Để xử lý nền đất bùn sét yếu phục vụ xây dựng các khu công nghiệp, các cụm cảng, nhà máy… hiện nay tùy theo từng điều kiện cụ thể, có thể sử dụng phương pháp cọc cát, giếng cát hay bấc
Trang 1XỬ LÝ NỀN ĐẤT
Trang 2YẾU-Các khu công nghiệp của Hàn
Quốc như tổ hợp sản xuất thép
Kwangyang, khu công nghiệp
Yeocheon, cảng Busan hay sân bay
Incheon đều nằm ở các cửa sông, nơi
đây người Hàn Quốc đã lấn biển và
xây dựng thành công các công trình
Trong điều kiện đất yếu, họ đã xử lý
nền đất như thế nào? Liệu Việt Nam
có thể học hỏi được gì ở họ trong việc
xử lý nền đất yếu phục vụ xây dựng các
công trình công nghiệp và dân dụng,
đặc biệt là các công trình ven sông,
ven biển trong điều kiện đất yếu Nền
đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long
có chiều dày từ 10 đến 30m, có nơi lên
đến 50m, chủ yếu là đất bùn sét hữu
cơ, bùn á sét hay đất bụi có sức chịu
tải thấp tính nén lún cao, giống như
đặc điểm của nền đất yếu ven biển ở
Hàn Quốc Vì vậy việc phân tích và vận dụng sáng tạo những kinh nghiệm của Hàn Quốc rất cần thiết trong việc
xử lý nền đất yếu ở Việt Nam
KINH NGHIỆM
XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TẠI HÀN QUỐC
Tổ hợp sản xuất thép Kwangyang
n g h i ệ p Kwangyang nằm
ở bờ biển phía nam, cách thủ đô Seoul 300km về phía nam Tổ hợp
công nghiệp này được xây dựng từ năm 1984 đến năm 1990 Nền đất tại khu vực này từ trên xuống gồm 5m đất
Hình 1: Sơ đồ các bước thi công cọc cát
ThS Trần Minh Tùng (*)
K hu vực đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu Long ở Việt Nam
nằm tại hạ lưu các con sông lớn, có đặc điểm địa chất chủ yếu là nền đất yếu với trầm tích trẻ holoxen Nền đất này đòi hỏi phải được xử lý mới
có thể xây dựng công trình Để xử lý nền đất bùn sét yếu phục vụ xây dựng các khu công nghiệp, các cụm cảng, nhà máy… hiện nay tùy theo từng điều kiện
cụ thể, có thể sử dụng phương pháp cọc cát, giếng cát hay bấc thấm kết hợp gia tải trước, đầm chặt bằng tải trọng động, thay thế nền đất, cọc đất trộn xi măng… Việc lựa chọn phương pháp nào để xử lý nền là một bài toán kinh tế
kỹ thuật phức tạp đòi hỏi kinh nghiệm và trình độ chuyên môn cao Sau nhiều năm tìm hiểu và nghiên cứu, nhận thấy điều kiện đất yếu ở Việt Nam và Hàn Quốc có một số điểm tương đồng về các chỉ tiêu cơ lý và điều kiện hình thành, thiết nghĩ kinh nghiệm xử lý nền đất yếu của Hàn Quốc sẽ giúp ích rất nhiều cho chúng ta trong việc chọn lựa phương pháp hiệu quả nhất để xử lý nền đất
KINH NGHIỆM CỦA HÀN QUỐC VÀ
ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM
Trang 3cát mịn, 10-15m đất bùn sét có giới
hạn chảy từ 40 - 80%, giới hạn dẻo từ
20 - 40%, bên dưới lớp đất này là nền
đất cuội sỏi chặt Các kỹ sư Hàn Quốc
đã sử dụng kết hợp giải pháp giếng
cát với đường kính 0.4 đến 0.5m cách
khoảng 1.8 - 2.5m và cọc cát đường
kính 0.7m cách khoảng 2 - 2.5m để
xử lý nền đất Trên tổng diện tích
1,450,000m2 họ đã sử dụng 23,217
cọc cát và 27,224 giếng cát Chính vì
nền đất khu này có lớp đất cuội sỏi ở
độ sâu 15 - 20m nên họ đã thiết kế cọc
cát để truyền tải xuống lớp đất tốt bên
dưới đặc biệt là ở các vị trí có công
trình chịu tải nặng Các vị trí chịu tải
nhẹ hơn thì họ sử dụng giếng cát kết
hợp gia tải để cải tạo nền Trình tự các
bước thi công cọc cát được thể hiện
như ở hình 1
Tải trọng gia tải được sử dụng là cát
đắp với chiều cao đắp từ 1 - 13m, thời
gian gia tải từ 100 - 150 ngày Chính
vì mặt bằng công trình lớn nên họ
đã áp dụng biện pháp thi công kiểu
cuốn chiếu để tiến độ thi công luôn
được đảm bảo Hiệu quả xử lý nền đất
yếu được đo đạc, chứng minh rất tốt
trong thực tế Kết quả quan trắc lún và
thí nghiệm SPT sau 150 ngày được thể
hiện như trên hình 2 và hình 3 Độ lún
do gia tải trước đạt được khoảng 1.5m
và sức chịu tải của nền đất tăng từ 2 - 2.5 lần
Tổ hợp công nghiệp Yeocheon
nghiệp Yeocheon được khởi công xây dựng từ tháng 5 năm
1996 và hoàn thành vào tháng 2 năm 2002
Dự án có tổng diện tích là 8,485,000m2, phần lớn diện tích khu vực này có được là nhờ vào việc lấn biển Vật liệu san lấp là đất cát bụi, vì vậy nền đất sau san lấp rất yếu và cần phải được xử lý bằng hai giai đoạn
Người Hàn Quốc đã sử dụng bấc thấm (PVD) bố trí theo phương ngang
và kỹ thuật HVCT (Horizontal Vacuum Consolidation Technique) để xử lý nền đất san lấp Việc bố trí hệ thống bấc thấm và bơm hút chân không được thể hiện như trên hình 4 Hệ thống máy bơm tạo áp suất chân không được vận hành để bơm hút nước trong đất cho tới khi nền đất đạt được độ ẩm xấp xỉ 70% Sau khi xử lý sơ bộ, nền đất
đã có thể chịu được tải trọng cho các máy móc thiết bị tiếp tục xử lý nền đất bằng hệ thống cọc đất trộn xi măng đối với khu vực chịu tải trọng lớn và kết hợp với vải địa kỹ thuật đối với các vị trí chịu tải trọng nhỏ
Cảng Busan Cảng Busan nằm ở cửa sông Nakdong Để xây dựng cảng này người Hàn Quốc đã lấn biển bằng cách xây dựng hệ thống đê bao, sau
đó cho bơm đất cát bụi lẫn sét lấp đầy Chiều sâu trung bình của mực nước biển từ 10 - 20m, lớp đất sau san lấp
có độ ẩm 67.2%, dung trọng 1.6T/m3,
hệ số rỗng 1.78 và chỉ số nén 0.66 Bên dưới lớp san lấp là lớp đất sét biển rất yếu, có chiều dày từ 20 - 70m Để xử lý nền đất yếu này người ta đã sử dụng kết hợp giải pháp cố kết nền đất yếu dùng bấc thấm PVD đối với khu vực bãi container Việc sử dụng bấc thấm
đã làm tăng nhanh thời gian cố kết
và từ đó làm tăng sức chịu tải của nền đất Tuy nhiên, điểm đặc biệt của dự
án này là người ta đã xử lý nền đất sét yếu ở đáy biển trước khi cho san lấp khu vực Nền đất ở đáy biển được xử lý bằng cách dùng hệ thống cọc cát lèn chặt (SCP) có đường kính khoảng 2m
và tỷ số diện tích thay thế khoảng 0.7 - 0.8 Kỹ thuật này được học hỏi từ Nhật Bản và áp dụng tại Hàn Quốc kể từ năm 1998 Hệ thống thiết bị thi công cọc cát được đặt trên tàu và có thể thi công ở khu vực đáy biển có độ sâu lên đến 30m Một điểm mới nữa của dự án này là ở các khu vực nền đất quá yếu, không thể thi công bấc thấm, người ta
Hình 2: Kết quả quan trắc lún sau 150 ngày
gia tải Hình 3: Kết quả thí nghiệm SPT trước và sau gia tải
Hình 4: Bố trí hệ thống HVCT
Hình 5: Các bước thi công cọc cát bọc vải địa kỹ thuật
Trang 4đã sử dụng hệ thống cọc cát bọc vải
địa kỹ thuật tiết diện nhỏ, đường kính
cọc cát chỉ khoảng 12cm Quy trình thi
công loại cọc cát này được thể hiện
trên hình 5, với thiết bị thi công hiện
tại, họ có thể thi công được cọc cát
đến độ sâu 45m
Sân bay Incheon
Sân bay Incheon cũng là một ví dụ
điển hình về việc lấn biển và xử lý nền
đất yếu Để xử lý nền đất sét yếu ở
đáy biển, có ba kỹ thuật được đưa ra
khảo sát: hệ thống thoát nước thẳng
đứng dùng PVD, cọc cát nén chặt và
giếng cát kết hợp với gia tải trước Sau
khi thử nghiệm ba phương pháp trên,
người ta nhận thấy hiệu quả xử lý nền
đất là tương đương nhau nhưng nếu
so sánh về giá thành thì sử dụng PVD
là hiệu quả nhất Kết quả quan trắc lún
đối với 3 phương pháp trên được thể
hiện ở hình 6 Ngoài những phương
pháp trên, ở những vị trí chịu tải trọng
lớn người ta đặc biệt sử dụng phương
pháp đầm chặt dưới sâu và đầm chặt
trên cạn Phương pháp đầm dưới sâu
thi công phức tạp nhưng hiệu quả
không cao lắm Do vậy, cuối cùng họ
đã chọn lựa phương pháp đầm chặt
trên cạn dùng thiết bị đầm thủy lực
Phương pháp đầm chặt trên cạn dùng
thiết bị thủy lực trong việc cải tạo nền
đất có kết quả thực nghiệm rất tốt
ÁP DỤNG KINH NGHIỆM XỬ LÝ
NỀN ĐẤT YẾU CỦA HÀN QUỐC
TẠI VIỆT NAM
Tại Việt Nam những năm gần đây,
với việc nhiều khu công nghiệp được
xây dựng trên vùng đất yếu chúng
ta cũng đã tiếp cận và học tập được
nhiều kinh nghiệm trước đây từ Nhật
Bản và hiện nay là từ Hàn Quốc trong
việc xử lý nền đất yếu Các kỹ thuật
như sử dụng cọc đất trộn xi măng, cọc cát, giếng cát, bấc thấm… cũng đã bước đầu được áp dụng tại Việt Nam
để xử lý nền đất yếu Các giải pháp được ứng dụng thành công của một
số dự án, công trình lớn trong những năm qua như sân bay Trà Nóc, khu công nghiệp Hiệp Phước, khu công nghiệp Nhơn Trạch, đường cao tốc
Hà Nội - Hải Phòng… Tại khu công nghiệp Nhơn Trạch, nền đất đã được
xử lý bằng hệ thống bấc thấm kết hợp với cọc cát tại các vị trí chịu tải trọng lớn Chiều dài của cọc cát và bấc thấm
từ 12 - 15m, sơ đồ bố trí hệ thống bấc thấm và gia tải trước được thể hiện như trên hình 7, kết quả quan trắc sau 6 tháng gia tải bằng đất đắp kết hợp bơm hút chân không nền đất đạt được độ cố kết trên 90% và độ lún tiền
cố kết đo được từ 1.5 - 1.6m
KẾT LUẬN
• Việc lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý để xử lý nền đất yếu phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm địa chất của nền đất,
vật liệu địa phương, thiết
bị thi công
và đặc điểm tải trọng của công trình
Kinh nghiệm xây dựng của rất nhiều công trình tại Hàn Quốc và bước đầu tại Việt Nam cho thấy, phương pháp
cố kết nền đất
sử dụng PVD kết hợp gia tải
trước bằng đất đắp và bơm hút chân không là phương pháp thường được chọn lựa nhất vì giá thành thấp, hiệu quả kỹ thuật và độ ổn định có thể kiểm soát được
• Trong trường hợp nền đất yếu có chiều dày không lớn (khoảng 10-20m), phương pháp cọc đất trộn vôi xi măng, cọc cát cũng tỏ ra hiệu quả Nếu nền đất có tính thấm nước tốt thì phương pháp đầm chặt trên mặt dùng thiết bị thủy lực thường được lựa chọn hơn
• Nếu sử dụng bấc thấm PVD
để cải tạo nền đất yếu thì bấc thấm loại
A và B là hai loại bấc thấm có cho hiệu quả tốt nhất cả về kinh tế và kỹ thuật
(*) Giảng viên Khoa Kỹ thuật công trình
– Trường ĐH Tôn Đức Thắng TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bergado D.T Những biện pháp mới cải tạo đất yếu, NXB GIÁO DỤC 1995
Trần Quang Hộ, Công trình trên nền đất yếu, NXB Đại học Quốc Gia Tp HCM 2008 Eun Chul Shin, Soft soil improvement Techniques in Korea, University of Incheon, 2009 Hình 7: Sơ đồ bố trí bấc thấm tại khu công nghiệp Nhơn Trạch
Hình 8: Thi công bấc thấm tại đường cao tốc Hà Nội-Hải Phòng Hình 6: Kết quả quan trắc lún