Đề tài Nghiên cứu tốc độ cố kết của nền đất yếu xử lý bằng phương pháp gia tải trước và hút chân không

I. Tính cấp thiết của đề tài Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, các khu công nghiệp tập trung, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới đang được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn. Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như: sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông. Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển. Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề bức thiết và quan trọng hàng đầu trong ngành Xây dựng hiện đại. Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Một số các phương pháp như : gia tải trước, tầng đệm cát, gia cố nền đường, bệ phản áp, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia cố nền đất, nền đất bằng vật liệu nhẹ); thay bằng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều dày lớp bùn không sâu); thoát nước cố kết (bấc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm, dự ép chân không, chân không chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức tạp (hạ cọc bê tông, hạ cọc bằng chấn động, cọc xi măng đất, cọc đất – vôi – xi măng, cọc bê tông có lẫn bột than); cọc cứng (cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre . Hiện nay có 2 phương pháp cố kết trước được dùng và phổ biến hơn cả đó là: • Phương pháp gia tải trước truyền thống • Phương pháp hút chân không hiện đại và công nghệ cao. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, chúng em nhận thấy việc nghiên cứu tốc độ cố kết của nền đất yếu khi áp dụng hai phương pháp trên là vô cùng hữu ích và quan trọng. Với mục tiêu kết quả của đề tài sẽ làm sáng tỏ hiệu quả của hai phương pháp thời giúp việc chọn lựa phương pháp xử lý nền đất yếu của các Kỹ sư xây dựng được hợp lý nhất trong từng công trình khác nhau. II. Nội dung nghiên cứu đề tài Đề tài nghiên cứu những nội dung cụ thể như sau: • Tìm hiểu và nghiên cứu Lý thuyết chung về cố kết của đất. • Nghiên cứu ứng dụng bấc thấm trong xử lý nền đất yếu hiện nay. • Nghiên cứu phương pháp gia tải trước, đưa ra bài toán cụ thể đối với 1 nền đất yếu và giải quyết bài toán với ứng dụng của bộ phần mềm Địa kỹ thuật GEODELFT của Viện địa kỹ thuật Hà Lan. • Nghiên cứu phương pháp hút chân không, đưa ra bài toán cụ thể đối với 1 nền đất yếu và giải quyết bài toán với ứng dụng của bộ phần mềm Địa kỹ thuật GEODELFT của Viện địa kỹ thuật Hà Lan. • Nghiên cứu, so sánh và đánh giá tốc độ cố kết của nền đất trong từng phương pháp và khi kết hợp hai phương pháp trên với kết quả cụ thể của cùng 1 bài toán. • Kết luận và kiến nghị. III. Phương pháp nghiên cứu • Tìm kiếm và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về lý thuyết cố kết và kiến thức môn Cơ học đất làm sáng tỏ các vấn đề cơ sở và mang tính lý thuyết căn bản của 2 phương pháp. Tìm kiếm và nghiên cứu ứng dụng, cách làm và hiệu quả của 2 phương pháp đối với các công trình thực tế đã thành công trong và ngoài nước. Mô phỏng bài toán đối với một lớp đất sét yếu ở nền đất xây dựng Nhà máy Khí Đạm Cà Mau Việt Nam và lần lượt giải quyết bằng 2 phương pháp theo ứng dụng phần mềm Địa kỹ thuật Hà Lan GEODELFT. • Nhận xét và đánh giá các kết quả thu được.

doc57 trang | Chia sẻ: tuandn | Ngày: 26/04/2013 | Lượt xem: 7089 | Lượt tải: 53download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Nghiên cứu tốc độ cố kết của nền đất yếu xử lý bằng phương pháp gia tải trước và hút chân không, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC MỤC LỤC 1 ĐỀ TÀI 3 MỞ ĐẦU 4 I. Tính cấp thiết của đề tài 4 II. Nội dung nghiên cứu đề tài 5 III. Phương pháp nghiên cứu 5 CHƯƠNG I 5 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CỐ KẾT 6 I. Quá trình cố kết 6 I.1. Quá trình cố kết lớp đất đơn giản 6 I.2. Quá trình cố kết lớp đất phức tạp 10 II. Lý thuyết cố kết thấm 1 hướng của TERZAGHI 11 II.1. Các giả thiết của Terzaghi 11 II.2. Lập phương trình vi phân cố kết thấm 12 II.3. Điều kiện biên bài toán 13 II.4. Giải phương trình vi phân cố kết thấm 14 II.5. Các trường hợp chú ý 14 CHƯƠNG II 15 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 15 I. Phương pháp gia tải trước 15 I.1. Nguyên lý chất tải trước 16 I.2. Các bước gia tải trước 17 I.3. Ưu nhược điểm của phương pháp gia tải trước 18 I.4. Ứng dụng của phương pháp gia tải trước tại Việt Nam 19 II. Phương pháp cố kết chân không 19 II.1. Khái niệm phương pháp gia tải trước bằng hút chân không 19 II.2. Tiến hành phương pháp gia tải trước bằng chân không 20 II.3. Ứng dụng thực tế của phương pháp cố kết chân không trong các công trình XD hiện nay 28 II.3. Ứng dụng thực tế của phương pháp cố kết chân không trong các công trình XD hiện nay 29 III. Ứng dụng của việc sử dụng bấc thấm trong phương pháp gia tải trước và hút chân không 31 III.1. Khái niệm 31 III.2. Phương pháp thi công bấc thấm 33 III.3. Ứng dụng của bấc thấm trong phương pháp gia tải trước 34 III.4. Ứng dụng của việc sử dụng bước thấm trong phương pháp hút chân không 36 CHƯƠNG III 37 MÔ PHỎNG BÀI TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 37 I. Mô phỏng bài toán 37 I.1 Mô hình hình học của bài toán 37 I.2 Tính chất cơ lý của lớp đất 38 I.3. Phân tích kết quả 39 I.3.1. Kết quả phương pháp gia tải trước không có bấc thấm 39 I.3.2. Kết quả biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian 41 I.3.3. Kết quả biểu đồ thay đổi ứng suất theo thời gian 41 I.4. Kết quả phương pháp gia tải trước có bấc thấm 42 I.4.1. Kết quả biểu đồ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 42 I.4.2. Kết quả biểu đồ độ lún theo thời gian t 44 I.4.3. Kết quả biểu đồ thay đổi ứng suất theo thời gian 44 I.5. Kết quả phương pháp hút chân không 45 I.5.1. Kết quả biểu đồ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 45 I.5.2. Kết quả biểu đồ độ lún theo thời gian t 46 I.5.4. Kết quả biểu đồ thay đổi ứng suất theo thời gian 47 I.6. Kết quả phương pháp kết hợp gia tải trước và hút chân không có bấc thấm 48 I.6.1. Kết quả biểu đồ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian : 48 I.6.2. Kết quả biểu đồ độ lún theo thời gian t 50 I.6.3. Kết quả biểu đồ thay đổi ứng suất theo thời gian 50 II. Đánh giá và kết luận 51 II.1. Biểu đồ tổng hợp quan hệ U ~T của 4 bài toán 51 II.2. Biểu đồ tổng hợp quan hệ độ lún theo thời gian của 4 bài toán 53 II.3.Kết luận chung 53 CHƯƠNG IV 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 I. Kết luận 55 II. Kiến nghị 55 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TỐC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC VÀ HÚT CHÂN KHÔNG MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, các khu công nghiệp tập trung, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới… đang được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn. Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như: sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông. Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển. Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề bức thiết và quan trọng hàng đầu trong ngành Xây dựng hiện đại. Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất… đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Một số các phương pháp như : gia tải trước, tầng đệm cát, gia cố nền đường, bệ phản áp, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia cố nền đất, nền đất bằng vật liệu nhẹ); thay bằng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều dày lớp bùn không sâu); thoát nước cố kết (bấc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm, dự ép chân không, chân không chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức tạp (hạ cọc bê tông, hạ cọc bằng chấn động, cọc xi măng đất, cọc đất – vôi – xi măng, cọc bê tông có lẫn bột than); cọc cứng (cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre…. Hiện nay có 2 phương pháp cố kết trước được dùng và phổ biến hơn cả đó là: Phương pháp gia tải trước truyền thống Phương pháp hút chân không hiện đại và công nghệ cao. Xuất phát từ nhu cầu thực tế, chúng em nhận thấy việc nghiên cứu tốc độ cố kết của nền đất yếu khi áp dụng hai phương pháp trên là vô cùng hữu ích và quan trọng. Với mục tiêu kết quả của đề tài sẽ làm sáng tỏ hiệu quả của hai phương pháp thời giúp việc chọn lựa phương pháp xử lý nền đất yếu của các Kỹ sư xây dựng được hợp lý nhất trong từng công trình khác nhau. II. Nội dung nghiên cứu đề tài Đề tài nghiên cứu những nội dung cụ thể như sau: Tìm hiểu và nghiên cứu Lý thuyết chung về cố kết của đất. Nghiên cứu ứng dụng bấc thấm trong xử lý nền đất yếu hiện nay. Nghiên cứu phương pháp gia tải trước, đưa ra bài toán cụ thể đối với 1 nền đất yếu và giải quyết bài toán với ứng dụng của bộ phần mềm Địa kỹ thuật GEODELFT của Viện địa kỹ thuật Hà Lan. Nghiên cứu phương pháp hút chân không, đưa ra bài toán cụ thể đối với 1 nền đất yếu và giải quyết bài toán với ứng dụng của bộ phần mềm Địa kỹ thuật GEODELFT của Viện địa kỹ thuật Hà Lan. Nghiên cứu, so sánh và đánh giá tốc độ cố kết của nền đất trong từng phương pháp và khi kết hợp hai phương pháp trên với kết quả cụ thể của cùng 1 bài toán. Kết luận và kiến nghị. III. Phương pháp nghiên cứu Tìm kiếm và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước về lý thuyết cố kết và kiến thức môn Cơ học đất làm sáng tỏ các vấn đề cơ sở và mang tính lý thuyết căn bản của 2 phương pháp. Tìm kiếm và nghiên cứu ứng dụng, cách làm và hiệu quả của 2 phương pháp đối với các công trình thực tế đã thành công trong và ngoài nước. Mô phỏng bài toán đối với một lớp đất sét yếu ở nền đất xây dựng Nhà máy Khí Đạm Cà Mau Việt Nam và lần lượt giải quyết bằng 2 phương pháp theo ứng dụng phần mềm Địa kỹ thuật Hà Lan GEODELFT. Nhận xét và đánh giá các kết quả thu được. CHƯƠNG I LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CỐ KẾT Cố kết là quá trình nền đất lún xuống theo thời gian và dần chặt lại. Quá trình cố kết chia làm hai giai đoạn: + Cố kết sơ cấp: là quá trình nước trong đất thoát ra ngoài, lỗ rỗng trong đất thu hẹp lại, làm cho đất dần chặt lại. + Cố kết thứ cấp: là quá trình nước trong đất đã thoát hết ra ngoài nhưng các hạt đất vẫn tiếp tục di chuyển trượt lên nhau đến vị trí ổn định hơn. Để đánh giá độ cố kết của đất nền người ta đưa ra tỷ số quá cố kết OCR là tỷ số giữa ứng suất cố kết trước và ứng suất nén hiệu quả theo phương đứng hiện tại. OCR =  Đất cố kết thường có OCR = 1 Đất quá cố kết có OCR > 1 Đất chưa cố kết có OCR<1I. Quá trình cố kết I.1. Quá trình cố kết lớp đất đơn giản  Hình 1 Hình 1a thể hiện lò xo với pittông có van đóng mở trong một bình hình trụ. Biểu đồ ứng suất theo chiều sâu thể hiện hình 1b. Đất được thay thể bởi lò xo, ở trạng thái cân bằng ứng suất hiệu quả ban đầu σ’vo . Cùng thời gian, nước bị ép ra ngoài qua van, và áp lực nước lỗ rỗng dư giảm dần. Xảy ra sự truyền ứng suất dần dần từ nước lỗ rỗng sang cốt đất và làm tăng ứng suất hiệu quả. Hình 1c cho thấy ứng suất hiệu quả ban đầu σ’vo sự biến đổi (tăng) của ứng suất hiệu quả Δσ’ và áp lực lỗ rỗng bị tiêu tán Δu lúc t = t1. Những đường đứt thẳng đứng được gắn các chữ t1, t2 … biểu thị thời gian từ khi bắt đầu tác dụng tải trọng. Những đường đó gọi là đường đẳng thời bởi vì nó ứng với các thời gian bằng nhau. Cuối cùng, khi t → ∞ tất cả áp lực nước lỗ rỗng dư Δu sẽ tiêu tán và ứng suất hiệu quả sẽ bằng ứng suất ban đầu σ’vo cộng thêm số gia ứng suất tác dụng Δσ. Cùng thời điểm đó pittông sẽ lún xuống một lượng có liên quan trực tiếp với lượng nước bị ép ra khỏi hộp hình trụ. Hình 2 Xét phân tố đất đặt tại độ sâu z có thể tích 1x1xdz (Hình 2). Trong khoảng thời gian dt thể tích nước đi vào mặt dưới của phân tố và ra khỏi mặt trên của phân tố chênh nhau một lượng là :  - qdt =dt (a) Trong đó : q – Lưu lượng nước thấm qua phân tố đất. Vì tính thấm tuân theo định luật Darcy (Giả thiết 5), ta có :  Vì F = 1x1 Nên v = q = ki = k ( vì h = ) Từ đó dt = dt (b) Mặt khác vì nước và hạt đất không bị ép co (theo giả thiết 3), nên thể tích nước dt thoát ra khỏi phân tố đất trong thời gian dt bằng thể tích lỗ rỗng bị thu hẹp  trong khoảng thời gian đó. Diễn giải ta có : dt =  (Vì d) Cuối cùng  ( c ) So sánh (b) và (c) nhận được : (d) Rút gọn ta có :  (e) Trong đó :  (f) Cv – Hệ số cố kết (cm2/năm). K - Hệ số thấm (cm/năm). a - Hệ số ép co (cm2/N).  - Hệ số rỗng tự nhiên .  - Trọng lượng riêng của nước (0.01 N/cm3). Từ công thức (f) thấy rằng , hệ số cố kết Cv tỷ lệ thuận với hệ số thấm k và tỷ lệ nghịch với hệ số ép co a. Như vậy Cv là hệ số đặc trưng cho mức độ cố kết của đất. Đất càng khó thấm, hệ số cố kết càng bé. Kết quả nghiên cứu cho thấy phạm vi biến thiên của Cv như sau: Đất sét có tính dẻo thấp : Cv = 1.105 ÷ 6.104 cm2/năm. Đất sét có tính dẻo vừa : Cv = 6.104 ÷ 3.104 cm2/năm. Đất sét có tính dẻo cao : Cv = 3.104 ÷ 6.103 cm2/năm. Ví dụ tìm nghiệm của phương trình (f) với điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho ở hình 2. Điều kiện ban đầu : Khi t = 0, tại mọi z có u = p. Khi t = ∞ , tại mọi z có u = 0. Điều kiện biên : Tại z = H với mọi t có q = 0,  (vì q = v = ki = k) Tại z = 0 với mọi t có u = 0. Với điều kiện ban đầu và điều kiện nêu trên sẽ tìm được nghiệm của phương trình (f) như sau:  (g) Trong đó : m - số nguyên dương lẻ 1,3,5… e - Cơ số logarit tự nhiên. z - Độ sâu của điểm đang xét. N - Nhân tố thời gian.  H - Khoảng cách thoát nước lớn nhất. Nếu trường hợp một mặt thoát nước thì H bằng chiều dài lớn nhất đất. Nếu trường hợp hai mặt thoát nước thì H bằng ½ chiều dài lớn nhất đất t - Thời gian cố kết. I.2. Quá trình cố kết lớp đất phức tạp  Hình 3 Khi lớp đất điển hình sẽ phức tạp hơn mô hình đơn giản trong hình a–c. Cho phép ta tăng số lượng lò xo, pitông, và van thể hiện hình d ta có thể biết ứng suất hiệu quả ban đầu σ’vo của lớp đất và áp lực nước lỗ rỗng tạo ra Δu, liên quan đến lực bên ngoài tác dụng lên pittông Δσ trong hình c. Cho phép thoát nước qua mỗi pittông và van vì vậy cả thoát nước bên trong cũng như thoát nước ở đỉnh và đáy. Để nước bị ép ra khỏi các ống trụ 2, 3 và 4, cần một số nước trong các ống trụ 1 và 5 thoát nước trước. Tương tự như vậy, trước khi nước có thể ép thoát ra khỏi đất trong ống trụ 3 một số nước trong ống trụ 2 và 4 thoát ra trước . Bởi vì tất cả van đều mở, nên khi chịu tác dụng ứng suất bên ngoài Δσ , nước bắt đầu thoát ngay lập tức từ đỉnh và đáy hình trụ. Sẽ dẫn đến kết quả áp lực nước lỗ rỗng giảm ngay và ứng suất hiệu quả tăng trong hình trụ 1 và 5. Với hai lớp thoát nước trên mô hình hình d-f có thể thấy sự giảm áp lực nước lỗ rỗng, tại thời điểm t1 có sự thay đổi của đỉnh và đáy lớp. Đó là nguyên nhân hướng thoát nước theo chiều dài hình trụ nhiều hơn đáng kể so với hình trụ 1 và 5. Sẽ dẫn đến sự giảm áp lực nước lỗ rỗng và tăng ứng suất hiệu quả trong hình trụ 1 và 5 trên hình f. Tại trung tâm lớp thoát nước hai hướng được mô hình ở hình d-f có thể thấy sự giảm áp lực nước lỗ rỗng tạo ra.Ví dụ tại thời điểm t1 thì nhỏ hơn so với sự thay đổi ít tại đỉnh và đáy lớp. Điều này là do là đường thoát nước ở trung tâm hình trụ dài hơn đáng kể so với các hình trụ 1 và 5. Kết quả là cần thời gian làm tiêu tan áp lực nước lỗ rỗng dài hơn cho trung tâm lớp thoát nước hai chiều hoặc lớp thoát nước một hướng ở đáy. Dòng chảy của nước ra khỏi hình trụ (các lỗ rỗng của đất) là do độ dốc thuỷ lực i, với i = h/l = (Δu/ρw.g)/Δz. Tại chính giữa lớp đất sét, không có dòng thấm bởi vì độ dốc thuỷ lực i =Δu/Δz = 0. Tại đỉnh và đáy hình trụ độ dốc thuỷ lực tiến gần đến vô cùng ∞ và dẫn đến dòng thấm lớn nhất tại ngay các bề mặt thoát nước. Quá trình vừa miêu tả được gọi là quá trình cố kết thấm. Giá trị độ lún thực nghiệm của hệ thống lò xo và pittông ( hoặc lớp đất sét) liên quan trực tiếp lượng nước ép ra khỏi các hình trụ ( hoặc lỗ rỗng trong đất) và do vậy sự thay đổi hệ số rỗng của đất sét tỷ lệ trực tiếp với giá trị áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán. Do đó, tốc độ lún liên quan trực tiếp tốc độ áp lực nước dư tiêu tán. II. Lý thuyết cố kết thấm 1 hướng của TERZAGHI II.1. Các giả thiết của Terzaghi - Lớp đất chịu nén giả định đồng chất và bão hoà nước hoàn toàn. - Các hạt khoáng vật trong đất và hạt nước trong lỗ rỗng không nén được. - Nước trong lỗ rỗng đất thoát ra tuân theo định luật Darcy, cả hai quá trình thoát nước và nén đều theo một hướng. Lớp đất nén thường thoát nước cả ở đỉnh và đáy lớp nhưng chúng ta có thể giả thiết đơn giản thoát nước chỉ xảy ra tại một bề mặt. - Hai hệ số ép co av và hệ số thấm k không đổi trong suốt quá trình cố kết thấm. Sự thay đổi thể tích rỗng = lượng nước thoát ra Xét một phân tố đất dx.dy.dz cách tại chiều sâu z so mặt đất tự nhiên:  Hình 4 II.2. Lập phương trình vi phân cố kết thấm Phương trình Terzaghi được xây dựng dựa vào thể tích nước thoát ra của một phân tố đất chịu nén. Theo định luật Darcy, ta biết lưu lượng dòng thấm phụ thuộc vào độ dốc thuỷ lực và tính thấm của đất. Độ dốc thuỷ lực tạo ra dòng thấm có liên quan đến áp lực nước lỗ rỗng dư. =()=  Sau thời gian dt theo Darcy dQ = kiFdt : Ta xác định dxdydzdt dxdydzdt 1dzdt Mặt khác ta có : Hệ số ép co: Độ lún s tính theo công thức: Vậy sau thời gian dt độ lún của phân tố là  Hệ số av xác định từ đường cong :  Hình 5 Mặt khác ta có : Δσ’ = – Δu Khi đó viết lại : dtdz Kết hợp hai phần của phương trình ta được : .dzdt = dtdz  ;  II.3. Điều kiện biên bài toán Lớp đất chịu nén thoát nước hoàn toàn tại đỉnh và đáy Áp lực thuỷ tĩnh ban đầu Δu = ui bằng số gia ứng suất tác dụng trên biên Δσ Ta có điều kiện biên và điều kiện ban đầu như sau : Khi z = 0 và khi z = 2H , u = 0 Khi t = 0, Δu = ui = Δσ = (σ2’ - σ1’) Chiều dày lớp đất cố kết là 2H, vì vậy chiều dài của đường thoát nước lớn nhất bằng H hoặc Hdr. Tất nhiên khi t = ∞, Δu = 0, hoặc áp lực lỗ rỗng tiêu tán hoàn toàn. II.4. Giải phương trình vi phân cố kết thấm Có nhiều cách giải khác nhau, một số theo phương pháp toán học chính xác, số khác thì gần đúng. Ví dụ Harr (1966) trình bày lời giải gần đúng bằng cách dùng phương pháp sai phân hữu hạn. Terzaghi (1925), cho lời giải toán học chính xác dưới dạng chuỗi số Fourier mở rộng. Nghiệm của phương trình như sau :  Trong đó: Z và T là thông số không thứ nguyên. Số hạng đầu Z là thông số hình dạng, và bằng z/H. Số hạng thứ hai T là nhân tố thời gian có liên quan đến hệ số cố kết Cv xác định theo: T là nhân tố thời gian có liên quan đến hệ số cố kết Cv xác định theo:   Trong đó : t là thời gian Hdr là chiều dài của đường thoát nước lớn nhất Hệ số Cv có thứ nguyên là L2T-1 hoặc đơn vị m2/s. II.5. Các trường hợp chú ý Trường hợp hai mặt thoát nước đường thoát nước bằng một nửa chiều dày H của lớp đất sét, hoặc 2H/2 = Hdr. Nếu chỉ có một mặt thoát nước, đường thoát nước vẫn là Hdr nhưng bằng chiều dày H của lớp đất. CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Định nghĩa và đặc trưng của nền đất yếu trình bày trong 22TCN 262-2000 và TCXD245:2000 “là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính c theo cắt quả cắt nhanh không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.35 daN/cm2”. Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau: - Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2 - Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4 Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu : Móng của đường bộ, đường sắt, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết: + Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất. + Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn. + Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của áp lực nước. + Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tàu hoả, ô tô và động đất. Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý. Trong khuôn khổ đề tài, nhóm nghiên cứu đến 2 phương pháp hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay là : Phương pháp gia tải trước kết hợp sử dụng bấc thấm Phương pháp cố kết chân không kết hợp sử dụng bấc thấm. I. Phương pháp gia tải trước Chất tải trước là một trong những biện pháp gây lún đơn giản và kinh tế nhất để giảm thiểu lún cho công trình xây dựng sau đó đến mức có thể chấp nhận được. Đất được gia cường trở nên có sức chịu tải cao hơn và nén lún ít hơn. I.1. Nguyên lý chất tải trước Công trình xây dựng trên nền đất yếu sẽ chịu lún đáng kể. Do vậy trước đó người ta đã chất tải để buộc nền đất lún xuống đến mức cần thiết. Sau đó dỡ tải và tiến hành thi công công trình. Khi dỡ tải sẽ xảy ra hiện tượng bùng nền nhưng sau đó nền đất sẽ lại lún xuống một khoảng tương đương với phần bùng nền do tải trọng của công trình. Tất nhiên công trình vẫn tiếp tục lún do đất có tính dẻo cao nhưng biên độ lún khi đó sẽ chỉ bằng một phần nhỏ, khoảng 5 - 10% so với trường hợp không chất tải trước. Tải trọng do công trình gây ra có tính lâu dài, đến hết tuổi thọ của công trình, trong khi chất tải trước chỉ kéo dài trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên do chất tải trước khá lớn nên mặc dù nền đất chưa đạt tới cố kết hoàn toàn nhưng cũng để đạt độ lún yêu cầu. Tức là tổng ứng suất do chất tải trước phải lớn hơn ứng suất thiết kế cho phép đối với công trình. Chất tải trước được tiến hành ngoài hiện trường bằng cách khối bê tông đúc sẵn, đổ đất, đắp các bao cát, chất gạch, đá và các loại vật liệu xây dựng khác. Trong đó bao cát và bê tông khối là giải pháp phổ biến nhất. Tuy nhiên không dễ đạt được một tải trọng lớn, đạt độ cao tới 5-6m. Do vậy cường độ chất tải trước thường chỉ đạt khoảng 80-100kPa, tức là thích hợp với các công trình vừa và thấp tầng. Các công trình cao tầng hoặc các công trình lớn vừa đòi hỏi phải chất tải trước lớn hơn nhiều và do vậy khó thực hiện. Chất tải trước cũng có thể thực hiện theo một số giai đoạn để nền đất có thể gia tăng sức bền đáng kể trước khi tiếp tục chất tải. Ứng suất do chất tải trước gây ra được tính theo độ lún mong muốn bằng công thức: Sf = mv.qn.H= mv.qs.H.U(t) Trong đó: mv là hệ số biến đổi thể tích của đất tại hiện trường cho khoảng ứng suất thích hợp qn và qs - ứng suất do tải trọng thực của công trình và do chất tải trước gây ra H- chiều dày lớp đất chịu nén U(t) - độ cố kết tại thời gian t. Do vậy, ứng suất cần đạt do chất tải trước có thể tính theo phương trình sau: qs=qn/U(t) Độ cố kết theo lý thuyết kinh điển Tezzaghi được tính gần đúng bằng công thức:  Trong đó : T (hệ số thời gian) = cv. t/Hdr ; với T<0.2 . Cv - hệ số cố kết . hdr- chiều dài đoạn tiêu thoát nước, bằng chiều dày hoặc 1/2 chiều