Nghiên cứu đề xuất các biện pháp đảm bảo ổn định nền đường cho các tuyến đường kết nối giữa đường cao tốc Cầu Giẽ Ninh Bình với Quốc lộ 1

Theo hồ sơ khảo sát địa chất công trình của dự án cao tốc Ninh Bình – ThanhHoá đoạn 1 Km260+000 đến Km279+423.00, nhìn chung đất yếu phân bố trêntoàn tuyến chiều dày thay đổi khá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

********

HOÀNG ANH VIỆT

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG CHO

CÁC TUYẾN ĐƯỜNG KẾT NỐI GIỮA

ĐƯỜNG CAO TỐC CẦU GIẼ - NINH BÌNH

VỚI QUỐC LỘ 1CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

hướng dẫn giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn tới những người thân, bạn bè đã luôn luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, Tháng 10 năm 2016

Học viên

Hoàng Anh Việt

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1 Mở đầu 4

1.2 Khái niệm và các đặc trưng cơ lý của đất yếu 5

1.2.1 Phân biệt nền đất yếu 5

1.2.2 Phân loại đất yếu 6

1.3 Các giải pháp xử lý nền đất yếu đang được áp dụng hiện nay 9

1.3.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý nền đất yếu 11

1.3.2 Các yêu cầu thiết kế nền đường đắp trên đất yếu 11

1.3.3 Các phương pháp xử lý nền đất yếu hiện nay 14

1.4 Kết luận chương 1 36

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG TUYẾN ĐƯỜNG KẾT NỐI ĐƯỜNG CAO TỐC CẦU GIẼ - NINH BÌNH VỚI QUỐC LỘ 1 37

2.1 Khái quát chung về dự án 37

2.1.1 Tổng quan 37

2.1.2 Tiến trình thực hiện dự án 37

2.1.3 Phạm vi nghiên cứu của dự án 38

2.2 Hiện trạng giao thông vận tải khu vực tuyến đi qua 39

2.2.1 Tỉnh Ninh Bình 40

2.2.2 Tỉnh Nam Định 43

2.2.3 Quy hoạch các tuyến đường bộ trong phạm vi Ninh Bình và Nam Định .44

2.2.4 Dự báo nhu cầu vận tải khu vực tuyến đi qua 44

2.3 Đặc điểm tự nhiên khu vực dự án đi qua 48

2.3.1 Vị trí địa lý 48

2.3.2 Điều kiện tự nhiên 48

2.3.3 Điều kiện địa chất công trình 50

3.1 Các thông số địa chất của dự án 60

3.1.1 Điều kiện địa chất công trình 60

3.1.2 Lựa chọn các chỉ tiêu phục vụ tính toán 75

3.2 Các giải pháp xử lý và lựa chọn phương án thiết kế nền đất yếu áp dụng cho dự án 81

3.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán xử lý nền đất yếu 81

3.2.2 Các vấn đề về địa chất và kết quả tính toán ổn định nền đường dự án khi chưa có biện pháp xử lý 90

3.2.3 Các biện pháp xử lý nền đất yếu có thể áp dụng cho dự án 91

3.2.4 Luận chứng đề xuất giải pháp xử lý đất yếu cho dự án 101

3.3 Kết luận chương 3 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Bảng 2.1 Nhu cầu vận tải đi tuyến nối cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình và QL.1

46

Bảng 2.2 Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật 54

Bảng 3.1 Đặc trưng cơ lý của lớp 2a 61

Bảng 3.2 Đặc trưng cơ lý của lớp 3a 62

Bảng 3.3 Đặc trưng cơ lý của lớp 3 63

Bảng 3.4 Đặc trưng cơ lý của lớp 4 64

Bảng 3.5 Đặc trưng cơ lý của lớp 5 66

Bảng 3.6 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đưa vào tính toán 75

Bảng 3.7 Kết quả kiểm toán trượt và tính lún trước khi có biện pháp xử lý 90

Bảng 3.8 Các phương pháp xử lý đất yếu có thể áp dụng cho dự án 97

Bảng 3.9 So sánh ưu nhược điểm của giải pháp bấc thấm so với giếng cát 100 Bảng 3.10 Tổng thể chi phí xây dựng khi lựa chọn các giải pháp xử lý 101

Bảng 3.11 Nội dung xử lý đất yếu cho dự án 103

Bảng 3.12 Tiến trình đắp nền đường xử lý đất yếu 103

Bảng 3.13 Bảng kết quả xử lý nền đất yếu 104

Hình 1.7a Sơ đồ đào thay đất yếu một phần 23

Hình 1.7b Sơ đồ đào thay đất yếu một phần kết hợp với đóng cọc tre 24

Hình 1.8 Bệ phản áp để gia tăng độ ổn định mái dốc 25

Hình 1.9 Các ứng dụng của cọc cát đầm chặt 26

Hình 1.10 Phương pháp thi công cọc cát đầm chặt (SCP) 27

Hình 1.11 Thiết bị thi công cọc cát đầm chặt SCP 28

Hình 1.12 Mô hình xử lý nền bằng cọc xi măng đất 30

Hình 1.13 Sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật gia cường lớp nền đắp 32

Hình 1.14 Hệ số ổn định tổng thể tăng khi có giải pháp VĐKT gia cường 34

Hình 1.15 Giải pháp sàn giảm tải bê tông cốt thép 35

Hình 2.1 Hướng tuyến của dự án 39

Hình 2.2a Mạng lưới đường trong khu vực nghiên cứu 2016 47

Hình 2.2b Mạng lưới đường trong khu vực nghiên cứu 2020 47

Hình 2.3 Trắc dọc phân đoạn địa tầng tuyến đi qua 51

Hình 2.4 Mặt cát ngang điển hình đoạn Km0+000 - Km0+899,04 (≡ Km0+000) 52

Hình 2.5 Mặt cát ngang điển hình đoạn Km0+000 - Km5+450 (sau cầu Cao Bồ) 52

Hình 2.6 Mặt cát ngang điển hình đoạn Km0+000 - Km5+450 (sau cầu Cao Bồ) 53

Hình 2.8 Trắc dọc địa chất đoạn Km 2+000 -:- Km 2+ 260.00 57

Hình 2.9 Trắc dọc địa chất đoạn Km 2+760.00 -:- Km 3+ 000.00 58

Hình 3.1a Bình đồ lỗ khoan địa chất đoạn Km 2+000 -:- Km 2+ 260.00 69

Hình 3.1b Trắc dọc địa chất đoạn Km 2+000 -:- Km 2+ 260.00 70

Hình 3.1c Bình đồ địa chất đoạn Km 2+60.00 -:- Km 2+ 500.00 71

Hình 3.1d Trắc dọc địa chất đoạn Km 2+60.00 -:- Km 2+ 500.00 72

Hình 3.2a Bình đồ địa chất đoạn Km 2+760.00 -:- Km 3+ 000.00 73

Hình 3.2b Trắc dọc địa chất đoạn Km 2+760.00 -:- Km 3+ 000.00 74

Hình 3.3 Trọng lượng thể tích tự nhiên theo chiều sâu 76

Hình 3.4 Sức kháng cắt không cố kết không thoát nước theo chiều sâu 77

Hình 3.5 Áp lực tiền cố kết theo chiều sâu của các lớp đất so với áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất gây ra 78

Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ e - P trong thí nghiệm nén cố kết lớp 3 79

Hình 3.7 Biểu đồ quan hệ e - P trong thí nghiệm nén cố kết lớp 4 79

Hình 3.8 Biểu đồ quan hệ e - P trong thí nghiệm nén cố kết lớp 2a 80

Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ e - P trong thí nghiệm nén cố kết lớp 3a 80

Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ e - P trong thí nghiệm nén cố kết lớp 81

Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ Cc theo eo, Wn và WL 81

Hình 3.12a Mô hình kiểm toán ổn định trượt 88

Hình 3.12b Mô hình kiểm toán trượt sử dụng VĐKT gia cường 88

Hình 3.13a Sơ đồ xếp xe xác định hoạt tải tác dụng nền đường 89

Hình 3.13b Lựa chọn kích thước loại xe tải trọng trục H30 90

Hình 3.13c Giá trị tải trọng và phân bổ 90

Hình 3.14 Tiêu chuẩn thiết kế nền đường đắp của dự án 91

Hình 3.15 Lưu đồ thiết kế cải tạo đất cho dự án có thể áp dụng 92

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trước đây người ta thường xây dựng nền đắp đi qua các vùng đất có địa chấttốt để giảm bớt những vấn đề kỹ thuật phải xử lý và hạ giá thành xây dựng Tuynhiên sự nghiệp xây dựng và phát triển KT-XH hiện nay đã đặt ra việc chinh phục

và sử dụng các vùng đất yếu mà trước hết là việc xây dựng mạng lưới các tuyếnđường giao thông, cầu cống…trên nền đất yếu Những vấn đề liên quan đến sự ổnđịnh của nền đắp là những điều cần được quan tâm trước tiên Do thiếu sót các côngtác khảo sát thiết kế hoặc thi công mà nền đường thường bị hư hỏng vì mất ổn địnhtrong và sau khi xây dựng công trình Hiện tượng trượt của đoạn nền đường sắt đắpđắp trên nền bùn sét phía bắc cầu Hàm Rồng, hiện tượng trượt sâu làm biến mất cảđoạn đường dài gần 1 km trên QL 18A gần Cái Dăm (Quảng Ninh) trước đây, mớiđây nhất là hiện tượng mất ổn định tổng thể nền mặt đường trên tuyến đường caotốc Hà Nội – Lào Cai mà nguyên nhân ban đầu xác định là đoạn tuyến đi qua khuvực có địa chất mềm yếu…là những điển hình để rút kinh nghiệm Việc xử lý hậuquả do những hư hỏng nền đắp mất ổn định thường rất phức tạp và tốn kém, chưatính những hư hỏng này còn có thể gây ra những tai họa đáng tiếc Ta thường gặpcác vấn đề liên quan đến lún (với các mức độ khác nhau) cho tất cả các nền đắp xâydựng trên nền đất yếu, do ứng suất của nền đắp tác dụng lên đất yếu đủ để gây rabiến dạng lớn Cho nên trong xây dựng cầu đường cần đặc biệt chú ý đến vấn đề lún(đặc biệt là những đoạn chuyển tiếp từ đường vào cầu), vì đây là nguyên nhân làmcho nhiều công trình cầu đường bị hư hỏng phải xử lý rất tốn kém hoặc nhiều khikhông xử lý được Hiện tượng lún kéo dài của nền đường đoạn cao tốc Cầu Giẽ -Ninh Bình, đoạn Cái Bè – Cai Lậy (Tiền Giang) trên Ql1A…làm hư hỏng rất nhanhhàng vạn m2 mặt đường xây dựng trên đó

Dự án đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình hiện nay đã thi công xong giaiđoạn I (với quy mô mặt 4 làn xe) đến nút giao Cao Bồ trên QL.10 và đã được đưavào sử dụng Bên cạnh đó việc nâng cấp, mở rộng Quốc lộ 1 đoạn qua Ninh Bìnhđang triển khai thi công; đoạn qua Thanh Hóa hoàn thành trước tết Nguyên Đán

2013 Nhằm tránh ách tắc giao thông cho khu vực trung tâm thành phố Ninh Bình,ngày 09/01/2012 Bộ Giao thông vận tải đã có Quyết định số 63/QĐ-BGTVT phê

nối giao thông các tỉnh phía Bắc với các khu kinh tế, các tỉnh, thành phố phía Nam.Tuyến có ảnh hưởng trực tiếp đến 2 tỉnh: Nam Định và Ninh Bình, khu vực hấp dẫntrực tiếp là 2 tỉnh nêu trên và gián tiếp là các tỉnh thành phía bắc và các tỉnh thành

từ Thanh Hoá trở vào

Theo hồ sơ khảo sát địa chất công trình của dự án cao tốc Ninh Bình – ThanhHoá (đoạn 1 Km260+000 đến Km279+423.00), nhìn chung đất yếu phân bố trêntoàn tuyến chiều dày thay đổi khá mạnh từ 15m đến 33m, trong khi đó tuyến đườngthiết kế là loại đường ô tô cấp cao tốc độ tối thiểu cho phép ≥ 80 Km/h và có chiềucao đắp thiết kế cao thay đổi từ 3 – 8.3m do vậy nền đường rất dễ mất ổn định tổngthể cũng như không đạt yêu cầu về độ lún dư cho phép còn lại tại trục tim của nềnđường sau khi hoàn thành công trình Xuất phát từ thực tế đó để giải quyết được vấn

đề khó khăn khi xây dựng nền đường trên tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu đề

xuất các biện pháp đảm bảo ổn định nền đường cho các tuyến đường kết nối giữa đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình với Quốc lộ 1” để qua đó lựa chọn được

biện pháp xử lý ổn định nền đường tối ưu đảm bảo tiến độ và chất lượng cho dự án

2 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu các giải pháp xử lý ổn định nền đường hiện nay trong xây dựngcông trình giao thông đang áp dụng

3 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các giải pháp xử lý ổn định nền đường trong xây dựng công trìnhgiao thông hiện nay để áp dụng cho các tuyến đường kết giữa nối giữa đường caotốc Cầu Giẽ - Ninh Bình với Quốc lộ 1

4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đất yếu và các biện pháp xử lý nền đắp trên đất yếu

Hiện trạng đất yếu trên tuyến nghiên cứu và lựa chọn giải pháp xử lý thíchhợp cho tuyến

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết tính toán về xử lý ổn định nền đường phổ biến hiện nay

để áp dụng vào dự án, bên cạnh đó kết hợp với việc thu thập xử lý số liệu quan trắchiện trường để so sánh đối chiếu và kết luận

6 Kết cấu của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn kết cấugồm 3 chương

Chương 1: Tổng quan về đất yếu và các biện pháp xử lý nền đất yếu.

Chương 2: Hiện trạng tuyến đường kết nối đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh

Bình với Quốc lộ 1.

Chương 3: Lựa chọn giải pháp xử lý ổn định nền đường cho dự án thành phần

ĐTXD các tuyến đường kết nối giữa đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình với Quốc lộ 1.

Trước đây người ta thường xây dựng nền đắp đi qua các vùng đất có địa chấttốt để giảm bớt những vấn đề kỹ thuật phải xử lý và hạ giá thành xây dựng Tuynhiên sự nghiệp xây dựng và phát triển KT-XH hiện nay đã đặt ra việc chinh phục

và sử dụng các vùng đất yếu mà trước hết là việc xây dựng mạng lưới các tuyếnđường giao thông, cầu cống…trên nền đất yếu Những vấn đề liên quan đến sự ổnđịnh của nền đắp là những điều cần được quan tâm trước tiên Do thiếu sót các côngtác khảo sát thiết kế hoặc thi công mà nền đường thường bị hư hỏng vì mất ổn địnhtrong và sau khi xây dựng công trình Hiện tượng trượt của đoạn nền đường sắt đắpđắp trên nền bùn sét phía bắc cầu Hàm Rồng, hiện tượng trượt sâu làm biến mất cảđoạn đường dài gần 1 km trên QL 18A gần Cái Dăm (Quảng Ninh) trước đây, mớiđây nhất là hiện tượng mất ổn định tổng thể nền mặt đường trên tuyến đường caotốc Hà Nội – Lào Cai mà nguyên nhân ban đầu xác định là đoạn tuyến đi qua khuvực có địa chất mềm yếu…là những điển hình để rút kinh nghiệm Việc xử lý hậuquả do những hư hỏng nền đắp mất ổn định thường rất phức tạp và tốn kém, chưatính những hư hỏng này còn có thể gây ra những tai họa đáng tiếc Ta thường gặpcác vấn đề liên quan đến lún (với các mức độ khác nhau) cho tất cả các nền đắp xâydựng trên nền đất yếu, do ứng suất của nền đắp tác dụng lên đất yếu đủ để gây rabiến dạng lớn Cho nên trong xây dựng cầu đường cần đặc biệt chú ý đến vấn đề lún(đặc biệt là những đoạn chuyển tiếp từ đường vào cầu), vì đây là nguyên nhân làmcho nhiều công trình cầu đường bị hư hỏng phải xử lý rất tốn kém hoặc nhiều khikhông xử lý được Hiện tượng lún kéo dài của nền đường đoạn cao tốc Cầu Giẽ -Ninh Bình, đoạn Cái Bè – Cai Lậy (Tiền Giang) trên Ql 1A…làm hư hỏng rấtnhanh hàng vạn m2 mặt đường xây dựng trên đó

1.2 Khái niệm và các đặc trưng cơ lý của đất yếu

Khái niệm về đất yếu hiện vẫn còn nhiều ý kiến chưa thống nhất Theo quanđiểm xây dựng, đất yếu được xem xét trong mối quan hệ tương tác với công trình,tùy thuộc vào tải trọng của công trình truyền xuống nền Nếu tải trọng công trìnhtruyền xuống nền lớn hơn sức chịu tải của nền thì nền đất được coi là không đủ sứcchịu tải Vì vậy người ta dựa vào các giá trị sức chịu tải quy ước và mô đun tổngbiến dạng của nền để phân biệt nền đất yếu Theo quan điểm của địa chất côngtrình, đất yếu là loại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt, có khả năngchịu tải thấp và biết dạng lớn Đất yếu rất dễ nhạy cảm khi chịu tải động, cũng nhưvới sự thay đổi môi trường địa chất

Theo các tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245-2000, 22TCN262-2000, tham khảocác tiêu chuẩn phân loại đất ASTM, BS, phân loại trạng thái đất của Terzaghi vàPeck, phân loại của F.P Xavarenbsky, N.V Kolomensky, V.Đ Loomtađze … thì cóthể thấy đất yếu có những đặc điểm sau:

Sức chịu tải quy ước thường nhỏ, Ro < 1,0 daN/cm2, mô đun tổng biến dạng

E0 < 50daN/cm2

.

Đất thường xốp có hệ số rỗng lớn (e> 1.0) ở trạng thái dẻo chảy(Is > 0,75),sức chống cắt thấp (Cu < 0,15 daN/cm2, sức kháng xuyên đơn vị qc <10 daN/cm2, giátrị xuyên tiêu chuẩn Nspt < 5) thường chứa hàm lượng hữu cơ cao và có nguồn gốc

hồ đầm lầy

Đất thường là các loại trầm tích trẻ chưa được nén chặt và chủ yếu là đất loạisét cố kết thông thường, bão hòa nước, có thể coi là hệ phân tán hai pha (chỉ gồmcác hạt đất và nước chứa trong lỗ rỗng)

Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng

và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình Nghiên cứu

xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độlún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng

1.2.1 Phân biệt nền đất yếu

Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều có cáctiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu

Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúngnhư hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hoà, góc nội masát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt

Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét, đầm lầy hoặc than bùn (phân loại theo

độ sệt)

1.2.2 Phân loại đất yếu

Nói chung các dạng đất yếu thường có những đặc điểm sau:

- Thường là loại đất sét có lẫn hữu cơ hoặc nhiều hoặc ít

- Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ

a) Phân loại theo tuổi, nguồn gốc

Đất yếu được hình thành trong các điều kiện đặc biệt, trong đó yếu tố tuổi,nguồn gốc đóng vai trò quyết định Đất yếu thường là các trầm tích trẻ, nguồn gốc

hồ - đầm lầy ven biển hay được hình thành ở ven sông, cửa sông và tồn tại trongđiều kiện không thoát nước Có thể phân biệt một số loại đất yếu theo tuổi và nguồngốc sau:

Trầm tích sông – biển hỗn hợp thuộc các hệ tầng Vĩnh Phúc (đồng bằng sôngHồng) và Củ Chi (đồng bằng sông Cửu Long): Các trầm tích này có dấu hiệu thựcvật bị phân hủy, than bùn hóa, kiểu đầm lầy ven biển trong quá trình hình thành tamgiác châu tuổi Pleistocene Tùy thuộc vào địa hình, địa mạo cổ mà các trầm tích nàythể hiện ở dạng thấu kính hay lớp ở ven rìa các đồng bằng Thành phần chủ yếu củaloại trầm tích này thường là sét , sét pha màu xám nâu, xám đen chứa ít hữu cơ,trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm.

Trầm tích đầm lầy- sông biển hỗn hợp tuổi Holocene thuộc hệ tang HảiHưng, Thái Bình (đồng bằng sông Hông), Bình Chánh, Cần Giờ (đồng bằng sôngCửu Long) loại trầm tích này có diện phân bố khá rộng rãi ở vùng trung tâm đồngbằng Các trầm tích này chứa tảo nước mặn xen lợ - ngọt, đặc trưng cho kiểu đầmlầy ven biển Thành phần của đất thuộc loại trầm tích này thường là bùn sét, sét phachứa hữu cơ với mức độ phân hủy khác nhau, đôi khi đất ở trạng thái dẻo chảy, dẻomềm tùy theo điều kiện tồn tại

b) Phân loại theo tính chất cơ lý của đất

Phân loại đất theo tuổi, nguồn gốc có ý nghĩa lớn trong việc xác định và dựbáo sự biến đổi các đặc trưng địa chất công trình của đất như: quy luật phân bố, sựbiến đổi thành phần và các tính chất vật lý cơ học của đất theo không gian và theothời gian Việc này đòi hỏi những nghiên cứu sâu rộng Đối với mỗi công trình cáchphân loại này khó có thể áp dụng được.Khi đó, việc phân loại sẽ dựa vào tính chất

cơ lý của đất, chủ yếu dựa vào thành phần và trạng thái như sau:

Các loại đất bùn, bao gồm bùn sét ( nếu chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt Is > 1, hệ sốrỗng eo ≥ 1.5), bùn sét pha (Ip= 7-17, Is >1 , eo ≥1), bùn cát pha (Ip =1-7, Is>1, eo

lượng thể tích tự nhiên, khối lượng riêng, các chỉ tiêu về tính dẻo của đất, và cáctính chất cơ học của đất như tính kháng cắt, tính biến dạng và tính chất tương đốivới nước của đất trong các điều kiện khác nhau.

- Đặc điểm kiến trúc, cấu tạo được thể hiện qua kích thước, hình dạng, đặc điểm

bề mặt của các hạt và sự sắp xếp chúng trong không gian

- Sự thay đổi các tính chất trên trong không gian và theo thời gian dưới tác độngcủa hệ tự nhiên- kỹ thuật

Đặc trưng địa chất công trình của đất được quyết định bởi các yếu tố : tuổi,nguồn gốc, điều kiện tồn tại, kiến tạo Nghiên cứu đặc trưng địa chất công trình củađất có ý nghĩa quan trọng trong khảo sát địa chất công trình, thiết kế và thi công cácloại công trình trên mặt và công trình ngầm

 Đặc điểm phân bố

Các lớp bùn sét chủ yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng Cần Giờ được hìnhthành trong giai đoạn biển tiến mạnh (giai đoạn Holocene giữa, muộn) Vì thế, lớpnày thường phân bố ở các khu vực trung tâm và ven biển của các vùng đồng bằng

Độ sâu phân bố và bề dày tăng dần theo hướng từ trung tâm ra phía biển, từ một vàimét đến 30m Tuy nhiên, do có nguồn gốc hồ- đầm lầy ven biển nên sự phân bố củabùn sét rất phức tạp và biến đổi mạnh

Các loại đất bùn sét pha- cát pha chủ yếu thuộc hệ địa tầng Hải Hưng, TháiBình, Bình chánh được hình thành vào giai đoạn đầu của thời ký biển tiến hoặc ởgiai đoạn biển lấn nhẹ Vì vậy, lớp này thương phân bố dưới lớp bùn sét

Theo hướng dòng chảy, tỉ lệ bùn sét pha, cát pha so với bùn sét giảm Ví dụ ởkhu vực Hà Nội, sự phân bố của bùn sét pha phố biến hơn lớp bùn sét, còn ở Hải

Phòng thì ngược lại

Ở một số khu vực, các lớp đất bùn sét hay bùn sét pha tồn tại trong điều kiện cóthể thoát nước lỗ rỗng nên đã được cố kết một phần và trở thành sét, sét pha cótrạng thái dẻo chảy, đôi chỗ có thể là dẻo mềm Vì vậy, đất sét, sét pha trạng tháidẻo chảy cũng có diện phân bố khá phổ biến ở khu vực trung tâm của vùng đồngbằng với chiều dày và chiều sâu không lớn ( thường <10m)

 Đặc điểm về thành phần

Thành phần khoáng vật : Nhìn chung, theo tài liệu thu thập được thì thành

phần khoáng vật của các loại đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là các khoáng vật sét,kaolinit, hydromica, vật chất hữu cơ, một ít montmorilonit và các mảnh vụn thạchanh, fenpat, các kết hạch sắt

Thành phần hạt: Trầm tích Pleistocene muộn tướng hồ móng ngựa bị đàm lầy

hóa( đất yếu thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc) phân bố ở Yên lạc, Việt Trì, Tiêng Sơn, Sócsơn, Hiệp hòa, Đông Anh, Gia Lâm, Thường Tín, Hoài Đức Hàm lượng các nhómhạt bụi, sét trung bình (<0.05) chiếm tới 65%, hàm lượng nhóm hạt cát chiếm 35%,Tổng hợp các mẫu đất yếu thuộc hệ tầng này ở nội thành Hà Nội cho thấy nhóm hạtcát chỉ còn chiếm 25%, nhóm bụi, sét lên đến 75% Các khu vực còn lại ít gặp đấtyếu của hệ tầng này

Hàm lượng hữu cơ: Như đã nói, phần lớn đất yếu ở Việt Nam có nguồn gốc

hồ - đầm lầy vá sông biển hỗn hợp Vì vậy, trong thành phần của chúng thườngchứa hữu cơ và mức độ phân hủy khác nhau tùy theo nguồn gốc và tuổi

Hàm lượng muối: Đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long thường bị

nhiễm mặt với hàm lượng khác nhau

 Tính chất cơ lý

Một trong những đặc điểm quan trọn của đất yếu là chỉ tiêu tính chất cơ lý Cáctính chất này được quyết định chủ yếu bởi thành phần, trạng thái của đất Vì vậy,khi xem xét đến yếu tố tuổi, nguồn gốc, mà còn phải kể đến trạng thái của đất trongđiều kiện tự nhiên

1.3 Các giải pháp xử lý nền đất yếu đang được áp dụng hiện nay

Như chúng ta đã biết, đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (Ro < 1daN/

cm2), có tính nén và hệ số rỗng lớn (e >1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50daN/

chúng đều có tác dụng thoát nước, tăng nhanh tốc độ cố kết và làm cho đất đượcnén chặt và tăng độ bền của đất, làm giảm độ lún và lún không đều, rút ngắn thờigian thi công, giảm giá thành xây dựng.

Do đất yếu có khả năng chịu tải thấp, mức độ biến dạng lớn nên cần thiết phải

có các biện pháp xử lý trước khi xây dựng công trình bên trên Đối với công trìnhđường và công trình đắp ở Việt Nam hiện nay, các biện pháp xử lý được phân chialàm 2 nhóm chính:

- Các biện pháp gia cường thường được áp dụng như: Vải địa kỹ thuật, lướiđịa kỹ thuật, cọc xi măng đất, cọc cát đầm chặt, cọc ba lát, thay đất Trong trườnghợp này, đất nền và đất trong khối đắp sau khi được gia cường có khả năng chịu tảicao hơn, tính biến dạng giảm, từ đó độ ổn định của công trình được gia tăng và đảmbảo điều kiện làm việc của công trình Trong điều kiện thực tế ở Việt nam, các biệnpháp vải địa kỹ thuật, cọc xi măng đất và cọc cát đầm chặt thường được sử dụngnhiều nhất

- Các biện pháp xử lý thoát nước thẳng đứng thường được áp dụng như giếngcát, bấc thấm kết hợp gia tải trước hoặc bơm hút chân không Trường hợp này, thờigian cố kết được rút ngắn, đất nền nhanh đạt độ lún ổn định để có thể đưa vào sửdụng công trình

Ngoài ra, việc chọn lựa chiều cao đắp hay bố trí kích thước công trình hợp lýcũng có tác dụng làm thay đổi trạng thái ứng suất của đất nền, đảm bảo điều kiệnlàm việc ổn định Các biện pháp thường được sử dụng trong trường hợp này là:Đệm cát, thay đổi taluy, bệ phản áp

1.3.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý nền đất yếu

Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiệnmột số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún,tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất Đốivới công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảmbảo ổn định cho khối đất đắp

Các phương pháp xử lý nền đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện địachất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục Kỹ thuật cải tạo nền đất yếuthuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế

để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại côngtrình khác nhau

Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình xây dựngtrên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của

nó Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo

1.3.2 Các yêu cầu thiết kế nền đường đắp trên đất yếu

1.3.2.1 Yêu cầu về độ lún và tiêu chuẩn tính toán thiết kế

Phải tính toán chính xác độ lún Độ lún tuy tiến chiển chậm hơn những cũngrất bất lợi khi độ lún lớn mà không được xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì

có thể làm biến dạng nền đắp nhiều, không đáp ứng được yêu cầu sử dụng

Ngoài ra khi nền đường lún có thể phát sinh các lực đẩy lớn làm hư hỏng cáckết cấu chôn trong đất ở xung quanh (các mố , trụ cầu, cọc ván)

Yêu cầu phải tính được độ lún tổng cộng kể từ khi bắt đầu đắp nền đường đếnkhi lún kết thúc để xác định chiều cao phòng lún và chiều rộng phải đắp thêm ở haibên đường

Khi tính toán độ lún tổng cộng nói trên thì tải trọng gây lún phải xét đến chỉgồm tải trọng nền đắp thiết kế bao gồm cả phần đắp phản áp (nếu có), không baogồm phần đắp gia tải trước (nếu có) và không xét đến tải trọng xe cộ Tuy nhiênhiện nay ở một số dự án đường cao tốc (Hà Nội – Hải Phòng, Hà Nội – Lào Cai,QL1A) đã và đang có xét đến lún gây ra bởi tải trọng xe cộ

Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng trên vùng đất yếu,phần độ lún cố kết còn lại ∆Sr tại trục tim của nền đường được cho phép như bảng

cầu đường

chui dânsinh

đắp thôngthường

Đường cấp 60 trở xuống và có lớp mặt cấp

Ghi chú bảng 1.1:

- Độ lún của kết cấu áo đường ở đây cũng chính bằng độ lún của nền đường

- Độ lún còn lại này bằng độ lún tổng cộng dự báo được trong thời hạn nêutrên trừ đi độ lún đã xảy ra trong quá trình kể từ khi bắt đầu thi công nền đắp chođến khi làm xong kết cấu áo đường ở trên

- Chiều dài đoạn đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dàimóng mố cầu liền kề Chiều dài đoạn có cống thoát nước hoặc cống chiu qua đường

ở dưới được xác định bằng 3-:-5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng cống chui quađường

- Đối với các đường có tốc độ 40Km/h trở xuống cũng như các đường chỉthiết kế kết cấu áo đường mềm cấp cao A2 hoặc cấp thấp thì không cần đề cập đếnyêu cầu về độ lún cố kết còn lại khi thiết kế (Điều này cho phép vận dụng để thiết

kế kết cấu áo đường theo nguyên tắc phân kỳ đối với các đường cấp III trở xuốngnhằm giảm chi phí xử lý nền đất yếu)

1.3.2.2 Các yêu cầu về ổn định

Nền đắp trên đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị lún trồi và trượt sâu

trong quá trình thi công đắp nền và trong suốt quá trình đưa vào khai thác sử dụngsau đó, tức là phải đảm bảo cho nền đường luôn ổn định.

Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đắp trên nền đất yếu 22TCN 262-2000 quy định:

- Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổđiển với mặt trượt tròn khoét xuống vùng đất yếu thì hệ số ổn định nhỏ nhất Kmin

=1.2 (riêng trường hợp dùng kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở trongphòng thí nghiệm để tính toán thì Kmin=1.1)

- Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn địnhnhỏ nhất Kmin=1.2 ( ứng với giai đoạn thi công) và Kmin=1.4 (ứng với giai đoạn hoànthiện và đưa công trình vào khai thác)

Tốc độ di động ngang không được lớn hơn 5mm/ngày

1.3.2.3 Yêu cầu quan trắc lún

Các yêu cầu chung

Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đắp trên nền đất yếu 22TCN 262-2000 quy định:

- Đối với công trình xây dựng trên đất yếu, trong mọi trường hợp, dù ápdụng giải pháp xử lý nào, dù đã khảo sát tính toán kỹ vẫn phải thiết kế hệ thốngquan trắc lún, chỉ trừ trường hợp áp dụng giải pháp đào vét hết đất yếu hạ đáy nềnđắp đến tận lớp đất không yếu Hệ thống này phải được bố trí theo các quy trình quyphạm hiện hành

- Trong đồ án thiết kế phải quy định chế độ quan trắc lún chặt chẽ:

+ Đo cao độ lúc đặt bàn đo lún và đo lún mỗi ngày một lần trong quá trìnhđắp nền và đắp gia tải trước, nếu đắp làm nhiều đợt thì mỗi đợt đều phải quan trắchàng ngày

+ Khi ngừng đắp và trong 2 tháng sau khi đắp phải quan trắc lún hàng tuần,tiếp đó quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao công trình.Mức độ chính xác phải đến mm

+ Đối với các đoạn nền đắp trên đất yếu có quy mô lớn và quan trọng hoặc

có điều kiện địa chất phức tạp như đoạn có chiều cao đắp lớn, hoặc phân bố các lớpđịa chất không đồng nhất (có lớp vỏ cứng) khiến cho thực tế có những điều kiệnkhác nhiều với các điều kiện dùng trong tính toán ổn định và lún thì nên bố trí thêm

ra biểu đồ lún cố kết Sttheo thời gian t kể từ khi kết thúc quá trình đắp nền và đắpgia tải trước.

Miêu tả quan hệ St= f (t) thực tế quan trắc được một cách gần đúng nhất bằngmột hàm số toán học dạng

Với  và là các hệ số hồi quy từ số liệu quan trắc lún, để làm cơ sở dự báophần độ lún cố kết còn lại

1.3.3 Các phương pháp xử lý nền đất yếu hiện nay

1.3.3.1 Nhận xét chung

Ngành Giao Thông đường bộ của Việt Nam từ những năm cuối thế kỷ XX cónhững tiến bộ vượt bậc về số lượng, chiều dài, cấp các tuyến đường Trong quátrình phát triển, xuất hiện nhiều yêu cầu kỹ thuật; một trong những vấn đề đó là yêucầu xử lý chỗ tiếp giáp giữa cầu và đường, nguyên nhân vì với cầu khi thiết kế cầnyêu cầu đoạn chuyển tiếp từ đường vào cầu có độ lún dư còn lại rất nhỏ (độ lún dưcòn lại ≤10 cm) Trong khi đó đoạn đường tiếp giáp với chúng thường đắp cao, nếunền đất thiên nhiên yếu sẽ dẫn đến có độ lún tổng cộng rất lớn nếu như chưa có giảipháp xử lý, do vậy tạo nên chênh lệch cao độ đột ngột giữa đường và công trìnhcầu; mặt khác đắp cao và đắp nhanh cũng gây mất ổn định gây trượt ngang mố trụcầu

Việc xử lý nền đường đoạn đầu cầu, để khắc phục độ lún chênh lệch, trongcác dự án giao thông ở Việt Nam ngày càng được quan tâm do các nguyên nhân:

- Các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ ngày càng được nâng cấp với tốc độ thiết

kế cao hầu hết đều đạt ≥ 60Km/h (phổ biến là 80Km/h), các trục đường cao tốc đạt

≥ 100 km/h Do vậy yêu cầu êm thuận rất quan trọng.

- Các khu kinh tế và các đô thị lớn của Việt Nam chủ yếu tập trung tại cácvùng đồng bằng, ven biển, trong đó đó quan trọng nhất là vùng đồng bằng châu thổsông Cửu Long (miền Nam) và châu thổ sông Hồng (miền Bắc), và mật độ đườnggiao thông, cầu cống lớn tại đây cũng rất cao Trong khi đó địa chất các khu vựcnày chủ yếu là bồi tích từ các con sông nên thường có nhiều lớp đất yếu, có khu vựcphía cực nam ven biển ở độ sâu 80m trị số SPT vẫn <10

- Thời gian thi công các dự án thường yêu cầu ngắn trong 1-2 năm, do vậynếu không xử lý độ lún dư còn rất lớn (trước những năm 1990, thường thời gian thicông kéo dài, nên sự chênh lệch lún xảy ra chậm) hoặc xảy ra mất ổn định (trượt sâuhay trượt phẳng khi đang thi công hay khi khai thác)

Do vậy với tất cả các dự án giao thông hiện nay, vấn đề xử lý nền đất yếuđều phải được đặt ra, đặc biệt tại đoạn đường vào công trình cầu

Trong phần này sẽ đề cập đến các giải pháp xử ổn định nền đường đầu cầu

đã sử dụng tại Việt Nam, phạm vi sử dụng, ưu nhược điểm của từng giải pháp

1.3.3.2 Các giải pháp gia tăng độ cố kết

a) Gia tải trước

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử

lý nền đất yếu Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùnggiếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền chophép Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trongtương lai Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đấtđắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra Phương pháp giatải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhiThuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trìnhtại phía Nam

Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nềnmột cách chi tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phươngpháp thông thường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồngthời khoan lấy mẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn,

Hình 1.1 Phương pháp gia tải trước (Preloading)

b) Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước (PVD)

Biện pháp này chủ yếu áp dụng cho các nền đất loại sét yếu có hệ số thấmnhỏ Những nền đất như vậy thì quá trình cố kết cần rất nhiều thời gian

Bản chất của phương pháp là dùng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợpvới tải trọng ngoài làm cho nước lỗ rỗng trong nền đất thoát ra theo phương ngang

về phía các thiết bị tiêu nước, sau đó chảy tự do hướng ra ngoài Quá trình này làmcho chiều dài đường thấm được rút ngắn và giảm thời gian hoàn toàn cố kết

Biện pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay là dùng bấc thấm để gia cố nềnđất yếu trong xây dựng công trình giao thông, xây dựng dân dụng như nhiều đoạnquốc lộ 1A đã sử dụng bấc thấm và cho hiệu quả rất cao Tuy nhiên, việc sử dụngcác thiết bị tiêu nước thẳng đứng cũng có những ưu nhược điểm riêng

Đối với nền đất xử lý bằng bấc thấm cũng cho hiệu quả rất cao Khi xây dựngcông trình trên nền đất yếu thì quá trình cố kết sẽ diễn ra trong thời gian dài Khi sửdụng bấc thấm thì quá trình cố kết sẽ diễn ra rất nhanh, đồng thời nó sẽ làm cho độbền chống cắt của đất tăng lên Khi sử dụng bấc thấm kết hơp với vải địa kỹ thuật

và gia tải trước thì sẽ làm cho nền đất giảm hiện tượng lún không đều, đồng thờiđảm bảo cho quá trình lún kết thúc gần hết trong giai đoạn thi công

Sử dụng bấc thấm có rất nhiều ưu điểm như tốc độ thi công nhanh, khả năngthấm nước cao, chiều sâu cắm lớn và có thể dễ dàng kiểm tra chất lượng, vậnchuyển dễ dàng.

có khả năng chịu kéo Lớp vải địa kỹ thuật được bọc nhằm tác dụng để ngăn khôngcho các hạt đất trôi theo dòng nước

- Ưu nhược điểm:

Thi công nhanh

Thoát nước tốt, không bị tắc đường ống

Tốn vật liệu, không vận dụng được vật liệu địa phương

Hình 1.2 Phương pháp bấc thẩm( PVD)

Hình 1.3a Sơ đồ bố trí bấc thấm mạng lưới hình hoa mai

Hình 1.3b Sơ đồ bố trí bấc thấmmạng lưới ô vuông

- Tính toán: Có khá nhiều phương pháp tính toán khác nhau cho bài toán dự báo độ

lún của nền đất yếu xử lý bấc thấm kết hợp gia tải trước Tổng quát lại, các giá trịcần tính toán là:

• Độ lún cố kết cuối cùng (Sc) giá trị độ lún khi mà áp lực nước lỗ rỗngthặng dư trong đất nền bị tiêu tán hoàn toàn

• Độ lún theo thời gian (St )

S t = U t * S c

Với:

Ut : Độ cố kết theo thờ i gian, thường được tính theo công thức:

U t = 1-(1-U v )*(1- U h )

Trong đó:

Uv:Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương đứng

Uh:Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương ngang

c) Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước (SD)

Nguyên lý và phạm vi sử dụng: Một trong những giải pháp gia cốđất, bằng

cách cho thoát nước thẳng đứng bằng mao dẫn, thông qua các cọc bằng cát trunghoặc thô, D=30-50cm (phổ biến là 40cm) có hệ số thấm lớn với chiều dài có thể tới28-30m, xuyên qua các lớp đất yếu, do tính chất mao dẫn, nước được dẫn theo chiềuthẳng đứng, sau đóđược chảy ngang theo lớp đệm cát đặt trên đỉnh các cọc cát Nếucác cọc cát chủ yếu để thoát nước thẳng đứng thì gọi là giếng cát, nếu có thêm chứcnăng để tăng cường độ của đất, thì gọi là cọc cát (thực ra giếng cát cũng có chứcnăng này nhưng nhỏ) Giải pháp thi công là dùng máy khoan hay ấn các ống théprỗng đến độ sâu cần thiết, sau đó lèn chặt cát hạt thô hay trung bằng rung, khi rútlên đầu của ống mở ra, để lại cát

NÒN §¾P

GiÕng c¸t

Hình 1.4 Sử dụng giếng cát để gia xử lý nền đất yếu

Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm:

+ Sử dụng trong vùng có đất yếu dày, nằm sâu hơn bấc thấm

+ Khả năng chống mất ổn định trượt sâu, cao hơn bấc thấm, vì ngoài tácdụng chính là thoát nước để cố kết đất, còn có tác dụng cải thiện đất ngay trong quátrình thi công giếng cát (lèn đất và thay đất yếu bằng cát trung trong các giếng cát)

- Nhược điểm:

+ Phải có thiết bị thi công, nhất là khi cần cắm giếng cát sâu lớn hơn 20m(khi chiều sâu nhỏ, có thể cải tiến máy thi công từ các máy đào, cần cẩu)

Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu cóhàm lượng hữu cơ không lớn (thường <10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cốkết của đất yếu.

Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước thường có ba bộ phận chính: lớp đệm cát, giếng cát, tải trọng tạm (hình 1.4).

- Lớp đệm cát:

+ Ngoài chức năng phân bố lại ứng suất trong đất nền do ứng suất tập trungvào lớp cát thay thế, lớp đệm cát đóng vai trò như lớp đệm thoát nước Nước lỗrỗng trong đất bị nén ép bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thoát hướng vềgiếng cát, từ các giếng cát nước lỗ rỗng này theo môi trường cát trong giếng (có tínhthấm tốt) thoát về phía đệm cát, đệm cát dẫn nước thoát ngang và tiêu tán ra ngoài

Hình 1.5a Giải pháp xử lý nền đường bằng giếng cát (SD)

- Các thông số của giếng cát:

+ Thường dùng cát hạt thô, hạt trung (có hệ số thấm lớn)

+ Đường kính giếng cát thường sử dụng: 0.3 -:- 0.45 m

+ Chiều sâu giếng cát bố trí hết vùng hoạt động chịu nén của nền.

+ Sơ đồ bố trí giếng cát thường có hai dạng chủ yếu: lưới tam giác và ôvuông

Hình 1.5b Sơ đồ bố trí giếng cát mạng lưới hình vuông và hình hoa mai

- Vật liệu đắp gia tải:

+ Thường dùng cát hoặc đất, nhằm tạo quá trình nén trước nền đất trước khiđặt tải trọng công trình

+ Chiều cao đắp (hay tải trọng công trình) được chọn sao cho đảm bảo điềukiện ổn định của nền đất yếu và khối đắp, phải tạo ra được ứng suất lớn hơn áp lựctiền cố kết của nền đất để nền đất có thể cố kết

Tính toán bằng giải pháp xử lý giếng cát kết hợp với gia tải trước tương tựvới giải pháp bấc thấm

d) Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không

Nguyên lý của phương pháp này là tạo ra một áp suất hút chân không tácđộng trực tiếp vào khối đất làm giảm áp lực nước lỗ rỗng (hút nước ra), dẫn đếntăng ứng suất hữu hiệu trong nền đất trong khi ứng suất tổng không thay đổi, từđólàm tăng quá trình cố kết của nền đất

Theo lý thuyết áp lực của cột khí quyển (xấp xỉ 100KN/m2) thay thế cho vậtliệu gia tải Trong thực tế, giá trị tải trọng có thể đạt được từ bơm hút chân khôngxấp xỉ 80KN/m2

Hiện nay công nghệ này đã và đang được xem là một giải pháp xử lý nềnhiệu quả vàứng dụng ở nhiều dự án lớn tại Việt Nam

Hình 1.6 Mô hình xử lý nền bằng bơm hút chân không

Phạm vi ứng dụng:

Áp dụng hiệu quả cho các công trình trên nền đất yếu và rất yếu:

- Các công trình đường giao thông

- Các công trình công nghiệp, kho tàng, bến bãi

- Công trình lấn biển

- Công trình dân dụng thấp tầng và trên diện rộng

Ưu điểm nổi bật:

- Giảm khối lượng thi công do không cần chất tải

- Giá thành rất hợp lý, đặc biệt khi diện tích xử lý nền lớn

- Rút ngắn thời gian thi công rất nhiều so với giải pháp chất tải truyền thống

- Thân thiện với môi trường

Tuy nhiên, đây là phương pháp xử lý có yêu cầu kỹ thuật thi công phức tạphơn các phương pháp khác, thiết bị thi công chuyên dụng

Trong quá trình thi công bơm hút chân không, nếu không có biện pháp xử lýtốt có khả năng gây nứt, lún các công trình lân cận Nên sử dụng cho công trình cóyêu cầu gấp về tiến độ

1.3.3.3 Các giải pháp cải tạo điều kiện ổn định trượt

a) Đào một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu

Nguyên lý và phạm vi sử dụng: Giải pháp thay đất là đào bỏ lớp đất yếu và

thay bằng đất tốt hay cát (cát hạt thô hay cát hạt mịn) Thường thay đất với chiềusâu 1m-3m Giải pháp thường sử dụng khi lớp đất yếu nằm sát mặt đất thiên nhiên,

không dày và chiều cao đất đắp không lớn (thường từ 1.5-3m) Nếu thay bằng cáttrung và thô sẽ còn tác dụng thoát nước.

Theo các kết quả nghiên cứu thì trong cùng một lớp đất yếu tỉ lệ giảm được

độ lún (trị số giảm lún so với độ lún tổng cộng) sẽ bằng khoảng 1,1 -:- 1,3 lần tỉlệđào thay đất (chiều sâu thay đất so với chiều sâu vùng gây lún) Ngoài ra nhờgiảm chiều dài đường thấm đào thay đất cũng góp phần tăng nhanh độ cố kết từđógiảm thời gian chờ lún

Ưu nhược điểm:

+ Không có tác dụng khi lớp địa chất yếu nằm sâu, hay dày

Dùng cọc tre đóng 25 cọc/m2 cũng là một giải pháp cho phép thay thế việcđào bớt đất yếu trong phạm vi chiều sâu cọc đóng (thường có thể đóng sâu 2 – 2.5m) Tương tự có thể dùng cọc tràm loại có đường kính đầu lớn 12 cm, đầu nhỏ 5cm,đóng sâu 3-5 m với mật độ 16 cọc/m2

Chi tiết giải pháp thay đất một phần thể hiện như hình 1.7a và 1.7b dưới đây:

Hình 1.7a Sơ đồ đào thay đất yếu một phần

Hình 1.7b Sơ đồ đào thay đất yếu một phần kết hợp với đóng cọc tre

b) Tăng chiều rộng nền đường, làm bệ phản áp

Giải pháp này chỉ dùng khi đắp nền đường trực tiếp trên đất yếu với tác dụngtăng mức ổn định chống trượt trồi cho nền đường sang hai bên

Bệ phản áp đóng vai trò như là một đối trọng , tăng ổn định và cho phép đắpnền đường với các chiều cao lớn hơn ,do đó đat được độ lún cuối cùng trong mộtthời gian ngắn hơn

Độ chặt đất đắp bệ phản áp nên đạt K ≥ 0.9 (đầm nén tiêu chuẩn)

Hình 1.8 Bệ phản áp để gia tăng độ ổn định mái dốc

 Ưu nhược điểm

- Ưu điểm: Giải pháp này có tác dụng chống trượt sâu, được dùng phổ biếntrong hầu hết các dự án Giao thông, kết hợp đồng thời với giải pháp khác như thayđất bấc thấm, giếng cát hay dùng tại các đoạn sát đầu cầu hay cống hộp, đắp cao,thi công nhanh Với một số cầu cao, còn phải dùng phản áp đặt trước mố, để chốngtrượt dọc cầu

- Nhược điểm của bệ phản áp: Đó là không giảm được thời gian lún cố kết vàkhông những không giảm được độ lún mà còn tăng thêm độ lún (do thêm tải trọngcủa bệ phản áp ở hai bên) Ngoài ra còn có nhược điểm là khối lượng đắp lớn vàdiện tích chiếm dụng lớn Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu

là than bùn và bùn sét

c) Xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt (SCP)

Thời gian gần đây ở Việt Nam có thêm biện pháp xử lý nền đất yếu cọc cátđầm chặt Phương pháp cọc cát đầm chặt là một phương pháp cải tạo đất yếu đãđược phát triển ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Thái Lan, Việt Nam Phương pháp này sửdụng cách rung hạ ống vách thép vào trong các lớp đất yếu và nhồi cát hoặc các vậtliệu tương tự vào bên trong để tạo ra các cọc cát đầm chặt

Phương pháp cọc cát đầm (SCP) sử dụng tải trọng nén kết hợp rung để xuyênmột ống nhồi cát và đầm chặt vào lớp đất yếu hoặc có kết cấu xốp, rời rạc làm chonền đất được nén chặt, hệ số rỗng giảm, từ đó tăng cường độ và môđun biến dạngcủa đất nền Đồng thời dưới áp lực của tải trọng ngoài, cọc cát làm việc như một

+ Sử dụng trong vùng có đất rất yếu dày, nằm sâu.

+ Tốc độ cố kết thường nhanh hơn giếng cát

+Công nghệ và thiết bị thi công chưa phổ biến tại Việt Nam.

Công nghệ thi công

Cọc cát đầm thường được thi công bằng cách đóng một ống có một cấu tạođặc biệt tại đáy, xuyên qua các lớp rời tới lớp cát chặt hay một lớp sét từ yếu đếnchặt nhờ việc sử dụng một thiết bị rung đặt tại đỉnh của ống vách Trong suốt quátrình đóng hoặc ngay sau khi đóng ống thép, cát được nhồi đầy vào ống thép Cát tựnhiên được làm chặt bằng cách lặp lại sự nâng lên và ấn xuống của việc rung ốngthép Ống vách thép được rút lên khoảng 2-3m nhờ cần trục và được hạ xuống 1-2mnhờ búa rung Hành trình lên và xuống được lặp lại cho đến khi ống thép được rútlên hoàn toàn khỏi mặt đất

Hình 1.10 Phương pháp thi công cọc cát đầm chặt (SCP)

(Theo Aboshi và Suematsu 1985)

Hình 1.11 Thiết bị thi công cọc cát đầm chặt SCP

Một vài dự án ở Việt Nam hiện đã bắt đầu áp dụng biện pháp này như hầmchui vào khu đại học Tây Nam thuộc dự án đầu tư xây dựng mở rộng và hoàn thiệnđường Láng Hòa Lạc và thiết kế xử lý nền đất yếu gói thầu EX1, EX4 (Km33-:-Km48), EX8 (dự án đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng), sau này được áp dụng đạitrà trên nhiều tuyến quốc lộ khác nữa, trong đó có đường Láng - Hoà Lạc (Hà Nội),đường Pháp Vân - Cầu Giẽ, bắt đầu được xem xét áp dụng cho dự án cao tốc HàNội- Lào Cai Việc áp dụng biện pháp này vẫn chưa được đánh giá, tổng kết mộtcách cụ thể vì thời gian áp dụng chưa lâu Biện pháp này vẫn đang trong thời gian

áp dụng thí điểm nên việc đánh giá, tổng kết chưa đầy đủ và cần phải theo dõi vàcần nghiên cứu thêm

d) Xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất(CMD)

Cọc xi măng đất (hay còn gọi là cột xi măng đất, trụ xi măng đất) - (Deepsoil mixing columns, soil mixing pile) Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyêntrạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun Mũikhoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thìquay ngược lại và dịch chuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng đượcphun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đốivới hỗn hợp dạng vữa ướt)

Phạm vi ứng dụng

Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trền nền đất yếu cần phải có cácbiện pháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình, nhất là những khu vực có tầngđất yếu khá dày như vùng Nhà Bè, Bình Chánh, Thanh Đa ở thành phố Hồ ChíMinh và một số tỉnh ởđồng bằng sông Cửu Long

Cọc xi măng đất là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu Cọc ximăng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các côngtrình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chốngthấm cho đêđập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, gia cốđất xung quanhđường hầm, ổn định tường chắn, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mốcầu dẫn

Ưu điểm

So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, công nghệ cọc xi măng đất có ưuđiểm 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 điềukiện hiện trường chật hẹp, trong nhiều trường hợp đãđưa lại hiệu quả kinh tế rõ rệt

so với các giải pháp xử lý khác.(nếu sử dụng phương pháp cọc bê tông ép hoặc cọckhoan nhồi thì rất tốn kém do tầng đất yếu bên trên dày Với 1 trường hợp đã ápdụng với lớp đất dày 30m, thì khi sử dụng phương pháp cọc- đất xi măng tiết kiệmcho mỗi móng xi lô khoảng 600 triệu đồng

Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất là:

- Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi rocao Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủcường độ(Ví dụ tại dự án Sunrise) Tốc độ thi công cọc rất nhanh

- Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng,đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay

- Rất thích hợp cho công tác sử lý nền, sử lý móng cho các công trình ở cáckhu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển

- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước

- Khả năng sử lý sâu (có thể đến 50m)

Hình 1.12 Mô hình xử lý nền bằng cọc xi măng đất

Hiệu quả của việc xử lý nền bằng xi măng hoặc vôi sẽ kém khi độ ẩm vàhàmlượng hữu cơ gia tăng Chỉ số dẻo của đất càng lớn thì khả năng cải tạo nềncàng kém

Cải tạo nền hữu cơ bằng ximăng hiệu quả hơn cải tạo bằng vôi Hiệu quả của

xi măng sẽ giảm dần khi hàm lượng sét và chỉ số dẻo tăng Như vậy, độ linh hoạtcủa sét càng lớn thì cường độ của đất xử lý bằng xi măng càng thấp Đối với đấttrộn xi măng, cường độ phụ thuộc chủ yếu vào sự xi măng hoá trong quá trình thủyhợp

Có hai phương pháp trộn xi măng vào đất khi thi công cọc đất trộn xi măng:

• Phương pháp trộn khô

Trong phương pháp này, bột xi măng được phun vào đất qua các lỗ ở đầuống bằng hệ thống khí nén, sau đó bột xi măng được trộn với đất bằng cách xoayhai cánh gắn đối xứng ở đầu ống Phương pháp này không cần sử dụng nước nênkhông làm tăng lượng nước trong đất, vì thế việc cải tạo nền có hiệu quả hơnphương pháp trộn ướt

• Phương pháp trộn ướt

Trong phương pháp trộn ướt, xi măng được trộn với nước thành một dungdịch lỏng trước khi bơm chúng vào đất qua các lỗởđầu ống với áp lực khoảng20MPa

Phương pháp này có thiết bị thi công gọn nhẹ hơn phương pháp trộn khô.Tuy nhiên, phương pháp này thường cho cọc có tiết diện không đều vì sức chốngcắt của đất thay đổi theo độ sâu trong khi áp lực phun không thay đổi Do đó khi sửdụng phương pháp trộn ướt, cần có thử nghiệm thay đổi áp lực phun phù hợp theođiều kiện địa chất công trình Đến nay, với kinh nghiệm rút ra được từ nhiều côngtrình thực tế trong điều kiện địa chất khu vực, việc điều chỉnh áp lực phun đã cónhiều cải tiến Kết quả kiểm tra tại hiện trường những công trình gần đây cho thấychất lượng của cọc đất trộn xi măngđược cải thiện đáng kể nên các mẫu thử cóthểđạt được cường độ cao Tuy nhiên giá thành xử lý chiếm tỷ trọng đáng kể trongxây dựng nên phương pháp này thường được lựa chọn cho những công trình quantrọng và cần thiết như sân bay, bãi chứa có tải trọng lớn

Tính toán cọc đất xi măng theo nguyên lý cơbản như sau: Khả năng chịu tảicủa cọc xi măng phụthuộc vào sức chống cắt của đất nền ở xung quanh cọc vàsứcchống cắt của bản thân cọc Cơ chế phá hoại của đất nền phụthuộc vào sức khánghông và sức kháng mũi Cơ chế phá hoại của cọc phụ thuộc vào vật liệu bản thâncọc

e) Xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật - lưới địa kỹ thuật

Có nhiều dạng áp dụng vải địa kỹ thuật – lưới địa kỹ thuật để gia cường nềnđất

Dưới đây chúng tôi sơ lược trường hợp sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng mức

độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu

Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa nền đất yếu và nền đắp (hình1.13), ma sátgiữa đất đắp và mặt trên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo ra lực giữ khối trượt F và nhờ đómức độ ổn định của nền đắp trên nền đất yếu tăng lên

(I) - Vùng hoạt động (khối trượt)

(II) - Vùng bị động (vùng vải địa kỹ thuật đóng vai trò neo giữ)

F - lực kéo mà vải phải chịu (T/m)

Y - cánh tay đòn của lực F đối với tâm trượt nguy hiểm nhất (O) Điều kiện cần bảo đảm trong tính toán thiết kế khi sử dụng giải pháp này là:

F ≤ Fcp

V

ớ i:

Fcp - lực kéo cho phép của vải rộng 1m (T/m)

Lực kéo cho phép của vải được xác định theo các điều kiện sau:

Điều kiện bền của vải:

Fcp = (Fmax)/k

Trong đ ó :

Fmax - cường độ chịu đứt của vải khổ 1m

k - hệ số an toàn, lấy k=2 khi vải làm bằng polieste và k =5 khi vải làm bằng polipropilen hoặc poliethilen

Điều kiện về lực ma sát cho phép đối với lớp vải rãi trực tiếp trên đất yếu:

- Tổng lực ma sát trên vải trong phạm vùng hoạt động

- Tổng lực ma sát trên vải trong phạm vùng bị động