Xử lý đất không có nền để phục vụ xây dựng và đô thị

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG (((( ((( MÔN XỬ LÝ Ô NHIỄM & THOÁI HÓA MÔI TRƯỜNG ĐẤT BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ GVHD : GS.TSKH Lê Huy Bá SVTH : Võ M inh Khải MSSV : 07706231 Lớp : DHMT3A Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 4 năm 2010 Mục lục Lời mở đầu Tổng quan về đất yếu Khái niệm Nguyên nhân Cách phân biệt nền đất yếu Các loại nền đất yếu thường gặp Ảnh hưởng của đất yếu đến xây dựng Các vấn đề khi xây dựng công trình trên nền đất yếu Các vấn dê đặt ra với nền đất yếu Tiêu chuẩn thiết kế nền đất yếu Các biện pháp xử lý đất nền yếu Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình Các biện pháp xử lý về móng Các biện pháp xử lý nền Phương pháp thay nền Các phương pháp cơ học Các biện pháp xử lý nền hay dùng Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt ( cố kết đóng) Bệ phản áp Phương pháp gia tải nén trước Gia tải trước với thoát nước thẳng đứng Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ Cọc tre và cọc tràm Phương pháp xừ lý nền đất yếu bằng cọc cát Phuong pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc xi măng – đất Các công trình có nền móng yếu đã được xử lý ở Việt Nam Các phương pháp xử lý nền đất yếu Giải pháp xử lý đất yếu bằng đất trộn xi măng 6.2. Giải pháp đê lấn biển trên nền đất yếu không xử lý nhằm phục vụ du lịch và xây dựng đô thị Lời mở đầu Những thành phố ở Việt Nam như Hà Nội, Hải Phòng, TP. Hồ Chí Minh đều nằm trên lưu vực đồng bằng sông Hồng và sông Mê Kông. Đây là khu vực có tầng đất phù sa khá dày và tập trung đất sét yếu. Với mục tiêu nhằm xây dựng và đô thị, rất cần thiết lựa chọn các giải pháp và công nghệ xử lý nền thích hợp cho điều kiện ở Việt Nam. Đặc tính của đất yếu cần phải được cải thiện để phục vụ các yêu cầu thực tế trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Đất yếu cũng như đất không có nền thường có độ ẩm cao và sức kháng cắt không thoát nước thấp. Đất thuộc dạng cố kết bình thường và có khả năng thấm nước thấp. Mực nước ngầm trong nền đất thường nằm gần bề mặt, cách từ 0,5 đến 2,5m. Một số trường hợp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả lớp than bùn. Đối với một vài loại đất, do lún thứ cấp chiếm từ 10-25% độ lún tổng cộng. Trong một số khu vực của các thành phố, mặt cắt địa kỹ thuật cho thấy nền đất bao gồm các lớp đất với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau. Nói chung đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. 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. 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. Do đó xử lý đất không có nền để phục vụ xây dựng và đô thị là vần đề quan trọng và cấp thiết tại việt nam hiện nay cũng như trên thế giới. 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm Nền đất 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 ≤ 0.35daN/cm2. Có thể 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 Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu. 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 . Nguyên nhân Đất yếu có thể qui về ba nhóm chính. - Yếu vì kết cấu. Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đá tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ sập như đập Malpasset ở Pháp. Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài mỏ khai thác đá ở Việt nam trong những năm gần đây có thể tính một phần là do yếu tố này. Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, công trình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biến đổi đột ngột, một số nhà cao tầng ở Thành phố Hồ Chí Minh có thể tính một phần là vì lí do này mà lún sập. - Yếu do độ ẩm. Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết . Đây là các tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất. Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố. Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển. 3. - Yếu do đặc tính sinh hóa. Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố. Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi. Đây là một vấn đề tương đối khó khăn đối với các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủy tinh. 1.3. Cách phân biệt nền đất yếu Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ. Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều có các tiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu a) Theo nguyên nhân hình thành: loại đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ. - Loại có nguồn gốc khoáng vật : thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng. - Loại có nguồn gốc hữu cơ : hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật. b) Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý (trạng thái tự nhiên): Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúng như hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hoà, góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt. c) Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét, đầm lầy hoặc than bùn (phân loại theo độ sệt) d) Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu: Chỉ tiêu  Hàm lượng nước tự nhiên (%)  Độ rỗng tự nhiên  Cường độ chịu cắt (Kpa)   Giá trị chỉ tiêu  ≥ 35 và giới hạn lỏng  ≥ 1,0  < 35   Chỉ tiêu Loại đất  Hàm lượng nước tự nhiên (%)  Độ rỗng tự nhiên  Hệ số co ngót (Mpa-1)  Độ bão hoà (%)  Góc nội ma sát (o) (chịu cắt nhanh)   Đất sét  > 40  > 1,2  > 0,50  > 95  < 5   Đất á sét (Đất bột)  > 30  > 0,95  > 0,30  > 95  < 5   1.4. Các loại nền đất yếu thường gặp - Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; - Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200μm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; - Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%); - Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy. - Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập. 1.5. Ảnh hưởng của đất yếu đến việc xây dựng Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng. Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. 2. CÁC VẤN ĐỀ KHI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 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 do nền đất chịu sức ép 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. Các giải pháp móng có độ sâu không lớn đều thỏa mãn được sức chịu tải nhưng không giải quyết được vấn đề lún, chỉ có cọc móng (có độ sâu lớn) mới có thể đồng thời giải quyết được vấn đề lún và sức chịu tải. Do đó, các công trình móng nhà trong khu phát triển trung tâm đô thị mới Sài Gòn [4], chủ yếu sử dụng dạng thiết kế cọc móng định hình như cọc vuông bêtông đúc sẵn 250/250, 300/300, 350/350, 400/400, và các cọc này được tập trung sản xuất tại xưởng bêtông mà công ty xây dựng cùng hợp tác đầu tư và kiểm tra, quản lý chất lượng rất chặt chẽ. 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 tầu hoả, ô tô và động đất. Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được quan tâm: - Xây dựng công trình đường giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công trình cơ sở trên nền đất yếu - Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu. - Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều. - Lấn biển và xây dựng các công trình trên biển. - Xử lý nền cho các khu công nghiệp được xây dựng ven sông, ven biển. - Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu Long. 2.2. Tiêu chuẩn thiết kế nền đất yếu Cho đến thời điểm hiện nay, ở trong nước vẫn chưa xây dựng đầy đủ được những Tiêu chuẩn riêng của Việt nam về tính toán thiết kế cũng như Quy trình công nghệ thi công mới để xử lý nền dất yếu mà đều dựa chủ yếu vào các tài liệu ở nước ngoài chuyển giao. Tại Việt Nam đang thiết kế và thi công theo một số quy trình, quy phạm như: - Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng nền đường trên đất yếu: 22TCN 236-97. - Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường: 22TCN 244-98. - Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế thi công và nghiệm thu: 22TCN248-98. - Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế: 22TCN-2000. 3. CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ ĐẤT NỀN YẾU Phương pháp xử lí đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện địa chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục. Kỹ thuật cải tạo đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình xây dựng trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như: Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình Các biện pháp xử lý về móng Các biện pháp xử lý nền 3.1. Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé. Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình. Người ta thường dùng các biện pháp sau: - Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng. - Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều. - Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn. 3.2. Các biện pháp xử lý về móng Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương pháp xử lý về móng thường dùng như: Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền; Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; Đồng thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và kỹ thuật. Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền. Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình. Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp. Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé. Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn. 3.3. Các biện pháp xử lý nền 3.3.1. Phương pháp thay nền. Đây là một phương pháp ít được sử dụng, để khắc phục vướng mắc do đất yếu, nhà xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất. Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp. 3.3.2.Các phương pháp cơ học. Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh(phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi...), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát...để gia cố nền bằng tác nhân cơ học Sử dụng tải trọng động khá phổ biến với điều kiện địa chất đất cát hoặc đất sỏi như dùng máy đầm rung, đầm lăn. Cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng với các công trình dân dụng. Sử dụng hệ thống lưới nền cơ học chủ yếu áp dụng để gia cố đất trong các công trình xây mới như đường bộ và đường sắt. Sử dụng thuốc nổ sâu tuy đem lại hiệu quả cao trong thời gian ngắn, nhưng không thích hợp với đất sét và đòi hỏi tính chuyên nghiệp của nhà xây dựng. Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm... Phương pháp nhiệt học. Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn. Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan.. Các phương pháp hóa học. Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa. Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến. Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ. Phương pháp sinh học. Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình. Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế. Các phương pháp thủy lực. Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm. Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế. Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể. Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm xuyên, bơm cát… CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU HAY DÙNG 4.1. Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m. Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt. Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau: Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới. Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát. Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng. Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được. Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt. Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình. Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi. Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định. 4.2. Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt (cố kết đóng) Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm cường độ chống cắt của đất và làm giảm tính nén lún. Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng như một tầng đệm đất, không những có ưu điểm như phương pháp đệm cát mà cón có ưu điểm là tận dụng được nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng đào đắp. Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau, thường hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp này quả đầm trọng lượng 1 - 4 tấn (có khi 5 - 7 tấn) và đường kính không nhỏ hơn 1m. Để hiệu quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra không nhỏ hơn 0,2kg/ cm2 với loại đất sét và 0,15kg/cm2 với đất loại cát. Cố kết đóng cho phép tăng cường độ và sức chịu tải và giảm độ lún của nền. Công nghệ được dùng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phòng và TP. HCM. Quả đấm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10-15m để đầm chặt nền. Khoảng cách giữa các hố đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m. Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt cố kết động được tính bằng: D = 0,5 √WH Trong đó: D - độ sâu hữu hiệu được đầm chặt W - Trọng lượng quả đấm, tấn H - Chiều cao rơi quả đấm, m Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần cát và đá được đổ đầy hố đầm. Phương phá cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giản và kinh tế, thích hợp với hiện tượng mới san lấp và đất đắp. cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố khoan. 4.3. Bệ phản áp Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường hoặc nền đê trên nền đất yếu. Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản áp. Chiều cao và chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp. Bệ phản áp cũng được sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi và cát sủi. 4.4. Phương pháp gia tải nén trước Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra . Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước. Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau: Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất; Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian. Các biện pháp thực hiện: Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình. Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian. Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên. Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền đất yếu. Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng. Phương pháp gia tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam. 4.5. Gia tải trước với thoát nước thẳng đứng Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng do sử dụng cọc cát hoặc bằng thoát nước. Cọc cát được đóng bằng công nghệ rung ống chống để chiếm đất, sau đó cát được làm đầy ống và rung để đầm chặt. Cọc cát có đường kính 30-40cm. Có thể được thi công đến 6-9m. Giải pháp cọc cát đã được áp dụng để xử lý nền móng một số công trình ở TP. Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Hải Phòng, Hà Nội. Bản nhựa được dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ thập kỷ 1980. Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được sử dụng để thi công bản nhựa. Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết. Tại ven sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thước hình học và tải trọng đường kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000tấn. Nền công trình là đất yếu có chiều dày lớn được xử lý nền bằng bản nhựa thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải bằng hút chân không. Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m. Kết quả độ lún thực tế sau 2 lần gia tải là 3,26m(lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau độ lún bằng 0,86m), ở đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính. Sự khác nhau có thể do quá trình tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt ven sông. Trong công nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thoát nước thẳng đứng rất cần thiết đặt hệ quan trắc lún. 4.6. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấmkết hợp với gia tải trước. Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải. Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesie không dệt…) Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau: Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo. Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước. Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị. Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn. Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét ( k = 10 x 10-5m/ngày đêm). Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài. 4.7. Gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến 25cm. Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun. Cọc nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho các công trình nhà, đường sá, đất đắp và các dạng kết cấu khác. Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất yếu hơn, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình. 4.8. Cọc tre và cọc tràm Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3 - 6m được đóng để gia cường nền đất với mực đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2 . Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ. Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ[3]. 4.9. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đã đầm chặt được sử dụng.Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống. Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để xây dựng một số công trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng và Vũng Tàu. Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc. Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có sức chịu tải tới hạn là 60KN. Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể được sử dụng[3]. Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc cừ tràm, cọc tre...) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát. Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m. 4.10. Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc xi măng đất Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão. Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau: Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại. Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt. Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất giảm 5-8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5-3 lần. Việc chế tạo cọc xi măng đất cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun. Hàm lượng ximăng có thể từ 7-15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét. Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên từ 4-5 lần so với khi chưa gia cố. Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất-ximăng này để xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất-ximăng này để gia cố nền là rất tốt. Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được dùng để chế tạo cùng đất xi măng và đất vôi. Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và áp dụng hiện trường cho thấy: - Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nước và gia cường nền. Đây là giải pháp công nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu. - Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng. - Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện Việt Nam so với vôi. Tỷ lệ phần trăm thường dùng là 8 – 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 – 15% trọng lượng khô của đất. - Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng. - Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc. - Cọc đất xi măng được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp, nền đê... -Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất vôi. 5. CÁC CÔNG TRÌNH CÓ NỀN MÓNG YẾU ĐÃ ĐƯỢC XỬ LÝ Ở VIỆT NAM Trong những năm vừa qua các công trình giao thông được nâng cấp cải tạo và xây dựng mới, cùng với sự phát triển công nghệ, các dự án xây dựng giao thông đã áp dụng hầu hết các phương pháp trên thế giới để xử lý nền đất yếu như: - Quốc lộ 1A: sử dụng cọc cát, bệ phản áp (đầu cầu Phù Đổng), bấc thấm, vải địa kỹ thuật (đoạn Cà Mau – Năm Căn)… - Quốc lộ 5: bấc thấm kết hợp vải địa kỹ thuật, tầng đệm cát, vét bùn… - Quốc lộ 18,10: cọc cát, tầng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật, bấc thấm. - Dự án đường Hồ Chí Minh (giai đoạn 1): thay đất yếu, làm rãnh ngầm hạ mực nước ngầm, thả đá hộc (Km89 – Km92). - Dự án đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương: cầu cạn, vét bùn thay đất, giếng cát, bấc thấm, sàn giảm tải. - Những công nghệ mới như cọc xi măng - đất áp dụng để xử lý nền móng sân bay Trà Nóc (TP Cần Thơ), đường vào khu khí điện đạm Cà Mau. - Hút chân không áp dụng để xử lý nền móng nhà máy khí điện đạm Cà Mau Việc đưa ra một số các biện pháp xử lý nền đất yếu mới góp phần làm phong phú các phương pháp xử lý nền móng trong công tác xây dựng nền đường qua vùng địa hình có địa chất yếu từ đó có cơ sở để lựa chọn những biện pháp tối ưu để áp dụng cho công trình đường Hồ Chí Minh một cách có hiệu quả. 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 6.1. Giải pháp xử lý đất yếu bằng đất trộn xi măng 6.1.1 Giới thiệu Một số công trình cầu đường trong quá trình khai thác đã và đang tồn tại hiện tượng khá phổ biến là lún lệch hai bên đầu cầu, hai bên cống hộp, … Sự lún lệch này là trở ngại lớn trong lưu thông, gây nên hiện tượng nảy, xốc đột ngột rất dễ xảy ra tai nạn. Mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ lún lệch tại mỗi công trình. Đồng thời phát sinh hàng loạt các vấn đề khác như làm giảm năng lực khai thác của công trình do phải giảm tốc độ khi đi qua những vị trí lún lệch, làm tăng mức độ hao phí (xăng dầu, hao mòn máy móc, …) của các phương tiện giao thông. Những biện pháp đối phó thông thường để giảm thiểu sự lún lệch chỉ mang tính chất là một loại giải pháp tình thế (như bù lún bằng bê tông nhựa), đòi hỏi chi phí cao làm tăng tổng vốn đầu tư xây dựng và mất thời gian lâu dài. Mặt khác vấn đề mỹ quan của công trình cũng không thể nào đảm bảo yêu cầu. Trong xây dựng tầng hầm các công trình nhà cao tầng, nhất là các tầng hầm có chiều sâu lớn việc chống ổn định thấm bằng các phương pháp cọc bares hoặc tường cừ lá sen thường không đạt hiệu quả, nhiều công trình dẫn đến sự cố do xói ngầm (điển hình như công trình tòa nhà cao tầng Pacific 45-47 Nguyễn Thị Minh Khai thành phố Hồ Chí Minh) và một số công trình khác. Để giải quyết những vấn đề trên, hiện nay trên thế giới và ở nước ta đã ứng dụng công nghệ đất trộn xi măng bằng phương pháp trộn sâu. Phương pháp này có nhiều ưu điểm: - Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội. - Có thể xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt. - Thi công được trong nước. - Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận. - Rất sạch sẽ và giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường. - Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế. - Và đặc biệt là thi công nhanh, thời gian đất đạt yâu cầu kỹ thuật xử lý ngắn, đẩy nhanh được tiến độ cải tạo đất nền. Phương pháp trộn dưới sâu là một kỹ thuật cải tạo đất để gia tăng cường độ, kiểm soát biến dạng, và giảm thấm nhờ đất được trộn với xi măng và các vật liệu khác. Những vật liệu này có liên quan đến chất kết dính và dưới dang lỏng hoặc khô. Điều đó được thực hiện bằng các cọc đất-ximăng. Các cọc đất-ximăng được thực hiện bởi các mũi khoan; các mũi khoan được gắn với cần khoan. Các cần khoan được đưa vào trong đất, vữa hoặc xi măng khô được bơm qua các lỗ ở mũi khoan và được phụt vào đất nhờ hệ thống áp lực lớn (có khi tới hàng trăm atmôtfe). Nhóm các mũi khoan và lưỡi trộn trên cần pha trộn đất với vữa/xi măng khô giống hình thức máy trộn đất sét. Phương pháp này nhờ một loạt các phản ứng hóa học – vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất sét yếu đóng rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định. Phương pháp mà bột xi măng khô được sử dụng như là tác nhân chính làm ổn định được gọi là phương pháp trộn khô dưới sâu; Còn tác nhân làm ổn định là hình thức vữa được gọi là phương pháp trộn ướt dưới sâu. Đường kính cọc xi măng – đất thường từ 0.6 – 1.5m và có thể đạt đến 40m chiều sâu. Các ứng dụng của đất trộn xi măng: - Cải tạo nền đất yếu dưới nền đường vào cầu: việc thi công công trình trên nền đất sét mềm hoặc hữu cơ có những khó khăn và phức tạp rất lớn. Nhất là sự cố do biến dạng thẳng đứng và biến dạng ngang lớn. Bằng cách sử dụng cọc xi măng - đất thì các đặc trưng độ bền và biến dạng của đất có thể được cải thiện một cách rất đáng kể và nhanh chóng. - Làm chặt lại nền đất yếu phục vụ các công trình giao thông, các bãi congtenner,các nên công trình thủy lợi… - Gia cố mái taluys công trình: khi mái dốc công trình có độ ổn định kém, đất chịu ứng suất cắt lớn, hệ số an toàn về phá hoại có thể được cải thiện bằng cách gia cố các lớp đất có sự chịu tải phù hợp thông qua các cọc xi măng - đất. - Làm móng vững chắc cho công trình nhà cao tầng, công trình công nghiệp, làm tường chắn đất, làm bờ kè. - Gia cố thành hố đào, đặc biệt là nhưng hố đào sâu, yêu cầu chống thấm cao. 6.1.2. Các phương pháp tính toán cọc xi măng - đất 6.1.2.1. phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng – đất làm việc như cọc 4 a. Đánh giá ổn định cọc xi măng- đất theo trạng thái giới hạn 1 Để móng cọc đảm bảo an toàn cần thỏa mãn các điều kiện sau: Nội lực lớn nhất trong một cọc: Nmax < Qult/Fs Moment lớn nhất trong một cọc: Mmax < [M] của vật liệu làm cọc. Chuyển vị của khối móng: Δy < [Δy] Trong đó: Qult – Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng – đất. [M] – Moment giới hạn của cọc xi măng – đất. Fs – Hệ số an toàn. b. Đánh giá ổn định cọc xi măng – đất theo trạng thái giới hạn 2 Tính toán theo trạng thái giới hạn 2, đảm bảo cho móng cọc không phát sinh biến dạng và lún quá lớn: ΣSi < [S] Trong đó: [S] – Độ lún giới hạn cho phép. ΣSi – Độ lún tổng cộng của móng cọc. Nói chung, trong thực tế quan điểm này có nhiều hạn chế và có nhiều điểm chưa rõ ràng. Chính vì những lý do đó nên ít được dùng trong tính toán. c. Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương 4 Nền cọc và đất dưới đáy móng được xem như nền đồng nhất với các số liệu cường độ (tđ, Ctđ, Etđ được nâng cao. Gọi as là tỉ lệ giữa diện tích cọc xi măng – đất thay thế trên diện tích đất nền. as=AP/As (tđ = asϕcọc + (1-as) (nền Ctđ = asCcọc + (1-as)Cnền Etđ = asEcọc + (1-as)Enền Trong đó: ap – Diện tích đất nền thay thế bằng cọc xi măng - đất. as – Diện tích đất nền cần thay thế. Theo phương pháp tính toán này, bài toán gia cố đất có 2 tiêu chuẩn cần kiểm tra: tiêu chuẩn về cường độ và tiêu chuẩn về biến dạng. 6.1.2.2. Phương pháp tính toán theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á a. Khả năng chịu tải của cọc đơn Khả năng chịu tải giới hạn ngắn hạn của cọc đơn trong đất sét yếu được quyết định bởi sức kháng của đất sét yếu bao quanh (đất phá hoại) hay sức kháng cắt của vật liệu cọc (cọc phá hoại), theo tài liệu của D.T.Bergado : Qult.soil = (πdLcol + 2.25πd2) Cu.soil Trong đó: d: đường kính cọc. Lcol: chiều dài cọc. Cu.soil: độ bền cắt không thoát nước trung bình của đất sét bao quanh, được xác định bằng thí nghiệm ngoài trời như thí nghiệm cắt cánh hoặc thí nghiệm xuyên côn. Khả năng chịu tải giới hạn ngắn ngày do cọc bị phá hoại ở độ sâu z, theo Bergado: Qult.col = Acol (3.5Cu.col + Kbσh) Trong đó: Kb: hệ số áp lực bị động; Kb = 3 khi ϕult.col = 30o b. Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc xi măng - đất được tính theo công thức: Qult.group = 2Cu.soil.H (B + L) + k.Cu.soil.B.L Trong đó: B, L, H – chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng – đất. k = 6: khi móng hình chữ nhật. k = 9: khi móng hình vuông, tròn. Trong tính toán thiết kế, kiến nghị hệ số an toàn là 2.50 (theo D.T.Bergado, [3]). Độ lún tổng cộng của gồm 2 thành phần là độ lún cục bộ của khối được gia cố (Δh1) và độ lún của đất không ổn định nằm dưới khối gia cố (Δh2). Có 2 trường hợp xảy ra: Trường hợp A: tải trọng tác dụng tương đối nhỏ và cọc chưa bị rão. Trường hợp B: tải trọng tương đối cao và tải trọng dục trục tương ứng với giới hạn rão của cọc. ♦ Trường hợp A: Độ lún cục bộ phần cọc vôi – xi măng Δh1 được xác định theo giả thiết độ tăng ứng suất q không đổi suốt chiều cao khối và tải trọng trong khối không giảm: Độ lún của lớp đất yếu bên dưới đáy khối gia cố được tính toán theo phương pháp cộng lớp phân tố với công thức sau: (trường hợp tổng quát) Trong đó: hi - bề dày lớp đất tính lún thứ i. eoi - hệ số rỗng của lớp đất I ở trạng thái tự nhiên ban đầu. Cri - chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải. Ccr - chỉ số nén lún hay độ dốc của đoạn đường cong nén lún. σ’vo - ứng suất nén thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i. Δσ’v - gia tăng ứng suất thẳng đứng. σ’p - ứng suất tiền cố kết. Tỷ số giảm lún β là tỷ số giữa độ lún tổng cộng ở dưới đáy khối đã được gia cố với độ lún không có cọc vôi – xi măng và được tính theo quan hệ sau: ♦ Trường hợp B Trong trường hợp này, tải trọng tác dụng quá lớn nên tải trọng dọc trục tương ứng với giới hạn rão. Tải trọng tác dụng được chia ra làm 2 phần, phần q1 truyền cho cọc và q2 truyền cho đất xung quanh. Phần q1 được quyết định bởi tải trọng rão của cọc và tính theo biểu thức: Giá trị q1 có thể được xác định gần đúng như sau: Độ lún Δh2 dưới đáy khối gia cố được tính cho cả q1 và q2, với giả thiết tải trọng q1 truyền xuống dưới đáy khối gia cố, tải trọng q2 tác động lên mặt. 6.1.2.3. Thiết kế cấp phối Việc thiết kế hỗn hợp xi măng đất yêu cầu phải có được những thông tin về tính chất của đất và các điều kiện khác của vùng đất dự án. Các yêu cầu kỹ thuật của cọc xi măng đất chi phối trong thiết kế cấp phối. Người kỹ sư thường chú ý đến các yêu cầu về cường độ, modul đàn hồi, khả năng thấm và các yêu cầu cần thiết để xác định được tính liên tục và đồng nhất trong suốt chiều sâu cọc. Việc thiết kế cấp phối thường được xác định bởi nhà thầu chuyên về kỹ thuật trộn sâu. Cấp phối cuối cùng được khẳng định tại đất hiện trường, loại thiết bị sử dụng, qui trình lắp đặt, yêu cầu chất lượng và tính kinh tế của dự án. a. Cường độ thiết kế Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cường độ cuối cùng của xi măng đất ở ngoài thực tế, chẳng hạn như công nghệ thi công, môi trường ninh kết, kích thước khối đất xử lý bị ảnh hưởng bởi nhiệt tỏa ra từ quá trình hydrat hóa. Vì vậy, cùng với sự thay đổi các điều kiện trên mặt đất, một vấn đề cần chú ý là chất lượng của xi măng đất trên thực tế sẽ khác với chất lượng các mẫu chế tạo trong phòng với môi trường hoàn toàn khống chế được. Từ rất nhiều thí nghiệm ở của tác giả cho thấy rằng, cường độ của xi măng đất ngoài thực tế chỉ bằng khoảng 1/2 cho đến 1/3 cường độ mẫu trong phòng như trên hình 5. Những sai khác như vậy có thể là do ảnh hưởng bởi sự phân tán của mẫu được lấy từ nhiều dự án đã làm ở Việt Nam. Rõ ràng là cường độ thiết kế thực tế phải dựa trên những kinh nghiệm xét đến ảnh hưởng của loại đất vùng dự án, loại chất kết dính, các thử nghiệm trước khi thi công, mức độ giám sát và bảo đảm chất lượng. b. Thiết kế hỗn hợp xi măng - đất Đầu tiên đất được lấy ở những độ sâu khác nhau mang về phòng thí nghiệm, với mục đích gia cố là tăng cường độ thì thiết kế cấp phối với các hàm lượng xi măng khác nhau và xác định cường độ xi măng đất ở tuổi 7 ngày, 28 ngày. Nhằm phối hợp ảnh hưởng của hiện trường, tùy thuộc vào qui mô và mức độ quan trọng của dự án, các thí nghiệm hiện trường trước khi khởi công thường tiến hành chọn ít nhất là 2 vị trí trên công trình. Với dự án nhỏ thì có thể sử dụng các tài liệu đã có để thiết kế. Tỷ lệ cuối cùng của hỗn hợp xi măng đất được thiết kế dựa trên yêu cầu về cường độ (trên nguyên tắc bảo đảm cường độ nằm trong phạm vi cho phép), các kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường, ảnh hưởng của môi trường và thiết bị thi công. Theo kinh nghiệm, hàm lượng xi măng trong khoảng 50 ~ 300 kg/m3 đất. Theo thống kê hàm lượng xi măng thay đổi theo từng loại đất. 6.1.2.4. Nhận xét Trong những năm gần đây công nghệ cải tạo đất nền bằng cọc xi-măng đất đã được ứng dụng khá nhiều ở nước ta. Như đại lộ Đông Tây Thành phố Hồ Chí Minh, dự án cải tạo môi trường thành phố Hồ Chí Minh, tầng hầm công trình cao tầng Tamsquaer Đồng Khởi Tp Hồ Chí minh nhà máy điện Ô môn Cần Thơ và một số công trình cảng ở Bà Rịa –Vũng Tàu, v.v. Tuy rằng công nghệ này mới ở giai đoạn bước đầu sử dụng tại một số công trình ở nước ta. Nhưng hy vọng công nghệ này sớm thực hiện rộng rãi, nhằm khắc phục hiện tượng đất yếu cũng như là đất không có nền, phục vụ xây dựng và đô thị trong cả nước. 6.2. Giải pháp đê lấn biển trên nền đất yếu không xử lý nhằm phục vụ du lịch và xây dựng đô thị 6.2.1 Giới thiệu Trong những năm gần đây, các dự án lấn biển phục vụ du lịch và hình thành các khu đô thị mới đang được nhiều địa phương quan tâm. Trong đó có những vùng địa chất rất bất lợi, chiều dày lớp bùn yếu khá lớn, nhiều giải pháp kết cấu đê bao lấn biển không khả thi, dẫn đến công trình xây dựng gặp sự cố. đây là giải pháp nhằm khắc phục khó khăn trên. 6.2.2. Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng a. Điều kiện thủy văn - Mực nước cao nhất +0.763 - Mực nước thấp nhất -1.370 - Mực nước trung bình +1.307 (Hệ cao độ Quốc gia HN 72) - Độ sâu nước trung bình của tuyến đê H= 4,0m - Chiều cao sóng tính toán Hs = 1,5m - Mực nước dâng tính toán Hd = 1,0m - Vận tốc dòng chảy tính toán trước đê Vc=1,0m/s b. Điều kiện địa chất - Chiều dày của lớp bùn yếu Hb = 20,0m - Các thông số cơ bản của lớp bùn yếu: - Dung trọng tự nhiên γtn =1,67 g/cm3 - Độ bão hòa nước G = 96% - - Độ sệt B = 1,03 - Lực dính C = 0,061 KG/cm3 - Góc nội ma sát ϕ = 4o 14’ - Hệ số nén lún a = 0,368 cm2/KG - Moduyn E = 6,6 KG/cm2 - Thành phần hạt chủ yếu là hạt bụi, hạt sét có lẫn tạp chất hữu cơ. c. Quy mô công trình - Diện tích san lấp lấn biển: 60 ha - Chiều dày lớp san lấp: 5 – 7,0m - Chiều dài toàn tuyến đê L = 2,5Km 6.2.3. Các giải pháp công trình a. Giải pháp tường cừ BTCT ứng lực trước , có một tầng neo Phương án này có nhiều Đơn vị tư vấn đề xuất, sử dụng cấu kiện bền vững, thi công thuận lợi. Song chỉ có thể áp dụng sau khi khối san lấp đã lún ổn định. Do đó không được chủ đầu tư lựa chọn. b. giải pháp cọc bê tông cốt thép đóng 2 lớp, tạo khung bằng hệ dầm dằng, tạo lớp đệm đáy bằng các khối gabion, sau đó đổ lăng thể đá giảm tải phía trên Phương án này nhóm tác giả đề xuất, trình tự thi công bắt buộc công tác san lấp phải thực hiện trước, nhưng chủ đầu tư không chấp thuận. Giá thành công trình cao, thời gian thi công kéo dài. c. Giải pháp kết cấu đê trọng lực mềm, rời rạc cho lún tự nhiên trên nền đất yếu không xử lý Phương án do nhóm tác giả đề xuất, các đơn vị tư vấn thẩm tra bác bỏ, chủ đầu tư chấp nhận làm thí điểm và đã thành công, giá thành rẻ, dùng vật liệu tại địa phương, rút ngắn thời gian thi công.