Luận văn Thạc sĩ: Phân tích đánh giá kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng tại một số đoạn nền đắp trên đất yếu – Khu đô thị mới Bắc An Khánh

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Phân tích đánh giá kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng tại một số đoạn nền đắp trên đất yếu – Khu đô thị mới Bắc An Khánh" trên cơ sở kết quả quan trắc hiện trường về độ lún và áp lực nước lỗ rỗng tại một số đoạn nền đắp trên đất yếu – Khu đô thị mới Bắc An Khánh, học viên sẽ sử dụng một số phương pháp xử lý số liệu tham khảo ở các quy trình và tài liệu trong và ngoài nước, tiến hành tính toán phân tích đánh giá kết quả quan trắc và hiệu quả của các giải pháp xử lý nền đất yếu tại đó, đồng thời đưa ra các khuyến nghị về cách thức hợp lý để tổ chức quan trắc và xử lý số liệu quan trắc hiện trường áp dụng cho công tác thi công xử lý nền đất yếu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ: Phân tích đánh giá kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng tại một số đoạn nền đắp trên đất yếu – Khu đô thị mới Bắc An Khánh

1 MỤC LỤC MỤC LỤC…………………………………………………………………..…….…1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT………………………...…...4 DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………..……...5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……………………………………..….…..6 MỞ ĐẦU……………………………………………………………...……………..8 1. Mục đích và ý nghĩa thực tiễn của đề tài………………………………..……..8 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……………………………………...…….…9 3. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………...……...9 4. Nội dung chính được thể hiện trong luận văn…………………………...…….9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CÔNG TÁC QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỂ DỰ BÁO ĐỘ LÚN CUỐI CÙNG VÀ HỆ SỐ CỐ KẾT. 1.1 Tổng quan về đất yếu…………………………………………………...…….10 1.1.1 Định nghĩa và phân loại đất yếu……………………………………..…….…10 1.1.2 Các yêu cầu về ổn định………………………………………………………12 1.1.3 Các yêu cầu về lún…………………………………………………..……….14 1.2 Tổng quan về công tác quan trắc hiện trường trong thi công nền đắp trên đất yếu………………………………………………………………………..……16 1.2.1 Quan trắc lún……………………………………………………..…………..16 1.2.1.1.Mục đích………………………………………………………...…………16 1.2.1.2. Các phương pháp quan trắc lún…………………………………..…….….17 1.2.1.3. Lựa chọn điểm đo và mặt cắt đo…………………………………..………19 1.2.1.4. Chu kỳ đo…………………………………………………………….……20 1.2.2 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng…………………………………….…..…...…20 1.2.2.1. Mục đích……………………………………………………….…..…...…20 1.2.2.2. Nguyên lý đo - một số khái niệm…………………………………….……21 1.2.2.3. Các hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezometer)……………………..…22 1.2.2.4. Lựa chọn loại Piezometer……………………………………………….…24 1.1.2.5. Lựa chọn vị trí đo – tần suất ghi kết quả………………………………..…24 1.2.2.6. Khai thác và xử lý kết quả………………………………….…………...…25 1.2.3 Quan trắc chuyển vị ngang………………………………...…………………26 1.2.3.1. Mục đích…………………………………………………………………..26 1.2.3.2. Thiết bị đo…………………………………………………………………26
2 1.3 Các phương pháp phương pháp phân tích số liệu quan trắc để dự báo độ lún cố kết cuối cùng và hệ số cố kết……………………………………………...27 1.3.1. Phương pháp dự báo độ lún cố kết cuối cùng từ kết quả quan trắc lún……..28 1.3.1.1. Phương pháp Asaoka…………………………………………………..….28 1.3.1.2. Phương pháp Hyperbolic…………………………….…………………....29 1.3.1.3. Phương pháp 3 điểm……………………………………….……………...31 1.3.2. Phương pháp tính ngược hệ số Cv , Ch từ kết quả quan trắc…………….…..32 1.3.2.1 Phương pháp tính ngược hệ số C v từ kết quả quan trắc lún…………….....32 1.3.2.2. Phương pháp tính ngược C v từ việc xác định vùng hoạt động cố kết theo thời gian………………………………………………………………………..…..33 1.3.2.3. Phương pháp tính ngược hệ số Ch …………………………………….…..34 1.4 Kết luận chương 1…………………………………………………………….35 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ CÁC ĐOẠN NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CỦA KHU ĐÔ THỊ MỚI BẮC AN KHÁNH VÀ KẾT QUẢ QUAN TRẮC THU ĐƯỢC TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG. 2.1 Giới thiệu về vị trí và điều kiện địa chất…………………………………….37 2.1.1. Vị trí…………………………………………………………………………37 2.1.2. Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn……………………………………..…37 2.1.2.1. Mặt cắt địa chất ………………………………………………………..….37 2.1.2.2. Đặc trưng vật lý………………………………………………….……..….41 2.1.2.3. Đặc trưng cố kết……………………………………………….….…….…42 2.1.2.4. Sức kháng cắt……………………………………………………….……..42 2.1.2.5 Mực nước ngầm……………………………………………………………43 2.2 Yêu cầu và các giải pháp xử lý………………………………………………43 2.2.1 Yêu cầu thiết kế……………………………………………………….….….43 2.2.2. Các giải pháp xử lý và tính toán thiết kế nền đắp trên đất yếu………..….....44 2.3 Thi công các đoạn nền đắp ………………………………………………..…46 2.4 Bố trí hệ thống quan trắc……………………………………………….……47 2.4.1 Lắp đặt thiết bị quan trắc lún……………………………………………..….48 2.4.2 Lắp đặt thiết bị quan trắc chuyển vị ngang………………………...……...…49 2.4.3. Lắp đặt thiết bị quan trắc áp lực nước lỗ rỗng…………………….……...…50 2.4.4 Lắp đặt giếng quan trắc mực nước ngầm………………………….….…...…51
3 2.5 Các kết quả quan trắc trong quá trình thi công……………………………52 2.5.1 Kết quả quan trắc lún………………………………………….…………..…52 2.5.2 Kết quả quan trắc ALNLR…………………………………….…….…….…52 2.5.3 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang………………………….……….…...….52 2.5.4 Kết quả quan trắc mực nước ngầm………………………….……….…...….52 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ QUAN TRẮC 3.1 Tổng hợp và phân tích kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng ....…54 3.1.1 Xử lý số liệu quan trắc….……..……………………………..…….…….…..56 3.1.2 Biểu đồ diễn biến lún và áp lực nước lỗ rỗng dư trên các đoạn nền đắp…….56 3.1.3 Phân tích đánh giá kết quả quan trắc lún…………………………………….60 3.1.3.1 Lún tức thời………………………………………………..…….……...….61 3.1.3.2 Lún cố kết………………………………… ……..……………….……..…63 3.1.4 Phân tích đánh giá kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng…………………...65 3.1.5 Đánh giá sự phù hợp giữa kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng ……………………………………………………………………………………..68 3.2 Phân tích đối chiếu kết quả quan trắc lún thực tế so với dự báo thiết kết………………………………………………………………………………….68 3.2.1 Dự báo độ lún cố kết cuối cùng và xác định hệ số cố kết Cv, Ch từ kết quả quan trắc lún………………………….…………………………………………….68 3.2.2 So sánh đánh giá kết quả dự báo độ lún cố kết cuối cùng, hệ số cố kết giữa thiết kế và các phương pháp nội suy từ số liệu quan trắc …………………………72 3.3 Tổng hợp các vấn đề cần chú ý khi tổ chức quan trắc và phân tích số liệu quan trắc hiện trường.............................................................................................76 3.4 Kết luận chương 3 và kiến nghị ……………………………..………………80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………..…83 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………..………………………...85 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………..86
4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a: Khoảng cách giữa các bấc thấm hoặc giếng cát Cv: Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng Ch: Hệ số cố kết theo phương ngang CR: Giá trị trung bình của tỷ số nén lún De: Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm hoặc giếng cát F(n): Nhân tố xét đến ảnh hưởng khoảng cách bố trí bấc thấm hay giếng cát H: Cự ly thoát nước kh: Hệ số thấm theo phương ngang của nền đất k’h: Hệ số thấm theo phương ngang của nền đất ở vùng bị xáo động OCR: Tỷ số cố kết trước p’o: Ứng suất có hiệu qw: Khả năng thoát nước đơn vị R: Bán kính vùng ảnh hưởng (vùng tính toán) của bấc thấm (R=De/2) rw: Bán kính tương đương của bấc thấm rs : Bán kính vùng xáo động do việc cắm bấc thấm t: Thời gian ‘’t’’ u: Áp lực nước lỗ rỗng Ut: Độ cố kết ở thời gian t S: Độ lún Sc,t: Độ lún cố kết tại thời điểm ‘t’ S c , : Độ lún cố kết khi U = 100% Se: Độ lún tức thời Su: Sức kháng cắt không thoát nước của nền đất W : Trọng lượng riêng của nước  pz : Áp lực tiền cố kết của đất nền, tại độ sâu z z: Áp lực do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu z  vz : Áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất phía trên gây ra ở độ sâu z t :Bước thời gian ALNLR: Áp lực nước lỗ rỗng
5 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 – Độ lún dư cho phép ……………………………………………………16 Bảng 2.1 – Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất số 2…………………………...…40 Bảng 2.2 – Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 03 (lớp đất yếu)…………………41 Bảng 2.3 – Đặc trưng cố kết của lớp đất thứ 3 (lớp đất yếu)…………………...….42 Bảng 2.4 – Độ lún dư cho phép…………………………………………………….43 Bảng 2.5 – Kết quả tính toán tổng độ lún các đoạn nền đắp………………….……44 Bảng 2.6 – Phạm vi & mật độ bố trí bấc thấm………………………………..……45 Bảng 2.7 – Kết quả tính toán độ lún khi áp dụng biện pháp xử lý đất yếu……..….46 Bảng 2.8 – So sánh chiều sâu cắm bấc thấm giữa thực tế và thiết kế………….…..46 Bảng 2.9 – Tổng hợp khối lượng quan trắc………………………………….…….51 Bảng 2.10 –Tổng hợp dữ liệu quan trắc các tuyến đường D3-1, D4-2, D6-60B…..53 Bảng 3.1 - Tổng hợp kết quả quan trắc lún tại cuối thời điểm quan trắc…...……..60 Bảng 3.2 - Tổng hợp độ lún tức thời………………………………….. …...……..61 Bảng 3.3 - Tổng hợp độ lún cố kết tại cuối thời điểm quan trắc…………....……..64 Bảng 3.4 - Kết quả tính Ch cho các điểm đo – đường D4-2………………………67 Bảng 3.5 - Tổng hợp kết quả tính S c , và Cv theo phương pháp Asaoka……...….69 Bảng 3.6 – Bảng tổng hợp kết quả tính toán S c , theo phương pháp Hypecbolic...71 Bảng 3.7 – Bảng tổng hợp kết quả tính toán S c , , Cv theo phương pháp 3 điểm..…72 Bảng 3.8 – Tổng hợp so sánh độ lún cố kết cuối cùng, độ cố kết sự báo theo 3 phương pháp và theo thiết kế………………………………………………………73 Bảng 3.9 – So sánh độ lún cố kết cuối cùng giữa dự báo thiết kế và giá trị nội suy từ số liệu quan trắc lún………………………………………………………………..74 Bảng 3.10 – So sánh hệ số cố kết giữa số liệu khảo sát địa chất và giá trị nội suy từ số liệu quan trắc……………………………………………………………………76 Bảng P1 – Kết quả đo lún đường D3-1………………………………………….…87 Bảng P2 – Kết quả đo lún đường D4-2………………………………………….…89 Bảng P3 – Kết quả đo lún đường D6-60B……………………………………..…..92 Bảng P4 – Cao trình lắp đặt đầu đo ALNLR ……………………………………...93 Bảng P5 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D3-1 Km1+280 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……………………………………………………………...94 Bảng P6 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D3-1 Km1+480 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……………………………………………………………..95 Bảng P7 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D4-2 Km0+100 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……………………………………………………………...96 Bảng P8 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D4-2 Km0+300 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm…………………………………………………………...…97 Bảng P9 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D6-60B Km0+900 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm……………………………………………………….….….98 Bảng P10 – Kết quả quan trắc ALNLR dư – Đường D6-60B Km0+700 Sau khi hiệu chỉnh mực nước ngầm………………………………………………………...……99
6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình1.1 - Mất ổn định do lún sụt trên nền đất yếu……………………...……...….13 Hình 1.2 - Mất ổn định do trượt trồi trên nền đất yếu……………………...……....13 Hình 1.3 – Bàn đo lún bề mặt…………………………………………………..….17 Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên lý đo lún bằng lún kế……………………………………18 Hình 1.5 – Sơ đồ lắp đặt hệ thống thiết bị đo ALNLR đóng…………………...….22 Hình 1.6 – Đầu đo ALNLR bằng khí nén……………………………………...…..23 Hình 1.7 – Đầu do ALNLR bằng điện…………………………………………..…23 Hình 1.8 – Thiết bị đo độ nghiêng…………………………………………………27 Hình 1.9 – Đường cong quan trắc lún………………………………………..……28 Hình 1.10 – Đồ thị Si = Si-1. .....................................................................................28 Hình 1.11 – Đồ thị Si = Si-1(Trường hợp 1 giai đoạn thi công)................................29 Hình 1.12 – Đồ thị Si = Si-1(Trường hợp nhiều giai đoạn thi công).........................29 t Hình 1.13 – Đồ thị  f  t  để xác định thông số  ,  ..................................30 St  S 0 Hình 2.1- Mặt bằng vị trí đắp nền trên đất yếu........................................................37 Hình 2.2 – Mặt bằng vị trí hố khoan khảo sát địa chất............................................38 Hình 2.3 – Mặt cắt địa chất tuyến D3-1...................................................................38 Hình 2.4 – Mặt cắt địa chất tuyến D4-2...................................................................39 Hình 2.5 – Mặt cắt địa chất tuyến D6-60B..............................................................39 Hình 2.6 – Mặt cắt ngang điển hình phạm vi cắm bấc thấm....................................45 Hình 2.7 – Mặt bằng vị trí lắp đặt thiết bị quan trắc các tuyến D3-1, D4-2, D6- 60B............................................................................................................................47 Hình 2.8 – Mặt cắt ngang điển hình vị trí lắp đặt thiết bị quan trắc.........................49 Hình 2.9 – Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang.........................................................50 Hình 3.1– Biểu đồ ALNLR tại đầu đo PZ1, đường D4-2, lý trình Km0+100..........55 Hình 3.2 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D3-1, Km1+280..................................................................................................................56 Hình 3.3 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt đường D3-1, Km1+380................57 Hình 3.4 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D3-1, Km01+480................................................................................................................57
7 Hình 3.5 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D4-2, Km0+100..................................................................................................................58 Hình 3.6 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D4-2, Km0+200..................................................................................................................58 Hình 3.7 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D4-2, Km0+300..................................................................................................................59 Hình 3.8 - Biểu đồ kết quả quan trắc lún bề mặt, ALNLR dư đường D6-60B.......59 Hình 3.9 - Biểu đồ lún cố kết D42, Km0+100…………..............................……...64 Hình 3-10: Biểu đồ lún cố kết D42, Km0+200………...........................……….....64 Hình 3-11: Biểu đồ lún cố kết D42, Km0+300……..…….......................………...65 Hình 3.12 - Mức độ cố kết sau thi công – đường D4-2 lý trình Km0+100…..........67 Hình 3.13 - Mức độ cố kết sau thi công – đường D4-2 lý trình Km0+300.….........67 Hình 3.14 – Biểu đồ phương pháp nội suy Asaoka – đường D4-2…………....…...70 Hình 3.15 – Biểu đồ phương pháp nội suy Hyperbolic đường D4-2………...........71 Hình P11 – Biểu đồ kết quả quan trắc mực nước ngầm – Đường D3-1…….........100 Hình P12 - Biểu đồ kết quả quan trắc mực nước ngầm đường D4-2 .....................100 Hình P13 – Biểu đồ kết quả quan trắc mực nước ngầm – Đường D6-60B…....…100 Hình P14 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D3-1, Km1+280…………………........101 Hình P15 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D3-1, Km1+380…………………........101 Hình P16 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D3-1, Km1+480…………………........101 Hình P17 – Biểu đồ độ lún cố kết đường D6-60B……………………….....….....102 Hình P18 – Biểu đồ phương pháp nội suy Asaoka, đường D3-1………......…..…102 Hình P19 – Biểu đồ phương pháp nội suy Asaoka, đường D6-60B………….…..103 Hình P20 – Biểu đồ phương pháp nội suy Hyperbolic đường D3-1……....……..104 Hình P21 – Biểu đồ phương pháp nội suy Hyperbolic, đường D6-60B…….…....105
8 MỞ ĐẦU 1. Mục đích và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Vấn đề xử lý nền đắp trên đất yếu là một trong những vấn đề quan trọng đã và đang nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới, cũng như ở Việt Nam. Mục tiêu của giải pháp xử lý nền đất yếu là giải quyết hai bài toán: Bài toán ổn định nền đắp do cường độ chống cắt của đất yếu thấp và bài toán về biến dạng, biến dạng kéo dài, qua đó cho phép lựa chọn được giải pháp thích hợp về kinh tế - kỹ thuật để phục vụ cho công tác thiết kế và triển khai thi công công trình. Tuy nhiên, nền đất yếu lại là một môi trường phức tạp nên các kết quả tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu hầu như bị chi phối bởi các giả thuyết và phụ thuộc nhiều vào số liệu khảo sát. Để khắc phục những hạn chế trên cũng như để kiểm chứng lại giả thuyết và phương pháp tính thì công tác quan trắc hiện trường là rất cần thiết. Nó có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết vấn đề về lý thuyết và thực tiễn xây dựng nền móng công trình, cho thấy mức độ thích hợp của các phương pháp lý thuyết và tạo điều kiện để bổ sung và cải tiến các phương pháp một cách hoàn thiện hơn. Các kết quả quan trắc chỉ có thể sử dụng được đầy đủ khi công tác quan trắc được tiến hành theo một phương pháp đúng đắn và khoa học. Tuy nhiên hiện nay do nhiều nguyên nhân khác nhau nên cả công tác quan trắc và xử lý đánh giá số liệu quan trắc nhiều khi chỉ mang tính hình thức. Các kết quả quan trắc không phản ánh đúng diễn biến thực tế xảy ra trong quá trình thi công, việc xử lý đánh giá số liệu quan trắc rất phân tán, phụ thuộc rất nhiều vào trình độ, năng lực cũng như trách nhiệm của nhà thầu. Tất cả đó làm cho việc kiểm nghiệm & so sánh giữa thực tế với tính toán lý thuyết để khẳng định trạng thái làm việc của nền móng có phù hợp với kết quả tính toán hay không hoặc để kiến nghị sửa đổi phương pháp và nguyên lý tính toán là rất khó khăn. Chính vì vậy mục tiêu chủ yếu của luận văn cao học này là trên cơ sở kết quả quan trắc hiện trường về độ lún và áp lực nước lỗ rỗng tại một số đoạn nền đắp trên đất yếu – Khu đô thị mới Bắc An Khánh, học viên sẽ sử dụng một số phương pháp xử lý số liệu tham khảo ở các quy trình và tài liệu trong và ngoài nước, tiến hành
9 tính toán phân tích đánh giá kết quả quan trắc và hiệu quả của các giải pháp xử lý nền đất yếu tại đó, đồng thời đưa ra các khuyến nghị về cách thức hợp lý để tổ chức quan trắc và xử lý số liệu quan trắc hiện trường áp dụng cho công tác thi công xử lý nền đất yếu. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Tập số liệu quan trắc về lún, áp lực nước lỗ rỗng. Phạm vi nghiên cứu: Các đoạn nền đắp trên đất yếu của khu đô thị - Bắc An Khánh với các tập số liệu quan trắc của nó. 3. Phương pháp nghiên cứu Phân tích lý thuyết: Hệ thống hóa các phương pháp quan trắc và các phương pháp phân tích số liệu quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng. Tính toán thực nghiệm với công trình cụ thể, phân tích số liệu quan trắc hiện trường 4. Nội dung chính được thể hiện trong luận văn. Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan về đất yếu, công tác quan trắc hiện trường và các phương pháp phân tích số liệu quan trắc để dự báo độ lún cuối cùng và hệ số cố kết. Chương 2: Giới thiệu về điều kiện địa chất và giải pháp xử lý các đoạn nền đắp trên đất yếu của khu đô thị mới Bắc An Khánh và kết quả quan trắc trong quá trình thi công Chương 3: Phân tích đánh giá kết quả quan trắc. Kết luận và kiến nghị.
10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CÔNG TÁC QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỂ DỰ BÁO ĐỘ LÚN CUỐI CÙNG VÀ HỆ SỐ CỐ KẾT. 1.1 Tổng quan về đất yếu. 1.1.1 Định nghĩa và phân loại đất yếu. a) Định nghĩa: Đất yếu là các loại đất có sức chống cắt nhỏ, có tính biến dạng (ép lún) lớn khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài và biến dạng tùy thuộc thời gian chất tải. Do vậy nếu không có biện pháp xử lý thích hợp thì việc xây dựng công trình sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được, công trình dễ bị mất ổn định toàn khối hoặc bị lún nhiều, thậm chí bị phá hoại. b) Phân loại: b.1 Theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thể chia thành hai loại như sau: + Loại có nguồn gốc khoáng vật: Loại này thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể từ 10  12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có mùi. Loại này được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng e lớn (đất sét mềm e  1.5, đất á sét bụi e  1.0 ), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 15 kPa, góc nội ma sát  từ 0-10o, hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu  35 kPa, độ sệt IL > 0.5 (trạng thái dẻo mềm). + Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ): Loại này thường hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các trầm tích hưu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật. Loại này thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn tàn dư thực vật). Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các
11 đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt trị số như nguồn gốc khoáng vật nói trên. Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W=85-95% và có thể lên tới vài trăm phần trăm. Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún có thể đạt 3-10 daN/cm2, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao tối thiểu 40-50cm. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ có trong chúng:  Hàm lượng hữu cơ từ 20-30%: Đất nhiễm than bùn.  Hàm lượng hữu cơ từ 30-60%: Đất than bùn.  Hàm lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn. Bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (
12 Trong đó: W, Wd, Wnh là độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn nhão của đất yếu. - Nếu B > 1thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy) - Nếu 0.75
13 ®Êt yÕu Hình1-1: Mất ổn định do lún sụt trên nền đất yếu Dạng 2: Mất ổn định do trượt trồi trên nền đất yếu: Đây là hình thức mất ổn định phổ biến nhất, xuất hiện do trượt một phần của nền đường đắp và một phần của nền đất yếu. Vết nứt được hình thành có dạng cung tròn xuất phát từ đỉnh của nền đường đắp, một phần nền đường bị lún sụt và một phần đất bị đẩy trồi ở chân taluy đường. Hình 1-2 thể hiện sự mất ổn định do trượt trồi trên nền đất yếu. §Êt yÕu Hình 1-2: Mất ổn định do trượt trồi trên nền đất yếu Nền đắp trên đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại do trượt trồi trong quá trình thi công đắp và trong suốt quá trình đưa vào khai thác sử dụng sau đó. Để đảm bảo yêu cầu này phải đảm bảo được đồng thời các tiêu chuẩn cụ thể như sau: Mức độ ổn định dự báo theo kết quả tính toán đối với mỗi đợt đắp (đắp nền và đắp gia tải trước) và đối với nền đắp theo thiết kế (có xét đến tải trọng xe cộ dừng xe tối đa trên nền) phải bằng hoặc lớn hơn mức độ ổn định tối thiểu quy định như sau:  Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển với mặt trượt tròn khoét xuống vùng đất yếu thì hệ số ổn định nhỏ nhất
14 Kmin=1,20 riêng trường hợp dùng kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở trong phòng thí nghiệm để nghiệm toán thì Kmin=1,10;  Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin=1,40. Để bảo đảm ổn định trên thực tế, số liệu quan trắc lún theo chiều thẳng đứng và quan trắc chuyển vị ngang của vùng đất yếu hai bên nền đắp trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước phải không được vượt quá trị số quy định sau:  Tốc độ lún ở đáy nền đắp tại trục tim của nền đường không được vượt quá 10-15mm/ngày đêm.  Tốc độ di động ngang của các cọc quan trắc đóng hai bên nền đắp không được vượt quá 5mm/ngày đêm. 1.1.3 Các yêu cầu về lún. Lún là vấn đề thường gặp đối với nền đường đắp qua vùng đất yếu, do ứng suất của nền đắp gây ra trong nền đất yếu đủ để gây ra các biến dạng lớn. Nếu sự phá hoại do mất ổn định thường xảy ra nhanh chóng thì lún lại là một biến dạng chậm của đất theo thời gian dưới tác dụng lâu dài của trọng lượng nền đắp và thường xảy ra như sau: - Ở giữa nền đắp ảnh hưởng bởi một độ lún thẳng đứng. - Dưới phạm vi dải đất dành cho đường: Một độ lún thẳng đứng kết hợp với một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên. - Ngoài phạm vi dải đất dành cho đường là một chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên cho đến một khoảng cách nào đó phụ thuộc yếu tố hình học của nền đường đắp. Các chuyển vị thẳng đứng thường có một biên độ đến hàng chục cm, thậm chí là vài mét đối với nền đất rất yếu hoặc có chiều dày lớn. Các chuyển vị này thay đổi theo
15 phương ngang của đường và lớn nhất ở tim nền đắp và giảm dần khi ra xa tim đường. Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và các biện pháp xử lý thoát nước cho nền đất yếu nếu có. Nguyên nhân của các sự cố lún kéo dài theo thời gian: - Có khoảng cách nhất định giữa các thông số đầu vào cho tính toán dự báo với điều kiện thực tế của nền đất. Do đó diễn biến lún thực tế có sự sai khác so với độ lún dự báo lý thuyết. - Việc xử lý nền đất yếu bằng các thiết bị thoát nước thẳng đứng có thể gây ra tác động chấn động, gây xáo động, làm phá hoại cấu trúc đất yếu vốn có và do đó làm tăng hệ số nén chặt, dẫn đến làm tăng độ lún của nền đất yếu - Do tiến độ thi công gấp rút kéo theo thời gian chờ lún ngắn, độ lún cố kết còn dư của nền đất yếu còn lớn tại thời điểm đưa đường vào khai thác. - Không chú ý đến công tác quan trắc, dự báo độ lún cố kết cuối cùng tại hiện trường Độ lún của công trình đắp trên đất yếu được xét đến gồm 3 thành phần như sau: S = Sc + Stức thời + Stừ biến Trong đó:  Sc – Độ lún cố kết là lún xảy ra do nền đất được nén chặt cùng với quá trình thoát nước và giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất.  Stức thời – Phần lún xảy ra lúc đất yếu mới chịu tải trong đắp, chủ yếu do đất yếu bị chuyển dịch sang hai bên (biến dạng trong điều kiện thể tích đất không thay đổi).  Stừ biến - Phần lún do sự sắp xếp lại các hạt đất cũng như sự biến dạng của màng nước liên kết với tốc độ chậm. Quá trình lún từ biến có thể xảy ra ngay
16 trong quá trình cố kết thấm nhưng chủ yếu là sau khi cố kết thấm gần kết thúc. Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng trên vùng đất yếu, độ lún thi công cho phép theo [1] (cũng gọi là độ lún còn lại hoặc độ lún dư) trong niên hạn sử dụng thiết kế nền đường cần thỏa mãn bảng 1.1 Bảng 1.1 – Độ lún dư cho phép Vị trí đoạn nền đường Cấp hạng đường Chỗ có cống hoặc Các đoạn nền Liền kề mố cầu hầm chui thông thường Đường cấp I (tốc độ  10cm  20cm  30cm thiết kế dưới 80 Km/h) Đường cấp II có mặt đường cấp cao (Tốc độ  20cm  30cm  50cm thiết kế dưới 60Km/h) Trị số độ lún còn lại S được xác định bằng độ lún tổng cộng dự báo được trong thời gian ‘’t’’ (niên hạn thiết kế) trừ đi độ lún xảy ra trong quá trình thi công kể từ khi bắt đầu thi công nền đắp cho đến khi làm xong kết cấu áo đường. Ngoài yêu cầu về độ lún còn lại nói trên theo [5], thời điểm tiến hành làm mặt đường cấp cao chỉ nên bắt đầu khi tốc độ lún thực quan trắc trong 2 tháng liền kề trước đó không quá 5mm/tháng. 1.2 Tổng quan về công tác quan trắc hiện trường trong thi công nền đắp trên đất yếu. 1.2.1 Quan trắc lún 1.2.1.1.Mục đích Mục đích của quan trắc lún nhằm thể hiện được tiến trình lún thực tế của nền đắp trên đất yếu theo thời gian trong và sau khi kết thúc thi công, qua đó đánh giá mức
17 độ ổn định của nền đắp trong quá trình đắp và thông qua tốc độ lún để điều chỉnh tốc độ đắp. Ngoài ra từ số liệu quan trắc lún còn dự báo được xu thế lún, xác định thời gian dỡ tải đối với đất đắp gia tải trước, dự kiến thời gian thi công kết cấu áo đường phía trên nền đắp và xác định khối lượng vật liệu đắp bị lún xuống nền đất (khối lượng thi công thực tế hiện trường). 1.2.1.2. Các phương pháp quan trắc lún a) Phương pháp dùng bàn đo lún (đo độ lún tại bề mặt nền đất yếu hay đáy nền đắp): Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là giá thành rẻ, lắp đặt và vận hành đơn giản. Tuy nhiên có một số hạn chế như: việc bảo quản khó khăn, xe máy thi công dễ làm xáo động và hỏng thiết bị. Phương pháp này thường chỉ áp dụng quan trắc tổng lún bề mặt. Hình 1.3 thể hiện sơ đồ lắp đặt bàn bàn đo lún. Hình 1.3 – Bàn đo lún bề mặt Bàn đo lún có kích thước tối thiểu là 50x50cm, có bề dày đủ cứng gắn với cần đo chắc chắn, cần đo phải bằng thép có đường kính nhỏ hơn đường kính ống vách chắn đất (không cho đất đắp tiếp xúc với cần đo). Ống vách không được gắn với bàn đo lún. Nên dùng cần đo có đường kính > 4cm. Cần đo và ống vách nên làm thành từng đoạn 50 – 100cm để tiện nối theo chiều cao đắp. Bàn đo lún được đặt ở cao độ bắt đầu đắp nền đường, vét, đào đất yếu đến đâu thì đặt bàn đo lún tới đó; nếu có tầng đệm cát thì đặt trên mặt tầng đệm cát, nếu có lớp vỏ cứng trên đất yếu thì đặt trên mặt đất vỏ cứng tự nhiên, nếu có
18 rải vải địa kỹ thuật thì đặt trên mặt vải địa kỹ thuật. Trường hợp phải đặt bàn đo trên đất yếu thì phải đào đất yếu sâu 30cm trong phạm vi diện tích bàn đo lún thay bằng cát rồi mới đặt bàn đo lún lên. b) Phương pháp đo lún sâu bằng dãn nở kế: Sử dụng các đầu guồng xoắn hoặc các dãn nở kế xoắn tới các vị trí cần quan trắc. Đo cao độ các guồng xoắn hoặc dãn nở kế này sẽ xác định được độ lún của nền đất tại vị trí cần quan trắc. Phương pháp này cho phép xác định được trị số lún ở các độ sâu khác nhau, tuy nhiên yêu cầu độ chính xác khi lắp đặt lớn; giá thành cao do phải khoan dẫn trước tới vị trí cần quan trắc. c) Phương pháp đo lún bằng lún kế: Sơ đồ nguyên lý đo lún bằng lún kế được thể hiện trên hình 1.4. Thiết bị gồm hai bộ phận chính sau: Hộp đo lún: cấu tạo bằng chất dẻo (đường kính 17cm, chiều dày 9.5cm), được đổ đầy dung dịch “antigel” và đặt dưới đất đắp tại vị trí cần quan trắc. Bảng đo lún: có kích thước khoảng 0.5x 0.5m, với các bộ phận chính sau:  Thiết bị tăng áp lực bằn khí CO2, nối với áp kế thủy ngân M.  Áp kế thủy ngân (M) để đo áp lực tác động vào hộp kín đo lún.  Ống đo có chia vạch mm (T) bằng thủy tinh, để xác định chuyển vị của vạch dung dịch khi đo lún xuống. Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên lý đo lún bằng lún kế
19 Bảng đo phải được gắn chặt trên cột trụ cố định S1 trong suốt quá trình quan trắc, và bảo đảm ngoài vùng ảnh hưởng lún của khối đất đắp. Hộp đo lún được nối với bảng đo thông qua hệ thống các ống dẫn nhỏ. Tại thời điểm ban đầu điều chỉnh áp lực trên cột thủy tinh (T) đến vị trí S0 nào đó. Sự thay đổi vị trí S0 xuống phía dưới trong quá trình quan trắc cho biết giá trị trực tiếp chuyển vị thẳng đứng của là hộp đo. Đó cũng chính là độ lún của đất nền. Ưu điểm và hạn chế: Ưu điểm:  Thiết bị gọn nhẹ, giá thành vừa phải  Hộp đo được đặt dưới đáy nền đắp nên không bị ảnh hưởng hoặc phá hỏng bởi xe máy thi công;  Lắp đặt được ở các độ sâu khác nhau, ở từng lớp đất cần quan trắc lún;  Thời gian quan trắc dài: cả trong qua trình thi công đắp và sau khi hoàn thành đắp;  Giới hạn đo lớn có thể tới hàng m. Hạn chế:  Kết quả đo có sai số lớn nếu khoảng cách từ hộp đo đến bảng quá dài (vượt quá 100m);  Ở khu lầy ngập nước khó tìm chỗ để đặt bảng đo. 1.2.1.3. Lựa chọn điểm đo và mặt cắt đo Số lượng mặt cắt đo phụ thuộc: mức độ quan trọng của công trình, chiều cao đắp, lọai đất yếu, chiều dày lớp đất yếu và các vấn đề khó khăn cần giải quyết. Theo [1] trên mỗi phân đoạn nếu chiều dài  100m thì cần bố trí tối thiểu 3 điểm đo lún mặt trên cùng một mặt cắt ngang ở chính giữa phân đoạn (1 điểm tại tim nền đường và 2 điểm ở vị trí mép vai nền đường, với các công trình có yêu cầu kỹ thuật cao có thể bổ sung thêm 2 điểm tại chân ta luy nền
20 đường), nếu chiều dài >100m thì tối thiểu phải bố trí 2 mặt cắt quan trắc lún như trên và cứ thêm 100m lại bố trí thêm 1 mặt cắt (bố trí ở những nơi có khả năng lún nhiều). Hệ thống mốc cao độ dùng cho quan trắc lún phải được bố trí ở nơi không lún và phải được cố định chắc chắn Nên thiết kế bố trí quan trắc tại chỗ có tải trọng đắp thay đổi (chiều cao đắp thay đổi), các chỗ có điều kiện địa chất xấu hoặc thay đổi nhiều, các chỗ có địa hình thay đổi, các chỗ tiếp cận với các công trình khác kề liền, các chỗ có nghi ngại về số liệu tính toán thiết kế, các đoạn đắp đầu cầu… Với các công trình quan trọng hoặc nơi có điều kiện địa chất phức tạp có thể bổ sung thêm các điểm đo lún sâu. 1.2.1.4. Chu kỳ đo Đo cao độ lúc đặt bàn lún và đo lún hàng ngày trong quá trình đắp nền và đắp gia tải trước, nếu đắp thành nhiều đợt thì mỗi đợt phải quan trắc hàng ngày. Khi ngừng đắp và trong 2 tháng sau khi đắp phải tiếp tục quan trắc hàng tuần; tiếp đó quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao cho phía quản lý khai thác cả hệ thống quan trắc (để tiếp tục quan trắc nếu thấy cần thiết). Mức độ chính xác yêu cầu phải đến mm. 1.2.2 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng Áp lực nước lỗ rỗng “dư” được hiểu là sự khác biệt giữa áp lực nước đo được và áp lực nước thông thường trong điều kiện mực nước ngầm bình thường ở vùng đó tại thời điểm thí nghiệm. 1.2.2.1. Mục đích Việc đo đạc để xác định áp lực nước lỗ rỗng của đất nền được tiến hành bằng thiết bị gọi là Piezometer (đầu đo áp lực nước lỗ rỗng). Đây là một thí nghiệm đo kiểm tra phức tạp, được tiến hành nhằm ba mục đích chính (theo [5]):