Gia cố đẩt bằng phương pháp đầm nén động

Like và chia sẻ bài viết
1. Giới thiệu
Đầm nén động là phương pháp làm chặt đất đạt tới một độ sâu tương đối lớn khi thực hiện đầm nén tại bề mặt đất. Đất được chặt lại do việc nâng và để rơi tự do của một quả trùy nặng trên bề mặt đất. Trong lượng của quả trùy thường được sử dụng trong khoảng 6 tấn đến 30tấn với chiều cao nâng trùy trong khoảng 30 đến 60ft. Quá trình này thường được gọi bằng nhiều tên khác nhau như đầm nén cường độ cao, cố kết động, làm chặt sâu.

Đầm nén đọng thực chất là một quá trình đầm đất, khi đó các hạt đất được đẩy lại gần nhau và sắp xếp lại trong quá trình đầm. Quá trình này xảy ra tương tự như khi có một dụng cụ được lăn và rung trên mặt đất. Tuy nhiên, việc đầm nén thông thường thường được sử dụng cho đất mới được đắp và đầm được sử dụng cho đất tự nhiên. Khác nhau nữa là đầm nén thường thì quả trùy được nâng lên rất thấp (chỉ từ 9 đến 12inch). Độ ẩm của vật liệu được làm chặt thường được điều chỉnh trong khoảng độ ẩm tốt nhất (chỉ một vài % sai lệch). Thông thường đất được làm chặt nằm ở trên mực nước ngầm. Đối với đầm nén động, đất được làm chặt khi độ ẩm ở trạng thái tự nhiên. Độ sâu ảnh hưởng của đầm có thể đạt được đến lớp đát nằm dưới mực nước ngầm.
1.1. Đặc điểm của đất yếu
+ Đất sét mềm, bùn, cát rời, đất lẫn nhiều chất hữu cơ
+ Độ ẩm cao
+ Chỉ số nhão nhỏ hơn độ ẩm tự nhiên
+ Đất sét mềm: vượt quá độ lún cho phép; khả năng chịu lực
+ Đất cát rời: hóa lỏng.
1.2. Tiêu chuẩn để nhận định là đất yếu
Loại đất
Độ dày lớp đất, T
SPT, N
qu (kg/cm2)
qc (kg/cm2)
Đất sét, bùn
T<10m
N <4
qu < 0.6
qc < 8
T>10m
N <6
qu < 1.0
qc < 12
Đất cát

N < 10


1.3 Mục đích của việc cải tạok đất yếu
+ Giảm độ lún cực hạn cho móng.
+ Tăng cường độ của đất và vì vậy tăng khả năng chịu tải của móng
+ Tăng hệ số an toàn đối với các công truình dễ bị sạt lở hoặc hóa lỏng.
+ Giảm khả năng co ngót và trương nở của đất.
2. Hóa lỏng
2.1 Định nghĩa
+ Đất đắp bằng cát rời
+ Tăng áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình động đất.
+ σ’ = σ – u ( + Δu), σ = u> σ = 0
+ τ = c + σ’ taпф│
2.2 Một số trường hợp hóa lỏng đã xảy ra
+ Trận động đất ở Niigata ( 14.06.1964) M= 7,3
+ Trận động đất ở ChiChi ( 21.09.1999) M= 7,6
+ Trận động đất ở Tokyo ( 17.01.1995) M= 7,0
3. Các bước để lựa chọn phương pháp cho việc cải tạo nền đất (SIM)
+ Thí nghiệm hiện trường - SPT, CPT, Cắt cánh, PMT, DMT
+ Độ sâu của đất yếu
+ Các phương án cải tạo
+ Bước cuối cùng của việc lựa chọn các phương án
+ Hệ thống quan trắc: - tấm đo lún, ống đo mực nước áp piezometer, đo độ nghiêng
4. Đầm nén động sâu
4.1. Đầm nén động phù hợp với đất lắng đọng tự nhiên
Các thông số quan trọng nhất của đất lắng đọng để đánh giá sự phù hợp của phương pháp gia cố đầm nén động là:
+ Loại đất và cấu tạo địa tầng
+ Độ bão hòa
+ Hệ số thấm và độ dài của đường hầm
Đầm nén động làm việc tốt nhất cho trường hợp đất có độ bão hòa thấp, hệ số thấm của đất cao và đường thoát nước tốt. Đất lắng đọng tự nhiên mà coi là tốt nhất để lựa chọn đầm nén động là đất có kích thước hạt lớn hệ số thấm cao. Nếu đất lắng đọng nằm trên mực nước ngầm, hiện tượng làm chặt có thể xảy ra ngay lập tức, các hạt đất sẽ được đẩy vào ở một trạng thái chặt hơn. Nếu đất nằm dưới mực nước ngầm và hệ số thấm đủ lớn để áp lực nước lỗ rỗng sinh ra bởi quá trình đầm nén có thể triệt tiêu ngay lập tức, độ chặt của đất có thể được cải tạo ngay lập tức. Đất lắng đọng có kích thước hạt lớn không chỉ bao gồm đất cát, sỏi mà ngay cả những loại đất như gạch vụn, chất thải của mỏ...
Những loại đất không thực sự phù hợp với đầm nén động là các loại đất sét bão hòa (kể cả loại được đắp hoặc tự nhiên). Đối với đất lắng đọng bão hòa, việc cải tạo không thể tiến hành được trừ khi giảm được độ ẩm của đất. Ở những loại đất sét có hệ số thấm thấp và khả năng thoát nước kém, áp lực nước lỗ rỗng sinh ra trong quá trình đầm nén không thể triệt tiêu được trừ khi cần phải đầm nén rất lâu. Thời gian để áp lực nước lỗ rống triệt tiêu được chính là lý do để đầm nén động không phù hợp với những loại đất này. Hơn nữa, độ chặt gần như thay đổi rất ít.
Có một nhóm thứ 3, là trung gian giữa đất hạt lớn và đất sét bão hòa. Đât phù sa là một trong các loại đất rơi vào nhóm này. Đầm nén động sẽ có hiệu quả cho đất phù sa, tuy nhiên do hệ số thấm thấp nên cần phải đầm nén làm nhiều lần để áp lực nước lỗ rỗng có thể triệt tiêu được. Đôi khi, cần phải mất cả ngày hoặc cả tuần để áp lực nước lỗ rỗng có thể triệt tiêu.
Không may mắn là không phải toàn bộ các tham số của đất để xác định độ phù hợp của phương pháp đầm nén đều có thể xác định một cách chính xác được. Hệ số thấm ngoài hiện trường có thể xác định qua các lỗ khoan, tuy nhiên điều này rất ít khi được thực hiện. Hệ số thấm có thêr được suy luận từ các chỉ tiêu cơ lý khác ví dụ như thí nghiệm xác định chỉ số nhão và dẻo. Chiều dài của đường thoát nước có thể được xác định thông qua các mẫu đất mặc dù không dễ dàng gì. Vì vậy chiều dài đường thấm chỉ có thể ước lượng được mà thôi. Đối với đất hạt mịn, độ bão hòa có thể xác định được thông qua thí nghiệm về độ ẩm và trọng lượng riêng của hạt. Đối với đất hạt thô, độ bão hòa có thể xác định qua vị trí của mực nước ngầm.
4.2. Dự báo chiều sâu hiệu quả của đất được cải tạo
Đầm nén động là kỹ thuật bắt đầu được áp dụng khá rộng rãi tại Mỹ đặc biệt là những đất phù sa. Đây là quá trình đầm liên tục một quả trùy nặng trên mặt đất với các khoảng cách thời gian nhất định. Trọng lượng của búa thường được sử dụng trong khoảng từ 8 đến 35 tấn và chiều cao nâng búa trong khoảng 7,5 đến 30,5mét. Độ bão hòa phụ thuộc vào:
+ Trọng lượng của búa
+ Chiếu cao nâng búa
+ Khoảng cách đặt búa (trên mặt đất)
Leonards và các cộng sự (1980) đã gợi ý rằng chiều sâu chịu ảnh hưởng cho phương pháp đầm nén động này có thể tính như sau:

Trong đó: DI = chiều sâu ảnh hưởng (m)
WH = Trọng lượng của búa (tấn)
h = Chiều cao búa rơi (m)
Partos và các cộng sự (1939) cung cấp một vài số liệu thu thập được từ các công trình trong thực tế. Năm 1992, Poran và Rodriguez đã gợi ý một vài thông số cho phương pháp đầm nén động đối với đất hạt. Với búa có chiều rộng là D, trọng lượng là WH và chiều cao rơi búa là h thì hình dạng của vùng được làm chặt có dạng như trên các biểu đồ, cho tỷ lệ a/D và b/D với NWHh/Ab (A = diện tích mặt cắt của búa; N = số lượng nhát búa yêu cầu). Phương pháp này có thể chia ra làm các bước sau:
+ Xác định chiều sâu ảnh hưởng cần thiết làm chặt, DII (=b)
+ Xác định trọng lượng của búa (WH), chiều cao rơi, kích thước của búa (h, A,D)
+ Số lượng nhát búa có thể xác định qua công thức: NWHh/Ab
+ Khoảng cách lưới Sg có thể bằng hoặc nhỏ hơn a.
4.3 Kết hợp đầm nén động và các phương pháp khác
Đối với những chỉ số về búa và chiều cao nâng búa hiện đang được sử dụng, chiều sâu ảnh hưởng của dất có thể đạt tới 35 hoặc 40ft. Nếu cần thiết phải cải tạo đất ở vị trí cao hơn thì cần phải kết hợp đầm nén động và các phương pháp khác ví dụ như phương pháp tạo trấn động sâu, cọc nén, nén cọc vữa... Thông thường thì những phương pháp gia cố này được thực hiện trước để làm chặt đất ở dưới sâu. Đầm nén động sẽ được thực hiện sau đó.
Ở những vùng đất có đất hạt mịn bão hòa, đầm nén động nên được làm kết hợp với bấc thấm. Khoảng cách giữua các bấc thấm vào khoảng 3 đến 4ft. Bấc thấm nên được kéo dài từ độ sâu được dự kiến làm chặt cho đến 3 hoặc 4ft dưới bề mặt đất nơi mà đất cát được phủ trên bề mặt.
4.4. Một ví dụ tại sân bay quốc tế Incheon
Sân bay quốc tế được lựa chọn ở vùng có mực nước biển thấp và điều kiện về môi trường là thuận lợi cho đầm nén động. Khu vực này được lựa chọn để áp dụng phương pháp đầm nén động qua tham khảo 11 khu vực khác nhau trong bán kính 100km từ Thủ đô Seoul.
Công trình được khởi công vào cuối năm 1992 và kết thúc tháng 3/2001. Công trình được xây dựng bởi việc quây 17,3km đập giữa 2 đảo Yongjong và Yongyu. Khoảng 3,8m3 đất đắp được sử dụng cho mỗi mét vuông. Đất nguyên thủy tại khu vực này bao gồm cát, sét và phù sa thuộc kỳ phù sa thứ 4. Độ dày của lớp đất yếu nằm trong khoảng 3 đến 11m với chiều dày trung bình khoảng 5m. Các chỉ tiêu cơ lý được trình bày trên bảng 1.
Bảng 1. Chỉ tiêu cơ lý của đất phù sa biển
Chỉ tiêu cơ lý
Giá trị
Độ ẩm (%0
25-40
LL (%)
30-50
PL (%)
10-23
Hệ số rỗng
0,7-1,1
Cường độ - không thoát nước (kN/m2)
11-55
Tỷ trọng của hạt
2,67-2,71
% lọt qua sàng No. 200
72-99
OCR
1.1 – 1.3
Thí nghiệm thí điểm được thực hiện với nhiều phương pháp gia cố nền khác nhau như cọc cát nén (D=0,5m, khoảng cách = 1,9m); cọc cát thoát nước (D=0,3; khoảng cách = 1,6m); hệ thoát nước (đường kính 1,2m; khoảng cách = 2,4m).
Độ lún của nền đất khi được gia tải trước là khá gần nhau (34-38cm). Tuy nhiên phương pháp cột cát với khoảng cách 2,8m được chọn bởi vì đất đắp bằng cát rất sẵn có. Tuy nhiên cũng chú ý rằng việc lựa chọn một đất cát phù hợp cho phương pháp cột cát và cột cát nén là không dễ dàng và khá đắt đỏ. Các phương án cải tạo trên đem lại hiệu quả cao bởi bản thân đất nền đã có khá nhiều thành phần cát.
Quá trình lún của nền đất theo tính toán là phải mất 30năm. Điều này cho thấy việc xử lý để sân bay được an toàn và chi phí nhỏ nhất là cần thiết.
Bảng 2. Độ lún cuối cùng tính toán được
Khu vực
Độ lún (cm)
Đường cất cánh
7,5
Đường hạ cánh
10
Khu vực chờ khách
10
Đường nội bộ
15
Các chi thiết đo lún được đặt ở rất nhiều điểm nhằm dự báo và quan trắc độ lún của nền đất. Độ lún của đường băng cất cánh là nhỏ hơn 1cm vào thời điểm tháng 12 năm 2000. Điều này cho thấy rằng quá trình cố kết thứ cấp của đất sét đá không xảy ra.
5. Đầm nén nông
5.1. Đầm nén bằng con lăn rung
Con lăn rung là một biện pháp khá hiệu quả để làm chặt đất hạt. Một hệ thống rung có thể gắn chặt với bánh trơn bằng cao su hoặc bánh răng cưa để truyền rung động vào đất. Con lăn có trọng lượng là 55,7kN và cái trống có kích thước 1,19m. Bên cạnh đó, độ chặt của nền đất phụ thuộc nhiều vào số lần bánh xe lăn. Thí nghiệm cho thấy, sau 15 lần lăn bánh qua, hiệu quả không tăng lên đáng kể cho những lần lăn bánh sau. Trọng lượng khô đạt được giá trị cực đại tại độ sâu 0,5m và sau đó giảm dần với chiều sâu của nền đất. Điều này có thể giải thích được là do thiếu lực ngang đối với đất gần mặt đất. Một khi quan hệ giữa độ sâu và độ chặt được xác định thì số lần lăn bánh qua cũng có thể tính toán được.
5.2. Đầm đất bằng bàn rung động
Một búa đầm thủy lực được sử dụng trong trường hợp chiều cao đất đắp vào khoảng 2 đến 6,1m, Đường kính của bàn đầm này vào khoảng 1,5m và trọng lượng vào khoảng 10 tấn cho khu vực cất và hạ cánh của đường băng và 7 tấn cho các khu vực khác. Số lượng lần đầm tại một vị trí là 20 lần và chiều cao nâng bàn đầm là 1,5 m. Khoảng cách đầm là 2,1m và áp lực nước lỗ rỗng được kiểm tra trong quá trình đầm.
GS. Eun Chul Shin - Khoa Xây dựng và môi trường, ĐH Incheon, Hàn Quốc
(Nguồn tin: Tuyển tập bài giảng “Xử lý đất yếu và kỹ thuật nền móng công trình”, 5/2007)
Viết và chia sẻ bình luận: Like để cập nhật các bài viết qua facebook. Cảm ơn bạn đã ghé thăm, ủng hộ!

About Tứ Đoàn Ngọc

Đoàn Ngọc Tứ chào mừng bạn tới với website và cảm ơn bạn đã ủng hộ trang này.