1 Lý thuyết và Phương pháp Tính toán thoát nước đứng

Báo cáo tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-2



Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng



N: Giá trị Thí nghiệm Xuyên Tiêu chuẩn



b)



Cố kết



Trường hợp không có đường thấm đứng, hệ số thời gian (Tv) sẽ được tính toán theo công thức

(2-6) như sau:

Tv =



t × Cv

H2



(2-6)



Sau đó độ cố kết sẽ được tính theo mối quan hệ Terzaghi Uv – Tv như sau:



π  U 

Tv = × 



4  100 



2



Tv = 1.781 − 0.933 × log(100 − U )



nếu 0


(2-7)



nếu U>53%



(2-8)



Trong đó:

t: Thời gian lún,

H: Chiều dài đường thấm,

Tv: Hệ số thời gian,

Uv: Độ cố kết,

Cv: Hệ số cố kết.

Trong trường hợp có đường thấm đứng như là Bấc thấm, Cọc cát, Giếng cát có vỏ bọc, v.v..

được bố trí để xử lý nền đất yếu, độ cố kết sẽ được xác định bằng biểu thức Carrillo:

U = 1 − (1 − U v ) * (1 − U h )



(2-9)



Trong đó:

U: Độ cố kết,

Uv: Thành phần cố kết thẳng đứng được tính như đề cập trên,

Uh: Thành phần cố kết ngang được tính bằng kiến nghị Hansbo như sau:

 − 8 × Th 

U h = 1 − exp



 F 

Th =



(2-10)



C h .t

de



(2-11)



2



F = F (n) + Fs + Fr



(2-12)



5



Báo cáo tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-2



F ( n) =



n=



Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng



n2

3n 2 − 1

ln n −

n2 −1

4n 2



(2-13)



de

dw



(2-14)



k

 d 

Fs =  h − 1 ln s 

k

 d 

 s

  w

Fr = πz ( 2 L − z )



(2-15)



kh

qw



(2-16)



Trong đó:

Th: Hệ số thời gian,

Ch: Hệ số cố kết ngang,

de: Khoảng cách thoát nước hiệu quả (=1,13ds cho dạng hình vuông, =1.05ds cho dạng

hình tam giác),

ds: Khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các đường thấm đứng,

dw: Đường kính/đường kính tương đương của đường thấm đứng,

kh: Hệ số thấm theo phương ngang,

ks: Hệ số thấm trong vùng đất bị xáo trộn,

ds: Đường kính mặt cắt ngang của vùng đất bị xáo trộn,

L: Chiều dài thoát nước,

qw: Khả năng thoát nước của đường thấm đứng

Đặc biệt trong trường hợp là giếng cát có vỏ bọc, do bố trí đặc biệt (xem hình 2-1), hệ số thời

gian sẽ được tính toán cho từng vùng I, II, và III như sau:

Th − I =



C h .t

d e− I



Th − II =



Th − III =



(2-17)



2



C h .t

d e − II



(2-18)



2



C h .t

d e − III



(2-19)



2



Trong đó, de-I, de-II và de-III là khoảng cách thoát nước hiệu quả tại vùng I, II và III tương ứng và

được tính toán như sau:

6



Báo cáo tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-2



Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng



d e −I = 1.13 × 1.2



(2-20)



d e − II = 1.13 × L



(2-21)



d e − III = 1.13 × 1.2 × L



(2-22)



Sau đó độ cố kết của vùng I, II và III – U h-I, Uh-II và Uh-III sẽ được tính toán bằng phương trình (210) và, cuối cùng, độ cố kết do một tổ hợp giếng cát có vỏ bọc gây ra sẽ được tính theo biểu thức

trung bình sau đây:

Uh =



AI × U h − I + AII × U h − II + 2 AIII × U h − III

AI + AII + 2 AIII



(2-23)



AI, AII và AIII là diện tích của vùng I, II và III tương ứng.



a

a



a

a



II



III



III



I



Hình 2-1 Sơ đồ bố trí giếng cát có vỏ bọc



c)



Sức kháng cắt do cố kết



Sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu được xem là tăng lên 1 lượng ∆C do cố kết được

xác định như sau:

∆C = ( P0 − Pc + ∆P ) × U × m



(2-24)



Trong đó:

∆C: Lượng tăng của sức kháng cắt không thoát nước do cố kết,

m: Hệ số tăng của sức kháng cắt không thoát nước.

7



Báo cáo tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-2



d)



Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng



Kiểm toán trượt



Tư vấn kiến nghị sử dụng Phương pháp Bishop như công thức dưới đây để kiểm toán trượt.

1

∑ m [C × b + ( w − u × b ) tan ϕ ]

Fs =

∑ w sin α



(2-25)



tan ϕ 



ma = cos α 1 + tan α



Fs 





(2-26)



a



Trong đó (xem hình 2-2):

C: Lực dính,

ϕ: Góc ma sát trong,

b: Bề rộng phân tố,

u: Áp lực nước lỗ rộng tác động đáy cung trượt,

W: Trọng lượng của phân tố,



α : Góc nghiêng tại đáy cung trượt so với phương ngang.



α



Hình 2-2 Mô hình kiểm toán trượt

Trong trường hợp có sử dụng lớp vải địa kỹ thuật gia cường, cường độ kháng trượt được tính

như sau:



[



T = max Tbreak , T pullout



]



(2-27)



Trong đó (xem hình vẽ 2-3),

Tbreak =



Tensile

k

8



Báo cáo tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-2



Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng



T pullout = b × τ

2





τ = 2 × k '×γh × tan ( ϕ ) 

3





Tensile: Cường độ chịu kéo đứt của vải (=200KN)

k: Hệ số an toàn (=2 với vải được làm bằng polyester theo 22TCN262-2000)

k’: Hệ số dự trữ (=0.66 theo 22TCN262-2000)



γ, φ

τ



τ



τ



τ



τ



τ



Hình 2-3 Resistant force mobilized from reinforced geotextile



2.2 Lý thuyết và phương pháp tính toán Cọc cát đầm

a)



Tổng quan



Phương pháp Cọc cát đầm (SCP) sử dụng tải trọng rung để xuyên một ống chống tạo cọc cát

đầm vào lớp đất yếu. Phương pháp này sẽ giúp gia tăng khả năng chịu tải, giảm độ lún cố kết,

tăng sức kháng theo phương ngang, tạo sự đồng đều cho đất, tăng hiệu quả thoát nước cố kết do

việc tăng độ chặt của đất. Phương pháp này được áp dụng cho hầu hết các điều kiện đất gồm cả

đất cát, đất sét và đất hữu cơ.

b)



Thiết kế

•



Tỷ lệ thay thế



Tỷ lệ thay thế được định nghĩa bằng phương trình sau đây và sẽ được tính toán cho dạng hình

vuông và dạng tam giác như sau (hình 2-3):



9



Báo cáo tính toán Xử lý nền đất yếu gói thầu EX-2



Đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng



Hình 2-4 Sơ đồ bố trí và quan niệm thiết kế Cọc cát đầm (SCP)



Fv =



As As

=

A d2



nếu là dạng vuông



(2-28)



Fv =



As

3 As

=

A

2 d2



nếu là dạng tam giác



(2-29)



Trong đó,

As: Diện tích mặt cắt ngang của Cọc cát đầm

d: Khoảng cách từ Tâm đến Tâm



•



Sức kháng cắt



Nền đất yếu sau khi được xử lý bằng Cọc cát đầm sẽ được xem là nền đất hỗn hợp gồm có Cọc

cát đầm và đất yếu bao quanh. Sức kháng cắt của nền đất hỗn hợp τSC được tính toán như sau:

τsc=(1-Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•σz)•U+ Fv • (γs'•Z+μs•σz)tanϕs• (cosθ)²



(2-30)



τsc=(1- Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•z )·U+(γ'm•Z+z )•μs •Fv •tanϕs •(cosθ)²



(2-31)



Trong đó,

µc: Hệ số giảm ứng suất, µc =



σc

1

=

σ 1 + (n − 1) Fv



10