ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 36
ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP GIẾNG CÁT BỌC VẢI
TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
NGÔ THỊ THANH HƢƠNG,
ĐỖ MINH NGỌC, NGUYỄN ĐÌNH THẮNG*
About Bagsand well to treat soft ground
Abstract: Bag sand well is one of the solutions to treat soft ground by
drainage combined with preloading. Because enclosed by fabric, so it does
not break well during construction like normal sand wells or it is not
twisted like wick drain at locations under great horizontal pressure. The
paper
9 trang |
Chia sẻ: huongnhu95 | Lượt xem: 483 | Lượt tải: 0
Tóm tắt tài liệu Đánh giá giải pháp giếng cát bọc vải trong xử lý nền đất yếu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
adopts the results of theoretical calculations and models of bag
sand well to verify, and compares with the wick drain method calculation
results under the same conditions, thereby making valuable conclusions
and recommendations.
Key words: Bag sand well, Consolidated settlement, Solf ground
1. ĐẶT VẤN ĐỀ *
Giếng cát có bọc vải là một trong những kỹ
thuật xử lý nền đất yếu mới, phƣơng pháp này
đƣợc phát triển từ phƣơng pháp giếng cát thông
thƣờng kết hợp với gia tải trƣớc. Ở Nhật Bản[3]
từ những năm 60 đã bắt đầu dùng giếng cát bọc
vải thay thế cho giếng cát thông thƣờng. Giếng
cát bọc vải đƣợc thi công bằng cách khoan tạo
lỗ, sau khi lỗ khoan đƣợc tạo xong thì tiến hành
hạ các túi cát xuống tạo nên hệ thoát nƣớc thẳng
đứng. Thông thƣờng giếng cát có bọc vải có
đƣờng kính nhỏ 7cm - 12cm, nên giếng cát có
bọc vải còn đƣợc gọi là giếng cát nhỏ. Đối với
giếng cát thông thƣờng đƣờng kính 30cm - 45
cm, khi thi công do đƣờng kính lớn nên dễ gây
sự xáo động của đất nền xung quanh giếng,
ngoài ra cho đƣờng kính lớn nên khi chiều sâu
xử lý lớn dễ gây ra hiện tƣợng đứt giếng hay khi
gia tải dƣới nền đƣờng phát sinh biến dạng
theo phƣơng ngang cũng gây ra hiện tƣợng
này
[3].
Do giếng cát bọc vải cát đƣợc bọc lại
nên hạn chế những nhƣợc điểm của giếng cát
thông thƣờng, đồng thời lƣợng cát sử dụng ít
hơn đem lại hiệu quả kinh tế. So với phƣơng
* Bộ môn Địa k thuật - Khoa Công trình- Trường Đại
học Công nghệ Giao thông vận tải
Số 54 Triều Khúc-Thanh Xuân - Hà Nội
pháp bấc thấm khi sử dụng giếng cát bọc vải
khi chiều sâu xử lý lớn thì hạn chế đƣợc nhƣợc
điểm của bấc thấm là rão bấc và hiện tƣợng
xoắn bấc ít ảnh hƣởng hơn đến khả năng thoát
nƣớc. Chính vì vậy, khi sử dụng giếng cát có
bọc vải có thể rút ngắn đƣợc thời gian thi công
đem lại hiệu quả về kinh tế.
2. LÍ LUẬN CỐ KẾT CỦA ĐẤT KHI XỬ
LÝ BẰNG GIẾNG CÁT
Đất nền dƣới tác dụng của tải trọng gia tải
sau một khoảng thời gian t khiến đất nền bị lún
một khoảng St hay còn gọi là độ lún cố kết của
và đƣợc đánh giá thông qua hệ số cố kết Ut là
tỉ số giữa độ lún theo thời gian St và độ lún
cuối cùng Sc. Khi tiến hành xử lý nền đất yếu
bằng phƣơng pháp giếng cát có bọc vải, đƣờng
thấm của nƣớc chảy theo hai phƣơng đứng và
ngang. Do đó, độ cố kết của đất nền khi xử lý
bằng giếng cát bọc vải thuộc cố kết theo 3
chiều. Theo lý luận cố kết thấm của Terzaghi,
tại một điểm bất kỳ trong đất có tọa độ (r, z)
bất kỳ thì độ cố kết của đất đƣợc thể hiện bằng
công thức sau[2]:
2
2
2
2 1
z
u
r
u
rr
u
C
t
u
v
(1)
Nếu hệ số thấm theo hai phƣơng đứng kv và
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 37
ngang kh khác nhau thì công thức (1) đƣợc viết
lại nhƣ sau:
2
2
2
2 1
z
u
C
r
u
rr
u
C
t
u
vh
(2)
Trong đó:
Ch, Cv - lần lƣợt là hệ số cố kết theo phƣơng
thẳng đứng và ngang, cm2/s;
n
h
h
a
ek
C
)1(
và
n
v
v
a
ek
C
)1(
(3)
Áp dụng phƣơng pháp tách biến và giải công
thứ (2) ta đƣợc:
2
2
z
u
C
t
u z
v
z
(4)
r
u
rr
u
C
t
u rr
h
r 1
2
2
(5)
Trong công thứ (4) và (5) uz và ur lần lƣợt là áp
lực nƣớc lỗ rỗng theo phƣơng đứng và ngang.
Kết hợp với các điều kiện biên ban đầu để
giải bài toán thì độ cố kết của đất nền theo hai
phƣơng đứng và ngang đƣợc tính nhƣ sau:
)1)(1(1 rzrz UUU (6)
Trong đó:
rzU - là độ cố kết trung bình xung quanh
giếng cát;
zU - là độ cố kết theo phƣơng đứng;
rU - là độ cố kết theo phƣơng ngang.
Theo lý thuyết của Terzaghi và Barron thì:
)(
8
1 nF
T
r
h
eU (7)
4
2
2
8
1
VT
z eU
(8)
Trong đó:
Th và Tv - là nhân tố thời gian;
2
e
h
h
d
tC
T
và
2H
tC
T VV (9)
F(n) - nhân tố xét đến ảnh hƣởng của khoảng
cách giếng
2
2
2
2
4
23
)ln(
1
)(
n
n
n
n
n
nF
(10)
Khi xét đến lực cản của giếng và đất xung
quanh giếng bị xáo trộn hệ số Fn đƣợc thay bằng
F = Fn + Fr + Fs, với:
w
s
s
h
s
w
h
r
d
d
k
k
F
q
kL
F
ln1
4
22
(11)
L - chiều dài đƣờng thấm, (m);
qw - khả năng thấm của giếng cát bọc vải, qw
= kw..dw
2
/4 ;
de - đƣờng kính ảnh hƣởng, (m);
dw, ds - đƣờng kính giếng cát bọc vải và
đƣờng kính khu vực đất bị xáo trộn quanh
giếng, (m).
Thay các công thức (7) và (8) vào công thức
(6) thì độ cố kết tổng đƣợc tính nhƣ sau:
t
rz eU
2
8
1 (12)
2
2
2 4
8
H
C
Fd
C v
e
h (13)
3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH ĐỘ CỐ KẾT
CỦA ĐẤT NỀN XỬ LÝ BẰNG GIẾNG CÁT
BỌC VẢI
Hiện nay, để tính toán độ cố kết của đất nền,
công thức phổ biến nhất thƣờng đƣợc dùng là của
Hansbo và Barron. Tuy nhiên, hai cách tính này
đều có chung một giả thiết là đất gia tải đƣợc đắp
một lần trong thời gian nhanh. So với thực tế công
trình, để đảm bảo đất nền không bị phá hoại, quá
trình gia tải phải đƣợc thực hiện theo từng cấp tải.
Sau một khoảng thời gian khi cƣờng độ đất nền
đạt đến cƣờng độ nhất định mới tiến hành đắp giai
đoạn tiếp theo. Nhƣ vậy, khi tính toán theo lý
thuyết của Hansbo và Barron cần phải có sự hiệu
chỉnh sao cho phù hợp với thực tế thi công ngoài
hiện trƣờng. Đến năm 1974, Yoshikuni[3] đã sử
dụng lí luận cố kết Biot tiến hành hiệu chỉnh từ
phƣơng trình cố kết thấm một chiều của Terzaghi,
sau khi cải tiến công thức tính đã xem xét đến
đồng thời cố kết hƣớng tâm và cố kết theo phƣơng
thẳng đứng. Sau đó, phƣơng pháp tính của Takagi
Shunsuke cũng đƣợc áp dụng để tính độ cố kết
của đất nền xử lý bằng giếng cát theo giai đoạn.
Hai phƣơng pháp này sau đó đƣợc áp dụng và cho
kết quả chính xác hơn[3].
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 38
3.1. Phƣơng pháp tính độ cố kết theo công
thức cải tiến của Terzaghi
Phƣơng pháp này giả định mỗi một cấp gia
tải tăng lên thì sự cố kết của của đất đƣợc độc
lập tiến hành. Với giả thiết nhƣ vậy, độ cố kết
của cấp gia tải trƣớc và gia tải sau không có
quan hệ với nhau. Về bản chất của giả thiết này
là sau mỗi một lần gia tải độ cố kết đƣợc hiệu
chỉnh theo tốc độ gia tải. Nếu cấp tải trọng khi
gia tải từ thời gian bắt đầu và kết thúc gia tải tn-
1 đến tn, thì độ cố kết trong khoảng thời gian t
với độ cố kết trong gia tải một lần tức thời trong
khoảng thời gian (t - tn-1)/2 là tƣơng đồng. Khi t
> tn thì độ cố kết của đất nền bằng độ cố kết
tính chất tải một lần tức thời tính từ thời điểm
(t- tn-1)/2. Dựa vào giả thiết trên khi nền đƣờng
đƣợc gia tải với nhiều cấp khác nhau, thì công
thức tính toán độ cố kết sau khi hiệu chỉnh đƣợc
tính nhƣ sau[3]:
p
ptt
tUU i
n
ii
t
1
1
2
' (14)
Trong đó:
Ut - độ cố kết sau khi hiệu chỉnh của nhiều
cấp gia tải tại thời điểm t;
U‘ - độ cố kết tức thời;
pi - tải trọng tăng lên sau cấp gia tải i;
p - tổng tải trọng gia tải;
ti, ti-1 - phân biệt là tải trọng gia tải lúc kết
thúc và bắt đầu của cấp gia tải thứ i.
3.2. Phƣơng pháp tính độ cố kết theo công
thức cải tiến của Takagi Shunsuke
Phƣơng pháp này căn cứ vào lí luận cố kết
khi xử lý nền bằng giếng cát của Barron để xem
xét tốc độ gia tải khi sử dụng giếng cát có bọc
vải để đƣa ra độ cố kết theo hƣớng tâm và theo
phƣơng đứng. Thực chất của phƣơng pháp này
là tiến hành hiệu chỉnh tốc độ cố kết sau một lần
gia tải tức thời. Đặc điểm chính của phƣơng
pháp này là không cần phải đạt đƣợc độ cố kết
của nền đƣờng trong điều kiện gia tải tức thời,
mà trực tiếp đạt đƣợc độ cố kết trung bình sau
khi hiệu chỉnh theo công thức sau[3]:
n
i
TTt
ii
i
t
ii eeeTT
p
q
U
1
1
1
(15)
Trong đó:
Ut - độ cố kết của đất sau khi hiệu chỉnh tại
thời điểm t sau khi các cấp gia tải;
qt - tải trọng gia tải thứ i;
p - tổng tải trọng gia tải;
Ti, Ti-1 - phân biệt thời gian bắt đầu gia tải và
kết thúc gia tải thứ i;
4. ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
4.1. Khái quát công trình
Đoạn tuyến nghiên cứu có chiều dài 576m
từ Km22 + 237.16 – Km22 + 912.16 thuộc dự
án nâng cấp đƣờng tỉnh 923C, gồm hai làn xe,
chiều cao đắp thiết kế 4.5m, bề rộng mặt đƣờng
xe chạy là 7m và bề rộng nền đƣờng là 12m.
Cấp đƣờng là đƣờng cấp III đồng bằng (theo
TCVN 4054-2005), tốc độ thiết kế V=80Km/h.
Mặt đƣờng cấp cao A1, mô đun đàn hồi yêu
cầu Eyc 160Mpa; hệ số mái dốc: 1/1.5; chiều
cao đắp 4.5m; đất đắp đƣờng có đ =
18.5(kN/m
3
); υ = 30º.
Điều kiện địa chất khu vực nghiên cứu gồm
các lớp đất:
(1) Lớp 1: Lớp đất đắp: Lớp này phân bố rất
hạn chế tại khu vực dân cƣ, khu vực đƣờng hiện
tại và các bờ kênh, mƣơng trong khu vực, cao
độ mặt lớp trùng với cao độ thiên nhiên. Bề dày
lớp tại các lỗ khoan thăm dò là 0.60 1.7m.
(2) Lớp 2:Bùn sét lẫn hữu cơ màu, xám đen,
xám nâu lẫn hữu cơ, phân bố dƣới lớp 1, bề dày
biến đổi từ 12.20 21.9m. Thành phần chính
của lớp là bùn sét lẫn hữu cơ, màu xám đen, xám
nâu trạng thái chảy ~ dẻo chảylẫn hữu cơ.
(3) Lớp 3: Sét pha màu xám nâu, xám xanh,
trạng thái dẻo cứng - nửa cứng nằm ngay dƣới lớp
số 2, bề dày của lớp tại lỗ khoan biến đổi từ 2.10
21.7m.
Lớp 4 - Sét màu nâu vàng, trạng thái nửa cứng
đến cứng, lớp này phân bố dƣới lớp 3 ở độ sâu
29.10m có bề dày chƣa kết thúc, là lớp có sức
chịu tải tốt.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 39
Bảng 1. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý dùng tính toán của các lớp đất nền chính
Lớp đất Ký hiệu Đơn vị Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4
Trọng lƣợng thể tích tự nhiên 0 kN/m
3
16,0 18,7 19,4
Trọng lƣợng riêng ∆ kN/m3 2,67 2,71 2,72
Độ ẩm tự nhiên W % 42,5 30,5 28,5
Độ ẩm giới hạn dẻo WP % 23,6 25,96 24,58
Độ ẩm giới hạn chảy WL % 36,8 45,16 43,28
Chỉ số dẻo IP % 13,2 19,2 18,7
Độ sệt IL 1,43 0,23 0,10
Hệ số OCR 1,00 1,00 1,00
Hệ số rỗng eo 1,574 0,878 0,755
Hệ số cố kết Cv 10
-3
cm
2
/s 0,546 1,288 1,288
Hệ số thấm K m/s 2,5x10-8 4,81x10-6 4,69x10-6
Chỉ số nén lún a1-2 m
2
/kN 1,435×10
-3
8,29×10-5 7,54×10-5
Mô đun biến dạng E kN/m2 1572 9850 10830
Góc ma sát trong Độ 1
o30‘ 16o46‘ 19o11‘
Lực dính C kN/m2 14,20 24,50 30,4
Theo báo cáo khảo sát địa chất mực nƣớc
ngầm phân bố trên toàn tuyến, nguồn cung cấp
chủ yếu là nƣớc mặt, Độ sâu mực nƣớc nằm ở
độ sâu 1.0 - 2.0m so với mặt tự nhiên.
4.2. Xác định chiều sâu tính lún và độ lún
cố kết
Khi tính lún cố kết, chiều cao đắp không xét
đến chiều cao quy đổi từ tải trọng xe cộ vì độ lún
cố kết chỉ xảy ra khi tải trọng tác dụng lâu dài. Để
tính toán, khối đắp đƣợc qui về tải trọng rải đều có
bề rộng là 18.75m. Nền đất dƣới khối đất đắp
đƣợc phân chia thành các phân lớp nhỏ, mỗi phân
tố có chiều dày 0.2-0.4b (b là chiều dày lớp đất
yếu), kết quả tính lún đƣợc thể hiện trong bảng 2:
Bảng 2. Kết quả tính ứng suất tại tim dƣới nền đƣờng đắp
Lớp Z (m) b' (m) z/b‘ K0 gl (kN/m
2
) σbt (kN/m
2
)
2
0 18,75 0,00 1,00 83,25 0,00
2 18,75 0,11 0,99 82,4175 12,0
4 18,75 0,21 0,98 81,585 24,0
6 18,75 0,32 0,95 79,0875 36,0
8 18,75 0,43 0,87 72,4275 48,0
10 18,75 0,53 0,81 67,4325 60,0
12 18,75 0,64 0,73 60,7725 72,0
14 18,75 0,75 0,67 55,7775 84,0
16 18,75 0,85 0,61 50,7825 96,0
18 18,75 0,96 0,58 48,285 108,0
19.54 18,75 1,04 0,53 44,1225 117,2
3 20 18,75 1,07 0,51 42,4575 121,2
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 40
Lớp Z (m) b' (m) z/b‘ K0 gl (kN/m
2
) σbt (kN/m
2
)
22 18,75 1,17 0,50 41,625 138,6
24 18,75 1,28 0,43 35,7975 156,0
24.96 18,75 1,33 0,42 34,965 164,4
4
26.6 18,75 1,42 0,41 34,1325 183,2
28.96 18,75 1,54 0,41 34,1325 202,0
30.96 18,75 1,65 0,37 30,8025 220,8
32.96 18,75 1,76 0,35 29,1375 239,6
34.96 18,75 1,86 0,33 27,4725 258,4
36.96 18,75 1,97 0,32 26,64 277,2
Tại độ sâu 30,96m, ta có z = 30,6 kN/m
2
, bt =
220,8 kN/m
2
, thỏa mãn điều kiện σz ≤ 0,15σbt nên
chiều dày vùng hoạt động nén ép là 30,96m. Nhƣ
vậy, độ lún cố kết của đất nền đƣợc tính đến vùng
hoạt động nén ép 30.96m: Các lớp đất có OCR = 1,
Kết quả tính lún đƣợc thể hiện trong bảng 3.
Bảng 3. Kết quả tính độ lún cố kết của đất nền
Lớp Hi (m) Cc Cr
gl
(kN/m
2
)
`σbt
(kN/m
2
) c
i
gl
i
bt
lg
bt
i
gl
i
bt
lg
bt
c
lg Si
(m)
2
2 0,483 0,2 83,25 12,0 0,0155 0,8997 0,88 0,4440
2 0,483 0,2 82,4175 24,0 0,0637 0,6468 0,58 0,3116
2 0,483 0,2 81,585 36,0 0,1070 0,5140 0,41 0,2394
2 0,483 0,2 79,0875 48,0 0,1408 0,4229 0,28 0,1893
2 0,483 0,2 72,4275 60,0 0,1587 0,3438 0,19 0,1475
2 0,483 0,2 67,4325 72,0 0,1810 0,2870 0,11 0,1161
2 0,483 0,2 60,7725 84,0 0,1974 0,2364 0,04 0,0886
2 0,483 0,2 55,7775 96,0 0,2179 0,1989 -0,02 0,0670
2 0,483 0,2 50,7825 108,0 0,2375 0,1674 -0,07 0,0485
1,54 0,483 0,2 48,285 117,2 0,2554 0,1498 -0,11 0,0287
3
0,46 44,1225 121,2 0,0015
2 42,4575 138,6 0,0061
2 41,625 156,0 0,0060
0,96 35,7975 164,4 0,0025
6
2 34,965 183,2 0,0051
2 34,1325 202,0 0,0049
2 30,8025 220,8 0,0045
Tổng Sc (m) 1,71
Tổng độ lún cố kết là Sc = 1.71 m và độ lún
cuối cùng: S= (1.2-1.0).Sc =2.04m
4.3. Thiết kế giếng cát bọc vải
(1) Hệ thống thoát nƣớc ngang
Chiều dày lớp đệm cát thoát nƣớc ngang theo
22TCN 262 - 2000 đƣợc xác định h = độ lún dự báo
+ (0,20,4) (m). Do vậy, chiều dày lớp đệm cát thoát
nƣớc ngang đƣợc lựa chọn là 2,0m. Cát sử dụng Cát
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 41
phải là cát hạt trung trở lên có: hàm lƣợng hạt >
0.25mm chiếm trên 50%; hàm lƣợng hạt < 0.08mm
chiếm ít hơn 5%; hàm lƣợng hữu cơ < 5% và hệ số
thấm K = 0,021 cm/s có trọng lƣợng thể tích =
18,5 kN/m
3. Do lớp đất yếu nằm ngay bên dƣới lớp
đệm cát nên ở đây sử dụng một lớp vải địa kỹ thuật
không dệt có cƣờng độ chịu kéo >12kN/m.
(2) Hệ thống thoát nƣớc thẳng đứng
Giếng cát bọc vải có đƣờng kính 7cm, chiều
dài 19,54m cắm hết lớp đất yếu, bố trí theo
mạng lƣới ô vuông, khoảng cách giữa các tim
giếng cát là 1,5m, giếng ngập sâu vào lớp đệm
cát 0,5m. Cát đƣợc sử dụng giống với yêu cầu
cát sử dụng làm đệm cát.
(3) Chiều cao đắp theo giai đoạn
Kết quả phân tích, đánh giá điều kiện và các
vấn đề địa chất công trình đã trình bày ở trên cho
thấy nền đoạn tuyến đƣờng có sức chịu tải thấp.
Khi đắp đƣờng có thể xảy ra các hiện tƣợng nhƣ
lún trồi, trƣợt cục bộ. Ngoài ra, độ lún của nền đất
lớn, nếu đắp liên tục nền đƣờng tới cao trình thiết
kế thì nền đắp sẽ mất ổn định. Do vậy, chiều cao
đắp đoạn tuyến đƣợc lựa chọn đắp theo 4 giai
đoạn trong đó giai đoạn 1 đắp cao1m và giai
đoạn hai 2m, giai đoạn 3 đắp cao đến 3m và giai
đoạn cuối đắp cao đến chiều cao 4,5m, trong đó
thời gian chờ giữa giai đoạn 3 và 4 là 60 ngày.
(4) Kết quả tính độ cố kết theo thời gian khi
xử lý bằng giếng cát bọc vải
Từ các công thức trình bày ở mục 3 ta có các
chỉ tiêu tính toán giếng cát bọc vải đƣợc tổng
hợp trong bảng 4:
Bảng 4. Các chỉ tiêu tính toán giếng cát bọc vải
Các chỉ tiêu tính toán Đơn vị Giá trị
Đƣờng kính giếng dw m 0,07
Đƣờng kính ảnh hƣởng de m 1,695
Tỷ số Barron 22,5
Hệ số cố kết trung bình theo phƣơng thẳng đứng Cv
tb
cm
2
/s 0,546*10
-3
Hệ số cố kết trung bình theo phƣơng thẳng ngang Ch
tb
cm
2
/s 1,0923*10
-3
Nhân tố xét đến ảnh hƣởng của khoảng cách giếng F(n) 2,37
Nhân tố xét đến ảnh hƣởng của vùng đất bị xáo động xung quanh giếng Fs 1,0986
Nhân tố xét đến ảnh hƣởng về sức cản của giếng Fr 0,588
Hệ số 0,811
Hệ số 0,0072
Để phù hợp với thực tế thi công đắp theo giai
đoạn, trong phạm vi bài báo áp dụng công thức
của Takagi Shunsuke để tính độ cố kết theo thời
gian khi sử dụng giếng cát bọc vải, kết quả tính
thể hiện trong bảng 5:
Bảng 5. Kết quả tính độ cố kết khi xử lý nền bằng giếng cát bọc vải
Cấp gia tải Giá trị gia tải (kPa) Thời gian đắp (d) Thời gian chờ (d) Độ cố kết U(%)
1 18,5 10 60 12,4%
2 18,5 10 60 25,1%
3 23,125 10 100 51,7%
4 23,125 10 100 90,4%
4.4. So sánh với kết quả mô hình
Tác giả sử dụng phần mềm Plaxis 2D tiến
hành thiết lập mô hình tính toán. Xem xét mặt
cắt ngang nền đƣờng là đối xứng, do đó mô hình
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 42
đƣợc thiết lập 1/2 chiều dài mặt cắt ngang nền
đƣờng. Chiều rộng mô hình 36m rộng hơn so
với bề rộng 1/2 nền đƣờng là 3 lần. Tim đƣờng
và biên bên phải đƣợc cố định không cho
chuyển vị theo phƣơng ngang, đáy mô hình
đƣợc cố định không thấm nƣớc, phƣơng thẳng
đứng tự do, bề mặt là mặt thoáng tự do và là mặt
thấm nƣớc. Căn cứ vào báo cáo kết quả khảo
sát, các tham số tính toán và mô hình đƣợc thể
hiện trong bảng 6.
Bảng 6. Tham số tính toán
Ký hiệu
lớp đất
E (kN/m
2
)
(kN/m
3
)
c
(kN/m
2
)
(o)
Kv
(m/d)
Kh
(m/d)
Đất đắp 3000 0,3 18,5 10 30 - -
2 1572 0,3 18,5 14,2 2,28 2,16×10-3 4,32×10
-3
3 9850 0,26 18,7 24,5 16,5 4,8×10-6 9,6×10
-6
4 10830 0,26 19,4 30,4 19,18 4,69x10-6 9,38×10
-6
Kết quả tính toán mô hình đƣợc thể hiện nhƣ các hình 1a, 1b, 1c và 1d.
(a) Độ lún sau khi chờ lún giai đoạn 1
(b) Độ lún sau khi chờ lún giai đoạn 2
(c) Độ lún sau khi chờ lún giai đoạn 3
(d) Độ lún sau khi chờ lún giai đoạn 4
Hình 1. Kết quả tính độ lún theo giai đoạn đắp bằng mô hình Plaxis
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 43
-30-25-20-15-10-50
1
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
1.35
Uy [m]
Sum-Msf
Chart 1
Curve 1
Hình 2. Kết quả hệ số ổn định nền đường sau
khi kết thúc giai đoạn đắp
Từ kết quả mô hình cho thấy kết thúc giai
đoạn 1 độ lún đạt là 240.07mm, giai đoạn 2 là
447,81mm, giai đoạn 3 là 924,23mm và giai
đoạn cuối là 1,55 m tƣơng ứng với độ cố kết đạt
đƣợc lần lƣợt là 14,04%, 26,16%, 54,04% và
90,64%. Kết quả này so với kết quả tính toán lý
thuyết của Tagaki Shunsuke là khá phù hợp, sai
số không quá lớn. Ngoài ra, từ hình 2 cho thấy
hệ số an toàn sau khi đắp giai đoạn cuối FS =
1,313 thỏa mãn yêu cầu về ổn định.
4.5. So sánh với xử lý bằng bấc thấm
4.5.1. So sánh hiệu quả về thời gian xử lý
Hiện nay, với các phƣơng pháp thoát nƣớc
thẳng đứng, thiết thị tiêu nƣớc chủ yếu sử dụng là
bấc thấm và giếng cát. Do vậy, để đánh giá hiệu
quả về kinh tế và kỹ thuật khi sử dụng giếng cát
bọc vải, bài báo tiến hành tính toán giải pháp bấc
thấm để so sánh với các thông số tính toán bấc
thấm đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay nhƣ sau:
Bảng 7. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu tính toán bấc thấm
Các chỉ tiêu tính toán Đơn vị Giá trị
Đƣờng kính tƣơng đƣơng dw m 0,052
Đƣờng kính hiệu quả de m 1,695
Tỷ số Barron 32,596
Hệ số cố kết trung bình theo phƣơng thẳng đứng Cv
tb
m
2/năm 1,722
Hệ số cố kết trung bình theo phƣơng thẳng ngang Ch
tb
m
2/năm 3,444
Nhân tố xét đến ảnh hƣởng của khoảng cách bố trí bấc thấm F(n) 2,37
Nhân tố xét đến ảnh hƣởng của vùng đất bị xáo động xung quanh
bấc thấm Fs
1,098
Nhân tố xét đến ảnh hƣởng về sức cản của bấc thấm Fr 0,8
Áp dụng các công thức (7) và (8) kết quả tính
toán độ cố kết cùng thời gian đắp và chờ giếng
cát đƣợc tổng hợp trong bảng 8:
Bảng 8. Kết quả tính độ cố kết khi xử lý
nền bằng bấc thấm
Cấp
gia tải
Thời gian
đắp (d)
Thời gian
chờ (d)
Độ cố kết
U(%)
1 10 60 43,4%
2 10 60 61,3%
3 10 100 79,04%
4 10 105 88,7%
Từ kết quả tính toán trong bảng 8 cho thấy,
giai đoạn bắt đầu tiến hành gia tải tốc độ thoát
nƣớc của bấc thấm là khá tốt, tuy nhiên đến các
giai đoạn sau tốc độ thoát nƣớc có giảm dần.
Nguyên nhân là khi xét đến các nhân tố ảnh
hƣởng đến sức cản của giếng và bấc thấm thì
giá trị sức cản của bấc thấm lớn hơn. Ngoài ra,
theo thời gian cùng biến dạng của đất nền tăng
lên khiến cho bấc thấm cũng bị biến dạng theo
và biến dạng này lớn hơn so với giếng đƣợc bọc
vải nên ít nhiều cũng ảnh hƣởng đến khả năng
thoát nƣớc của bấc và để đất nền đạt đƣợc độ cố
kết 90% cần 340 ngày nhiều hơn so với xử lý
bằng giếng cát bọc vải 15 ngày.
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3 - 2020 44
4.2.1. So sánh về chi phí
Với chiều dài đoạn tuyến nghiên cứu là 576m
và bề rộng nền gia cần xử lý là 25,5m và
bấc/giếng đƣợc bố trí theo mạng lƣới ô vuông
với khoảng cách 1,5m thì cần số lƣợng là 6528
bấc/giếng, với chiều dài mỗi bấc/giếng là
20.04m thì chi phí vật liệu đƣợc tổng hợp trong
bảng 9:
Bảng 9. Bảng tổng hợp chi phí vật liệu
Hạng mục Đơn vị Đơn giá (VND) Khối lƣợng Thành tiền (VND)
Bấc thấm m 4.300 137.349 590.600.700
Giếng cát
bọc vải
Cát m
3
220.000 528.313 112.693.465
Túi bọc m 4.100 137.349 563.130.900
Từ bảng 9 có thể thấy rằng chi phí khi sử
dụng giếng cát bọc vải có giá thành đắt hơn so
với bấc thấm khoảng 15%.
5. KẾT LUẬN
Giếng cát bọc vải là một trong những giải
pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả đã đƣợc sử
dụng khá nhiều ở các nƣớc. So với giếng cát
thông thƣờng thì giải pháp này tiết kiệm hơn về
mặt chi phí do đƣờng kính nhỏ hơn, khắc phục
đƣợc hiện tƣợng đứt giếng trong quá trình thi
công, chính vì vậy chiều sâu xử lý lớn hơn.
Ngoài ra, từ kết quả tính toán cho thấy so với
giải pháp bấc thấm thì giải pháp giếng cát bọc
vải tiết kiệm đƣợc thời gian cố kết của đất nền,
nhƣng chi phí vật liệu cao hơn so với giải pháp
bấc thấm. Ở đây, bài báo không đánh giá
phƣơng pháp nào tốt hơn, mà chỉ đƣa ra thêm
giải pháp tùy trong điều kiện thực tế để lựa chọn
sao cho có hiệu quả. Trong một số điều kiện
nhƣ lớp đất yếu cần xử lý lẫn nhiều hữu cơ gây
khó khăn trong quá trình cắm bấc thì có thể xem
xét đến giải pháp giếng cát bọc vải hay trong
điều kiện không có nguồn cát thì nên xem xét sử
dụng giải pháp bấc thấm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ Giao thông vận tải (2001), Tiêu chuẩn
k thuật công trình giao thông, 22 TCN 262 –
2000, Qui trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô
đắp trên đất yếu - Tiêu chuẩn thiết kế (Tập 4),
NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.
[2] Cao Văn Chí và Trịnh Văn Cƣơng
(2003), Cơ học đất, Nhà xuất bản Xây dựng,
Hà Nội.
[3] Zhong Tian Ming, Study on settlement
and stability of vertieal drains improved
roadbed, Master thesis Gunagdong University
of Technology, 2005.
[4] Youyun Li, Zhenyi, ZhongShan Liang,
Dynamic design height of embakment
preloading soil in Dongting lake district,
Applied mechanics and Materials, Vols 204 -
208(2012), PP 452 - 456, Trans tech
publication, Switzerland, 2012.
[5] Zheng Jun, Settlement Analysis of the
Staged Loading on a Soft Soil Improvement for
the Stockyard of a Steel Mill. Soil engineering
and Foudation, 2012, Vol 26(3), Pp76-78.
Người phản biện: PGS,TS. NGUYỄN HUY PHƢƠNG
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- danh_gia_giai_phap_gieng_cat_boc_vai_trong_xu_ly_nen_dat_yeu.pdf