Nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công đê quai trên nền đất yếu

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng Công trình thủy với đề tài : “ Nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công đê quai trên nền đất yếu” được hoàn thành với sự cố gắng của

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI -

MAI HỒNG HẠNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐÊ QUAI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TR ƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI -

MAI HỒNG HẠNH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

ĐÊ QUAI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

Chuyên ngành : Xây dựng Công trình thuỷ

Mã s ố: : 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng Công trình thủy với đề tài :

“ Nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công đê quai trên nền đất yếu” được hoàn

thành với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ về mọi mặt của các thầy cô giáo,

cơ quan, gia đình và các bạn bè đồng nghiệp

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo: GS.TS Lê Kim Truyền

đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, động viên, cũng như cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn khoa Sau Đại học, khoa Công trình Thủy Lợi – Trường Đại học Thủy Lợi, các thầy giáo, cô giáo đã tham gia giảng dạy trực tiếp

đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong quá trình học tập cũng như làm luận văn

Tác giả xin cảm ơn gia đình, các bạn bè đồng nghiệp đã hết sức giúp đỡ động viên về tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả hôm nay

Do còn nhiều hạn chế về trình độ chuyên môn, cũng như thời gian, nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong muốn tiếp tục nhận được nhiều sự góp ý chỉ bảo của các thầy, cô giáo và bạn bè đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

MỞ ĐẦU

1 T ính cấp thiết của đề tài

Đê quai là loại công trình thường gặp trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện Đê quai ngoài việc ngăn chặn, vây quanh hố móng còn là công trình nối liền hai bờ, tạo thành mạng lưới giao thông sau khi ngăn dòng

Đê quai thường được xây dựng theo phương pháp đắp lấn dần hai bên bờ trên nền đất tự nhiên, chưa được xử lý Nền của đê quai thường gặp trên nền đất yếu, là các loại đất bùn, đất bồi tích, v.v có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún lớn Khi đắp

đê quai trên nền đất yếu nếu không được khảo sát thiết kế cẩn thận và có giải pháp phù hợp thì đê quai dễ mất ổn định, bị lún nhiều đôi khi dẫn đến hư hỏng, gây ảnh hưởng đến việc giao thông hai bờ và tiến độ thi công chung của công trình

công đê quai thích hợp với từng loại nền sẽ mang lại những hiệu quả kinh tế cao và bảo đảm chất lượng công trình làm việc một cách an toàn đáp ứng các yêu cầu của công trình đặt ra Nếu lựa chọn giải pháp thiết kế, thi công đê quai không đúng có thể gây nên các sự cố đáng tiếc, gây tổn thất lãng phí lớn về kinh tế, và mất an toàn trong quá trình xây dựng công trình

Vì vậy, đề tài “ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐÊ QUAI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa kinh tế và khoa học

mà thực tiễn trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện thường gặp

2 Ý nghĩa thực tiễn và khoa học

- Ý nghĩa thực tiễn: Đất yếu là loại đất có sức chịu tải nhỏ và tính nén lún thường gặp ở nước ta Khi xây dựng trên nền đất yếu nếu không khảo sát thiết kế cẩn thận và có biện pháp xử lý thích đáng thì công trình xây dựng trên đó thường mất ổn định, bị lún nhiều và lún kéo dài, ảnh hưởng xấu đến việc khai thác công trình và các công trình xây dựng xung quanh

dụng các công nghệ mới, có biện pháp thiết kế và thi công đúng, xử lý nền đất yếu thích đáng Tương tác giữa các kết cấu công trình và nền đất yếu đòi hỏi phải hiểu biết sâu về khoa học đất, kỹ thuật nền móng, v.v Vì thế nó mang ý nghĩa khoa học

rõ nét

3 Mục đích của đề tài

4 Phương pháp nghiên cứu

trên nền đất yếu ở trong nước và các giáo trình chuyên ngành dịch từ nước ngoài

dụng

kỹ thuật mới cải tạo nền đất yếu trong xây dựng công trình

trên nền đất yếu

CHƯƠNG 1 ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 – KHÁI N IỆM VỀ ĐẤT YẾU

1.1.1 Khái niệm chung về nền đất yếu

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

Đa số các nhà nghiên cứu gọi đất yếu là những đất có khả năng chịu lực vào

dụng các biện pháp xử lý thì việc xây dựng công trình trên những đất đó hoặc khó hoặc không thể thực hiện được

Đất yếu hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε > 1,0), hệ

số nén lún lớn (α tới vài phần mười hoặc vài ba đơn vị), môđun tổng biến dạng bé

Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa, v.v … Chúng rất đa dạng về thành phần khoáng vật, nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng

Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa, vũng, vịnh, hoặc biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích

gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển Đất nguồn gốc biển

có thể được tạo thành tạo ở khu vực nước nông (không quá 200m), thềm lục địa

Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí không gian, điều kiện địa lý và khí hậu, những biến đổi sau khi được tạo nên, v.v … mà tồn tại các loại đất khác nhau

Trong thực tế xây dựng ở nước ta thường gặp nhiều nhất là đất sét yếu bão hòa nước và cát lẫn bùn bão hòa nước (vùng đồng bằng Bắc Bộ, đồng bằng sông Cửu Long) Chúng có những tính chất đặc biệt đồng thời cũng có một số tính chất tiên biểu cho các loại đất yếu nói chung Phần lớn các đê quai được xây dựng trên nền đất yếu như đê quai công trình đập dâng Văn Phong (tỉnh Bình Định), đê quai ở công trình đập chính Ngàn Trươi (tỉnh Hà Tỉnh), đê quai ở công trình Hồ Tả Trạch (tỉnh Thừa Thiên Huế), đê quai ở công trình Hồ chứa nước Sông Dinh (tỉnh Bình Thuận), v.v…

1.1.2 Đất sét yếu – Tính chất biến dạng của đất sét yếu

yếu có khả năng nén chặt và củng cố dưới tác dụng của ứng suất Độ bền của đất sét khi chịu lực được xác định bởi lực dính C Ngay chỉ dưới áp lực bé, mức độ nén lún của chúng cũng đã có thể đạt đến trị số đáng kể Quá trình biến dạng ở đất sét yếu xảy ra trong khoảng thời gian dài với tốc độ bé

Khi nén một trục, mẫu đất sét yếu cho trị số nở không lớn Khi nén không nở hông, trong đất xảy ra sự dịch chuyển các hạt Có thể chia biến dạng của đất sét yếu

ra các dạng sau đây :

Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến dạng các màng hấp phụ dung hợp với nước gây nên

Khi tải trọng chưa vượt quá độ bền của mối liên kết cấu trúc, đất chưa bị nén và chỉ thể hiện tính chất đàn hồi Nhưng ở đất sét yếu, độ bền cấu trúc có trị số bé, vì vậy phạm vi thể hiện biến dạng đàn hồi không đáng kể Khi tải trọng vượt quá trị số

độ bền cấu trúc thì biến dạng dẻo còn dư phát triển tương đối nhanh đi kèm theo sau biến dạng nghịch Biến dạng dư có thể vượt quá biến dạng thuận nghịch hàng chục lần Biến dạng khôi phục (thuận nghịch) trong bất cứ trường hợp nào cũng có thể chia làm hai phần: Khôi phục tức thời và khôi phục chậm muộn Phần đầu là biến

dạng đàn hồi thực sự Trị số của biến dạng này ở đất yếu không đáng kể và ít có ý nghĩa

Các loại biến dạng chủ yếu của đất sét là biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ

Biến dạng cấu trúc: Là biến dạng dư trong đó xảy ra sự trượt tương đối lên nhau của các hạt, các khối và sự tăng mật độ các yếu tố cấu trúc trong một đơn vị thể tích Trong quá trình biến dạng cấu trúc, nếu ứng suất tác dụng vượt quá mức chịu đựng do lực dính kết tạo nên thì các hạt và các khối đất có thể bị dịch chuyển Đặc điểm này liên quan nhiều đến khả năng chịu tải của nền

Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt, chúng có tính dão, có khả năng thay đổi

độ bền khi cho tải trọng tác dụng lâu dài Khả năng này gọi là tính chất lưu biến Dưới tác dụng của lực không đổi, có trị số vừa phải, trong đất sét yếu còn xảy ra một quá trình khác đó là quá trình khôi phục và củng cố do hiện tượng xúc biến Hiện tượng này thể hiện rõ ở lớp đất sét xung quanh cọc đóng trong nền, nhiều thí nghiệm đã xác nhận lực dính C của lớp đất trên chỉ sau thời gian hồi phục như ban đầu

biểu hiện khác nữa là sự trùng ứng suất tức là sự giảm (yếu) dần ứng suất trong đất khi giữ biến dạng ổn định Thời gian mà ứng suất gây nên biến dạng đang xét giảm

đi e = 2,71828… lần gọi là chu kỳ trùng ứng suất Chu kỳ này phụ thuộc vào hệ số nhớt và môđun đàn hồi trượt

Chu kỳ trùng ứng suất càng lớn thì thời gian cần thiết để thể hiện dão càng dài và trái lại chu kỳ trùng càng ngắn thì thời gian để thể hiện tính chất đàn hồi của đất đang xét càng bé Ở đất sét thì chu kỳ trùng ứng suất thường rất ngắn

Trong tính toán nền công trình gồm các đất có tính chất lưu biến, người ta dùng hai phương pháp: tính theo độ bền lâu dài (theo trạng thái giới hạn thứ nhất) và tính theo biến dạng dão (theo trạng thái giới hạn thứ 2) Khác với phương pháp tính toán thông thường, ở đây trong cả 2 trường hợp người ta đều xét đến ảnh hưởng của nhân tố thời gian

Trong tính toán lún, hiện tượng lưu biến được nghiên cứu dưới hình thức xét đến mức độ thể hiện dão ở từng loại đất, trên cơ sở các sơ đồ mô hình khác nhau Xét tương quan giữa hai yếu tố dão và thấm trong quá trình cố kết của đất, và tìm những liên hệ thích hợp để biểu thị mối tương quan đó

1.1.3 Đất cát yếu

Cát có thể được thành tạo ở biển hoặc vũng vịnh Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất Cát gồm những hạt kích thước 0,05 đến 2mm Cát chỉ được gọi là “yếu” khi có hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết cấu rời rạc Ở trạng thái bão hòa nước thì có thể bị nén chặt và pha loãng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy

Khi chịu tải, đất cát không được gắn kết sẽ có tính chất như thể rời Độ bền được xác định hoàn toàn bằng lực ma sát Lực ma sát lại phụ thuộc vào trị số tải trọng, mật độ kết cấu, kích thước hạt, độ mài tròn cạnh và mức độ đồng nhất của chúng Chỉ khi bị làm ẩm chút ít, trong cát mới xuất hiện lực liên kết yếu, chủ yếu do lực mao dẫn gây nên Ở cát chặt, trong nhiều trường hợp còn phát sinh lực tiếp nối tương hỗ giữa các hạt Nhân tố này có thể coi như sự thể hiện sức chống cắt ban đầu khi tải trọng pháp tuyến bằng không Nhưng dầu sao một đặc điểm nổi bật của đất cát vẫn là không có, hoặc có với mức độ yếu, lực dính giữa các hạt do đó sức chống cắt chỉ do thành phần ma sát gây nên

Sức chống cắt của cát gồm:

Sức chống cắt của cát phụ thuộc vào thành phần khoáng vật và hình dạng các hạt, nhưng chủ yếu vào mật độ kết cấu của chúng và trị số tải trọng tác dụng, nhưng chủ yếu vào mật độ kết cấu của chúng và trị số tải tác dụng Tính chất này có liên quan chặt chẽ đến khả năng chịu tải của nền, đặc biệt khi nền cát bão hòa nước

Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh và nhiều khi chịu tác dụng của chấn động Khi cát gồm những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy

Tính chất chảy chỉ có thể có ở các hạt nhỏ hoặc bé hơn Trong thành phần của các loại cát này, lượng chứa hạt bụi (0,05 ÷ 0,002mm) chiếm 60 ÷ 70% hoặc hơn Chúng có đặc điểm là chứa nhiều hữu cơ ở trạng thái keo Chỉ với những điều kiện

ấy cát mới được gọi là cát chảy thực

Loại cát yếu thứ hai là cát chảy giả Nó chỉ bị chảy khi có áp lực thủy động Về thành phần thì cát chảy giả là cát sạch, không lẫn vật liệu keo

Ở trạng thái thiên nhiên, cát chảy thực có thể có độ bền và khả năng chịu lực tương đối cao, nhưng khi bị phá hoại kết cấu và làm rời ra thì không còn tính chất

đó nữa Lúc đó cát biến thành trạng thái chảy như chất lỏng Sự tiếp xúc giữa các hạt mất đi và do đó lực ma sát cũng như sức chống cắt giảm xuống nhiều, thậm chí đến số không Hiện tượng này gọi là “hóa lỏng” khi nền cát bị tác động của động đất

Hiện tượng cát chảy thường gặp khi đào hố móng xây dựng Khả năng và mức độ thể hiện cát chảy là do cấu tạo địa chất của khu vực, áp lực cột nước, thành phần và trạng thái của cát quyết định Cát chảy làm cho công tác thi công trở nên phức tạp, đôi khi gây nguy hiểm và là nguyên nhân phát sinh, phát triển nhiều tai nạn phá hoại công trình

Khi nghiên cứu kỹ và nhận định chính xác những nguyên nhân phát sinh, phát triển và biết dùng những biện pháp thích hợp thì có thể tránh được hoặc khắc phục được sự nguy hiểm do cát chảy gây nên

Cát rời có khả năng giảm độ rỗng dưới tác dụng của tải trọng động và rung Với một trị số nào đó của gia tốc chuyển động, lực ma sát ở trong cát giảm đến mức cát giống như một chất lỏng nhớt nặng Trị số gia tốc chuyển động như vậy gọi là gia tốc lâm giới

Trước khi xây dựng cần làm cho cát có độ chặt cần thiết để loại trừ hoặc hạn chế hậu quả của chấn động và rung có thể có

1.1.4 Bùn

Loại đất đá có thành phần, trạng thái có tính chất đặc biệt được xếp vào một nhóm riêng trong bảng phân loại tổng hợp địa chất công trình Nhóm này gồm có: bùn, than bùn, đất đắp, đất đóng băng, thạch cao, muối mỏ, đất muối, v.v… Dưới đây ta chỉ nghiên cứu một số loại đất tương đối phổ biến ở miền Bắc Việt Nam Bùn là loại trầm tích hiện đại, được tạo thành chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng con đường cơ học hoặc hóa học tại đáy biển, vũng vịnh, hồ, bãi lầy, hồ chứa nước hoặc bãi bồi của sông Vì vậy thường phân biệt bùn biển, bùn vũng, bùn hồ, bùn lầy và bùn bồi tích Bùn chỉ liên quan với các chỗ trữ nước, là trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực

Bùn trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét, được tạo nên trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật Bùn luôn luôn có

độ ẩm vượt quá giới hạn chảy và hệ số rỗng ε > 1,5 đối với sét

Theo thành phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là loại cát nhỏ trở xuống Cát trung, cát to và các loại trầm tích hiện đại hạt thô,

Như vậy, bùn là những trầm tích có điều kiện tướng (nham tương) xác định Chúng có đặc điểm là chứa một lượng hữu cơ nào đó (có khi tới 10% ÷ 12%) càng xuống sâu thì lượng hữu cơ càng giảm Ở những đới khí hậu khô, bùn có thể chứa các muối hòa tan trong nước dưới hình thức phân tán nhỏ, tinh thể lớn, đám tinh thể hoặc các lớp mỏng và dày Ở trầm tích hiện đại nước sâu còn có loại bùn chứa vôi Trong bùn, kể cả bùn sét thường có nhiều hạt bụi Bùn có thể đồng nhất thành

“khối” hoặc phân lớp không rõ, đôi khi phân lớp đều

Trong thành phần khoáng vật của phần phân tán mịn của bùn biển thường các khoáng chất sét thuộc nhóm hiđrô mica và kaolinit Đôi khi trong bùn còn thấy khá nhiều cácbonat ngay cả trong thành phần phân tán mịn Trong thành phần ấy của

bùn biển cũng như bùn nước ngọt thường có các cation Ca2 +

Qua những điều kiện trình bày ở trên ta rút ra một kết luận quan trọng có tính

chất nguyên tắc: từ “bùn” được dùng không phải để chỉ trạng thái, mà để biểu thị

bản chất của một loại đất đặc biệt Vì vậy không thể có cát pha sét bùn, sét pha cát

bùn và sét bùn

Sức chống cắt của bùn phụ thuộc chủ yếu không phải vào áp lực pháp tuyến mà vào tốc độ phát triển biến dạng Góc ma sát trong của bùn sét đôi khi gần bằng không Chỉ khi làm mất nhiều nước do bốc hơi và nén chặt quá mức còn trơ lại các hạt cát thì bùn cát mới có sức chống cắt (góc ma sát trong) tương đối lớn Nhưng lúc đó, vì kết cấu không còn nguyên nữa nên trị số của chỉ tiêu nhận được không thể coi là đặc trưng của bùn được nữa Ngay cả khi phân bố vào bùn những lực bé thì bùn cũng có thể chuyển nhanh sang trạng thái chảy, mặc dầu khi thí nghiệm phát hiện thấy có một trị số sức chịu tải ban đầu nào đó, tức là độ bền của mối liên kết cấu trúc

Khi tải trọng pháp tuyến tác dụng chậm, biến dạng của bùn có đặc tính là nén chặt không hạn chế, kèm theo sự thoát nước tự do Khi lực nén phân bố tương đối nhanh thì trong bùn phát sinh áp lực thủy động, và bùn bị phòi ra Hệ số nén lún của

Thông thường bùn là những trầm tích nén chưa đến chặt và dễ bị thay đổi kết cấu thiên nhiên Ngoài sự chuyển hóa xúc biến, trong bùn còn có hiện tượng co mất nước, tức là sự dịch lại gần nhau của các hạt dưới tác dụng của các lực bề mặt, kèm theo sự chèn ép nước ra ngoài có tính chất cục bộ Vì vậy ngay cả khi gắn kỹ bằng parafin thì trạng thái thiên nhiên của bùn cũng không thể giữ được lâu

Do các đặc điểm trên, việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện được kết quả khi áp dụng hợp lý các biện pháp xử lý đặc biệt

Thực tế những năm xây dựng công trình ở nước ta cho thấy móng của nhiều công trình công nghiệp, giao thông, kiến trúc, thủy lợi v.v… đều được đặt trên nền đất yếu

Ở miền núi và trung du, thường gặp những tầng này trong những giải trũng rộng, những vùng hồ cạn, những bãi thềm và những vùng trũng dưới chân núi Cấu trúc của chúng thường không phức tạp, thường chỉ là một lớp đất yếu đồng nhất và có chiều dày không lớn lắm Việc xây dựng công trình trên những tầng đất nền này không đòi hỏi những biện pháp xử lý phức tạp như khu vực xây dựng công trình Thủy Lợi Xuân Lao thuộc huyện Mường Ảng tỉnh Điện Biên, nền đất yếu có chiều dày nhỏ, nơi độ dày lớn nhất chỉ gần 4m, nền đất yếu đồng nhất chủ yếu là lớp đất

yếu ở đồng bằng ven biển, cửa sông rất phổ biến, cấu trúc rất phức tạp và đa dạng như ở đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng Sông Hồng nền đất yếu có thể tới

đất yếu trong tầng nền cũng rất khác nhau Do đó kinh phí xây dựng trên miền đồng bằng khá tốn kém vì phải áp dụng các biện pháp xử lý công trình phức tạp

Thực tế cho thấy rằng đất là loại trầm tích không đồng chất Tùy theo nguồn gốc, quá trình thành tạo và môi trường tồn tại mà tính chất của từng tầng đất ở mỗi khu vực rất khác nhau

1.1.6 Nền đất yếu ở Việt Nam

Ở Việt Nam nền đất yếu phổ biến là ở các miền đồng bằng còn ở miền núi và

dưới chân núi Các công trình xây dựng tại các thành phố, thị trấn, khu công nghiệp

Đồng bằng Bắc Việt Nam là những tam giác châu có nguồn gốc trầm tích lục địa, địa hình bị phân cắt bởi hệ thống sông suối, kênh mương chằng chịt Nhiều nơi thấy vết tích hố móng ngựa, đầm lầy, khu trũng bị úng nước Nền đất yếu ở đồng bằng Bắc Việt Nam có nguồn gốc của trầm tích hệ Thứ Tư ở đồng bằng cấu tạo từ hai tầng lớn: tầng dưới là hạt thô (cuội, sỏi, sạn lẫn cát thô, cát vừa hay nhỏ, cát pha sét), tầng trên là hạt mịn (sét, sét pha cát, bùn và than bùn) Nhóm đất yếu phân bố khắp nơi gồm hai loại đất bùn và than bùn Đất bùn ở bùn đầm lầy ven biển có chiều dày từ 2 ÷ 15m có thể > 15m như đất bùn ven biển Thanh Hóa, Vinh, Hà Tĩnh, Quảng Bình Đất bùn nguồn gốc hồ trong lòng hồ cạn hay đầm hồ như hồ Tây (Hà Nội), Đầm Nậu, Đầm Vạc (Vĩnh Phúc) Than bùn chỉ tập trung phần tây, tây bắc các đồng bằng như khu vực Tây Nam Hà Nội, Triệu Sơn (Thanh Hóa), Đức Sơn (Hà Tĩnh)

Đồng bằng sông Cửu Long, nguồn gốc của đất chủ yếu từ sông, sông – biển, đầm lầy biển có tuổi Holoxen Nền đất yếu của đồng bằng sông Cửu Long có chiều dày lớn có thể chia làm 3 khu vực

Minh, thượng nguồn Vàm Cỏ Tây, Vòm Cỏ Đông, rìa tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi chạy tới ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đồng bằng Vũng Tàu đến Biên Hòa

trung tâm Đồng Tháp Mười

biển Minh Hải, Hậu Giang, Tiền Giang, Cần Giuộc, Vũng Tàu

1.1.7 Nhận xét

Đứng về mặt công trình xây dựng, những chỉ tiêu quan trọng của đất yếu là

yếu hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε>1,0), hệ số nén lún lớn (a tới vài phần mười hoặc vài ba đơn vị), môđun tổng biến dạng bé (nói

cát thì chỉ tiêu quan trọng là góc ma sát trong, còn nền là đất sét thì lực dính C chiếm vai trò quan trọng Khi nền là cát hoặc sét lẫn bùn thì sức chịu tải rất thấp so với hai loại nền trên do đó cần phải có phương pháp gia cố nền thích hợp Trường hợp phải xây dựng các công trình đất như nền đường, đê bao, đê quai thì có thể xử

lý kết cấu bên trên công trình bằng biện pháp kết cấu

Mức độ đánh giá nền đất yếu còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà loại công trình

sẽ xây dựng trên đó yêu cầu Thí dụ tốc độ chất tải trong quá trình xây dựng nhanh hay chậm thì loại đất nào phải xếp vào loại đất mềm yếu để xử lý Bằng dẫn chứng trên, rất khó có định nghĩa chung cho nền đất yếu

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

Nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu đã được áp dụng ở nước ta từ năm 1957 trong các ngành xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông, thủy lợi, thủy điện, phổ biến là những công nghệ sau đây:

dựng đường giao thông, các trạm bơm, các cống trong thủy lợi

tầng

như xây dựng nền đường, nền đê

vôi, cọc đất xi măng, cọc cát đầm chặt trong xây dựng dân dụng, thủy lợi

- Phụt vữa hỗn hợp xi măng bột sét để cố kết nền, tron xây dựng thủy điện, thủy lợi

Khi lớp đất yếu (bùn, than bùn, đất than bùn, đất đắp, v.v ) có chiều dày không lớn nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệ phản áp, v.v để gia cố đất nền Các biện pháp trên được áp dụng làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng (đặc biệt là biến dạng không đồng đều) của nền đất dưới tác dụng của tải trọng công trình Trong thực tế thường dùng đệm cát, đệm đá hoặc đệm đất để thay thế lớp đất yếu chiều dày không lớn hơn 3m dưới móng tường trong các công trình dân dụng và công nghiệp, dưới bản đáy các công trình Thủy Lợi v.v Đối với nền đường, nền đất đắp nằm trên vũng bùn lầy thì việc áp dụng bệ phản áp để khống chế khả năng phát triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đất yếu gây ra là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả nhất

Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn hoặc trong lớp đất yếu xuất hiện nước có áp lực cao thì việc áp dụng các biện pháp trên sẽ bị hạn chế

1.2.1 Đệm cát

Người ta thường đào bỏ lớp đất yếu ở phía trên tiếp giáp với móng (thường là sét

lớn, dễ thi công và là vật liệu địa phương Lớp cát được thay thế này gọi là tầng đệm cát Việc thay thế lớp đất yếu kể trên bằng đệm cát có những tác dụng chính sau đây:

vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới

làm tăng quá trình cố kết của đất nền (vì cát trong lớp đệm có hệ số thấm lớn)

đệm sau khi được đầm chặt sẽ có lực ma sát lớn và có khả năng chống trượt)

- Kích thước móng và chiều sâu chốn móng sẽ giảm vì áp lực tiêu chuẩn truyền lên lớp đệm cát tăng lên

Chính vì những lý do trên mà biện pháp thay thế lớp đất yếu bằng lớp đệm cát đã trở thành một trong những biện pháp thông dụng được ứng dụng Một số công trình thủy lợi như cống sông Khổng, cống Giao Lạc, cống Chất Thành, v.v có chiều dày

giá thành móng giảm đi đáng kể và đến này đều ở trạng thái ổn định

3m

phải hạ thấp mực nước ngầm và tầng đệm cát không ổn định (xói ngầm, hóa lỏng)

chỗ, giảm chi phí vận chuyển từ xa

1.2.2 Đệm đất

Đối với nền công trình xây dựng trên nền đắp ở trạng thái ẩm ít và mực nước ngầm ở dưới sâu thì có thể dùng phương pháp gia cố nhân tạo bằng đệm đất Vật liệu làm lớp đệm trong trường hợp này thường là đất sét pha cát lấy ở ngay khu vực xây dựng Công trình xử lý nền yếu bằng đệm đất như thi công đập đất Đồng mô Ngãi Sơn

So với phương pháp gia cố nhân tạo bằng đệm cát thì phương pháp gia cố bằng đệm đất kinh tế hơn vì tận dụng được vật liệu địa phương

Có thể áp dụng biện pháp đệm đất trong những trường hợp sau:

để tăng nhanh quá trình cố kết

không có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền đắp

- Khi cao độ thiết kế gần với cao độ thiên nhiên, không thể đắp nền đường đủ dày

để đảm bảo cường độ cần thiết dưới kết cấu mặt đường

1.2.3 Đệm đá sỏi

So với đệm cát thì độ cứng của đệm đá, sỏi lớn hơn nhiều, do đó về nguyên lý làm việc có những điểm khác nhau Điểm khác nhau căn bản giữa đệm đá, sỏi và đệm cát là ở chỗ truyền ứng suất theo chiều sâu trong lớp đệm khác nhau dưới tác dụng của tải trọng công trình Đối với đệm cát ứng suất giảm theo chiều sâu của lớp đệm, nhưng đối với đệm cát, sỏi thì ngược lại, do độ cứng khá lớn nên ứng suất không thay đổi theo chiều sâu Chính vì vậy lớp đệm đá, sỏi được xem như là một

bộ phận của móng và tính toán lớp đệm đó như một móng nông đặt trên nền đất thiên nhiên

Áp dụng biện pháp đệm đá sỏi khi lớp đất yếu dưới đáy móng ở trạng thái bão hòa nước, có chiều dày nhỏ hơn 3m và dưới đó là lớp đất chịu lực tốt, đồng thời xuất hiện nước có áp lực cao

1.2.4 Bệ phản áp

Bệ phản áp là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả khi xây dựng nền đường, đê, đập, v.v trên vùng đất yếu Nội dung của phương pháp xử lý này là dùng các vật liệu địa phương như đất, đá, cát đắp ở hai bên công trình để chống trượt do sự phát triển của vùng biến dạng dẻo gây ra Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chống thấm nước, v.v

đất Ngàn Trươi, đập đất Đồng Mít, đập đất Sông Dinh v.v

1.2.5 Các phương pháp làm tăng độ chặt của nền đất yếu

Đối với đất có độ rỗng lớn ở trạng thái rời, bão hòa nước, tính nén lún cao, đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng còn nhỏ (đất cát rời, đất dính ở trạng thái chảy, đất bùn, than bùn v.v ) thì móng công trình không thể đặt trực tiếp trên nền đất thiên nhiên được mà phải có biện pháp gia cố

Đặc điểm của loại đất này là sức chịu tải rất nhỏ, độ lún lớn và khả năng gây ra biến dạng không đồng đều dưới đế móng công trình

Để có thể xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất có tính chất như trên, người ta thường dùng các phương pháp như cọc cát, cọc đất, giếng cát, nổ mìn, nén trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt trên mặt bằng đầm nặng, đầm rung hoặc nén chặt dưới sâu bằng thủy chấn và chấn động, v.v nhằm làm tăng độ chặt của nền đất, tạo điều kiện cho nền đất có đủ khả năng chịu lực, hạn chế được độ lún và biến dạng không đồng đều khi tiếp thu tải trọng ngoài

Tùy theo tính chất của công trình và tùy theo đặc điểm địa chất thủy văn tại khu vực xây dựng mà quyết định chọn phương pháp nén chặt

1.2.5.1 Cọc cát

Nén chặt đất bằng cọc cát là một phương pháp hiệu quả khi xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày lớn Khi chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 2m có thể dùng cọc cát để nén chặt được

Tác dụng của cọc cát là làm cho độ rỗng của nền đất giảm đi, trọng lượng thể tích, môđun biến dạng, lực dính và góc ma sát tăng lên Vì nền đất được nén chặt lại, do đó sức chịu tải được tăng lên, độ lún và biến dạng không đồng đều của nền đất dưới đế móng các công trình giảm một cách đáng kể Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng làm việc đồng thời, đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc

Do các đặc điểm kể trên nên tính chất làm việc của cọc cát khác với các loại cọc cứng thường dùng như cọc gỗ, cọc thép, cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép, v.v Tính ưu việt của cọc cát được thể hiện ở các mặt sau đây:

được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên Tính chất này hoàn toàn không thể có được khi dùng các loại cọc cứng

nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng Phần lớn độ lún của nền đất có cọc

cát thường kết thúc trong quá trình thi công do đó tạo điều kiện cho công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định Bởi vì lúc này cọc cát làm việc như các giếng thoát nước, nước trong đất có điều kiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài Điều này không thể có được đối với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng

Kinh nghiệm xây dựng cũng như những kết quả đã nghiên cứu cho thấy rằng: Cọc cát là một phương pháp dùng có hiệu quả để nén chặt các lớp đất yếu có chiều dày lớn với các loại đất cát nhỏ, cát bụi rời ở trạng thái bão hòa nước, các đất cát có xen kẽ những lớp bùn mỏng, các loại đất dính yếu (sét, sét pha cát và cát pha sét) cũng như các loại đất bùn và than bùn

1.2.5.2 Cọc đất

Cọc đất thường dùng để nén chặt nền đất có độ rỗng lớn và có tính lún sập Đặc điểm của đất có tính lún sập khi bị ngậm nước là có lỗ rỗng lớn Lỗ rỗng thường có đường kính 0,5 ÷ 2,0 mm, độ rỗng rất lớn, chiếm vào khoảng 50 ÷ 54% so với thể tích toàn bộ

Nếu đất có độ rỗng 42 ÷ 44% thì có thể xem như đất có tính lún sập nhỏ hoặc không có tính lún sập Ngược lại khi độ rỗng 48 ÷ 52% thì đất có tính lún sập lớn Đât có tính lún sập thường gặp ở vùng khí hậu khô, độ ẩm thường thấp vào khoảng

Tính nén của đất lún sập phụ thuộc vào độ ẩm là chủ yếu và một phần vào độ chặt Hiện tượng lún sập xảy ra trong đất có lỗ rỗng lớn khi ngậm nước Do hậu quả của hiện tượng lún sập của đất nền có thể làm cho công trình xây dựng trên đó biến dạng không đều hoặc không an toàn khi sử dụng Trong những trường hợp này, khi chiều dày lớp đất lún sập lớn, dùng cọc đất để nén chặt đất ở xung quanh và dưới sâu là hợp lý hơn cả

Trên thực tế đã sử dụng cọc đất để xử lý hiện tượng lún trồi đất ở đoạn đê nối tiếp với cống Trà Linh (Thái Bình năm 2010), đã sử dụng 574 cọc đất dài 3,2m

Đứng về phương diện kinh tế, vôi là một loại vật liệu dễ khai thác và rẻ tiền, do

đó ứng dụng cọc vôi đối với việc gia cố nền đất cũng có ý nghĩa thực tế

1.2.5.4 Giếng cát

Đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái bão hòa nước có biến dạng lớn kéo dài theo thời gian và sức chịu tải thấp thường gặp ở các vùng đồng bằng Việt Nam Việc xây dựng các công trình có kích thước móng lớn như nền đường, nền sân bay, bản đáy các công trình thủy lợi, móng dưới hệ thống các xi lô, v.v

Giếng cát có hai tác dụng chính:

hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều

thích hợp thì nó có tác dụng làm tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của nền đất tăng lên một cách đáng kể

1.2.5.5 Gia cố đất yếu bằng năng lượng nổ

Trong phạm vi bề mặt và chiều dày của lớp đất yếu cần được gia cố sẽ bố trí các quả mìn dài, theo một mạng lưới tam giác đều Những giếng được năng lượng nổ tạo thành sẽ nén đất ra quanh giếng Kích thước giếng và khoảng cách giữa các trục của các giếng phải được tính toán đủ đảm bảo nén đất đến độ chặt cần thiết một

cho các hạt đất được sắp xếp lại, sít chặt vào nhau hơn Phương pháp này thích hợp với cả loại đất từ chảy đến chảy dẻo

Về các mặt kinh tế và kĩ thuật, phương pháp này đã mang lại hiệu quả tốt như: nền đất sớm đạt được độ bền vững cao, thi công đơn giản, nhanh và dễ mở rộng, khối lượng vật liệu ít

1.2.5.6 Nén trước bằng tải trọng tĩnh

Đối với nền đất dưới công trình có tính nén lớn và biến dạng không đồng đều như sét và sét pha ở trạng thái chảy hoặc cát nhỏ, cát bụi ở trạng thái bão hòa nước, muốn nén chặt nó yêu cầu phải có tải trọng tác động thường xuyên trong thời gian dài thì mới có hiệu quả Trong nhiều trường hợp, nếu độ lún dự tính rất lớn, vượt qua những chỉ dẫn cho phép trong qui phạm, để bảo đảm cho công trình có thể sử dụng được ngay sau khi thi công thì một trong những biện pháp hay dùng là nén trước bằng tải trọng tĩnh

Tác dụng của biện pháp này là làm cho nền đất được nén chặt một phần, độ ẩm

và biến dạng của đấy giảm đi và khả năng chịu lực của đất nền tăng lên

Khi dùng biện pháp nén chặt đất trên mặt cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến độ chặt của đất : độ ẩm của đất, thành phần hạt, thành phần khoáng hóa của đất, chiều dày lớp đất nén chặt, v.v

Độ ẩm của đất là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình nén chặt Khi độ ẩm đạt đến một giới hạn nào đó thì ta được đến một trị số độ chặt lớn nhất Độ ẩm ứng với

giới hạn đó gọi là độ ẩm tốt nhất Nếu quá giới hạn đó thì độ chặt bắt đầu giảm xuống mặc dù độ ẩm tăng lên

Khi nén chặt đất rời, ảnh hưởng của độ ẩm gây ra ít hơn so với đất dính Đất rời khác với đất dính ở chỗ có thể nén chặt trong điều kiện khô vì không có lực dính kết, nhờ vậy hạt cát có tính cơ động tốt hơn

1.2.5.8 Nén chặt đất dưới sâu

Đối với các loại đất rời (đất cát và đất đắp), khi chiều sâu lớn hơn 1,5m có thể dùng phương pháp chấn động và thủy chấn để nén chặt đất Dưới tác dụng của chấn động thì ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa các hạt giảm đi đáng kể và sự cân bằng của chúng bị phá hoại Dưới tác dụng của trọng lực các hạt sẽ dịch chuyển do đó hệ

số rỗng giảm đi và độ chặt tăng lên

1.2.6 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng móng cọc

Móng cọc là một trong những biện pháp được áp dụng nhiều trong việc xây dựng các loại công trình dân dụng, cầu đường, thủy lợi, v.v trên nền đất yếu Móng cọc làm nhiệm vụ truyền tải trọng các phần kết cấu bên trên công trình xuống lớp đất chịu lực tốt nằm ở dưới sâu Tính ưu việt của móng cọc chẳng những khắc phục hoặc hạn chế được biến dạng lún có trị số quá lớn và biến dạng không đồng đều của đất nền cũng như đảm bảo ổn định cho công trình khi có tải trọng ngang tác dụng,

mà còn rút ngắn được thời gian thi công, và giảm bớt được khối lượng vật liệu xây móng và khối lượng đào đắp, công nghiệp hóa trong chế tạo và thi công cọc Do đó việc áp dụng biện pháp này đối với các công trình mang lại hiệu quả kinh tế lớn Tuy nhiên, cần chú ý rằng không phải lúc nào dùng móng cọc cũng đều mang lại kết quả tốt, mà ngược lại có khi vì ứng dụng không đúng chỗ có thể gây lãng phí và nguy hiểm đối với công trình Chẳng hạn như nếu lớp đất ở bên trên tương đối tốt, còn bên dưới là lớp đất yếu thì khi đóng cọc xuống, lớp đất bên trên sẽ bị phá hoại còn lớp đất bên dưới sẽ sinh ra biến dạng phụ thêm gây nguy hiểm đối với điều kiện làm việc của công trình Trường hợp lớp đất yếu có chiều dày lớn và dưới đó không

có lớp đất chịu lực tốt thì không nên dùng móng cọc

Khi đóng cọc trên nền đất yếu, sự nén chặt của đất ở xung quanh cọc và đặc biệt

ở dưới mũi cọc hầu như không đáng kể và biến dạng phụ thêm cũng như biến dạng không đồng đều có khả năng phát triển theo thời gian Chính vì vậy, khi áp dụng móng cọc cần phải nghiên cứu kỹ đối với mỗi trường hợp địa chất cụ thể

1.2.6.1 Cọc tre

Được sử dụng để gia cố nền đất yếu có chiều dày không lớn (Vào khoảng 2 ÷ 3m) dưới các công trình dân dụng, công nghiệp, thủy lợi vừa và nhỏ Tuy nhiên không nên dùng cọc tre ở những nơi đất nền khô hoặc khô ướt theo từng mùa, bởi vì nếu độ ẩm của đất nền thay đổi như vậy có thể làm cho cọc tre bị mục và hư hỏng

Cọc gỗ có những ưu điểm: Trọng lượng nhỏ, vận chuyển dễ, thiết bị đóng cọc đơn giản, có thể nối lại những cọc có chiều dài theo yêu cầu, thời gian sử dụng khá lâu (có thể tới 100 năm) nếu cọc luôn được ngâm dưới mặt nước

Khi nước ngầm có nồng độ a xít hoặc kiềm cao, để bảo vệ cọc khỏi bị xâm thực thì cọc phải được chế tạo bằng gỗ đã được ngâm tẩm (như tẩm crêôzôt ở áp lực cao)

1.2.6.3 Cọc bê tông cốt thép

Cọc bê tông cốt thép có khả năng tiếp thu được tải trọng lớn của công trình, mỗi cọc có thể chịu được tải trọng 250 ÷ 300 tấn Cọc thường được cấu tạo tiết diện vuông, tam giác, tròn, hoặc đa giác Cọc bê tông cốt thép là loại cọc phổ biến trong việc xây dựng các loại công trình trên nền đất yếu Một số ví dụ điển hình như: trụ cầu Hàm Rồng (Thanh Hóa), cầu ô tô Kênh Cửa Đạt, hội trường Ba Đình Hà

1.2.6.4 Cừ thép

Cừ thép phổ biến nhất trong việc sử dụng sức thép để tạo màng chống thấm, song

có trường hợp bộ phận nền là đất mềm yếu, dễ bị xói ngầm không thể dùng cừ thép

để vây chặt lớp đó (trạm bơm tiêu Nam Hà Nội, trạm bơm Đàn Hoài)

1.2.6.5 Cọc nhồi

Những loại cọc ở trên là loại cọc đúc tại chỗ và dùng phương pháp đóng bằng búa để hạ cọc Trong nhiều trường hợp dùng các loại cọc đóng có khó khăn nhất định, chẳng hạn như phải có thiết bị đóng cọc lớn, khi vận chuyển, cẩu đóng cọc thường dễ xảy ra hiện tượng nứt nẻ trong bê tông do trọng lượng bản thân cọc lớn Khi đó nếu dùng các loại cọc nhồi thì có thể khắc phục được các nhược điểm trên

và mang lại hiệu quả kinh tế hơn so với các loại cọc đóng

Cọc nhồi là loại cọc chế tạo hạ xuống đất ngay tại chỗ Bằng cách đào sẵn hoặc

nhồi đầy cọc Để cho các lỗ cọc khỏi bị sụt lở thì thường dùng các ống bao bằng thép Những ống này được hạ xuống đất bằng phương pháp đóng, khoan hoặc xoay Khi đổ bê tông cọc vào các ống bao được nhấc lên dần dần, cũng có trường hợp ống bao nằm lại trong đất và là thành phần của cọc Nếu lỗ cọc không sâu lắm, đào trong đất chắc và ít nước ngầm thì không cần ống bao

Cọc nhồi có nhiều loại, nhưng dùng phổ biến nhất hiện nay là những loại cọc sau: cọc nhồi Straus, cọc Benoto, cọc nhồi khí ép, cọc Franki, cọc nhồi đầm rung, cọc nhồi có đáy mở rộng, cọc khoan nhồi, v.v Tùy theo tải trọng công trình và đặc điểm khác nhau nên thiết bị thi công cũng như phương pháp thi công theo những qui định riêng Như công trình Hồ chứa nước Tả Trạch dùng phương pháp khoan cọc nhồi ở bể tiêu năng tràn Tả Trạch để gia cố nền

1.2.6.6 Cọc xoắn

Cọc xoắn là cọc có thân bằng ống thép hoặc ống bê tông cốt thép, phần đầu dưới

có cánh thép xoắn ốc.Tùy theo đặc điểm địa chất mà quyết định đường kính cánh

xoắn Đối với đất rắn thì dùng cọc có đường kính cánh xoắn nhỏ, còn đất mềm thì dùng đường kính cánh xoắn lớn

với các loại cọc khác có cùng chiều dài và đường kính thì sức chịu tải của cọc xoắn

có thể lớn hơn 10 ÷ 15 lần Trên quan điểm kinh tế và tiến độ thi công mà xét thì cọc xoắn có rất nhiều ưu điểm đặc biệt, tuy nhiên vì dùng nó tốn khá nhiều thép nên việc áp dụng cọc này phần nào bị hạn chế Ở nước ta, một số cầu tàu ở cảng Hải Phòng đã dùng loại cọc xoắn có đường kính thân cọc 30cm, đường kính cánh xoắn 10cm và chiều dài tới 18m mang lại kết quả tốt

Phương pháp gia cường bằng hóa lý có tác dụng thực tế như sau:

diện cường độ do thi công có tải trọng ngang lớn

thủy lợi, để giảm khả năng thấm và áp lực đẩy nổi của nước ngầm tác dụng vào móng công trình

theo đặc điểm địa chất và tính chất của công trình mà quyết định lựa chọn phương pháp gia cố

1.2.7.1 Phương pháp phụt vữa xi măng - sét

Phụt vữa xi măng là một trong những phương pháp hiệu quả để gia cường nền đất Phương pháp này được ứng dụng phổ biến trong các công trình thủy lợi

Nội dung của phương pháp này là phụt vào trong các lỗ rỗng hoặc khe nứt của đất một lượng xi măng theo yêu cầu Vữa xi măng - sét được phụt vào trong các lỗ rỗng hoặc khe nứt sau khi cứng lại sẽ có tác dụng làm giảm tính thấm và làm tăng khả năng chịu lực của nền đất

Khả năng ứng dụng phương pháp phụt vữa xi măng sét vào việc gia cường nền đất tùy thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước lỗ rỗng hoặc khe nứt ở trong đất đá, tốc

độ dòng thấm và thành phần hóa học của nước

Hiện nay phương pháp phụt vữa xi măng - sét được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng Ở nước ta phương pháp phụt vữa xi măng - sét được áp dụng rộng rãi

để gia cường nền đê, thân đê và một số đập đất

1.2.7.2 Phương pháp dùng nhựa tổng hợp

Gia cường bằng nhựa tổng hợp nhằm mục đích nâng cao khả năng chịu lực của đất nền và làm giảm hoặc hạn chế tới mức tối đa tính thấm của đất có ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của công trình

Hiện nay một số loại nhựa như: nhựa cacbamit, nhựa urêfoocmanđehit, nhựa phiến thạch lỏng, nhựa fuafuron, v.v… đã được ứng dụng để gia cường nền đất dưới các công trình

Nhựa phiến thạch lỏng, nhựa fuafuron được dùng để gia cường đất cát và đất sét pha cát dưới nền đường và nền sân bay Nhựa urêfoocmanđehit dùng để gia cường các loại cát nhỏ và cát trung có lẫn hàm lượng sét, còn nhựa cacbamit được ứng dụng trong đất cát nhỏ khô và bão hòa hoặc các loại đất hoàng phổ Khi trong cát có chứa trên 3% hạt sét hoặc cabonat thì không nên dùng nhựa để gia cường

Khi gia cường cát thường pha trộn nhựa cabamit và dung dịch axít clohydric

1.2.7.3 Phương pháp dùng nhựa Bi tum

Khi xây dựng các công trình trên nền đất đá dăm cuội sỏi, hoặc trên nền đá có nhiều vết nứt nẻ, người ta dùng phương pháp phụt nhựa Bi tum để gia cường

Tác dụng của nhựa Bi tum là giảm tính thấm và đồng thời làm tăng khả năng chịu lực của đất nền, do đó nó được ứng dụng trong các công trình thủy lợi Hiện nay

lạnh (còn gọi là nhũ tương) để gia cường nền

Phương pháp dùng nhựa Bitum nóng:

Nội dung của phương pháp náy là phụt nhựa Bitum lỏng qua những lỗ khoan hoặc ống phụt vào trong lỗ của đất hoặc các khe nứt của đá gốc Ở nhiệt độ bình thường, Bitum ở trạng thái cứng hoặc dẻo cứng, nhưng khi đun nóng lên ở nhiệt độ

các lỗ rỗng của đất và các khe nứt của đá gốc

Phương pháp dùng nhựa Bitum nóng có thể ứng dụng trong điều kiện tốc độ thấm cao và trong môi trường nước ngầm có tính xâm thực mạnh

Nhược điểm là thiết bị thi công cồng kềnh và phức tạp Đối với khe nứt trong đá

và lỗ rỗng của đất nhỏ thì nhựa Bitum khó có khả năng nhét đầy, nhựa Bitum sau khi lạnh thì thể tích giảm và không có khả năng ngăn ngừa biến dạng, đặc biệt là biến dạng dẻo dưới tải trọng của công trình tác dụng theo thời gian

Phương pháp dùng nhựa Bitum lạnh:

Phương pháp dùng nhựa Bitum lạn còn gọi là phương pháp dùng nhũ tương Bitum để gia cường các loại đất cát và đá gốc có vết nứt nhỏ Nhũ tương Bitum ở dạng lỏng gồm 60 ÷ 65% Bitum, 35 ÷ 40% nước và gây ra nhũ tương

Phương pháp này ưu việt hơn phương pháp dùng nhựa Bitum nóng ở chỗ là nó gia cường được các loại đất cát nhỏ

Các yếu tố như thành phần, độ nhớt và độ ẩm của đất có ảnh hưởng đến quá trình thấm của nhũ tương Nên trong nhũ tương có thêm xi măng hoặc vôi thì sẽ tăng hiệu quả gia cường trong đất rời lớn

1.2.7.4 Phương pháp nhiệt

Phương pháp này là dùng nhiệt độ cao để gia cường đất và kết quả là loại trừ được tính lún sập, đồng thời là tăng khả năng chịu tải và tính chịu nước của đất

C

Phương pháp này chỉ dùng tốt nếu chiều dày lớp đất gia cường lớn vào khoảng từ 3m trở lên, nếu chiều dày lớp gia cường nhỏ hơn giới hạn sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế

Nhược điểm của phương pháp này là thiết bị thi công cũng như quá trình thi công rất phức tạp, đòi hỏi kinh phí xây dựng lớn

1.2.8 Nhận xét các phương pháp gia cố nền đất yếu

Những công nghệ xử lý nền đất yếu về nguyên tắc có thể ghép thành năm nhóm riêng rẽ:

1.3 NHỮNG YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA ĐÊ QUAI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

trình thi công đê quai và trong quá trình khai thác sau này Nói khác đi là phải tránh gây ra sự phá hoại trong nền đất yếu, trong quá trình thi công và sau khi thi công làm hư hỏng nền đắp cũng như các công trình xung quanh, tức là phải đảm bảo cho nền đường luôn ổn định

- Phải liên kết tốt với hai bờ và lòng sông Trường hợp cần thiết phải bảo vệ thích đáng, để đề phòng xói lở và phá hoại

vật liệu và thiết bị ít nhất mà có thể xây dựng xong trong một thời gian ngắn với giá thành rẻ nhất

CHƯƠNG 2

ĐÊ QUAI VÀ SỰ ỔN ĐỊNH CỦA ĐÊ QUAI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 2.1 ĐÊ QUAI VÀ SỰ PHÂN LOẠI ĐÊ QUAI

2.1.1 Sự hình thành đê quai và đặc điểm của đê quai

Đặc điểm thi công các công trình thủy lợi là:

- Xây dựng trên các sông, suối, kênh rạch của vùng đồi núi hoặc các bãi bồi, móng nhiều khi sâu dưới mặt đất thiên nhiên của lòng sông, suối, nhất là dưới mực nước ngầm, nên trong quá trình thi công không tránh khỏi những ảnh hưởng bất lợi của dòng nước mặt, nước ngầm và nước mưa, v.v…

địa chất không thuận lợi

phải đảm bảo các yêu cầu dùng nước ở hạ lưu tới mức cao nhất

Xuất phát từ những đặc điểm trên cho thấy muốn hố móng khô ráo mà vẫn đảm bảo được yêu cầu tổng hợp lợi dụng dòng nước trong quá trình thi công phải tiến hành dẫn nước dòng sông từ thượng lưu về hạ lưu qua các công trình dẫn dòng, đắp

đê quai bao quanh hố móng, bơm cạn nước và tiến hành công tác nạo vét, xử lý nền

và xây móng công trình

Chính vì vậy có thể định nghĩa đê quai là một công trình ngăn nước tạm thời ngăn cách hố móng với dòng chảy để tạo điều kiện cho công tác thi công ở trong hố móng được khô ráo Do mục đích sử dụng đê quai chỉ là tạm thời và nhiều đoạn sau này phải phá bỏ nên yêu cầu đối với kết cấu đê quai là gọn nhẹ, an toàn, xây dựng nhanh và phá dỡ cũng dễ dàng

2.1.2 Phân loại đê quai

Căn cứ vào vị trí tương đối giữa đê quai và phương nước chảy người ta chia ra:

đê quai ngang (thượng, hạ lưu) và đê quai dọc

Dựa vào cấu tạo và vật liệu dùng đê quai có thể chia ra các loại gồm: đê quai bằng đất, đá đổ, bó cây, đất và cỏ, bản cọc gỗ, bản cọc thép, khung gỗ, bê tông

2.1.2.1 Đê quai bằng đất

Đê quai bằng đất có những đặc điểm nổi bật sau:

dụng được

Tuy nhiên đê quai đất cũng có những khuyết điểm nhất định:

Đê quai bằng đất thường có mặt cắt hình thang Chiều rộng đỉnh đê được xác định theo cấu tạo và yêu cầu của thi công như làm đường vận chuyển, nhưng nói

đất và phương pháp thi công

Đê quai có thể đắp bằng đất đồng chất hoặc đắp bằng nhiều loại đất khác nhau

tường tâm bằng cọc)

Phần dưới nước của đê quai thường đắp bằng cách đổ đất trực tiếp vào nước và

thường lợi dụng khối đào đất (như đào móng, đào kênh) để đắp đê quai nhằm giảm giá thành xây dựng

2.1.2.2 Đê quai bằng đá đổ

Đê quai bằng đá đổ có thể xây dựng trên nền đá hoặc đất Đắp trực tiếp được trên khô hoặc trong nước và đắp theo phương pháp đổ nghiêng hoặc bằng Để phòng thấm đê quai bằng đá đổ thường đắp tường nghiêng ở trước khối đá đổ, giữa khối đá

đổ và tường nghiêng làm tầng lọc ngược để ngăn ngừa dòng thấm cuốn trôi đất của tường nghiêng

Khi đá đổ trong dòng chảy để đắp đê quai thì trước hết đổ đá nhỏ, về sau tùy sự

hơn 3m/s phải dùng rọ đá, đá tảng hoặc khối bê tông, v.v

Trường hợp thật cần thiết mới dùng loại đê quai đất, đá hỗn hợp với một lớp bao ngoài nhất là phần đỉnh và mái hạ lưu bằng bê tông hoặc đá xây để bảo vệ

2.1.2.3 Đê quai bằng bó cây

Đê quai bằng bó cây làm bằng cành cây, đất và đá Thường dùng trong trường hợp lưu tốc lớn, lòng sông dễ bị sói và chịu cột nước từ 5m trở lại Về cấu tạo có thể chia ra 3 loại sau:

2.1.2.4 Đê quai bằng cỏ hoặc đất

Cỏ bó thành từng bó dài từ 1,2 ÷ 1,8m, đường kính từ 0,3 ÷ 0,7m, trong độn đất nặng khoảng 5 ÷ 9 kg Sau đó buộc hai bó với nhau thả xuống nước, loại đê này thường dùng khi nước không sâu quá 6m và lưu tốc không quá 6m/s

Đê quai này có những ưu điểm sau đây:

2.1.2.5 Đê quai bằng bản cọc gỗ

Khi yêu cầu đê quai có tiết diện nhỏ mà nền là đất có thể dùng đê quai có bản cọc

gỗ Tùy chiều sâu của nước ta có thể dùng đê quai một hàng cọc hay hai hàng cọc Chiều cao của đê quai một hàng cọc không nên lớn hơn 4m Bản cọc có thể làm bằng các tấm ván hoặc những cây gỗ dày từ 8 ÷ 18cm ghép với nhau bằng mộng

Đê quai hai hàng cọc thường dùng với dòng nước sâu từ 4 ÷ 8m, lưu tốc không lớn lắm, giữa hai hàng cọc có dây co néo bằng thép và đất đắp

Loại đê quai nhiều khoang thường dùng với dòng nước có chiều sâu nhỏ hơn 30m và có loại đê quai thép có khoang hình trụ và đê quai thép có quai hình cung

2.1.2.7 Đê quai bằng khung gỗ

Có dạng kết cấu khung và thường dùng trong các trường hợp sau:

và thường dùng làm đê quai dọc

- Thời gian sử dụng đê quai dài và khi cần có thể cho phép nước tràn qua

Khung gỗ được đóng trước ở trên bờ sau đó thả khung gỗ xuống nước thường lợi dụng lúc nước cạn, lưu tốc nhỏ Sau đó đưa khung gỗ đến vị trí đã định rồi thả đá đến mức độ nhất định đủ đảm bảo cho khung gỗ ổn định khi chịu lực

Loại đê quai này có khuyết điểm rất lớn là tốn nhiều gỗ, giá thành đắt và khi tháo

dỡ cũng khó khăn chậm trễ, nhất là bộ phận dưới nước

2.1.2.8 Đê quai bằng bê tông

Dùng trong các trường hợp sau:

trong trường hợp kết hợp là một bộ phận của công trình và thời gian sử dụng dài

2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA

ĐÊ QUAI

Nền đất yếu có sức chịu tải thấp và khả năng biến dạng lớn Khi đắp đê quai trên nền đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất cũng như áp lực lỗ rỗng tăng lên nhanh chóng khiến cho cường độ kháng cắt của đất trở nên không đủ cân bằng với ứng suất kháng cắt trong khối đất Làm cho đất yếu chịu các biến dạng thẳng đứng

và nằm ngang khá lớn và nhanh Sự phá hoại của đất nền thiên nhiên làm cho nền

đê quai đắp trên đất yếu bị mất ổn định và bị lún

2.2.1 Các vấn đề về ổn định của đê quai

suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó, phụ thuộc vào tính chất cơ học của đất, thì nền đất yếu bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều và đột

ngột Cùng với sự lún sụt của nền đắp, nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên tương ứng

Hình 2.3: Phá hoại của nền đê quai do lún trồi

2.2.1 2 Phá hoại do lún trượt sâu

Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng do hình dạng hình học thông thường của nền đắp Một cung trượt tròn sinh ra do nền đắp bị lún cục bộ khi thi công đắp đê quai gần các công trình, thi công các cống tiêu, ngược với lún lan, lún

mở rộng như kiểu lún trồi

Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp Trong các trường hợp đơn giản nhất thường xem đường phá hoại tương tự như một đường cong tròn và sự trượt gọi là trượt tròn

Hình 2.4: Phá hoại dạng đường cong tròn có đường nứt do kéo trong nền đắp

hoặc các dốc đứng có biên độ tới vài mét

2.2.1 3 Sự phát triển lún theo thời gian

hiện tượng xẩy ra nhanh chóng trong khi thi công hoặc sau khi thi công xong một thời gian ngắn

Qua theo dõi sự phá hoại thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần Tuy nhiên cũng có những phá hoại xảy ra sau khi thi công vài tháng hoặc vài năm như các trường hợp tôn cao nền đắp mới trên nền đắp hiện hữu (hình 2.6) hoặc khi đào đất ở chân taluy (hình 2.7)

Hình 2.6: Phá hoại xẩy ra khi tôn cao nền đắp

Khi xẩy ra phá hoại, các đặc trưng cơ học của đất giảm đột ngột dọc theo các mặt cắt trượt Các mặt trượt này là các vị trí nguy hiểm để phát triển các chuyển động sau khi đắp đất

Như vậy mọi công tác đắp đất được tiến hành nhằm khôi phục nền đắp ban đầu

sẽ dẫn đến một sự lún sụt mới không tránh khỏi được cho đến khi đạt được một sự cân bằng mới

Vì vậy những sửa chữa cần thiết để cho nền đắp đáp ứng được yêu cầu sử dụng ban đầu phải xét tới các đặc trưng cơ học bị giảm yếu, thường rất tốn kém

2.2.2 Các vấn đề về lún của đê quai

Ngược với sự phá hoại do mất ổn định, lún là sự biến dạng chậm của đất dưới tác dụng của trọng lượng nền đắp và xẩy ra (hình 2.8)

Hình 2.8: Sơ đồ độ lún và chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên

Hiện tượng phá hoại cho thấy đất yếu có thể chịu các biến dạng thẳng đứng và nằm ngang khá lớn và nhanh

chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên

thiên nhiên cho đến một khoảng cách nào đó phụ thuộc vào chiều dày của đất yếu Các chuyển vị thẳng đứng thường có biên dộ đến hàng chục centimet, với các lớp rất mềm hoặc chiều dày lớn, biên độ này có thể đến vài mét Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thẳng đứng, tỉ số giữa hai chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào hệ số an toàn, kích thước hình học của nền đắp và chiều dày của đất yếu Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và sự có mặt của các lớp thoát nước

Các hiện tượng phá hoại hoặc lún cho thấy là đất yếu có thể chịu các biến dạng thẳng đứng và nằm ngang khá lớn và nhanh Vì vậy phải giảm nhỏ tác động của chuyển động có thể gây nên sự cố lớn nếu không được xem xét từ đầu

Các động này có thể xếp thành hai loại:

2.2.2.1 Các tác động do đất bị phá hoại

nên các chuyển động lớn và nhanh Các chuyển động này làm cho nền đắp bị lún và nền thiên nhiên bị trồi lên đến vài mét

Hậu quả của các biến dạng này thường làm gẫy cọc của móng công trình, phá hoại các công trình chìm trong đất

2.2.2.2 Các tác động do lún

Lún thường sinh ra nhiều vấn đề hơn so với các vấn đề liên quan của đất, song việc bố trí kết cấu lại thường chú ý đảm bảo an toàn đối với sự sụt trượt còn các tác dụng liên quan đến các chuyển động chậm của đất lại thường chưa biết rõ hoặc chưa xác định

Trường hợp này thường gặp ở chỗ tiếp giáp với các công trình khi thi công các nền đường vào cầu sau khi đóng cọc móng mố

Các chuyển động thẳng đứng và nằm ngang của đất sẽ tác dụng khác nhau lên công trình

động uốn có thể làm gẫy cọc hoặc làm chuyển vị công trình

xuống dưới Hiện tượng này gọi là ma sát âm

2.3 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐÊ QUAI TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

Nền đê quai đắp trên nền đất yếu thường được thi công nhanh, do đó ứng suất trong đất yếu cũng như áp lực nước lỗ rỗng tăng lên nhanh chóng khiến cho cường

độ kháng cắt của đất trở nên không đủ cân bằng với ứng suất cắt trong khối đất Đó

là lý do làm cho nền đắp trên nền đất yếu bị phá hoại trong quá trình xây dựng, và là những phá hoại trước mắt

Sau khi xây dựng, áp lực nước lỗ rỗng giảm xuống, cường độ kháng cắt tăng lên

và độ ổn định của nền đê quai được cải thiện