Xử lý nền đất yếu ở Việt Nam

VSSMGE

Xử lý nền đất yếu ở Việt Nam

GS.TS. Nguyễn Trờng Tiến
Chủ tịch Hội Cơ học đất v Địa kỹ thuật công trình Việt Nam (VSSMGE)
Chủ tịch Viện Địa Kỹ thuật (VGI) & Công ty Cổ phần t vấn AA (AA-Corp).
Phó TGĐ Tổng công ty XD H Nội (Bộ XD)


Xử lý nền bằng cọc trm v cọc tre.
Xử lý nền bằng bệ phản áp để tăng độ ổn định v chống trợt
lở công trình đờng giao thông v đê điều.
Gia tải trớc với mục đích tăng cờng độ v giảm độ lún của
nền.
Gia tải trớc đất nền với thoát nớc thẳng đứng: công nghệ
cho phép tăng nhanh quá trình cố kết, rút ngắn quãng đờng v
thời gian dịch chuyển của nớc trong đất dới tác dụng của tải
trọng có thể l lớp đất đắp hoặc hút chân không.
Cọc đất vôi v cọc đất xi măng: trộn vôi hoặc xi măng với đất
bằng hình thức bơm phun v quấy trộn tại chỗ. Công nghệ cho
phép tạo đợc các cọc đất vôi, đất xi măng với cờng độ thấp
hơn các loại cọc thông thờng. Đây l giải pháp thích hợp để xử
lý sâu nền đất yếu, phục vụ cho việc xây dựng đờng, cảng, khu
công nghiệp, sửa chữa v cải tạo đê điều, đập chắn nớc...


Cọc cát xi măng: sử dụng công nghệ thi công cọc cát để tạo lỗ, cát
trộn xi măng đợc đầm với hệ thống máy rung và ống chống tạo lỗ.
Cọc đá và cọc cát đầm chặt: Công nghệ cho phép làm tăng cờng
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 các công trình có diện tích
xây dựng lớn, đờng quốc lộ, bến cảng, đất mới san lấp và lấn biển.
Cố kết động: Quả tạ bê tông có trọng lợng từ 10 - 15 tấn, rơi ở độ
cao 10 -15m bằng cẩu, cho phép đầm chặt đất nền và bổ xung thêm
cát thông qua các hố đầm. Công nghệ thích hợp để xử lý nền cho
vùng đất mới san lấp.
Công nghệ xử lý nền bằng cọc nhỏ: Cọc có đờng kính từ 100 250mm đợc thi công bằng công nghệ đóng, ép hoặc khoan phun.
Công nghệ cho phép truyền tải trọng công trình xuống sâu hơn với
chi phí vật liệu bê tông cốt thép tối u. Đây là giải pháp công nghệ
thích hợp để xử lý nền đất yếu phục vụ cho việc xây dựng nhà,
đờng, công trình đất và cứu chữa công trình bị h hỏng do nền
móng.


1.

Mở đầu

Những thành phố ở VN: Hà Nội, Hải Phòng, TP Hồ Chí Minh đều nằm
trên lu vực ĐB Sông Hồng và Sông Mekong. Có tầng đất phù sa
dày & tập trung đất sét yếu. Để phát triển các đô thị, rất cần thiết
lựa chọn các giải pháp và công nghệ xử lý nền thích hợp cho điều
kiện của VN.
- Đặc tính của đất yếu cần thiết phải đợc cải thiện.
- Đất yếu : Độ ẩm cao & sức kháng cắt không thoát nớc thấp.
- Đất thuộc dạng cố kết bình thờng & có khả năng thấm nớc thấp.
- Mực nớc ngầm trong nền đất nằm gần bề mặt, cách từ 0,5 - 2,5m.
- Một số nơi đất yếu có hàm lợng hữu cơ cao & có cả lớp than bùn.
- Một vài loại đất, lún thứ cấp chiếm từ 10 - 25% độ lún tổng cộng.
- ở một số khu vực, mặt cắt ĐKT cho thấy nền đất có các lớp đất với

độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau.


Đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. Một
vài chỉ số tiêu biểu của đất yếu đợc trình bày dới đây để tham
khảo:
- Độ ẩm:
30% hoặc lớn hơn cho đất cát pha
50% hoặc lớn hơn cho đất sét
100% hoặc lớn hơn cho đất hữu cơ
- Chỉ số N của xuyên động tiêu chuẩn: 0 - 5
- Sức kháng cắt không thoát nớc:
20 - 40 kPa
- Nén một trục có nở hông:
50 kPa hoặc nhỏ hơn.
Việc xác định công trình trên đất yếu ngoài các đặc tính của đất nền
còn phụ thuộc vào các loại công trình (nhà, đờng, đập, đê, đờng
sắt...) và qui mô công trình.


2. Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu
Móng của các dạng công trình khác đặt trên nền đất yếu thờng
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.
- ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định
mái dốc, áp lực đất lên tờng chắn, sức chịu tải ngang của cọc.
Bài toán trên phải đợc xem xét do sức chịu tải và cờng độ của
nền không đủ lớn.
- Thấm: Cát sủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và

dới tác động của áp lực nớc.
- Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng động của tầu hoả, ô tô
và động đất.
Một số bài toán với nền đất yếu đợc thể hiện trên (hình 1).


H×nh 1.

C¸c vÊn ®Ò ®Æt ra víi ®Êt yÕu- Problems with Soft Ground.


3. Một số phơng pháp xử lý nền đất yếu.
3.1. Cọc tre v cọc trm:
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 đợc đóng để gia
cờng nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm
độ lún. Theo kinh nghiệm, thờng 25 cọc tre hoặc tràm đợc
đóng cho 1m2. Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của
móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phơng pháp tính toán
theo thông lệ. Hình số 2 thể hiện ví dụ áp dụng cọc tràm cho 2
công trình ở TP Hồ Chí Minh. Việc sử dụng cọc tràm trong điều
kiện đất nền và tải trọng không hợp lý trên đây đã đòi hỏi phải
chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ.


3.2. Bệ phản áp

Bệ phản áp thờng đợc dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp
của nền đờng hoặc nền đê trên đất yếu. Phơng 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 đợc thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt
của đất yêú, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lợng của
bệ phản áp. Bệ phản áp cũng thờng đợc sử dụng để bảo vệ
đê điều, chống mạch sủi và cát sủi.


H×nh 2c. MÆt b»ng c«ng tr×nh
505 Lª V¨n Sü – TP Hå ChÝ
Minh.

H×nh 2b.
C«ng tr×nh 505 Lª V¨n Sü
– TP Hå ChÝ Minh.
Building 505 Le Van
Sy – HCM City.
4,2 m x 17m; H =
19,5m; b: Isolated footing
b. Tram Tree Pile;
c: adjacent bilding

H×nh 2a. C«ng tr×nh B×nh Th¹nh TP Hå ChÝ Minh
Binh Thanh Building, Ho Chi Minh City.
12,6 x 16,5m ; H = 22,4m; rate of settlement
1mm/day (4/1995), S= 30
(a: Building ; b : Soft clay; c: large settlement)


3.3. Gia tải trớc

Phơng pháp gia tải trớc thờng là giải pháp công nghệ kinh tế nhất
để xử lý nền đất yếu. Trong một số tròng hợp phơng pháp chất
tải trớc không dùng giếng thoát nớc thẳng đứng vẫn thành công
nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Quá trình chất tải
trớc đợc mô tả trên hình 3. Tải trọng gia tải trớc có thể bằng
hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tơng lai. Trong thời gian
chất tải độ lún và áp lực nớc đợc quan trắc. Lớp đất đắp để gia
tải đợc dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra. Phơng
pháp gia tải trớc đợc dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc
Trung ơng (Hà Nội), Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trờng đại học
Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam.


Gia tải trớc 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 phơng pháp thông thờng. Nên sử dụng thiết bị xuyên
tĩnh có đo áp lực nớc lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục.
Trong một số trờng 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 h hỏng.

Hình 3.

Đắp đất tôn nền theo từng lớp. Cho phép tăng cờng độ do cố kết.
Concept of multi Layers Embankment.


3.4. Gia tải trớc với thoát nớc thẳng đứng
Trong rất nhiều trờng hợp, thời gian gia tải trớc cần thiết đợc rút
ngắn để xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền đợc tăng

do sử dụng cọc cát hoặc băng thoát nớc. Cọc cát đợc đóng bằng
công nghệ rung ống chống để chiếm đất, sau đó cát đợc làm đầy
ống và rung để đầm chặt. Cọc cát có đờng kính 30 - 40cm. Có thể
đựoc thi công đến 6 - 9 m. Giải pháp cọc cát đã đợc áp dụng để xử
lý nền móng một số công trình ở TP Hồ CHí Minh, Vũng Tàu, Hải
Phòng và Hà Nội...
Bản nhựa đợc dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ thập kỷ
1980. Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển đợc sử dụng để thi công
bản nhựa. Công nghệ cho phép tăng cờng độ đất nền và giảm thời
gian cố kết. Sự tăng trởng của sức kháng cắt của đất nền đợc thể
hiện trên hình 4 và kết quả quan trắc độ lún thể hiện trên hình 5 cho
hiện trờng thí nghiệm tại Nam Định.


Hình 4. Sự tăng trởng của
cờng độ kháng cắt không thoát
nớc xác định bằng cắt cánh.
1. Trớc cố kết 2. Sau cố kết.
Shear strength astermined by
vane bore of subsoil in Nam Dinh
test, before and after consolidation.
1. Before consolidation
2. After consolidation.

Hình 5. Quan trắc độ lún
tại trung tâm diện tích chất tảI
a. Với băng thoát nớc
b. Không có băng thoát
nớc.
Observed settlements in

the center of the test field in
Nam Dinh City.
a. With band.
b. Without band shaped
drain.


Tại ven Sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thớc
hình học và tải trọng sau: đờng kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng
20.000 tấn. Nền công trình là đất yếu có chiều dày lớn đợc xử lý
nền bằng bản nhựa thoát nớc thẳng đứng kết hợp với gia tải bằng
hút chân không. Độ lún đợc tính là 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 cha kể đến biến dạng
ngang của nền và điều kiện công trình đặt ven sông.
Trong công nghệ xử lý nền bằng gia tải trớc với thoát nớc thẳng
đứng rất cần thiết đặt hệ quan trắc lún nh thể hiện trên hình 6. Thí
dụ về quan trắc xử lý nền đợc mô tả trên (hình 7).


Hình 6. Quan trắc đất nền đợc gia cố.
Example of Measurements of Improvement.
1.Đo lún tại tâm bề mặt đất đắp.
2.Đo lún theo độ sâu.
3.Đo lún tại bề mặt mái dốc.
4.Đo áp lực nớc lỗ rỗng.
5.Đo dịch chuyển ngang bề mặt.
6.Đo dịch chuyển theo độ sâu (ống mềm).
7.Đo dãn nở ngang (đo trợt đất).

8.Vị trí lấy mẫu để quan trắc.

Hình 7. Quy trình tôn nền chất tải trớc
Procedures of Pre-loading Method.
p : Tải trọng
Sp: Độ lún do cố kết của tải trọng P.
P : Tổng tải trọng của kết cấu trên nền.
SR: Độ lún thứ cấp do tải trọng p.
S : Độ lún sau khi dỡ tải.
R : Đất nền nâng do dỡ tải.


3.5. Cọc đất vôi v đất xi măng
Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển đợc dùng để chế tạo cùng đất XM &
đất vôi. Các KQ nghiên cứu trong phòng và áp dựng hiện trờng cho thấy:
- Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nớc và gia cờng nền.
- Các chỉ tiêu về cờng độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất
nền, hàm lợng nớc& hữu cơ, thành phần hạt & hàm lợng XM & vôi sử
dụng.
- Việc sử dụng XM rẻ hơn ở VN so với vôi. Tỷ lệ phần trăm thờng dùng là
8 - 12% và tỷ lệ của XM là 12 - 15% trọng lợng khô của đất. (Hình 8) thể
hiện sự thay đổi sức kháng cắt của đất XM với thời gian và tỷ lệ trộn.
- Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng.
- Dùng TB xuyên có cánh để kiểm tra chất lợng cọc. (Hình 9) mô tả kết
quả xuyên trong đất và trong cọc đất XM. Sức kháng xuyên tăng trởng từ
2-5 lần.
- Cọc đất XM dùng để gia cố nền đờng, nền nhà, khu công nghiệp, nền
đê...
- ảnh hởng của nhiệt độ đến cờng độ đất vôi đợc thể hiện trên (Hình
10).

Hình 9. Kết quả kiểm tra cờng độ cọc đất xi măng
theo kết quả xuyên.
a. Trong đất b. Trong cọc.
Results from control of cement columns by wing
penetrometer.
a. In the soil. b. In the cement column.

Hình 8. Thay đổi sức kháng cắt với đất nền
đợc gia cố bằng xi măng.
Tỷ lệ xi măng 11%.
Tỷ lệ xi măng 9%.
Tỷ lệ xi măng 5%.
Variation of shear strength of cement stabilized soil.
Cement content 11%
Cement content 9%
Cement content 5%

Hình 10a.
ảnh hởng của nhiệt độ bảo quản
mẫu đến việc tăng trởng cờng độ.
Influence of storage temperature on the increase
unconfined compressive
strength of soil lime sample.


3.6. Cọc cát xi măng
Thiết bị thi công cọc cát có thể đợc dùng để thi công cọc cát xi
măng. ống thép đợc đóng và rung xuống nền đất và chiếm chỗ

đất yếu. Cát và xi măng đợc trộn lẫn để đổ vào ống chống. Cát
xi măng đợc đầm chặt bằng ống chống và đầm rung.

3.7. Cọc đá v cọc cát đầm chặt
Nhằm giảm độ lún và tăng cờng độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đá
đầm chặt đợc sử dụng. Cát và đá đợc 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
HCM, 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 = 20 kPa, cọc cát 40cm có
sức chịu tải tới hạn là 60KN. Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể đợc sử
dụng. (Hình 11) mô tả công nghệ thi công cọc cát bằng thiết bị
SUMITOMO của Nhật.


H×nh 10b. ThiÕt bÞ thi c«ng cäc ®Êt xi m¨ng vµ sö dông c«ng nghÖ cäc ®Êt xi m¨ng cho ®−êng giao th«ng.


H×nh 11. C«ng nghÖ thi c«ng cäc c¸t ®Çm chÆt. - Driving Procedures


3.8. Cố kết động
Cố kết động cho phép tăng cờng độ và sức chịu tải và giảm độ lún
của nền. Công nghệ đợc dùng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, hải
Phòng và TP HCM. Quả đầm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng
lợng từ 10 - 15 tấn đợc nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt
nền từ độ cao 10 - 15 m để đầm chặt nền. Khoảng cách giữa các hố
đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m. Độ sâu ảnh hởng của đầm chặt cố kết
động đợc tính bằng:

D = 0.5MH Trong đó:
D: Độ sâu hữu hiệu đợc đầm chặt
W: Trọng lợng quả đầm, tấn
H: Chiều cao rơi quả đầm, m.

Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần, cát và đá đợc đổ đầy hố
đầm. Phơng pháp cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giản và
kinh tế, thích hợp với hiện trờng mới san lấp và đất đắp. Cần thiết
kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trớc và sau khi đầm bằng các
thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố khoan.


3.9. Gia cờng nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ
Cọc tiết diện nhỏ đợc hiểu là các loại cọc có đờng kính hoặc cạnh từ
10 đến 25cm. Cọc nhỏ có thể đợc thi công bằng công nghệ đóng,
ép, khoan phun. Cọc nhỏ đợc dùng để gia cố nền móng cho công
trình nhà, đờng xá, 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 sâu
hơn, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình. Hình 12 giới
thiệu việc áp dụng cọc nhỏ để gia cố nền đất đắp.
Hình 12. Gia cờng
nền đất yếu bằng cọc
nhỏ 10 25cm, bằng
bê tông, luồng, nhựa, gỗ.
Soil reinforcement by
embankment piles.

4. Lựa chọn giảI pháp xử lý nền đất yếu.
Bảng 4.1 Lựa chọn giải pháp xử lý nền
Phơng pháp

Phạm vi áp dụng

Ghi chú

Cần thiết lựa chọn chất lợng
đất thay thế
Cần chú ý khả năng phá hỏng
đất yếu do kích thớc giếng cát
lớn. Phải kiểm tra bài toán ổn
định, trợt
áp dụng cho các trờng Cần thiết kiểm tra thời gian lún,
hợp. Phải có tải trọng gia tốc độ lún độ ổn định
tải trớc theo từng bớc.

Chỉ áp dụng với tầng đất
yếu mỏng < 2,5 m
Làm chặt đất bằng Phải có tải trọng gia tải
cố kết đất sét yếu. trớc

Thay thế đất

Bằng bản nhựa.

Bản nhựa hoặc
áp lực gia tải tơng ứng
giếng cát kết hợp với áp lực khí quyển, có

với gia tải bằng hút thể kết hợp với chất tải
chân không

Không có vấn đề về ổn định.
Giả thiết có thể tăng cờng độ
đất. sét.


Gia tải không có bản Đối với các công trình
nhựa và giếng cát
cho phép lún kéo dài

Có thể có bệ phản áp để đắp đất
đến độ cao thiết kế và không bị
mất ổn định.

Phải có lợng cát bù sau khi gây
chấn động bằng đầm rung. Cọc
cát đầm chặt cho phép giảm độ
lún do cố kết thứ phát.
Kiểm tra lợng xi măng và vôi
thích hợp theo thí nghiệm trong
phòng.
Đất có cốt, vải địa kỹ Phân bố ứng suất đều. Phải kiểm tra độ ổn định của mái
thuật và lới địa kỹ Tăng khả năng chịu kéo dốc và tờng chắn. Có thể kết
của đất, giảm áp lực lên hợp với vật liệu san lấp nhẹ. Sử
thuật
tờng chắn ngăn cách
dụng theo chỉ dẫn kỹ thuật của
giữa lớp đất yếu và lớp nhà cung cấp

đất đắp hoặc thay thế.
Thoát nớc tốt hơn
Đầm chặt đất cát,
Cát rời, đất sét yếu có
cát bụi bằng các
thể gia cố sâu.
biện pháp rung, đầm
rời quả nặng.
Xi măng hoá, vôi
Gia cố sâu.
hoá.