Nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho công trình nhà dân dụng 3 đến 5 tầng tại khu lấn biển thị xã rạch giá

Đặc biệt hơn tại khu vực lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang, lớp trầm tích biển vừa mới được hình thành trong vòng vài năm từ khi bắt đầu san lắp thì công tác nghiên cứu đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VƯƠNG MINH HOÀNG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ DÂN DỤNG 3 ĐẾN 5 TẦNG TẠI

KHU LẤN BIỂN THỊ XÃ RẠCH GIÁ

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ SỐ : 31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, 10/2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

° Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS LÊ BÁ VINH

° Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: GS TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

° Cán bộ chấm nhận xét 1:

° Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, ngày ………….tháng ……… năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : VƯƠNG MINH HOÀNG Phái : NAM

Ngày tháng năm sinh : 30/08/1979 Nơi sinh : BẾN TRE

Chuyên ngành : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MSHV : 00903214

I TÊN ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ DÂN DỤNG 3 ĐẾN 5

TẦNG TẠI KHU LẤN BIỂN THỊ XÃ RẠCH GIÁ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1 NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho công trình nhà dân dụng 3 đến 5 tầng tại khu lấn biển Thị xã Rạch Giá

2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:

PHẦN I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp nền móng cho công trình lấn biển khu đô thị mới thị xã

Rạch Giá

PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

Chương 2 Nghiên cứu về đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long và khu lấn biển thị xã Rạch Giá Chương 3 Nghiên cứu giải pháp cấu tạo nền móng hợp lý dưới công trình từ 3 đến 5 tầng trên đất yếu ở khu lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá

Chương 4 Phương pháp tính toán ổn định và biến dạng nền đất yếu được gia cố bằng cọc đất – xi măng Chương 5 Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng về cọc đất – xi măng cho nền đất yếu khu vực lấn biển Thị xã Rạch Giá

Chương 6 Tính toán ứng dụng cho một công trình cụ thể

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Chương 7 Các kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 16/01/2006

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 04/10/2006

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS LÊ BÁ VINH

GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 CHỦ NHIỆM NGÀNH CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS LÊ BÁ VINH GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG TS VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH Ngày……….tháng………… năm 2006

TRƯỞNG KHOA

Tp HCM, ngày tháng năm 2006

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành với sự giúp đỡ và sự hổ trợ to lớn của các giáo

sư, các thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, bằng cả tâm huyết của mình đã truyền đạt, hướng dẫn những kiến thức khoa học, những kinh nghiệm thực tế

Xin chân thành cảm ơn thầy – GS TSKH Lê Bá Lương, TS Lê Bá Vinh đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn Thầy đã hết lòng giúp đỡ, khuyên bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Võ Phán cùng các thầy cô trong Bộ môn Địa cơ – Nền Móng, trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để em có thể thực hiện thí nghiệm trong phòng cũng như sự chia sẽ kinh nghiệm quí báu liên quan đến đề tài nghiên cứu

Em xin cũng chân thành cảm ơn Ban giám đốc Ban quản lý dự án công trình Lấn biển mở rộng thị xã Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang đã hổ trợ các tài liệu cần thiết cũng như giúp đỡ em thực hiện công tác lấy mẫu đất tại hiện trường

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ở các vùng đất yếu khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, sự có mặt của lớp trầm tích dày đã có hàng trăm năm tuổi là lớp sét yếu, dễ lún đã gây ra nhiều sự cố cho các công trình Đặc biệt hơn tại khu vực lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang, lớp trầm tích biển vừa mới được hình thành trong vòng vài năm từ khi bắt đầu san lắp thì công tác nghiên cứu để tìm ra giải pháp nền móng hợp lý cho các công trình trên nền đất yếu đó luôn là một đòi hỏi và thách thức đối với người làm công tác xây dựng

Trong đề tài nghiên cứu, tác giả cố gắng giải quyết 1 phần đòi hỏi trên Nội dung chính của luận văn là:

- Nghiên cứu về đất yếu ở Khu vực lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang để đánh giá tính năng của chúng khi gánh đỡ các công trình trong khu vực, đặc biệt là các công trình dân dụng từ 3 đến 5 tầng

- Nghiên cứu phân tích các lý thuyết tính toán về các biện pháp gia cố nền đất yếu thích hợp cho công trình tại Khu vực lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá nhằm đảm bảo điều kiện an toàn về ổn định và biến dạng cho công trình không bị sụp đổ do nền móng kém bền vững hoặc tính năng sử dụng công trình không bị ảnh hưởng bởi sự lún của nền đất bên dưới móng

- Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng: về giải pháp cọc đất – xi măng cho nền đất yếu tại Khu vực lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá như hàm lượng xi măng hợp lý, ảnh hưởng của hàm lượng muối trong nước biển đến khả năng chịu tải của cọc đất – xi măng

Luận văn bao gồm 3 phần, được chia thành 7 chương, bao gồm 90 trang với phần phụ lục đi kèm

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về giải pháp nền móng cho công trình lấn

biển khu đô thị mới thị xã Rạch Giá

PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

Chương 2: Nghiên cứu về đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long và

khu lấn biển thị xã Rạch Giá

Chương 3: Nghiên cứu giải pháp cấu tạo nền móng hợp lý dưới công trình

từ 3 đến 5 tầng trên đất yếu ở khu lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá

Chương 4: Nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định và biến dạng nền đất

yếu được gia cố bằng cọc đất – xi măng

Chương 5: Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng về cọc đất – xi măng cho

nền đất yếu khu vực lấn biển Thị xã Rạch Giá

Chương 6: Tính toán ứng dụng cho một công trình cụ thể

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

ABSTRACT

In the soft soil area in Mekong Delta, the present of sediment in hundreds of years was made a lot of problems for many construction projects Especial in the Seaside encroach area for expanding Rach Gia town, the sediment layer has just taken form in few years ago, so the studying theories of determining the suitable solution for foundation of the building is challenges facing the Engineers

In the subject studying, the Author tried his best to solve above problem The Objective of th thesis is:

- Studying the soft soil in Seaside encroach area for expanding Rach Gia town to evaluate soil feature when bearing the load from project, especial is the civil project of 3 to 5 floor

- Studying, analysis theories of the determining for suitable solution to improve the soft clay under project in Seaside encroach area for expanding Rach Gia so that they can satisfy with safety condition of stabilization and deformation

in such a way have not been fallen down by the foundations which are not strong enough to bearing the load or settlement problem

- Research the test in laboratory for soil – cement pile in the soft soil foundation in the Seaside encroach area for expanding Rach Gia such as: optimal content of cement, effective of sait content in sea water to bearing capacity of soil – cement pile

The thesis include of 3 parts were devided into 7 chapters which includes 90 pages with appendix attatched

Chapter 1: Overview about suitable foundation solutions for projects in the

Seaside encroach area for expanding Rach Gia

Chapter 2: Research of soft soil in Mekong Delta area and in the Seaside

encroach area for expanding Rach Gia

Chapter 3: Research of foundation structures of the civil project of 3 to 5

floor in the Seaside encroach area for expanding Rach Gia

Chapter 4: Research method of caculating for stability and deformation of

foundation after reinforced by soil – cement method

Chapter 5: Research the test in laboratory for soil – cement pile in the

Seaside encroach area for expanding Rach Gia

Chapter 6: Caculation Applied for actual project

PART III: CONCLUSION AND RECOMMENDATION

Chöông 7: ConclusionS and recommendationS

MỤC LỤC

Trang CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH LẤN BIỂN KHU ĐÔ THỊ MỚI THỊ XÃ RẠCH GIÁ

1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu các giải pháp nền móng cho công trình

1.2 Tổng quan về công trình lấn biển mở rộng thị xã rạch giá 6

1.3 Các nhận xét về xác lập nội dung nghiên cứu đi sâu và phát triển 12

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU Ở KHU LẤN BIỂN THỊ XÃ RẠCH GIÁ

2.2 Cấu tạo địa chất công trình khu vực lấn biển Thị xã Rạch Giá 11

2.2.3 Thống kê các đặc trưng cơ – lý tính toán của các lớp đất theo

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤU TẠO NỀN MÓNG HỢP LÝ DƯỚI CÔNG TRÌNH TỪ 3 ĐẾN 5 TẦNG TRÊN ĐẤT YẾU Ở KHU LẤN BIỂN MỞ RỘNG THỊ XÃ RẠCH GIÁ

3.4 Phương án gia cố nền bằng cọc đất – vôi/xi măng 22

3.4.2 Dữ liệu chung về cọc đất – vôi/xi măng 22 3.4.3 Một số đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất sau khi gia cố cọc đất –

3.5 Phân tích các ưu khuyết điểm của các phương án 25

3.5.4 Xử lý nền đất bằng giải pháp cọc đất + vôi/xi măng 26

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT – XI MĂNG

4.1 Khả năng chịu tải của cọc đất – xi măng đơn 27 4.1.1 Theo phá hoại của vật liệu làm cọc 27 4.1.2 Khả năng chịu tải của cọc đất - vôi/xi măng theo đất nền 35 4.1 Khả năng chịu tải của nhóm cọc đất – xi măng 35

4.4 Tính toán độ lún lệch của nhóm cọc đất – xi măng 41

CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ CẤU TẠO HỢP LÝ CỌC ĐẤT – XI MĂNG CHO NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC LẤN BIỂN THỊ XÃ RẠCH GIÁ

5.2 Mẫu đất cho thí nghiệm nén một trục 46

5.3 Các thiết bị tạo mẫu đất + xi măng, xác định cường độ của mẫu đất + xi măng đối với bùn sét yếu Khu vực lấn biển thị xã Rạch Giá 47

5.3.2 Dụng cụ lấy mẫu đất + xi măng ra khỏi khuôn 48 5.3.3 Khuôn tạo mẫu và trình tự tạo mẫu đất + xi măng trong phòng 49

5.4 Thí nghiệm xác định sức kháng nén có nở hông của cọc đất xi măng đối với bùn sét yếu khu vực lấn biển thị xã Rạch Giá ( theo tiêu chuẩn ASTM D2166) 55

5.5 Thí nghiệm xác định độ ẩm của đất nguyên trạng và mẫu hỗn hợp đất xi

5.6 Kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm, thí nghiệm nén 1 trục có nở hông của

5.6.1 Kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm của mẫu đất 59 5.6.2 Kết quả thí nghiệm nén 1 trục có nở hông của mẫu đất 61

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CỤ THỂ

6.2.1 Cấu tạo công trình 65

6.3.1 Tính toán sức chịu tải của cọc đất – xi măng đơn 67 6.3.2 Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc đất – xi măng 69 6.3.3 Tính toán độ lún cho nền đất đã gia cố cọc đất – xi măng 70

6.4.1 Tính toán sức chịu tải của cọc đất – xi măng đơn 72 6.4.2 Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc đất – xi măng 74 6.4.3 Tính toán độ lún cho nền đất đã gia cố cọc đất – xi măng 75

6.5.1 Tính toán sức chịu tải của cọc đất – xi măng đơn 78 6.5.2 Tính toán sức chịu tải của nhóm cọc đất – xi măng 80 6.4.3 Tính toán độ lún cho nền đất đã gia cố cọc đất – xi măng 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Sự phát triển kinh tế trong những năm gần đây đã thúc đẩy công việc xây dựng phát triển nhanh chóng chưa từng thấy Các khu công nghiệp và khu dân cư mọc lên rất nhiều ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long – là khu vực đất yếu, do đó đặt ra một đòi hỏi lớn trong việc xử lý hiệu quả nền móng cho công trình

Cùng với sự phát triển của cả nước, Thị xã Rạch Giá được mở rộng để nâng cấp từ đô thị loại 4 sang đô thị loại 3 Do vị trí địa lý nên việc mở rộng sử dụng loại hình lấn biển Đây là loại hình xây dựng trong tương lai sẽ được áp dụng nhiều, bởi vì nó mang lại hiệu quả xã hội cũng như kinh tế rất cao trong tương lai Nhưng hiện nay công trình đang gặp rất nhiều khó khăn trong việc xây dựng các công trình dân dụng do sức chịu tải của đất san lấp và nền bên dưới rất bé Việc lựa chọn giải pháp xử lý nền làm tăng sức chịu tải cho loại hình công trình này là nội dung của luận án

Hiện tại khu vực đang được xây dựng cơ sở hạ tầng như: đường nội bộ, hệ thống thoát nước, hệ thống điện…vv, nhà kho, siêu thị, khu dân cư…Thực tế đã có rất nhiều khó khăn phát sinh như sau:

a Hệ thống đường sá sau khi thi công thì bị lún sụt rất nhiều, nền đường lún rất lớn gây phá hoại kết cấu mặt đường

b Hệ thống cống thoát nước Φ1000 mm phải được thiết kế nằm trên hệ cọc bê tông cốt thép 25x25cm

c Trong quá trình đào đất thi công hệ thống thoát nước nói trên thì toàn bộ hệ thống đường song song bị phá hủy, lún sụt hơn 1m so với cao độ khi chưa thi công, hệ thống trụ điện BTCT dọc theo đường cũng bị xiêu vẹo hoặc ngã do nền đất yếu không đủ khả năng giữ được

d Nhà trong khu vực dân cư được xây dựng trên nền cọc BTCT chiều dài trung bình khoảng 16m Hiện tại nền đất khu vực này có độ lún rất lớn nên các nhà dân đều có chung một đặc điểm là phần sàn tầng trệt đều là hệ sàn BTCT Thực tế, nhà sau khi thi công xong thì toàn bộ phần đất đắp bị lún, sàn tầng trệt sẽ phải gánh chịu toàn bộ tải trọng của tầng đó

Tương tự như thế, hiện nay ở các vùng ngập lũ đồng bằng sông Cửu Long như

An Giang, Đồng Tháp việc sử dụng đất đắp bằng xáng thổi để làm nền chống lũ cho tuyến dân cư, công trình công cộng là chủ yếu Biện pháp này sẽ rất có lợi

về mặt kinh tế do giảm được giá thành khối đất đắp Tuy nhiên việc sử dụng đất đắp bằng xáng thổi vẫn còn một số tồn tại sau: đối với đất bùn sét, quá trình tự cố kết kéo dài 1 – 2 năm sau khi thi công xong, đất đắp bằng bùn sét vẫn còn mềm yếu, chỉ khô cứng, nứt nẻ lớp đất mặt phía trên, lớp đất bên dưới vẫn ở trạng thái nhão Do đó, chưa thể sử dụng đất để làm nền công trình Nếu không có giải pháp tăng nhanh quá trình cố kết thì tiến độ xây dựng công trình sẽ bị chậm lại

Giải pháp xử lý nền thì rất nhiều, nhưng để có một giải pháp hiệu quả cho loại công trình này thì phải thực hiện nghiên cứu các giải pháp cố kết thoát nước đất san lấp và nền bên dưới Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đất nền bên dưới trong các điều kiện khác nhau nhằm xác định nguyên nhân sức chịu tải của đất nền tại công trình không tăng trong điều kiện tự nhiên và trong điều kiện có sử dụng các giải pháp gia cố đất nền

Nguyên nhân chủ yếu sức chịu tải của đất nền không tăng là nước trong đất nền nhiều nhưng không thoát ra được Luận văn này nhằm góp phần khẳng định đất nền sau khi thoát nước cố kết thì sức chịu tải tăng lên rất nhiều và góp phần vào việc thực hiện thành công các công tác thi công hiện hữu tại khu vực này

2 PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Nghiên cứu đề nghị giải pháp nền móng hợp lý cho công trình nhà dân dụng 3 đến 5 tầng tại khu lấn biển Thị xã Rạch Giá

2 Nghiên cứu thí nghiệm để xác định hàm lượng xi măng tối ưu cho giải pháp gia cố nền bằng cọc đất – xi măng

3 Tính toán ứng dụng cho công trình cụ thể

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, học viên chỉ thực hiện thí nghiệm để xác định chỉ tiêu cơ lý của đất nền tại khu vực này và giải pháp xử lý nền chỉ được thí nghiệm trong phòng mà chưa có điều kiện để thực nghiệm thực tế ngoài hiện trường

- Các thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu về cơ lý chủ yếu là thí nghiệm cắt trực tiếp, thí nghiệm nén ba trục, thiết bị nén cố kết để xác định các chỉ tiêu biến dạng…, được thực hiện tại Bộ môn Địa cơ nền móng Vấn đề được giải quyết triệt để hơn phải cần đến các thí nghiệm Hoá – Lý để có thể tìm hiểu sâu hơn các kết quả đạt được của giải pháp kiến nghị

CHƯƠNG 1- NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH LẤN BIỂN KHU ĐÔ THỊ MỚI

THỊ XÃ RẠCH GIÁ

1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Khái niệm về đất yếu chỉ là tương đối và phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất, cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà móng công trình truyền lên Việc phân loại đất yếu chủ yếu dựa vào những kinh nghiệm đã được đúc kết trong quá trình xây dựng công trình Theo đó đất yếu là những loại đất sau đây: đất bùn các loại (bùn ở biển, ao hồ, đất phù sa…), đất loại sét ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy và chảy Chúng thường có khả năng chịu lực thấp khoảng 0.5 – 1kg/cm2, biểu hiện qua các chỉ tiêu cơ lý : góc nội ma sát nhỏ thường trong khoảng 40 – 80 , lực dính đơn vị nhỏ hơn 0.05 – 0.1kG/cm2 Đặc điểm biến dạng của loại đất yếu này là mô đun biến dạng tổng quát của đất E0 =

5 – 6 kG/cm2, mô đun lún Maslov eM ≥ 50mm/m và độ lún này do cố kết của đất và kéo dài theo thời gian Đất yếu hầu như hoàn toàn bão hoà nước, hệ số rỗng lớn (thường e >1) Việc xây dựng công trình trên những vùng đất này thường khó hoặc không thể thực hiện được

Khi xây dựng các công trình dân dụng có tải trọng lớn trên nền đất yếu có bề dày lớn, vấn đề quan trọng và cần thiết là phải kiểm tra khả năng chịu tải của đất nền và độ lún của nó có vượt qua khả năng cho phép hay không, công trình có đảm bảo ổn định và mặt khác cần phải xem xét tới điều kiện thời gian, điều kiện thi công cho giải pháp xử lý nền có thực thi hay không

Các nhà khoa học phương Tây đã đóng góp nhiều công lao trong việc nghiên cứu cơ học đất, địa chất công trình, vấn đề lưu biến của đất loại sét, lý thuyết đàn hồi…Trong số đó phải kể đến K Terzaghi, R.B.Peck, A.W Skempton, A.W Bishop, A Casagrande và các tác giả khác

Vấn đề cố kết của đất sét no nước là vấn đề được nhiều tác giả trên thế giới quan tâm Sau khi Terzaghi và N.M Gherxevanov công bố các kết quả của lý thuyết cố kết thấm vào năm 1925 và 1931, lý thuyết này tiếp tục được phát triển trong các công trình của các tác giả như Gibson, R.Baron… Các vấn đề về từ

biến của đất, lý thuyết cố kết thấm rồi vai trò từ biến đối với cố kết thấm được rất nhiều nhà khoa học Nga nghiên cứu

Ở nước ta, trong thời gian qua vấn đề xây dựng công trình trên nền đất yếu cũng được quan tâm nghiên cứu, nhất là trong lĩnh vực xây dựng những công trình dân dụng và công nghiệp ở những vùng đất có khả năng chịu tải kém Qua những vấn đề nghiên cứu đó cũng đã thu nhiều kết quả quí báu trong lĩnh vực này để đưa ra những giải pháp hợp lý cho các loại đất yếu làm nền công trình dân dụng công nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải và các công trình quốc phòng Các nhà nghiên cứu Việt Nam tiếp tục ra sức phấn đấu nghiên cứu để giải quyết vấn đề gắn liền với điều kiện cụ thể của địa chất Việt Nam Trong lĩnh vực về cải tạo nền đất yếu phải kể đến các công trình của các tác giả: Hoàng Văn Tân, Lê Bá Lương, Pierre Lareal, Nguyễn Văn Chiêu, Vũ Đức Lực, Nguyễn Văn Quảng, Bùi Anh Định… Các tác giả có xu thế tập trung nghiên cứu hiện tượng cố kết thấm có xét đến từ biến của đất sét Trong lĩnh vực nghiên cứu các giải pháp nền móng hợp lý cũng có rất nhiều tác giả nghiên cứu và cũng đã gặt hái được những thành công bước đầu phục vụ ứng dụng trong công tác thiết kế và thi công nền móng cho ngành xây dựng Việt Nam

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH LẤN BIỂN MỞ RỘNG THỊ XÃ RẠCH GIÁ

Với sự phát triển của dân số Thị xã Rạch Giá, theo qui hoạch đến năm 2010 dân số Thị xã Rạch Giá là 120.197 người, nhưng trong thực tế năm 1996 dân số Thị xã Rạch Giá là 170.000 người và trong dự kiến đến năm 2010 dân số Thị xã Rạch Giá khoảng 240.000 người Rõ ràng dân số Thị xã Rạch Giá tăng quá cao

so với dự đoán của các qui hoạch Do vậy nhất thiết phải định hướng phát triển đất ở cho dân cư Thị xã trong tương lai

Thị xã Rạch Giá được nâng cấp từ đô thị loại 4 lên đô thị loại 3, Thị xã Rạch Giá được định hướng mở rộng và phát triển về 2 hướng Đông và Tây, chủ yếu là hướng Đông, nhưng thực tế nếu mở rộng về hướng Đông, việc thực hiện rất tốn kém, nhất là công tác giải tỏa, đền bù Đồng thời việc sử dụng đất nông nghiệp phát triển đô thị và cơ sở hạ tầng là không phù hợp với chỉ thị của Thủ tướng chính phủ Do vậy hình thức lấn biển theo hướng Tây là hợp lý và mang lại các mặt hiệu quả rất quan trọng như sau:

- Không sử dụng đến đất đai và nhà ở của nhân dân

- Bãi biển bồi rất cạn, do vậy chi phí tạo mặt bằng thấp

- Tạo ra dáng vẻ bộ mặt của một đô thị, sẽ thu hút các nhà đầu tư phát triển các ngành khác đặc biệt là dịch vụ du lịch và thương mại

- Về tài chính : thu được một nguồn lợi nhuận lớn do khâu chuyển quyền sử dụng đất ở, từ sự tích lũy đó sẽ chỉnh trang lại khu đô thị cũ, để sự phát triển được đồng bộ

- Về kinh tế xã hội : tăng thu nhập cho ngân sách nhà nước, tạo ra nhiều việc làm cho ngành xây dựng nói chung và đặc biệt đáp ứng việc giải quyết nhu cầu về nhà ở, đất ở cho nhân dân, xây dựng bộ mặt Thị xã Rạch Giá

Dự án lấn biển nằm ngay trung tâm Thị xã Rạch Giá, chiều dài bắt đầu từ cửa biển Kênh Nhánh (Cầu Đúc) phía Bắc Thị xã Rạch Giá xuống đến cửa biển Cầu Rạch Sỏi (phía Nam) dài 6,5km

- Đường ranh giới giữa 2 khu đô thị cũ và mới là đường Điện Biên

- Mặt bằng lấn biển từ đê quốc phòng hiện hữu lấn ra biển 500m về phía Tây Thị xã Rạch Giá

- Diện tích toàn bộ là 420ha tính từ đường Điện Biên ra biển

- Diện tích mặt bằng lấn ra biển từ đê quốc phòng hiện hữu ra đê biển là

S1=320ha

- Diện tích phần đất từ đường Điện Biên trở ra đê quốc phòng hiện hữu là

S2=100ha

A S2

S1

Đê quốc phòng

Phần san lấp mặt bằng được tính từ đê quốc phòng trở ra đê biển, tổng diện tích san lấp mở rộng 320ha Vật liệu san lấp được lấy lớp đất ở độ sâu thay đổi từ 2m đến độ sâu 7m Đây là tầng đất bồi, trầm tích biển dạng xám đen, xám xanh có lẫn vỏ sò, vỏ hến, trạng thái dẻo chảy Biện pháp thi công san lấp bằng tàu hút bùn (xáng thổi) lấy đất cách đê biển 250m trở ra biển

Đê biển được thi công theo dạng tường trọng lực bằng cách sử dụng các rọ đá để bao bọc xung quanh, bên trong là đá hộc Rọ đá sử dụng thép không rỉ, được bao bọc bên ngoài bằng lớp nhựa PVC

Công trình hiện tại đã thực hiện xong hoàn chỉnh các giai đoạn của dự án (phần thi công đê biển, san lấp mặt bằng và xây dựng cơ sở hạ tầng như: đường, điện, cấp nước, thoát nước… )

Vật liệu sau khi san lấp có sức chịu tải rất bé, độ nhạy lún của đất rất cao, mức độ ổn định khi xây dựng các công trình rất phức tạp Biện pháp đã sử dụng là dùng đệm cát thay thế một phần vật liệu san lấp (đất bùn) tại vị trí công trình xây dựng nhằm mục đích tăng khả năng chịu tải của nền tại vị trí xây dựng công trình để các phương tiện xây dựng không tạo ra lún phá hoại mặt nền Rõ ràng phương pháp đệm cát hiện nay chỉ giải quyết được độ lún phá hoại của nền trên bề mặt mà chưa giải quyết vấn đề ổn định, lún ( đánh giá về cường độ chịu tải, đánh giá về độ lún và khống chế mức độ lún) đất nền bên dưới

Hiện nay để thi công phần móng cho công trình trong khu vực này (nhà dân dụng) gặp rất nhiều khó khăn, phần đất đào hố móng sau khi được đào lên lại gây phình trồi cho đất dưới đáy hố móng cùng với việc nước ngầm thoát ra gây trở ngại rất nhiều cho việc thi công phần nền móng

Vấn đề hiện nay là phần mặt của vật liệu san lấp do bay hơi nên khô cứng tạo thành một lớp vỏ cứng trên bề mặt, phần còn lại của vật liệu san lấp ở trạng thái đất bị phá hủy hoàn toàn và có độ ẩm lớn, trạng thái loãng Khu vực đã san lấp có độ lún tự nhiên theo thời gian rất chậm, thậm chí khi được xử lý bấc thấm

ở độ sâu 8 mét , khoảng cách giữa các bấc thấm 1,2m ở một số khu vực thì độ lún của công trình do trọng lượng bản thân của đất cũng rất chậm và nước trong đất không thoát ra

Lấn biển là một loại công trình trên thế giới có nhiều nước đã thực hiện chẳng hạn như sân bay Kansai ở Nhật Bản… Các công trình lấn biển trên thế giới hầu như khác với công trình lấn biển Kiên Giang về vật liệu san lấp, thường vật liệu san lấp là vật liệu rời, hạt vật liệu có đường kính lớn, biện pháp thi công tương tự nhau Khi độ sâu tại vùng lấn biển lớn hơn 5 – 7m so với mặt nước biển, sử dụng xà lan chở cát đến tận chỗ san lấp và đổ xuống tự do Từ độ sâu 5m đến mặt nước biển thì sử dụng máy bơm để bơm vật liệu vào chỗ san lấp

Hình 1.1: Toàn bộ hệ thống đường sá, trụ điện.v.v bị lún sụt khi thi công lắp đặt

hệ thống thoát nước

Hinh 1.2: Toàn bộ hệ thống đường sá, trụ điện.v.v bị lún sụt khi thi công lắp đặt

hệ thống thoát nước

Hinh 1.3: Toàn bộ phần đường bị lún khi thi công hệ thống thoát nước

Hinh 1.4: Hệ thống thoát nước phải được đặt trên hệ thống cọc BTCT

Hinh 1.5: Hệ thống siêu thị vừa mới được xây dựng xong

Hinh 1.6: Hiện trạng một căn hộ chung cư ở khu lấn biển

(Báo Tuổi Trẻ thứ ba, 07/03/2006)

1.3 CÁC NHẬN XÉT VỀ XÁC LẬP NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

1 Để tìm được một giải pháp nền móng hợp lý cho việc thiết kế và thi công xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp ở những vùng đất yếu, cần phải tiến hành nghiên cứu nhiều vấn đề độc lập, mỗi vấn đề là một đối tượng nghiên cứu rõ ràng Trong đó khâu quan trọng là nghiên cứu độ bền và sự biến dạng của bản thân đất sét yếu bão hoà nước dùng làm nền công trình dân dụng và công nghiệp dưới tác dụng của tải trọng công trình theo thời gian, cũng như việc chọn lựa hợp lý mô hình nền để mô tả quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất nền thuộc loại đất sét yếu bão hoà nước dưới công trình, và vận dụng mô hình đó để giải quyết bài toán nền trong từng trường hợp cụ thể

2 So với các loại đất yếu khu vực Đồng bằng sông Cửu Long đã có lịch sử hàng ngàn năm trầm tích bồi lắng, cố kết thì đất yếu được san lấp ở khu vực lấn biển Thị xã Rạch Giá chỉ mới được hình thành trong vòng vài năm bằng biện pháp thổi cát từ biển vào Hệ số rỗng của đất rất lớn, nước trong đất không thoát

ra được, vì thế hệ quả tất yếu là khả năng chịu tải của nền đất là rất bé, rất khó khăn trong việc xây dựng các công trình trong khu vực này

3 Các biện pháp xử lý nền móng đều là nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải và giảm tính nén lún của nó Muốn như thế thì phải tìm cách lấy nước ra khỏi đất bằng các biện pháp đã thi công trong khu vực lấn biển như: đệm cát, bấc thấm v.v hoặc bằng giải pháp cọc bê tông cốt thép

- Tuy nhiên phương pháp đệm cát hiện nay chỉ giải quyết được độ lún phá hoại của nền trên bề mặt mà chưa giải quyết vấn đề ổn định, lún ( đánh giá về cường độ chịu tải, đánh giá về độ lún và khống chế mức độ lún) đất nền bên dưới

- Đất san lấp có hàm lượng hạt sét rất lớn, vì thế khi đất nền được xử lý bấc thấm ở độ sâu 8 mét , khoảng cách giữa các bấc thấm 1,2m ở một số khu vực thì độ lún cố kết do trọng lượng bản thân của đất cũng rất chậm và nước trong đất không thoát ra được do cát hạt sét bịt kín lớp vải địa xung quanh lõi nhựa

4 Vấn đề được đặt ra cần phải nghiên cứu là bản chất về cơ học nhằm đánh giá về sức chịu tải, độ lún của đất nền và nguyên nhân tồn tại vấn đề trên Từ đó kiến nghị biện pháp nhằm giải quyết vấn đề ổn định và biến dạng lâu dài các công trình xây dựng tại khu đất này

CHƯƠNG 2- NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU Ở KHU LẤN BIỂN

THỊ XÃ RẠCH GIÁ 2.1 NGUỒN GỐC ĐỊA CHẤT

Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (khoảng 0.5 – 1.0 daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), module biến dạng thấp (thường E0 < 50kG/cm2), lực chống cắt nhỏ… Nếu không có các biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu này sẽ gặp rất nhiều khó khăn không thể thực hiện được

Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vùng vịnh hoặc biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, tam giác châu hoặc vịnh biển Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu vực nước nông khu vực thềm lục địa hoặc khu vực biển sâu

Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện địa lý và khí hậu… mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn và các trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa…

Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước Loại đất này có những tính chất đặc biệt đồng thời cũng có những tính chất tiêu biểu cho các loại đất nói chung

2.2 CẤU TẠO ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC LẤN BIỂN THỊ XÃ RẠCH GIÁ

2.2.1 Mô tả quá trình lấy mẫu

Địa điểm khoan khảo sát địa chất tại số 12 – 21 lô B, khu vực 1, phường Vĩnh Lạc, Thị xã Rạch Giá, Kiên Giang (trong khu lấn biển)

Khối lượng khảo sát gồm 03 hố khoan kí hiệu HK1, HK2, HK3, mỗi hố khoan với độ sâu là 15m với 10 mẫu đất nguyên dạng để thí nghiệm trong phòng, 10 mẫu thí nghiệm SPT

• Dụng cụ khoan:

- Dàn khoan máy D12 – TQ xoay rửa ống mẫu bằng láp kết hợp hộp số và trục cơ, cùng các trang thiết bị

- Máy bơm ly tâm

- Mũi khoan xoắn và mũi hợp kim mở lỗ đường kính hố khoan 110mm

- Ống lấy mẫu INOX dày 2mm, miệng vạt bén từ bên ngoài vào có đường kính trong 74mm, dài 600mm

- Bộ phận xuyên tiêu chuẩn SPT Bộ xuyên là 1 ống chẻ đôi dài 550mm (22”), đường kính ngoài 51mm (2”), đường kính trong 35mm (1”3/8) Mũi xuyên là bộ phận rời được ráp vào bằng ống răng, mũi xuyên dài 76mm (3”) miệng ống vạt bén từ bên ngoài vào có đường kính bằng đường kính ống chẻ đôi

Khi đã có nước ngầm xuất hiện, dùng phương pháp khoan thủy lực xoay tròn bằng máy, phá bỏ các lớp vật liệu trên để lấy mùn (bã) lên khỏi miệng hố khoan bằng dung dịch sét được bơm tới đáy hố khoan theo ruột của cần khoan qua mũi khoan Dung dịch sẽ đẩy mùn (bã) lên khỏi miệng hố khoan Khi tới độ sâu lấy mẫu hay khi thay đổi địa tầng, tạm ngưng khoan Tiếp tục bơm lấy sạch mùn khoan rồi lấy mẫu như trên

Mẫu đất lấy xong trên mẫu dán nhãn, hai đầu bịt kín bằng parafin, cho mẫu đất vào chỗ râm mát, khi di chuyển tránh xốc rung hay chấn động mạnh Tất cả các kết quả thu nhận được ngoài hiện trường, ghi đầy đủ trên nhật ký xong, tiến hành vận chuyển mẫu đến phòng thí nghiệm

2.2.2 Tính chất cơ lý của đất:

Dựa vào các dữ liệu ghi nhận được tại hiện trường và kết quả thí nghiệm trong phòng của các mẫu đất nguyên dạng Kể từ mặt đất hiện hữu đến độ sâu khảo sát là 15m, cấu tạo địa chất được mô tả như sau:

1 Lớp 1: là lớp bùn sét lẫn hữu cơ, màu xám xanh, trạng thái nhão Trị số

chùy tiêu chuẩn N = 0 Bề dày trung bình của lớp từ 7,0 đến 7.3m Lớp xuất hiện từ bề mặt và kết thúc ở độ sâu từ -7,0m đến -7.3m Đây là lớp đất có các chỉ tiêu

cơ lý rất yếu, chủ yếu có các đặc trưng sau:

- Thành phần hạt: Cát:17,2% ; Bụi: 43,3% ; Sét: 39,5%

- Độ ẩm tự nhiên: W% = 86,2%

- Dung trọng tự nhiên: γtn = 1,446 g/cm3

- Góc nội ma sát: ϕ = 3042’

- Lực dính: C = 0,087 kg/cm2

- Độ sệt: B = 1,69

- Hệ số rỗng tự nhiên: etn = 2.31

2 Lớp 2: là lớp đất sét lẫn bột màu nâu vàng, trạng thái dẽo mềm Trị số

chùy tiêu chuẩn N = 11 ÷ 12 Bề dày trung bình của lớp từ 2,7m đến 2,8m Lớp xuất hiện ở độ sâu từ từ -7,0m đến -7.3m và kết thúc ở độ sâu từ -9,8m đến -

10.0m Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu đặc trưng như sau:

- Thành phần hạt: Cát:15,5% ; Bụi: 40,5% ; Sét: 44,0%

- Độ ẩm tự nhiên: W% = 29,2%

- Dung trọng tự nhiên: γtn = 1,894 g/cm3

- Góc nội ma sát: ϕ = 12030’

- Lực dính: C = 0,24 kg/cm2

- Độ sệt: B = 0,54

- Hệ số rỗng tự nhiên: etn = 0.83

3 Lớp 3: là lớp đất sét lẫn bột, màu nâu sẫm, trạng thái dẽo cứng Trị số

chùy tiêu chuẩn N = 13 ÷ 20 Lớp xuất hiện ở độ sâu từ -9,8m đến -10.0m cho đến độ sâu đã khoan là -15,0m vẫn chưa kết thúc lớp này Bề dày của lớp đã

khoan được là 5,0m đến 5,2m Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu đặc trưng như sau:

- Thành phần hạt: Cát: 6,2% ; Bụi: 42,5% ; Sét: 51,3%

- Độ ẩm tự nhiên: W% = 24,7%

- Dung trọng tự nhiên: γtn = 1,965 g/cm3

- Góc nội ma sát: ϕ = 14037’

- Lực dính: C = 0,458 kg/cm2

- Độ sệt: B = 0,34

- Hệ số rỗng tự nhiên: etn = 0.709

15.0 HK2

14.0 - 14.5

8.5 - 9.0

4.0 - 4.5 1.0 - 1.5

13.0 - 13.5 11.0 - 11.5

8.0 - 8.5 6.0 - 6.5 2.0 - 2.5

-9.8 -10.0

-7.0 -7.3

HK3 HK1

Bùn sét trạng thái dẻo mềm

Sét trạng thái dẻo cứng

Hình 2.1: Mặt cắt địa chất tiêu biểu khu vực lấn biển Thị xã Rạch Giá

2.2.3 Thống kê các đặc trưng cơ – lý tính toán của các lớp đất theo TCXD

45-78 và năm 2000 (SNIP ΠB 1-62 [7]):

Kết quả thí nghiệm các mẫu đất lấy về phòng thí nghiệm hoặc kết quả thí nghiệm một số điểm hiện trường cho ta các chỉ tiêu riêng, từ đó ta sẽ xác định các chỉ tiêu tiêu chuẩn và chỉ tiêu tính toán Người ta dùng phương pháp thống kê toán học để xử lý các chỉ tiêu riêng và rút ra các chỉ tiêu tiêu chuẩn, chỉ tiêu tính toán cho mỗi lớp đất

Trị tiêu chuẩn Atc là trung bình số học của các trị tìm được bằng thí nghiệm xác định theo biểu thức sau:

Trong đó: Ai - trị của mẫu đất thứ i

n – số lượng mẫu đất làm thí nghiệm

Mức độ tin cậy của trị Ai của mỗi lớp đất được đánh giá theo hệ số sai lệch

ν xác định theo biểu thức sau:

n

tc i

Nếu ν >30% thì trị số Atc lệch nhiều so với các trị Ai của n mẫu đất trong mỗi lớp, trong trường hợp này cần xem xét để chia tiếp lớp đất đang tính trị Atc ra một số lớp nhỏ hơn cho đến khi nào trong mỗi lớp có ν ≤ 30% thì thôi

Trị tính toán Att = K.Atc

K – hệ số đồng nhất được xác định như sau: K = 1 - ν

Biểu thức tính toán các chỉ tiêu và các chỉ tiêu độc lập khác của đất theo Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 45-78 được xác định như sau

1 2

1

2 − (∑

=

n i i p

−

n i

i tc tc

i tg c p

) (

2

Trong đó: pi, τi – lần lượt là áp lực nén và áp lực cắt của đất trong thí nghiệm cắt

Kết quả tính toán thống kê được tính theo bảng sau:

Tên lớp đất Lớp 1: Bùn sét màu xám xanh, trạng thái nhão

Các đặc trưng vật lý cơ bản Giá trị tính toán

Các đặc trưng cơ học cơ bản

Giá trị tiêu

chuẩn

Giá trị tiêu chuẩn

Tên lớp đất Lớp 2: Đất sét lẫn bột, màu nâu vàng, trạng thái dẻo mềm

Các đặc trưng vật lý cơ bản Giá trị tính toán

Các đặc trưng cơ học cơ bản

Giá trị tiêu

chuẩn

Giá trị tiêu chuẩn

Tên lớp đất Lớp 3: Đất sét lẫn bột, màu nâu sẫm, trạng thái dẻo cứng

Các đặc trưng vật lý cơ bản Giá trị tính toán

Các đặc trưng cơ học cơ bản

Giá trị tiêu

chuẩn

Giá trị tiêu chuẩn

2.3 NHẬN XÉT

Với đặc điểm địa chất khu vực lấn biển mở rộng Thị xã Rạch Giá với lớp trầm tích biển trên mặt chỉ với vài năm tuổi có độ sâu khoảng 7.0m, góc ma sát trong ϕ = 3042’, lực dính C = 0,087 kg/cm2 thì không thể nào đặt trực tiếp móng của công trình lên lớp đất này được do khả năng chịu tải của lớp bùn nhão này chỉ khoảng 0.5 kg/cm2

Cần phải có một phương án gia cố nền đất yếu nói trên thì mới có thể thi công các công trình trong khu vực lấn biển, việc ứng dụng cọc đất – xi măng để gia cố nền đất yếu dưới móng các công trình dân dụng là một giải pháp nền móng hợp lý nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế

CHƯƠNG 3- NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤU TẠO NỀN MÓNG HỢP LÝ DƯỚI CÔNG TRÌNH TỪ 3 ĐẾN 5 TẦNG TRÊN ĐẤT YẾU Ở

KHU LẤN BIỂN MỞ RỘNG THỊ XÃ RẠCH GIÁ

Theo qui hoạch chung của dự án, các công trình trong khu vực lấn biển chủ yếu tập trung cho các công trình nhà ở từ 3 ÷ 5 tầng, cùng với các công trình phục vụ tiện ích khác như siêu thị, trường học v.v và các công trình cơ sở hạ tầng như đường sá, hệ thống cống rãnh v.v Theo tính toán sơ bộ thì các công trình trên có áp lực tại đáy móng tương đương 1.2 kg/cm2

Lớp đất được san lấp bằng xáng thổi trong khu vực lấn biển có bề dày từ 7.0 đến 7.3m, đây là lớp đất trực tiếp chịu tải của móng công trình truyền xuống, đây là lớp đất có các chỉ tiêu cơ lý rất yếu, chủ yếu có các đặc trưng sau:

- Độ ẩm tự nhiên: W% = 84,75%

- Dung trọng tự nhiên: γtn = 1,446 g/cm3

- Góc nội ma sát: ϕ = 3047’

- Lực dính: C = 0,087 kg/cm2

- Độ sệt: B = 1,69

- Hệ số rỗng ett = 2.3085

- Hệ số thấm kv = 2.12 x 10-8 cm/s

- Hệ số cố kết Cv = 2.78 cm2/s

Từ các tính chất cơ lý của đất nền tại khu vực lấn biển thì khả năng chịu tải của đất nền vào khoảng 0.5 kg/cm2 Dễ dàng nhận thấy rằng không thể đặt trực tiếp móng công trình lên tầng đất yếu như hiện hữu mà cần phải có biện pháp xử lý cải tạo tầng đất yếu nói trên hoặc bằng cách truyền tải trọng xuống đến tầng đất tốt hơn ở bên dưới Các giải pháp nền móng hợp lý có thể có như sau:

- Xử lý nền bằng phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát/ bấc thấm

- Gia cố nền bằng đệm cát

- Phương án móng cọc bê tông cốt thép

- Gia cố nền bằng cọc đất + xi măng

CẤU TẠO CHUNG CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NỀN

Ở đây tác giả chỉ nghiên cứu công trình nằm sâu trong đất liền mà không xét đến công trình nằm sát bờ biển, xem như bài toán bán không gian vô hạn

3.1 PHƯƠNG ÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC [2, 3, 4]

Đây là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát (SD: sandy drain) kết hợp gia tải trước

Thường chúng ta dùng giếng cát có đường kính 40cm ÷ 50cm được đóng vào nền đất yếu bão hòa nước đến độ sâu thiết kế để làm chức năng như những đường ống thoát nước ngắn nhất, nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết nền đất yếu đó Do đó phương pháp luôn luôn được kèm thêm một lớp cát đắp phía trên hay tải trọng ngoài chất lên bề mặt của tầng đất được gia cố ( gọi là gia tải trước) Lớp đất yếu bão hòa nước càng dày, phương pháp giếng cát càng hiệu quả về độ lún tức thời

Trên các giếng cát có một lớp đệm cát, vừa đóng vai trò làm gia tải vừa để thoát nước cố kết

Mức độ cố kết của nền đất yếu được gia cố bằng phương pháp giếng cát phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ bố trí của chúng:

- Bố trí theo mạng ô vuông: De = 1.13 L1

- Bố trí theo mạng tam giác đều: De = 1.05 L1

Trong đó:L1, L2 – khoảng cách giữa tâm của các giếng cạnh nhau

De – đường kính vùng ảnh hưởng thoát nước của giếng cát d– đường kính giếng cát

d =

De = 1

3.2 PHƯƠNG ÁN GIA CỐ NỀN BẰNG ĐỆM CÁT

Đệm cát là phương pháp phổ biến và dễ sử dụng cho các công trình có tải trọng nhỏ, do có các tác dụng sau:

- Đệm cát có tác dụng tạo ra nền đất có khả năng chịu tải cao (1 ÷ 3 kg/cm2

tùy loại cát sử dụng)

- Làm giảm độ lún lệch cho nền đất

- Tăng nhanh quá trình cố kết cho nền đất yếu do lớp đện cát có tính thấm tốt (k >10-3 cm/s)

- Làm tăng tính ổn định cho nền các công trình, với cát đệm được đầm chặt kỹ sẽ có ma sát lớn giữa các hạt cát làm tăng khả năng chống trượt của nền

- Phương pháp đệm cát được sử dụng nhiều do thiết bị thi công và việc thi công không quá phức tạp

Vật liệu làm đệm cát là loại cát vàng, hạt trung hay thô, khi thi công cần tiến hành đầm kỹ, với hệ số đầm nén kđc ≥ 0.8 ÷0.95

Tùy theo điều kiện nền đất yếu mà có các trường hợp bố trí cấu tạo đệm cát thích hợp:

- Trường hợp1: khi lớp đất yếu có bề dày ≤ 3m, có thể thay thế 1 phần hay toàn bộ chiều dày lớp đất yếu bằng lớp đệm cát

- Trường hợp 2: lớp đất yếu có bề dày 3m ≤ h ≤ 6m : dùng đệm cát kết hợp với cừ tràm để xử lý

- Trường hợp 3: lớp đất yếu có bề dày h > 6m : dùng đệm cát kết hợp với cọc bê tông cốt thép

Hình 3.4 Cấu tạo đệm cát

q

q q

Lớp bê tông lót Đệm cát

Cọc bê tông cốt thép

3.3 PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP [2]

Khi các phương án móng nông không còn thích hợp để gánh đỡ công trình, hoặc là do lớp đất nền bên trên gần mặt đất là lớp đất chịu lực kém Người ta nghĩ đến móng sâu bằng cách truyền tải trọng đến những lớp đất chịu lực tốt hơn thông qua các cọc có khả năng chịu lực cao

3.4 PHƯƠNG ÁN GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC ĐẤT – VÔI/XI MĂNG

3.4.1 Khái niệm

Từ rất lâu, phương pháp trộn vôi, xi măng đã được dùng để cải tạo đất Như phương pháp gia cường đất sét với vôi đã được sử dụng tại Trung Quốc cách đây hơn 5.000 năm để xây dựng Vạn Lý Trường Thành

Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất – vôi/ xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm

1980 với sự giúp đỡ của Viện địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây Dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội và Hải Phòng Công trình đầu tiên

ở Việt Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty Phát triển Kỹ thuật thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc – TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000 mét dài cọc

Phương pháp trộn sâu được coi như là một phương pháp gia cố chứ không phải là một phương pháp tạo thành các phần kết cấu trong đất, do đó nó thích hợp với các loại tải trọng phân bố đều hơn là đối với tải trọng tập trung lớn Công nghệ này được áp dụng thích hợp nhất cho các công trình nền đất đắp của đường giao thông và đường sắt, đê đập, bến cảng, nền đất lấn biển, sông

Cọc đất – xi măng được ứng dụng để: giảm độ lún công trình, làm tăng khả năng chống trượt của mái dốc, làm tăng cường độ chịu tải của nền đất, làm giảm ảnh hưởng chấn động đến công trình lân cận, tránh hiện tượng biến loãng của đất rời, làm tường chắn cô lập phần đất bị ô nhiễm, làm ổn định thành hố đào

3.4.2 Dữ liệu chung về cọc đất – vôi/xi măng

- Đường kính cọc: d = 0.5 ÷ 1.6m, thông thường d = 0.6 ÷1.1m

- Chiều sâu lớn nhất Lcọc = 16 – 33m

- Chịu áp lực tiếp xúc trên nền đất từ 50kPa đến 116 kPa

- Loại chất kết dính(binder): vôi sống, vôi sống + xi măng , xi măng portland, xi măng tro xỉ, các chất kết dính khác, các phụ gia

- Hàm lượng chất kết dính 80 – 240 kg/1m3 đất cần gia cố

- Cường độ của đất gia cố: 100 ÷ 1500 kPa

- Tỷ lệ diện tích đất gia cố/diện tích đất không gia cố:

= 0.1 ÷ 0.3 Trong đó:

B và L là kích thước đáy móng

m và n là số hàng và số cột

d là đường kính

• Tiêu chuẩn vật liệu:

- Xi măng: sử dụng xi măng Portland tiêu chuẩn

Trọng lượng riêng γ = 3.1 g/cm3

Dung trọng thể tích γ0 = 1.3 g/cm3

- Vôi: sử dụng vôi bột sống (CaO), được xay nhuyễn, chưa bị carbonate hóa, có đặc tính được trình bày như sau:

Lượng lọt qua rây N0 16 (%) 100%

Lượng lọt qua rây N0 30 (%) 98%

Lượng lọt qua rây N0 50 (%) 95%

Lượng lọt qua rây N0 100 (%) 90%

Vôi và xi măng được trộn với tỷ lệ 50 : 50, với tỷ lệ khối lượng là 4.5%

3.4.3 Một số đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất sau khi gia cố cọc đất – vôi/xi

măng

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền chống cắt, tính nén và tính thấm của đất yếu gia cố vôi hay xi măng, chẳng hạn như độ ẩm, thành phần và cỡ hạt, loại khoáng vật sét, khả năng trao đổi ion, độ pH của nước lỗ rỗng, hàm lượng hữu cơ, giới hạn chảy, giới hạn dẻo và chỉ số dẻo của đất

° Loại đất yếu, phân bố cỡ hạt và chất kết dính:

Sự gia tăng độ bền theo thời gian thì thông thường cao nhất với các loại đất bùn sét cố kết thông thường với chỉ số dẻo và độ ẩm thấp Độ bền gia tăng rất ít với đất hữu cơ gia cố vôi

Đối với đất sét hoặc bùn sét không có hữu cơ, yếu hoặc rất yếu với độ ẩm nhỏ hơn 100% - 200% có thể được gia cường với vôi sống Độ bền chống cắt có thể tăng từ 10 đến 20 lần so với độ bền chống cắt ban đầu, với hàm lượng vôi sống tương ứng vào khoảng 10% - 12% so với trọng lượng khô của đất Độ bền

chống cắt gia tăng khi gia cố với vôi một phần bởi độ ẩm của đất giảm đi do quá trình tôi vôi, bay hơi và một phần bởi sự gia tăng giới hạn dẻo

Đối với đất hữu cơ, than bùn, bùn sét, hỗn hợp vôi/xi măng và xi măng được dùng để tăng độ bền chống cắt Độ bền chống cắt gia tăng, nhìn chung cùng với sự gia tăng hàm lượng xi măng và giảm tỷ lệ nước/xi măng Khi hàm lượng bùn và cát nhiều, độ bền chống cắt thường cao hơn khi sử dụng xi măng so với vôi

° Trọng lượng:

Trọng lượng đơn vị của chất hữu cơ, đất sét nhạy (độ nhạy > 15) và than bùn thông thường được tăng lên với vôi và xi măng khi đất có độ ẩm ban đầu cao Trong khi đó trọng lượng đơn vị của đất không hữu cơ, sét và bùn thường bị giảm

° Giới hạn chảy, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo:

Giới hạn dẻo được tăng với vôi bởi sự trao đổi cation và cũng tăng một phần nào đó với xi măng, trong khi đó chỉ số dẻo thường bị giảm Tối thiểu 2% vôi thường được sử dụng để tác động đáng kể đến giới hạn dẻo và chỉ số dẻo Giới hạn dẻo thông thường gia tăng theo thời gian và theo hàm lượng vôi Giới hạn chảy cũng được gia tăng bởi vôi nhưng sự thay đổi này thường kém hơn sự thay đổi về giới hạn dẻo

° Độ ẩm:

Độ ẩm giảm do quá trình tôi vôi sẽ ảnh hưởng đến độ bền chống cắt và hệ số nén Độ ẩm giảm tương ứng với 32% trọng lượng vôi sử dụng, với 10% vôi thì trung bình độ ẩm giảm 3.2%

Lượng nước cần thiết cho quá trình thủy hoá xi măng vào khoảng 20% trọng lượng khô xi măng Vì thế độ ẩm sẽ giảm 2% khi hàm lượng xi măng là 10% Trung bình độ ẩm giảm 2.6% khi hàm lượng xi măng/vôi (50/50) là 10%

Độ bền chống cắt của đất chế bị tăng nhiều khi chỉ số dẻo của đất nhỏ

Độ gia tăng độ bền chống cắt có thể nhỏ nếu độ ẩm thấp và lượng nước sẵn có trong đất không đủ cho quá trình thủy hoá Độ bền chống cắt tăng nếu nước được thêm vào cho đủ trong quá trình trộn

Độ ẩm của đất gia cố có thể giảm bởi sự bốc hơi do nhiệt độ cao trong suốt quá trình tôi vôi và quá trình cố kết của đất

° Thay đổi thể tích:

Cọc vôi và vôi/xi măng trương nở hông suốt trong quá trình vôi tôi Một lượng nước được cần đến cho quá trình vôi tôi được cung cấp bởi đất không gia cố xung quanh các cọc Thể tích đất gia tăng khoảng 85% thể tích vôi sống sử dụng

Do trương nở thể tích, áp lực đất xung quanh các cọc sẽ lớn Aùp lực đất này sẽ cố kết đất không gia cố giữa các cọc Vì vậy độ bền chống cắt gia tăng

Thể tích của cọc hỗn hợp vôi/xi măng bị giảm trong vài ngày đầu sau khi trộn Độ giảm này, nếu tương đối lớn sẽ làm gia tăng tính thấm của cọc Có thể quan sát được rằng tính thấm của cọc lớn hơn tính thấm của mẫu thí nghiệm trong phòng Các cọc có thể tách rời khỏi đất không gia cố nằm xung quanh cọc theo chu vi cọc ở gần mặt đất Do đó cọc hỗn hợp vôi/ xi măng có thể có chức năng như giếng cát Tuy nhiên một điều chắc chắn là những vết nứt hở bên trong và xung quanh cọc, nếu có sẽ khép lại sau một vài tuần hoặc một vài tháng Theo đó, độ thấm trung bình của cọc được cho rằng sẽ giảm theo thời gian

3.5 PHÂN TÍCH CÁC ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN

3.5.1 Giếng cát thoát nước:

Phương pháp giếng cát có một số nhược điểm nhất định, cát được sử dụng trong giếng cát phải được chọn lựa kỹ lưỡng để có hệ số thấm tốt nhất cho nên phải vận chuyển cát từ những nơi xa vị trí công trường, ngoài ra trong khi thi công giếng cát rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn không bảo đảm vai trò thoát nước

do thi công bất cẩn hoặc chuyển vị ngang của nền khá lớn

Thời gian gia tải trước lâu, do tính chất cơ lý của lớp đất san lấp (Hệ số rỗng

này thì không có lợi về mặt kinh tế do thời gian xử lý nền quá lâu

Giải pháp này đã được thử nghiệm tại khu vực lấn biển và đã xảy ra hiện tượng: giếng cát không phát huy tác dụng do phần lớn lượng cát bị chìm vào trong bùn lỏng, phá hoại kết cấu trụ cát làm cho không có hiệu quả thoát nước theo phương đứng được

3.5.2 Đệm cát:

Phương pháp đệm cát sử dụng có hiệu quả khi dùng để thay thế cho lớp đất yếu có bề dày không lớn (< 6m) và trong nền đất mà nước ngầm không có áp (trong điều kiện ven sông đệm cát không được sử dụng)

3.5.3 Cọc bê tông cốt thép:

Giải pháp cọc bê tông cốt thép đang được sử dụng rất có hiệu quả cho các công trình dân dụng tại khu vực này – nhà phố, biệt thự trên móng cọc BTCT Nhưng nó lại không thể áp dụng cho các công trình hạ tầng cơ sở như : đường sá, kho bãi, các công trình có diện chịu tải rộng lớn

Mặt khác cần phải cân nhắc kỹ lưỡng khi sử dụng giải pháp này vì giá thành khá lớn (giá thành của giải pháp móng cọc bê tông cốt thép có thể cao hơn 30%÷50% so với các giải pháp khác) Vì vậy một giải pháp khả dĩ là phải gia cố nền cho khu vực xây dựng, làm cho nền cố kết thoát nước thì mới giải quyết được một cách triệt để vấn đề đã nêu ở đây

3.5.4 Xử lý nền đất bằng giải pháp cọc đất + vôi/xi măng:

Hiện nay vôi không còn được sản xuất nhiều do không đa dụng mà giá thành tương đối cao so với xi măng Mặt khác cùng một hàm lượng vôi và xi măng thì

xi măng sẽ có cường độ cao hơn nhiều so với vôi trong trường hợp dùng giải pháp cọc đất + vôi

Giải pháp cọc đất + xi măng đã được ứng dụng ở rất nhiều nơi, nhưng với khu vực được san lấp bằng loại vật liệu trầm tích biển thì chưa được nghiên cứu nhiều Vấn đề xác định hàm lượng xi măng trong môi trường nước biển có hàm lượng muối cao là rất quan trọng Đây là vấn đề mà học viên cần phải tìm ra: hàm lượng xi măng tối ưu để đất nền sau khi được gia cố đạt cường độ theo yêu cầu đủ để đáp ứng sức chịu tải của công trình

Cọc đất – vôi/xi măng làm tăng tính ổn định cho nền đất dưới nền công trình

do có độ bền kháng cắt cao hơn so với khi chưa gia cố, làm phân phối lại ứng suất trong nền nên làm giảm biến dạng nén lún cho nền đất yếu Tuy nhiên tùy theo điều kiện đất nền mà cân nhắc trong việc sử dụng biện pháp gia cố này (trong nền đất dính cần phải dùng một lượng lớn vôi, sau khi xảy ra các phản ứng có thể để lại trong nền một lượng lớn vôi gây nguy hại cho việc gia cố

3.6 NHẬN XÉT – KẾT LUẬN

Các giải pháp kỹ thuật để xử lý nền đất yếu vừa đề cập ở trên không thể là hoàn hảo tuyệt đối, mỗi giải pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng, mỗi giải pháp chỉ nên sử dụng trong điều kiện thích hợp: tùy thuộc vào cấu tạo địa chất của đất nền, tùy thuộc vào giá trị tải trọng công trình tác dụng mà ta lựa chọn giải pháp nền móng hợp lý nhất Sự lựa chọn giải pháp ở đây chỉ xét trong phạm vi kỹ thuật mà không xét đến mặt kinh tế

Do tình hình thực tế tại khu vực lấn biển, học viên đề nghị dùng giải pháp cọc đất + xi măng để gia cố nền cho khu vực có đất nền quá yếu Vấn đề cần giải quyết là phải tìm ra hiệu quả của phương án này và xác định hàm lượng xi măng thích hợp cho vùng nền được san lấp bằng vật liệu là trầm tích biển

CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT – XI MĂNG

[8, 10]

4.1 KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC ĐẤT – XI MĂNG ĐƠN

Khả năng chịu tải của cọc đất – xi măng đơn bị chi phối bởi độ bền chống cắt của đất yếu bao quanh theo đất nền hay độ bền chống cắt của vật liệu cọc (theo vật liệu) Loại phá hoại theo đất nền phụ thuộc vào sức cản do ma sát hông dọc theo mặt ngoài cọc và phụ thuộc vào sức chịu mũi Loại phá hoại theo vật liệu cọc phụ thuộc vào độ bền chống cắt của vật liệu cọc

4.1.1 Theo phá hoại của vật liệu làm cọc

4.1.1.1 Khả năng chịu cắt của vật liệu cọc đất – xi măng

Khả năng chịu tải của cọc đơn theo vật liệu làm cọc được quyết định chủ yếu bởi khả năng chịu cắt theo vật liệu cọc dọc theo mặt trượt Khả năng chịu cắt này được quyết định bởi vị trí các cọc và dạng phá hoại

Vị trí cọc được phân thành 3 nhóm Nhóm thứ nhất nằm trong vùng chủ động, nhóm thứ hai nằm trong vùng cắt, và nhóm thứ 3 nằm trong vùng bị động – mặt trượt được lý tưởng hóa bởi 3 mặt phá hoại (A – B; B – C; C – D)

Hình 4.1 Các mặt trượt giả định

Mĩng cơng trình

Dạng phá hoại thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như độ bền chống cắt của cọc và độ bền chống cắt của đất gia cố xung quanh cọc, chiều sâu và hướng cung trượt, đường kính cọc, chiều dài cọc, khoảng cách giữa các cọc Các dạng phá hoại của cọc được thể hiện trong hình sau:

Sh Sg

Hình 4.2 Các dạng phá hoại có thể có của cọc đất - xi măng

Dạng a, b: Độ bền cắt và độ bền nén của cọc bị vượt qua

Dạng c, d, e: Khả năng kháng uốn của cọc bị vượt qua

Dạng f, g, h: Khả năng chịu lực ngang của đất không gia cố xung quanh cọc

bị vượt qua

Khi cọc ứng xử như dạng giả định dạng a, b thì khả năng kháng cắt của cọc chủ yếu bị chi phối bởi độ bền cắt của vật liệu cọc Chuẩn phá hoại của độ bền cắt không thoát nước được trình bày như hình sau:

Hình 4.3 Độ bền chống cắt không thoát nước của cọc đất - xi măng