Tóm tắt: Hệ thống thoát nước dọc đúc sẵn (PVD) được sử dụng để tăng tốc độ cố kết của lớp đất nền phục vụ thi công kè cao trên nền đất yếu tại tuyến đường nối từ Vishakhapatnam đến QL-5 dài khoảng 4,5 km. Để giám sát quá trình xây dựng, các thiết bị khác nhau đã được lắp đặt và giám sát trong quá trình xây dựng. Máy đo độ lún, máy đo peizometer, máy đo độ nghiêng, v.v. Việc xây dựng được thực hiện theo từng giai đoạn. Đối với từng giai đoạn thi công, việc ước tính độ lún tổng thể ban đầu được thực hiện bằng phương pháp quan trắc. Bài báo trình bày kết quả điều tra đất, quy trình lắp đặt các loại thiết bị và quan trắc chúng. Kết luận rằng độ sâu của đất yếu thay đổi từ 7 đến 15 m, độ ẩm tự nhiên của đất mềm gần như bằng giới hạn chảy của nó. Lớp đất nền có khả năng chịu nén cao và cường độ cắt không thoát nước rất thấp. Các máy đo độ lún ghi nhận độ lún khoảng 60 đến 95 cm vào cuối thời gian chờ sau giai đoạn chất tải thứ hai. Áp lực lỗ rỗng cho thấy áp lực nước lỗ rỗng tăng lên khoảng 2 đến 3 m so với mực nước trong quá trình chịu tải và giảm dần trong thời gian chờ. Dữ liệu máy đo độ nghiêng được ghi lại ở phần khác cho thấy chuyển động ngang trong lòng đất từ 29 mm đến 175 mm.
1. GIỚI THIỆU
Chính phủ Ấn Độ đã ủy quyền cho Cơ quan Đường cao tốc Quốc gia Ấn Độ (NHAI) phát triển kết nối đường bộ đầy đủ đến các cảng lớn theo Chương trình Phát triển Đường cao tốc Quốc gia (NHDP). Trong mối liên hệ này, NHAI kết hợp với Visakhapatnam Port Trust đã xây dựng tuyến đường liên kết bốn làn mới dài khoảng 12,3 km từ cảng Visakhapatnam đến QL5. Các biện pháp cải thiện mặt đất sử dụng cống thẳng đứng được tái chế đã được thực hiện trên đoạn đường dài khoảng 4,5 km khi nó đi qua đất sét mềm ở biển. Lớp đất dưới bao gồm nhiều lớp đất sét biển nằm trên lớp đất sét cứng. Lớp đá vụn mềm (SDR) tồn tại bên dưới lớp sét bột cứng. Đất sét mềm có độ bền cắt thấp, đặc tính chịu nén cao. Khía cạnh quan trọng của việc xây dựng nền đắp trên đất mềm là giảm thời gian cần thiết để cố kết nền đất yếu. Với mục đích này, Hệ thống thoát nước dọc đúc sẵn (PVD) thường được sử dụng để tăng tốc độ cố kết của đất mềm (ví dụ: Bergado và cộng sự, 1993; Chai và cộng sự, 2008; Bo và cộng sự, 2005; Indraratna và cộng sự, 2005, Sinha và cộng sự, 2007 & 2009). Các giải pháp phân tích do Hansbo (2005 & 1981) phát triển được sử dụng rộng rãi. Nhìn chung, nền đắp trên đất yếu được thi công theo từng giai đoạn do cường độ cắt không thoát nước rất thấp. Việc ước tính mức độ cố kết hoặc độ lún cuối cùng của đất sét mềm có ý nghĩa quan trọng trong thi công nhiều giai đoạn. Điều này có thể được ước tính bằng thiết bị hiện trường sử dụng máy đo độ lún, áp kế, máy đo độ nghiêng, v.v. Độ lún hiện trường có thể được phân tích bằng các phương pháp khác nhau để dự đoán độ lún cuối cùng của đất mềm kể từ thời điểm lắp đặt ban đầu. Asaoka (1978) đã đề xuất một quy trình được sửa đổi để áp dụng cho bài toán cố kết thoát nước dọc. Tan (1994) đã đề xuất các phương pháp lắp hyperbol để ước tính độ lún tổng cộng do cố kết với dòng chảy kết hợp theo phương thẳng đứng và hướng tâm xảy ra khi sử dụng thoát nước dọc để tăng tốc độ cố kết. Sinha và cộng sự. (2007) đề xuất phương pháp điểm uốn để dự đoán độ lún tổng cộng của đất yếu do thi công kè. IS 15284-phần 2(2004) đã sử dụng phương pháp cố kết 90 % để xác định tổng độ lún sơ cấp. Bài báo trình bày việc lắp đặt các thiết bị khác nhau, giám sát và ước tính độ lún tổng thể.
2. THÔNG SỐ ĐẮT ĐẮP
Việc điều tra lớp đất dưới được thực hiện dọc theo địa điểm đề xuất có chiều dài 4,5 km xuyên qua đất sét mềm ở biển. Độ dày của lớp đất sét mềm ở biển thay đổi từ 7 m đến 15 m. Sức kháng cắt không thoát nước tại chỗ của lớp đất phụ thay đổi từ 6 kPa đến 16 kPa. Hệ số trống ban đầu thay đổi từ 1,91 đến 2,55. Bảng 1 trình bày các đặc tính địa kỹ thuật của đất sét biển Visakhapatnam.
3. QUAN TRẮC XỬ LÝ NỀN
Chiều cao nền đắp thay đổi từ 2,5 m đến 3,5 m. Thời gian cần thiết để cố kết sơ cấp 90% lớp đất dưới đất sẽ kéo dài trong nhiều năm do Cv rất thấp. Do đó, người ta quyết định lắp đặt cống đứng đúc sẵn để đẩy nhanh quá trình cố kết. Ban đầu, người ta quyết định lắp đặt các dải thoát nước theo hình tam giác với khoảng cách từ tâm đến tâm là 2 m. Tuy nhiên, trong quá trình thi công, một đoạn kè dài khoảng 170 m có hiện tượng lún quá mức. Một bản sửa đổi kỹ lưỡng về thiết kế đã được thực hiện và thiết kế của kè đã được sửa đổi. Thiết kế sửa đổi đề xuất sườn dốc 1:2 và gờ chất tải rộng 10 m ở mỗi bên. Kè được xây dựng thành hai giai đoạn và một lớp vải địa kỹ thuật được cung cấp phía trên lớp thoát nước cát để ngăn chặn sự cố xoay. Khoảng cách thoát nước dải đã giảm xuống còn lưới tam giác 1,15 m ở phần kè. Ở phần gờ, các cống thoát nước dạng dải được bố trí theo khoảng cách lưới hình tam giác là 2 m. Vì lớp đất nền rất mềm nên sàn công tác có độ dày 600 mm được xây dựng bằng vật liệu dạng hạt để các phương tiện di chuyển. Các PVD đã lắp đặt (Vishakhapatnam) được hiển thị trong Hình 1.
4. LẮP ĐẶT THIẾT BỊ
Cần phải theo dõi cẩn thận độ lún và độ ổn định của nền đắp trên đất sét mềm để xác định xem mức độ cố kết thiết kế có đạt được hay không trước khi thực hiện giai đoạn thi công tiếp theo. Sự gia tăng dài hạn của hệ số an toàn diễn ra do cường độ tăng lên trong đất sét mềm do quá trình cố kết (Atkinson, 1981; Sinha et al. 2009). Sự mất ổn định của nền kè có thể được phát hiện trước. Theo đó, các công cụ sau đây đã được sử dụng để theo dõi các thông số khác nhau.
1. Piezometers đo áp lực nước lỗ rỗng
2. Thiết bị đo lún từ tính và điểm đánh dấu độ lún để đo độ lún thẳng đứng trong lớp đất gia tải.
3. Inclinometers quan trắc dịch chuyển ngang lớp đắt đắp
4.1 PIEZOMETERS
Máy đo áp suất dạng ống đứng mở Casagrande bao gồm một đầu xốp bằng gốm được kết nối với một ống đứng mở đã được lắp đặt. Lỗ khoan có đường kính 10 cm được khoan trên nền đất ban đầu sau khi thi công kè ban đầu. Độ sâu của lỗ khoan được giữ nhiều hơn khoảng 0,5 m so với độ sâu mong muốn mà tại đó đầu áp kế được lắp đặt. Sau đó lỗ khoan được làm sạch hoàn toàn bằng nước để loại bỏ vết bùn/sét trong lỗ khoan. Cát đã rửa sạch (IS 383-Khu I) sau đó được đổ vào lỗ khoan ở độ sâu 0,5 m. Áp kế được đưa cẩn thận vào lỗ khoan và đặt trên nền cát. Sau đó, các ống vỏ được nâng cẩn thận lên độ cao khoảng 0,5 m và một lượng cát bổ sung được đổ vào lỗ khoan sao cho cát bao bọc hoàn toàn đầu vào ở độ cao khoảng 0,5 m so với đầu vào của áp kế. Sau đó, các ống vách được nâng lên cẩn thận sao cho đầu dưới của ống vách nằm ở trên cùng của lớp cát. Lỗ khoan sau đó được bịt kín bằng viên bentonite. Độ dày của lớp bịt bentonite được giữ khoảng 0,3 m. Hỗn hợp đất + cát Moorum (với tỷ lệ bằng nhau) sau đó được lấp vào lỗ khoan phía trên lớp bịt bentonite và đồng thời rút ống vỏ ra. Áp kế cũng được lắp đặt ở vùng đất nguyên sơ để theo dõi sự biến động của mực nước ngầm.
4.2 ĐO LÚN
Việc giám sát độ lún dọc được thực hiện bằng cách sử dụng các điểm đánh dấu độ lún kiểu nền và máy đo độ lún từ tính.
4.2.1 Platform Type Settlement Gauges
Máy đo độ lún kiểu nền là một thiết bị tương đối đơn giản để giám sát độ lún bằng cách lấy các mức ở đỉnh của nền. Những đồng hồ đo này được lắp đặt ở đầu kè. Máy đo mức tự động hoặc máy kinh vĩ đôi khi được sử dụng để đo mức của điểm đánh dấu được ghi trên đó.
4.2.2 THIẾT BỊ ĐO LÚN TỪ TÍNH
Lỗ khoan có đường kính 10 cm có vỏ được thực hiện tại các vị trí khác nhau dọc theo tim đê. Lỗ khoan được đào đến độ sâu nơi kết thúc tầng đất sét và lớp đá mềm phân hủy (SDR) nằm bên dưới lớp đất phụ sét. Bằng cách này, đảm bảo rằng ống đứng (ống rỗng PVC cho phép tiếp cận cảm biến từ) được đặt trên nền vững chắc. Sau đó lỗ khoan được rửa kỹ. Cát rửa sạch đạt tiêu chuẩn Vùng I của IS 383 được đổ vào trong lỗ khoan tạo thành lớp cát dày 0,5 m ở đáy lỗ khoan. Ống tiếp cận máy đo độ lún từ đã được lắp ráp, đầu dưới của nó được bịt kín bằng cách đậy nắp ở phía dưới và được hạ xuống bên trong lỗ khoan. Sau khi đặt ống tiếp cận máy đo độ lún từ trên nền cát, độ sâu khoảng 1 m của lỗ khoan được lấp lại bằng hỗn hợp đất moorum + cát với tỷ lệ bằng nhau mô phỏng đất tại chỗ. Sau đó, nhện từ đầu tiên được lắp vào lỗ khoan bằng cách chèn vòng từ xung quanh ống tiếp cận và hạ nhện từ lên trên cùng của lớp đất lấp rồi cẩn thận nhấc ống vách lên. Các lò xo lá trong nhện từ sau đó mở ra và cắn vào lớp đất sét xung quanh trong lỗ khoan, từ đó lắp đặt vòng nam châm ở độ sâu đó. Sau đó, lỗ khoan được lấp lại bằng hỗn hợp moorum+cát đến độ sâu mà nam châm thứ hai sẽ được lắp đặt và quá trình này được lặp lại. Bằng cách này, các vòng nam châm còn lại cũng được lắp vào và đồng thời lỗ khoan được lấp lại và các ống vách được rút ra. Hình 2 cho thấy các thiết bị đo độ lún được lắp đặt và giám sát tương tự.
4.3 INCLINOMETERS
Máy đo độ nghiêng được lắp đặt để đo chuyển động ngang/dòng chảy dẻo bên trong lòng đất. Để lắp đặt các ống đo độ nghiêng, một lỗ khoan có đường kính 15 cm được tạo ra bằng máy khoan và lỗ khoan rửa tại vị trí yêu cầu. Lỗ khoan được đào đến toàn bộ chiều sâu của lớp đất sét. Sau khi chạm tới lớp đá vụn mềm, công việc khoan được tiếp tục sử dụng mũi khoan cacbit/kim cương vonfram để tạo lỗ khoan sâu khoảng 1m trong lớp SDR. Không giống như áp kế và đo độ lún, để lắp đặt các ống đo độ nghiêng, việc khoan trong lớp SDR được thực hiện sao cho phần dưới cùng của máy đo độ nghiêng được neo vào lớp SDR ổn định. Phần neo này không bị dịch chuyển do sự lan rộng sang bên của lớp đất sét. Sau đó lỗ khoan được làm sạch. Trước khi lắp đặt các ống đo độ nghiêng, một nắp được lắp ở phía dưới để bịt kín ống đo độ nghiêng khỏi sự xâm nhập của bất kỳ vật lạ nào. Các ống đo độ nghiêng thường có sẵn với chiều dài 3 m. Để bao phủ toàn bộ chiều dài của lỗ khoan, các ống đo độ nghiêng được kéo dài bằng cách gắn vào nhau. Trong khi gắn các ống của máy đo độ nghiêng, cần chú ý đảm bảo rằng các rãnh bên trong một ống của máy đo độ nghiêng được khớp chính xác với các rãnh của ống kia và không có sự gián đoạn của các rãnh. Khi đã sẵn sàng đủ chiều dài của đường ống, nó được hạ xuống lỗ khoan một cách cẩn thận. Hướng của các ống đo độ nghiêng được cố định sao cho một tập hợp các rãnh vuông góc với hướng dọc của nền đắp. Khi toàn bộ chiều dài của ống đo độ nghiêng đã được đưa vào lỗ khoan và một bộ rãnh của nó được căn chỉnh vuông góc với hướng dọc của nền đắp, độ thẳng đứng của ống đo độ nghiêng được kiểm tra bằng dây dọi và thước thẳng. . Sau đó, phần dưới cùng của ống đo độ nghiêng có chiều dài một mét được cố định chắc chắn trong lớp SDR bằng cách sử dụng viên vữa xi măng. Sau khi cố định phần đáy của máy đo độ nghiêng, hố khoan được lấp lại bằng hỗn hợp đất và cát tốt và các ống vách được kéo lên. Một nắp được cung cấp ở phía trên và một cụm nắp trên có thể khóa được để bảo vệ máy đo độ nghiêng khỏi bị phá hoại.
5. MONITORING OF INSTRUMENTS
5.1 QUAN TRẮC ÁP LỰC NƯỚC LỖ RỖNG
Tổng số 24 áp kế được lắp đặt ở các độ sâu khác nhau từ 4m đến 12m tại các vị trí khác nhau. 18 áp kế được lắp đặt dọc theo đường tâm của kè trong khi 6 áp kế được lắp đặt bên ngoài chu vi của kè trên nền đất nguyên sơ ban đầu để theo dõi mực nước ngầm. Áp lực lỗ rỗng được đo bằng cách lắp một cảm biến điện tử phát hiện nước gắn với cáp chia độ vào trong ống đứng và cẩn thận hạ cảm biến thường được gọi là thiết bị đọc ra. Áp suất đo áp suất được tính bằng cách trừ đi độ sâu của nước (mức giảm được biểu thị bằng m) khỏi độ cao nơi lắp đặt đầu vào của áp kế (mức giảm được biểu thị bằng m). Sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.
5.2 QUAN TRẮC LÚN
Tổng số 12 máy đo độ lún từ và 8 điểm đánh dấu độ lún đã được lắp đặt ở các vị trí khác nhau. Độ lún của nền đất ban đầu do đắp đê được theo dõi bằng các thiết bị này. Trong trường hợp máy đo độ lún từ tính, cảm biến được gắn vào cáp chia độ và nó được hạ xuống trong ống tiếp cận của máy đo độ lún. Cảm biến phát ra tiếng bíp khi tiếp xúc với nam châm. Chiều dài của cáp được đo khi nghe thấy tiếng bíp đầu tiên tương ứng với tấm từ tính ở mặt đất ban đầu. Vì ống dẫn nằm trên SDR nên ống dẫn không bị chìm. Độ lún của nền đất ban đầu theo thời gian được đo bằng cách tính toán sự khác biệt về mức độ suy giảm của tấm từ trong các khoảng thời gian khác nhau. Theo cách tương tự, độ lún của lớp đất nền ở các mức độ khác nhau được đo bằng cách sử dụng các nhện khác nhau được lắp đặt ở các độ sâu khác nhau. Trong trường hợp đánh dấu độ lún bề mặt, việc san lấp mặt bằng được thực hiện đều đặn để xác định độ lún. Sự thay đổi độ lún theo thời gian liên quan đến tải trọng được thể hiện trong Hình 4.
5.3 QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ NGANG
Máy đo độ nghiêng được sử dụng để theo dõi chuyển động ngang của lớp đất dưới. Ngay sau khi lắp đặt ống đo độ nghiêng ở vị trí thẳng đứng trong lỗ khoan, cảm biến đo độ nghiêng giả được lắp cẩn thận vào ống đo độ nghiêng để kiểm tra việc lắp đặt ống đo độ nghiêng đúng cách. Sau đó, cảm biến đo độ nghiêng với bộ chuyển đổi cảm biến trọng lực được đưa vào ống đo độ nghiêng và số đọc ban đầu được ghi lại. Sau đó, chuyển động ngang của ống đo độ nghiêng do dòng chảy dẻo của lớp đất dưới được thiết lập theo số đọc ban đầu này. Trong khi thực hiện các phép đo tiếp theo, các cảm biến giả luôn được lắp vào các ống đo độ nghiêng trước tiên và chuyển động tự do của nó được kiểm tra mỗi lần trước khi lắp thiết bị cảm biến máy đo độ nghiêng. Trong khi lấy số liệu của máy đo độ nghiêng, các rãnh vuông góc với nền đắp được chọn để quan trắc. Chuyển vị ngang tối đa của lớp đất dưới được quan sát bằng máy đo độ nghiêng liên quan đến độ sâu được cho trong Bảng 2. Chuyển động ngang điển hình so với độ sâu được thể hiện trong Hình 5.
6. DỰ ĐOÁN TỔNG LÚN
Để ước tính tổng độ lún cơ bản cho một giai đoạn thi công điển hình, quy trình quan sát dự đoán độ lún do Asaoka (1978) đề xuất đã được áp dụng. Dự đoán dựa trên dữ liệu hiện trường này được coi là cách tiếp cận thực tế hơn. Nhìn chung, quy trình này bao gồm việc ngoại suy các giá trị độ lún quan sát được tại hiện trường để ước tính độ lún cuối cùng. Để tính toán độ lún cuối cùng, đường cong thời gian và độ lún lần đầu tiên được vẽ. Tổng khoảng thời gian trong đường cong thanh toán theo thời gian được chia thành các khối số thuận tiện (mỗi khối 30 ngày) và giá trị thanh toán tại mỗi khoảng thời gian được ghi lại (Hình 6). Để dự đoán độ lún cuối cùng, độ lún tại khoảng thời gian cụ thể được vẽ đồ thị dọc theo trục Y, trong khi độ lún tương ứng cho khoảng thời gian trước đó (St-1) được lấy dưới dạng trục X. Những điểm này được nối với nhau để cắt đường 450 được vẽ từ gốc tọa độ. Điểm mà đường này giao với đường 450 biểu thị độ lún cuối cùng được dự đoán thông qua quan sát thực địa. Để xác định mức độ cố kết đạt được, độ lún được ghi lại bằng thước đo độ lún từ tính được so sánh với độ lún cuối cùng dự đoán và tính toán phần trăm độ cố kết. Tổng độ lún giới hạn quan sát được và mức độ cố kết được nêu trong Bảng 3.
7. KẾT LUẬN
Đường bốn làn dài khoảng 4,5 km được xây dựng trên nền đất sét mềm để nối cảng Vishakhapatnam với QL-5. Để đẩy nhanh quá trình cố kết, các cống dọc đúc sẵn đã được lắp đặt để làm tiêu tan áp lực nước lỗ rỗng. Các thiết bị khác nhau (áp kế, máy đo độ lún và máy đo độ nghiêng) đã được lắp đặt trong quá trình thi công để theo dõi độ lún và độ ổn định của nền đắp cao trên đất mềm. Kết luận ngắn gọn được tóm tắt dưới đây.
- Độ sâu của đất yếu thay đổi từ 7 đến 15 m. Độ ẩm tự nhiên của đất mềm gần như bằng giới hạn chảy của nó. Lớp đất nền có khả năng chịu nén cao và cường độ cắt không thoát nước rất thấp.
- Các thiết bị đo độ lún đã được lắp đặt tại các khu vực khác nhau và việc giám sát chúng cho thấy độ lún ở mức 60 đến 95 cm vào cuối thời gian chờ đợi sau giai đoạn chất tải thứ hai.
- Áp lực lỗ rỗng cho thấy áp lực nước lỗ rỗng tăng khoảng 2 đến 3 m so với mực nước trong áp kế trong quá trình chịu tải và giảm dần trong thời gian chờ.
- Máy đo độ nghiêng được lắp đặt để theo dõi chuyển động ngang của lớp đất dưới. Dữ liệu máy đo độ nghiêng được ghi lại ở phần khác cho thấy sự dịch chuyển từ 29 mm đến 175 mm trong lòng đất.
- Tỷ lệ cố kết đạt được sau giai đoạn chất tải đầu tiên khoảng 85 – 88%.
