Nghiên cứu, tìm hiểu một số biện pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng nền đường ô tô hiện nay

Khái niệm về nền đất yếu : Đất yếu là những loại đất có chung những đặc điểm dưới đây: - Có khả năng chịu lực thấp 0,5 – 1,0 kG/cm2 - Cường độ chống cắt nhỏ và thường tăng dần theo độ

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU TRONG ĐỢT THỰC TẬP TỐT

NGHIỆP

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Ngọc An – 08X3C

Lê Thiện Vũ – 08X3C

Tên đề tài:

Nghiên cứu, tìm hiểu một số biện pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng nền đường ô

tô hiện nay

Yêu cầu cần đạt được:

+ Hiểu được lý thuyết tính toán, cách thức thực hiện và sự phát triển của phương pháp

đó về sau này (có khả năng tiếp tục phát triển hơn nữa hay không còn hữu hiệu trong việc xử lý nền đất yếu trong xây dựng nền đường ô tô)

+ Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp được nghiên cứu và đưa ra phạm vi

áp dụng cho mỗi phương pháp để có thể sử dụng sao cho hợp lý và tiết kiệm nhất ứng với mỗi điều kiện địa hình, địa chất, khả năng kinh tế và sự ảnh hưởng đối với môi trường xung quanh

+ Cá nhân hoặc tập thể có ý kiến đề xuất các ý tưởng nào mới hoặc bổ sung những khiếm khuyết còn tồn tại trọng các phương pháp được nghiên cứu trong đề tài này

Tên các phương pháp “có thể” được nghiên cứu:

Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất

Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát(Sandy Well)

Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải với PVD

Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm vữa URETEK

Trình tự tiến hành:

I Giới thiệu chung về một số công tác xử lý nền đất yếu hiện nay

II Tìm hiểu phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng-đất

III Các nhận định riêng và ý kiến đề xuất

I Giới thiệu chung về một số công tác xử lý nền đất yếu hiện nay:

I.1 Khái niệm về nền đất yếu :

Đất yếu là những loại đất có chung những đặc điểm dưới đây:

- Có khả năng chịu lực thấp ( 0,5 – 1,0 kG/cm2 )

- Cường độ chống cắt nhỏ và thường tăng dần theo độ sâu;

- Hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn ( thường ε>1)

- Biến dạng nhiều khi chịu tác động của tải trọng ngoài và biến dạng tùy thuộc thời gian chất tải;

- Tính thấm nước kém( hệ số thấm nhỏ) và thay đổi theo sự biến dạng của đất yếu

- Mô-đun tổng biến dạng bé( E0 ≤ 50kG/cm2)

Các công trình xây dựng trên nền đất yếu buộc phải có các biện pháp xử lý, nếu không khó hoặc không thể thực hiện được

Đất yếu có nhiều nguồn gốc khác nhau( khoáng vật hoặc hữu cơ) như đất sét yếu, đất cát yếu, bùn, bùn than, đất thải… Hoặc đất yếu được tạo thành ở các điều kiện khác nhau ( trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm hồ, đầm tam giác châu thổ hoặc hình thành do dất tại chỗ ở những vùng đầm lầy có mực nước ngầm cao, có

sự tích đọng t15hường xuyên…)

1.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu

Đối với những công trình xây dựng trên nền đất yếu thường có 2 biện pháp giải quyết:

1.2.1 Biện pháp kết cấu bên trên công trình để làm tăng độ cứng

- Khi xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu, cần phải kiểm tra khả năng chịu tải, độ lún, độ lún không đều giữa các bộ phận công trình Dựa vào tính chất làm việc của công trình đối với nền đất  chọn hình thức kết cấu phù hợp với nền đất cụ thể

- Với nền đất lún không đều có thể dùng loại kết cấu có tính nhạy lún ít, hoặc dùng các biện pháp như:

+ Bố trí khe lún, tăng cường độ cứng các kết cấu như bố trí khe lún, tăng cường độ và độ cứng của kết cầu bằng các giằng BTCT, các gối tựa cứng…

1.2.2 Gia cố nhân tạo nền đất yêu

1.2.2.1 Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền

Biện pháp này thường dùng khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, nằm trực tiếp dưới móng công trình Các phương pháp thường được sử dụng như

- Đệm cát

- Đệm đất

- Bệ phản áp

- Sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng…

Trong thực tế thường dùng đệm cát, đệm sỏi, đệm đất… thay thế lớp đất yếu có chiều dày ≤ 3m

Bệ phản áp được dùng để khống chế vùng biến dạng dẻo phát triển khi nền đường, nền đất đắp nằm trên lớp bùn

1.2.2.2 Tăng độ chặt đất nền

Các phương pháp tăng độ chặt đất nền phổ biến hiện nay như:

- Cọc cát, cọc đất

- Cọc vôi

- Giếng cát

- Gia tải trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt đất trên mặt và dưới sâu…

Khi chiều dày lớp đất yếu >2m có thể dùng cọc cát để nén chặt, trị số modun biến dạng ở trong cọc cát và ở vùng đất được nén chặt xung quanh là như nhau nên nền đất khi này được xem như nền thiên nhiên

Cọc đất được dùng để nén chặt đất có độ rỗng lớn và có tính lún sập Cọc vôi dùng

để nén chặt các lớp sét bão hòa đất, đất than bùn

Các công trình có kích thước móng lớn như nền đường, công trình thủy lợi… chịu tải trọng lớn thay đổi theo thời gian thì có thể dùng giếng cát để rút ngắn thời gian lún nhằm khi đưa công trình vào sử dụng, độ lún tiếp đó không vượt quá giới hạn cho phép

Gia tải trước bằng tải trọng tĩnh làm cho nền đất được nén chặt 1 phần, độ ẩm và biến dạng của đất giảm đi, khả năng chiu lực của đất nền tăng lên và công trình có thể

sử dụng ngay sau khi thi công

Với các loại đất rời ( cát và đất đắp) khi chiều sau lớn hơn 1,5m thì có thể dùng phương pháp chấn động và thủy chấn để nén chặt đất

1.2.2.3 Truyền tải trọng công trình xuống lớp chịu lực tốt

Các công trình có tải trọng lớn đặt trên nền đất yếu có chiều dày lớn thì có thể dùng móng cọc, móng trụ, móng chìm… Để truyền tải trọng các kết cấu bên trên xuống lớp chịu lực nằm ở dưới sâu

1.2.2.4 Đất có cốt

Phương pháp thường được sử dụng là vải, lưới địa kỹ thuật với mục đích làm tăng cường độ chống kéo và cường độ chống cắt của đất

1.3 Phạm vi sử dụng thông thường của các giải pháp công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu

Giải pháp Đặc điểm, chi phí

thi công

Chiều sâu xử lý có hiệu quả lớn nhất

Phạm vi thích dụng

Đắp dần, đắp theo

giai đoạn Đơn giản, rẻ Đất yếu dày ≤6,0m Cho các nền đắpcao ≤ 3,0 m

Thay đất yếu Đơn giản, trung

Không phù hợp với bùn lỏng

Đầm nén đất yếu

bằng quả đầm năng

Đơn giản, tiến độ nhanh,chi phí thấp nhưng ảnh hưởng tiếng động xung quanh

10m

Thích hợp với nền đất yếu là sét hoặc than bùn

Bệ phản áp Đơn giản, rẻ nhưngchiếm dụng mặt

bằng lớn

Thích hợp các đoạn nền đắp cao như đầu cầu

Đắp gia tải trước

bằng cao độ hoặc

đắp cao hơn cao độ

thiết kế

Đơn giản, cần thời gian dài, nếu gia tải cao hơn cao độ thiết kế thì có thể giảm thời gian thi công

30m

Thích hợp với các loại đất yếu loại sét hoặc bùn tích đọng

Bố trí tầng đệm cát

Thi công thuận tiện, khá rẻ nhưng thời gian chờ lâu

Thích hợp khi nền đắp thấp, bề dày đất yếu nhỏ, không

có lớp vỏ cứng bên trên và ở những nơi không đòi hỏi tiến độ thi công gấp

tiện, nhanh, rẻ

dày đất yếu lớn, nền đắp ổn định, cao độ đất đắp lớn,

nếu nền đất yếu là bùn hoặc sét bùn thì càng hiệu quả

Bấc thấm

Thi công nhanh, tương đối rẻ nhưng ảnh hưởng môi trường xung quanh

18m

Tương tự như giếng cát nhưng không thích hợp khi đất yếu là than bùn, sét lẫn hữu cơ hoặc sét có tính dẻo cao

Cột vôi hoặc xi

măng

Thi công phức tạp, giá thành cao, kết quả xử lý tốt

20m

Thích hợp với bùn, đất bùn và đất yếu loại sét có sức chịu tải tiêu chuẩn không quá 120kPa

Cọc balat hoặc cọc

cát

Thi công phức tạp, giá thành cao, ảnh hưởng đến môi trường khá lớn

20m

Thích hợp với đất yếu loại rời hoặc đất yếu loại sét có

độ ẩm dưới 25% ( chưa bão hòa) Đắp nền bằng vật

liệu nhẹ

Thi công phức tạp,

đắt

Thích hợp khi có sẵn vật liệu nhẹ dọc tuyến

Dùng cốt, vải hoặc

lưới địa kỹ thuật

Thi công đơn giản, tương đối rẻ

Thích hợp khi độ lún tổng cộng không lớn, có thẻ dùng để khắc phục lầy lội và làm lớp lọc ngược cho nền

đắp Theo kinh nghiệm của các nước thường kết hợp sử dụng 2-3 giải pháp công nghệ nói trên để đạt được mục tiêu xử lý

- Tầng đệm cát với giếng cát hoặc bấc thấm

- Bệ phản áp kết hợp với thoát nước thẳng đứng: phản áp giữ cho nền đắp ổn định trong quá trình thoát nước cố kết

- Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng nhưng cần chú ý đảm bảo ổn định cho nền đắp trong quá trình chờ cố kết;

- Bệ phản áp kết hợp với đào thay đất;

- Bệ phản áp kết hợp với bố trí lớp cát đệm;

- Bệ phản áp kết hợp với cọc cát, cọc balat

1.4 Tác dụng, ưu nhược điểm của mỗi loại giải pháp công nghệ xây dựng nền đắp trên đất yếu

Tác dụng của mỗi

giải pháp và ưu

nhược điểm của

chúng

Các giải pháp chỉ tác dụng đến nền đắp Các giải pháp tác động đến nền đất yếu dưới nền đắp Đắp

theo giai đoạn

Bệ phản áp Gia tải

trước

Giảm tải trọng đắp

Dùng vải hoặc lưới đkt

Thay đất(giảm

bề dày nền đất yếu)

Bố trí các phương tiện thoát nước thẳng đứng

Hút chân không

Cột ba lát, cọc cát

Cọc xi măng hoặc cọc vôi

Điện thấm

Cọc đóng

tăng mức độ ổn

định của nền

đắp trong giai

đoạn thi công

đắp

tăng mức độ ổn

định sau khi

đắp xong

giảm chuyển vị

ngang của đất

yếu và lực đẩy

ngang

tăng nhanh độ

rút ngắn thời

gian đối với

từng giai đoạn

thi công

Tác dụng của mỗi

giải pháp và ưu

nhược điểm của

chúng

Các giải pháp chỉ tác dụng đến nền đắp Các giải pháp tác động đến nền đất yếu dưới nền đắp Đắp

theo giai đoạn

Bệ phản áp Gia tải

trước

Giảm tải trọng đắp

Dùng vải hoặc lưới

Thay đất(giảm

bề dày nền đất yếu)

Bố trí các phương tiện thoát nước

Hút chân không

Cột ba lát, cọc

Cọc xi măng hoặc cọc

Điện thấm

Cọc đóng

chi phí ít

trung bình(có mặt bằng)

ít

trung bình đến nhiều

trung bình

ít đến trung bình(tùy chiều sâu thay đất)

trung bình đắt đắt rất đắt đắt rất

đắt

thời gian thi

trung bình

trung bình

trung bình đến lâu

lâu trung bình mức độ phức

tạp của công

nghệ

đơn giản đơn giản đơn giản trung

bình

đơn giản đơn giản trung bình phức tạp

phức tạp

phức tạp

phức tạp

trung bình

tính khả thi và

điều kiện áp

dùng

trung bình( cầ

n có thời gian)

trung bình(phải có mặt bằng)

trung bình(cần

có thời gian)

trung bình dễ

dễ đến trung bình trung bình

ít khả thi(yêu cầu thời gian

trung bình

ít khả

khả năng gặp

rủi ro trong thi

công

bình ít ít trung bình trung bình

trung bình

trung bình

trung bình

trung bình ít khả năng kiểm

soát chất lượng

bình

dễ dễ trung bình trung

bình

trung bình

khó trung

bình

dễ

Tác dụng của mỗi

giải pháp và ưu

nhược điểm của

chúng

Các giải pháp chỉ tác dụng đến nền đắp Các giải pháp tác động đến nền đất yếu dưới nền đắp Đắp

theo giai đoạn

Bệ phản áp Gia tải

trước

Giảm tải trọng đắp

Dùng vải hoặc lưới

Thay đất(giảm

bề dày nền đất yếu)

Bố trí các phương tiện thoát nước

Hút chân không

Cột ba lát, cọc

Cọc xi măng hoặc cọc

Điện thấm

Cọc đóng

thi công

II Tìm hiểu về Phương pháp xử lý bằng cọc xi măng-đất:

II.1.1 Giới thiệu chung:

Cọc đất–ximăng(Đ–XM) là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu với khả năng ứngdụng tương đối rộng rãi như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, gia

cố nền móng cho cáccông trình xây dựng, ổn định tường chắn, chống trượt mái dốc, gia cố đất yếu xung quanh đườnghầm, gia cố nền đường, mố cầu dẫn So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọcĐ–XM có ưu điểm là khả năng

xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô chođến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều kiện hiệntrường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đã đưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt so với các giải pháp xửlý khác

II.1.2 Ứng dụng của cọc đất – ximăng:

- Làm giảm độ lún và tăng độ ổn định của nền đất đắp

- Làm tăng độ ổn định của mái dốc, gia cố hố đào móng nông

- Nền và móng cho công trình

- Giảm áp lực đất chủ động, tăng áp lực đất bị động lên tường cừ ở hố đào sâu

II.1.3 Các công trình thông dụng sử dụng công nghệ cột đất – ximăng:

- Công trình giao thông: nền đắp của đường bộ, đường sắt, đường dẫn đầu cầu, bến bãiđỗ xe, cảng container……

- Móng bồn bể chứa Nền móng nhà công nghiệp

- Các loại hố đào

- Các vùng đất lấn biển, san lấp ven sông

II.1.4 Hiệu quả từ việc sử dụng công nghệ gia cố đất nền bằng cột đất-ximăng

- Kinh tế, thời gian xử lý nhanh

- Không gây ảnh hưởng tới các công trình lân cận

II.1.5 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng

cọc ximăng - đấttrên thế giới :

Tại Châu Âu, công nghệ cọc Đ-XM được nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển vàPhần Lan bắt đầu từ năm 1967 Nước ứng dụng công nghệ Đ-XM nhiều nhất là Nhật Bản và cácnước vùng Scandinaver Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn1980-1996 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu

m3BTĐ Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cốbằng xi măng ở Nhật vào

khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, vớikhoảng 300 dự

án Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằngcọc Đ-XM ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3

II.1.6 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng

cọc ximăng - đấtở Việt Nam:

Tại Việt nam, việc áp dụng thi công đại trà gia cố nền đất sử dụng công nghệ khô trộn sâu– thi công cọc Đ-XM bắt đầu được tiến hành từ những năm đầu thế kỷ 21 Năm

2001, tập đoànHercules của Thuỵ điển hợp tác với Công ty CP Phát triển kỹ thuật xây dựng( TDC) thuộc Tổngcông ty xây dựng Hà nội đã thi công xử lý nền móng cho 08

bể chứa xăng dầu có đường kính21m, cao 9m ( dung tích 3000m3/ bể) của công trình Tổng kho xăng dầu Cần thơ bằng cọc đất ximăng Từ năm 2002 đến 2005 đã có một

số dự án bắt đầu ứng dụng cọc Đ-XM vào xây dựng cáccông trình trên nền đất, như:

Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc Đ-XM cóđường kính 0,6m , gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng chobồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng), dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dựán sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu, các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độsâu xử lý trong khoảng 20m

Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt caoáp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sứcchịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng XM đếntính chất của cọc Đ-XM, nhằm ứng dụng cọc Đ-XM vào xử

lý đất yếu, chống thấm cho các côngtrình thuỷ lợi Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (HàNam), Cống Rạch C (Long An) Tại thành phố Đà Nẵng, cọc Đ- XM được ứng dụng ở Plazza Vĩnh

Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi

Tại Tp Hồ Chí Minh, cọc Đ-XM được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, building Saigon Times Square Hiện nay, các kỹ sư hãng Orbitec đang đề xuất sử dụng cọc

Đ-XM đểchống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc –Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn cọc Đ-XM xử lý đất yếu

II.2 Nguyên lý sử dụng phương pháp cọc xi măng-đất:

II.2.1 Nguyên tắc gia cố đất nền

Cọc Đ-XM được gia cố là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố với hỗn hợp ximăng được phun xuống thông qua thiết bị khoan trộn Cột gia cố tạo thành bởi hỗn hợp đất tại chỗ và chất kết dính, mà thông thường là vôi và ximăng Mũi trộn được đưa xuống đất bằng cách khoan xoay, khi tới độ sâu thiết kế, mũi trộn đảo chiều ngược lại và đồng thời rút dần lên, trộn đất tại chỗ với chất gia cố Trong suốt quá trình rút lên, hỗn hợp chất gia cố được phun vào bằng khí nén ở đầu mũi trộn, tới cao độ đầu cột thì dừng lại

Hình 1- Công nghệ thi công cọc xi măng - đất

Phun theo pha ®i lªn

Việc hình thành cường độ xảy ra thông qua quá trình ninh kết của hỗn hợp Đ–

XM Khi ximăng được trộn với đất, ximăng phản ứng với nước tạo ra Canxi hyđrôxit Ca(OH)2 từ đó kết hợp với đất nền tạo ra keo ninh kết CSH, đây là quá trình Hydrat hoá Phản ứng này diễn ra nhanh và mạnh toả ra một nhiệt lượng lớn

và giảm bớt lượng nước có trong đất gia cố.Hợp chất Hydrat này tạo ra một hỗn hợp liên kết các thành phần hạt trong đất gia cố hình thành lên khoáng chất nền bền vững, cứng