Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đường đoạn từ km 96+400 đến km 100+120 thuộc dự án đường cao tốc trung lương – mỹ thuận và thiết kế giải pháp xử lý nền thích hợp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.95 MB, 110 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN THỊ THẢO
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐƢỜNG ĐOẠN
TỪ KM 96+400 ĐẾN KM 100+120 THUỘC DỰ ÁN ĐƢỜNG
CAO TỐC TRUNG LƢƠNG - MỸ THUẬN VÀ THIẾT KẾ GIẢI
PHÁP XỬ LÝ NỀN THÍCH HỢP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN THỊ THẢO
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐƢỜNG ĐOẠN
TỪ KM 96+400 ĐẾN KM 100+120 THUỘC DỰ ÁN ĐƢỜNG
CAO TỐC TRUNG LƢƠNG - MỸ THUẬN VÀ THIẾT KẾ GIẢI
PHÁP XỬ LÝ NỀN THÍCH HỢP
Ngành: Kỹ thuật địa chất
Mã số: 60520501
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA
HỌC
PGS.TS ĐỖ MINH TOÀN
HÀ NỘI – 2015
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu của bản
thân. Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là đúng sự thật, có nguồn gốc
rõ ràng, và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào.
Hà Nội, ngày 16 tháng 4 năm 2015
Tác giả
Nguyễn Thị Thảo
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1.Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................... 1
2.Mục tiêu của đề tài................................................................................................. 1
3.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................... 1
4.Nội dung nghiên cứu.............................................................................................. 2
5.Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................... 2
6.Cơ sở tài liệu.......................................................................................................... 2
7.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài................................................................ 3
8.Cấu trúc luận văn.................................................................................................... 3
CHƢƠNG 1............................................................................................................. 4
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP
XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG ĐƢỜNG....................................... 4
1.1. Tổng quan về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu........................................................ 4
1.1.1. Khái niệm về đất yếu, nền đất yếu................................................................... 4
1.1.2.Cấu trúc nền đất yếu......................................................................................... 6
1.1.3. Sơ lƣợc tình hình nghiên cứu đất yếu, cấu trúc nền đất yếu trên thế giới và
Việt Nam................................................................................................................... 7
1.2. Một số phƣơng pháp xử lý nền đất yếu áp dụng cho xây dựng đƣờng ở Việt
Nam......................................................................................................................... 10
CHƢƠNG 2............................................................................................................ 19
ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC TUYẾN ĐƢỜNG...................19
2.1.Vị trí địa lý........................................................................................................ 19
2.2.Địa hình, địa mạo.............................................................................................. 19
2.3.Khí hậu.............................................................................................................. 20
2.4.Thủy văn........................................................................................................... 21
2.5.Đặc điểm địa chất khu vực................................................................................ 22
2.5.1.Thống Pleistocen............................................................................................ 22
2.5.2. Thống Holocen.............................................................................................. 23
2.6. Đặc điểm địa chất thủy văn.............................................................................. 23
2.6.1. Tầng chứa nƣớc lỗ hổng trong các trầm tích Holocen (qh). ........................... 23
2.6.2. Tầng chứa nƣớc lỗ hổng các trầm tích Pleistocen thƣợng (qp3) ..................... 24
2
2.6.3.Tầng chứa nƣớc lỗ hổng trong các trầm tích Pliocen thƣợng (n 2 ). ................. 24
1
2.6.4.Tầng chứa nƣớc lỗ hổng trong các trầm tích Pliocen hạ (n2 ). ........................ 25
CHƢƠNG 3 ..............................................................................................................
26
PHÂN CHIA CẤU TRÚC NỀN, DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG
TRÌNH .......................................................................................................................
26
3.1. Đặc điểm địa chất công trình .............................................................................
26
3.1.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo.............................................................................
26
3.1.2.Địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền ............................................................
26
3.1.3.Đặc điểm thủy văn, địa chất thuỷ văn ..............................................................
32
3.1.4.Vật liệu xây dựng .............................................................................................
32
3.2.Phân chia cấu trúc nền đất ...................................................................................
34
3.2.1.Mục đích phân chia cấu trúc nền khu vực........................................................
34
3.2.2.Nguyên tắc phân chia cấu trúc nền ..................................................................
34
3.2.3.Phân chia cấu trúc nền phục vụ thiết kế xử lý nền đất yếu ..............................
34
3.3. Dự báo các vấn đề địa chất công trình ...............................................................
37
3.3.1. Đặc điểm và các thông số kỹ thuật của tuyến đƣờng ......................................
37
3.3.2. Kiểm toán các vấn đề địa chất công trình .......................................................
38
CHƢƠNG 4 ..............................................................................................................
56
LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐƢỜNG ........................................
56
4.1. Các yêu cầu kỹ thuật xử lý nền đƣờng ...............................................................
56
4.2. Phân tích, lựa chọn giải pháp thiết kế xử lý nền đất yếu ...................................
57
4.2.1. Luận chứng giải pháp xử lý nền đất yếu .........................................................
57
4.2.2.Cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp xử lý nền ..............................................
58
4.2.3.Thiết kế xử lý nền.............................................................................................
68
KẾT LUẬN ...............................................................................................................
94
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................
95
Ký hiệu
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Đơn vị
Giải thích
ĐCCT
Địa chất công trình.
ĐCTV
Địa chất thủy văn
CPTU
Thí nghiệm xuyên có tính đo áp lực nƣớc lỗ rỗng
SPT
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
pz
kG/cm
2
Áp lực tiền cố kết
z
kG/cm
2
Ứng suất phụ thêm
vz
kG/cm
2
Ứng suất bản thân
E0
kG/cm
2
Môđun tổng biến dạng
∆
g/cm
3
Khối lƣợng riêng của đất
c
g/cm
3
Khối lƣợng thể tích khô của đất
w
g/cm
3
Khối lƣợng thể tích tự nhiên của đất
Hệ số rỗng
e0
n
%
Cu
kG/cm
u
Độ
C
kG/cm
Độ
Góc nội ma sát
W
%
Độ ẩm tự nhiên
WL
%
Độ ẩm giới hạn chảy
WP
Ip
%
Độ ẩm giới hạn dẻo
%
Chỉ số dẻo
Độ lỗ rỗng
2
Lực dính kết không thoát nƣớc
Góc nội ma sát không thoát nƣớc
Is
2
Lực dính kết
Độ sệt
2
Hệ số cố kết theo phƣơng đứng
2
Hệ số cố kết theo phƣơng ngang
Cv
cm /s
Ch
cm /s
Cc
Chỉ số nén
Cr
U
Chỉ số nở
%
Độ cố kết
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Lƣu lƣợng nƣớc lũ năm 2010 tại các sông, kênh chính trong vùng…..21
Bảng 3.1. Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 1……………………………………..27
Bảng 3.2. Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp L1…………………………………....28
Bảng 3.3. Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 2…………………………………………29
Bảng 3.4. Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 3………………………………………….30
Bảng 3.5. Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 4…………………………………………..31
Bảng 3.6. Thuyết minh các kiểu cấu trúc nền khu vực dự án…………………....36
Bảng 3.7. Ứng suất phụ thêm, ứng suất bản thân dƣới tim nền công trình………40
Bảng 3.8. Kết quả tính lún cố kết tại tim nền đƣờng…………………………….42
Bảng 3.9. Ứng suất phụ thêm, ứng suất bản thân dƣới tim nền công trình………45
Bảng 3.10. Kết quả tính lún cố kết tại tim nền đƣờng……………………………46
Bảng 3.11. Ứng suất phụ thêm, ứng suất bản thân dƣới tim nền công trình…….48
Bảng 3.12. Kết quả tính lún cố kết tại tim nền đƣờng……………………………49
Bảng 4.1. Độ lún cố kết cho phép còn lại tại trục tim của nền đƣờng…………...56
Bảng 4.2. Góc ma sát trong và tỷ lệ phân chia ứng suất theo tỷ lệ thay thế……..61
Bảng 4.3. Độ cố kết Uv theo nhân tố thời gian Tv……………………………….64
Bảng 4.4. Ứng sất tại tim đƣờng sau khi gia cố………………………………….71
Bảng 4.5. Độ lún tại tim đƣờng sau khi gia cố…………………………………...72
Bảng 4.6. Độ cố kết của nền với các cự ly cắm bấc thấm khác nhau……………74
Bảng 4.7. Độ lún cuối cùng của nền tƣơng ứng với các chiều cao đắp Hr............75
Bảng 4.8. Chiều cao đắp theo giai đoạn………………………………………….78
Bảng 4.9. Thời gian chờ cố kết giữa các giai đoạn……………………………….80
Bảng 4.10. Tổng hợp quá trình thi công đắp theo giai đoạn tại mặt cắt ngang phụ
kiểu IB…………………………………………………………………………….80
Bảng 4.11. Tổng hợp vị trí các trắc ngang quan trắc………………………………92
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sự phân bố các vùng đất yếu trên lãnh thổ Việt Nam………………….5
Hình 1.2. Quy trình thi công cọc cát……………………………………………..11
Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo giếng cát…………………………………………………14
Hình 1.4. Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm…………………………14
Hình 1.5. Hiện trƣờng thi công bấc thấm……………………………………..…14
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý phƣơng pháp cố kết hút chân không…………………16
Hình 2.1. Bản đồ địa chất và khoáng sản tỷ lệ 1:200.000, tờ Mỹ Tho (C-48XVII)…………………………………………………………………………….22
Hình 3.1.Mặt cắt ngang phụ kiểu IA…………………………………………….40
Hình 3.2.Mặt cắt ngang phụ kiểu IB……………………………………………..44
Hình 3.3.Mặt cắt ngang kiểu II…………………………………………………..47
Hình 3.4. Sơ đồ tính toán theo phƣơng pháp phân mảnh của Bishop......................53
Hình 3.5. Sơ đồ kiểm toán trƣợt mặt cắt ngang kiểu II………………………….54
Hình 4.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cọc cát………………………………………….59
Hình 4.2. Sơ đồ thiết kế xử lý nền bằng bấc thấm……………………………….62
Hình 4.3. Sơ đồ bố trí mạng lƣới bấc thấm……………………………………….63
Hình 4.4. Sơ đồ biểu thị sự tăng lên sức chống cắt của đất nền………………….67
Hình 4.5. Sơ đồ kiểm toán trƣợt sau xử lý……………………………………….73
Hình 4.6. Biểu đồ xác định chiều cao phòng lún………………………………….75
Hình 4.7. Biểu đồ xác định chiều cao phòng lún tại mặt cắt ngang IB…………..76
Hình 4.8. Sơ đồ kiểm toán trƣợt sau khi đắp giai đoạn 1…………………………77
Hình 4.9. Sơ đồ kiểm toán trƣợt sau khi đắp giai đoạn 2…………………………78
Hình 4.10. Biểu đồ đắp theo giai đoạn tại mặt cắt ngang IB…………………….81
Hình 4.11. Cấu tạo bấc thấm...................................................................................................... 82
Hình 4.12.Cấu tạo thiết bị đo lún................................................................................................. 89
1
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Trên mạng lƣới đƣờng Quốc lộ, đƣờng trục Bắc – Nam đóng vai trò chủ chốt
theo chiến lƣợc phát triển hệ thống giao thông của cả nƣớc. Đây là trục đƣờng có
lƣu lƣợng xe lớn vào bậc nhất trong các trục quốc lộ chính trên toàn quốc. Hiện tại
đã xây dựng đƣợc 40km đoạn đầu từ TP. Hồ Chí Minh đến Trung Lƣơng. Việc
hoàn tất tuyến đƣờng cao tốc từ TP.Hồ Chí Minh đến Cần Thơ, cụ thể là đầu tƣ
phần còn lại trên đoạn Trung Lƣơng - Mỹ Thuận sẽ góp phần tạo lập mạng lƣới
đƣờng theo quy hoạch, cũng nhƣ hoàn tất toàn bộ mạng lƣới đƣờng Quốc lộ, thúc
đẩy phát triển kinh tế - xã hội của vùng.
Tuyến đƣờng cao tốc Trung Lƣơng – Mỹ Thuận đi qua địa phận tỉnh Tiền
Giang. Tuyến nằm ở bên phải và gần nhƣ song song với quốc lộ 1A. Đoạn tuyến
đƣờng từ Km 96+400 đến Km 100+120 đi qua huyện Cai Lậy - có điều kiện địa
chất công trình phức tạp, lớp đất yếu (bùn sét) có diện phân bố, chiều dày lớn và
biến đổi mạnh, thƣờng nằm ngay trên mặt, gây khó khăn cho việc thiết kế và thi
công, đòi hỏi phải đƣa ra các giải pháp xử lý nền đất yếu thích hợp. Để có cơ sở
luận chứng lựa chọn giải pháp thiết kế xử lý nền hợp lý, việc nghiên cứu phân chia
cấu trúc nền và lựa chọn biện pháp xử lý nền đất yếu phù hợp là rất quan trọng.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đường đoạn từ Km
96+400 đến Km 100+120 thuộc dự án đường cao tốc Trung Lương – Mỹ Thuận
và thiết kế giải pháp xử lý nền thích hợp.” là cấp thiết và có ý nghĩa thực tế.
2.Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình đoạn xây dựng tuyến đƣờng từ Km
96+400 đến Km 100+120 thuộc dự án đƣờng cao tốc Trung Lƣơng – Mỹ Thuận,
phân chia nền đất thành các đơn vị cấu trúc khác nhau từ đó đề xuất và thiết kế giải
xử lý nền hợp lý.
3.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: nền đất thiên nhiên trong phạm vi ảnh hƣởng xây
dựng đoạn đƣờng thuộc đƣờng cao tốc Trung Lƣơng – Mỹ Thuận;
2
- Phạm vi nghiên cứu: đoạn tuyến từ Km 96+400 đến Km 100+120 và thiết
kế xử lý nền đất yếu.
4.Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện đƣợc mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu
của luận văn bao gồm:
-
Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu (đất yếu, nền đất yếu, các giải pháp
xử lý nền đất yếu trong xây dựng đƣờng trên thế giới và ở khu vực nghiên cứu );
-
Đặc điểm địa chất công trình của đất nền đoạn tuyến đƣờng cao tốc Trung
Lƣơng – Mỹ Thuận và phân chia cấu trúc nền đất yếu phục vụ thiết kế xử lý nền đất
yếu;
-
Luận chứng và thiết kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến nghiên cứu.
5.Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng tổ hợp các phƣơng pháp nghiên cứu:
-
Phƣơng pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu đƣợc áp dụng gồm:
+ Các tài liệu đã có về địa lý tự nhiên, địa hình, địa mạo, địa chất thủy văn, khí
hậu của khu vực xây dựng đoạn tuyến đƣờng (tỉnh Tiền Giang);
+ Các tài liệu về đặc điểm địa chất công trình đoạn tuyến đƣờng nghiên cứu,
thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, thí nghiệm trong phòng;
-
Phƣơng pháp phân tích hệ thống: xem xét đối tƣợng trong một thể thống
nhất, đánh giá hiệu quả sử dụng của từng phƣơng pháp thí nghiệm khác nhau;
-
Phƣơng pháp tính toán: sử dụng để kiểm toán các vấn đề ĐCCT và thiết kế
xử lý nền đất yếu;
-
Ứng dụng công nghệ thông tin trong xử lý số liệu, tính toán thiết kế.
6.Cơ sở tài liệu
Luận văn đƣợc xây dựng từ cơ sở các tài liệu:
- Báo cáo kết quả khảo sát địa chất đoạn tuyến từ Km 96+400 – Km100+120,
dự án đƣờng cao tốc Trung Lƣơng – Mỹ Thuận;
- Các tài liệu tham khảo có liên quan đến nội dung luận văn, các tiêu chuẩn
thiết kế xử lý nền.
3
7.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đóng góp làm phong phú thêm những kinh nghiệm trong việc lựa chọn và
thiết kế xử lý nền đất yếu ở khu vực xây dựng tuyến đƣờng nói riêng và ở Việt Nam
nói chung;
- Kết quả của luận văn có thể tham khảo hoặc sử dụng để thiết kế xử lý nền đất
yếu cho đoạn tuyến đƣờng nghiên cứu và các khu vực khác có điều kiện ĐCCT
tƣơng tự.
8.Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm 4 chƣơng tổng cộng có 98 trang với 24 hình vẽ và 24 bảng.
Luận văn đƣợc hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình, Trƣờng Đại học
Mỏ - Địa chất, dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của PGS. TS. Đỗ Minh Toàn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Bộ môn Địa chất công trình,
Phòng Sau đại học thuộc trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Đỗ Minh Toàn, ngƣời Thầy
đã tận tâm hƣớng dẫn khoa học trong suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng
đề cƣơng cho đến khi hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp công tác tại Tổng công ty
tƣ vấn thiết kế Giao thông vận tải (TEDI) đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo
điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn này.
4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI
PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG
ĐƢỜNG 1.1. Tổng quan về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu
1.1.1. Khái niệm về đất yếu, nền đất yếu
a. Đất yếu
“Đất yếu” là một khái niệm đƣợc sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng, tuy
nhiên, cho đến nay chƣa có hệ thống phân loại đất yếu thống nhất và có nhiều quan
điểm khác nhau xung quanh vấn đề này.
Quan điểm thứ nhất, đa số các nhà nghiên cứu cho rằng “Đất yếu” là những
2
đất có sức chịu tải thấp, vào khoảng 0,5 - 1,0 kG/cm , có tính biến dạng lớn, có hệ
2
số rỗng lớn (e>1), mô đun tổng biến dạng thấp (thƣờng thì E 0 < 50 kG /cm ), sức
kháng cắt không đáng kể,... và nếu không áp dụng các giải pháp nền móng thích
hợp thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thực
hiện đƣợc [1].
Theo quan điểm này, trong TCVN 9355-2012 đã nêu cụ thể hơn: các loại đất
yếu thƣờng gặp là bùn các loại, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái chảy
hoặc dẻo chảy. Những loại đất này thƣờng có độ sệt lớn (I s > 1 hoặc xấp xỉ 1), hệ số
rỗng tự nhiên lớn (thƣờng e0 > 1), góc ma sát trong φ< 10°, lực dính kết theo kết
2
quả cắt nhanh không thoát nƣớc C < 0,15 kG/cm , lực dính kết theo kết quả cắt
2
cánh tại hiện trƣờng Su < 0,35 kG/cm , sức kháng mũi (xuyên tĩnh) qc < 10 kG/cm
và giá trị xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5.
2
Quan điểm thứ hai, đất yếu đƣợc xét khi có sự tƣơng tác với công trình. Theo
TCVN 9355-2012, đất yếu là loại đất phải xử lý gia cố mới có thể làm nền móng
cho công trình.
Theo quan điểm này, các loại đất yếu xét theo quan điểm thứ nhất cũng tƣơng
đồng, bởi lẽ các loại đất này đa số thƣờng không thích hợp cho việc sử dụng làm nền
cho bất kỳ công trình xây dựng nào mặc dù có quy mô không lớn. Đối với các công
trình có quy mô lớn nhƣ nhà cao tầng, cầu, hầm, các công trình thuỷ công, một
5
số loại đất có cƣờng độ từ trung bình đến cao nhƣ đất loại sét trạng thái nửa cứng
đến cứng hoặc thậm chí cả đá nửa cứng vẫn có thể là đất yếu.
Đất yếu có nhiều nguồn gốc khác nhau, chủ yếu là trầm tích dƣới nƣớc, bao
gồm nguồn gốc đầm lầy (ven sông, ven biển), hoặc các nguồn gốc trầm tích khác
nhƣ sông, biển, hồ, vũng, vịnh hoặc nguồn gốc hỗn hợp các kiểu nguồn gốc trên.
Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sƣờn tích (deluvi), lũ tích
(proluvi), gió, lầy, băng tuyết hoặc do con ngƣời gây ra (đất đắp).
Về tuổi của đất yếu, có ý kiến cho rằng: đất yếu là vật liệu mới đƣợc thành tạo
vào khoảng 20.000 năm trƣớc đây (thống Pleistoxen) hoặc hình thành trong khoảng
từ 10.000 năm hoặc 15.000 năm trƣớc đây. Nhìn chung, chúng mới đƣợc thành tạo
và ở Việt Nam chủ yếu là những tầng trầm tích mới đƣợc thành tạo trong kỷ thứ tƣ.
Theo kết quả nghiên cứu địa chất và địa lý, tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích
tam giác châu, thƣờng gặp ở các miền đồng bằng, trong đó hai đồng bằng lớn nhất
là đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ (Hình 1.1).
Hình 1.1.Sự phân bố các vùng đất yếu trên lãnh thổ Việt Nam [24]
6
Đặc tính địa chất công trình của đất yếu rất phức tạp, chúng biến đổi rất mạnh
phụ thuộc vào nguồn gốc thành tạo, tuổi địa chất, thành phần vật chất của trầm tích,
điều kiện tồn tại của chúng, vì thế trƣớc khi xây dựng công trình cần có các biện
pháp gia cố, cải tạo.
b. Nền đất yếu
Nền đất đƣợc hiểu là giới hạn không gian trong môi trƣờng địa chất chịu ảnh
hƣởng của công trình. Khái niệm nền đất yếu, phải đƣợc xem xét trong mối quan
hệ giữa các đặc điểm nền đất tự nhiên với đặc điểm công trình xây dựng. Đó là, tồn
tại các lớp đất yếu trong phạm vi ảnh hƣởng công trình hoặc liên quan đến đặc điểm
làm việc, tính chất tải trọng tác dụng của công trình.
1.1.2.Cấu trúc nền đất yếu
Khái niệm cấu trúc nền đã đƣợc một số tác giả sử dụng để điển hình hóa điều
kiện địa chất công trình của nền công trình. Vũ Cao Minh (1984) [7] đã đƣa ra khái
niệm “Cấu trúc địa cơ” và quan niệm: “Những thể địa chất có lịch sử phát triển và
bản chất cơ học xác định đƣợc gọi là những Cấu trúc địa cơ”. Nguyễn Thanh (1984)
[12] coi “Cấu trúc nền công trình” là tầng đất đƣợc sử dụng làm nền cho xây dựng,
đƣợc đặc trƣng bằng những quy luật phân bố theo chiều sâu, các thành tạo đất đá
có liên kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái và tính
chất địa chất công trình không giống nhau”. Lê Trọng Thắng (1995) [15] đã định
nghĩa “Cấu trúc nền là phần tƣơng tác giữa công trình và môi trƣờng địa chất, đƣợc
xác định bởi quy luật phân bố trong không gian, khả năng biến đổi theo thời gian
của các thành tạo đất đá, có tính chất ĐCCT xác định, diễn ra trong vùng ảnh hƣởng
của công trình”.
Nhƣ vậy, cấu trúc nền đất yếu là cấu trúc nền có liên quan trực tiếp với các
thành tạo đất yếu. Đất yếu đóng vai trò trung tâm và có ý nghĩa quyết định đến đặc
tính và khả năng xây dựng của nền đất. Thật vậy, thành phần, tính chất, bề dày của
lớp đất yếu cũng nhƣ sự biến đổi của chúng trong không gian và mối quan hệ với
các lớp đất khác, cùng với quy mô công trình sẽ quyết định việc lựa chọn giải pháp
xử lý nền thích hợp.
7
Ý nghĩa của việc nghiên cứu cấu trúc đất nền là để đánh giá tài nguyên đất xây
dựng nói chung và tính năng xây dựng của nền nói riêng, cấu trúc nền là cơ sở địa
chất công trình để quy hoạch hợp lý các công trình xây dựng.
1.1.3. Sơ lược tình hình nghiên cứu đất yếu, cấu trúc nền đất yếu trên thế giới
và Việt Nam
Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, việc xây dựng các công trình
trên nền đất yếu rất phổ biến. Bởi vậy, đất yếu là đối tƣợng đã và đang đƣợc quan
tâm nghiên cứu rộng rãi. Ngay từ những năm 1965, 1972, ở Liên Xô đã có các Hội
nghị về đất yếu và nhiều công trình nghiên cứu về đất yếu. Trong tác phẩm “Thạch
luận công trình” [23], V.D Lomtadze đã xếp đất yếu vào nhóm đất có thành phần,
trạng thái và tính chất đặc biệt. Một số công trình khác nghiên cứu về đất yếu có thể
kể đến nhƣ: “Đất sét yếu bão hòa nƣớc làm nền cho công trình”-M.I.Abelev,
“Nghiên cứu tính chất lƣu biến của đất” –G.X Zolotarev, “Độ bền và biến dạng của
đất than bùn” – L.X.Amarian [15]…
Ở Việt Nam, những nghiên cứu về thành phần và tính chất của đất yếu chủ yếu
đƣợc đề cập dƣới dạng các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học trong nƣớc. Năm
1971-1972, Lê Huy Hoàng có các công trình nghiên cứu tính chất của đất sét rìa
Bắc đồng bằng Bắc Bộ. Năm 1973, Hoàng Văn Tân cùng tập thể tác giả đã xuất bản
cuốn "Những phƣơng pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu"[11]. Các tác giả
đã đƣa ra quan điểm nghiên cứu về đất yếu và tổng kết các đặc trung cơ lý của
chúng, trong đó có đất yếu của khu vực nghiên cứu. Trong nghiên cứu “Tính chất cố
kết của đất yếu Hà Nội” (1984) [10], Tạ Hồng Quân đã đƣa ra các kết quả về tính
chất cố kết của một số loại đất yếu chính ờ Hà Nội. Bài viết: "Một số đặc điểm biến
dạng cùa đất bùn tầng Giảng Võ" [5] của Đỗ Trọng Đông và Đoàn Thế Tƣờng
(1984) đã đi sâu nghiên cứu các đặc điểm biến dạng của đất bùn, than bùn hệ tầng
Giảng Võ trƣớc đây, nay đƣợc xếp vào hệ tầng Hải Hƣng, phụ hệ tầng dƣới. Bài
viết: “Các phƣơng pháp thí nghiệm hiện trƣờng áp dụng trong khảo sát ĐCCT vùng
đất yếu và một số đặc trƣng cơ lý của đất yếu khu vực Hà Nội” [20] của Nguyễn Vũ
Tùng, đã nêu lên các phƣơng pháp thí nghiệm hiện trƣờng áp dụng thích hợp khi
tiến hành khảo sát ĐCCT cho vùng có đất yếu. Năm 1994, Lê Trọng Thắng có bài:
8
"Phân chia các thể địa chất chính ở khu vực Hà Nội và kết quả xử lý tài liệu xuyên
tĩnh của chúng bằng máy xuyên Gouda" [16]. Bài viết đã đƣa ra quan điểm phân
chia thể địa chất và đƣa ra các kết quả xử lý tài liệu xuyên tĩnh của các thành tạo đất
đá tham gia trong cấu trúc nền đất yếu ở khu vực Hà Nội. Ngoài ra, trong nghiên
cứu "Ảnh hƣởng của thời gian nén đến kết quả thí nghiệm xác định hệ số nén lún
của một số loại đất yếu ở Hà Nội"[14], dựa trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén cố kết
các loạt mẫu đất yếu khác nhau, tác giả đã chỉ ra những hạn chế của kết quả xác
định hệ số nén lún a khi tiến hành theo quy trình nén ổn định quy ƣớc trong 2 giờ .
Báo cáo: "Kết quả nghiên cứu bƣớc đầu về tính bất đồng nhất của trầm trích hồ
đầm lầy hệ tầng Hải Hƣng dƣới (blQ
1-2
2hh1)
ở khu vực thành phố Hà Nội" [13] của
Nguyễn Viết Tình và Phạm Văn Tỵ đã đƣa ra kết luận về tính biến đổi thành phần
và tính chất cơ lý của loại đất yếu phổ biến nhất trong khu vực nghiên cứu. Năm
2014, trong luận văn tiến sỹ “Nghiên cứu đặc tính địa chất công trình của đất loại
2-3
sét yếu amQ2
phân bố ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long phục vụ xử
lý nền đƣờng” [9] và các bài báo có liên quan, Nguyễn Thị Nụ đã làm sáng tỏ đặc
2-3
tính ĐCCT của đất loại sét yếu amQ 2
phân bố ở các tỉnh ven biển Đồng bằng
sông Cửu Long, từ đó phân tích, đề xuất về các vấn đề khảo sát ĐCCT, kiến nghị
các biện pháp xử lý và sử dụng các chỉ tiêu cơ lý trong tính toán xử lý nền đất yếu.
Các nghiên cứu về cấu trúc nền công trình cũng đã đƣợc đề cập trong nhiều
nghiên cứu khác nhau. Tác phẩm “Mô hình cấu trúc trong Địa chất công trình” của
M.V. Ras đã đƣa ra các khái niệm về mô hình cấu trúc, trong đó có mô hình điều
kiện tự nhiên, mô hình nền tự nhiên của công trình. Tác giả đã phân tích mối quan
hệ giữa mô hình điều kiện tự nhiên và mô hình công trình xây dựng, đƣa ra các khái
niệm về miền xác định của công trình[15].
Nghiên cứu cấu trúc nền không thể tách rời việc nghiên cứu môi trƣờng địa
chất. Trong tác phẩm "Lý thuyết chung của Địa chất công trình" của G.K. Bônđaríc
và "Địa chất công trình - Khoa học về môi trƣờng địa chất" của E.M Xergheev đã
đƣa ra các định nghĩa về môi trƣờng địa chất và các quan điểm nghiên cứu chúng.
Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà bác học Nga đã đề cập đến các tác động
biến đổi môi trƣờng địa chất do con ngƣời gây nên nhƣ: "Những vấn đề địa chất
9
công trình liên quan đến nhiệm vụ sử dụng hợp lý và bảo vệ môi trƣờng địa chất"
của E.M. Xergheev; "Sự biến đổi của môi trƣờng địa chất dƣới ảnh hƣởng của các
hoạt động của con ngƣời" của A.v Kotlov [15];…
Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về cấu trúc nền cũng rất phong phú.
Bài viết “Về việc phân loại và thành lập bản đồ cấu trúc nền các công trình xây
dựng ở Việt Nam”[12] của Nguyễn Thanh đã đƣa ra định nghĩa về cấu trúc nền
công trình. Theo nguyên tắc phân chia, tác giả đã tổng hợp các lớp đất đá khác nhau
hình thành nên các cấu trúc nền với 5 mức cấu trúc khác nhau. Nghiên cứu: “Cấu
trúc địa cơ”[7] của Vũ Cao Minh đƣa ra định nghĩa về cấu trúc địa cơ và nêu lên
những quan điểm nghiên cứu của mình. Điều cần chú ý là trong định nghĩa cấu trúc
nền công trình và cấu trúc địa cơ, các tác giả đều chƣa đề cập đến yếu tố biến đổi
của cấu trúc nền, cũng nhƣ các tác động của môi trƣờng địa chất. Với những quan
niệm hình thành về cấu trúc nền công trình nói chung và cấu trúc nền đất yếu nói
riêng, năm 1991, Lê Trọng Thắng có bài: "Một số dạng cấu trúc nền đất yếu ở khu
vực Hà Nội và những nguyên nhân gây biến dạng công trình liên quan với chúng".
Trên cơ sở bƣớc đầu tổng hợp những kiểu, dạng cấu trúc nền đất yếu đặc trƣng ở
khu vực thành phố Hà Nội, tác giả phân tích một số nguyên nhân lún nứt công trình
liên quan với chúng. Quá trình nghiên cứu của tác giả đƣợc hoàn thiện hơn trên cơ
sở phân loại cấu trúc nền đất yếu đƣợc thể hiện trong bài: “Phân tích nguyên nhân
biến dạng công trình liên quan đến một số dạng cấu trúc nền đất yếu ở khu vực Hà
Nội". [15]. Một số tác giả khác cũng có nghiên cứu liên quan đến cấu trúc nền nhƣ
Phạm Văn Tỵ đã tiến hành phân vùng cấu trúc nền ở khu vực Hà Nội khi thành lập
bản đồ ĐCCT tỷ lệ 1/50.000 do Đoàn 64 thực hiện. Trong nghiên cứu: "Vấn đề sử
dụng hợp lý môi trƣờng địa chất khi xây dựng các đô thị" [21], Đoàn Thế Tƣờng đã
đánh giá các tác động biến đổi môi trƣờng ở khu vực Hà Nội do các hoạt động của
con ngƣời gây nên. Bài viết đƣa ra một số dạng sơ đồ cấu trúc nền đất yếu và kiến
nghị các giải pháp móng thích hợp. Trong luận văn tiến sĩ “Nghiên cứu ổn định và
biến dạng của nền đất yếu dƣới nền đƣờng ô tô ngập lũ ở Đồng bằng sông Cửu
Long” [6], Phạm Văn Hùng đã nghiên cứu sự dịch chuyển từ biến của nền đất yếu
dƣới nền đƣờng ô tô khi chịu ảnh hƣởng của áp lực thủy động.
10
1.2. Một số phƣơng pháp xử lý nền đất yếu áp dụng cho xây dựng đƣờng
ở Việt Nam
Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải, giảm tính
biến dạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền và công trình, cụ
thể cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền yếu nhƣ: giảm hệ số rỗng, tăng độ
chặt, giảm tính nén lún, tăng trị số mô đun tổng biến dạng, tăng cƣờng độ chống cắt
của đất,... Việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình phụ thuộc vào điều kiện
nhƣ: đặc điểm quy mô và loại công trình, đặc điểm của cấu trúc nền,... Với từng
điều kiện cụ thể mà ngƣời thiết kế đƣa ra các giải pháp xử lý hợp lý, từ đó sẽ cho
phép nâng cao hiệu quả của công tác xử lý cũng nhƣ sự ổn định và tuổi thọ của
công trình, hạn chế đƣợc các rủi ro có thể xảy ra. Hiện nay, có nhiều biện pháp xây
dựng đƣờng đắp trên nền đất yếu. Các giải pháp xử lý nền có thể đƣợc xếp vào một
số nhóm chính đang đƣợc ứng dụng rộng rãi sau đây:
- Nhóm các phƣơng pháp cải tạo trên mặt: phƣơng pháp bổ sung thành phần
hạt, các biện pháp làm chặt đất (bằng búa đầm, xe lu, nổ mìn, đầm rung,...), phƣơng
pháp xi măng hóa nhân tạo (trộn vôi, trôn xi măng, trộn bitum...)
- Nhóm các phƣơng pháp cải tạo dƣới sâu: cải tạo đất bằng các thiết bị tiêu
thoát nƣớc thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm kết hợp gia tải trƣớc, bấc thấm kết hợp
hút chân không), sử dụng cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc cát đầm chặt), cải tạo đất
bằng chất kết dính (cọc đất xi măng, cọc đất vôi).
Dƣới đây, tác giả trình bày một số phƣơng pháp xử lý nền đất yếu chủ yếu đã
sử dụng trong xây dựng đƣờng tại Việt Nam nói chung và khu vực đồng bằng Nam
Bộ nói riêng:
*Giải pháp đào thay đất (xây dựng lớp đệm cát hay đệm đất)
Đây là giải pháp thƣờng đƣợc sử dụng với những đoạn nền đƣờng đắp trực
tiếp trên nền đất yếu có chiều cao nền đắp thấp, chiều dày lớp đất yếu bên dƣới
không lớn và mực nƣớc ngầm ở dƣới sâu.
Trong những trƣờng hợp nhƣ vậy, ngƣời ta đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu phía
trên (từ 2-3m) hoặc một phần lớp đất yếu và thay thế bằng các lớp cát hoặc đất đắp
11
có cƣờng độ chống cắt lớn hơn. Có thể sử dụng vật liệu địa phƣơng tại chỗ để cải
thiện tính chất của nền đất yếu.
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng
-Giải pháp thay đất thi công đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp, khá
rẻ; tuy nhiên chỉ áp dụng khi bề dày lớp đất yếu mỏng (<3m) và không chịu ảnh
hƣởng của nƣớc có áp.
-Giải pháp này đã đƣợc áp dụng trong xây dựng giao thông ở nƣớc ta, nhƣ
tuyến N2, QL1A, đƣờng cao tốc TP. HCM - Trung Lƣơng,…
*Cọc cát
Cọc cát xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc đƣợc cấu tạo từ vật liệu rời đặt
trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trong công trình, đã gọi là cọc, nên bản
thân cọc cát phải đƣợc tạo thành từ những loại cát đồng nhất, tiết diện liên tục theo
chiều sâu, sức chịu tải của cát đƣợc chọn phải lớn hơn nhiều lần so với đất nền tự
nhiên. Vật liệu làm cọc không thể hòa lẫn vào đất (chìm dần vào đất yếu). Do đó,
không phải loại đất yếu bất kỳ nào cũng có thể sử dụng cọc cát để xử lý.
Cần phải phân biệt cọc cát với các cọc cứng khác nhƣ cọc bê tông cốt thép,
cọc thép... Cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng làm nhiệm vụ truyền tải
trọng công trình xuống nền đất còn cọc cát làm nhiệm vụ lèn chặt và thoát nƣớc cho
nền đất làm tăng sức chịu tải cho nền.
Hình 1.2. Quy trình thi công cọc cát
12
Việc sử dụng cọc cát đƣợc nhà bác học Nga M.X.Voikow đề nghị đầu tiên vào
năm 1840 và sau đó là giáo sƣ V.I.Kurdyumov năm 1886. Qua hơn một thập kỷ
phƣơng pháp này đã đƣợc tiếp tục nghiên cứu, bổ sung và đƣợc ứng dụng ở nhiều
nƣớc trên thế giới nhƣ Liên Xô trƣớc đây, Trung Quốc, Anh, Pháp, Hà Lan và Mỹ.
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng
-Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so
với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng. Bởi vì lúc này cọc cát làm việc
nhƣ các giếng thoát nƣớc, nƣớc trong đất có điều kiện thoát ra nhanh theo chiều
dài cọc dƣới tác dụng của tải trọng ngoài. Phần lớn độ lún của nền đất có cọc cát
thƣờng kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều kiện cho công trình mau
chóng đạt đến giới hạn ổn định.
-Sử dụng cọc cát về mặt kinh tế rẻ hơn so với khi sử dụng các phƣơng án cọc
khác nhƣ: cọc bêtông, cọc bêtông cốt thép. Vật liệu làm cọc cát rẻ hơn nhiều so với
thép, bêtông cốt thép dùng trong cọc cứng và không bị ăn mòn nếu nƣớc ngầm có
tính xâm thực. Biện pháp thi công cọc cát tƣơng đối đơn giản, không đòi hỏi những
thiết bị phức tạp.
-Nén chặt bằng cọc cát là một phƣơng pháp có hiệu quả khi xây dựng các
công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu. Khi chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 10m
có thể dùng cọc cát nén chặt đƣợc.
Một số công trình áp dụng hiệu quả phƣơng pháp này nhƣ: đƣờng Bắc Thăng
Long – Nội Bài, đƣờng hành lang ven biển phía Nam đi qua Đồng Tháp và Kiên
Giang,…
*Phƣơng pháp cọc cát đầm
Nén chặt đất bằng cọc cát đầm đƣợc sử dụng để tăng nhanh quá trình cố kết
của đất nền, làm cho nền đất có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến
giới hạn ổn định về lún. Phƣơng pháp này sử dụng tải trọng nén kết hợp với rung để
xuyên một ống nhồi cát và đầm chặt vào lớp đất yếu làm cho đất đƣợc nén chặt, hệ
số rỗng giảm từ đó tăng cƣờng độ và modun biến dạng của đất nền.
13
Dƣới tác dụng của tải trọng, cọc cát đầm và vùng đất đƣợc nén chặt xung
quanh cọc cùng làm việc đồng thời đất đƣợc nén chặt đều trong khoảng cách giữa
các cọc.
So với phương pháp cọc cát, phương pháp cọc cát đầm chặt có những ưu
nhược điểm:
- Khi dùng cọc cát đầm, đƣờng kính cọc đƣợc thiết kế lớn hơn (từ 600800mm), do đó hiệu quả nén chặt sẽ cao hơn. Chiều sâu xử lý lớn, có thể tới 40m.
- Tuy nhiên kỹ thuật thi công cọc cát đầm khá phức tạp, đòi hỏi phải có thiết
bị chuyên dụng và có thể gây ảnh hƣởng xấu đến các công trình lân cận.
Kinh nghiệm xây dựng cũng nhƣ những kết quả đã nghiên cứu cho thấy rằng:
phƣơng pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm có phạm vi áp dụng khá lớn, có
thể áp dụng cho các loại đất yếu có chiều dày lớn nhƣ các loại đất cát nhỏ, cát bụi
rời ở trạng thái bão hòa nƣớc, các đất cát có xen kẽ những lớp bùn mỏng, các loại
đất dính yếu (sét, sét pha cát và cát pha sét) cũng nhƣ các loại đất bùn và than bùn.
Phƣơng pháp cọc cát đầm đã đƣợc sử dụng ở dự án đƣờng cao tốc Hà Nội –
Hải Phòng với chiều sâu xử lý đến 40m và nền đắp cao 9m.
*Giếng cát
Biện pháp thoát nƣớc thẳng đứng bằng giếng cát đƣợc áp dụng phổ biến để xử
lý đất yếu có bề dày lớn. Giếng cát thƣờng có đƣờng kính từ 20 - 60cm, bằng cát
hạt trung hoặc thô. Áp dụng biện pháp xử lý bằng giếng cát đạt đƣợc hai mục đích
chính sau:
- Tăng nhanh độ cố kết, làm cho nền đất có khả năng biến dạng đồng đều do
đó giảm đƣợc thời gian lƣu tải;
- Tăng cƣờng độ của đất nền, đảm bảo độ ổn định của nền đƣờng đắp trên
các đoạn đất yếu.
Cần lƣu ý rằng, khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạt
đƣợc độ đồng đều của cát trong suốt chiều dài giếng cát, tránh hiện tƣợng đứt đầu
giếng cát dƣới tác dụng các loại tải trọng.
14
q
GiÕng
c¸t
GiÕng
c¸t
GiÕng
c¸t
§Êt
yÕu
TÇng kh«ng thÊm
Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo giếng cát
Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm
lƣợng hữu cơ không lớn (thƣờng <10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cố kết
của đất yếu. Khi ứng dụng giếng cát cũng cần chú ý rằng, nếu nền đất có trị số độ
dốc thủy lực ban đầu và độ bền cấu trúc lớn thì phải đi kèm với biện pháp gia tải
trƣớc để nƣớc thoát ra nhanh hơn.
*Bấc thấm (PVD)
Bấc thấm là thiết bị tiêu nƣớc thẳng đứng chế tạo sẵn. Giải pháp xử lý đất yếu
bằng bấc thấm cần thiết áp lực đất đắp đủ lớn để nƣớc trong đất yếu thoát ra ngoài,
làm tăng tốc độ cố kết và cƣờng độ đất nền.
Hình 1.4. Sơ đồ bố trí xử lý nền đất
yếu bằng bấc thấm.
Hình 1.5. Hiện trường
thi công bấc thấm
15
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:
+Tốc độ lắp đặt bấc thấm nhanh, vì thế giảm giá thành công trình;
+Trong quá trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy ra hiện
tƣợng bị cắt trƣợt do lún cố kết gây ra;
+Không yêu cầu nƣớc phục vụ thi công;
+Bấc thấm là sản phẩm đƣợc chế tạo trong nhà máy với chất lƣợng và công
nghệ ổn định;
+Tuy nhiên, khi thi công, bấc thấm có thể bị gãy hoặc bị vật liệu chui vào làm
tắc nghẽn và giảm khả năng thấm nƣớc dẫn đến hiệu quả xử lý giảm đi rất nhiều.
Bấc thấm thƣờng đƣợc sử dụng với nền đắp có chiều cao <5,0m, chiều dày
đất yếu <40m, lƣợng lún cố kết Sc<1,5m, không có lớp vỏ cứng phía trên và thấu
kính cát xen kẹp. Khi thi công bấc thấm có thể bị gãy hoặc bị vật liệu chui vào làm
tắc nghẽn và giảm khả năng thấm nƣớc dẫn đến hiệu quả xử lý giảm đi rất nhiều.
Phƣơng pháp PVD kết hợp với gia tải trƣớc đƣợc sử dụng ở Việt Nam lần đầu
tiên trong dự án nâng cấp đƣờng Quốc lộ 51 (đoạn từ TP Hồ Chí Minh đi Vũng
Tàu) sau đó đƣợc áp dụng rộng rãi: nâng cấp Quốc lộ 5, đƣờng Láng-Hòa Lạc, ...
*Bấc thấm kết hợp gia tải bằng hút chân không
Phƣơng pháp này là một trong những phƣơng pháp gia cố nền đất sét yếu bão
hòa nƣớc. Bản chất của phƣơng pháp là sử dụng áp lực chân không truyền vào
trong đất thông qua một hệ thống tiêu thoát nƣớc đứng (thông thƣờng là bấc thấm)
đƣợc bố trí trong nền đất, nhờ đó mà nƣớc và khí ở các lỗ rỗng trong đất đƣợc bơm
thoát ra khỏi nền, đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất. Khi đất đƣợc cố kết thì
các tính chất cơ lý của chúng đƣợc biến đổi theo chiều hƣớng có lợi: tính biến dạng
giảm, tính thấm giảm, sức chịu tải và tính ổn định của đất tăng,...
Phƣơng pháp cố kết hút chân không đƣợc ứng dụng tại nhiều nƣớc trên thế
giới nhƣ Nga, Đức, Canada, Pháp, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Malaysia,
Thái Lan,… Năm 2008, công nghệ này bắt đầu đƣợc ứng dụng trong xử lý nền đất
yếu tại Việt Nam cho một số công trình Nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy
DAP, nhà máy sợi Polyeste Đình Vũ, nhà máy điện Nhơn Trạch II, cảng Đình Vũ
Hải Phòng, dự án đƣờng cao tốc Long Thành – Dầu Giây,… đã đạt hiệu quả cố kết
16
trong thời gian ngắn, đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật. Sơ đồ công nghệ nhƣ hình
1.6.
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý phương pháp cố kết hút chân không
Hiện nay, các công nghệ thi công phƣơng pháp hút chân không, gồm:
a) Công nghệ thi công có màng kín khí (phƣơng pháp cố kết MVC – Menard)
b) Công nghệ thi công không có màng kín khí (phƣơng pháp Beaudrain)
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:
-Ƣu điểm:
+Giảm thời gian cố kết của nền đất trong phạm vi đƣợc xử lý một cách đáng
kể;
+Do thời gian xử lý nền đất đƣợc rút ngắn nên tổng thời gian thi công của
công trình giảm đi, sớm đƣa công trình vào sử dụng;
+Đây là công nghệ xanh, thân thiện với môi trƣờng.
-Nhƣợc điểm:
+Trong quá trình thi công, rất khó làm kín khí;
+Có giới hạn về chiều sâu gia cố, thông thƣờng chỉ đạt tối đa gần 10m;
+Hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát có hệ số thấm lớn nằm xen kẹp;
+Gây ra chuyển vị ngang làm cho các công trình lân cận có thể gặp sự cố;
+Yêu cầu trình độ thi công cao.
Hiện nay, việc áp dụng công nghệ cố kết hút chân không ở Việt Nam chủ yếu
đƣợc áp dụng cho các công trình trọng điểm quốc gia (nhà máy điện Nhơn Trạch II
–Đồng Nai; dự án đƣờng cao tốc Long Thành – Dầu Giây, Nhà máy Khí-Điện Cà
Mau…), còn ít công ty phát triển công nghệ này trong thi công.
17
*Cọc đất xi măng
Ngƣời ta dùng xi măng trộn với đất sét yếu trong lỗ khoan nhằm tăng sức
chịu tải cho đất nền. Để thi công, ngƣời ta dùng kiểu khoan đĩa đƣờng kính lỗ
khoan khoảng 50cm. Khoan đƣợc xoắn vào trong đất đến độ sâu thiết kế và khi rút
lên xoay ngƣợc chiều. Trong quá trình khoan dùng khí nén phụt xi măng vào lỗ
khoan qua ống dẫn trong cần khoan. Mũi khoan vừa có tác dụng khoan, vừa có tác
dụng khuấy trộn và làm chặt đất. Tác dụng hoá lý giữa đất và vôi (hoặc xi măng)
xảy ra, quá trình rắn chắc của đất cần gia cố phát triển theo thời gian tạo thành các
cọc có sức chịu tải nhất định.
Phƣơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cột đất xi măng là một công nghệ mới
đƣợc thế giới biết đến và áp dụng từ những năm 1970 nhƣng đạt đƣợc công nghệ
hoàn chỉnh và phát triển mạnh mẽ phải tính từ những năm 1990 trở lại đây. Phƣơng
pháp này có thể đƣợc chia ra làm 2 loại: phƣơng pháp phun khô và phƣơng pháp
phun ƣớt - mà thực chất phƣơng pháp này là phun vữa. Đối với Việt Nam, công
nghệ cọc đất – xi măng lần đầu tiên đƣợc Thuỵ Điển chuyển giao công nghệ cho Bộ
Xây dựng vào những năm 1992-1994, sử dụng trong gia cƣờng nền nhà và công
trình xây dựng dân dụng (Công trình bệnh viện nhi Thụy Điển). Năm 2004, Viện
Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt áp cao (Jet –
Grouting) từ Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên
cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hƣởng của
hàm lƣợng xi măng đến tính chất của đất xi măng,... nhằm ứng dụng cọc đất xi
măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi.
Ƣu điểm nổi bật của công nghệ cọc đất xi măng là khả năng xử lý sâu (chiều
sâu xử lý có thể đạt đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ bùn cát thô cho đến
bùn yếu), thi công đƣợc cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nƣớc hoặc trong
điều kiện hiện trƣờng chật hẹp, nền gia cố có biến dạng nhỏ.
Tuy nhiên, phƣơng pháp này thƣờng không hiệu quả trong các loại đất yếu
có hàm lƣợng hữu cơ hay hàm lƣợng muối cao.
