pháp. .. LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÔNG TRÌNH CỤ THỂ Phương pháp cọc các đầm chặt được áp dụng vào thiết kế xử lý nền đất yếu tại hầm chui vào khu đại học Tây Nam thuộc dự án Đầu tư xây dựng mở rộng và hoàn thiện đường Láng Hòa Lạc và thiết kế xử lý nền đất yếu gói thầu EX4 (Km33 – Km48), Dự án đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng 4.1 THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI HẦM CHUI ĐẠI HỌC TÂY NAM 4.1.1 Giới thiệu chung về hầm chui... dạng nền tổ hợp Ebd >=10Kg/cm2 + Kết quả thí nghiệm cho thấy sau khi xử lý sức chịu tải của nền tổ hợp tăng lên từ 2 đến 4 lần so với đất nền chưa được xử lý, mô-đun biến dạng đều lớn hơn >= 10Kg/cm2 - Hiện tại phần tường chắn chữ U đã thi công được khoảng 70% công việc và đã thực hiện thí nghiệm nền tổ hợp tại một số vị trí 4.1.5 Nhận xét và rút kinh nghiệm: - Sau khi xử lý đất yếu cường độ đất nền. .. lớp phân tải dưới đáy móng công trình 4.2 THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI GÓI THẦU EX4 (KM33 – KM48), DỰ ÁN ĐƯỜNG CAO TỐC HÀ NỘI – HẢI PHÒNG Dự án đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng được thiết kế bởi Liên danh tư vấn YOOSHINKPT JOINT VENTURE Tóm tắt kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu gói thầu EX4 (Km33 – Km48) như sau: 4.2.1 Yêu cầu thiết kế xử lý nền đất yếu - Độ lún, độ cố kết và ổn định chống trượt cho . biện pháp xử lý nền đất yếu trước khi thi công nền đường. 4.2.3. Thiết kế lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu Căn cứ vào điều kiện địa tầng, các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và chiều cao nền. tô trên đất yếu ở nước ta đã áp dụng nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu như đào thay đất yếu; sử dụng bấc thấm hoặc giếng cát; cọc đất gia cố xi măng; sàn giảm tải. Mỗi biện pháp xử lý đều. tải của đất nền khi sử dụng cọc cát đầm chặt. 4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÔNG TRÌNH CỤ THỂ Phương pháp cọc các đầm chặt được áp dụng vào thiết kế xử lý nền đất yếu tại