Nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ô tô

Luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật: Khi xây dựng đường ô tô thường đi qua những vùng có điều kiện địa chất, địa hình khác nhau trong đó có những đoạn phải đi qua khu vực nền đất yếu. Để đảm bảo an toàn trong quá trình thi công cũng như trong giai đoạn khai thác, nhất thiết phải có những biện pháp xử lý thích hợp với từng điều kiện cụ thể của khu vực đó.

Bộ giáo dục và đào tạo - -

nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đờng ô tô thuộc dự án giao

thông mê kông và chống ngập lụt

chuyên ngành: xây dựng đờng ô tô và đờng thành phố Mã số: 60-58-30

luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật

yếu khu vực đồng bằng sông cửu long

1.1 Tình hình xây dựng đờng ở khu vực đồng bằng sông cửu long 3

1.2.2 Đặc trng cơ lý của đất nền yếu ở một số vùng Đồng bằng sông

Cửu Long

9

1.3 Đất yếu và đặc trng về đờng của khu vực dự án MD1 và MD2 20

Chơng 2: Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu 25

3.2.3.3 Kiểm toán ổn định trợt và biến dạng lún nền đờng khi cha xử

lý

55

3.2.3.5 Kiểm toán ổn định trợt và biến dạng lún sau khi thiết kế xử lý

nền đất yếu

58

3.2.4 Kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu 59

1 Tên đề tài

nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đờng ô tô thuộc dự án giao thông mêkông và chống ngập lụt

Khi xây dựng đờng ô tô thờng đi qua những vùng có điều kiện địa chất, địahình khác nhau trong đó có những đoạn phải đi qua khu vực nền đất yếu Để đảmbảo an toàn trong quá trình thi công cũng nh trong giai đoạn khai thác, nhất thiếtphải có những biện pháp xử lý thích hợp với từng điều kiện cụ thể của khu vực đó

Hiện nay các giải pháp xử lý nền đất yếu trên thế giới rất đa dạng với nhiềucông nghệ mới, hiện đại đã đợc nghiên cứu và áp dụng thành công trong thực tế,mang lại những hiệu quả to lớn về mặt kinh tế, xã hội ở Việt Nam chúng ta,công nghệ xử lý nền đất yếu cũng đang phát triển mạnh mẽ, rất nhiều công nghệthi công xử lý nền đất yếu khác nhau đã đợc áp dụng trong các dự án, đặc biệt lànhững dự án lớn đòi hỏi yêu cầu chất lợng, kỹ thuật cao

ở dự án Giao thông Mê Kông và chống ngập lụt, các gói thầu MD1(đoạn

từ Cần Thơ- Bạc Liêu), MD2 (đoạn từ Bạc Liêu- Cà Mau) hầu hết đều đi qua vùng

địa chất yếu cần phải xử lý để đảm bảo chất lợng công trình Do điều kiện địachất, địa hình cũng nh những thuận lợi, khó khăn về mặt kinh tế xã hội ở khu vựcnên trong quá trình triển khai dự án chúng ta phải nghiên cứu ứng dụng giải pháp

xử lý nền đất yếu thích hợp để đảm bảo cho công trình an toàn, chất lợng cao, đápứng tiến độ dự án với giá thành xây dựng hợp lý nhất

Kết quả nghiên cứu có thể là cơ sở để các đơn vị thiết kế, đơn vị thi côngtham khảo áp dụng khi thiết kế và thi công các công trình giao thông ở các tỉnhmiền Tây Nam bộ nói riêng và qua các vùng đất yếu nói chung Ngoài ra, kết quảnghiên cứu cũng có thể sẽ đóng góp một phần vào công nghệ xây dựng đờng, xâydựng quy trình, quy phạm và tiêu chuẩn thiết kế công trình giao thông trong điềukiện nớc ta

3 Đối tợng nghiên cứu

Nghiên cứu điều kiện địa chất, địa hình và các thuận lợi khó khăn trongquá trình triển khai để đa ra các giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đờng

ô tô ở các gói thầu MD1 và MD2 thuộc dự án Giao thông Mê Kông và chốngngập lụt

4 phơng pháp nghiên cứu

Phơng pháp nghiên cứu chủ đạo là phơng pháp lý thuyết, kết hợp với sốliệu thống kê thực tế Dựa vào các tài liệu số liệu đã đợc công bố để phân tích

đánh giá, từ đó rút ra vấn đề Căn cứ vào số liệu thực tế nghiên cứu đ a ra các giảipháp hoàn chỉnh biện pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với từng điều kiện cụ thểcủa khu vực dự án nghiên cứu

5 Nội dung chính của đề tài

Đề tài ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị gồm có 3 chơng sau:

khu vực đồng bằng sông cửu long

1.1 Tình hình xây dựng đờng ở khu vực đồng bằng sông cửulong

Đồng bằng sông Cửu Long là phần cuối cùng của lu vực sông Mêkông vớitổng diện tích tự nhiên là 3,96 triệu ha bằng 5% diện tích toàn lu vực, bao gồm

12 tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, SócTrăng, Bến Tre, An Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu và Cà Mau, chiếm khoảng 12%diện tích tự nhiên và dân số chiếm 22% dân số của cả nớc Đồng bằng sông CửuLong nằm trên địa hình tơng đối bằng phẳng, mạng lới sông ngòi, kênh rạchphân bố rất dày thuận lợi cho giao thông thủy Đây là một trong những vùng

đồng bằng châu thổ rộng và phì nhiêu ở Đông Nam á và trên thế giới, là vùng

đất quan trọng, sản xuất lơng thực lớn nhất nớc, là vùng thủy sản và vùng cây ăntrái nhiệt đới lớn của cả nớc

Mạng lới đờng cấp cao để phục vụ giao thông phát triển kinh tế các tỉnh khuvực đồng bằng sông Cửu Long còn thiếu hụt trầm trọng Về kỹ thuật xây dựng,biện pháp áp dụng xử lý nền đờng trên vùng đất yếu cũng còn nhiều hạn chế, vì

đất yếu khu vực này có nơi dày tới 30 m, việc xử lý nền đất yếu bằng giải pháp

chỉ đào lớp đất hữu cơ phía trên và thay thế bằng cát sẽ dẫn đến thời gian đợi nền

đờng ổn định rất dài (có khi tới vài chục năm) mặt khác, rất khó và không thể

đảm bảo điều kiện ổn định khi xây dựng các tuyến đờng cấp cao qua vùng đất yếuvới lu lợng xe và tải trọng xe lớn Gần đây một số dự án mới nh QL1A đoạn từCần Thơ đi Năm Căn, QL80 đoạn Mỹ Thuận – Vàm Cống, dự án đờng Namsông Hậu, dự án tuyến Quản Lộ – Phụng Hiệp, dự án QL60 đợc thi công theophơng pháp cơ giới hiện đại (đắp bằng đất tốt vận chuyển từ xa có đầm nén cẩnthận theo từng lớp, có áp dụng các biện pháp xử lý khi đắp qua nền đất yếu ).Với vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên thuận lợi của mình, việc xây dựng hệthống giao thông đờng bộ là rất quan trọng trong việc góp phẩn thúc đẩy sự pháttriển kinh tế xã hội Giao thông phải đi trớc một bớc tạo điều kiện thu hút vốn

đầu t của các thành phần kinh tế Theo qui hoạch tổng thể về vùng kinh tế, hệthống giao thông đờng bộ ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long sẽ đợc đầu t nângcấp và xây dựng mới nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội, đảm bảo tăngmật độ đờng bộ trong Đồng bằng sông Cửu Long lên 0,5km/km2, nâng cấp cácquốc lộ qua từng tỉnh của vùng:

- Quốc lộ 1: Đoạn từ Bến Lức (Long An) đến Năm Căn dài 375,5km, đoạnnằm trong vùng ngập lụt dài 168,3km

- Quốc lộ 50: Cần Giuộc- Mỹ Tho dài 78,3km, nằm trong vùng ngập lụt12km

- Quốc lộ 60: Tiền Giang- Sóc Trăng dài 127km, nằm trong vùng ngập lụt41km

- Quốc lộ 80: Mỹ Thuận- Hà Tiên dài 210,7km Đoạn Lộ Tẻ- Rạch sỏi vàRạch Sỏi- Hà Tiên cắt ngang hớng thoát lũ

- Quốc lộ 61: Nằm toàn bộ trong vùng chịu ảnh hởng của lũ dài 96,1km, từngã 3 Cái Tắc đến quốc lộ 80

- Quốc lộ 62: Từ Tân An- Vĩnh Hng(giáp Campuchia) dài 92,5km

- Tuyến TL29: Từ Cai Lậy qua quốc lộ 1 đi theo dọc kênh 12 qua TânThạnh, Mộc Hóa đến Bình Châu nối với quốc lộ 62 dài 38km

- Quốc lộ 30: Từ Ngã ba An Hữu đi Campuchia dài 119,6km, tuyến này cắtngang hớng lũ tràn vào Đồng Tháp Mời

- Quốc lộ 91: Từ Cần Thơ- Tịnh Biên dài 142,1km, trong đó dọc Châu Tịnh Biên dài 17km

Đốc Quốc lộ 63: Từ Gò Quao qua Vĩnh Thuận đến Cà Mau dài 79km

Tất cả các tuyến đờng nằm trong vùng đều đợc tính theo đỉnh lũ năm 1961

và làm đờng tiêu chuẩn cấp III đồng bằng, đồng thời phải lựa chọn đợc biện pháp

xử lý nền đất yếu phù hợp để đảm bảo chất lợng công trình và mang lại hiệu quảkinh tế cao nhất.

1.2 đặc điểm và phân bố Đất yếu ở khu vực đồng bằng sôngcửu long

Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục địa chất cho rằng cấu trúc Đồng bằngsông Cửu Long có dạng bồn trũng theo hớng Đông bắc – Tây Nam mà trung tâmbồn trũng có thể là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu, khu vực này móng đásâu tới 900m (theo tài liệu hố khoan của Tổng cục Dầu khí) Vây quanh vùngtrung tâm là các vùng cánh của bồn trũng và xa hơn là các đới nâng cao của móng

đá lộ ra ở Bình Dơng, Đồng Nai, Tây Ninh (miền Đông Nam Bộ) bên kia là núi

đá ở Hà Tiên, An Giang, vịnh Thái Lan Các tài liệu nghiên cứu phần lộ đều chothấy tuổi của móng đá trớc Kanozoi (khoảng trên 65 triệu năm) Phủ lên trênmóng đá là tập hợp các thành tạo bở rời có tuổi từ Neogen đến đệ tứ, trên cùng làtầng trầm tích trẻ (trầm tích Holoxen) có tuổi khoảng 15.000 năm có chiều sâulên tới 110m, đây cũng chính là tầng đất yếu trên mặt, đợc tạo thành bởi các trầmtích hạt mịn có nguồn gốc biển, sông – biển hỗn hợp, sông – biển đầm lầy,sông hồ hỗn hợp và sinh vật gồm sét, bùn sét hữu cơ, bùn sét pha chứa nhiều mùnthực vật, á sét chảy, bùn á sét; móng của các công trình chủ yếu đợc đặt trên tầng

đất yếu này

Nhìn chung, trầm tích Đệ tứ khu vực đợc chia thành 5 nhịp ứng với các thời

kỳ thành tạo khác nhau Mỗi nhịp, bắt đầu bằng trầm tích hạt thô, kết thúc là trầmtích hạt mịn Các thời kỳ gián đoạn trầm tích thờng tạo ra những bề mặt phonghoá loang lổ vàng đỏ hoặc đá ong do laterit hoá theo phơng thức thấm đọng

1.2.1 Phân bố đất yếu ở ĐBSCL theo mặt bằng

Theo đặc trng thành phần thạch học, tính chất địa chất công trình, địa chấtthuỷ văn và chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khácnhau

Khu vực I: Khu vực đất sét màu xám nâu và xám vàng (ký hiệu I)

+ bmQIV: Đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu gối lên lớp trầmtích nén chặt QI-II chiều dày không quá 5m

+ Đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng lầy lội, cao độ từ 1-3m

+ Nớc dới đất gặp ở độ sâu 1-5m

Khu vực II: Khu vực đất bùn sét xen kẹp với các lớp á cát (ký hiệu II)

Phân khu IIa

+ amQIV: Bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp gồi trên nềnsét chặt QI-III chiều dày không quá 20m, phân bố ở khu vực có độ cao từ 1-1.5m.Mực nớc ngầm cách mặt đất 0,5-1m

Hình 1.2 Bản đồ phân vùng đất phèn mặn Đồng bằng sông Cửu Long

Khu vực IV: Khu vực đất than bùn, sét, bùn á sét, cát bụi, á cát (ký hiệu IV)

Khu vực V: Khu vực bùn á sét và bùn cát ngập nớc (ký hiệu V)

Đất yếu gồm bùn, than bùn holoxen dày từ 5-10m đến 40-50m, gối lên nền

đất chặt QII-III Phân bố ở các vùng trũng, cửa vịnh cửa sông Nớc ngầm xuất hiệnngay trên mặt đất, chịu ảnh hơng theo thuỷ triều

Hình 1.3 Độ sâu ngập lụt lớn nhất ổ Đồng bằng sông Cửu Long

trong trận lũ năm 2000

1.2.2 Đặc trng cơ lý của đất nền yếu ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Tầng trầm tích mới thuộc Đồng bằng sông Cửu Long là đối tợng nghiên cứuchủ yếu về mặt địa chất công trình Các lớp đất chính thờng gặp là những loại đấtsét hữu cơ và sét không hữu cơ có trang thái độ sệt khác nhau Ngoài ra còn gặpnhững lớp cát, sét bùn lẫn vỏ sò và sạn laterit Ngay trong lớp sét còn gặp các vệtcát mỏng

Dựa theo hình trụ hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m trở lại thuộccác tỉnh Long An, Tiền Giang, Hậu Giang, Cà Mau, Bạc Liêu…có thể phân chiacó thể phân chiacác lớp đất nền nh sau:

Lớp đất trên mặt: Dày khoảng 0,5-1,5m gồm những loại đất sét hạt bụi đến

sét cát, có màu xám nhạt đến xám vàng Có nơi bùn sét hữu cơ màu xám đen

Lớp này có nơi nằm trên mực nớc ngầm, có nơi nằm dới mực nớc ngầm (vùngsình lầy).

Lớp sét hữu cơ: Nằm dới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi từ

3- 4m (ở Long An), 9- 10m (vùng Thạch An, Hậu Giang) đến 18- 20m (vùngLong Phú, Hậu Giang) Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển

Lớp sét hữu cơ thờng có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt, hàm lợnghạt sét chiếm 40- 70% Hàm lợng hữu cơ thờng gặp là 2- 8%, các chất hữu cơ đãphân giải gần hết ở các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ ở dạng thanbùn Đất rất ẩm thờng bão hoà nớc, các chỉ tiêu vật lý thay đổi trong phạm vi nhsau:

- Độ ẩm thiên nhiên w= 50- 100% (có nơi trên 100%)

Nói chung lớp đất này thờng gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy

Đất cha đợc nén chặt hệ số rỗng thiên nhiên lớn, dung trọng nhỏ Sức chống cắtthấp trong thực tế thờng gọi là lớp “bùn sét hữu cơ”

Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hoặc lớp cát: Lớp này là

lớp dày khoảng 3- 5m thờng nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ và với lớp đấtsét không hữu cơ (nh dọc theo kênh Phụng Hiệp – Quản Lộ) Cũng có nơi nh Mỹ

Tứ (Hậu Giang) lớp cát lại nằm giữa lớp đất sét Lớp này không liên tục trên toànvùng Đồng bằng sông Cửu Long

Đối với lớp đất cát vì số liệu thu đợc quá ít nên cha có đủ điều kiện để thốngkê

Một số tài liệu thu thập đợc ở Hậu Giang và sông Sài Gòn cho biết: Lớp cát

có độ ẩm thiên nhiên w=1,69- 1,75 g/cm3, góc ma sát trong = 29- 300

Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày xuất hiện ở những đô

sâu khác nhau Một số hố khoan ở Long An cho thấy: Lớp đất sét tơng đối chặtnằm cách mặt đất 3- 4m ở những nơi khác lớp đất sét tơng tự nằm cách mặt đấtkhoảng 9- 10m (ở Thạch An, Hậu Giang), 15- 16m (ở Vĩnh Qui, Tân Long, HậuGiang), 25- 26m (ở Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gần ven biển, lớp đát sét càngnằm sâu cách mặt đất thiên nhiên

Lớp đất sét có màu xám vàng hoặc vàng nhạt Các chỉ tiêu vật lý của nó thay

đổi trong phạm vi nh sau:

- Độ ẩm thiên nhiên w= 25- 55% (có nơi trên 100%)

Bảng 1.2: Đặc trng chống cắt của lớp sét hữu cơ

Độ sệt B 0 – 0.25 0.25 –0.5 0.5 – 0.75 0.75 – 1 >1.0

1.0 0.85 –1.2 0.85 – 1.2 1.1 – 1.4 1.2 –1.5 Trị trung bình của (độ) 170 130 110 9030’ 8030’Sai số quân phơng   (độ) 2012’ 1045’ 30 1012’ 9045’Trị trung bình của C (kG/cm 2 ) 0.28 0.22 0.18 0.15 0.10 Sai số quân phơng  c (kG/cm 2 ) 0.03 0.04 0.04 0.04 0.03

Số liệu thống kê ở các bảng 1.1 và bảng 1.2 là đặc trng chống cắt theo sơ đồkhông nén cố kết – cắt nhanh trên mắy cắt phẳng của đất dính mềm yếu nóichung, trong đó có cả đất bùn ở Đồng bằng sông Cửu Long

Năm 1984, GS- TSKH Nguyễn Thanh và GS-TSKH Phạm Xuân đã nghiêncứu thống kê các đặc trng cơ lý của các loại đất bùn ở khu vực thành phố Hồ ChíMinh và một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long nh Long An, Đồng Tháp, Bến

Tre, An Giang, Kiên Giang, Minh Hải (Bạc Liêu- Cà Mau) Số liệu thống kê đợcghi ở bảng 1.3 cho thấy rằng đặc trng cơ lý của đất bùn ở các tỉnh thuộc Đồngbằng sông Cửu Long tơng tự nhau (Xem bảng 1.3: Đặc trng cơ lý của đất bùn ởmột số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long).

Bảng 1.3: Đặc trng cơ lý của đất bùn ở một số tỉnh Đông bằng sông Cửu Long

An Giang Vĩnh Long + TràVinh

Bạc Liêu +

Cà Mau

Kiên Giang

Bùn sét amb Q IV

Bùn sét ambQ IV

Bùn á sét ambQ IV

Bùn sét amb Q IV

Bùn á sét amb Q IV

Bùn sét amb Q IV

Bùn á sét amb Q IV

Bùn sét amb Q IV

Bùn sét mab Q IV

Bùn á sét mabQ IV

Bùn sét mab Q IV

Bùn sét mab Q IV

Bảng 1.4: Đặc trng chống cắt của các lớp bùn (theo sơ đồ cắt nhanh

Những kết quả nghiên cứu của các tác giả đợc giới thiệu ở trên cho thấy rằng

bề mặt Đồng bằng sông Cửu Long đợc bao phủ chủ yếu là tầng trầm tích Haloxengồm các loại đất dính: Sét, á sét, á cát ở trạng thái nửa cứng đến dẻo chảy và cácloại bùn sét, bùn á sét ở điều kiện tự nhiên sức chịu tải của chúng rất yếu; chứamột lợng đáng kể vật chất hữu cơ và hàm lợng của nó liên quan mật thiết vớinguồn gốc thành tạo, thấp nhất là trong trầm tích nguồn gốc sông biển, kế đó làcác trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển và đầm lầy sông, ngoài ra, trong các trầmtích đầm lầy sông còn có mặt than bùn, phân bố tơng đối rộng, biến đổi mạnh vềchiều dày, độ ẩm cao, hệ số rỗng và tính nén lún rất lớn, độ bền nhỏ và bất đẳnghớng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Do đó, sự có mặt của chúngtrong cấu trúc nền đất gây nhiều khó khăn cho công tác khảo sát, thiết kế, xử lýnền móng và thi công xây dựng, ảnh hởng bất lợi đến ổn định của công trình, làmcho nền đất rất nhạy cảm trớc các tác động của con ngời

1.2.3 Phân chia các kiểu cấu trúc nền đất yếu đặc trng

Trong địa chất công trình khái niệm cấu trúc nền đợc một số tác giả sử dụng

để điển hình hóa điều kiện địa chất công trình của nền công trình Tác giả Vũ CaoMinh (1984) đã đa ra khái niệm cấu trúc địa cơ GS.TSKH Nguyễn Thanh (1984)coi “cấu trúc nền công trình là tầng đất đợc sử dụng làm nền cho xây dựng, đợc

đặc trng 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 đã định nghĩa “cấu trúcnền là phần tơng tác giữa công trình và môi trờng địa chất, đợc xác định bởi quyluật phân bố trong không gian, khả năng biến đổi theo thời gian của các thành tạo

đất đá, có tính chất địa chất công trình xác định, diễn ra trong vùng ảnh hởng củacông trình” GS.TSKH Phạm Văn Tỵ (1999) đã đa ra khái niệm hoàn chỉnh vềcấu trúc nền: ”cấu trúc nền đợc hiểu là quan hệ sắp xếp không gian của các thể

địa chất (lớp đất) cấu tạo nền đất, số lợng, đặc điểm hình dạng, kích thớc, thànhphần, trạng thái và tính chất của các yếu tố cấu thành này” Nh vậy, cấu trúc địachất quyết định đặc điểm cấu trúc nền, phân chia các kiểu cấu trúc nền phải dựavào cấu trúc địa chất Đề tài đã thu thập đợc các kiểu cấu trúc nền đất yếu khu vựcnghiên cứu

Nh đã trình bày ở trên, môi trờng địa chất khu vực nghiên cứu có cấu trúcphức tạp không đồng nhất Trong mỗi hệ tầng cũng có sự phân bố không đồngnhất trong không gian về nguồn gốc, thành phần vật chất và chiều dày của trầmtích, nơi có mặt trầm tích gốc này thì vắng mặt trầm tích nguồn gốc kia Tình hình

đó dẫn đến trật tự sắp xếp không giống nhau của các thể địa chất ở các địa điểmkhác nhau Các trầm tích tuổi và nguồn gốc khác nhau có mức độ thành đá và đặctính địa chất công trình khác nhau Các trầm tích Holoxen có mức độ thành phần

đá thấp và độ bền rất nhỏ, chiều dày lớn đều thuộc loại đất yếu, ảnh hởng tới ổn

định công trình và lựa chọn giải pháp xử lý nền Thành phần vật chất và đặc tính

địa chất công trình của các trầm tích trẻ còn phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng.Các trầm tích nguồn gốc sông biển và đất có tính bất đẳng hớng rõ rệt về tínhthấm, tính biến dạng và độ bền Đất yếu của một số hệ tầng ví dụ nh hệ tầng BìnhChánh (Tp Hồ Chí Minh): Nơi nằm chuyển tiếp trên trầm tích sét của hệ tầng CủChi, nơi thì phủ trực tiếp lên tầng cát chứa nớc có áp Các tầng chứa nớc Holoxen

và Pleistoxen nơi đợc phân cách bởi tầng cát Holoxen có áp tơng đối lớn Thêmvào đó, bề dày lớp đất yếu cũng biến đổi mạnh, phụ thuộc chặt chẽ vào nguồn gốcthành tạo, địa hình đáy bồn trầm tích Tất cả các đặc điểm trên ảnh hởng rất lớntới việc lựa chọn và thiết kế các giải pháp xử lý nền Vì vậy, nhằm đạt tới tối uhóa cấu trúc, tính chất của các địa hệ tự nhiên – kỹ thuật và các biện pháp điềukhiển tối u sự vận động của các hệ thống này cần phải điển hình hóa khu vựcnghiên cứu theo đặc điểm cấu trúc nền, tức là phân chia ra các kiểu cấu trúc nền

đất yếu đặc trng cho lãnh thổ Đối với mỗi kiểu cấu trúc nền đất yếu đợc phânchia có thể sử dụng cùng một nhóm các giải pháp xử lý nền, cùng một quy mô vàkiểu kết cấu công trình, cùng một phơng pháp đánh giá và dự báo biến đổi môi tr-ờng địa chất, cùng một sơ đồ khai thác hợp lý và bảo vệ lãnh thổ

Việc phân chia các kiểu cấu trúc nền đất yếu phải dựa trên cơ sở kết quảnghiên cứu cấu trúc địa chất, đặc biệt là cấu trúc phần nông, đặc điểm địa mạo –tân kiến tạo, địa chất thủy văn và đặc tính địa chất công trình của các trầm tích Đệtứ.

Để lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý xử lý nền đất yếu, khi phân chia cáckiểu, phụ kiểu và dạng cấu trúc nền phải chú ý xét tới sự có mặt và trật tự các địatầng, đặc điểm địa hình, nguồn gốc, tính chất và chiều dày của đất yếu Chiều sâunghiên cứu để phân chia các kiểu cấu trúc nền đợc giới hạn chủ yếu trong tầngcấu trúc Holoxen và phần trên của tầng Pleistoxen Cụ thể, trong phạm vi nghiêncứu phân biệt các kiểu cấu trúc nền đất yếu khác nhau Dấu hiệu để phân ra kiểu

là đất yếu chứa một lợng đáng kể vật chất hữu cơ và hàm lợng của nó liên quanmật thiết với nguồn gốc thành tạo; thấp nhất là trong trầm tích nguồn gốc sôngbiển, kế đó là các trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển và đầm lầy sông; ngoài ratrong các trầm tích đầm lầy sông còn có mặt than bùn, phân bố tơng đối rộng,biến đổi mạnh về chiều dày, độ ẩm cao, hệ số rỗng và tính nén lún rất lớn, độ bềnnhỏ và bất đẳng hớng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Trong mỗikiểu chia ra các phụ kiểu Các phụ kiểu trong một kiểu đợc phân chia dựa vàonguồn gốc thành tạo Trong mỗi phụ kiểu dựa vào chiều dày của các lớp đất yếulại chia ra các dạng cấu trúc nền khác nhau Tơng ứng với bề dày lớp đất yếu nhỏhơn 5m, từ 5 đến 10m và lớn hơn 10m, phân biệt các dạng cấu trúc nền 1, 2 và 3.Theo các nguyên tắc trên, trong phạm vi nghiên cứu phân biệt đợc 2 kiểu, 5phụ kiểu và 10 trạng thái cấu trúc nền đất yếu (số liệu thu thập đợc) Kết quả phânchia các kiểu cấu trúc nền đợc thể hiện ở bảng 1.6 và sơ đồ phân bố các kiểu cấutrúc nền khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Kiểu I:

Kiểu này phân bố ở địa hình thấp và bãi bồi tụ; ở kiểu cấu trúc này chiều dày

đất yếu rất lớn, thờng từ 10 đến 20m và lớn hơn, nền đất và môi trờng địa chất có

độ ổn định kém, rất nhạy cảm, dễ bị biến đổi trớc các tác động bên ngoài và có độlún rất lớn dới tác dụng của tải trọng công trình

Căn cứ vào nguồn gốc thành tạo của các trầm tích có thể phân biệt trong kiểu

I ba phụ kiểu Ia, Ib, Ic

Phụ kiểu Ia: Phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu, tạo nên đồng bằngthấp với bề mặt địa hình bằng phẳng, cao độ 1- 2m, ít bị ngập nớc ở phụ kiểunày trầm tích có nguồn gốc sông biển, thành phần là bùn sét, bùn sét pha màuxám đen Tổng bề dày đất yếu tơng đối lớn, thờng từ 10 đến 20m và lớn hơn, do

đó, trong phụ kiểu này chỉ có một dạng cấu trúc Ia-3

Phụ kiểu Ib: Trầm tích có nguồn gốc đầm lầy biển (bmQIV2-3) thành phần làbùn sét hữu cơ, bùn sét pha hữu cơ màu xám đen Phụ kiểu này phân bố chủ yếu ởdạng địa hình thấp đầm lầy ven biển, thờng xuyên bị ngập nớc, đất yếu có chiềudày lớn và hàm lợng vật chất hữu cơ cao, do đó, việc lựa chọn các giải pháp xử lýnền gặp rất nhiều khó khăn Tơng tự nh phụ kiểu Ia, tổng bề dày đất yếu thay đổitrong khoảng từ 10 đến 20m và lớn hơn, do đó, trong phụ kiểu Ib cũng chỉ có mộtdạng cấu trúc là Ib-3.

Phụ kiểu Ic: Phân bố chủ yếu ở dạng địa hình đồng bằng thấp, cao độ từ 1m, thờng xuyên bị ngập nớc do ảnh hởng của thủy triều ở phụ kiểu này trầmtích có nguồn gốc đầm lầy sông (baQIV2-3), thành phần là bùn sét hữu cơ, thanbùn Sự có mặt của lớp bùn sét hữu cơ và than bùn với hàm lợng vật chất hữu cơcao làm cho đất có tính bất đẳng hớng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độbền Vì vậy, trong phụ kiểu này đòi hỏi cần phải áp dụng các giải pháp xử lý nền

0-đặc biệt Tổng bề dày đất yếu tơng đối lớn, thờng từ 10 đến 20m và lớn hơn, song

đôi nơi nhỏ hơn 10m Do đó phụ kiểu Ic đợc phân thành 3 dạng cấu trúc nền Ic-1,Ic-2, Ic-3

Kiểu II:

Kiểu này đợc đặc trng bằng địa hình tơng đối cao, độ cao tuyệt đối từ 2-5m,trầm tích thành phần chủ yếu là sét, sét pha màu xám xanh, trạng thái từ chảy tớidẻo cứng Chiều dày tầng biến đổi mạnh, biến đổi từ 3- 10m, nhiều nơi đạt tới20m hoặc hơn nữa Phần dới của mặt cắt thờng là các trầm tích hạt thô hơn, chúnghình thành nên tầng chứa nớc áp lực yếu trong các trầm tích Holoxen Ngoài ra,tại một số nơi còn có sự liên thông giữa các tầng chứa nớc Pleistoxen và Holoxen

Sự có mặt của các tầng chứa nớc có áp này ngăn cản quá trình cố kết của các lớpbùn sét, bùn sét pha bên trên, làm giảm hiệu quả của công tác xử lý nền bằng bấcthấm và giếng cát khi chúng đợc cắm vào các tầng này

Căn cứ vào nguồn gốc thành tạo có thể phân biệt trong kiểu II hai phụ kiểuIIa và IIb

Phụ kiểu IIa: Thành phần chủ yếu là sét, bùn sét, bùn sét pha màu xám xanhnguồn gốc biển, lộ ra trên mặt chủ yếu ở địa hình đồng bằng cao ví dụ phía namBình Chánh và một phần nhỏ ở Thủ Đức (Tp Hồ Chí Minh) Chiều dày của cáclớp đất yếu tơng đối lớn, phổ biến 10- 20m, nhiều nơi còn lớn hơn Trong kiểunày cần lu ý, tại các bề mặt đồng bằng cao lớp sét, sét pha bị phong hóa yếu,trạng thái dẻo cứng, thờng chứa các kết von nhỏ, nên cờng độ chịu lực tốt hơn,thay đổi trong khoảng 0,5- 0,8 kG/cm2, có chiều dày 3- 4m, do đó, lớp này rấtthích hợp với các công trình có kết cấu đơn giản, tải trọng tác dụng lên nền nhỏ.Theo chiều dày lớp đất yếu phân biệt trong phụ kiểu IIa hai dạng cấu trúc nền:IIa-2, IIa-3

Phụ kiểu IIb: thành phần chủ yếu là sét, sét pha, cát pha màu xám xanh,nguồn gốc sông biển, trạng thái chảy, dẻo chảy, một số nơi lộ ra trên mặt Trongphụ kiểu này cũng có mặt lớp sét phong hóa, tuy nhiên, chiều dày của nó không

đáng kể Trầm tích sông biển amQIV1-2 có chiều dày biến đổi mạnh, từ 1-2m đến10m và lớn hơn Theo chiều dày của trầm tích này phân biệt trong phụ kiểu IIb badạng cấu trúc nền: IIb-1, IIb-2, IIb-3

Bảng 1.6: Thuyết minh các kiểu cấu trúc nền

Kiểu kiểu Phụ Cột điạ tầng đặc trng Đặc điểm địa hình Đặc điểm cấu trúc điạ chất chất thủy văn Đặc điểm địa Đặc điểm tính chất cơ lý của đất Đánh giá

độ 1–

ngập nớc

Trầm tích (amQ IV2-3) có nguồn gốc sông biển gồm bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha Trầm tích (Q IV1-2) chủ yêú là bùn sét, bùn sét pha nguồn gốc biển, sông biển Trầm tích (Q III3) gồm sét, sét pha.

Bề dày đất yếu > 10m

Có 2 tầng chứa nớc Tầng chứa nớc Holoxen thờng không

áp tầng chứa nớc Pleistoxen nằm sâu, mái cách nớc tốt

Trầm tích (amQ IV2-3) có độ ẩm tự nhiên cao, trạng thái chảy, chảy

ẩm, liên kết keo xúc biến, độ bền rất nhỏ, tính biến dạng lớn.

Trầm tích (Q IV1-2) cũng là đất yếu với độ ẩm tự nhiên cao, trạng thái chảy, độ bền nhỏ, tính nén lún lớn.

Trầm tích (amQ III3) có độ ẩm, độ rỗng, độ sệt, độ nén lún nhỏ và

độ bền cao

Tính năng xây dựng kém lún mặt đăt mạnh khi chịu tác dụng của tải trọng công trình.

Không thích hợp cho các giải pháp cải tạo sự phân

bố ứng suất trong đất nền

Ib

Địa hình thấp đầm lầy ven biển, th- ờng xuyên

bị ngập ớc.

n-Nh trên song các trầm tích (bmQ IV2-3) có nguồn gốc đầm lầy biển, hàm lợng vật chất hữucơ cao.

Bề dày đất yếu > 10m

Chỉ có tầng

Pleistoxel nằm sâu, mái cách nớc tốt.

Nh trên, song các trầm tích (bmQ IV2-3) có hàm lợng vật chất hữu cơ từ 20 – 30%, độ ẩm từ 70 – 90%, hệ số rỗng rất lớn, độ sệt thay đổi rộng, tính thấm và độ bền nhỏ, tính nén lún lớn

Khả năng chịu tải rất thấp, tính nén lún lớn.

Có thế áp dụng giải pháp

xử lý nền bằng hệ thông thoát nớc thẳng đứng

Ic

Địa hình

đồng bằng thấp, cao

độ 0 – 1m ngập nớc khi thủy triều lên

Nh trên, song trầm tích (baQ IV2-3) có nguồn gốc đầm lầy sông, chủ yếu là bùn sét hữu cơ và than bùn Đất yếu

có bề dày lớn, thay đổi mạnh, một số nơi < 10m

Chỉ có tầng

Pleistoxel nằm sâu, lớp sét

không liên tục

Các trầm tích (baQ IV2-3) bùn sét hữu cơ, than bùn có hàm lợng hữu cơ từ 6 – 15% đến 50 – 60% Đất có tính bất đẳng hớng

rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền, tính biến dạng lớn

Nh trên, song cần bóc bỏ lớp than bùn trớc khi áp dụng các giải pháp xử lý Tại những nơi bề dày lớp

đất yếu < 5m có thể áp dụng các giải pháp cải tạo

sự phân bố ứng suất của

đất trong nền

IIa

Địa hình

đồng bằng cao, cao

độ 2 – 5m

Trầm tích (mQ IV ) có nguồn gốc biển, phủ bất chỉnh lên (amQ III3), thành phần chủ yếu

là sét, sét pha, bùn sét phần trên mặt đất bị đá phong hóa, màu vàng loang lổ, phần đáy

hệ tầng chủ yếu là cát pha, cát sạn lẫn ít sét bột.

Bề dày đất yếu phổ biến 10 – 20m và lớn hơn.

Hệ tầng (amQ III3) gồm sét, sét pha, đôi nơi là cát và cát vàng

Hai tầng chứa nớc Pleistoxel

và Holoxen

nhau qua các cửa sổ địa chất thủy văn nớc

có áp hoặc áp lực yếu.

Trầm tích (mQ IV ) phổ biến là

đất yếu có độ ẩm tự nhiên cao, 40 – 85% và lớn hơn, hệ số rỗng e

> 1,2 và độ bền nhỏ.

Tại những nơi lộ ra trên mặt đất

có trạng thái dẻo mềm, đôi khi dẻo cứng, độ biến dạng và độ bền tuy đợc cải thiện song vẫn thấp.

Trầm tích (amQ III3) có mức độ thành đá cao, độ ẩm tự nhiên, hệ

số rỗng, hệ số nén lún thâp, độ bền cao.

Có thể xử lý bằng giải pháp thoát nớc thẳng

đứng và bằng hợp chất hóa học, tuy nhên cần chú

ý tầng chứa nớc có áp bên dới.

Với các công trình có tải trọng nhỏ có thể áp dụng giải pháp cải tạo sự phân

bố ứng suất và biến dạng của nền

IIb

Địa hình

đồng bằng cao, cao

độ 2 – 5m

Nh trên, song các trầm tích (amQ IV1-2) có nguồn gốc sông biển thành phần chủ yếu là sét, bùn sét, bùn sét pha, đôi chỗ là cát pha, cát hạt mịn.

Các trầm tích sét, sét pha lộ ra trên mặt bị phong hóa yếu, tuy nhiên bề dày không đáng kể.

Đất yếu có chiều dày từ 1- 2m

đến 10m và lớn hơn

Hai tầng chứa nớc Pleistoxel

và Holoxen

nhau qua các cửa sổ địa chất thủy văn nớc

có áp hoặc áp lực yếu.

Trầm tích (amQ IV1-2) phổ biến là

đất yếu với trạng thái thay đổi từ dẻo mềm đến dẻo chảy và chặt, khối lợng thể tích tự nhiên 1.45

2 và lớn hơn, hệ số nén lún a 1-2 = 0.090 – 0.634 cm 2 /kg

Với dạng cấu trúc 1 có thể

áp dụng các giải pháp xử

lý nền Dạng 2 và 3 thích hợp với xử lý bằng thiết bị thoát nớc thẳng đứng và bằng hợp chât hóa học

1.3 tổng quan về khu vực dự án nghiên cứu- gói thầu MD1, MD2

Các gói thầu MD1, MD2 thuộc dự án cải tạo nâng cấp quốc lộ 1 đoạn CầnThơ đi Năm Căn dài 236km là dự án thành phần trong tổng số 6 dự án khôi phục cảitạo quốc lộ 1, dài hơn 2,400km chạy dọc theo chiều dài đất nớc từ Lạng Sơn đến CàMau Gói thầu MD1 là đoạn từ Cần Thơ đến biên giới Sóc Trăng- Bạc Liêu, dài93,50km; Gói thầu MD2 là đoạn từ biên giới Sóc Trăng- Bạc Liêu đến Cà Mau, dài71,76km Đây là dự án thực hiện bằng nguồn vốn do ngân hàng thế giới(WB) chovay

Qui mô thiết kế của hai gói thầu này là đờng cấp 3 đồng bằng, nền đờng rộng12m, mặt đờng bê tông nhựa 11,00m, các đoạn đi qua thị xã thị trấn có nền đờngrộng 12,5m đến 15m, các nút giao đợc thiết kế cùng mức

Dựa theo kết quả hình trụ hố khoan ở các giai đoạn thiết kế và thi công thì cóthể phân chia các lớp đất nền nh sau:

- Lớp trên cùng là bùn sét, sét lẫn sỏi; màu đen, vàng; chiều dày thay đổi từ1.5m đến 4.5m

- Lớp sét hữu cơ: Lớp sét hữu cơ thờng có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàngnhạt, hàm lợng hạt sét chiếm 40-70% Hàm lợng hữu cơ thờng gặp là 2-8%, các chất

hữu cơ đã phân giải gần hết ở các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ ở dạngthan bùn Đất rất ẩm thờng bão hoà nớc

Nói chung lớp đất này thờng gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy Đấtcha đợc nén chặt hệ số rỗng thiên nhiên lớn, dung trọng nhỏ Sức chống cắt thấptrong thực tế thờng gọi là lớp “bùn sét hữu cơ”

- Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hoặc lớp cát: Lớp này là lớpdày khoảng 3-5m thờng nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ và với lớp đất sét khônghữu cơ Cũng có nơi lớp cát lại nằm giữa lớp đất sét

- Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày xuất hiện ở những độ sâukhác nhau Lớp đất sét tơng đối chặt nằm cách mặt đất 3-4m

Với điều kiện địa chất bao gồm các lớp đất yếu nh trên sẽ ảnh hởng đến độ ôn

định của nền đờng, vì vậy trong quá trình thiết kế và thi công cần thiết phải nghiêncứu áp dụng các giải pháp thích hợp để cải thiện tính chất chịu lực của nền đất, đảmbảo ổn định cho công trình

Một số chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất sét hữu cơ:

- Độ ẩm thiên nhiên w= 55- 99% (có nơi trên 100%)

Hình 3.1: Bản đồ giao thông khu vực dự án MD1 và MD2 (1)

Điểm đầu gói thầu MD1

Ch ơng 2 Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu

Dới đây sẽ đi sâu nghiên cứu một số phơng pháp xử lý nền đất yếu để làm cở

sở lựa chọn trong quá trình thiết kế cũng nh thi công xây dựng đờng ô tô ở khu vực

Đồng bằng sông Cửu Long

2.1 Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu (thay đất)

Các trờng hợp dới đây đặc biệt thích hợp đối với giải pháp đào một phần hoặc

đào toàn bộ đất yếu:

* Bề dày lớp đất yếu từ 2m trở xuống (trờng hợp này thờng đào toàn bộ đất yếu

để đáy nền đờng tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu)

* Đất yếu là than bùn loại I hoặc loại á sét; sét dẻo mềm; dẻo chảy Trờng hợpnày, chiều dày đất yếu vợt quá 4- 5 m thì có thể đào đi một phần sao cho phần đấtyếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2- 1/3 chiều cao đắp (kể cả phần đắpchìm trong đất yếu)

Trờng hợp đất yếu có bề dày dới 3m và có cờng độ quá thấp đào ra không kịp

đắp nh than bùn; bùn sét (độ sệt B > 1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp dụng giải pháp

bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đắp quá tải để nền tự lún đến

đáy lớp đất yếu Giải pháp này đặc biệt thích hợp đối với trờng hợp thiết kể mở rộngnền đắp cũ khi cải tạo, nâng cấp đờng trên vùng đất yếu

Thực chất của giải pháp này là cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biếndạng của nền Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, thờng nhỏ hơn 5m, nằm trựctiếp dới móng công trình thì có thể áp dụng các phơng pháp cải tạo sự phân bố ứngsuất và điều kiện biến dạng của nền nh đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệ phản áp.Các phơng pháp đệm cát, đệm đá, đệm đất thờng đợc sử dụng để thay thế một phầnhoặc toàn bộ bề dày lớp đất yếu dới móng các công trình dân dụng và công nghiệp,dới bản đáy các công trình thủy lợi Đối với nền đờng nằm trên vùng đất yếu thì việc

áp dụng bệ phản áp là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả nhất Các phơngpháp này đã đợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam Khả năng áp dụng vàhiệu quả kinh tế của các phơng pháp này trong điều kiện Việt Nam đã đợc làm sáng

tỏ trong các công trình nghiên cứu của Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Đinh XuânBảng và các tác giả khác Ưu điểm của các phơng pháp này là làm tăng độ bền, giảm

độ nén lún của đất nền hoặc làm giảm áp lực tác dụng lên nền và làm cho đất nền

t-ơng đối đồng nhất Tuy nhiên, các pht-ơng pháp này đòi hỏi mặt bằng thi công rộng,khối lợng vật liệu lớn thêm vào đó, khi bề dày tầng đất yếu lớn hoặc khi mực nớcngầm nằm cao việc áp dụng các biện pháp trên sẽ bị hạn chế

2.2 Cải tạo đất bằng cọc vật liệu rời (Cọc cát, sỏi)

2.2.1 Khái niệm chung

Các cọc vật liệu rời bao gồm cát và sỏi đợc làm chặt và chèn vào lớp đất mềmyếu bằng phơng pháp thay thế Thành phần của cọc thờng là cát sỏi đợc nén chặttrong đó cũng kể cả những cọc đá Đất đợc cải tạo bằng cọc vật liệu rời đợc gọi là

đất hỗn hợp Khi chất tải, cọc bị biến dạng phình lấn vào các tầng đất và phân bố lạiứng suất ở các mặt cắt bên của đất hơn là truyền ứng suất xuống lớp dới sâu Điều đólàm cho đất chịu đợc ứng suất, kết quả là làm cờng độ và khả năng chịu lực của đấthỗn hợp có thể tăng lên và tính nén lún giảm Ngoài ra nó còn giảm đợc ứng suất tậptrung sinh ra trên các cọc vật liệu rời

2.2.2 Những phơng pháp thi công cọc vật liệu rời

Có nhiều phơng pháp khác nhau để tạo cọc vật liệu rời đã đợc sử dụng trên thếgiới Tuỳ theo khả năng ứng dụng thực tế của chúng và khả năng có đợc những thiết

bị thi công ở từng địa phơng Những phơng pháp thi công sau đây sẽ đợc miêu tảtóm tắt cùng với những trờng hợp áp dụng tham khảo

 Phơng pháp nén chặt bằng rung động

phơng pháp này đợc sử dụng để nâng cao độ chặt của đất rời, không dínhbằng một bộ phận rung Bộ phận này chìm vào trong đất nhờ trọng lợng bản thâncùng với sự phụ trợ của nớc và rung động Sau khi đạt tới chiều sâu đã định trớc, bộphận rung động đợc từ từ rút lên và chỗ đó đợc làm đầy lại bằng vật liệu rời Bằngcách nh vậy gây nên sự nén chặt đất

 Phơng pháp thay thế bằng rung động

phơng pháp này sử dụng để cải tạo các loại đất dính có hơn 18% trọng lợnghạt lọt qua mắt sàng tiêu chuẩn 200 US Thiết bị sử dụng tơng tự phơng pháp nénchặt bằng rung động Bộ phận rung động đợc nhấn chìm vào trong đất dới tác dụngcủa trọng lợng bản thân với sự trợ giúp của tia nớc hoặc khí phun có tác dụng giộirửa cho đến đạt chiều sâu dự định

phơng pháp này cũng có thể thực hiện bằng quá trình khô hoặc quá trình ẩm.Trong quá trình ẩm lỗ đợc tạo thành trong đất nhờ bộ phận rung động tới chiều sâumong muốn có kết hợp phun nớc Khi bộ phận rung động đợc rút lên nó tạo ra một

lỗ khoan có đờng kính khá lớn Lỗ khoan đợc lấp đầy từng phần bằng sỏi có kích

th-ớc cỡ hạt từ 12mm75mm Quá trình ẩm nói chung phù hợp với những lỗ khoankhông ổn định và mực nớc ngầm ở cao Sự khác biệt chủ yếu giữa quá trình khô và

ẩm là không phun nớc trong giai đoạn tạo lỗ ban đầu Trong quá trình khô, lỗ khoan

vẫn duy trì đợc rỗng khi rút bộ phận rung động lên,nó đòi hỏi đất đợc xử lý phải có

độ bền cắt không thoát nớc lớn hơn 40 KN/m2 và mực nớc ngầm tơng đối sâu

 Phơng pháp rung động kết hợp

Phơng pháp này đợc dùng phổ biến ở Nhật và áp dụng để gia cố cho đất sétmềm yếu khi mực nớc ngầm cao Cọc sử dụng thờng có kết quả là cọc cát nénchặt.Chúng đợc xây dựng bằng cách đóng ống chống tới chiều sâu mong muốn, dùng búarung thẳng đứng, nặng đặt lên đầu ống, đổ vào một thể tích cát nhất định rồi kéo ốnglên từng nấc một, từ từ nhờ búa rung hoạt động từ đáy Quá trình lặp lại cho đến khitoàn bộ cọc vật liệu rời nén chặt đợc xây dựng xong

 Phơng pháp khoan tạo lỗ

phơng pháp này cọc đợc xây dựng bằng việc đầm nện vật liệu rời trong các lỗkhoan trớc theo từng giai đoạn bằng quả nặng(1520 KN), rơi từ độ cao 11,5mxuống Phơng pháp này có thể thay thế đợc phơng pháp nén chặt bằng rung động màlại có giá thành thấp hơn Tuy nhiên tác dụng phá hoại và tái tạo lại đất sau đầm nén

mà áp dụng với những loại đất nhạy cảm thì bị hạn chế Phơng pháp này rất thíchhợp cho các nớc đang phát triển vì chỉ sử dụng những thiết bị địa phơng trong khicác phơng pháp đã miêu tả ở trên đòi hỏi những thiết bị đặc biệt và ngời đợc đào tạo

2.2.3 Tính chất xây dựng của đất hỗn hợp

Đặc tính xây dựng của đất hỗn hợp đã đợc nghiên cứu đầy đủ về khả năngchịu tải giới hạn, lún và ổn định nói chung Trong phần tiếp theo trớc hết là trình bàynhững mối quan hệ cơ bản của đất hỗn hợp cũng nh cơ chế phá hoại của cọc vật liệurời trong đất sét yếu đồng nhất Sau đó giới thiệu khả năng chịu tải giới hạn, độ lún

và ổn định của đất hỗn hợp bằng những nghiên cứu thực nghiệm và phân tích

ở đây: S là khoảng cách giữa các cọc vật liệu rời

Sơ đồ tam giác đều cho độ chặt của đất bao quanh vùng đất bao quanh cọc tốtnhất

Trụ đất hỗn hợp có đờng kính De gồm đất chịu ảnh hởng xung quanh và mộtcọc vật liệu rời đợc coi là một đơn nguyên

Tỷ diện tích thay thế là tỷ số giữa diện tích của cọc vật liệu rời với diện tíchtoàn bộ trụ đất tơng đơng trong phạm vi một đơn nguyên và đợc thể hiện nh sau:

as= A sAS A c : (2.3)

ở đây: As: Là diện tích ngang của cọc vật liệu rời

Ac: Là diện tích ngang của đất sét xung quanh cọc

Tỷ diện tích thay thế cũng có thể biểu thị bằng đờng kính D và khoảng cách Scủa cọc vật liệu rời nh sau:

s: Là ứng suất trên cọc vật liệu rời

c: Là ứng suất trên đất dính xung quanh

Độ lớn tập trung ứng suất cũng phụ thuộc vào quan hệ giữa độ cứng của cọcvật liệu rời và đất xung quanh ứng suất trung bình  trên diện tích một đơn nguyêntơng ứng với tỷ diện tích thay thế đã cho as nh sau:

ở đây: s và c tỷ số ứng suất trên cọc và trên đất sét so với ứng suất trungbình trên diện tích một đơn nguyên.

 Cơ chế phá hoại

Trong thực tế cọc vật liệu rời thờng đợc xây dựng xuyên qua toàn bộ lớp đấtsét yếu nằm trên điạ tầng rắn chắc(cọc chống) Cũng có thể là những cọc mà mũicủa chúng chỉ trong phạm vi đất sét yếu (cọc treo) Các cọc vật liệu rời có thể bị pháhoại riêng từng cọc hoặc cả nhóm Cơ chế phá hoại đối với một cọc đơn đợc minhhoạ trên hình vẽ Có các dạng phá hoại sau:

hoặc cọc treo- phá hoại phình 2 bên

Hình 2.1: Cơ chế phá hoại cọc đơn vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất

(Theo Barksdale và Bachus, 1983)

2.2.4 Khả năng chịu tải giới hạn của cọc đơn riêng biệt vật liệu rời

Đối với cọc đơn riêng biệt vật liệu rời, cơ chế phá hoại phình ra bên là dễ xảy

ra nhất Cơ chế này có thể xảy ra đối với loại cọc mà cọc còn ở trong lớp đất sét yếuhoặc đã tựa vào lớp sét cứng chắc ứng suất không nở hông giữ cọc thờng đợc xác

định dựa vào sức kháng bị động mà đất xung quanh cọc có thể phát huy khi cọcphình ra phía ngoài Hầu hết các phơng pháp dự tính khả năng chịu tải giới hạn củacọc đơn đợc phát triển dựa vào mô hình phá hoại đã nêu trên

2.2.5 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc vật liệu rời

Phơng pháp chung dự tính khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc vật liệurời đều cho rằng góc ma sát trong của đất dính xung quanh cọc và lực dính trong cọcvật liệu rời là không đáng kể, hơn nữa cờng độ của cọc vật liệu rời và của đất dính

đều đợc phát huy đầy đủ Nhóm cọc cũng xem nh đợc chất tải bởi móng cứng Nếu

xem ứng suất giới hạn qult và ứng suất ngang 3 là ứng suất chính thì điều kiện cânbằng của nêm là:

Đối với đất sét yếu và rất yếu, khả năng chịu tải của nhóm cọc đợc dự tínhbằng khả năng chịu tải của cọc đơn trong nhóm cọc nhân với số cọc Khả năng chịutải giới hạn của cọc đơn trong trờng hợp này đợc biểu thị nh sau:

lý tởng hoá một đơn nguyên là cần thiết Mô hình của một đơn nguyên đợc chất tảibởi một tấm phẳng, cứng, tơng tự nh thí nghiệm cố kết thấm một chiều Vì vậy đơn

nguyên đợc giới hạn bởi tờng cứng không ma sát và ứng suất thẳng đứng tại mọi vịtrí nằm ngang đều giống nhau Tỷ lệ giảm độ lún đợc biểu thị nh sau:

ở đây: St là độ lún của đất hỗn hợp

S0 là độ lún của đất đợc cải tạo

Theo phơng pháp cân bằng về độ lún,dự tính độ lún St của đất hỗn hợp nh sau:

St= mv*(c*); (2.13)

ở đây: mv mô đun nén thể tích

Tỷ lệ giảm độ lún còn đợc biểu thị nh là hàm của tỷ diện tích thay thế as, góc

ma sát trong của vật liệu rời s, hệ số tập trung ứng suất

2.2.7 Tốc độ lún do cố kết ban đầu

Những nghiên cứu ở trên đã cho thấy rằng các cọc vật liệu rời cũng có thể làmnhanh thêm quá trình cố kết giống nh giếng cát tiêu nớc Trong đất dính đợc gia cốbằng vật liệu rời, nớc lỗ rỗng sẽ chuyển động về phía cọc theo một đờng cong là tổhợp của thành phần dòng chảy thẳng đứng và dòng chảy theo hớng bán kính Độ cốkết ban đầu trung bình có thể tính đợc bằng cách coi chúng là hiệu quả riêng rẽ của

Sc(t): Độ lún cố kết ban đầu ở thời điểm t bất kỳ

Scf: Độ lún cố kết ban đầu ở thời điểm cuối cùng

2.2.8 Cờng độ của đất sét tăng do cố kết