LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông với đề tài “Nghiên cứu sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm cho xây dựng nền đường đắp trên đất
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ HẠ TẦNG GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ TỈNH ĐỒNG THÁP
Tổng quan về điều kiện tự nhiên
Tỉnh Đồng Tháp, được thành lập từ năm 1976 qua việc sáp nhập hai tỉnh Sa Đéc và Kiến Phong, nằm ở đầu nguồn sông Tiền trong vùng đồng bằng sông Cửu Long Với diện tích tự nhiên 3.374,2 km², Đồng Tháp tọa lạc tại tọa độ 10°07’ - 10°58’ vĩ độ Bắc.
Đồng Tháp, tỉnh duy nhất ở đồng bằng sông Cửu Long, có vị trí địa lý với kinh độ Đông từ 105°0'12" đến 105°0'56", giáp với tỉnh Prây Veng của Campuchia ở phía Bắc, tỉnh Vĩnh Long và thành phố Cần Thơ ở phía Nam, tỉnh An Giang ở phía Tây, và tỉnh Long An cùng tỉnh Tiền Giang ở phía Đông Trung tâm hành chính của tỉnh là thành phố Cao Lãnh, cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 165 km về phía Tây Nam, với đất đai trải dài hai bên bờ sông Tiền và sông Hậu.
Hình 1-1 Vị trí địa lý tỉnh Đồng Tháp
1.1.2 Địa hình, địa chất và khí hậu, thủy văn
Lịch sử địa tầng của tỉnh Đồng Tháp gắn liền với sự phát triển của vùng đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm sự hình thành của phù sa cổ và phù sa mới qua quá trình bồi lắng Độ dày lớp đất yếu tại đây dao động từ 15m đến 300m, với khu vực Đồng Tháp Mười có chiều dày từ 1,0m đến 30,0m Nguồn gốc của đất yếu chủ yếu là trầm tích châu thổ, bao gồm sông, bãi bồi và tam giác châu, thuộc trầm tích kỹ thứ 4 Các loại trầm tích phổ biến là bùn, đất dính và cát nhỏ bão hòa nước, với cấu trúc đất yếu đa dạng và không đồng nhất.
Phù sa cổ, thuộc trầm tích Pleistocene (QIII), phân bố dọc biên giới Việt Nam - Campuchia tại Tân Hồng và dần chìm dưới lớp phù sa mới Tại huyện Tam Nông và phía Bắc huyện Tháp Mười, phù sa cổ nằm nông, chỉ cách mặt đất vài mét hoặc lộ ra thành các giồng, gò.
Phù sa mới, hay còn gọi là trầm tích Holocene (QIV), được hình thành trong giai đoạn biển tiến và lùi cách đây khoảng 6.000 năm Nó bao gồm lớp sét mặn nằm bên dưới và các trầm tích chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ, với độ ẩm tự nhiên cao hơn giới hạn chảy và các chỉ tiêu cơ học có giá trị thấp.
* Địa hình Địa hình tỉnh Đồng Tháp tương đối bằng phẳng với độ cao phổ biến từ
Tỉnh Đồng Tháp có địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông, với độ cao từ 1 đến 2 mét so với mực nước biển Dòng sông Tiền chia tỉnh thành hai vùng lớn: vùng phía Bắc với độ cao không quá 4m và vùng phía Nam có địa hình dạng lòng máng, với cao độ phổ biến từ 0,8m đến 1,0m Địa hình tỉnh bị chia cắt bởi hệ thống sông, ngòi, kênh, rạch chằng chịt, tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất và phát triển giao thông Tuy nhiên, địa hình nhiều kênh đòi hỏi chi phí xây dựng cầu cao, và nền đất yếu cần xử lý nền móng tốn kém, đặc biệt cho các công trình hạ tầng giao thông.
Khí hậu Đồng Tháp thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 1.332,5mm, chủ yếu tập trung vào mùa mưa, chiếm 90 – 95% tổng lượng mưa cả năm, tạo điều kiện thuận lợi cho nông nghiệp Nhiệt độ trung bình năm là 27°C, với mức cao nhất 34,3°C và thấp nhất 21,8°C Thủy văn tại đây bị ảnh hưởng bởi nước lũ từ sông Mê Kông, mưa nội đồng và thủy triều biển Đông, chia thành hai mùa: mùa kiệt nước từ tháng 12 đến tháng 6 năm sau và mùa lũ từ tháng 7 đến tháng 11.
Theo khảo sát, nước dưới đất tại tỉnh xuất hiện ở độ sâu từ 1,0m đến 3,5m so với mặt đất tự nhiên Tầng chứa nước chủ yếu là các lớp cát hạt bụi và hạt mịn, và nước dưới đất có mối quan hệ chặt chẽ với nước mặt.
* Giới thiệu điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng đường ĐT 852B:
Theo quy hoạch giao thông đường bộ tỉnh Đồng Tháp đến năm 2020, tầm nhìn 2030, đường ĐT 852B bắt đầu từ nút giao với đường ĐT 848 và khu công nghiệp Sa Đéc, sau đó đi dọc theo phía Bắc sông Sa Đéc Tuyến đường này sẽ qua Long Hưng B và giao với đường ĐT 849, tiếp tục song song với kênh Sa Đéc – Lấp Vò, kết thúc tại điểm giao với đường ĐH 64, gần bệnh viện đa khoa Lấp Vò.
Dự án nằm tại huyện Lấp Vò, phía Nam sông Tiền, với địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình từ +1,0m đến +2,0m Khu vực công trình có dạng lòng máng, cao hơn gần sông Tiền và sông Hậu, và thấp dần khi vào trong Một số vị trí cục bộ có cao độ dưới +1,0m hoặc trên +2,0m Tuyến dự án nằm dọc theo kênh Lấp Vò – Sa Đéc, cách khoảng 200m, gần như ở giữa sông Tiền và sông Hậu.
Khu vực xây dựng công trình thuộc vùng nhiệt đới gió mùa, với hai mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
Theo hồ sơ điều tra, khảo sát thủy văn dự án đường ĐT 852B, từ năm
Từ năm 1961 đến nay, năm 2000 ghi nhận lũ đặc biệt lớn với mức nước cao nhất tại Tân Châu đạt 5,06 m, trong khi năm 1998 là năm có lũ đặc biệt nhỏ với mức nước 2,81 m Nhóm lũ lớn bao gồm các năm 1961, 1978, 1996, 2000, 2001, 2002 và 2011 không chỉ có đỉnh lũ cao mà còn có lưu lượng và tổng lượng lũ lớn, gây ảnh hưởng đáng kể đến đời sống và phát triển kinh tế ở đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là tại các vùng ngập sâu.
Dự án Đường ĐT 852B đã được thực hiện tính toán thủy văn từ giai đoạn lập dự án đầu tư xây dựng Mực nước tính toán được xác định theo tần suất 4%, với cao độ mực nước H4% dao động từ +2,33m đến +2,35m.
Khu vực xây dựng chủ yếu nằm trong các trầm tích Đệ tứ, phân bố rộng rãi dưới dạng đồng bằng thấp Các trầm tích này có nguồn gốc hình thành khác nhau, từ Pleistocen sớm đến Holocen, với kết cấu các tầng mặt là đất yếu và có chiều dày lớn.
Kết quả khảo sát các hố khoan địa chất tại hiện trường cho thấy địa tầng khu vực xây dựng đường ĐT 852B được phân chia thành nhiều lớp khác nhau.
Giới thiệu hệ thống giao thông đường bộ tỉnh Đồng Tháp
1.2.1 Hệ thống giao thông đường bộ khi thành lập tỉnh năm 1976
Ngành giao thông vận tải Đồng Tháp đang đối mặt với cơ sở hạ tầng giao thông nghèo nàn và xuống cấp Các tuyến đường được xây dựng phân bố không đồng đều, chủ yếu tập trung ở các huyện phía Nam sông Tiền, bao gồm Quốc lộ 80 và các tỉnh lộ 23, 29, 37 cùng với 3 huyện lộ 2, 5, 45, tổng chiều dài lên tới 183 km, chủ yếu là đường đất, trải sỏi đỏ hoặc cán đá Trong khi đó, phía Bắc sông Tiền chỉ có Quốc lộ 30.
Tỉnh lộ 28 dài 83 km, chỉ cho phép lưu thông từ Cao Lãnh đến Hồng Ngự, bắt đầu từ phà Cao Lãnh đến thị xã Cao Lãnh Đường có quy mô cấp V đồng bằng, với nền rộng 7m và mặt đường rộng 5m Toàn bộ khu vực Đồng Tháp Mười không có hệ thống đường bộ.
Hình 1-2 Cầu đúc Cao Lãnh sau ngày thống nhất đất nước
Hệ thống cầu ở tỉnh Đồng Tháp chủ yếu bao gồm các cầu thép Eiffel được xây dựng vào thập niên 60 của thế kỷ XX, cùng với các cầu bê tông cốt thép trên quốc lộ 80, được xây dựng từ thời Pháp thuộc Độ rộng của các cầu này dao động từ 3m đến 5m và có tải trọng nhỏ.
1.2.2 Hệ thống giao thông đường bộ sau 40 năm xây dựng và phát triển
Trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Đồng Tháp, giao thông vận tải được xác định là "khâu quan trọng nhất của kết cấu hạ tầng" Ngành giao thông vận tải có trách nhiệm "đi trước" để đáp ứng yêu cầu phát triển của nền kinh tế, theo Nghị quyết Đại hội Đại biểu lần thứ IX của Đảng bộ tỉnh.
Tập trung vào việc phát triển kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội, đặc biệt là giao thông, sẽ tạo ra nền tảng vững chắc cho sự phát triển nhanh chóng, toàn diện và bền vững của nền kinh tế.
Sau 40 năm xây dựng và phát triển, hệ thống giao thông đường bộ tỉnh Đồng Tháp đã đạt đƣợc những thành tựu nhất định:
Theo số liệu thống kê của học viên khi còn công tác tại Sở Giao thông
Đến năm 2016, hệ thống giao thông đường bộ tỉnh Đồng Tháp bao gồm 4 tuyến quốc lộ dài 241,8 Km đạt tiêu chuẩn cấp IV và III đồng bằng, với tải trọng cầu từ HS-2044 trở lên Ngoài ra, tỉnh có 18 tuyến đường tỉnh tổng chiều dài 350,455 Km, chủ yếu đạt tiêu chuẩn cấp IV và III đồng bằng, tải trọng cầu từ H-18 trở lên Theo quy hoạch đến năm 2020 và tầm nhìn 2030, toàn tỉnh dự kiến sẽ có 307,776 Km đường quốc lộ và cao tốc, cùng với 483,069 Km đường tỉnh.
Tỉnh hiện có 97 tuyến đường huyện với tổng chiều dài 932,757 Km, 563 tuyến đường đô thị dài 414,38 Km, và 1.355 tuyến đường xã cùng giao thông nông thôn dài 30.089,363 Km, cùng với 22 tuyến đường chuyên dùng dài 66,264 Km Hiện tại, 117/119 xã trong tỉnh đã có đường ô tô đến trung tâm xã, trong đó 47 xã đã hoàn thành tiêu chí số 2 về giao thông.
Đầu tư hạ tầng giao thông đã tạo ra một mạng lưới giao thông thông suốt, kết nối các tuyến quốc lộ, đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa và giao lưu giữa thành phố và nông thôn Điều này thúc đẩy công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn, phát triển kinh tế xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng.
Hệ thống hạ tầng giao thông đã được đầu tư đáng kể trong những năm qua, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế, gây cản trở cho sự phát triển kinh tế - xã hội Các dự án giao thông tại tỉnh gặp khó khăn về vốn, giải phóng mặt bằng và thay đổi chính sách, dẫn đến một số dự án quan trọng chưa được triển khai Nhiều tuyến đường tỉnh có kích thước và tải trọng cầu không đồng bộ, với bề rộng mặt đường chỉ 3,5m và tải trọng cầu H8, điều này không đáp ứng được yêu cầu phát triển du lịch và công nghiệp trong tương lai.
Đặc điểm xây dựng nền đường tỉnh Đồng Tháp
Sau khi đất nước thống nhất, hạ tầng giao thông tỉnh Đồng Tháp gặp nhiều khó khăn do điều kiện địa hình chia cắt bởi hệ thống sông ngòi chằng chịt Tỉnh Đồng Tháp, như nhiều nơi khác trong cả nước, phải đối mặt với những thách thức lớn sau chiến tranh, với nguồn lực đầu tư cho hạ tầng giao thông hạn chế Địa chất yếu và ảnh hưởng của mùa lũ càng làm cho việc phát triển hạ tầng giao thông trở nên khó khăn hơn Tình trạng thiếu tài nguyên, vật liệu xây dựng và nền đất yếu chiếm tỷ lệ lớn đã tạo ra những đặc trưng riêng trong thiết kế và thi công xây dựng nền đường tại địa phương.
1.3.1 Giai đoạn từ năm 2000 trở về trước Đây là giai đoạn mà nền đường được đắp trực tiếp trên nền thiên nhiên bằng cách đào mương lộ lấy đất để đắp nền đường Khi hình thành nền đường thì song song đó cũng hình thành mương lộ Quá trình xây dựng nền đường như thế này cũng gắn liền với quá trình khai phá vùng Đồng Tháp Mười, đó là đào xẻ kênh rửa phèn kết hợp với làm đê bao ngăn lũ và làm đường
Trong giai đoạn này, nền đường thường được xây dựng bằng phương pháp thủ công, còn được gọi là đi công tác hay lao động xã hội chủ nghĩa Hàng năm, công dân nam giới trong độ tuổi lao động phải thực hiện nghĩa vụ theo quy định, có thể là làm việc thủ công hoặc kết hợp với cơ giới như máy đào và xáng cạp.
1.3.2 Giai đoạn từ năm 2001 đến nay
Từ năm 2001, tỉnh Đồng Tháp đã có nhiều tiến bộ trong việc xây dựng nền đường ô tô, áp dụng hầu hết các công nghệ tiên tiến trên thế giới Đặc biệt, các dự án quốc lộ do Trung ương đầu tư đã sử dụng các giải pháp như giếng cát cho quốc lộ 30 đoạn tránh thành phố Cao Lãnh, bấc thấm cho quốc lộ 30 đoạn tránh thị xã Hồng Ngự, cọc xi măng – đất và bơm hút chân không cho đường Hồ Chí Minh đoạn Cao Lãnh – Vàm Cống, cùng với cọc cát nén chặt cho đường dẫn vào phà Vàm Cống trên quốc lộ 80.
Nền đường là một công trình xây dựng có khối lượng đào đắp lớn, do đó chi phí xây dựng nền đường chiếm tỷ trọng lớn trong tổng giá thành Nguyên tắc xây dựng công trình giao thông tại địa phương là tận dụng tối đa vật liệu tại chỗ và hạn chế các giải pháp xử lý nền đất yếu tốn kém Tại Đồng Tháp, lớp đất yếu trên cùng không được đào bỏ mà được sử dụng lại, vì toàn tỉnh gần như không có đất tốt để đắp.
Mặc dù đất tại tỉnh Đồng Tháp chủ yếu là đất yếu với địa hình bằng phẳng và chiều cao đắp nền từ 2,0m đến 4,5m, việc xây dựng nền đường ô tô trở nên đơn giản hơn Các giải pháp kỹ thuật thường được áp dụng để xử lý nền đường ô tô trong điều kiện này có thể được khái quát như sau:
- Thay một phần lớp đất yếu được sử dụng để thi công nền đường ĐT
853 và ĐT 850 đoạn Xẻo Quýt – Láng Biển giai đoạn 2005 - 2010 với quy mô cấp IV đồng bằng
Thay thế một phần lớp đất yếu và sử dụng vải địa kỹ thuật là phương pháp thi công nền đường cho các đoạn ĐT 846 từ Tân Nghĩa đến Tư Tình, ĐT 850 từ sông Cái Nhỏ đến phà Miễu Trắng, cũng như đường ĐT 845 từ ranh xã Hòa Bình đến cầu Tân Phước và đường ĐT 848 tuyến tránh sạt lở giai đoạn 2010.
- 2015 với quy mô cấp IV đồng bằng
Thay thế một phần lớp đất yếu bằng cách kết hợp trải vải địa kỹ thuật và đóng cừ tràm gia cố hoặc đắp bệ phản áp được áp dụng cho dự án đường vành đai ĐT 848 và cầu Sa Đéc 2 (giai đoạn 1), cũng như đường dẫn vào cầu K27 trên tuyến ĐT.
Đường dẫn vào cầu kênh Lê Hùng trên tuyến ĐT 845 đang được nghiên cứu để phục vụ cho các dự án quan trọng của tỉnh, bao gồm đường ĐT 852B từ ĐT 849 đến ĐH 64, Quốc lộ 30 đoạn Hồng Ngự - Dinh Bà, và đường Tây Bắc thuộc thành phố Sa Đéc.
Các giải pháp xây dựng nền đường nêu trên có nhiều ưu điểm, bao gồm biện pháp thi công đơn giản, không yêu cầu máy móc hiện đại, và không cần trình độ công nhân cao Điều này giúp giảm chi phí, phù hợp với điều kiện khó khăn của địa phương, đồng thời tận dụng nguyên vật liệu sẵn có tại chỗ.
Do không có xử lý nền đường trước, thời gian ổn định nền để xây dựng mặt đường kéo dài, dẫn đến việc hoàn thành công trình và đưa vào sử dụng bị chậm trễ.
Kết luận chương 1
Trong Chương 1, luận văn đã nêu khái quát những vấn đề:
Hiện trạng kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ và điều kiện tự nhiên tại Đồng Tháp cho thấy cần thiết phải nghiên cứu các giải pháp kinh tế - kỹ thuật để xây dựng nền đường đắp trên nền đất yếu, đặc biệt là trong khu vực đường ĐT 852B.
- Các công nghệ xây dựng nền đường áp dụng tại tỉnh Đồng Tháp qua các giai đoạn từ năm 2000 trở về trước, từ năm 2001 đến nay
Mặc dù chương này đã trình bày một số nội dung, nhưng do hạn chế về phạm vi nghiên cứu và thời gian, luận văn chỉ tập trung vào những vấn đề cơ bản liên quan đến tình hình và giải pháp xây dựng nền đường tỉnh Đồng Tháp Chương 2 sẽ nêu rõ các giải pháp xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu đã được áp dụng tại tỉnh Đồng Tháp, cả ở Việt Nam và trên thế giới.
GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
Tổng quan các giải pháp xử lý nền đường đất yếu
2.1.1 Khái niệm về đất yếu Đất yếu là những loại đất có khả năng chịu tải trọng nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm 2 ), có tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (thường thì E 0 < 50 daN/cm 2 ), lực chống cắt nhỏ Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện đƣợc Đất yếu là các vật liệu mới hình thành (từ 10.000 đến 15.000 năm tuổi), có thể chia thành ba loại: Đất sét hoặc đất á sét bụi mềm, có hoặc không có chất hữu cơ; than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn
Tất cả các loại đất đều được hình thành trong nước theo các điều kiện thủy lực khác nhau, bao gồm bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông và ao hồ Đất sét mềm, thường bồi tụ ở cửa biển hoặc gần biển, tạo thành một nhóm đất yếu phát triển nhất Trong trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, với hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e > 1,5, đất á sét bụi e > 1) Lực dính không thoát nước C u ≤ 0,15 daN/cm², góc nội ma sát υ u = 0, và độ sệt I L > 0,5, cho thấy chúng ở trạng thái dẻo mềm.
Đất có nguồn gốc hữu cơ, bao gồm than bùn và đất hữu cơ, thường hình thành từ các đầm lầy với nước đọng hoặc mực nước ngầm cao Tại đây, thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra trầm tích hữu cơ kết hợp với trầm tích khoáng vật Loại đất này, thường được gọi là đất lầy than bùn, có hàm lượng hữu cơ từ 20% đến 80%.
Than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình từ 85% đến 95%, thậm chí có thể lên đến vài trăm phần trăm Đây là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và có độ nén mạnh, với hệ số nén lún có thể đạt từ 3 đến 10 cm²/daN Do đó, việc thí nghiệm than bùn thường được thực hiện trong các thiết bị nén với mẫu có chiều cao tối thiểu từ 40 đến 50 cm Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân loại theo hàm lượng hữu cơ của chúng.
- Đất nhiễm than bùn: Hàm lƣợng hữu cơ từ 20% đến 30%
- Đất than bùn: Hàm lƣợng hữu cơ từ trên 30% đến 60%
- Than bùn: Hàm lƣợng hữu cơ trên 60%
Bùn là loại đất có hạt rất mịn (< 200μm) với tỷ lệ hạt < 2μm cao, thường có kết cấu tổ ong và hàm lượng hữu cơ dưới 10% Nó hình thành chủ yếu từ sự bồi lắng tại các đáy vũng, vịnh, hồ hoặc cửa sông, đặc biệt là những nơi chịu ảnh hưởng của thủy triều Bùn luôn no nước, có khả năng chịu lực yếu, với cường độ rất nhỏ và mô đun biến dạng chỉ từ 1 đến 5 daN/cm² Đối với bùn á sét và bùn á cát, hệ số nén lún có thể lên tới 2 - 3cm²/daN Do đó, việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt, tốt nhất là vét bùn thay đất.
2.1.2 Những lưu ý khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu
Khi thi công nền đường trên đất yếu với tốc độ nhanh, ứng suất và áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh, dẫn đến cường độ kháng cắt của đất không đủ để cân bằng với ứng suất cắt Điều này gây ra sự phá hoại nền đắp trong quá trình thi công, tạo ra những vấn đề nghiêm trọng ngay từ giai đoạn đầu.
Sau khi xây dựng xong, áp lực nước lỗ rỗng giảm xuống, cường độ kháng cắt tăng lên và độ ổn định của nền đường được cải thiện
Trong mối quan hệ giữa cường độ kháng cắt tối đa \$\tau_{max} = C' + (\sigma - u) \tan \varphi' \$ và ứng suất hữu hiệu \$\sigma' = \sigma - u\$, ta có thể giải thích hiện tượng hư hỏng của nền đắp trên đất yếu Thường thì, các hư hỏng này xảy ra do trượt quay với cung trượt tròn Khi thiết kế và thi công xử lý nền đường đắp trên đất yếu, cần chú ý đến vấn đề lún và ổn định.
Nền đường đắp trên đất yếu cần đảm bảo sự ổn định, tránh lún trồi và trượt sâu trong quá trình thi công và khai thác Điều này có nghĩa là phải ngăn chặn sự phá hoại nền đất yếu, bảo vệ nền đắp và các công trình xung quanh, nhằm duy trì sự ổn định cho nền đường.
Khi xây dựng nền đường trên đất yếu, việc này sẽ làm tăng ứng suất trong đất Nếu mức tăng ứng suất vượt quá ngưỡng giới hạn phụ thuộc vào tính chất cơ học của đất, nền sẽ bị phá hoại, dẫn đến hiện tượng lún đột ngột Sự lún sụp của nền đắp sẽ kéo theo việc nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên Hai dạng phá hoại thường gặp là lún và trồi.
- Phá hoại do lún trồi
- Phá hoại do trƣợt sâu
Độ lún là một vấn đề nghiêm trọng trong xây dựng, ảnh hưởng đến tính ổn định của nền đắp Nếu không được kiểm soát từ đầu, độ lún lớn có thể dẫn đến biến dạng nền, không đáp ứng nhu cầu sử dụng Hơn nữa, nền lún có thể tạo ra lực đẩy lớn, gây hư hỏng cho các kết cấu chôn trong đất xung quanh Do đó, việc tính toán độ lún tổng cộng từ khi bắt đầu đắp nền đường đến khi lún kết thúc là rất cần thiết để xác định chiều cao và chiều rộng cần thiết cho nền đường Cần thiết phải quan trắc độ lún theo phương đứng tại tim đường và chuyển vị ngang của nền để kiểm soát tốc độ đắp nền.
Cần kiểm soát độ lún dư cho phép tại tim đường sau khi hoàn thành công trình trên nền đất yếu để đảm bảo điều kiện khai thác và ngăn chặn các hư hại do lún, đặc biệt là tại các vị trí nối tiếp với mố cầu và cống.
2.1.3 Giới thiệu các giải pháp xử lý nền đường đất yếu
Xử lý nền đất yếu nhằm đạt ba mục tiêu chính: tăng khả năng chịu lực, nâng cao khả năng chống biến dạng và giảm tính thấm nước Có nhiều phương pháp xử lý đất yếu, và việc lựa chọn giải pháp phù hợp cần dựa vào các yếu tố cụ thể.
Điều kiện địa chất, quy mô và tính chất của công trình, cùng với biên độ biến dạng cho phép sau khi đưa công trình vào sử dụng, đều đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự thỏa mãn các yêu cầu về khai thác.
- Yêu cầu về thời gian thi công công trình
- Khả năng về công nghệ thi công công trình
- Những bó buộc về môi trường của dự án (phạm vi chiếm đất, sự nhạy cảm với chấn động, việc bảo vệ mức nước ngầm)
Để đảm bảo ổn định và tăng khả năng chịu tải của nền đất yếu, cần áp dụng các giải pháp xử lý nhằm cải thiện tính chất làm việc của nền đất Những giải pháp này không chỉ tăng cường độ ổn định mà còn đáp ứng các yêu cầu làm việc của công trình Các phương pháp xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau.
- Các phương pháp xử lý nền để đạt được độ cố kết cần thiết (xử lý nền)
- Các phương pháp gia cường nền đất yếu
- Các phương pháp phân bố lại ứng suất
Do đó nội dung của chương này tập trung bàn về những nội dung:
- Tổng quan các giải pháp xử lý nền đường đất yếu
- Giới thiệu về sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm trong xây dựng nền đường đất yếu
2.1.3.1 Giếng cát Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng giếng cát kết hợp gia tải trước, làm giảm nguy cơ lún không đều và quá trình lún xảy ra chủ yếu trong giai đoạn thi công, trong giai đoạn khai thác sử dụng xảy ra lún rất ít, chỉ trong phạm vi cho phép Với giải pháp này, các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất yếu mà chủ yếu là lực dính đƣợc tăng lên rất nhanh trong quá trình cố kết
Giới thiệu về sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm trong xây dựng nền đường đất yếu
2.2.1 Khái quát về sử dụng cừ tràm trong xây dựng nền đường
Cây tràm là loại cây phổ biến ở các tỉnh Nam Bộ, đặc biệt là tại vùng Đồng Tháp Mười Đây là khu vực trũng, có độ nhiễm phèn cao, không thích hợp cho việc canh tác lúa và các loại hoa màu khác, nằm giữa các tỉnh Long An, Tiền Giang và Đồng Tháp.
Hình 2-11 Hình ảnh về giống cây trồng và rừng tràm
Khi áp dụng vải địa kỹ thuật cùng với cừ tràm, ta coi nền đất như có cốt Phương pháp này kết hợp việc đào thay thế một phần lớp đất yếu, sử dụng vải địa kỹ thuật và cọc cừ tràm đóng thẳng để xử lý nền đất hiệu quả.
Xử lý nền đất yếu dưới đáy công trình bằng cừ tràm là một kỹ thuật truyền thống, đã được ông cha ta áp dụng từ lâu trước khi có các giải pháp hiện đại khác.
18, ở Hà Lan đã xây dựng những đoạn đường qua những vùng đầm lầy bằng cách gia cố cọc gỗ
Cây tràm phổ biến ở Việt Nam và một số nước Đông Nam Á như Indonesia, Malaysia Tại Việt Nam, cừ tràm thường được sử dụng để gia cố nền đất yếu, nâng cao sức chịu tải và giảm lún cho các công trình xây dựng dân dụng Ở những khu vực thiếu tràm, có thể thay thế bằng các loại cây khác như đước, so đũa, bạch đàn, hoặc tre Ví dụ, nhà thờ đá Phát Diệm lớn được xây dựng trên nền đất yếu sau khi đã gia cố bằng cọc tre.
Trong xây dựng nền đường, việc xử lý nền qua vùng đất yếu thường không phức tạp, như trường hợp nền đường vượt qua ao mương, rạch nhỏ có thể sử dụng cừ tràm Cừ tràm chất lượng tốt được dùng để gia cố, với chiều sâu đóng cọc được xem như chiều sâu thay đất Tại Đồng Tháp, cừ tràm đã được áp dụng cho một số dự án nền đường trên đất yếu, giúp ổn định mái dốc nền đường qua ao mương và mang lại hiệu quả tích cực Tuy nhiên, việc tính toán chỉ dừng lại ở việc xem lớp đất gia cố cừ tràm tương đương với lớp cát thay thế cho lớp đất yếu đã được đào, và sử dụng các chỉ tiêu của lớp này để kiểm toán ổn định theo phương pháp Bishop bằng phần mềm GEOSLOPE/W.
Hình 2-12 Hình ảnh tràm đã lớn đến lúc khai thác 2.2.2 Đặc điểm làm việc của vải địa kỹ thuật và cừ tràm gia cố nền đất yếu
(a) Lớp đất có gia cố cừ tràm
Nguyên lý tính toán và sự làm việc của cừ tràm trong nền đất yếu hiện đang gây tranh cãi Trước năm 1975, cố TS Phan Ngọc Thể đã xem nhóm cừ tràm như một khối móng trong nền sét với góc ma sát υ = 0 Dựa trên tổng kết và phân tích kinh nghiệm sử dụng cùng các kết quả nghiên cứu về cừ tràm và cọc tre, có thể khẳng định rằng cừ tràm đóng vai trò quan trọng trong việc gia cố nền đất yếu ở Việt Nam.
Cừ tràm có khả năng nén chặt đất nền, tăng cường sức chịu tải tổng hợp cho nền đất yếu Để đạt được hệ số rỗng yêu cầu (eyc), cần nén chặt đất có hệ số rỗng tự nhiên (e0) Giá trị eyc được xác định dựa vào các đặc trưng về độ bền (C yc, υ yc) hoặc biến dạng (E 0yc) Để giảm e0 xuống eyc, cần đóng một số lượng cừ tràm nhất định trên mỗi đơn vị diện tích đất yếu (m²) theo công thức đã được xác định.
Đường kính của cừ tràm được xác định bằng giá trị trung bình của gốc và ngọn Khi bố trí cừ tràm theo lưới tam giác đều, cần chú ý đến cự ly giữa các tim cừ tràm.
L0 xác định theo công thức:
Sau khi đóng cừ tràm, độ chặt của đất giữa các cừ tràm chỉ tăng nhẹ do khả năng thoát nước chậm, nhưng sức chịu tải tổng hợp trên mỗi mét vuông lại tăng rõ rệt Sự gia tăng này là nhờ vào lực ma sát giữa đất và cừ tràm, cùng với sức chống cắt của cừ tràm, giúp chống lại ứng suất cắt từ tải trọng bên ngoài Để xác định sức chịu tải giới hạn (Pgh) của nền cừ tràm, cần thực hiện thí nghiệm bàn nén tĩnh trên các cừ tràm đã đóng, trong điều kiện cọc làm việc cùng với đất dưới bàn nén Mức độ gia tăng sức chịu tải giới hạn sẽ được đánh giá qua các thí nghiệm này.
(Pgh) so với sức chịu tải tự nhiên của đất yếu khi chƣa gia cố (P 0 ) đƣợc đánh giá bằng tỷ số:
Bảng 2-1 Sức chịu tải của nền cọc trong đất sét nhão
Thí nghiệm nén tĩnh Cọc và đất
Mật độ (cọc/m 2 ) 16 25 Áp lực tới hạn P gh (kN/m 2 ) 98 160
Thí nghiệm nén tĩnh Cọc và đất
Mật độ (cọc/m 2 ) 16 25 Đất sét nhão 1,51 2,46 Đất sét dẽo 1,59 2,27
Theo [3], Bảng 2-1 tổng hợp kết quả thí nghiệm nén tĩnh trên 1 m² đất yếu gia cố bằng cọc tre có đường kính từ 5 đến 7 cm và chiều dài 3 m Bảng 2-2 trình bày mức độ tăng sức chịu tải tổng hợp giới hạn (Pgh) so với sức chịu tải của đất trước khi gia cố (P₀).
Nền đắp Phần đắp cát hoàn trả (đệm cát) Đất yếu
Hình 2-13 Sơ đồ tính toán nền cừ tràm b) Cừ tràm làm việc nhƣ cọc ma sát chịu nén:
Quan điểm này phù hợp nhất với việc sử dụng cừ tràm dưới móng các công trình nhân tạo như cống, cầu nhỏ và tường chắn Trên đỉnh cừ tràm có một bản cứng hoạt động như đài cọc, giúp truyền tải trọng của công trình lên tất cả cừ tràm và đất Các công trình thực tế cho thấy nền đường ổn định là một khối thống nhất, đủ độ cứng để truyền tải trọng cho cừ tràm và đất xung quanh.
Sức chịu tải của mỗi cừ tràm theo đất nền có thể đƣợc xác định:
* Theo công thức lý thuyết về cọc ma sát:
K - Hệ số đồng nhất lấy bằng 0,7 m - Hệ số điều kiện làm việc của nền đường lấy bằng 1,0
Rtc là sức chịu tải tiêu chuẩn của đất nền dưới chân cừ, trong khi ω và Ω đại diện cho tiết diện ngang và chu vi của tiết diện ngang cừ tràm Các ký hiệu fi và li thể hiện lực ma sát đơn vị giữa đất và cừ tràm, cùng với chiều dài cừ tràm trong lớp đất thứ i Cuối cùng, m f là hệ số xét đến điều kiện làm việc của cừ.
Thí nghiệm nén tĩnh 1 cừ tràm trên 1m² nền có đóng cừ tràm được thực hiện bằng cách đóng cừ tràm theo mật độ tính toán Một cây cừ tràm được đặt ở giữa, nhô cao hơn mặt đất từ 30cm đến 50cm Tiến hành nén tĩnh cọc nhô này nhằm xác định sức chịu tải giới hạn (Q gh) của cừ tràm Kết quả sẽ cho biết sức chịu tải tính toán của 1m² đất nền có đóng cừ tràm gia cố.
Với n là số lƣợng cừ tràm đóng trong 1m 2
Cừ tràm có đường kính trung bình từ 6,0cm đến 6,5cm và chiều dài từ 3,5m đến 4,5m, khi được đóng vào đất yếu ở trạng thái chảy đến dẻo chảy, sẽ có sức chịu tải giới hạn nhất định.
Với F s - Hệ số an toàn lấy từ 1,2 đến 1,5
* Lớp cát đắp thay thế lớp đất yếu đƣợc đào để đắp lề
Lớp đệm cát có vai trò quan trọng trong việc phân bố lại ứng suất lên nền đất yếu dưới công trình, nhờ vào khả năng chịu tải cao, lớp này giúp tăng cường độ ổn định cho công trình.
Kết luận chương 2
Những nội dung trình bày trong Chương 2 đã nêu những nét khái quát và làm rõ những vấn đề về:
- Khái niệm đất yếu và một số vấn đề lưu ý khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu
- Giới thiệu các giải pháp xây dựng nền đường trên đất yếu được sử dụng ở Việt Nam và tỉnh Đồng Tháp
- Giới thiệu về sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm trong xây dựng nền đường đất yếu; các phương pháp tính ổn định, tính lún
Mặc dù chương này đã trình bày một số nội dung, nhưng do hạn chế về phạm vi nghiên cứu và thời gian, luận văn chỉ tập trung vào những vấn đề cơ bản liên quan đến giải pháp sử dụng vải địa kỹ thuật và cừ tràm trong xây dựng nền đường đất yếu Chương 3 sẽ thực hiện tính toán và áp dụng vải địa kỹ thuật cùng cừ tràm cho dự án đường ĐT 852B tại huyện Lấp Vò, tỉnh Đồng Tháp.