Xử lý đất nền yếu trong xây dựng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG MÔN: XỬ LÝ Ô NHIỄM & THOÁI HÓA MÔI TRƯỜNG ĐẤT ( TIỂU LUẬN CUỐI KỲ: GVHD : GS. TSKH LÊ HUY BÁ SV : NGUYỄN DIỆU AN MSSV : 07701581 Lớp : ĐHMT3A Trường ĐH Công nghiệp TP.HCM Ngày 03 tháng 05 năm 2010 Lời cảm ơn Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn BGH trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM đã trang bị kiến thức lẫn cơ sở vật chất một cách đầy đủ và hiện đại, tạo điều kiện cho sinh viên chúng tôi làm tiểu luận. Và tôi cũng xin cám ơn Viện Khoa học Công nghệ và Quản lý môi trường đã cung cấp những kiến thức cơ bản về bộ môn Xử lý ô nhiểm & Thoái hóa môi trường đấ này, tạo điều kiện cho chúng tôi tìm hiểu, nghiên cứu. Tôi cũng xin cám ơn thư viện trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM đã cung cấp sách vở cũng như phương tiện hiện đại cho chúng tôi nghiên cứu làm tiểu luận. Đặc biệt, tôi xin cám ơn GS.TSKH Lê Huy Bá, người trực tiếp giảng dạy những kiến thức cơ bản và luôn giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập. Trường ĐH Công Nghiệp TP.HCM, ngày 03 tháng 05 năm 2010 MỤC LỤC Trang  MỞ ĐẦU  01    NỘI DUNG  02   1  Khái niệm  02   1.1  Khái niệm về nền đất yếu  02   1.2  Sự hình thành tài nguyên MT đất nền yếu  02   1.3  Một số đặc điểm đất nền yếu dùng trong xây dựng  04   1.4  Các loại đất nền yếu thường gặp  06   1.5  Các vấn đề đặt ra đối với đất nền yếu  06   2.  Nền đất yếu ở Việt Nam  07   2.1  Đất yếu khu vực tây – nam Hà Nội  07   2.2  Đất yếu khu vực TP. Hồ Chí Minh  07   2.3  Đất yếu khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu  08   3.  Biện pháp xử lý nền đất yếu và phạm vi ứng dụng  08   3.1  Xử lý nền đất yếu  08   3.2  Phạm vi ứng dụng  09   4.  Biện pháp kết cấu công trình  11   4.1  Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ  11   4.2  Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình  11   4.3  Tăng thêm cường độ kết cấu công trình  11   5.  Các biện pháp xử lý về móng  12   5.1  Thay đổi chiều sâu chôn móng  13   5.2  Thay đổi kích thước móng  13   5.3  Thay đổi loại móng và độ cứng móng  14   6.  Gia cố nhân tạo nền đất yếu  14   6.1  Biện pháp xử lý bằng đệm cát  15   6.2  Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt  18   6.3  Biện pháp xử lý nền bằng cọc cát  18   6.4  Biện pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc đất – vôi  22   6.5  Biện pháp xử lý nền bằng cọc đất – xi măng  23   6.6  Phương pháp gia tải nén trước  28   6.7  Biện pháp xử lý nền bằng cọc tre và cọc tràm  32   6.8  Biện pháp xử lý nền bằng cọc đá và cọc cát đầm chặt  33   6.9  Cố kết đóng  34   6.10  Gia cường nền yếu bằng cọc tiết diện nhỏ  34   7.  Một số ví dụ tính toán thực tế  34    KẾT LUẬN  37   SUMMARY Handling soft soil intended to increase bearing capacity of soil, improve some physical properties of soft soil, such as reduction coefficients empty, compress reduce subsidence, increasing tightness increase the number of processing modules form, increasing shear strength of soil ... For irrigation, the disposal of the soil also reduces the soil permeability, ensuring stable block embankments. The treatment methods include different types of soft soil, based on geological conditions, causes and technologies required to overcome. Technical renovation of soft soil in the field of geotechnical, to make the basis of theoretical and practical methods to improve the ability of the soil load to match the requirements of each different type of work. With the characteristics of the soil as above, want the foundation construction work on this ground there must be measures to improve the technical strength of its features. Soil after the treatment is called artificial. The handling of the construction on soft soil depends on conditions such as work characteristics, characteristics of the soil ... Conditions specific to each design that people make rational treatment measures. There are many treatment measures to meet specific soft ground such as: the treatment measures on the structure, the measures of disease process , the treatment measures background. MỞ ĐẦU 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. Bài tiểu luận này trình bày một số đặc tính tiêu biểu của nền đất yếu, các vấn đề do nền đất đặt ra và một số công nghệ xử lý nền. Đồng thời trình bày và đề cập đến các giải pháp xử lý nền đất đã được dùng ở Việt Nam. Một số công nghệ xử lý nền mới được trình bày và thảo luận. Một số giải pháp xử lý nền móng trên nền đất yếu thích hợp với điều kiện Việt Nam và hướng phát triển NỘI DUNG 1. Khái niệm: 1.1 Khái niệm về nền đất yếu: 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. 1.2. Sự hình thành tài nguyên môi trường đất nền yếu: Nếu như đối với đất có nền cứng – chắc thường xuất hiện vùng đồi núi, trung du, mà tài nguyên đất là sản phẩm của quá trình phong hóa tại chỗ từ các đá gốc khác nhau; do đó, tài nguyên đất chủ yếu dựa vào chiều dày, mức độ phân bố, thành phần trạng thái và các tính chất vật lí, cơ học của các loại đất hình thành từ các đá gốc khác nhau. Còn đối với các vùng đất có nền yếu hoặc rất yếu thường xuất hiện trên các sản phẩm trầm tích sông biển ở các đồng bằng châu thổ. Vì vậy, tài nguyên đất là quá trình di chuyển các hạt vật liệu đất vơi khoảng cách di chuyển khác nhau và được sắp xếp lại theo quy luật nhất định. Quá trình này rất phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, do đó đánh giá tài nguyên đất ở đây cần dựa vào cấu trúc nền, bởi vì cấu trúc nền chính là sự sắp xếp không gian các lớp đất được trầm tích qua các năm khác nhau, cấu tạo nên từng tầng, lớp nền đất. Hơn thế, thường dưới các nền đất trầm tích mới này, là những tàn tích hữu cơ bán phân giải các đầm lầy xưa kia bị vùi lấp. Lẫn trong chúng là hỗn hợp bùn nhão với mùn thô và sét hoặc sét cát. 1.2.1. Khu vực vùng trũng thuộc đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB): Đây là khu vực địa chất rất phức tạp, cho đến nay đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về cấu trúc nền ĐBBB, các kết quả tuy còn khác nhau nhưng nét tổng quan như sau: Tính từ dưới lên lên thì cột địa tầng trầm tích Đệ tứ có các tầng trầm tích: Lệ Chi, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hải Hưng và Thái Bình. - Tầng Lệ Chi: có chiều dày thay đổi khoảng 45 – 70m, gồm có: cuội sỏi thạch anh, bột sét cát. - Tầng Hà Nội: gồm nhiều nguồn gốc khác nhau, chiều dày khoảng 17 – 45m, chủ yếu gồm cuội, sỏi lẫn cát với hàm lượng cuội với đường kính lớn hơn 10mm giảm dần theo chiều sâu. - Tầng Vĩnh Phúc: gồm 2 tập: + Tập dưới: gồm cát lẫn sỏi nhỏ, cát vừa và nhỏ. + Tập trên: gồm sét pha, cát pha sét. - Tầng Hải Hưng: gồm 3 phụ tầng: + Phụ tầng dưới: phổ biến là trầm tích kiểu hồ đầm lầy vùng đồng bằng ven biển, gồm có than bùn và bùn chứa hữu cơ, chiều dày phổ biến 2 -12m. + Phụ tầng giữa: trầm tích có nguồn gốc đầm lầy sau biển tiến, chiều dày 3 – 6m. + Phụ tầng trên: trầm tích đầm lầy sau biển tiến, chiều dày biến đổi lớn, gồm các trầm tích nền yếu. - Tầng Thái Bình: gồm 2 phụ tầng: + Phụ tầng dưới: phân bố rộng rãi, trầm tích nguồn gốc sông là chủ yếu, chiều dày thay đổi nhiều, gồm các loại: sét pha, cát pha, đất sét phân bố hẹp. + Phụ tầng trên: là trầm tích ngoài đê sông Hồng gồm sỏi nhỏ, cát lẫn bột sét, bột sét. Các loại đất nền yếu ở đây xuất hiện kiểu da báo do: - Tầng phụ giữa của tầng Hải Hưng. - Tầng phụ trên và tầng phụ dưới của tầng Thái Bình lộ trên mặt đất. Các tầng này do sản phẩm tích tụ đầm lầy, trong phẫu diện hầu như đều có các lớp bùn nhão và đất chảy, độ lún cao, lực nén thấp. 1.2.2. Đối với đồng bằng Nam Bộ: Ngoại trừ trầm tích Đệ tứ khu vực, vùng cao phía đông bắc, bắc có nền tầng đất cứng vì chúng là hệ trầm tích phù sa Pleistocen gồm có: các tầng sét, sét cát, cát bột sét. Ví dụ như Mộc Hóa, Đức Hòa, Đức Huệ (Long An), một phần Tây Ninh và quận 1, 3, 10, 12, Phú Nhuận, Tân Bình, Gò Vấp, . . .(TP. Hồ Chí Minh); còn lại, hầu hết đất có độ cao 0 - 1m so mặt biển là đất nền hơi yếu, yếu, thậm chí rất yếu. Vì chúng nằm hầu hết trên vùng đầm lầy biển cũ, chiều sâu phẫu diện xuống 30 – 40m vẫn là lớp bùn nhão lẫn hữu cơ rừng lầy ngọt. Vùng tháp phía Nam Sài Gòn là hệ trầm tích phù sa sông biển gồm các tầng bùn, bùn sét, . . . Về tổng thể chia ra như sau: - Trầm tích trẻ Halogen, phổ biến rất rộng rãi, chiều dày thay đổi lớn, từ 8 – 40m, gồm: + Trầm tích sông và đầm lầy cục bộ gồm bùn sét, bùn hữu cơ, bùn á sét hữu cơ. + Trầm tích đầm lầy gồm bùn sét hữu cơ thân cây cỏ chưa phân hũy hoàn toàn. + Trầm tích sông biển, vũng vịnh hổn hợp gồm có sét màu xám đen. Một đặc điểm đáng chú ý là không thấy dấu hiệu lớp cát mịn hoặc cát trung. - Trầm tích cổ Pleistocen. Cấu trúc phổ biến của các tầng đất phù sa cổ nguồn gốc như sau: - Sét dày 3 – 5m, có nơi 8 – 10m. - Sét cát dày 3 – 12m. - Cát từ cát mịn đến cát thô dày 5 – 20m. Cấu trúc phổ biến của các tầng đất phù sa cổ nguồn gốc biển gồm: - Sét xám đen. - Sét lẫn bột. - Cát trung đến thô lẫn sỏi, cuội. 1.3. Một số đặc điểm của đất nền yếu dùng xây dựng: Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; Sức chịu tải bé (0,5 – 1kG/cm2); Đất có tính nén lún lớn (a> 0,1 cm2/kG); Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0); Độ sệt lớn ( B > 1); Mo đun biến dạng bé (E< 50kG/cm2); Khả năng chống cắt bé (ϕ, c bé), khả năng thấm nước bé; Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G> 0,8, dung trọng bé; 1.3.1. Vùng đồng bằng Bắc Bộ: Đất phù sa nền yếu thuộc đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB): - Từ 0cm đến độ sâu 50 – 60cm là đất sét pha màu nâu đến vàng nhạt. - Từ 90 – 100cm mới xuất hiện cát hạt to màu xám. - Từ > 150cm là cát màu vàng. Xuống sâu hơn, tùy thuộc vị trí của nó, có thể là nền yếu hay không. Về thành phần cơ giới: - Tỷ lệ hạt sét trung bình (20 – 25%) cùng với tỉ lệ limon hợp lý (hạt 0,05 – 0,001mm) chiếm khoảng 50% nên đất có thành phần cơ giới trung bình, ở các vùng thấp phổ biến là sét pha trung bình có nơi là sét pha nặng. - Độ giữ nước tối đa đạt 32 – 35%, trong khi đó độ ẩm thông thường vẫn > 18%, do đó ở giai đoạn nào của cây trồng cạn, chế độ nước đều thích hợp. - Độ pH khoảng 6,5 – 7,5. - Tỉ lệ hữu cơ trong đất phổ biến từ 1,3 – 25, trung bình là 1,56 là loại đất tương đối giàu hữu cơ. Với đặc điểm đất như trên, đất vùng đồng bằng sông Hồng có thể dùng xây dựng và công trình giao thông đường bộ từ trung bình đến khá. 1.3.2. Vùng đồng bằng sông Cửu Long: ĐBSCL tạo do phù sa mới bồi trên vùng vịnh biển cũ. Phù sa mới đã vùi lấp rừng lầy hỗn hợp ở đây, nhất là ở 3 bồn trũng: Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên và bán đảo Cà Mau. Trừ vùng đất phù sa do đê sông bồi đắp theo sông Tiền và sông Hậu, tùy lớp phù sa mới dày mỏng khác nhau mà nền đất yếu này có dạng hơi yếu, yếu và rất yếu. Căn cứ vào sự lắng đọng phù sa, tính chất và sự phân bố chất hữu cơ, thành hạt, . . .có thể phân ra như sau: - Với vùng đất phù sa giữa châu thổ, phân ra các khu vực khác nhau như: Đất phù sa ở ven sông Hậu và sông Tiền; thành phần cơ giới chủ yếu là limon và cát, ít sét, lượng hữu cơ không nhiều (1 – 2%) đạm tổng số 0,08 – 0,1%; pH = 5,5 – 6,5; đất ở đây thuộc dạng trung bình đến hơi yếu. Đất phù sa sông hơi thấp, bị ngập lụt nhiều: thành phần cơ giới chủ yếu là sét (>50%) và limon (30 – 40%), rất ít cát, . . .thuộc diện đất nền yếu, khó khăn trong xử lý nền. Khi xây nhà cao tầng dễ bị nghiêng lún. Đất phù sa bị địa hình thấp, ngập lụt rất nhiều, phân bố ở các vùng thấp hơn và rất khó khăn cho xây dựng nh2 cao tầng, đường sá dễ bị lún, nghiêng, lở. 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. 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. Nền đất yếu ở Việt Nam: Thực tế những năm xây dựng các công trình ở Việt Nam đặc biệt là sau ngày thống nhất đất nước năm 1975, cho thấy móng của nhiều công trình công nghiệp, dân dụng, giao thông, thủy lợi, . . .đều đặt trên nền đất yếu. Ở miền núi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ cạn, bãi thềm và vùng trũng dưới chân núi. Cấu trúc của chúng không phức tạp, thường chỉ là một lớp đất yếu đồng nhất và có chiều dày không lớn lắm. Công trình xây dựng trên các tầng đát nền này không cần dung các biện pháp xử lý phức tạp. Ngược lại, ở các miền đồng bằng, nền đất yếu rất phổ biến, cấu trúc phức tạp và đa dạng. Chiều dày các tầng đất yếu khá lớn, thành phần trầm tích, trạng thái và tính chất cơ lý của các lớp đất yếu cũng rất khác nhau. Do đó, phải dùng các biện pháp xử lý nền phức tạp và kinh phí xử lý nền khá tốn kém. Nắm vững và xử lý tốt nền móng là yêu cầu quan trọng để công trình xây dựng an toàn và kinh tế. Để đáp ứng yêu cầu này, khi thiết kế và thi công ở bất cứ khu vực nào người thiết kế cần nghiên cứu các đặc trưng địa kĩ thuật của các lớp đất nền để từ đó đề ra các biện pháp xử lý nền phù hợp. Nền đất yếu phổ biến là ở các vùng đồng bằng, các công trình xây dựng tại các thành phố, thị trấn, khu công nghiệp, . . . chủ yếu tập trung ở các miền này. Đặc biệt tập trung tại một số vùng: tây nam Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu. 2.1. Đất yếu khu vực tây nam Hà Nội: Khu vực tây nam Hà Nội nằm ở hữu ngạn sông Hồng, gồm 4 quận nội thành và 2 huyện Thanh Trì, Từ Liêm cũ. Địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ thay đổi từ 4 – 13m. Địa hình tạo thành do tích tụ biển, hồ lầy ven biển và tích tụ sông tạo nên các tầng Vĩnh Phú, Giảng Võ và Đống Đa tương ứng. Các lớp đất của các tầng này gồm có: lớp bùn, lớp than bùn và lớp đất hữu cơ. 2.2. Đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh: Khu vực thành phồ Hồ Chí Minh thuộc loại địa hình đồng bằng bồi tụ các trầm tích phù sa cổ đến trẻ với các nguồn gốc sông, đầm lầy, sông, biển, vũng vịnh hỗn hợp. Tầng trầm tích biến đổi khá lớn và phức tạp, chiều dày từ vài m đến hơn một trăm m. Khu vực thành phố có thể chia ra làm 2 vùng: - Vùng cao phía bắc gồm Củ Chi, Hóc Môn, Gò Vấp, một phần các quận 1, 3, 5, 10, 12, Thủ Đức, Phú Nhuận, Tân Bình: phân bố trầm tích cổ Pleixtocen gồm có: sét, sét cát, cát mịn đến thô có khả năng chịu tải tốt. - Vùng đồng bằng thấp phía Nam: phân bố trầm tích trẻ Holoxen nguồn gốc sông biển, đầm lầy gồm có: sét bùn, bùn á sét hữu cơ bão hòa nước, xám sét ghi xám xanh có nguồn gốc trầm tích tro núi lửa. Bề dày từ 8 – 30m, một số đến 35 – 40m. Đất yếu, hoàn toàn bão hòa nước và chưa cố kết, đang trong quá trình phân hủy, độ ẩm rất cao từ 50 đến trên 100%. Nước dưới đất trong tầng sét bùn, bùn á sét hữu cơ cách mặt đất 0,5 – 0,8m có quan hệ thủy lực với nước mặt, sông, đầm lầy và nước thải. Nước bị nhiễm bẩn, nhiễm phèn, nhiễm mặn; có tính ăn mòn acid và sunfat cao đối với móng công trình. Cần lưu ý là khi được cố kết hoặc xử lý cọc cừ, đất sẽ thoát nước và chặt hơn, nhưng khi nước bị tháo kiệt (mùa khô), tầng đất bị giảm thể tích tới giới hạn co và có thể làm sụp đổ hoàn toàn móng đã xử lý. 2.3. Đất yếu khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu: Nằm ở vùng rìa của trũng Cửu Long, nguồn gốc của đất yếu chủ yếu từ sông, sông – biển, đầm lầy – biển. Dọc theo các thung lũng các sông Thị Vải, Mỏ Nhát, Mũi Giui, Cỏ May, . . .ở dạng các bãi bồi rộng dọc theo chiều dài sông, giữa các thung lũng sông lớn là đầm lầy tạo hỗn hợp sông – đầm lầy; gần ven biển, cửa sông đất có nguồn gốc sông biển. Đất yếu phân bố trên diện rộng quanh khu vực Long Sơn, trên một dải kéo dài từ Bà Rịa tới Vũng Tàu trên các thềm biển, sông biển hỗn hợp với cao độ địa hình thấp, chủ yếu từ 1 – 4m. Địa hình nền đất yếu từ trên xuống: bùn sét, bùn sét pha, . . . Chiều dày lớp đất từ 5 – 10m (dọc Quốc lộ 51). Ba khu vực có chiều dày đất yếu >15m là dải trũng phía bắc đảo Long Sơn, dọc thung lũng sông Thị Vải, sông Cỏ May. 3. Biện pháp xử lý nền đất yếu và phạm vi áp dụng: 3.1 Xử lý nền đất yếu: Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng xây dựng công trình trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng xây dựng 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 nhiều điều kiện như: đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất.v.v. Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra biện pháp xử lý hợp lý. + Xử lý bằng cọc tràm và cọc tre. + Xủ lý bằng bệ phản áp để tăng độ ổn định và chống trượt lở công trình đường giao thông và đê điều. + Gia tải trước với mục đích tăng cường độ và giảm độ lún của nền. + Gia tải trước đất nền với thoát nước thẳng đứng: công nghệ cho phép tăng nhanh quá trình cố kết, rút ngắn quãng đường và thời gian dịch chuyển của nước trong đất dưới tác dụng của tải trọng có thể là lớp đất đắp hoặc hút chân không. + Cọc đất vôi và cọc đất xi măng: trộn vôi hoặc xi măng với đất bằng hình thức bơm phun và quấy trộn tại chỗ. Công nghệ cho phép tạo được các cọc đất vôi, đất xi măng với cường độ thấp hơn các loại cọc thông thường. Đây là giải pháp thích hợp để xử lý sâu nền đất yếu, phục vụ cho việc xây dựng đường, cảng, khu công nghiệp, sửa chữa và cải tạo đê điều, đập chắn nước... + Cọc cát xi măng: sử dụng công nghệ thi công cọc cát để tạo lỗ, cát trộn xi măng được đầm với hệ thống máy rung và ống chống tạo lỗ. + Cọc đá và cọc cát đầm chặt: Công nghệ cho phép làm tăng cường độ, sức chịu tải của đất nền và giảm độ lún của công trình. Đây là giải pháp gia cố nền sâu. Thích hợp cho những công trình có diện tích xây dựng lớn, đường quốc lộ, bến cảng, đất mới san lấp và lấn biển. + Cố kết động: Quả tạ bê tông có trọng lượng từ 10 - 15 tấn, rơi ở độ cao 10-15m bằng cẩu, cho phép đầm chặt đất nền và bổ sung thêm cát thông qua các hố đầm. Công nghệ thích hợp để xử lý nền cho cùng đất mới san lấp. + Công nghệ xử lý nền bằng cọc nhỏ: Cọc có đường kính từ 100-200mm được thi công bằng công nghệ đóng, ép hoặc khoan phun. Công nghệ cho phép truyền tải trọng xuống công trình sâu hơn với chi phí vật liệu bê tông cốt thép tối ưu. Đây là giải pháp công nghệ thích hợp để xử lý nền đất yếu phục vụ cho việc xây dựng nhà, đường, công trình đất và cưú chữa công trình bị hư hỏng do nền móng. 3.2. Phạm vi áp dụng: 1. Xử lý nền bằng cọc tre và cọc cừ tràm: xử lý nơi nền đất yếu có chiều nhỏ. 2. Chất tải nén trước (gia tải trước): dùng để xử lý lớp đất yếu, có thể sử dụng đơn độc hoặc có thể kết hợp với thoát nước cố kết, sử dụng liên hợp một cách phức hợp. 3. Tầng đệm cát: sử dụng nhiều ở lớp mặt nền đất yếu, thường kết hợp với thoát nước theo chiều thẳng đứng. 4. Gia cố nền đường: dùng cho các dạng đất yếu để nâng cao độ ổn định, giảm bớt biến dạng không đều. 5. Bệ phản áp: dùng để tăng độ ổn định và chống trượt lở công trình. 6. Gia cố nền đường bằng chất vô cơ (vôi, sợi tổng hợp): sử dụng khi hàm lượng nước lớn, cường độ chịu cắt thấp. 7. Nền đường chất dẻo (sử dụng bọt khí FPS gia cố nền đất, trọng lượng FPS ở đất là 1/50 ¸ 1/100): làm giảm tải trọng nền đường, giảm độ lún thích hợp lớp đất có hàm lượng nước lớn, lớp đất yếu có độ dày lớn. 8. Nền đường gia cố bằng hoá chất: khi phun hoá chất, nước và bọt khí qua hỗn hợp trộn xong hình thành vật liệu sợi, trọng lượng có thể đạt 1/4 trọng lượng đất, thích hợp với lớp đất có hàm lượng nước lớn, độ dày đất yếu lớn. 9. Thay thế lớp đất yếu: dùng xử lý tầng nông, dùng ở lớp đất mỏng, độ dày không lớn và thuộc đất bùn. 10. Bấc thấm, giếng bao cát: sử dụng xử lý lớp bùn đất, bùn sét, độ sâu xử lý không vượt quá 25m. 11. Cột cát, giếng cát, cọc đá dăm: sử dụng ở lớp bùn, bùn đất sét, nhưng dễ sản sinh co ngót. 12. Dự ép chân không: sử dụng với bùn đất, nền móng thuộc lớp bùn đất dính. 13. Chân không - chất tải dự ép liên hợp: liên kết chân không và chất tải dự ép sử dụng với đoạn đường đắp cao và đường đầu cầu, sử dụng chân không chất tải dự ép nên sử dụng trong nền móng có bố trí giếng cát hoặc bấc thấm và bản thoát nước, ép chân không có độ chân không nhỏ hơn 70 Kpa. 14. Ép cọc bê tông: sử dụng trường hợp không thoát nước, chống cắt lớn hơn 10 Kpa. 15. Hạ cọc bằng chấn động: sử dụng không thoát nước, cường độ chống cắt lớn hơn 15 Kpa. 16. Cọc xi mămg (cọc xi măng - đất): bao gồm cọc phun vữa xi măng sử dụng để gia cố nền đất yếu có cường độ chống cắt không nhỏ hơn 10 Kpa, sử dụng cọc phun bột xi măng (khô hoặc ướt) để gia cố nền đất yếu có độ sâu không vượt quá 15m. 17. Cọc CFG (cọc bê tông có lẫn bột than): thích hợp với lớp đất có cường độ chịu tải lớn hơn 50 Kpa. 18. Cọc cứng: thích hợp với khu vực đất yếu ở độ sâu lớn hơn nền đường cũ được mở rộng. 19. Tường cách ly: thông thường chỉ sử dụng với nền đường cũ được cải tạo mở rộng. 20. Làm ngăn cách và hạ mực nước ngầm: nền đá nứt nẻ, đường miền núi. 21. Làm công trình cầu cạn … 4. Biện pháp kết cấu công trình: Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc toàn bộ do các điều kiện biến dạng không thõa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn làm cho công trình bị nghiêng, lệch, đổ…hoặc do áp lực tác dụng lên mặt nền quá lớn trong khi nền đất yếu, sức chịu tải bé. Các biện pháp về Kết cấu công trình nhằm làm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hặc 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; + Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình; + Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình. 4.1. Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ Mục đích: Làm giảm trọng lượng bản thân công trình, giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng. Khe luïn Biện pháp: Có thể sử dụng các loại vật liệu nhẹ, kết cấu thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo cường độ công trình. 4.2. Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình Mục đích: Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình kể cả móng để khử được ứng suất phụ thêm phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều. Biện pháp: Dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún. 4.3. Tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình Mục đích: Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều. Biện pháp: Người ta dùng 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. 5.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. 5.1. Thay đổi chiều sâu chôn móng Dùng biện pháp thay đổi chiều sâu chôn móng có thể giải quyết về mặt lún và khả năng chịu tải của nền. Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền. Trị số tăng của áp lực tiêu chuẩn ΔR khi tăng chiều sâu chôn móng có thể tính theo công thức:

: dung trọng của đất nền
: độ tăng thêm chiều sâu chôn móng
tra bảng Ngoài ra khi tăng độ sâu chôn móng thì sẽ giảm được 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 hai yếu tố kinh tế và kỹ thuật. Một số trường hợp để giảm bớt độ chênh lệch lún giữa cao trình đặt móng thiết kế với cao trình đáy móng sau khi lún ổnlên một trị số dự phòng.
S: độ lún ổn định tính toán Stc: độ lún xảy ra khi thi công (với công trình dân dụng Stc= 0,7S) Trường hợp nền đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, để giảm chênh lệch lún có thể đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau. 5.2. Biện pháp thay đổi kích thước móng: 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 với đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không tốt. Nếu tầng đất yếu chịu nén có chiều dày khác nhau, có thể dùng biện pháp thay đổi chiều rộng móng để cân bằng ứng suất cho toàn bộ công trình. 5.3. Thay đổi loại móng và độ cứng của móng: Khi thiết kế tùy sự phân bố tải trọng tác dụng lên móng và điều kiện địa chất mà chọn kết cấu móng cho phù hợp. Với nền đất yếu, khi dùng móng đơn, độ lún chênh lệch sẽ lớn, do vậy để giảm ảnh hưởng của lún lệch ta có thể thay thế 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 cường độ cho móng. Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún lệch sẽ bé. Ta có thể sử dụng các biện pháp như: tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí khi các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn. 6. Gia cố nhân tạo nền đất yếu: Những phương pháp xử lý nền nhân tạo: Các phương pháp xử lý nền nhân tạo  Dạng nền và các khả năng xây dựng chúng  Điều kiện địa chất công trình   Thay thề nền mới  Đệm cát hoặc đất Đắp nền bằng đá hoặc cát sỏi  Đất yếu, lún nhiều (than bùn, bùn, đất đắp xốp yếu) Tầng bùn nằm dưới nước   Đầm chặt đất  Đầm chặt trên mặt đất: - đầm bàng các khối nặng - đầm rung Làm chặt dưới sâu: - cọc đất - cọc cát - nén chặt bằng rung cơ học hay phương pháp thủy lực. - làm chặt bằng phương pháp nổ  Các loại đất lỗ rỗng lớn, cát tơi xốp, đất dính chưa nén chặt. Cát rời xốp Các loại đất lỗ rỗng lớn Đất yếu thấm nước (bùn, á sét, á cát nhão yếu) Đất cát rời xốp Đất loại cát rời xốp   Phun vữa  Silicat hóa Hắc ín tổng hợp Xi măng hóa  Cát xốp, các loại đất có lỗ rỗng lớn   Phương pháp điện  Điện hóa Điện thấm Dùng tia lửa điện  Đất sét yếu, hệ số thấm k<= 0,01m/ngd   Phương pháp nhiệt  Dùng sức nóng để nung cho đất cứng lại  Đất có lỗ rỗng lớn   6.1. Biện pháp xử lý nền bằng đệm cát Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa 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 bố 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 nhan h 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. 6.1.1. Xác định kích thước đệm cát: Việc xác định kích thước lớp đệm cát một cách chính xác là một bài toán phức tạp vì tính chất của đệm cát và lớp đất yếu hoàn toàn khác nhau. Để tính toán, ta xem đệm cát như một bộ phận của đất nền, tức là đồng nhất và biến dạng tuyến tính. 6.1.2. Kiểm tra ổn định và áp lực tại mặt tiếp xúc giữa đệm cát và lớp đất yếu: Để đảm bảo cho đệm cát ổn định và biến dạng trong giới hạn cho phép thì phải đảm bảo điều kiện sau:


: ứng suất do trọng lượng bản thân đất trên cốt đáy móng và của đệm cát trên mặt tiếp xúc giữa đệm cát và lớp đất yếu:
Với:
: là dung trọng của đất và của cát đệm. hm, hđ: chiều sâu chôn móng và chiều sâu của lớp cát đệm.
: Ứng suất do tải trọng công trình gây ra, truyền lên mặt lớp đất yếu dưới tầng đệm cát.
- K0 = f(a/b; 2z/b) tra bảng - a,b: cạnh dài và rộng của móng - z: độ sâu của điểm tính ứng suất. -
: ứng suất tiêu chuẩn trung bình dưới đáy móng, được xác định như sau: + Móng chịu tải trọng đúng tâm:
+ Móng chịu tải trọng lệch tâm:

: tổng trọng tải tiêu chuẩn thẳng đứng của công trình tác dụng ở đáy móng.
: tổng momen tiêu chuẩn do tải trọng công trình tác dụng ở đáy móng. F: diện tích đáy móng. W: modun chống uốn của tiết diện đáy móng
: trọng lượng thể tích trung bình của móng và đất tác dụng lên móng; Rtc: áp lực tiêu chuẩn ở trên mặt lớp đất yếu dưới đáy lớp đệm cát; Rtc xác định theo quy phạm thiết kế nền móng.
A, B, và D: các hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc góc ma sát trong tiêu chuẩn
của đất (tra bảng). bmq: chiều rộng móng quy ước, với móng băng:
Với móng chữ nhật:
Hy – Chiều cao của móng quy ước: Hy = hm + hđ Với: hm: Chiều sâu chôn móng hđ: Chiều dày của lớp đệm cát, chiều dày hđ có thể tự chọn rồi kiểm tra (1.5-2.5m) hoặc có thể xác định theo công thức gần đúng sau: hđ = K.b Trong đó: K – Hệ số phụ thuộc vào tỷ số a/b và R1/R2 tra trên biểu đồ R1 – Cường độ tính toán của đệm cát xác định bằng thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trường hoặc theo quy phạm. R2 – Cường độ tính toán của lớp đất yếu dưới lớp đệm cát, xác định bằng thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trường h oặc tính toán theo quy phạm. i ma sát của cát hoặc có thể lấy trong 6.1.3. Xác định chiều rộng của đệm cát: bđ = b + 2hđ.tgα Với: α – Góc truyền lực, thường lấy bằng góc nội ma sát của cát hoặc có thể lấy trong giới hạn 30-45o. 6.1.4. Kiểm tra độ lún của đệm cát và nền Sau khi xác định kích thước đệm, cần phải kiểm tra lại điều kiện độ ổn định và áp lực tại mặt tiếp xúc giữa lớp đệm cát và lớp đất yếu và kiểm tra độ lún toàn bộ: S = S1 + S2 ≤ Sgh Với: S1 – Độ lún của đệm cát; S2 – Độ lún của đất yếu dưới tầng đệm cát; Sgh – Độ lún giới hạn cho phép. 6.1.5. Thi công và kiểm tra lớp đệm: Thi công đệm cát phải đảm bảo độ chặt cần thiết (thông thường độ chặt của đệm cát phải đạt D = 0,65-0,7 và không làm phá hoại nền đất thiên nhiên dưới đáy tầng đệm cát. Sau khi đào bỏ một phần lớp đất yếu, tiến hành đổ cát thành từng lớp có chiều dày 20-25cm và đầm chặt bằng đầm lăn và đầm xung kích. Trường hợp mực nước ngầm cao có thể hạ mực nước ngầm hoặc dùng biện pháp thi công trong nước (lắc xỉa cát trong nước…). 6.2. Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt: 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 tăng 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 ưu điểm như phương pháp đệm cát mà còn 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 trượng 1-4 tấn (có khi 5-7tấn) 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 đất loại sét và 0,15kG/cm2 với đất loại cát. Trong quá trình đầm, quả đầm được kéo lên 4-6m bởi cần trục và để rơi tự do. Theo dõi độ chối (độ lún do một nhát đầm gây ra) để kết thúc quá trình đầm. Đối với đất loại sét thì độ chối e này không nhỏ hơn 1-2cm, đối với đất loại cát thì e không nhỏ hơn 0,5-1cm. Mục đích của việc đầm là tạo nên lớp đất có độ chặt lớn, dày từ 1,5 – 3,5m. Tùy thuộc vào trọng lượng, kích thước, chiều cao và số lần đầm. Chiều dày của lớp mặt được đầm chặt có thể tính theo công thức: h = K.D Với: D - Đường kính mặt đáy quả đầm; K – Hệ số, lấy bằng 1,55 với đất cát, K=1,45 đối với đất á sét, K=1,2 với đất loại sét và K=1 đối với đất sét. Độ hạ thấp mặt đất sau khi đầm:
Với: eo – Hệ số rỗng tự nhiên; etk – Hệ số rỗng thiết kế ở đáy lớp đệm đất mặt (ở độ sâu h). em - Hệ số rỗng sau khi đầm; 6.3. Phương pháp xử lý nền bằng cọc cát:
6.3.1. Đặc điểm và phạm vi áp dụng: Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, 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 n hiệm 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 cường độ 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. 6.3.2. Thiết kế nền cọc cát: Khi thiết kế sơ bộ có thể chấp nhận giả thiết rằng cọc cát chỉ nén chặt vùng đất, thể tích nén chặt đúng bằng thể tích cọc. Dụng cụ: Ống thép hay cọc gỗ đóng hạ đến độ sâu thiết kế. Vật liệu: Thường dùng cát vàng, hạt trung, hạy thô, lúc đầu đổ từ 1/2- 2/3 chiều dài ống rồi rung hay đầm chặt, đồng thời kéo dần ống lên, và (đầm) rung đến khi hoàn thành cọc cát. Trước khi thiết kế cọc cát, cần biết hệ số rỗng tự nhiên eo của lớp đất yếu. Sau khi nén chặt bằng cọc cát thì đất có hệ số rỗng nén chặt là enc. Đối với nền đất cát, sau khi gia cố thì phải đạt enc = 0,65 – 0,75. Đối với nền đất dính được nén chặt bằng cọc cát thì:
với
Diện tích cần nén chặt Fnc rộng hơn đáy móng, theo kinh nghiệm diện tích cần nén chặt rộng hơn đáy móng ≥ 0,2b (b - Bề rộng móng) về các phía: Fnc = 1,4b(a+0,4b) Trong đó: a,b - Là cạnh dài và rộng của đáy móng. Tỷ lệ diện tích tiết diện của tất cả các cọc cát Fc đối với diện tích đất nền được nén chặt Fnc được xác định như sau:
Số lượng cọc trong nền xác định theo:
Với: fc: diện tích mặt cắt ngang cọc cát. Cọc cát thường được bố trí theo lướitam giác đều, đây là sơ đồ bố trí hợp lý nhất để đảm bảo cho đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc cát. Khoảng cách giữa các cọc cát:
Trong đó: d – Đường kính cọc cát (400-500mm);
W – độ ẩm tự nhiên của đất; γo – Dung trọng tự nhiên của đất; Δ - Tỷ trọng của đất; Trọng lượng cần thiết của cát cho mỗi mét dài của cọc:
Với: Δc – Tỷ trọng của cát trong cọc; W1 – Độ ẩm của cát khi thi công cọc; Chiều sâu nén chặt bằng chiều dài của cọc + Với móng chữ nhật: lc > 2b; + Với móng bản: lc ≥ 4b; Khi b>= 10m thì: lc ≥ 9m + 0,15b (nền sét) lc ≥ 6m + 0,10b (nền cát); Theo kinh nghiệm chiều dài của cọc cát thường lấy đến độ sâu của nền dưới đáy móng được xem là hết lún (tại độ sâu có
) 6.3.3. Thi công và kiểm tra nền cọc cát: Việc thi công đóng cọc cát bằng các máy chuyên dụng. Nếu là móng công trình cần phải đào thì đào chừa lại 1m để sau khi thi công thì vét đi vì đất ở vị trí này không được chặt. Việc thi công đóng cọc nhờ bộ phận chấn động, máy rung ấn ống thép (đường kính 40-60cm) vào lòng đất đến độ cao thiết kế. Sau khi đóng xuống đất, ống thép có đàu đóng lại. Sau đó người ta nhấc bộ phận chấn động ra. Nhồi cát vào rồi đặt máy chấn động vào rung khoảng 15 – 20s. Tiếp theo bỏ máy chấn động ra rồi rút ống lên chừng 0,5m rồi đặt máy rung vào rung 10 – 15 giây cho đầu cọc mở ra để cát tụt xuống. Sau đ ó rút ống lên dần đều, vừa rút ống vừa rung cho cát được chặt. • Kiểm tra nền cọc cát: sau khi thi công cần kiểm tra lại nền cọc cát bằng các phương pháp sau: - Khoan lấy mẫu đất giữa các cọc để xác định γnc, enc, c, ϕ sau khi nén chặt từ đó tính ra cường độ đất sau nén chặt. - Dùng xuyên tiêu chuẩn để kiểm tra độ chặt của cát trong cọc và đất giữa các cọc. - Thí nghiệm bàn nén tĩnh tải tại hiện trường trên mặt nền cọc cát. Diện tích bàn nén yêu cầu phải lớn (≥ 4m2) để chùm ít nhất là 3 cọc để thí nghiệm. 6.4. Xử lý nền bằng cọc vôi và cọc đất – vôi: 6.4.1. Đặc điểm và phạm vi áp dụng: 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. Vệc 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 tỏa 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; + Modun biến dạng tăng lên 3-4 lần; + Cường độ của đất giữa các cọc vôi có thể tăng lên đến 2 lần; Với những ưu điểm như trên cho thấy rằng xử lý nền đất yếu bằng cọc vôi có hiệu quả đáng kể. Tuy nhiên khi gặp các nền đất quá nhão, yếu (đất có B> 1) thì hiệu quả nén chặt của cọc vôi bị hạn chế. Với các loại bùn gốc sét nhão yếu thì hiệu quả nén chặt càng ít vì vôi tôi và đất sét đều thấm nước yếu nên việc ép thoát nước lỗ rỗng khó, kém hiệu quả. 6.4.2. Thiết kế và thi công cọc vôi: Việc tính toán và thiết kế cọc vôi tương tự như cọc cát, tuy nhiên cần chú ý khả năng thoát nước của chúng khác nhau. Với cọc cát thì khả năng thoát nước đều và trong thời gian dài còn với cọc vôi thì khả năng thoát nước nhanh trong thời gian đầu và sau đó giảm đi nhiều. Thi công cọc vôi : Để thi công cọc vôi trước hết phải khoan tạo lỗ, lỗ khoan từ 240-400mm, nếu thành lỗ khoan bị sạt lở thì hạ ống thép, sau đó cho từng lớp vôi sống dày khoảng 1m xuống lỗ khoan và đầm chặt từng lớp cho đến hết chiều sâu. Kết hợp vừa đầm vừa rút ống lên. Hiệu quả nén chặt của cột vôi phụ thuộc vào chất lượng đầm chặt và thành phần hóa học của vôi. Độ chặt và cường độ của nền cọc vôi có thể kiểm tra như đối với nền cọc cát. 6.4.3. Cọc đất – vôi: a/ Chế tạo cọc đất – vôi: Việc chế tạo cọc đất – vôi khá phức tạp và phải sử dụng các máy chuyên dụng. Cấu tạo máy gồm hai bộ phận: Phần máy điều khiển và xi lô đựng vôi bột. (máy Alimak của Thụy Điển sản suất). Hoạt động của máy như sau: Lưỡi khoan có đường kính khoảng 500mm có tác dụng tạo lỗ và làm cho đất tơi ra tại chỗ, chiều sâu khoan có thể đạt tới 20m, khi khoan đến độ sâu thiết kế thì bắt đầu quá trình phun vôi. Vôi bột được chứa trong xi lô dung tích 2,5m3. Khi máy vận hành, một bộ phận máy nén khí tạo nên một áp lực trong xilô và áp lực đó đẩy vôi φ=30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào đất vôi bột tác dụng với nước lỗ rỗng tạo nên liên kết ximăng và các liên kết này gắn kết các hạt khoáng vật trong đất lại và làm cho đất cứng hơn. b/ Hiệu quả và ứng dụng: Khi tạo cọc vôi đất thì cường độ của cọc này phụ thuộc vào lượng vôi và thời gian. Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng vôi càng nhiều thì độ cứng của cọc càng tăng nhanh. Ở nước ta với đất yếu có độ ẩm tự nhiên từ 40-70% thì dùng hàm lựợng vôi từ 6 - 12% là hợp lý. Với tỷ lệ đó thì cường độ cọc đạt 50% sau 1 tháng và 70 – 80% sau 3 tháng. Cọc đất – vôi xử lý làm tăng cường độ chống cắt của đất lên hàng 10 lần, có thể sử dụng cọc đất vôi này làm tường cừ hoặc làm nền cho công trình. Khoảng cách giữa các cọc vôi tùy thuộc đặc điểm nền và tải trọng, theo kinh nghiệm lấy bằng 0,75m, chiều dài cọc phải vượt chiều sâu chịu nén của đất, lưới cọc trùm ra diện tích đáy móng là b/4 với b là bề rộng móng. Việc kiểm tra sức chịu tải của nền khi xử lý cần xác định bằng thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trường, với kích thước bàn nén là 100x100cm. 6.5. Biện pháp xử lý nền bằng cọc đất – xi măng: 6.5.1. 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 khô dưới sâu 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.
Thí dụ bố trí cọc trộn khô: 1 Dải; 2 Nhóm, 3 Lưới tam giác, 4 Lưới vuông
Thí dụ bố trí cọc trộn ướt trên biển:1 Kiểu khối , 2 Kiểu tường, 3 Kiểu kẻ ô, 4 Kiểu cột, 5 Cột tiếp xúc, 6 Tường tiếp xúc, 7 Kẻ ô tiếp xúc, 8 Khối tiếp xúc 6.5.2. Các phương pháp tính toán cọc xi măng – đất: a/ Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng – đất làm việc như cọc: - 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]