Khóa luận Đặc tính địa kỹ thuật và giải pháp gia cố nền đất Trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng - Gia Lâm - Hà Nội

trị SPT. Từ trị số SPT ta có thể phân loại đất hạt mịn, đất rời, kết cấu, trạng thái, sức chịu tải nền đất (bảng 5.1 và 5.2) Bảng 5.1. Phân loại trạng thái đất rời theo giá trị SPT Tri sè SPT Kết cấu 0-4 Rất rời 4-10 Rời 10-30 Chặt vừa 30-50 Chặt >50 Rất chặt Bảng 5.2. Phân loại trạng thái đất hạt mịn theo giá trị SPT Trị sè SPT Trạng thái Sức kháng nén đơn (KG/cm2) <2 Chảy 0.26 2-4 Dẻo chảy 0.25-0.5 4-8 Dẻo mềm 0.5-1 8-16 Dẻo cứng 1-2 16-32 Nửa cứng 2-4 >32 Cứng 4 5. 2. Các phương pháp thí nghiệm trong phòng Các mẫu đất thu thập tại hiện trường được chuyển về phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật -Viện khoa học công nghệ giao thông vận tải, tại đây các mẫu được nghiên cứu bằng các thí nghiệm và được xử lý kết quả theo TCVN 4195-1995 do Bộ Xây Dựng ban hành. 5. 2. 1. Phương pháp phân tích thành phần độ hạt Thành phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ lớn khác nhau, ở trong đất được biểu diễn bằng tỷ lệ % so với khối lượng của mẫu đất khô tuyệt đối. Xác định thành phần hạt là phân chia đất thành từng nhóm các cỡ hạt gần nhau về độ lớn và xác định hàm lượng phần trăm của chúng. Độ hạt của đất được xác định bằng phương pháp rây và tỷ trọng kế. a. Phương pháp rây Phương pháp này dùng cho đất có cỡ hạt > 0.074mm trở lên. Cân khối lượng của mẫu đất cần xác định độ hạt được khối lượng (G). Sau đó cho mẫu đất sấy khô ở nhiệt độ 1050 C và trong thời gian khoảng 5h lấy mẫu đất ra cho vào cối sứ và giã bằng chày cao su. Cho mẫu đất qua các rây sè: 2’’, 3/4’’, 3/8’’, N0 4, N010, N0 40 và N0 200. Cân khối lượng hạt còn lại còn lại trên rây đối với từng cỡ rây (Gi) ta được % độ hạt trên rây tính theo công thức. Trong đó: P - phần trăm độ hạt trên rây G - khối lưọng mẫu đất Gi - khối lượng cỡ hạt trên rây. Đối với cỡ hạt < 0, 074mm ta phải phân tích bằng tỷ trọng kế b. Phương pháp tỷ trọng kế Cân khoảng 30g đất dưới rây 2mm. Cho mẫu đất vào bình tam giác có dung tích từ 750 - 1000cm3, dùng tia nước rửa sạch phần đất còn lại trong bát hoặc trên phễu lọc, cho thêm 1cm3 dung dịch NH4OH nồng độ 25% đậy lại và đun sôi trong thời gian khoảng 1h. Để nguội huyền phù sau đó rót qua rây 0,74mm vào trong ống hình trụ có dung tích 100cm3. Rửa trôi các hạt trên rây 0,74mm. Sau đó dùng chày cao su nghiền nhỏ cho đến khi không còn hạt nhỏ lọt rây nữa. Sau đó đem sấy khô phần còn lại trên rây để xác định hàm lượng của change. Phần huyền phù trong bình tiến hành phân tích bằng tỷ trọng kế. Khuấy đều dung dịch huyền phù sau 20s thì bắt đầu thả tỷ trọng kế vào và tính thời gian thí nghiệm. Đọc kết quả trên tỷ trọng kế sau 0, 2’, 5’, 15’, 60’, 250’, 1440’. Sau đó lấy tỷ trọng thả vào bình nước cất, khuấy đều lại thả dung dịch huyền phù và lặp lại thí nghiệm dưới 200C thì phải hiệu chỉnh số đọc theo bảng quy định -Dùng toán đồ Stokes để tính đường kính hạt Lượng chứa % của các hạt được tính theo công thức: Trong đó: P - Lượng chứa % cộng dồn các hạt có đường kính nhỏ hơn một đường kính nhất định C- Lượng chứa % các hạt có đường kính >0,74mm G- Khối lượng mẫu đất đem phân tích gs - Trọng lượng riêng của hạt đất R - Sè đọc cuối cùng của tỷ trọng kế 5. 2. 2. Phương pháp xác định khối lượng thể tích Khối lượng thể tích của đất Èm (gọi tắt là khối lượng thể tích -g) của đất là khối lượng của một đơn vị thể tích đất có kết cấu và độ Èm tư nhiên, tính bằng g/cm3. Tùy theo thành phần và trạng thái mà ta sử dụng các phương pháp thí nghiệm nh­ phương pháp dao vòng, bọc sáp hay đo thể tích. Đối với đất dính dễ cắt bằng dao, khi cắt không bị vỡ người ta sử dụng phương pháp dao vòng được tiến hành như sau: Ên nhẹ dao vòng đã biết trước khối lượng và thể tích vào trụ đất theo chiều thẳng đứng cho đến khi dao vòng hoàn toàn đầy đất, sau đó dùng dao cắt gạt phẳng hai mặt của dao vòng, lau sạch đất ngoài dao vòng rồi đem cân ta được khối lượng là g1. Nh­ vậy khối lượng thể tích của đất sẽ là: Trong đó: g- khối lượng thể tích g1 - khối lượng đất và dao vòng g0 - khối lượng dao vòng Vd - thể tích dao vòng Với mỗi mẫu thí nghiệm đều tiến hành 02 mẫu mẫu song song. Kết quả tính toán được biểu diễn với độ chính xác đến 0.01g/cm3. Nếu kết quả của hai thí nghiệm song song quá 0, 02g/cm3 thì phải làm lại. Khối lượng của đất là giá trị trung bình của hai lần thí nghiệm. 5. 2. 3. Phương pháp xác định khối lượng riêng Khối lượng riêng của đất là khối lượng của một đơn vị thể tích phần hạt cứng, khô tuyệt đối, xếp chặt khít không lỗ rỗng. Trong phòng thí nghiệm mẫu đất được xác định nh­ sau: Mẫu đất được đem sấy khô ở nhiệt độ 105oC và được nghiền nhỏ trong cối sứ, sao cho chúng lọt qua rây số 2mm. Cân một lượng mẫu đất (go ) cho vào bình tỷ trọng kế có thể tích là 100cm3. Đổ nước cất vào khoảng 1/2 bình, giữ bình trong tay, lắc đều, rồi đặt trên bếp đun sôi khoảng 2h. Sau khi đun xong lấy bình ra để nguội và cho thêm nước cất đến vạch chuẩn. Dùng khăn lau thật khô bình và mép trên của cổ bình đem cân ta được khối lượng là g1. Đổ hết dung dịch huyền phù ra và rửa sạch bình sau đó cho nước vào đầy bình đến vạch chuẩn và đem cân ta được khối lượng là g2. Khối lượng riêng của đất sẽ được tính theo công thức: Trong đó: gs – khối lượng riêng của đất go –khối lượng mẫu đất khô g1 – khối lượng bình chứa đầy huyền phù. g2 _ khối lượng bình chứa đầy nước cất. Với mỗi mẫu thí nghiệm đều tiến hành 02 mẫu song song. Kết quả tính toán được biểu diễn với độ chính xác đến 0,1%. Nếu kết quả của hai thí nghiệm song song quá 0,02g/cm3 thì phải làm lại. Khối lượng của đất là giá trị trung bình của hai lần thí nghiệm. 5. 2. 4. Phương pháp xác định độ Èm tự nhiên Độ Èm (W) của đất là tỷ số giữa trọng lượng nước (Gn) và trọng lượng hạt (Gh), được biểu diễn theo quan hệ: W Vì vậy để xác định độ Èm của đất phải lấy một mẫu thí nghiệm còn giữ nguyên trạng thái tự nhiên có khối lượng khoảng 15g. Cho mẫu đất vào hộp nhôm có nắp đậy được đánh số, biết trước khối lượng (m0) và sấy khô. Sau đó đem cân trên cân kỹ thuật để xác định khối lượng của hộp nhôm và mẫu đất. Mở nắp hộp ra và đem sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C và trong thời gian 5h. Sau đó lấy ra và đặt vào bình hót Èm có silicagen từ 45 phót đến 1 giê, rồi đem cân trên cân kỹ thuật, khi đó độ Èm của đất được xác định bằng % theo công thức: W Trong đó: m - khối lượng hộp (g) m0 - khối lượng của đất và hộp đẫ sấy khô (g) m1 - khối lượng của đất và hộp nhôm trước khi sấy khô (g) Với mỗi mẫu thí nghiệm đều tiến hành 02 mẫu song song. Kết quả tính toán độ Èm được biểu diễn với độ chính xác đến 0,1%. Nếu kết quả của hai thí nghiệm song song sai quá 2% thì phải kàm lại thí nghiệm. Độ Èm tự nhiên của đất là giá trị trung bình của hai lần thí nghiệm. 5. 2. 5. Phương pháp xác định giới hạn chảy và giới hạn dẻo Giới hạn chảy và giới hạn dẻo được sử dụng một cách rộng rãi để xác định và phân loại đất. Chúng được xác định nh­ sau: Giới hạn dẻo tương ứng với độ Èm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Giới hạn dẻo (WP) được đặc trưng bằng độ Èm (tính bằng %) của đất sau khi đã nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường kính 3mm trên tấm kính mờ, tại đó bắt đầu rạn nứt và gãy thành những đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ 3 đến 10mm. Giới hạn chảy tuơng ứng với độ Èm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Giới hạn chảy (WL) được đặc trưng bằng độ Èm (tính bằng %) của bột đất nhào với nước mà ở đó quả rọi thăng bằng hình nón nặng 76g, góc mòi nhọn 300 dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sau 10 giây sẽ lún sâu vào đất 10mm. Sau đó lấy đất đã xác định được độ Èm giới hạn dẻo và chảy vào trong các hộp nhôm và tiến hành thí nghiệm độ Èm như trong mục 5. 2. 4 Từ giới hạn dẻo và giới hạn chảy ta xác định được chỉ số dẻo (IP) và độ sệt (B) theo công thức sau: IP = WL- WP 5. 2. 6. Phương pháp xác định tính nén lún bằng máy nén một trục a. Nguyên lý: Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nã ( do giảm độ rỗng biểu hiện ở sự giảm chiều cao) dưới tác dụng của tải trọng ngoài. b. Thí nghiệm: Chuẩn bị mẫu đất thí nghiệm từ mẫu nguyên dạng hạn chế tối đa sự bay hơi của nước. Mẫu được lấy bằng dao vòng gạt phẳng hai mặt, lấy hộp nén ra khỏi bàn máy và lắp mẫu vào, trước khi lắp mẫu phải bôi trơn mặt ngoài dao vòng và thành hộp nén, trên mỗi mẫu đặt một tờ giấy thấm cả phía trên và phía dưới mẫu, trên cùng là tấm nén truyền tải, đặt hộp nén đã lắp xong lên bàn nén. Lắp đồng hồ đo biến dạng và điều chỉnh số chỉ của kim về 0 tăng dần tải trọng theo từng cấp. Trị sè cấp áp lực được xác định theo tính chất từng loại đất. Đối với đất sét ở trạng thái dẻo chảy và chảy sử dụng cấp: 0.1, 0.25, 1,2 kG/cm2 Đối với đất sét pha ở trạng thái dẻo mềm và dẻo cứng sử dụng cấp: 0.25, 1, 2, 4 kG/cm2 Đối với đất cứng và nửa cứng sử dụng cấp: 0.5, 1, 2, 4, 6 kG/cm2 Thời gian đọc kết quả nén sau 1 phót, 10 phót, 1 giê, 24 giê kể từ khi thí nghiệm cho đến khi đạt ổn định quy ước ( biến dạng nén không quá 0.01mm trong khoảng thời gian 30 phót với đất cát và 3 giê với cát pha, 12 giê với đất sét và sét pha có IP = 30, khi đó kết thúc thí nghiệm. c. Tính toán kết quả thí nghiệm Từ kết quả thí nghiệm vẽ đường cong nén lún (hệ số rỗng và cấp áp lực ). Hệ số nén lún được xác định theo công thức: Trong đó: en-1 hệ số rỗng ở cấp tải trọng thứ n-1 e n hệ số rỗng ở cấp tải trọng thứ n s n-1 áp lực nén thẳng đứng ở cấp thứ n-1 s n áp lực nén thẳng đứng ở cấp thứ n Hình 5.1: Biểu đồ đường cong nén lún Trị sè modun tổng biến dạng En-1,n theo kết quả thí nghiệm nén không nở hông được tính bằng N/m2 (kG/ cm2). Hệ số cố kết được tính bằng cm2/s theo công thức: Trong đó: 0. 848 - yếu tố thời gian ứng với mức độ cố kết thấm 90% H - Chiều cao của mẫu đất tính bằng cm T90 - Thời gian ứng với 90% cố kết thấm xác định theo phương pháp (phương pháp D. Taylor ), tính bằng phót. Hệ số thấm của đất dưới mỗi cấp áp lực tính bằng cm/s. Trong đó: Pn -khối lượng riêng của nước lấy bằng 0,001kG/cm3 Cv -Hệ số cố kết tính bằng cm2/s a - Hệ số nén lún của đất trong khoảng áp lực thí nghiệm tính bằng cm2/kG Hệ số rỗng trung bình trong khoảng áp lực thí nghiệm (Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong phụ lục). 5. 2. 7. Phương pháp xác định sức chống cắt a. Nguyên lý: Sức chống cắt (t ) của đất là phản lực của đất đối với ngoại lực ứng với lúc đất bắt đầu bị phá hoại và trượt lên nhau theo một mặt phẳng nhất định. Sức chống cắt của đất là ứng suất tiếp tuyến lớn nhất được tính theo công thức: Với ứng suất này, mẫu đất bị cắt theo một mặt phẳng định trước dưới áp lực thẳng đứng d, tính theo công thức Trong đó: P, Q lần lượt là lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến với mặt cắt, đơn vị N F diện tích mặt cắt, đơn vị cm2 Quan hệ giữa d và t trên mặt cắt được xác định theo công thức t =s.tgj + C Trong đó: j: góc ma sát trong C: lực dính của đất loại sét, tính bằng N/m2 (kG/cm2 ) b. Thí nghiệm: Mẫu đất thí nghiệm nguyên dạng được lấy vào dao vòng, chuyển mẫu từ dao vòng vào hộp cắt. Trước đó cần bôi trơn thành dao vòng và hộp cắt. Sau đó truyền lên mẫu một áp lực nén cho trước tùy chọn theo từng loại đất. Rút chốt hộp cắt, tạo khe hở giữa hai líp trên và dưới chiều rộng khe là 0.5-1mm. Lắp đồng hồ đo biến dạng và điều chỉnh đồng hồ về vị trí 0 Tác dụng ứng suất lên mẫu, tùy theo yêu cầu làm việc của công trình mà áp dụng các kiểu sơ đồ cắt khắc nhau. Sau 2 phót phải tiến hành theo dõi số đọc ở đồng hồ đo biến dạng cắt cho đến khi ổn định. c. Tính toán kết quả Sức chống cắt được tính theo công thức t = R. Dl (kG/cm2) Trong đó R: Hệ số biến dạng của vòng ứng biến phụ thuộc vào loại cắt Dl: Số đọc đồng hồ đo biến dạng Nếu t truyền lên mẫu theo từng cấp và tiến hành cắt cho tới khi mẫu đất bị phá hoại. Vẽ biểu đồ quan hệ t = ¦(s). Hình 5.2: Biểu đồ sức kháng cắt Các thông số tgj và C tính theo công thức Trong đó n: Số lần xác định thí nghiệm ti, si lần lượt là giá tri riêng biệt của sức chống cắt và áp lực thẳng đứng của mẫu thứ i Trường hợp số mẫu thí nghiệm Ýt các điểm biểu diễn kết quả thí nghiệm nằm gần nhau có thể xác định thông số sức chống cắt bằng cách lập biểu đồ quan hệ t và s. Trục hoành biểu diễn các giá trị của cấp áp lực d, trục tung biểu diễn các giá trị của ứng suất cắt t. Qua các điểm này vạch một đường thẳng cắt trục hoành tại 1 điểm. Điểm đó cho phép xác định lực dính C và góc nội ma sát theo công thức: Trong đó t1, t2 lần lượt lượt là chống cắt ứng với cấp áp lực s1, s2 . Các kết quả xác định sức chống cắt được trình bày trong phụ lục. Chương 6 Đặc tính địa địa kỹ thuật nền đất khu vực xây dựng công trình 6.1. Khối lượng khảo sát nghiên cứu giai đoạn khả thi. Trong giai nghiên cứu khả thi, đã tiến hành khoan 08 lỗ khoan độ sâu từ 20 m đến 40m. Trong đó có 04 lỗ khoan dưới nước. Lấy 41 mẫu nguyên dạng, 66 mẫu không nguyên dạng và 118 lần xuyên SPT. Tổng chiều dài mét khoan là 240m. Thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý 115 mẫu. - Lỗ khoan thứ nhất (LK1) độ sâu 32 m. Lấy 4 mẫu nguyên dạng, 11 mẫu không nguyên dạng và 15 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ hai (LK2) độ sâu 31.5 m. Lấy 6 mẫu nguyên dạng, 10 mẫu không nguyên dạng và 15 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ ba (LK3) độ sâu 36.5 m. Lấy 8 mẫu nguyên dạng, 9 mẫu không nguyên dạng và 16 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ tư (LK4) độ sâu 40 m. Lấy 6 mẫu nguyên dạng, 12 mẫu không nguyên dạng và 20 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ năm (LK5) độ sâu 40 m. Lấy 10 mẫu nguyên dạng, 9 mẫu không nguyên dạng và 20 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ sáu (LK6) độ sâu 20 m. Lấy 3 mẫu nguyên dạng, 10 mẫu không nguyên dạng và 10 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ bảy (LK7) độ sâu 20 m. Lấy 5 mẫu nguyên dạng, 6 mẫu không nguyên dạng và 10 lần xuyên SPT. Lỗ khoan thứ tám (LK8) độ sâu 20 m. Lấy 4 mẫu nguyên dạng, 7 mẫu không nguyên dạng và 10 lần xuyên SPT. Các lỗ khoan được bố trí trong khu vực nghiên cứu nh­ hình vẽ 6.1 Sử dụng máy khoan do Trung Quốc sản xuất có thể khoan sâu tối đa 100m. Quá trình khoan có sử dụng dung dịch sét bentonit. Xuyên tiêu chuẩn bằng bộ dụng cụ xuyên tiêu chuẩn do Việt Nam sản xuất. 6.2. Đặc điểm địa hình Công trình trung tâm phân phối hàng hoá cảng Container Phù Đổng dự kiến gồm các hạng mục: một toà nhà điều hành, một bến cảng có thể tiếp nhận tàu đường sông với tải trọng lớn và bãi chứa container rộng 120.000m2.Địa hình khu vực xây dựng thuộc kiểu địa hình tích tụ ngoài đê, bề mặt tương đối bằng phẳng. Về vị trí công trình rất gần cầu Phù Đổng, sông Đuống, Quốc lé 5, đường 1A (tương lai) thuận lợi cho việc thi công xây dựng. Tuy nhiên khi khảo sát và thi công cần chú ý tới sự ổn định của thân đê. 6.3. Đặc tính địa kỹ thuật đất nền Căn cứ vào kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng, địa tầng khu vực khảo sát có thể phân thành 05 líp đất. Sự phân bố các líp được thể hiện ở các mặt cắt địa chất công trình hình 6. 2-6.7. Đặc tính địa kỹ thuật của các líp đất được thể hiện từ trên xuống dưới nh­ sau: Líp 1: Là líp đất lé ra ngay trên bề mặt địa hình, được chia thành 02 phụ líp là 1a và 1b. - Phụ líp 1a: Cát pha màu nâu, nâu xám đến nâu đỏ, trạng thái dẻo. Phụ líp 1a gặp tại các lỗ khoan LK1, LK4, LK6 và LK7. Cao độ đáy líp thay đổi từ 7,1m (KL4) đến -2,5m (LK1). Bề dày trung bình phụ líp là 3,1m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 4 búa/30cm. Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả nh­ sau: Bảng 6.1. Bảng chỉ tiêu cơ lý phụ líp 1a TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 22.7 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gtn g/cm3 1.92 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.59 4 Khối lượng riêng của hạt gs g/cm3 2.65 5 Hệ số rỗng e % 0.673 6 Độ lỗ rỗng n % 40.2 7 Độ bão hoà G % 81.4 8 Giới hạn chảy Wch % 25.3 9 Giới hạn dẻo Wd % 19.1 10 Chỉ số dẻo Id % 6.2 11 Độ sệt B % 0.58 12 Góc nội ma sát j độ 22012’ 13 Lực dính đơn vị C KG/cm2 0.08 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kG 0.041 15 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 1.26 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Đất của phụ líp này có khối lượng thể tích tự nhiên cao (gtn = 1.92g/cm3), khối lượng riêng hạt tương đối thấp (gs = 2.65g/cm3). Độ Èm tự nhiên trung bình (22.7%). Giới hạn chảy (26.5%), giới hạn dẻo (19.1%) đạt mức trung bình. Về tính chất cơ học: Đất của phụ líp này có lực dính kết đơn vị rất thấp (c=0.08 KG/cm2). Hệ số nén trung bình (a1-2=0.041cm2/KG). Sức chịu tải trung bình (Ro=1, 26 G/cm2). Qua đây cho thấy phụ líp 1a là líp đất không quá yếu nhưng bề dầy tương đối nhỏ lại nằm ngay trên bề mặt nên việc cải tạo nó không quá khó khăn. - Phô líp 1b: Sét pha mầu nâu ghi đến màu hồng, trạng thái dẻo mềm. Phụ líp 1b gặp tại hầu hết các lỗ khoan trong khu vực khảo sát, trừ LK1. Cao độ đánh phụ líp thay đổi từ 2,8 m (LK4)đến -3,5m (LK8). Bề dày trung bình của phụ líp là 6,9m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 8 búa/30cm. Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả nh­ sau: Bảng 6.2. Bảng chỉ tiêu cơ lý phụ líp 1b TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 28.7 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gtn g/cm3 1.87 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.46 4 Khối lợng riêng của hạt gs g/cm3 2.67 5 Hệ số rỗng e % 0.829 6 Độ lỗ rỗng n % 45.3 7 Độ bão hoà G % 92.5 8 Giới hạn chảy Wch % 35.8 9 Giới hạn dẻo Wd % 21.2 10 Chỉ số dẻo Id % 14.6 11 Độ sệt B % 0.51 12 Góc nội ma sát j độ 17o33’ 13 Lực dính đơn vị C KG/cm2 0.12 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/KG 0.041 15 Hệ số thấm K cm/s 25,48.10-6 16 Hệ số cố kết Cv cm2/s 0.7986.10-3 17 Áp lực tiền cố kết Pc KG/cm2 0.722 18 Chỉ số nén lún Cc 0.1852 19 Hệ số nén lún thể tích aV cm2/KG 0.0554 20 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 1.19 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Đất của phụ líp 1b có giá trị khối lượng thể tích tự nhiên cao (gtn = 1.87g/cm3). Khối lượng riêng trung bình (gs = 2.67g/cm3 ). Tính dẻo trung bình của đất tương ứng tương ứng với trạng thái dẻo mềm Về tính chất cơ học: Kết quả sức chống cắt cho thấy so với phụ líp trên, lực dính đơn vị đã tăng lên (c= 0.12cm2/KG) . Sức chịu tải của nền đất (Ro= 1.19KG/cm2) trung bình. Tuy nhiên phụ líp 1b vẫn là líp đất yếu, có bề dầy rất lớn, đáy líp nơi sâu nhất 10,5m và phân bố trên diện rộng (gặp ở tất cả các lỗ khoan). Do vậy phụ líp 1b là đối tượng cần được cải tạo trước khi đưa vào sử dông . Líp 2: Cát hạt mịn, màu xám, kết cấu chặt vừa. Líp này bắt gặp tại tất cả các lỗ khoan trong khu vực khảo sát. Các lỗ khoan LK6, LK7 và LK8 chưa khoan hết bề dày của líp này. Tại các vị trí còn lại cao độ đáy líp thay đổi từ -10,6m (LK1) đến -17,7m (LK3). Bề dày trung bình của líp là 6,7m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 16 búa/30cm ứng với cát trạng thái chặt vừa. Hàm lượng hạt cát (2-0,05) 87,4%, hạt bụi (0,05-0,005) 12%, hạt sét (< 0,005) không có, hạt sạn (10-2) 0,4%. Khối lượng riêng của đất là 2,65g/cm3. Líp 3: Sét pha màu nâu vàng, loang ghi đến nhiều màu trạng thái dẻo cứng. Líp này có mặt ở tất cả các lỗ khoan trong khu vực khảo sát. Cao độ đáy líp thay đổi từ -12,6m (LK4) đến -7,7m (LK3). Bề dày trung bình là 6,7m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 11 búa/30cm Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả như sau: Bảng 6.3. Bảng chỉ tiêu cơ lý líp 3. TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 26.1 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gtn g/cm3 1.89 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.5 4 Khối lợng riêng của hạt gs g/cm3 2.67 5 Hệ số rỗng e % 0.78 6 Độ lỗ rỗng n % 43.8 7 Độ bão hoà G % 89.3 8 Giới hạn chảy Wch % 36.8 9 Giới hạn dẻo Wd % 21.8 10 Chỉ số dẻo Id % 15.7 11 Độ sệt B % 0.32 12 Góc nội ma sát j độ 17o28’ 13 Lực dính đơn vị C KG/m2 0.19 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/KG 0.03 15 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 1.56 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Đất của líp 3 có giá trị khối lượng thể tích khá cao (gtn = 1.89g/cm3) .Khối lượng riêng trung bình (gs = 2.67g/cm3 ). Tính dẻo của đất thấp tương ứng với trạng thái dẻo cứng . Về tính chất cơ học: Kết quả sức chống cắt cho thấy lực dính đơn vị đã tăng lên đáng kể (c = 0.19KG/cm2) .Hệ số nén lún đã giảm đi so với phụ líp 1b (a1-2 = 0.03cm2/KG). Hệ số chịu tải tăng lên và đạt mức (R0 = 1.56 KG/cm2). Líp 4: Sét pha màu vàng đến nâu hồng, trạng thái dẻo mềm. Líp này gặp tại tất cả các lỗ khoan trong khu vực khảo sát. Cao độ đáy líp thay đổi từ -20,1m (LK1) đến -29,9m (LK3). Bề dày trung bình của líp là 9,8m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 10 búa/30cm. Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả nh­ sau: Bảng 6.4: Bảng chỉ tiêu cơ lý líp 4. TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 30.3 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gnt g/cm3 1.84 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.41 4 Khối lượng riêng của hạt gs g/cm3 2.67 5 Hệ số rỗng e % 0,894 6 Độ lỗ rỗng n % 47.2 7 Độ bão hoà G % 90.5 8 Giới hạn chảy Wch % 37.1 9 Giới hạn dẻo Wd % 21.3 10 Chỉ số dẻo Id % 15.8 11 Độ sệt B % 0.57 12 Góc nội ma sát j độ 17o47’ 13 Lực dính đơn vị C KG/m2 0.08 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/KG 0.041 15 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 0.99 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Líp đất 4 có giá trị khối lượng thể tích tự nhiên khá cao (gtn = 1.84g/cm3). Khối lượng riêng của hạt cao (gs = 2.67g/cm3) Chỉ số dẻo Id = 15.8% và độ sệt B = 0.57% tương ứng với trạng thái dẻo mềm. Về tính chất cơ học: Kết quả sức chống cắt cho thấy lực dính đơn vị thấp (c = 0.08KG/cm2). Hệ số nén lún trung bình (a1-2 = 0.041cm2/KG) . Sức chịu tải thấp (Ro = 0.99KG/cm2). Đây là líp đất yếu nhưng do nằm quá sâu ( từ -20.1m đến -29.9m) nên khả năng làm biến dạng công trình không lớn. Líp 5: Cát hạt mịn, màu xám vàng lẫn sỏi sạn, kết cấu chặt đến rất chặt. Các lỗ khoan đều chưa khoan hết líp này. Hàm lượng hạt cát (2 - 0,05) 73,7% hạt bụi (0,05-0,005)9,2%, hạt sạn (10-2)11,1%, hạt sỏi (>20-10) 5,8%. Khối lượng riêng của đất là 2,66g/cm3. Các chỉ tiêu cơ lý của từng mẫu đất và từng líp xem Phụ lục (bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm trong phòng). 6.4. nhận xét chung Qua kết quả công tác khoan thăm dò, thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho ta thấy đặc điểm về địa tầng khu vực khảo sát không quá phức tạp. Tuy nhiên, đối với hạng mục nhà điều hành và bến nên chọn loại hình móng cọc đặt sâu tới líp 5 (cát hạt mịn lẫn sỏi sạn). Đối với hạng mục bãi container 120.000m2 có thể sử dụng các biện pháp gia cố đất nền. Chương 7 Các Giải pháp gia cố nền đất phục vụ xây dựng bãi container 7.1. giải pháp gia cố nền đất bằng cọc cát 7.1.1. Đặc điểm và tính ưu việt của cọc cát Qua kết quả khảo sát, đánh giá các đặc tính địa kỹ thuật của nền đất tại khu vực nghiên cứu cho thấy nền đất tại khu vực là nền đất yếu có tính nén lún cao, độ bền, độ ổn định thấp nên không thể sử dụng trực tiếp trên nền thiên nhiên để xây dựng công trình mà cần có các biện pháp để gia cố. Trong thực tế, có nhiều phương pháp để gia cố nền đất như cọc cát, giếng cát, cọc vôi, xi măng, cọc balat... nhằm mục đích tăng độ chặt của nền đất tạo điều kiện cho nền đất có đủ khả năng chịu lực, hạn chế độ lún và biến dạng, qua quá trình nghiên cứu đặc tính địa kỹ thuật nền đất tại khu vực và đặc trưng của công trình bến cảng cũng như việc nghiên cứu các phương pháp gia cố nền đất, ở đây có thể chọn giải pháp gia cố nền đất bằng cọc cát và bấc thấm thoát nước. Gia cố nền bằng cọc cát tức là đưa cát xuống nền đất dưới dạng cọc và nén cát chặt lại. Tác dụng của cát là làm giảm độ rỗng, độ Èm của nền đất giảm đi, trọng lượng, thể tích, modun biến dạng, lực dính và góc ma sát tăng lên. Sử dụng cọc cát nền đất được nén chặt lại do đó sức chịu tải được tăng lên, độ lún và biến dạng của nền đất khi chịu tải trọng ngoài giảm đi. Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất xung quanh cọc được nén chặt cùng làm việc, đồng thời đất được nén chặt trong khoảng cách giữa các cọc. Do các đặc điểm kể trên nên việc sử dụng cọc cát ở đây có nhiều ưu việt hơn các loại cọc cứng mà chúng ta thường sử dụng ở các công trình khác. Tính ưu việt của cọc cát được thể hiện ở các mặt: trị số modun, biến dạng trong cọc cát cũng như vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm. Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát đều hơn, tính chất này hoàn toàn không thể có được khi dùng các loại cọc cứng. Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên. Nước trong đất có điều kiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng công trình. Về mặt kinh tế tính ưu việt của cọc cát còn thể hiện ở vật liệu cọc. Cát dùng trong cọc là vật liệu rẻ tiền hơn nhiều so với các vật liệu khác nh­ gỗ, thép, bêtông và không bị ăn mòn khi nước ngầm có tính xâm thực. Biện pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp. Qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu về đặc tính ưu việt của cọc cát cho thấy có thể sử dụng cọc cát để gia cố nền đất công trình Trung tâm phân phối hàng hoá cảng container - Phù Đổng. 7.1.2. Xác định sức chịu tải của nền khi chưa được nén chặt 7.1.2.1. Xác định sức chịu tải của nền Với đặc trưng của công trình cảng là có phần bãi rộng 120.000m2 dùng để chứa các container, do đó tải trọng tác dụng lên nền chính là trọng lượng của các container đặt phía trên. Tại đây, tải trọng dự kiến tác dụng lên nền là 2KG/cm2. (Theo tư vấn thiết kế) Móng được đặt trên phụ líp 1b là líp đất sét, trạng thái dẻo mềm có chiều dầy trung bình là 7m. Đặc trưng của líp đất sét này như sau: gtn = 1,87 g/cm3 C = 0,12 Kg/cm2 g3 = 2,67 g/cm2 Wch = 35,8 % j = 17o33’ Ip = 14,6 Giả thiết móng đặt trên nền có dạng móng băng chôn sâu 1m. Chiều rộng của móng là 1m Chiều dài của móng là 100m Từ đặc trưng của líp đất sét trên. Theo tiêu chuẩn ta có: A = 0,315B = 2,575D = 5,155 B = 2,575 D = 5,155 Ta có sức chịu tải quy ước R0 = m [(Ab + Bh)] g + DC Với hệ số làm việc m = 1 ® R0 = 1 [(0,395 . 100 + 2,55.100)].1,87.10-3 + 5,155 .0,12 ® R0 = 0,74 KG/cm2 Tải trọng gây lún dưới đáy móng đối với móng băng được xác định theo: Trong đó: Ptd : Tải trọng tác dụng b: Chiều sâu móng h: Độ sâu chôn mãng gtb: Trọng lượng thể tích trung bình của đất và móng phủ trên móng thường lấy bằng 2 T/m3 Vậy T/m2 = 1,7 KG/cm2 Nh­ vậy tải trọng gây lún d gl = 1,7 KG/cm2 > Sức chịu tải của nền R = 0,75 KG/cm2 7.1.3. Tính toán và thiết kế cọc cát 7.1.3.1. Xác định hệ số rỗng ec của đất sau khi được nén chặt bằng cọc cát. Khi dùng cọc cát nền đất sẽ được nén chặt lại do hệ số rỗng của đất giảm. Hệ số rỗng của đất sét có thể xác định gần đúng dùa vào tính chất cơ lý của đất theo công thức sau: D: Khối lượng riêng hạt gn: Khối lượng thể tích nước w1: Giới hạn dẻo Ip: Chỉ số dẻo Thay các số liệu đã biết vào công thức ta có: enc=(21,2+0,5.14,6)=0,76 7.1.3.2. Xác định trọng lượng thể tích của đất nén chặt Khối lượng thể tích của đất nén chặt gnc= w : Độ Èm tự nhiên của đất trước khi nén chặt Thay các giá trị vào công thức trên được: gnc= 7.1.3.3. Xác định khoảng cách giữa các cọc và bố trí cọc cát Với mục tiêu đảm bảo nền đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Tại đây chọn sơ độ bố trí theo đỉnh lưới của hình tam giác đều. Khoảng cách giữa các cọc có thể được xác định bằng tính toán dùa trên giả thiết cơ bản sau đây: Độ Èm của đất trong quá trình nén chặt là không đổi. Đất được nén chặt đều trong khoảng cách các cọc cát . Thể tích của đất nén chặt giới hạn trên bề mặt tam giác đều ABC giữa các trục của cọc cát. Hình 7.1: Sơ đồ bố trí cọc cát Sau khi nén chặt thể tích đất sẽ giảm đi một thể tích bằng một nửa thể tích của cọc cát. Thể tích của các hạt đất trước và sau khi nén chặt xem nh­ không đổi, nếu bỏ qua tính nén bản thân của các hạt. Dùa vào những giả thiết đã trình bày có thể viết: L: Khoảng cách giữa tâm các cọc cát. dc: Đường kính cọc cát Từ hệ thức trên ta có: L = 0,925 dc Tính khoảng cách giữa tâm các cọc (L) Tính L ứng với 3 loại cọc có các đường kính sau: dc = 30 cm = 0,3 mL = 0,952.0,3 L = 0,952.0,3 = 1,47m dc = 40 cm = 0,4 mL = 0,952.0,4 L = 0,952.0,4 = 1,96m dc = 50 cm = 0,5 mL = 0,952.0,5 L = 0,952.0,5 = 2,45m 7.1.3.4. Xác định diện tích nền được nén chặt và tổng số cọc cát cần dùng Diện tích nền bãi cần nén chặt có dạng hình chữ nhật. Với chiều rộng a = 200m; chiều dài b = 600m. Ở đây ta bố trí cọc cát theo hình tam giác đều. Hình 7.2: Sơ đồ mạng lưới các cọc cát Trên sơ đồ giới hạn biên của nền là hai hàng cọc vuông góc với nhau. Tuy nhiên để đảm bảo sự ổn định của nền đất đồng thời tăng hệ số an toàn cho nền, ta bố trí thêm ở mỗi mặt bên của diện tích bãi là một hàng cọc, nghĩa là diện tích nền gia cố thực tế tăng lên. Khoảng cách giữa các hàng cọc dọc 1’, 2’, 3’, .... là : x = L. sin 30o = 0,5L y = L . sin 60o = Chiều rộng tăng lên là: a + 2y = a + 2 = a + L Chiều dài tăng lên là: b + 2x = b + 2. 0,5L = b + L Diện tích nền thực tế gia cố là: S’ = (a + L)(b + L) Khoảng cách hai hàng ngang lẻ kế tiếp nhau là 2y: => Sè hàng ngang lẻ là Sè hàng ngang chẵn cũng là: a + L Số cọc hàng ngang lẻ là Số cọc hàng ngang chẵn là Vậy tổng số cọc cát dùng gia cố ở diện tích thực tế là : Với dc = 0,3m, L = 1,47m Diện tích nền được nén chặt là S’ =(a+L)(b+2) S’ =(200+1,47)(600+1,47) = 121.825m2 Số cọc cần dùng là : n= n==64.992 cọc Với dc = 0,4 , L = 1,96m Diện tích nền được nén chặt là S = (200+1,96)(600+1,96) = 122.345m2 Số cọc cần dùng là : n= n=36.780 cọc -Tương tự với dc =0,5m ,L = 2,45m Diện tích nền được nén chặt là 123.046m2 và số cọc cần dùng là n= 23.765 cọc 7.1.3.5. Trọng lượng cát cần thiết trên một mét chiều dài của cọc Cát dùng trong thi công, cọc cát thường dùng là loại cát hạt to hay hạt trung, cát tương đối sạch, hàm lượng bụi và sét lẫn vào không quá 3% đồng thời không lẫn những hòn to kích thước lớn hơn 60mm. Trọng lượng cát được xác định theo công thức: G = G: Trọng lượng cát trên 1 mét chiều dài cọc Khi thi công dùng cát có D = 2,65g/cm3 * Diện tích tiết diện cọc cát fc dùng khi thi công: fc = 3,14 ()2 Với dc = 0,3 m => f => fc = 3,14 ()2 dc = 0,4 m => f => fc = 3,14 ()2 dc = 0,5 m => f => fc = 3,14 ()2 Với các loại cọc đường kính dc = 0,3 m thì: G = = 0,12 T/m Với loại cọc đường kính dc = 0,4 m thì: G = = 0,21 T/m Với loại cọc đường kính dc = 0,5 m thì: G = = 0,33 T/m 7.1.3.6. Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát Chiều sâu nén chặt ở đây lấy bằng chiều dầy vùng chịu nén. Áp dụng phương pháp líp tương đương ta có .Đối với móng cứng trên tiết diện hình chữ nhật, ta có: A wm = 3,17 (ứng với m = 0,35, = 100) Chiều dầy líp trương đương sẽ là: hs = A.w.b hs = 3,17 . 1 = 3,17 m Chiều dày vùng chịu nén kể từ đế móng sẽ là: H = 2 .hs = 2. 3,17 = 6,34 m Để xét hiện tượng đất bị tơi ra ở phần trên khi đóng cọc cát do đó chiều dài toàn bộ của cọc cát sẽ lấy kể từ mặt đất thiên nhiên đến giới hạn chiều sâu vùng chịu nén tức là (khi đào hố móng líp đất bị tơi sẽ bỏ đi) Lc = 6,34 + 1 = 7,34 m 7.1.3.7. Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát Khi nền đất được nén chặt thì sức chịu tải của nền tăng lên có nhiều phương pháp kiểm nghiệm sức chịu tải của nền khi đất nền đã được nén chặt nh­ mét số phương pháp sau: Phương pháp thí nghiệm tải trọng ở hiện trường Khoan lấy mẫu xác định các chỉ tiêu j, C sau khi nền đã nén chặt và tính toán theo công thức: Rtc = m .(A.b + B. h). g + D. Ctc Rtc: áp lực của đất nền khi nền được nén chặt m: Hệ số điều kiện làm việc (m = 1) A, B, D: Hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào góc ma sát và lực dính đơn vị. Trong điều kiện do công trình chưa thi công nên việc thí nghiệp tải trọng tĩnh, khoan lấy mẫu tại hiện trường không thể thực hiện được Sức chịu tải của nền sau khi được nén chặt có thể tính theo công thức: Rtc = m (A.b + B.h).g + D.Ctc Trong đó tra từ bảng quy phạm và hệ số Cnc có thể được xác định gần đúng trị sè j, Eo của líp đất sét dưới đế móng khi dùng cọc cát: Với enc=0,76, Ta có Ctc = 6,8 T/m2 jtc =20o ta có A=0,51 ,B=3,06, D= 5,66 Tính Rtc = 1(0,51.1 + 3,06.1 ).2,06 + 5,66.6,8 =45,8T/m2=4,58 kG/cm2 Như vậy sau khi gia cố nền đất bằng cọc cát thì sức chịu tải của nền đất tăng lên Rtc = 4,58KG/cm2 7.1.3.8 . Kiểm nghiệm độ lún của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát Trị số độ lún dự tính của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát có thể xác định theo công thức Sc = a0.hs.p Ta có ao =b/Eo b- hệ số phụ thuộc vào biến dạng ngang , đối với đất sét b =0,4 ao = = 0,00267cm2/kG Áp lực gây lún gây lún dưới đáy mãng P = 1,7kG/cm2 Vậy Sc = a0.hs.P = 0,00267.1,7.3,17 = 1,48 cm Độ lún dự tính là khá nhỏ so với độ lún cho phép ,vì vậy phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát áp dụng ở đây có hiệu quả rõ rệt 7.1.3.9. Nhận xét Qua quá trình tính toán và thiết kế cọc cát cho ba loại cọc có đường kính khác nhau kết quả ghi trong bảng sau. Bảng 7.1.Kết quả tính toán và thiết kế cọc Đường kính cọc (m) Khoảng cách cọc(L) Tổngsố cọc Diên tích được nén Khối lượng cát sử dụng(tấn) 0,3m 1,47 64.992 121.825m2 57 245 0.4m 1,96 36.780 122.435m2 56 693 0,5m 2,45 23.765 123.046m2 57 564 Từ bảng trên cho thấy với loại cọc đường kính dc = 0.3m, dc = 0.4m thì tổng số cọc tương ứng phải thi công là 64 992 và 36 780 cọc để đảm bảo nền đất được nén chặt theo thiết kế là rất lớn . Đối với cọc có đường kính 0.5m, thì tổng số cọc cần dùng là Ýt nhất , không những thế, khoảng cách giữa các cọc là lớn nhất (2,45m) đảm bảo hạn chế tối đa mức độ hư hại của các cọc đóng trước khi người và máy di chuyển và diện tích nền được nén chặt là lớn nhất . Qua nhận xét trên cho thấy việc sử dụng loại cọc có đường kính dc = 0.5m để gia cố nền đất Trung tâm phân phối hàng hoá - cảng container Phù Đổng là hợp lý. 7.2. Giải pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước 7.2.1. Khái niệm về giải pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm Xuất phát từ mục đích xử lý nền đấtyếu là tăng nhanh tốc độ cố kết, tăng cường khả năng chịu tải, đảm bảo nền đất yếu đạt được độ cố kết cần thiết trong thời gian nhất định mà nền đất vẫn làm việc trong điều kiện ổn định. Bằng cách đó nguời ta đã tạo ra các đường thấm theo phương thẳng đứng trong đất yếu bằng các thiết bị tiêu nước kết hợp với gia tải. Dưới tác dụng của tải trọng nền đắp nước được Ðp từ các lỗ rỗng trong đất đi vào các thiết bị tiêu nước chủ yếu theo phương ngang với quãng đường rất ngắn vào các thiết bị tiêu nước và thoát ra ngoài. 7.2.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp Barron (1948) đã đưa ra phương trình tổng quát cho mức độ cố kết theo phương ngang khi có thiết bị tiêu nước theo phương thẳng đứng trong điều kiện lý tưởng (không bị xáo động và không có sức cản thành giếng). Harrbo (1979) đã cải tiến phương trình của Barron đề xuất dùng cho thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn. Ông đẫ phát triển lý thuyết của Barron cho trường hợp bằng bấc thấm, có xét đến các yếu tố ảnh hưởng thực tế khác nh­: tổn thất thuỷ lực qua bấc thấm, ảnh hưởng của thi công đến hệ số thấm của đất nền tự nhiên. Cải tiến của Harrbo thực hiện chủ yếu do đơn giản hoá các giả thiết về kích thước và đặc trưng vật lý của thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn . = 1- e Trong đó t: Thời gian tính toán F :Nhân tố ảnh hưởng đến tính thấm, nó gồm ba thành phần F= Fn + Fs + Fr Fn : Nhân tố ảnh hưởng bởi khoảng cách bấc thấm. Vì đường kính vùng ảnh hưởng lớn hơn rất nhiều so với đường kính tương đương dw của bấc thấm , nên có thể xác định Fn mét cách đơn giản nh­ sau: Fn = ln - Fs Nhân tố ảnh hưởng bởi sự xáo động nền đất yếu được xác định theo công thức Fs = Kr – hệ số thấm của đất theo phương ngang khi chưa đóng bấc thấm Ks _ hệ số thấm của đất theo phương ngang khi đóng bấc thấm Ds - đường kính của đới phá hoại xung quanh bấc thấm. Trong thực tế thường dùng = 2-3 = 2- 5 Fr nhân tố ảnh hưởng bởi sức cản của bấc thấm Fr = Với H: chiều dài bấc thấm (m). Nếu chỉ thoát một phía H bằng chiều dày đất yếu, nếu thoát nước hai phía H bằng một nửa chiều dầy đất yếu Qw (m3/sec): khả năng thoát nước thẳng đứng của bấc thấm tương đương với Gradien thuỷ lực bằng 1 ( lấy theo chứng chỉ xuất xưởng của bấc thấm) Thực tế tính toán cho phép lấy = 0.00001- 0.001m-2 tuỳ thuộc từng loại đất Hình 7.3: Mô hình bấc thấm trong đất + Đặc tính của thiết bị tiêu nước : Lý thuyết cố kết coi đất được tiêu nước bởi thiết bị tiêu nước thẳng đứng bằng bấc thấm có mặt cắt ngang hình tròn. Đường kính của thiết bị tiêu nước dạng dải được tính nh­ thiết bị tiêu nước dạng hình tròn qua đường kính tương đương mà Rixner (1986) đưa ra dw = Trong đó : a – chiều rộng của bấc thấm b- chiều dày của bấc thấm dw - đường kính tương đương của bấc thấm Đường kính của vùng ảnh hưởng phụ thuộc vào khoảng cách bấc thấm (L) và dạng bố trí bấc thấm Nếu bố trí bấc thấm dạng tam giác De = 1.05L Nếu bố trí bấc thấm dạng hình vuông De = 1.13L + Thời gian cố kết Khi xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến tính thấm của bấc thấm , thì thời gian cố kết khi áp dụng giải pháp bấc thấm là: T= + Tốc độ cố kết Độ cố kết tổng (U) là kết quả của quá trình thoát nước theo phương ngang và theo phương thẳng đứng. Kết quả này đã được Carillo (1942) tổng kết bởi công thức U= 1- (1-UV) (1- Ur ) Trong đó: Uv , Ur tương ứng là các độ cố kết trung bình do thoát nước nằm ngang và thoát nước thẳng đứng gây ra + Điều kiện áp dông Khi chiều dầy líp đất yếu khá lớn có thể tới 40m đất có hệ số thấm nhỏ, hệ số nén lún lớn . Nền đất đắp không cao lắm, do đặc tính về khả năng chịu tải của hỗn hợp bấc thấm và đất nền thấp Có đầy đủ trang thiết bị thi công bấc thấm Biện pháp này thích hợp cho những diện tích thi công lớn + Ưu và nhược điểm Ưu điểm + Được chế tạo sẵn trong nhà máy nên số lượng và chất lượng tương đối ổn định + Thi công cơ giới đồng bô,nhanh giá thành rẻ + Trong quá trình thi công Ýt sự cố , trang bị thi công gọn nhẹ +Trong quá trình lún bấc thấm không bị cắt do trượt Nhược điểm + Khả năng chịu tải của hỗn hợp đất yếu và bấc thấm không lớn + Hệ số sức cản của bấc thấm tăng nhanh theo chiều sâu 7.2.3. Tính toán và thiết kế bấc thấm 7.2.3.1. Chọn loại bấc thấm Trong tính toán thiết kế xử lý nền đất khu vực trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng ta sử dụng loại bấc thấm FLODRAIN FD4-EX. Chỉ tiêu kỹ thuật được trình bày trong bảng sau: Bảng 7.1 Chỉ tiêu xuất xưởng bấc thấm FLODRAIN FD4-EX Stt Đặc tính thí nghiệm Đơn vị Phương pháp thí nghiệm Các tính chất 1 Các đặc tính của lõi Cấu tróc Chất liệu Sức bền nén Khả năng chống nấm mốc Độ bền hoá chất - - KPa - - - - - ASTMD-1629 - - - Các rãnh liên tục Polyethelen >450 Không phát triển Rất tốt 2 Vỏ lọc : Cấu tróc Chất liệu Trọng lượng Bề dầy Cường độ chịu kéo Lực chống xé rách Độ giãn dài Tính thấm Hằng số điện môi Kích thước lỗ O95(SOS) - - g/m2 mm N N % m/s S-1 mm - - Thông thường Thông thường ASTMD-4632 ASTMD- 4533 ASTMD-4491 ASTMD-4491 BS6906-2 Không dệt, sợi liên tục 100%PP 130 0.65 320 120 50 >1.0.10-4 0.25 <75 3 Lõi nhựa : Chiều rộng Độ dày Tỷ lệ chiều rộng /chiều dầy Trọng lượng Khả năng chịu kéo Độ giãn dài Khả năng thoát nước (với gradien thuỷ lực i=1) Dưới áp lực + 50 kpa + 150kpa + 250kpa + 350kpa Diện tích bề mặt tự do Thể tích tự do mm mm mm G/m KN % m3/s Mm2/s Mm2/s Thông thường Thông thường Thông thường Thông thường ASTMD-1628 ASTMD-4716 Thông thường Thông thường 100±5% 4 25 75 1.8 ± 10% >20 165 .10-6 101. 10-6 74 .10-6 60.10-6 270.10-6 315.10-6 4 Đóng cuộn: Chiều dài cuộn Chiều rộng cuộn Đường kính m m m Thông thường Thông thường Thông thường 200 ± 2% ± 5% ± 5% 7.2.3.2. Thiết kế líp đệm cát + Yêu cầu kỹ thuật của cát làm đệm Tỷ lệ cỡ hạt > 0.5mm chiếm hơn 50% Tỷ lệ cỡ hạt <0.14mm không vượt quá 10% Hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 10-4m/sec Hàm lượng hữu cơ không quá 5% - Chiều dày đệm cát trong trường hợp này lấy là 50cm. Đệm cát phải chịu được tải trọng của thiết bị thi công bấc thấm. Ngoài ra nó còn phải đảm bảo thoát nước tốt cho bấc thấm dẫn nước từ tầng đất yếu lên. - Trong phạm vi chiều cao và biên tầng đệm cát sử dụng tầng đệm ngược + Yêu cầu kỹ thuật của vải địa kỹ thuật - Cường độ chịu kéo >1.0kN - Độ giãn dài <65% Khả năng chống xuyên thủng 1500-5000N Kích thước độ lỗ vải < 1.4 .10-4 m/sec 7.2.3.3. Sơ đồ bố trí + Hình dạng bố trí Bố trí hình vuông 1.5 ´ 1.5 m Khoảng cách L các bấc thấm là 1.5m + Đường kính tương đương của bấc thấm dw == 52.6mm = 5.26cm +Vùng ảnh hưởng Vùng ảnh hưởng thấm do bấc thấm phụ thuộc vào hình dạng bố trí và khoảng cách giữa tim các bấc thấm . Trường hợp bố trí hình vuông De = 1.13.L = 1.13´150 = 169.5 cm + Hệ số ảnh hưởng n = = 32,2m Hình 7. 4: Sơ đồ bố trí bấc thấm, đệm cát, đất đắp gia tải . Nh­ vậy trên diện tích 120.000m2 các bấc thấm được cắm đến độ sâu tối đa 10m và bố trí bấc thấm hình vuông 1.5´1.5m thì ta có thể cắm 53.200 bấc thấm 7.2.3.4.Tính toán độ cố kết Nhân tố thời gian Theo phương đứng TV = Đối với công trình này do đáy líp đất yếu 1b là líp cát nên đây là trường hợp thoát nước hai chiều H= = CV = 14.10-4(cm2/s) [theo thí nghiệm] Ta có TV = TV = 0.0048t (l/ngày) Theo phương ngang Tr = Trong đó : Cr : Hệ số cố kết theo phương ngang(cm2/s) Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXD 245-2000) Có thể lấy Cr =(2-5)CV tuỳ loại đất. Trong trường hợp này chọn Cr = 5. CV =70.10-4(cm2/s) Ta có : Tr = Tr = 0,0207.t (l/ngày) Độ cố kết Theo phương thẳng đứng UV Đây là trường hợp bài toán thoát nước theo hai chiều ( mét chiều lên líp đệm cát, một chiều xuống tầng cát ). Độ cố kết này được tra theo hàm UV=f(Tv) (Tiêu chuẩn nghành Giao Thông 244-1998) Theo phương ngang Ur Độ cố kết theo phương ngang đối với bấc thấm được xác định theo công thức Ur = 1- Trong đó F : Nhân tố ảnh hưỏng tới tính thấm , gồm ba thành phần F= Fn + Fs + Fr Với Fn Nhân tố ảnh hưởng bởi khoảng cách bấc thấm được xác định Fn = ln(n) -= ln(32,2)- . Suy ra Fn = 2,72 Fs Nhân tố ảnh hưởng bởi sự xáo động nền đất yếu được xác định theo công thức Fs = Theo tiêu chuẩn xây dựng (TCXD 245-2000) Có thể lấy tuỳ thuộc từng loại đất. Trong trường hợp này chọn =5 Ta có Fs = 5- ln2 Þ Fs = 2,77 Fr Nhân tố ảnh hưởng bởi sức cản của bấc thấm Fs= Với H=1/2h= 5m Ta có Fr = .3,14.52.5.10-5 ÞFr = 0,0026 Khi đó : F = 2,72+2,77 +0,0026 = 5,49 Vậy Ur = 1- Độ cố kết chung (U) Độ cố kết chung là kết quả của sự kết hợp giữa thoát nước theo phương ngang và thoát nước theo phương thẳng đứng. Sự kết hợp này được Carillo (1942) tổng kết bởi công thức U= 1- (1-UV) (1- Ur) c.) Kết quả : Trên cơ sở đó quá trình tính toán được trình bày dưới bảng sau . UV được tính nhanh thông qua hàm liên hệ UV = f (TV) [Tiêu chuẩn nghành Giao thông Vận Tải 224-98] Bảng 7.2.Kết quả tính toán độ cố kết T (ngày) TV Tr UV Ur U U(%) 15 0,072 0,31 0,303 0,36 0,55 55% 20 0,096 0,414 0,357 0,45 0,64 64% 30 0.144 0,62 0.445 0,59 0,77 77% 45 0,216 0,931 0,510 0,74 0,87 87% 50 0,240 1,035 0,561 0,77 0,90 90% 7.2.3.5 Tính toán độ cố kết Xác định chiều cao đắp giai đoạn H1 Chiều cao đất đắp ở giai đoạn I (giai đoạn đầu tiên) xác định theo công thức của Manden- Salencol [13] đảm bảo nền không bị lún trồi, tương ứng với hệ số an toàn F = 1,5 Ta có : H1 = Với Cu – lực dính của đất yếu ban đầu F - hệ số an toàn F= 1,5 gd - khối lượng riêng của đất đắp Nc phô thuộc : B chiều rộng trung bình trên mặt cắt ngang Để thuận lợi trong tính toán và thiết kế ta coi đắp đất gia tải theo hai tuyến đồng thời nhau, bề rộng mỗi tuyến đắp là 100m. Vậy = .Tra toán đồ Manden- Salencol ta được Nc = 9 ®H1 = Ngoài ra còn phải đảm bảo nền đường không bị trượt, bằng cách kiểm toán điều kiện trượt của chiều cao đất đắp H1 sao cho F ³1,5 và được xác định theo phương pháp tra bảng. Suy ra A= 6,1 B=5.95 Theo phương pháp Goldstein M.N Hệ sè an toàn K xác định nh­ sau: K=f.A+B= Atgju + B K=6,1.tg17o33’+5.95 = 2,9 >1,5 Vậy nền đất không bị trượt Kế hoạch: Giai đoạn I đắp cát tới chiều cao 2,7m sau đó đợi 50 ngày đắp thêm 2m chiều cao. Độ tăng sức chịu tải do tăng lực dính kết . Với thời gian t=30 ngày ta có U30= 77% (độ cố kết ) DCu =g.H1.U15.tgju =.2,65.10-3.272.0,77.tg17o33’ Suy ra DCu = 0,087(KG/cm2) Lực dính kết sau 30 ngày đạt Cu’ =Cu + DCu =0,087+0,12=0,207(KG/cm2) 7.2.3.6. Xác định chiều cao đất đắp giai đoạn II Xác định chiều cao HII Chiều cao đắp đất giai đoạn II đảm bảo nền không bị lún trồi Theo Manden- Salencol HII = Kiểm tra điều kiện trượt của chiều cao đất đắp theo phương pháp tra bảng Suy ra A=4,78 B=6,08 Hệ sè an toàn K= A.f + B = 4,78.tg17033’+ 6,08.=2,52 Suy ra K = 2,52 >1,5 Vậy nền đất không bị trượt b). Độ tăng sức chịu tải do tăng lực dính kết. Với thời gian t=50 ngày ta có U50= 90% (độ cố kết ) DCu =g.HII.U50.tgju =.2,65.10-3.470.0,9.tg17o33’ Suy ra DCu = 0,17 (KG/cm2) Lực dính kết sau 50 ngày đạt Cu’ =Cu + DCu =0,17 +0,12=0,29(KG/cm2) 7.2.3.7. Độ lún của nền đất Nền đất của công trình chịu một tải trọng khi gia tải phân bố đều khắp trên bề mặt rộng với kích thước 200 ´ 600m. Biểu đồ phân bố ứng suất theo chiều sâu có dạng hình chữ nhật, đất không có chuyển vị theo chiều ngang mà chỉ có chuyển vị theo chiều thẳng đứng. Do đó độ lún của nền đất được áp dụng theo sơ đồ 0  Hinh 7.5: Sơ đồ áp dụng tính lún a) . Độ lún nền đất khi đắp đất giai đoạn I Tải trọng tác dụng khi đắp đất giai đoạn I qI = gch(HI+L) trong đó gch : khối lượng thể tích đất đắp đầm chặt lấy bằng1,86.10-3 H1 chiều cao đất đắp giai đoạn I L chiều cao đệm cát L=50cm qI = 1.86.10-3(270+50) = 0.6KG/cm2 Độ lún của nền đất khi đắp đất ở giai đoạn I. Ta có SI = ao.qI.h Trong đó : a0 = Hệ số nén lún bình quân a1-2 , e1. Xác định theo kết quả thí nghiệm nén cố kết qI : Tải trọng tác dông h : Bề dầy líp đất tính lún Suy ra SI = . qI.h = b). Độ lún nền đất khi đắp đất giai đoạn II Đất đắp giai đoạn II cao 4,7m nghĩa là đắp thêm chiều cao sau đó đợi thêm 50 ngày. Tải trọng tác dụng khi đắp đất giai đoạn II qI = gch(HII +L) trong đó gch : khối lượng thể tích đất đắp đầm chặt lấy bằng1,86.10-3 HII chiều cao đất đắp giai đoạn II L chiều cao đệm cát L=50cm qII = 1.86.10-3(470+50) = 0.96KG/cm2 Tương tự như trên ta tính độ lún khi đắp đất giai đoạn II là: SII = ao.qII.h = Vậy tổng độ lún sau khi đắp đất xong là 21,8cm 7.2.4 . Nhận xét chung Với những ưu điểm về mặt cố kết nền đất và tăng sức chống trượt ,cùng với khả năng cắm nhanh và sâu của máy cắm bấc thấm . Phương pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước ngày càng được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nền đất tại công trình này khi cắm bấc thấm và đắp đất gia tải giai đoạn I áp lực tác dụng lên nền không lớn hơn áp lực tiền cố kết do đó không đảm bảo độ cố kết. Để thoả mãn độ cố kết U ³ 90% ta phải đắp đất gia tải theo nhiều giai đoạn trên một diện tích rộng với khối lượng đất đắp khá lớn và thời gian chờ đợi độ cố kết theo thiết kế là 50 ngày, sức chịu tải của nền đất sau khi cắm bấc thấm không cao như khi dùng cọc cát. Với những lý do trên chúng ta không nên áp dụng phương pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước tại công trình này. Giải pháp gia cố được kiến nghị sử dụng cho công trình này là cọc cát. Kết luận Qua công tác nghiên cứu kết qủa của các phương pháp khảo sát ngoài hiện trường, phân tích trong phòng thí nghiệm, đối với nền đất khu vực Trung tâm phân phối hàng hoá - cảng container Phù Đổng, tác giả rót ra một số kết luận như sau: 1.Với các phương pháp nghiên cứu phù hợp, qua giai đoạn nghiên cứu khả thi, nền đất khu vực Trung tâm phân phối hàng hoá - cảng container Phù Đổng gồm 05 líp đất là: Líp 1a cát pha màu nâu đến xám đỏ, trạng thái dẻo. Líp 1b sét pha màu ghi đến hồng, trạng thái dẻo mềm. Líp 2 cát hạt mịn, kết cấu chặt vừa. Líp 3 sét pha màu nâu vàng, loang ghi trạng thái dẻo cứng. Líp 4 sét pha màu nâu vàng đến hồng trạng thái dẻo mềm. Líp 5 cát hạt mịn lẫn sỏi sạn kết cấu chặt đến rất chặt . 2. Líp 1a và líp 1b là líp cát pha bề dầy trung bình 3.1m, trang thái dẻo, phân bố trên diện rộng với bề rầy trung bình 6.9m, là líp đất yếu, yính biến dạng cao ảnh hưởng lớn đến việc xây dựng bãi chứa container. Đối với hạng mục bãi container 120ha, nền đất được gia cố tập trung vào líp 1a và 1b để nâng cao sức chịu tải cho nền. + Với giải pháp cọc cát đường kính 50cm, đóng sâu 7,34m là giải pháp có hiệu quả cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. + Với giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước, bấc thấm cắm sâu 10m(hết líp 1b) với hai lần gia tải và tổng chiều cao đất đắp gia tải là 4,7m. Qua tính toán và thiết kế giải pháp này không thật hiệu quả so với giải pháp cọc cát khi áp dụng cho công trình này.  Tài liệu tham khảo Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quý, Cơ học đất. NXB Đại học và trung học chuyên học, Hà Nội 1977. D.T.Bergado, J.C Chai.M.C.Alfaro, A.S.Balasubramainiam. Những biện pháp kỹ thuật cải tạo nền đất yếu trong xây dùng - NXB Giáo Dục 1996. V.Đ.Lômtađze. Địa chất động lực công trình. NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1978. Đặng Văn Luyến, Đỗ Minh Đức. Nghiên cứu tính chất cơ lý của đất trong phòng thí nghiệm. Đại học Quốc Gia Hà Nội, 1999. Vũ Công Ngữ, Nguễn Văn Thông, Bài tập cơ học đất. NXB Giáo Dục. R. Whitlow, Cơ học đất, NXB Giáo Dục 1999. Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải. Những biện pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu .NXB Xây Dựng . Lê Đức Thắng, Bùi Anh Định, Phan Trường Phiệt. Nền và móng .NXB Giáo Dục - 2000. Tiêu chuẩn nghành Giao thông vận tải 224 - 1998. NXB Giao thông vận tải, 1998 . Tiêu chuẩn xây dựng ,tiêu chuẩn về khảo sát và đo đạc xây dựng .NXB Xây Dựng, Hà Nội 2000. Tiêu chuẩn xây dựng 245-2000. NXB Xây dựng, Hà Nội -2000 Tóm tắt báo cáo kết quả thăm dò nước dưới đất phục vụ xây dựng nhà máy nước Yên Viên - Gia Lâm. Công ty khảo sát và xây dựng số 1, Hà Nội 10/2002 Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Phương Duy, Nguyễn Phương Lâm .Công nghệ mới xử lý nền đất yếu. NXB Giao thông vận tải. Mục lục Trang