Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa

TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 1 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường

TÍNH TOÁN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP TRONG TRƯỜNG HỢP CHIỀU SÂU CẮM

BẤC NHỎ HƠN VÙNG GÂY LÚN CALCULATION LA CONSOLIDATION DE TERRAIN AYANT LA FONDATION

FAIBLE SOUS LE CHARGEMENT DE REMBLAI EN CAS DU PROFONDEUR DE VERTICAL DRAINAGE ARTIFICIEL QUI EST MOINS COURT QUE LA RÉGION

DE TASSEMENT ThS. NGUYỄN HỒNG HẢI

Khoa XD Cầu đường, Trường Đại Học Bách Khoa TÓM TẮT Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã và đang được ứng dụng nhiều cho các công trình trên thế giới và ở Việt nam. Tuy nhiên, hiện nay "Quy trình khảo sát thiết kế nền đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" chỉ hướng dẫn phương pháp tính toán độ cố kết của nền đất yếu trong phạm vi cắm bấc mà không xét ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến chiều sâu vùng gây lún. Bài báo nhằm mục đích giới thiệu và trình bày phương pháp tính toán độ cố kết nền đất yếu khi chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún. SOMMAIRE La technologie de traiter le terrains ayant la fondation faible a et encours d'appliquer beaucoup aux ouvrages dans le monde et au Vietnam. Pourtant, actuellement "le processus d'examiner de dresser le remblai sur les terrains faibles 22 TCN 262-2000" ne dirige qu'au méthode de calculer la consolidation de terrain faible dans le rayon ayant de vertical drainage artificiel, mais n'examine pas l'influence de profondeur de vertical drainage artificiel avec la région de tassement. L'article de journal vise le but de présenter le méthode de calculer la consolidation de terrain faible quand le profondeur de vertical drainage artificiel qui est moins court que la région de tassement. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Độ cố kết theo thời gian trong trường hợp có sử dụng hệ thống thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm, theo "Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" được xác định theo công thức :

)1)(1(1 vh UUU −−−= (1) Trong công thức trên, ta có : U - độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún Za khi có sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng (bấc thấm hoặc giếng cát). Uv - độ cố kết trung bình theo phương thẳng đứng trong phạm vi vùng gây lún Za. Như vậy, với ý nghĩa của U và Uv như trên thì Uh phải là độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún Za do có xử lý bấc thấm. Hay nói cách khác, việc tính toán độ cố kết trung bình U theo công thức trên chỉ hợp lý khi chiều sâu xử lý bấc thấm đến hết phạm vi vùng gây lún Za. Thực tế, đối với các nền đường đắp cao trên vùng đất yếu có chiều dày lớn, chiều sâu vùng gây lún Za thường rất lớn (trên 30m [5]). Việc xử lý bấc thấm đến hết phạm vi vùng gây lún có thể không kinh tế hoặc nhiều khi không thể thực hiện được. Lúc này, việc lựa chọn một chiều sâu cắm bấc hợp lý (nhỏ hơn vùng gây lún) nhưng vẫn đảm bảo về

Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa

TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 2 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường

mặt kinh tế và kỹ thuật là một giải pháp có thể đặt ra. Tuy nhiên "Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000" lại chưa đề cập vấn đề này trong tính toán thiết kế. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong trường hợp chiều sâu xử lý bấc thấm L nhỏ hơn vùng gây lún Za, lúc này ta có thể xem nền đất yếu trong phạm vi vùng gây lún Za bao gồm hai vùng như hình 1, trong đó : - Vùng 1: vùng có xử lý bấc thấm, có chiều dài L. - Vùng 2: vùng không xử lý bấc thấm, có chiều dài (Za - L) nằm dưới vùng 1. Nếu nền đất yếu ở trạng thái chưa cố kết xong hoặc cố kết bình thường thì cố kết theo phương thẳng đứng Uv vẫn xảy ra trong cả hai vùng 1 và 2 (vùng gây lún Za), còn cố kết theo phương ngang chỉ xảy ra trong vùng 1 (vùng có xử lý bấc thấm) và độ cố kết Uh tính được có thể xem là độ cố kết trong phạm vi có xử lý bấc thấm. Lúc này cố kết theo phương ngang trong vùng 2 (vùng không xử lý bấc thấm) không xảy ra và có thể xem độ cố kết theo phương ngang trong vùng hai Uh2 = 0. Độ lún cố kết theo phương ngang sau thời gian t trong vùng 1 có thể xác định theo công thức : Sh1 = Uh.S1 (2) Vì độ cố kết trung bình theo phương ngang trong vùng hai Uh2 = 0, nên độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún Za, có thể được xác định theo công thức : (3) Trong đó : S1 - độ lún tổng cộng của đất yếu trong vùng một do tải trọng đắp gây ra khi kết thúc quá trình cố kết trong phạm vi vùng gây lún Za . S - độ lún tổng cộng của đất yếu trong cả vùng 1 và vùng 2 (hay trong phạm vi vùng gây lún Za) * Ghi chú : Các trị số độ lún S1, S có thể xác định theo các phương pháp tính lún thông thường (phương pháp phân tầng lấy tổng). Do đó, độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún Za khi chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún có thể được xác định theo công thức :

Hçnh 1- Træåìng håüp chiãöu sáu báúc tháúm L <Za

Za

Báúc tháúm (hoàûc giãúng caït)

Nãön âàõp

L <Za

Âãûm caït 1:m 1:m

Âáút yãúu vuìng 1

Âáút yãúu vuìng 2

SSU

SSU h

hZah

11 ==

Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa

TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 3 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường

).1).(1(1 1

SSUUU hv −−−= (4)

Công thức (4) ở trên cho thấy : Độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún Za khi chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún có dạng tương tự như trường hợp chiều sâu cắm bấc hết vùng gây lún Za. Chỉ khác ở việc thay độ cố kết trung bình theo phương ngang Za

hU "trong phạm vi vùng gây lún Za" bằng độ cố kết trung bình theo phương ngang

Uh "trong phạm vi cắm bấc" nhân với tỷ số SS1 , và khi xác định được tỷ số

SS1 có thể xác

định được độ cố kết tổng cộng trong phạm vi vùng gây lún Za theo công thức như đã chỉ dẫn trong "Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000". Có thể tóm tắt trình tự chung khi tính toán độ cố kết nền đất yếu dưới tải trọng đắp khi chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún bằng các sơ đồ thuật toán chương trình như hình 2 :

Hình 2 - Thuật toán chương trình tính toán độ cố kết nền đất yếu khi chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Theo phương pháp tính toán hiện nay, khi không xét ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc với chiều sâu vùng gây lún, độ cố kết trung bình theo phương ngang Uh trong phạm vi cắm bấc ngoài việc phụ thuộc vào hệ số cố kết theo phương ngang Ch, thời gian

§

NhËp d÷ liÖu (Th«ng sè nÒn ®¾p,§.kiÖn ®Þa

B¾t ®Çu

X¸c ®Þnh øng suÊt g©y ra trong nÒn ®Êt (σZ,σbt)

X¸c ®Þnh chiÒu s©u vïng g©y lón Za

Gi¶ thuyÕt chiÒu s©u c¾m bÊc L1(L1 ≤ Za)

L1 < Za

1 2

S

X¸c ®Þnh ®é cè kÕt theo ph−¬ng ngang Uh=Uh1.S1/S

Uh1=exp{-8Th/(F(n)+Fr+Fs)}

X¸c ®Þnh ®é cè kÕt theo ph−¬ng ®øng

Uv = f(Tv)

§é cè kÕt trung b×nh UU = 1 – (1 - Uv)(1 – Uh)

X¸c ®Þnh ®é lón cè kÕtS1 vμ S

1

KÕt thóc

§é cè kÕt trung b×nh UU = 1 – (1 - Uv)(1 – Uh)

X¸c ®Þnh ®é cè kÕt theo ph−¬ng ®øng

Uv = f(Tv)

X¸c ®Þnh ®é cè kÕt theo ph−¬ng ngang

Uh=exp{-8Th/(F(n)+Fr+Fs)}

2

KÕt thóc

Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa

TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 4 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường

cố kết t,... còn phụ thuộc vào chiều sâu cắm bấc L (do chịu ảnh hưởng của sức cản Fr). Khi chiều sâu cắm bấc càng lớn, sức cản Fr càng tăng, độ cố kết Uh đạt được càng nhỏ (vì Uh tỷ lệ nghịch với Fr). Đây là điều hết sức vô lý vì chiều sâu xử lý bấc thấm càng tăng nhưng độ cố kết đạt được càng giảm. (hình 3 ).

Hình 3 - Ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến độ cố kết trung bình theo phương ngang Uh trong phạm vi cắm bấc

Hình 4 - Ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến độ cố kết trung bình theo phương ngang Uh

Za trong phạm vi vùng gây lún

404550556065707580859095

100

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0Thåìi gian cäú kãút t (nàm)

Cv= 5*10-8(m2/s), Ch=2Cv, Kh/qw=0.001 m-2, d=1.2 m

L= 5 m

L= 10 m

L= 15 m

L= 20 m

L= 25 m

L= 30 m

Độ

cố kết

trun

g bì

nh th

eo p

hươn

g ng

ang

tron

g phạm

vi v

ùng

gây

lún

UhZ

a Độ

cố kết

trun

g bì

nh th

eo p

hươn

g ng

ang

tron

g phạm

vi

cắm

bấc

Uh

0102030405060708090

100

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0Thåìi gian cäú kãút t (nàm)

Cv= 5*10-8(m2/s), Ch=2Cv,Kh/qw=0.001 m-2,d=1.2m

L= 30 m

L= 25 m

L= 20 m

L= 15 m

L= 10 m

L= 5 m

Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa

TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 5 Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường

- Trong trường hợp chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún, nếu sử dụng công thức (1) để tính toán độ cố kết của nền đất yếu thì độ cố kết đạt được lúc này chỉ là độ cố kết trung bình trong phạm vi cắm bấc. Trong khi đó, phần nền đất còn lại trong phạm vi vùng gây lún nằm ngoài vùng cắm bấc thấm (Za - L) chỉ xảy ra cố kết theo phương đứng (mà độ cố kết Uv này thường xảy ra rất chậm), do đó nếu áp dụng theo phưong pháp tính hiện này thì độ lún cố kết đạt được theo tính toán sau khi xử lý thường nhỏ hơn so với thực tế và kết quả nền đường vẫn tiếp tục lún trong quá trình khai thác. - Như vậy, trong trường hợp chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún, lúc này độ cố kết trung bình theo phương ngang Uh cần phải được xác định thông qua độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún theo công thức (3), tức là độ cố kết trung bình

ZahU "trong phạm vi vùng gây lún". Trị số độ cố kết này ngoài sự phụ thuộc vào ảnh hưởng

của nhân tố sức cản Fr, còn phụ thuộc tỷ số SS1 trong đó ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc

đến tỷ số SS1 là rất lớn [5]. Do đó, khi chiều sâu cắm bấc càng giảm, tỷ số

SS1 càng nhỏ,

độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún càng nhỏ và để đạt được độ cố kết yêu cầu cần tăng chiều sâu cắm bấc (Hình 4). Đây là vấn đề mà hiện nay các đơn vị thiết kế, cùng như Qui trình tính toán thiết kế chưa được đề cập đến. 4. KẾT LUẬN Ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đắp trên đất yếu nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết, rút ngắn thời gian xây dựng công trình là rất cần thiết. Đối với các nền đất yếu có chiều dày tương đối lớn, đặt trên lớp đáy khoáng chất có cường độ cao, nếu xử lý bằng bấc thấm đến hết chiều dày lớp đất yếu thì việc tính toán có thể áp dụng các công thức và trình tự tính toán như Qui trình tính toán hiện nay (22 TCN 262-2000). Tuy nhiên, đối với các nền đắp cao trên nền đất yếu có chiều dày khá lớn, đồng thời việc xử lý bằng bấc thấm không hết phạm vi vùng gây lún, lúc này cần lưu ý quan hệ giữa chiều sâu cắm bấc và vùng gây lún khi tính toán độ cố kết (hay nói cách khác là xác định độ lún còn lại của nền đắp) để nền đắp vẫn đảm bảo ổn định trong quá trình thi công cũng như quá trình khai thác sau này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ GTVT (2001), Qui trình khảo sát và thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262-2000, NXB Giao thông Vận tải.

[2] Viện Nghiên cứu Nền móng & Công trình Ngầm, Viện Thiết kế Nền móng Quốc gia (1995), Sổ tay thiết kế Nền và móng, Tủ sách Đại học Kiến trúc.

[3] D.T.Bergado, J.C.Chai, M.C.Alfaro, A.S.Balasubramaniam (1996), Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng, Bản dịch của Nguyễn Uyên và Trịnh Văn Cương, NXB Giáo Dục.

[4] Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình, Vũ Đình Phụng (2001), Đất xây dựng - Địa chất công trình và kỹ thuật cái tạo đất trong xây dựng, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

[5] Nguyễn Hồng Hải (2003), Tính toán xử lý nền đất yếu trong trường hợp chiều sâu giếng cát hoặc bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật.