Tìm hiểu một số giải pháp xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu thông qua hai đoạn trên tuyến

Mục lục Phần IV Tìm hiểu một số giải pháp xử lý nền đường đắp Trên nền đất yếu thông qua hai đoạn trên tuyến Phần IV Tìm hiểu một số giải pháp xử lý nền đường đắp Trên nền đất yếu thông qua hai đoạn trên tuyến Giới thiệu chung Giới thiệu chung Dự án xây dựng tuyến đường A-B bắt đầu từ Km 0+000, trên QL31 thuộc xã Kiên Lao, huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang đến QL1A mới thuộc xã Xương Giang, TP Bắc Giang, tỉnh Bắc Giang. Tổng chiều dài toàn tuyến khoảng 50km. Gói thầu số 4 là một trong 10 gói thầu của dự án xây dựng tuyến đường A-B và được dự kiến là gói thầu khởi công trong quý III năm 2006. Toàn bộ gói thầu nằm trong địa giới hành chính xã Kiên Lao, huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang. Điểm đầu: Km 0+000, tại vị trí lân cận trung tâm xã Kiên Lao; Điểm cuối: Km 4+193,04 cách tỉnh lộ 31 cũ khoảng 430m, thuộc địa phận xã Kiên Lao; Tổng chiều dài: L = 4193,04m. Đoạn tuyến được nghiên cứu xử lý trong tài liệu này từ Km 0+839,65 đến Km 1+470,00 và từ Km 2+200,00 đến Km 2+650,00. Điều kiện địa chất công trình Đặc điểm địa hình địa mạo Địa hình đoạn tuyến Km 0+839,65 đến Km 1+470,00 và Km 2+200,00 đến Km 2+650,00 tương đối bằng phẳng, phần lớn chạy trên khu vực trồng cấy của dân. Các lớp đất đá và tính chất địa chất công trình của chúng Lớp 1 Lớp đất trồng trọt và đất đắp (đường, bờ mương, bờ ruộng …) chủ yếu là sét pha, cát pha lẫn sạn, đây là lớp đất không có ý nghĩa về mặt địa chất công trình. Lớp 2 Đất sét màu nâu vàng, xám sáng, trạng thái dẻo mềm. Lớp 2 có diện phân bố rộng, gặp ở tất cả các lỗ khoan HK8 á HK9. Bề dầy lớp thay đổi từ 2,5 á 5,0m. Các tính chất cơ lý dùng trong tính toán xử lý nến đất yếu xem Bảng 2-1. Lớp 3 Bùn sét màu xám đen, xám nâu lẫn hữu cơ. Lớp 3 có diện phân bố rộng, gặp ở tất cả các lỗ khoan với bề dầy thay đổi từ một vài mét đến hơn chục mét. Đây là lớp đất rất yếu, tính kháng cắt nhỏ, tính nén lún lớn, do vậy khi xây dựng tuyến đường phải có biện pháp xử lý thích hợp. Các tính chất cơ lý dùng trong tính toán xử lý nến đất yếu xem Bảng 2-1. Lớp 4 Bùn cát pha màu xám đen, trạng thái dẻo chảy. Lớp 4 gặp ở các lỗ khoan: HK8 á HK9 và các lỗ khía TD17 á TD18. Bề dầy đã khoan qua thay đổi từ 3,0 á 11,0m. Đây là lớp đất rất yếu, tính kháng cắt nhỏ, tính nén lún lớn, do vậy khi xây dựng tuyến đường phải có biện pháp xử lý thích hợp. Các tính chất cơ lý dùng tính toán xử lý nền đất yếu xem Bảng 2-1. Lớp 5 Cát bụi, lẫn ít sỏi sạn, màu xám, gặp ở tất cả các lỗ khoan, hiện tượng phân dị trọng lực trong lớp thể hiện rất rõ, phần trên là cát bụi, phía dưới là sạn sỏi và nằm ngay trên mặt đá gốc. Một số lỗ khoan chưa khoan qua lớp này. Các tính chất cơ lý dùng tính toán xử lý nền đất yếu xem Bảng 2-1. Căn cứ thiết kế Các Nghị định và Thông tư xem Chương I – Phần I; Đề cương khảo sát thiết kế về việc lập thiết kế dự án đầu tư xây dựng tuyến đường A-B số 2196/TEDI của Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) lập; Báo cáo khảo sát Địa chất công trình tuyến đường A-B Km 0+000 á Km 4+193,04 do Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) lập tháng 4/2006; Báo cáo khảo sát mỏ vật liệu xây dựng tuyến đường A-B do Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) lập tháng 4/2006; Hồ sơ thiết kế cơ sở dự án xây dựng tuyến đường A-B do Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) lập tháng 4/2006; Quyết định số 1505/QĐ-UB ngày 4 tháng 5 năm 2006 của Chủ tịch UBND tỉnh Bắc Giang về việc phê duyệt Thiết kế cơ sở dự án xây dựng tuyến đường A-B. Tiêu chuẩn thiết kế Quy trình, quy phạm và tiêu chuẩn thiết kế Căn cứ Quyết định số 1302/QĐ-UB ngày 04/02/2006 của Chủ tịch UBND tỉnh Bắc Giang phê duyệt Khung tiêu chuẩn áp dụng cho dự án xây dựng tuyến đường A-B, các quy trình quy phạm áp dụng bao gồm: Quy trình khảo sát nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262-2000; Quy trình khảo thiết kế xử lý đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường 22 TCN 244-98; Tiêu chuẩn thiết kế thi công và nghiệm thu vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu 22 TCN 248-98; Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế 4054-2005; Đất xây dựng – phương pháp chỉnh lý để xác định các đặc trưng của chúng; Tài liệu tham khảo : Sổ tay, quy trình của nước ngoài. Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật Quy mô đường cấp IV, vùng đồi, cấp kỹ thuật 60, Bnền = 12m, cụ thể: Phần xe chạy = 2´3,50 = 7,0m; Lề cứng = 2´2,0 = 4,0m; Lề trồng cỏ = 2´0,5 = 1,0m; Tổng cộng : = 12,0m. Các tiêu chí đạt được Độ cố kết nền đất trước khi thi công mặt đường: U ≥ 90%, hoặc tốc độ phần lún dư: V < 2,0cm/năm; Độ lún còn lại (DS) tại tim đường sau khi hoàn thành công trình đảm bảo yêu cầu sau: Đoạn nền đắp thông thường: DS ≤ 40cm; Đoạn nền đường có cống hoặc đường dân sinh chui dưới: DS ≤ 30cm; Đoạn nền gần mố cầu: DS ≤ 20cm; Kiểm toán ổn định trượt: Theo Quy trình Khảo sát Thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262-2000 thì: Hệ số ổn định trong quá trình thi công nền đắp (theo giai đoạn): FS ≥ 1,20 (theo phương pháp Bishop); Hệ số ổn định khi đưa đường vào sử dụng: FS ≥ 1,40 (theo phương pháp Bishop); Thời gian thi công phần nền đắp 12 tháng gồm: thay đất, thi công giếng cát, đắp đất, chờ đất cố kết và thi công cọc xi măng đất, đắp đất. Lựa chọn các giải pháp xử lý nền Phương pháp tính toán Tính lún Tính lún theo phương pháp phân tầng lấy tổng, chiều sâu ảnh hưởng lún được tính đến độ sâu mà tại đó DP = 0,15Po (DP – ứng suất do tải trọng nền đắp, Po – ứng suất bản thân nền đất). Tổng lún gồm hai thành phần đó là lún tức thời và lún cố kết giai đoạn sơ cấp. Tải trọng gây lún, ngoài tải trọng thân nền đắp theo chiều cao thiết kế còn xét đến tải trọng do phần bù lún và phần gia tải gây ra. Lún cố kết thứ cấp (lún từ biến) không xét đến trong đồ án này. Công tác tính lún được thử lại nhiều lần và chỉ đưa ra kết quả cuối cùng khi thoả mãn điều kiện đã nêu trong quy trình. Kiểm toán ổn định trượt Kiểm toán ổn định trượt theo phương pháp Bishop. Trong quá trình kiểm toán ổn định trượt có xét đến yếu tố tăng cường độ của các lớp đất nền sau từng đợt đắp nền đường. Công tác kiểm toán ổn định trượt qua các bước sau: Kiểm toán ổn định trượt trong trường hợp chưa có giải pháp xử lý; Kiểm toán ổn định trượt trong trường hợp đã có giải pháp xử lý (thoát nước thẳng đứng, bệ phản áp, vải địa kỹ thuật…) ở từng giai đoạn thi công đắp nền, kể cả khi gia tải; Kiểm toán ổn định trượt trong trường hợp đã có giải pháp xử lý khi đưa công trình vào khai thác. Công tác kiểm toán ổn định trượt được thử lại nhiều lần và chỉ đưa ra kết quả cuối cùng khi thoả mãn điều kiện đã nêu trong quy trình. Hoạt tải Theo quy trình 22TCN262-2000 hoạt tải trong giai đoạn khai thác được tính theo sơ đồ sau: Trong đó: n: số xe tối đa có thể xếp được trên phạm vi bề rộng nền đường; G: trọng lượng một xe (T); B: bề rộng phân bố ngang của các xe (m); l: phạm vi phân bố tải trọng xe theo hướng dọc (m). Đường có vận tốc thiết kế 60km/h: Xe H30: G = 30T; l = 6,6m; b = 1,8m; d = 1,3m; e = 0,6m; Chiều rộng nền đường Bn = 12,0m: tối đa xếp được 4 xe H30. Hoạt tải trong giai đoạn thi công: q = 0,8T/m2. Lựa chọn mặt cắt và các chỉ tiêu tính toán Lựa chọn mặt căt tính toán Dựa vào điều kiện địa chất công trình dọc tuyến, bề dày, phạm vi phân bố các lớp đất yếu, kết hợp với chiều cao nền đắp để lựa chọn các mặt cắt tính toán có tính đại diện cho từng đoạn nền đường. Nền đường đoạn tuyến nghiên cứu được phân chia làm 2 đoạn để tính toán. Đoạn 1 từ Km 0+839,65 á Km 1+470,00 có chiều cao đắp He = 1,94á3,16m, tiến hành kiểm toán tại mặt cắt đại diện có He = 2,50m. Đoạn 2 từ Km 2+200,00 á Km 2+650,00 có chiều cao đắp He = 5,77á6,28m, tiến hành kiểm toán tại mặt cắt đại diện có He = 6,00m. Lựa chọn chỉ tiêu tính toán Phương pháp lựa chọn Chỉ tiêu vật lý: các chỉ tiêu vật lý dùng trong tính toán là các giá trị trung bình số học có loại trừ sai số thô (±3d), không phụ thuộc trạng thái tính toán nền đất; Chỉ tiêu cơ học: tuỳ theo yêu cầu tính toán nền: theo TTGH I hoặc II; Tính nền theo sức chịu tải: các chỉ tiêu j, c, gtn được tính với xác suất tin cậy a = 0,95 á 0,98; Tính nền theo khả năng biến dạng: các chỉ tiêu j, c, gtn được tính với xác suất tin cậy a = 0,85 á 0,90; Các chỉ tiêu đặc biệt: áp lực tiền cố kết, chỉ số nén lén, chỉ số nở, được xác định dựa trên chùm họ đường cong nén cố kết (consolidation test); Chỉ tiêu độ bền sức kháng cắt của lớp đất yếu dựa vào kết quả thí nghiệm nén một trục hoặc ba trục sơ đồ UU; Các chỉ tiêu độ bền của các lớp đất tốt lấy theo điều kiện Mohr – Coulumb. Lựa chọn chỉ tiêu tính toán Dựa vào số liệu tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất, kết quả nén ba trục theo sơ đồ UU (không cố kết, không thoát nước), sơ đồ CU (cố kết, không thoát nước), nén cố kết, cắt cánh hiện trường, xuyên tiêu chuẩn. Các chỉ tiêu dùng trong tính toán được liệt kê trong bảng sau: Bảng 2-1 TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Lớp Ghi chú 2 3 4 5 1 Thành phần hạt (d,mm) Sét < 0,005 P % 38,3 21,5 15,6 1,5 Bụi 0,005á0,01 15,7 10,8 7,3 1,1 0,01á0,05 23,8 26,1 22,1 2,9 Cát 0,05á0,1 17,8 29,3 37,8 21,4 0,1á0,25 3,7 10,4 16,8 63,1 0,25á0,50 0,4 0,8 0,5 7,9 1,0á0,5 0,3 0,4 1,5 2,0á1,0 0,1 0,3 0,3 2,0á5,0 0,3 0,4 2 Giới hạn chảy WL % 47,56 44,24 26,45 3 Giới hạn dẻo WP % 27,90 29,02 20,34 4 Chỉ số dẻo IP 19,66 15,22 6,11 5 Độ sệt B 0,55 1,41 3,01 6 Độ ẩm thiên nhiên W % 38,64 50,50 38,74 7 Dung trọng tự nhiên gW T/m3 1,73 1,69 1,76 8 Dung trọng khô gc T/m3 1,25 1,13 1,27 9 Tỷ trọng D T/m3 2,69 2,66 2,71 2,67 10 Hệ số rỗng thiên nhiên eo 1,154 1,354 1,134 11 Độ rỗng N % 53,57 57,52 53,14 12 Độ bão hoà G % 90 99 93 13 áp lực tiền cố kết Pc KG/cm2 1,20 0,68 1,00 14 Hệ số cố kết Cv1-2 ´10-4 cm2/s 7,2 8,4 13,5 15 Chỉ số nén Cc 0,31 0,43 0,21 16 Chỉ số nén lại Cr 0,05 0,07 0,04 15 Cát Hệ số rỗng Lớn nhất emax 1.385 Nhỏ nhất emin 0,692 Góc nghỉ Khô Deg 37o45’ ướt Deg 32o40’ 16 Sức kháng cắt Giá trị tiêu chuẩn jtc Deg 14o30’ 6o15’ 11o47’ Ctc KG/cm2 0,160 0,075 0,087 Giá trị tính toán Theo TTGH I jI Deg 12o27’ 5o15’ 9o17’ CI KG/cm2 0,133 0,063 0,073 Theo TTGH II jII Deg 13o35’ 5o12’ 10o00’ CII KG/cm2 0,145 0,068 0,079 17 Cắt cánh hiện trường Sutc Sutt 0,24 0,27 18 Hệ số nén lún a0,5-1 KG/cm2 0,1 0,174 0,108 a1-2 0,069 0,112 0,06 a2-4 0,038 0,059 0,308 19 Sức chịu tải quy ước (tra bảng) R Kg/cm2 < 1,0 < 1,0 < 1,0 1,5 Phân loại đất Sét dẻo mềm Bùn sét pha Bùn cát pha Cát bụi Tổng hợp kết quả tính toán khi chưa xử lý Kết quả kiểm toán bằng cho thấy khi chưa xử lý nền đường có: tổng độ lún tại tim đường S; hệ số ổn định Fs như sau: Đoạn 1 (Km 0+839,65 – Km 1+470,00): S = 0,678m; Fs = 1,567; Đoạn 2 (Km 2+200,00 – Km 2+650,00): S = 1,510m; Fs = 0,685; Chi tiết xin xem Phụ lục. Giải pháp gia cố nền bằng cọc tre Đoạn 1 (Km 0+839,65 - Km 1+470,00) có chiều dày lớp đất yếu 7,0m, đất yếu là loại bùn sét pha có mực nước ngầm ở cao độ -1,0m kể từ mặt đất tự nhiên; kết quả kiểm toán khi chưa có biện pháp xử lý : S = 0,678m; Fs = 1,515; đổng thời căn cứ vào vật gia cố rất sẵn có của địa phương (tre), độ lún còn lại cho phép, thời hạn thi công… nên để xử lý nền đưòng đắp nèn đất yếu trong đoạn này một trong những đề xuất là sử dụng giải pháp đào một phần đất yếu (đến cao độ -1,0m tức đến mực nước ngầm) sau đó gia cố nền bằng cọc tre. Dùng cọc tre đóng 25 cọc/m2, chiều sâu đóng 2,0m, cọc dùng loại có đầu lớn trên 7,0cm, đường kính đầu nhỏ trên 4,0cm bằng tre không dập gẫy. Đây là giải pháp cho phép thay thế việc đào bớt đất yếu trong phạm vi bằng chiều sâu cọc đóng. Trên đỉnh cọc tre sau khi đã đắp một lớp 30cm rải một lớp vải địa kỹ thuật để thuận lợi cho việc thi công và tạo điều kiện phân bố đều tải trọng đắp trên các cọc tre. Theo 22 TCN 262-2000 thì khi tính toán được phép xem vùng đóng cọc tre như là nền đường đã đắp. Trình tự thi công: Dọn dẹp mặt bằng; Đào bỏ lớp mặt đến độ sâu 1,0m kể từ mặt đất tự nhiên; Thi công cọc tre: 25 cọc/m2; Đắp một lớp 30cm trên đỉnh cọc tre và rải vải địa kỹ thuật; Đắp nền đường bằng á cát với tốc độ 10cm/ngày đến cao độ thiết kế. Kết quả kiểm toán sau khi xử lý: Hệ số ổn định (theo phương pháp Bishop): Fs = 1,609; Độ lún dư : DS = 2,2cm Chi tiết xin xem Phụ lục 4. Giải pháp đào một phần đất yếu Giải pháp này rất có lợi về mặt ổn định, giảm độ lún và thời gian lún. Đoạn 1 (km 0+839,65 á km 1+470,00) có chiều dày đất yếu không lớn (7,0m) do đó một trong những đề xuất của đoạn này là đào một phần đất yếu và đắp trả bằng đất đắp nền đường. Dùng sơ đồ công nghệ đào đất yếu bằng máy xúc gầu dây, đào đến đâu đắp lấn tới đó, chiều sâu đào là 3,0m. Khi thiết kế phải bố trí mặt bằng thi công hợp lý, thuận lợi cho việc đắp lấn. Trình tự thi công: Dọn mặt bừng, đắp bờ vây nếu có nước mặt, bơm nước, tháo khô mặt bằng thi công; Đào vét đất yếu; Rải vải địa kỹ thuật hết chiều rộng đáy và 2 bên hình thang (vét đất yếu) đến mép nền thiên nhiên; Lắp đặt thiết bị quan trắc; Đắp trả bằng đất đắp nền đường (K = 0,95) đến cao độ nền thiên nhiên; Gập mép vải địa kỹ thuật; Tiến hành đắp tiếp các lớp thân đường (K = 0,95) (đắp đến cao độ thiết kế nếu có nghỉ chờ lún); Nghỉ chờ lún (nếu có); Dỡ bỏ các lớp gia tải, đào nền đường đến cao độ đỉnh lớp K = 0,95 (nếu có); Thi công kết cấu mặt đường. Kết quả kiểm toán sau khi xử lý: Hệ số ổn định (theo phương pháp Bishop): Fs = 1,609; Độ lún dư : DS = 2,2cm Chi tiết xin xem Phụ lục . Giải pháp thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng Đoạn tuyến 2 (Km 2+200,00 á Km 2+650,00) có chiều dày đất yếu lớn (21m), nền đắp cao (6,0m), thời gian cố kết khi không xử lý nền rất chậm. Do đó một trong những giải pháp xử lý của đoạn này là dùng đường thấm thẳng đứng (giếng cát/bấc thấm) cắm hết chiều sâu cảu đất yếu. Khái niệm Phương pháp xử lý đất yếu bằng giếng cát nằm trong nhóm phương pháp can thiệp trực tiếp vào nền đất yếu. Với phương pháp này người ta làm trong đất các giếng cát hình trụ tròn, có đường kính, khoảng cách đã được thiết kế. Dưới tải trọng nền đắp nước trong đất thấm theo các đường thấm đứng (giếng cát) chảy qua các lớp thoát nước và thoát ra ngoài. Từ đó làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền. Giếng cát còn làm chặt nền đất, tăng khả năng chịu tải của nền. Hiệu quả và tình hình ứng dụng của phương pháp Phương pháp giếng cát giúp tăng nhanh độ lún cố kết nền đắp, giảm thời gian thi công, tăng cường độ nền đất yếu, làm cho nền đắp đạt đến độ lún qui định cho phép trong các qui trình, qui phạm. Phương pháp giếng cát hiện nay được áp dụng khá phổ biến trong xử lý đất yếu trong thi công các công trình, nhất là trong thi công đường ở Việt Nam. Qua thực tế sử dụng phương pháp này đã thể hiện được các ưu điểm nổi bật của mình: Công nghệ thi công đơn giản; Giá thành rẻ so với nhiều phương pháp khác; Thời gian thi công ngắn; Đáp ứng tốt các yêu cầu về lún, tăng cường độ và độ ổn định nền đất; Nội dung tính toán thiết kế của phương pháp Nội dung phương pháp xử lý nền đắp bằng giếng cát trong giai đoạn thiết kế gồm 3 bước chính: Xử lý số liệu đầu vào; Tính toán độ lún cố kết của nền; Tính toán bố trí giếng cát và thiết kế tiến trình đắp nền; Xử lý số liệu đầu vào Các số liệu đầu vào bao gồm : Các số liệu hình học của tuyến đường thiết kế : mặt cắt ngang, chiều cao nền đắp thiết kế; Các số liệu về địa chất thủy văn của nền đất; Các thông số qui định: thời gian thi công, các yêu cầu về độ ổn định, độ lún cho phép của công trình. Các số liệu được tổng hợp theo các đoạn tính toán. Số liệu về địa chất được xử lý theo phương pháp thống kê từ các số liệu khảo sát. Ngoài ra việc lựa chọn các số liệu tính toán còn phụ thuộc vào kinh nhgiệm của nhười thiết kế. Tính toán lún cố kết của nền đất Theo quy định chung của 22 TCN 262 – 2000 đã trình bày ở trên. Nguyên lý tính toán bố trí Kiểm tra điều kiện: svz + sz ³ (1,2 ~1,5) spz (1) (2) Trong đó: svz là ứng suất (áp lực) thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất yếu gây ra ở độ sâu z (MPa) svz = ồ gi . hi gi và hi là trọng lượng thể tích và bề dày lớp đất i nằm trong phạm vi từ mặt tiếp xúc của đất yếu với đáy nền đắp (z=0) đến độ sâu z trong đất yếu; chú ý rằng đối với các lớp đất yếu nằm dưới mức nước ngầm thì trị số gi phải dùng trọng lượng thể tích đẩy nổi (trừ đi 1). sz là ứng suất (áp lực) thẳng đứng do tải trọng đắp (phần nền đắp và phần đắp gia tải trước nếu có, nhưng không kể phần chiều cao đắp hx quy đổi từ tải trọng xe cộ) gây ra ở độ sâu z trong đất yếu kể từ đáy nền đắp (MPa); sz được tính theo toán đồ Osterberg. spz là áp lực tiền cố kết ở độ sâu z trong đất yếu (MPa). Khoảng cách giữa các giếng cát cũng được tính toán để đảm bảo nền đường sẽ đạt được độ cố kết U sau thời gian t đã định trước: U = 1 - (1-Uv) (1-Uh). Trong đó: Uv là độ cố kết theo phương thẳng đứng; Uh là độ cố kết theo phương ngang do tác dụng của giếng cát hoặc bấc thấm. Độ cố kết theo phương ngang Uh được xác định như sau: Trong đó: Th là nhân tố thời gian theo phương ngang: Với l là khoảng cách tính toán giữa các giếng cát hoặc bấc thấm: - Nếu bố trí giếng hoặc bấc thấm theo kiểu ô vuông l = 1,13 D - Nếu bố trí theo kiểu tam giác l = 1,05 D D là khoảng cách giữa các tim giếng hoặc bấc. Hệ số cố kết theo phương ngang Ch (cm2/sec) cũng có thể được xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với các mẫu nguyên dạng lấy theo phương nằm ngang theo TCVN 4200-86. Nếu vùng đất yếu cố kết gồm nhiều lớp đất có Ch khác nhau thì trị số dùng để tính toán là trị số Ch trung bình gia quyền theo bề dày các lớp khác nhau đó. ở giai đoạn lập dự án khả thi, cho phép tạm dùng quan hệ sau để xác định trị số Ch đưa vào tính toán: Ch = (2á5)Cvtb F (n) là nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bố trí giếng cát hoặc bấc thấm, được xác định tùy thuộc vào n = l/d (với d là đường kính của giếng cát hoặc đường kính tương đương của một bấc thấm) theo công thức: Fs là nhân tố xét đến ảnh hưởng của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm (làm hệ số thấm trong vùng đó bị giảm đi). Fr là nhân tố xét đến ảnh hưởng về sức cản của bấc thấm. Khi dùng giếng cát thì không xét đến 2 nhân tố này (tức là xem Fs = 0 và Fr=0). Độ tăng sức kháng cắt theo thời gian: Su = Su0 + dz U tgj. Để đơn giản Su có thể xác định theo công thức: Su = Su0 + 0,5gH.U.tgj. Trong đó: Su0, dz, g, H - tương ứng là sức chống cắt ban đầu của đất nền, ứng suất thẳng đứng do tải trọng nền đường gây ra tại điểm tính, khơi lượng thể tích đất đắp và chiều cao nền đường đắp; j - Góc ma sát trong của nền đất được xác định dựa trên kết quả cắt 3 trục theo sơ đồ CU; Giếng cát chỉ nên dùng loại có đường kính từ 35 ~ 45 cm, bố trí kiểu hoa mai với khoảng cách giữa các giếng bằng 8-10 lần đường kính giếng. Nếu dùng bấc thấm thì cũng nên bố trí so le kiểu hoa mai với cự ly không nên dưới 1,3 m và không quá 2,2 m. Thiết kế tiến trình đắp nền Trường hợp đắp nền đường 1 lần đến cao độ thiết kế thì nên độ ổn định của nền đường không đảm bảo .Để đảm bảo nền đường ổn định, cần áp dụng biện pháp cách đắp dần từng lớp một,chờ đất nền cố kết, sức chịu tải tăng lên thì đắp tiếp lớp thứ tiếp theo. Việc tính toán đắp nền theo giai đoạn để đảm bảo độ ổn định của nền đường chỉ có ý nghĩa phục vụ cho những dự kiến thiết kế .Còn trên thực tế thi công trên công trường thì tốc độ đắp được khống chế dựa vào việc theo dõi quan trắc lún và quan trắc di động ngang của phần nền đất hai bên nền đường. Từ đó vẽ biểu đồ lún thực tế theo thời gian ,dựa vào biểu đồ nếu thấy tốc độ lún DS/Dt lớn thi phải giảm tốc độ đắp và ngược lại. Tính chiều cao đất đắp từng giai đoạn: Dùng phương pháp tính lặp dần để chọn chiều cao đất đắp lớn nhất sao cho vừa đảm bảo ổn định cho việc đắp đất vừa giảm tối thiểu thời gian thi công. Kiểm tra độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu bằng phương pháp Bishop với dạng mặt trượt trụ tròn. Điều kiện: hệ số ổn định bé nhất ứng với mặt trượt nguy hiểm nhất Kmin³ 1,2. Xác định thời gian chờ lún cho mỗi giai đoạn. Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng giải pháp đường thấm thẳng đứng cho đoạn tuyến Km 2+200,00 á Km 2+650,00 Đối với đoạn tuyến này TVTK xin đề xuất hai phương án: Phương án 1: sử dụng đường thấm thẳng đứng kết hợp với VĐKT gia cường; Phương án 2: sử dụng đường thấm thẳng đứng kế hợp với bệ phản áp với chiều chao bệ phản áp < chiều cao đắp giới hạn và được lấy trong khoảng (0,3á0,5)Hnền rồi kiểm tra ổn định để lựa chọn. Trình tự thiết kế: Kiểm tra điều kiện thiết kế đường thấm thẳng đứng; Dự kiến mật độ giếng cát, chiều sâu giếng, tính toán độ cố kết theo thời gian; Công việc giả thiết mật độ và chiều sâu giếng phải được thực hiện nhiều lần nhằm chọn ra phương án tốt nhất; Tính chiều cao đắp đất giới hạn, so sánh với chiều cao đắp thiết kế xem có phải phân kỳ đắp đất hay không. Trong trường hợp phải gia tải để rút nhắn thời gian thi công thì cũng phải tính toán thiết kế đắp phân kỳ nếu chiều cao đắp gia tải vượt quá chiều cao giới hạn đắp; Tính toán độ tăng cường độ của đất theo thời gian ứng với tải trọng của mỗi giai đoạn đắp; Đưa ra các giai đoạn đắp và thời gian chờ lún hợp lý với sự tăng cường độ đất nền theo thời gian. Trình tự thi công Đào bỏ các lớp hữu cơ, dọn sạch gốc cây, cỏ rác và các vật liệu khác; Đắp bờ vây nếu có nước mặt, bơm nước, tháo khô mặt bằng thi công; Rải vải địa kỹ thuật không dệt để ngăn cách giữa lớp cát và lớp đất yếu phía dưới; Đắp trả bằng cát hạt nhỏ (K = 0,95) đến cao độ đáy tầng cát đệm; Lắp dặt thiết bị quan trắc ; Đắp lớp đệm cat (K = 0,95); Thi công giếng cát hoặc bấc thấm: dùng thiết bị chuyên dụng đảm bảo chiều sâu yêu cầu và kiểm soát chất lượng tốt; Bấc thấm được cắt cao hơn mặt bằng thi công 20cm để gập đầu bấc thấm (nếu thi công bằng bấc thấm); Đắp 0,2m lớp cát đệm (K = 0,95); Thi công tầng lọc ngược ở phần thấm ra mái taluy của tầng cát đệm; Đắp nền đường (K = 0,95) + gia tải trước nếu có (K = 0,90) và nghỉ theo từng giai đoạn như trong sơ đồ tiến trình đắp; khống chế tiến trìnhđắp trung bình < 10cm/ngày; Đắp bệ phản áp, đường nối đồng thời cùng với nền đường để đảm bảo ổn định chung của nền đường; Khi hết thời gian lún, nếu đạt được độ lún yêu cầu hoặc có ý kiến của TVGS thì tiến hành dỡ bỏ các gia tải, đào nền đường đến cao độ đỉnh của lớp K = 0,95. Lu lèn kiểm tra độ chặt của lớp đỉnh K = 0,95 trên cùng; Trồng cỏ bằng phủ lên mặt taluy phạm vi lộ vải địa kỹ thuật, khoảng cách 20,0m để lộ vải địa kỹ thuật rộng 1,0m; Thi công các lớp kết cấu mặt đường; Chú ý : phạm vi móng mố cầu và móng cống phải được xử lý bằng giếng cát hoặc bấc thấm và đắp gia tải như các đoạn nền đắp thông thường. Kết thúc thời gian chờ lún mới được đào bỏ nền đắp gia tải và thi công móng cầu, cống. Kết quả kiểm toán khi đưa vào khai thác: Phương án 1: sử dụng đường thấm thẳng đứng kết hợp với vải ĐKT gia cường: Hệ số ổn định (theo phương pháp Bishop): Fs = 1,519; Độ lún dư : DS =18 cm. Phương án 2: sử dụng đường thấm thẳng đứng kết hợp bệ phản áp: Hệ số ổn định (theo phương pháp Bishop): Fs = 1,577; Độ lún dư : DS =18 cm. Chi tiết xin xem Phụ lục. Giải pháp sử dụng cọc xi măng - đất Định nghĩa và nguyên lý gia cố Định nghĩa Gia cố sâu bằng cọc xi măng đất là một công nghệ hiệu quả áp dụng cho nền đất yếu. Với sự kết hợp của xi măng những đặc trưng cơ học của đất như cường độ, độ cứng sẽ được tăng. Hiệu ứng này được thể hiện ngay lập tức theo thời gian. Nguyên lý gia cố Dựa trên nguyên lý thuỷ hoá của xi măng với đất tạo thành một thể cố kết hoá. Các cọc xi măng đất được tạo thành bằng cách đưa mũi trộn xuống độ sâu thiết kế bằng phương pháp khoan xoay. Trong quá trình khoan xuống mũi trộn làm tơi đất trong một trụ có đường kính bằng chiều rộng của mũi khoan, sau đó mũi trộn được quay ngược trở lại rút dần lên, đồng thời với quá trình này, chất gia cố được phun ra trộn lẫn với đất tự nhiên. Hiệu quả công nghệ So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có các ưu điểm như sau: Khả năng xử lý sâu (đến 50m); Thích hợp với mọi loại đất yếu (từ cát thô cho đến bùn yếu); Thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiện trường chật hẹp; Thi công nhanh; Không có chất thải; Lượng chất gia cố được trộn trong cọc chính xác; Không có độ lún thứ cấp; Có kết quả tốt đối với đất có độ ẩm cao; Không gây ảnh hưởng đến công trình lân cận. Trong nhiều trường hợp việc áp dụng công nghệ cọc xi măng đất đã đưa ra hiệu quả rõ rệt so với các giải pháp xử lý khác. Các kiểu bố trí cọc xi măng đất Có thể bố trí kiểu đơn, kiểu đôi, kiểu ba, kiểu lưới, kiểu tường, kiểu nhóm cọc… Nguyên lý thiết kế Dựa trên nguyên tắc cọc xi măng đất làm tăng sức kháng cắt, mô đun biến dạng của khối gia cố: Csv = Cns(1-Ac)+Clc.Ac. Trong đó: Csv: sức kháng cắt, mô đun của đất tự nhiên; Ac: tỷ lệ chiếm chỗ của cọc trong khối gia cố; Clc: sức kháng cắt, mô đun biến dạng của cọc xi măng đất. Công nghệ thi công Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc xi măng đất là công nghệ trộn khô (Dry Jet Mixing) và công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là Jet grouting). Sau đây xin giới thiệu công nghệ Jet grouting. Công nghệ Jet grouting là một công nghệ trộn sâu dạng ướt (Wet mixing). Hiện nay nước ta chưa có thuật ngữ khoa học tiếng Việt chính thức để gọi tên công nghệ này. Tạm thời, có đề xuất thuật ngữ "khoan phụt vữa cao áp", để phân biệt với các công nghệ khoan phụt sử dụng áp suất thấp hơn (2-10 atm) và cơ chế nút bịt đã có mặt ở nước ta từ nhiều năm nay. Công nghệ khoan phụt vữa cao áp (KPVCA) được phát minh ở Nhật Bản năm 1970. Sau đó các công ty của Italia, Đức đã mua lại phát minh trên và đến nay nhiều công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như công ty Layne Christensen (Mỹ), Bauer (Đức), Keller (Anh), Frankipile (úc) đều có sử dụng công nghệ này. Trải qua hơn ba mươi năm hoàn thiện và phát triển, đến nay công nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế giới. Khoan phụt vữa cao áp là một quá trình bê tông hoá đất. Nhờ có tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao (200- 400atm), vận tốc lớn (≥ 100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối đồng nhất “Xi măng- đất”. Ưu điểm của công nghệ KPVCA: Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đến sỏi cuội; Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp đất tốt; Có thể xử lý dưới móng hoặc kết cấu hiện có mà không cần ảnh hưởng đến công trình; Thi công được trong nước; Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận; Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế, nhiều chướng ngại vật. Nhược điểm của công nghệ KPVCA: Có thể gây ra trương nở nền và gây ra các chuyển vị quá giới hạn trong lòng đất. Ap lực siêu cao còn có khả năng gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thể lọt vào các công trình ngầm sẵn có như hố ga, tầng hầm lân cận; Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết của hỗn hợp xi măng đất. Tính chất của Xi măng - đất: Xi măng- đất trong đất đóng vai trò ổn định đất và chống thấm; Cường độ chịu nén của Xi măng- đất từ 2 đến 25 N/mm2, phụ thuộc vào hàm lượng xi măng và tỷ lệ đất còn lại trong khối Xi măng- đất; Hiệu quả chống thấm của Xi măng- đất đạt được bằng cách lựa chọn loại vữa thích hợp, trong trường hợp cần thiết phải cho thêm bentonite; Loại vật liệu làm vữa và khối lượng vữa bơm vào, cũng như loại đất và lượng đất còn lại trong khối Xi măng- đất sẽ quyết định tính chống thấm của nó. Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet grouting: đầu tiên là công nghệ S, tiếp theo là công nghệ D, và gần dây là công nghệ T Công nghệ đơn pha (công nghệ S) Vữa phụt ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất một cách đồng thời, tạo ra một cột đất-ximăng đồng đều với độ cứng cao và hạn chế đất trào ngược lên. Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ phun vữa. Các lỗ phun có thể được bố trí ngang hàng hoặc, lệch hàng, và có độ lệch góc đều nhau. Công nghệ đơn pha dùng cho các cột đất có đường kính vừa và nhỏ (0,5-0,8 m). Công nghệ hai pha (công nghệ D) Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp vữa với không khí. Hỗn hợp vữa đất-ximăng được bơm ở áp suất cao, tốc độ 100m/s và được trợ giúp bởi một tia khí nén bao bọc quanh vòiphun. Vòng khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất, do vậy tạo ra cột đất-ximăng có đường kính lớn. Tuy nhiên, dòng khí lại làm giảm độ cứng của cột đất so với phương pháp phụt đơn tia và đất bị trào ngược nhiều hơn. Cấu tạo đầu khoan gồm có một hoặc nhiều lỗ phun (bố trí ngang hàng hoặc lệch hàng, có độ lệch góc đều nhau) để phun vữa và khí. Khe phun khí nằm bao quanh lỗ phun vữa. Công nghệ hai pha tạo ra các cọc có đường kính lớn hơn công nghệ một pha, có thể đạt tới 1,2-1,5 m. Công nghệ ba pha (công nghệ T) Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước. Không giống phụt đơn pha và phụt hai pha, nước được bơm dưới áp suất cao và kết hợp với dòng khí nén xung quanh vòi nước. Điều đó đuổi khí ra khỏi cột đất gia cố. Vữa được bơm qua một vòi riêng biệt nằm dưới vòi khí và vòi nước để lấp đầy khoảng trống của khí. Phụt ba pha là phương pháp thay thế đất hoàn toàn. Đất bị thay thế sẽ trào ngược lên mặt đất và được thu gom, xử lý. Cấu tạo đầu khoan gồm một hoặc nhiều lỗ đúp để phun nước và khí đồng thời và một hoặc nhiều lỗ đơn nằm thấp hơn để phun vữa. Nói chung mối cặp lỗ phun khí-nước và vữa đều nằm đối xứng nhau qua tâm trục của đầu khoan. Các cặp lỗ được bố trí lệch góc đều nhau. Cọc xi măng đất tạo ra bằng công nghệ này có thể đạt đường kính lớn tới 3m. Quá trình thi công Thi công cải tạo nền đất yếu bằng cọc xi măng - đất có thể theo các bước như sau: Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế; Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố; Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ; Đóng thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới. Thiết bị thi công Dây chuyền thiết bị KPVCA thông thường bao gồm: Máy khoan; Trạm trộn và bơm vữa; ống dẫn cao áp nối bơm với máy khoan; Thiết bị điều khiển áp lực, lưu lượng, thể tích bơm, tốc độ xoay, tốc độ rút, chiều sâu khoan. Đ−ờng dẫn KPVCA: Đối với hệ đơn pha: Một đường ống chịu áp lực cao dẫn vữa đến đầu phun; Đối với hệ hai pha: Hai đường ống riêng biệt dẫn hai dung dịch (khí và vữa, hoặc nước và vữa) đến đầu phun; Đối với hệ ba pha, ba đường ống riêng dẫn nước áp lực cao, khí nén và vữa đến đầu phun. Các ống nối chịu áp lực cao và đường cáp điều khiển nối máy bơm với máy khoan. Cần khoan dài từ 1,5m đến 3m. Lỗ khoan được nối với rãnh thu để đưa bùn chảy vào vị trí máy hút bùn. Tại đây hỗn hợp nước- đất- ximăng được bơm ra khỏi hiện trường hoặc sử dụng lại. Hệ thống thiết bị trộn và bơm KPVCA cho các hệ thống KPVCA khác nhau gồm có: Đối với hệ đơn pha: thùng chứa ximăng và các vật liệu khác, thiết bị trộn khô, thùng khuấy, bơm vữa cao áp; Đối với hệ hai pha (khí): giống như trên và có thêm một máy nén khí; Đối với hệ ba pha: giống như hệ hai pha và có thêm một máy bơm nước cao áp. Phương pháp khoan Công tác khoan thực hiện bằng công nghệ khoan xoay và xói nước bằng tia thẳng đứng (phân biệt với cơ chế phụt vữa: tia vữa đi ra theo phương nằm ngang), sử dụng loại cần khoan và mũi khoan chuyên dụng. Phương pháp phụt vữa Sau khi đưa mũi khoan đến cao độ thiết kế, quá trình phụt vữa bắt đầu. Vữa được phụt qua lỗ phun nằm ở bên thành mũi khoan. áp suất và vân tốc cao, của tia vữa làm phá vỡ kết cấu của đất và tạo thành thể đất- xi măng. Nhiều kết cấu và kích thước hình học có thể đạt được bằng cách thay đổi các chỉ tiêu phun. Quá trình nói ở trên tạo thành cột đất bằng cách xoay liên tục ở tốc độ cần thiết và nhấc cần khoan lên dần. Quá trình phun vữa được thực hiện từ dưới lên trên, vừa phun vừa xoay và rút cần khoan lên. Hỗn hợp đất-nước-ximăng thừa sẽ trào lên mặt đất theo khe hở bên thành hố khoan. Dòng trào ngược là một trong những yếu tố quan trọng phản ánh chất lượng của vật liệu xi măng- đất tạo thành, và do đó cần được lấy mẫu theo một quy trình nhất quán để phân tích, thí nghiệm. Ngoài ra, trong quá trình phụt phải liên tục theo dõi các thông số thiết kế khác như áp suất phụt vữa, lưu lượng vữa tiêu hao, v.v… Hỗn hợp vữa Với tất cả các công nghệ S, D và T thì vữa đều có tác dụng phá huỷ đất. Sự hỗn loan do tia vữa gây ra trong vùng ảnh hưởng có tác dụng trộn đều đất với dụng dịch phụt. Trong khi chưa bắt đầu phụt thì phải rót dung dịch giữ vách vào trong lỗ khoan và bổ sung liên tục. Các đặc tính kỹ thuật Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả gia cố đất bằng khoan phụt cao áp là: Loại đất; Sức chịu tải; Dung trọng; Cấp phối hạt; Hàm lượng nước; Giới hạn Atterbug. Các thông số cần xác định trong công tác khoan phụt là đường kính cột đất gia cố; tốc độ thi công; tính chất cơ lý của cột đất mới tạo ra; hiệu quả kinh tế. Mỗi thông số ứng với một loại đất ở một vị trí nhất định xác định được qua tính toán. Tuy nhiên, cần phải tiến hành các thử nghiệm tại chỗ nhằm tìm được các thông số thích hợp. Trình tự tính toán sơ bộ các thông số khoan phụt như sau: 1. Bước đầu tiên là sơ bộ chọn cường độ cột đất sau xử lý. Với thông số đã chọn, kết hợp với biểu đồ kinh nghiệm để hiệu chỉnh lượng xi măng, sau đó xác định lượng xi măng trên một m3 đất phải xử lý. Nếu là vữa khác chứ không phải là vữa xi măng thì phải căn cứ vào kết quả thí nghiệm trong phòng. 2. Chọn đường kính cột đất sẽ tạo ra và tính toán lượng xi măng sẽ dùng. 3. Chọn cấp phối vữa. Cần chú ý đến các thống số cơ bản của vữa phải phù hợp với bơm. Trong trường hợp hỗn hợp chỉ là nước và xi măng, tỉ lệ này sẽ ảnh hưởng đến khả năng bơm cũng như cường độ cột đất gia cố. Tỉ lệ N/X càng cao thì càng dễ bơm nhưng cường độ đạt được lại thấp. Khi chọn cấp phối vữa cần quan tấm đến các yếu tố: điều kiện tự nhiên của đất; cấp phối hạt; khả năng thấm và hàm lượng nước. Trong vùng đất có tính thấm lớn, nước trong vữa có thể thoát ra khỏi vùng xử lý, tỉ lệ N/X cần chọn tăng lên; Với đất dính, độ thấm nước nhỏ thì chọn tỉ lệ N/X nhỏ để đạt cường độ cao hơn; Với đất có độ thấm cao, mà yêu cầu về cường độ không cao lắm, có thể pha thêm Bentonite vào vữa để giảm mất nước; Tỉ lệ N/X thông thường chọn từ 1 đến 1,5; 4. Từ (1), (2), (3) tính toán số lượng vữa cần bơm cho một cột đất cần tạo ra. 5. Chọn áp suất phun (thông thường từ 40 đến 50 atm). Lý tưởng nhất là xác định bằng kinh nghiệm kết hợp với thí nghiệm hiện trường. Thông số này đồng thời cũng là hàm số giữa năng lực của bơm áp lực cao và điều kiện thực tế của đất. áp suất bơm vữa càng cao, năng lực của tia phụt ra càng lớn và kết quả là hiệu quả phá đất càng cao. áp suất càng cao đường kính cột đất càng lớn. Đường kính cột đất còn phụ thuộc vào thời gian bơm, tức là thời gian giữ cần khoan cố định tại một chỗ để bơm và lượng vữa bơm ra tại vị trí đó. 6. Chọn kích thước và số lỗ phù hợp với cần khoan từ biểu đồ “áp suất – lưu lượng” để xác định vữa bơm. 7. Từ (4) và (6) tính toán thời gian bơm vữa cho một mét cột đất cần tạo ra. 8. Chọn mức độ rút cần khoan lên ( thông thường 3 đến 8cm/phút) và tính toán thời gian cần thiết để bơm một lượng vữa cần thiết cho mỗi đoạn. 9. Chọn tốc độ quay của cần khoan khi rút lên. ít nhất là 1 đến 2 vòng cho mỗi đoạn. Sử dụng các thống số tính toán qua bước 9 nói trên, tiến hành một số thí nghiệm hiện trường ít nhất phài làm tại bốn vị trí, mỗi vị trí làm ba cột, mỗi vị trí cần thay đổi giá trị cấp phối vữa, lưu lượng và bước thời gian. Sau khi thiết lập xong các thông sô cần thiết, tiến hành đào kiểm tra cột đất để xem lại đường kính của nó, thí nghiệm kiểm tra cường độ, hệ số thấm. Nếu cột đất nằm qúa sâu, có thể khoan lấy mẫu để thí nghiệm. Công tác thí nghiệm Để thiết kế cọc xi măng đất ngoài những thí nghiệm khoan khảo sát ngoài hiện trương nên có một số thí nghiệm kèm theo như sau: thí nghiệm xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng CPTU, thí nghiệm nén cố kết, thí nghiệm hỗn hợp xi măng đất, (để xác định hàm lượng xi măng sử dụng cho gia cố), thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm trộn đất tại chỗ với xi măng theo tiêu chuẩn của Thuỵ Điển… Sau khi thi công ngoài hiện trường cần có một số thí nghiệm như sau: thí nghiệm xuyên cắt tiêu chuẩn, kết quả thí nghiệm so sánh sức kháng cắt được so sánh với thí nghiệm trong phòng, giá trị hàm lượng xi măng được chấp thuận là giá trị sao cho cường độ kháng cắt của cọc tương đương với kết quả phòng thí nghiệm; thí nghiệm nén ngang; thí nghiệm nén tĩnh một cột; thí nghiệm đào cột; thí nghiệm chất tải lên trên một cột; thí nghiệm chất tải toàn phần; đo lún hiện trường; đo áp lực nước trong khối gia cố; đo độ lún theo độ sâu của tầng đấ của khối gia cố… Kiến nghị Công nghệ trộn sâu đã được áp dụng khá phổ biến trên thế giới nhưng chỉ mới được áp dụng ở nước ta gần đây. Các công trình xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất ở nước ta chủ yếu là bồn chứa, cảng, đập, cống, sửa chữa cọc khoan nhồi… và gần đây có một số công trình nền đường đắp hoặc đường đầu cầu áp dụng công nghệ này. Thực tế với các nền đường đắp cao trên nền đất yếu, công trình đòi hỏi thời gian thi công ngắn, độ lún còn lại nhỏ, yêu cầu đất nền cố kết nhanh, tiết kiệm vật liệu đắp khi vật liệu này khan hiếm thì giải pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất tỏ ra có hiệu quả. Vì vậy trong thời gian tới chúng ta nên mạnh dạn ứng dụng công nghệ này để xử lý nền đắp trên nền đất yếu nhất là các đoạn đường đầu cầu. Về quan điểm tính toán khi thiết kế: kiến nghị tính toán theo cách tính của viện kỹ thuật Châu á (AIT) là tính toán theo cả hai quan điểm: Quan điểm xem cọc xi măng đất làm việc như cọc; Quan điểm xem các cọc và đất làm việc đồng thời. Để ứng dụng rộng rãi công nghệ cọc xi măng đất ở nước ta phải sớm ban hành Quy trình, thiết kế, thi công và nghiệm thu cọc xi măng đất. Không áp dụng các kết quả thí nghiệm của dự án này cho dự án khác, thận trọng khi áp dụng các kết quả nghiên cứu đã công bố ở nước ngoài. Về công tác thí nghiệm cần có những lưu ý sau: Phương pháp tạo mẫu ảnh hưởng nhiều đến kết quả thí nghiệm; Thiết bị thí nghiệm quyết định nhiều đến độ chính xác của các số liệu đo. Khác với các loại đất thông thường, vật liệu xi măng đất đòi hỏi thiết bị đo phải có độ chính xác cao nhằm hạn chế đến mức tối thiểu các sai số, nên sử dụng các thiết bị đo biến dạng cục bộ, tức là đo biến dạng trực tiếp trên mẫu, không đo phía ngoài buồng áp suất để tránh các sai số; ảnh hưởng của tại trọng ngang (ví dụ tải trọng động đất), điều kiện thoát nước hay không thoát nước đối với nền đất gia cố cọc xi măng đất chưa được nghiên cứu nhiều. Thiết kế xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng giải pháp sử dụng cọc xi măng đất từ Km 2+200,00 – Km 2+650,00 Các tiêu chí đạt được khi sử dụng cọc xi măng đất Trong khi chưa có Quy trình thiết kế, thi công và nghiệm thu cọc xi măng đất nên qua tham khảo các hồ sơ thiết kế xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu bằng cọc xi măng đất do Tổng công ty tư vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI) thực hiện thì các tiêu chí phải đạt được khi áp dụng giải pháp cọc xi măng đất: Độ lún dư sau khi xử lý nền: DS = 4,0 á 10,0cm; Hệ số ổn định Fs > 1,5 khi đưa công trình vào khai thác; Kết quả thiết kế Thiết kế cọc xi măng đất: Hàm lượng xi măng: 15%; Đường kính cọc: 0,60m; Khoảng cách d = 1,60m; Bố trí mạng hình vuông. Chi tiết tính toán xin xem Phụ lục 4.1 Trình tự thi công: Dọn dẹp mặt bằng; Đào bỏ lớp đất mặt đến độ sâu 1,0m kể từ mặt đất tự nhiên; Thi công cọc: Định vị và đưa thiết bị thi công vào vị trí thiết kế; Khoan hạ đầu phun trộn xuống đáy khối đất cần gia cố; Bắt đầu quá trình khoan trộn và kéo dần đầu khoan lên đến miệng lỗ; Đóng thiết bị thi công và chuyển sang vị trí mới. Thi công lớp đệm cát đầu cọc dày 1,0m bằng cát hạt trung K98; Đắp nền đường bằng á cát với tốc độ dắp 10cm/ngày đến cao độ thiết kế. Trong quá trình đắp có sử dụng một lớp vải địa kỹ thuật chịu kéo gia cường. Kết quả kiểm toán sau khi gia cố bằng cọc xi măng đất: Hệ số ổn định (theo phương pháp Bishop): Fs = 1,705; Độ lún dư: DS = 9cm. Chi tiết tính toán xin xem Phụ lục. Các quy định kỹ thuật Đất dùng đắp trả phần đào thay đất yếu Dùng đất đạt yêu cầu dùng làm vật liệu đắp nền đường. Cát dùng đắp lớp cát đệm và thi công giếng cát Cát được sử dụng làm đệm cát thoát nước và thi công giếng cát phải là cát sạch có độ thấm cao và phải đảm bảo được theo các yêu cầu sau: Hàm lượng hạt > 0,25mm chiếm trên 50%; Hàm lượng hạt < 0,08mm chiếm ít hơn 5%; Hàm lượng hữu cơ < 5%; Cát đắp đệm phải thoả mãn điều kiện (1) hoặc (2), cát dùng thi công giếng cát thoả mãn điều kiện (1) và (2): (1) (2) D60, D30, D10 là kích cỡ hạt mà lượng chứa các cỡ hạt nhỏ hơn nó chiếm 60%, 30%, 10%. Vải địa kỹ thuật Vải được rải ngang (vuông góc với hướng tuyến), các điểm nối của vải phải đặt gối lên nhau ít nhất 50cm hoặc khâu đè gập đường nối với nhau thành đường viền kép rộng 10cm. Phần vải dư để gấp lên sau khi thi công hoàn chỉnh lớp cát đệm cần quấn lại theo chỉ dẫn của kỹ sư. Vải địa kỹ thuật không dệt (dùng ngăn cách và làm tầng lọc ngược) Loại không dệt; Cường độ chịu kéo theo phương dọc/ngang (ASTM D4595): ³ 12 KN/m; Đường kính lỗ lọc (ASTM D4751): O95 Ê 0,200mm và O95 Ê 0,64D85; với D85 là đường kính hạt của vật liệu đắp mà lượng chứa các cỡ hạt nhỏ hơn nó chiếm 85%; Độ giãn dài khi đứt theo phương dọc/ngang (ASTM D4595): Ê 65%; Cường độ chịu xé rách (ASTM D4533): ³ 0,3KN; Hệ số thấm (ASTM D4491): ³ 0,1s-1; Độ bền tia cực tím (ASTM D4491): cường độ > 70% sau 3 tháng chịu tia cực tím. Vải địa kỹ thuật dệt (dùng gia cường) Loại dệt; Nguyên liệu: Polyeste; Cường độ chịu kéo theo phương dọc (ASTM D4595): ³ 200KN/m; Cường độ chịu kéo theo phương ngang (ASTM D4595): ³ 50KN/m; Độ giãn dài khi đứt theo phương dọc/ngang (ASTM D4595): Ê 15%; Hệ số thấm (ASTM D4491): ³ 0,1s-1; Độ bền tia cực tím (ASTM D4355): cường độ > 70% sau 3 tháng chịu tia cực tím. Tính toán lực kéo cho phép của lưới vải địa kỹ thuật Lực kéo cho phép của vải tính theo công thức: Trong đó: Fmax : cường độ chịu đứt của lưới vải khổ 1m; k: hệ số an toàn, với loại vải Polyeste lấy k = 2. Chiều dài đảm bảo Lbon tính ra từ công thức: Trong đó: f’ = k’´2/3´tgj với k’ = 0,66. Với vải địa kỹ thuật chịu kéo sử dụng: Cường độ chịu kéo đứt: 200KN/m; Vật liệu vải: Polyeste. Kết quả: Fcp = 100KN/m; Lbon = 3,70m. Bấc thấm Bấc thấm phải thoả mãn các chỉ tiêu cơ bản sau: Vỏ, lõi bấc thấm phải đảm bảo không bị nứt, vỡ trong suốt quá trình vận chuyển và đặt vào thiết bị; Thành phần: Lõi: polypropylene; vỏ lọc: vải ĐKT không dệt polypropylene; Chiều rộng: 100±0,05mm; Chiều dày: ³ 4mm; Kích thước lỗ lọc (ASTM D4751): O95 Ê 0,075mm; Hệ số thấm của vỏ lọc (ASTM D4491): ³ 1´10-4m/s; Cường độ chịu kéo (cặp hết chiều rộng bấc thấm) (ASTM D4632): ³ 1,6KN; Cường độ chịu kéo ứng với độ giãn dài dưới 10% (ASTM D4595): ³ 1KN/bấc; Độ giãn dài (cặp hết chiều rộng bấc thấm) (ASTM D4632): > 20%; Khả năng thoát nước của bấc thấm với áp lực 350KN/m2 (ASTM D4716): ³ 60´10-6m3/s. Vật liệu đắp gia tải Theo quy định chung của gói thầu: đắp gia tải bằng vật liệu đắp nền đường để tận dụng sau khi dỡ tải. Thiết bị quan trắc Bàn đo lún Cấu tạo: gồm 1 tấm đế thép dày 1cm hình vuông cạnh 50cm, ở giữa có hàn ống thép tròn f50mm có ren nối ở đầu để nối dần trong thi công. Bên ngoài có ống nhựa f150mm bảo vệ không cho cần đo lún tiếp xúc với nền đắp, trên đầu có nắp bịt kín tránh các loại vật liệu rơi vào trong ống đo lún. Bàn đo lún đặt tại các vị trí quy định (xem trong bản vẽ mặt cắt ngang điển hình bố trí thiết bị quan trắc), xe máy thi công không được va chạm. Cọc quan trắc dịch chuyển ngang Cọc gỗ kích thước 10´10´170cm (có thể dùng cọc bê tông) có đóng đinh để đo, được đóng đúng vị trí ở các mặt cắt quy định (xem trong bản vẽ mặt cắt ngang điển hình bố trí thiết bị quan trắc), xe máy thi công không được va chạm. Piezometer và Inclinometer Dùng thiết bị đồng bộ, phải được kiểm tra trước khi lắp đặt. Chú ý: tất cả các thiết bị quan trắc được lắp đặt trước kh thi công phần còn lại của lớp cát đệm phía trên bấc thấm/giếng cát. Chế độ quan trắc Việc quan trắc được tiến hành ngay sau khi lắp đặt (ngay từ khi bắt đầu đắp), chu kỳ quan trắc đối với tất cả các loại thiết bị mỗi ngày 1 lần trong quá trình đắp nền và đắp gia tải. Khi ngừng đắp và trong 2 tháng sau khi đắp phải quan trắc mỗi tuần 1 lần; tiếp đó quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao cho phía quản lý khai thác đường cả hệ thống quan trắc (để tiếp tục quan trắc nếu cần thiết). Nhà thầu bắt buộc phải ngừng thi công, dừng chất tải hoặc dỡ bớt tải khi một trong các trường hợp sau đây xảy ra: Dịch chuyển ngang vượt quá 5mm/ngày; Tốc độ lún vượt quá 10mm/ngày. Chế độ đắp Trong các đoạn có xử lý bằng bấc thấm hoặc giếng cát, việc thi công nền đắp phải tuân thủ một chế độ đắp riêng: San ủi vật liệu đắp ngay khi đổ vào công trường; Tốc độ đắp không vượt quá 10cm/ngày (không dưới 2 ngày cho 1 lớp đất dày 20cm); Phải thường xuyên theo dõi xem có nước cố kết thoát ra ngoài lớp đệm cát không. Phải có biện pháp để tạo thuận lợi cho nước cố kết thoát chảy xa ngoài phạm vi nền đường, khi cần có thể tạo hố tập trung nước và dùng bơm hút nước; Quan trắc lún, dịch chuyển ngang ngay từ khi bắt đầu đắp nền đường đắp; Khi cần thiết có thể lắp đặt các đầu đo áp lực nước lỗ rỗng để theo dõi tốc độ cố kết của đất nền và điều chỉnh tốc độ đắp. Kết luận và kiến nghị Kết quả kiểm toán ổn định trượt sau khi xử lý ở tất cả các đoạn đều thoả mãn yêu cầu của quy trình. Độ lún còn lại, độ cố kết, tốc độ lún còn lại đa số các đoạn đều thoả mãn yêu cầu của quy trình. Chi tiết kết quả tính toán xử lý được thể hiện trong Phụ lục 4. Trong bước thiết kế tiếp theo kiến nghị khoan địa chất công trình, thí nghiệm cắt cánh bổ xung để đánh giá chính xác phạm vi và tính chất cơ lý của lớp đất yếu. Dựa vào kết quả khảo sát sẽ có thiết kế điều chỉnh phù hợp với điều kiện thực tế. Một số vấn đề cần lưu ý trong khi thi công: Tuân thủ đúng trình tự thi công từng hạng mục công trình; Cần lưu ý tới tốc độ đắp, chiều cao đắp, thời gian nghỉ như đã quy định trong sơ đồ tiến trình đắp; Sau khi lắp đặt thiết bị quan trắc phải tiến hành quan trắc ngày để điều chỉnh tiến độ đắp; Trong khi thi công không tập kết vật liệu thành đống lớn, không tập trung nhiều xe máy thi công trên nền đắp (kể cả trong thời gian nghỉ chờ nền đất cố kết); Trong thời gian nghỉ chờ nền đất cố kết cần hạn chế các loại xe đi lại trên nền đắp. Cần khơi rãnh thông thoáng để tạo điều kiện cho nước từ lớp cát đệm tháot ra ngoài nhanh; Dựa vào kết quả quan trắc lún để tính toán độ lún dư, độ cố kết, và quyết định thời gian cho phép dỡ tải để thi công mặt đường đồng thời làm căn cứ khối lượng đắp bù lứn; Đối với các móng mố cầu và móng cống, nền thiên nhiên được xử lý đạt độ cố kết yêu cầu mới thi công móng; Trong quá trình thi công có gì sai khác với Đồ án thiết kế cần báo Chủ đầu tư và Tư vấn thiết kế để cùng giải quyết. Tổng công ty Tư vấn thiết kế GTVT (TEDI) đã lập xong Hồ sơ thiết kế xử lý nền đất yếu Gói thầu số 4, bước Thiết kế cơ sở trình các cấp có thẩm quyền phê duyệt./. Phụ lục Hồ sơ xử lý nền đường đắp trên đất yếu Các giải pháp xử lý nền đất yếu phân đoạn: Km 0+839,65 – Km 1+470,00 Kết quả kiểm toán khi chưa xử lý Giải pháp sử bằng cọc tre hoặc thay đất Các giải pháp xử lý nền đất yếu phân đoạn: Km 2+200,00 – Km 2+650,00 Kết quả kiểm toán khi chưa xử lý Giải pháp sử dụng đường thấm thẳng đứng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường Giải pháp sử dụng đường thấm thẳng đứng kết hợp bệ phản áp Giải pháp sử dụng cọc xi măng - đất