Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền khu vực xây dựng cảng thanh phước, tây ninh và lựa chọn giải pháp nền móng thích hợp cho các hạng mục công trình cảng

Trên cơ sở số liệu khảo sát địa chất công trình của Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Nam Phú Lộc thực hiện cho thấy, trong phạm vi khu cảng, trầm tích trẻ dày tới hàng chục mét,

NGUYỄN TẤN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN KHU VỰC XÂY DỰNG CẢNG THANH PHƯỚC, TÂY NINH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỀN MÓNG THÍCH HỢP CHO CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CẢNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015

NGUYỄN TẤN CƯỜNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN KHU VỰC XÂY DỰNG CẢNG THANH PHƯỚC, TÂY NINH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỀN MÓNG THÍCH HỢP CHO CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CẢNG

Ngành: Kỹ thuật địa chất

Mã số: 60520501

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS TÔ XUÂN VU

HÀ NỘI - 2015

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Nguyễn Tấn Cường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRÚC NỀN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH 5

1.1 Khái niệm chung về cấu trúc nền 5

1.2 Các yếu tố cấu trúc nền và ảnh hưởng của chúng tới hoạt động xây dựng công trình 6

1.3 Các giải pháp xử lý nền đất yếu 10

1.3.1 Đệm cát 10

1.3.2 Cọc cát 11

1.3.3 Cọc xi măng đất 12

1.3.4 Phụt dung dịch xi măng 14

1.3.5 Gia tải nén trước 15

1.3.6 Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng 15

1.3.7 Bơm hút chân không 16

1.4 Các giải pháp móng công trình 19

1.4.1 Móng nông 20

1.4.2 Móng sâu 21

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU XÂY DỰNG CẢNG THANH PHƯỚC 28

2.1 Vị trí địa lý 28

2.2 Địa tầng trầm tích đệ tứ khu vực cảng Thanh Phước 30

2.3 Điều kiện địa chất công trình khu xây dựng cảng Thanh Phước 31

2.3.1 Địa hình, địa mạo 31

2.3.2 Đặc điểm phân bố và tính chất cơ lý của các lớp đất 31

2.3.3 Nước dưới đất 43

2.3.4 Địa chất thủy văn 44

2.3.5 Các hiện tượng địa chất động lực 44

CHƯƠNG 3 PHÂN CHIA CẤU TRÚC NỀN KHU XÂY DỰNG CẢNG THANH PHƯỚC 45

3.1 Cơ sở phân chia cấu trúc nền 45

3.2 Nguyên tắc phân chia 47

3.3 Các kiểu cấu trúc nền và đặc điểm của chúng 47

3.4 Đánh giá ổn định nền công trình 53

3.4.1 Cơ sở lý thuyết 55

3.4.2 Đối với khu bãi container có hàng 65

3.4.3 Đối với khu bãi chứa hàng 66

3.4.4 Đối với đường giao thông 67

3.4.5 Đánh giá ổn định nền khu thương mại dịch vụ 70

3.5 Nhận xét 72

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP NỀN MÓNG THÍCH HỢP CHO CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 74

4.1 Lựa chọn giải pháp nền móng thích hợp, 74

4.2 Thiết kế xử lý nền cho hạng mục bãi chứa hàng 76

4.2.1 Nguyên tắc chung về tính toán thiết kế bấc thấm 76

4.2.2 Kết quả thiết kế bấc thấm và kiểm toán ổn định sau xử lý nền 82

4.3 Thiết kế xử lý nền cho hạng mục bãi chứa container có hàng 86

4.3.1 Nguyên tắc chung về tính toán thiết kế cọc cát 86

4.3.2 Tính toán thiết kế cọc cát 89

4.3.3 Thiết kế xử lý nền bằng bấc thấm 91

4.4 Thiết kế xử lý nền cho hạng mục đường nội bộ 93

4.4.1 Thiết kế xử lý nền bằng đệm cát khu vực cấu trúc nền kiểu I 93

4.4.2 Thiết kế xử lý nền bằng bấc thấm khu vực cấu trúc nền kiểu II 94

4.4.3 Thiết kế xử lý nền bằng bấc thấm khu vực cấu trúc nền kiểu III 95

KẾT LUẬN 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp D 32

Bảng 2.2: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp 1 34

Bảng 2.3: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp 2 35

Bảng 2.4: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp 3 37

Bảng 2.5: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp 4 38

Bảng 2.6: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp 5 40

Bảng 2.7: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp 6 41

Bảng 2.8: Giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý lớp thấu kính 42

Bảng 3.1: Dạng cấu trúc nền kiểu I 48

Bảng 3.2: Dạng cấu trúc nền kiểu II 50

Bảng 3.3: Dạng cấu trúc nền kiểu III 52

Bảng 3.4: Trị số  tùy thuộc vào chỉ số dẻo Ip 57

Bảng 3.5: Độ cố kết đạt được tùy thuộc vào nhân tố Tv; Uv=f(T) 61

Bảng 3.6: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 62

Bảng 3.7: Bảng tổng hợp đánh giá ổn định hạng mục đường giao thông 69

Bảng 3.8: Bảng tổng hợp kết quả đánh giá ổn định các hạng mục công trình 72

Bảng 4.1: Kết quả tính toán bấc thấm hạng mục bãi chứa hàng 84

Bảng 4.2: Bảng chỉ tiêu cơ lý lớp 1 90

Bảng 4.3: Kết quả tính toán bấc thấm hạng mục bãi chứa container có hàng92 Bảng 4.4: Kết quả tính toán bấc thấm hạng mục đường nội bộ - cấu trúc nền kiểu II 94

Bảng 4.5: Kết quả tính toán bấc thấm hạng mục đường nội bộ - cấu trúc nền kiểu III 96

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1: Cột địa tầng đặc trưng kiểu cấu trúc nền I 49

Hình 3.2: Cột địa tầng đặc trưng kiểu cấu trúc nền II 51

Hình 3.3: Cột địa tầng đặc trưng kiểu cấu trúc nền III 53

Hình 3.4: Sơ đồ vị trí các khu chức năng cảng Thanh Phước 54

Hình 3.5: Toán đồ J.Mandel (TCXD 245-2000) 56

Hình 4.1: Sơ đồ biểu thị sự tăng thêm sức chống cắt của đất nền 78

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công trình hạ tầng kỹ thuật khu cảng Thanh phước, tỉnh Tây Ninh do Công ty Cổ phần đầu tư Sài Gòn VRG làm chủ đầu tư có diện tích đất tự nhiên khu vực quy hoạch là 54,96 ha, gồm có các hạng mục công trình với các chức năng chính như sau:

+ Khu thương mại dịch vụ công cộng và văn phòng điều hành cảng: Nằm dọc bên đường chính vào khu có cảng trong đó gồm hai khu cao ốc với chức năng chính là khu cao ốc, dịch vụ, thương mại, bên cạnh đó còn có khu vui chơi, câu lạc bộ thể thao và Khu dịch vụ khách dọc đường : văn phòng điều hành cảng

+ Bãi chứa container có hàng: trên khu bãi được chia thành các lô đất

bố trí để chứa các container được xếp thành 6 hàng, với chiều cao tối đa 4 tầng xếp container

+ Bãi hàng rời, đóng rút container và chứa container rỗng: là bãi chứa hàng hóa ở dạng mở, trên bãi bố trí các xe nâng chuyển hàng

+ Đường giao thông nội bộ: mạng lưới đường quy hoạch đảm bảo liên

hệ thuận tiện giữa đường giao thông chính bên ngoài với khu thương mại dịch

vụ công cộng Đảm bảo kết nối tốt giữa bãi chứa container , bãi hàng rời và đóng rút container với khu văn phòng điều hành cảng Mạng lưới đường nội

bộ trong khu kho cảng, được bố trí theo kiểu vạch sơn và sử dụng chung một loại kết cấu trên toàn bộ nền đường, sân bãi Bề rộng của các đường nội bộ trong khu kho cảng là 15m (đảm bảo đủ 4 làn xe chạy), bán kính cong ở các điểm giao cắt là 15m đảm bảo được cho xe container 20 feet và xe container

40 feet quay đầu

Trên cơ sở số liệu khảo sát địa chất công trình của Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư và Xây dựng Nam Phú Lộc thực hiện cho thấy, trong phạm vi khu cảng, trầm tích trẻ dày tới hàng chục mét, trong đó có sự xuất hiện lớp đất yếu phân bố trên diện rộng và chiều dầy biến đổi, rất không thuận lợi cho sự ổn định của các công trình

Thực tế trên đòi hỏi phải nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình khu cảng để phân chia thành các kiểu cấu trúc nền, từ đó lựa chọn và thiết kế giải pháp nền móng thích hợp cho các hạng mục công trình cảng, đảm bảo công trình khi đưa vào khai thác sử dụng có thể hoạt động ổn định lâu dài với kinh phí đầu tư ban đầu là hợp lý Vì thế đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền khu vực xây dựng cảng Thanh Phước, Tây Ninh và lựa chọn giải pháp nền móng thích hợp cho các hạng mục công trình cảng” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn thiết thực

2 Mục tiêu của đề tài

- Làm sáng tỏ đặc điểm và phân chia cấu trúc nền khu vực xây dựng công trình cảng Thanh Phước;

- Lựa chọn và thiết kế giải pháp nền móng thích hợp cho các hạng mục công trình cảng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu: Đặc điểm cấu trúc nền và các giải pháp nền móng hạng mục công trình cảng

* Phạm vi nghiên cứu: Môi trường địa chất nằm trong mối quan hệ tương tác với các hạng mục công trình khu cảng Thanh phước

4 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về phân loại cấu trúc nền

Nghiên cứu các giải pháp nền móng công trình tương ứng với các hạng mục công trình chính của khu cảng

Nghiên cứu điều kiện địa chất công trình của khu xây dựng cảng Thanh phước

Nghiên cứu các yếu tố cấu trúc nền, phân chia cấu trúc nền

Dự báo các vấn đề địa chất công trình khi xây dựng công trình trên các kiển cấu trúc nền

Lựa chọn các giải pháp nền móng thích hợp với các hạng mục công trình Tính toán thiết kế giải pháp nền móng cho các hạng mục công trình

5 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục đích và nội dung nghiên cứu đặt ra, các phương pháp nghiên cứu được sử dụng bao gồm:

- Phương pháp hệ thống hóa, tổng hợp và phân tích số liệu: sử dụng các

số liệu đã có để phục vụ công tác nghiên cứu tiếp theo

- Phương pháp địa chất: nghiên cứu các đặc điểm địa chất công trình, tính chất nền đất

- Phương pháp xác suất thống kê: thống kê, xác định các giá trị đặc trưng của các chỉ tiêu cơ lý đất nền

- Phương pháp tính toán: đánh giá ổn định công trình và thiết kế giải pháp nền móng

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đề tài luận văn bổ sung cơ sở khoa học trong việc nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền phục vụ xây dựng công trình cảng

- Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để thiết kế nền móng công trình khu cảng Thanh phước và cho các công trình khác có đặc điểm cấu trúc nền tương tự

7 Cơ sở tài liệu

Luận văn được thực hiện trên các tài liệu sau:

- Tài liệu khảo sát địa chất công trình dự án xây dựng hạ tầng kỹ thuật khu cảng Thanh Phước do đội khảo sát thuộc Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư

và Xây dựng Nam Phú Lộc thực hiện

- Bình đồ và các mặt cắt địa chất công trình (ĐCCT) theo tuyến, kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

- Báo cáo khoa học và các quy phạm tiêu chuẩn có liên quan

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm có 4 chương, được trình bày trong 99 trang, 21 bảng biểu,

06 hình vẽ bao gồm cả phần mở đầu và kết luận Mục lục và danh mục các bảng biểu và danh mục các hình vẽ được trình bày trong các phụ trang riêng

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với TS Tô Xuân Vu - Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và cung cấp nhiều tài liệu tham khảo có ích cho Tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn

Tác giả cũng xin được chân thành cảm ơn các toàn thể các Thầy, Cô giáo trong bộ môn Địa chất công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Phòng Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất đã tạo điều kiện giảng dạy, giúp đỡ Tác giả trong suốt quá trình học tập tại trường

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm thông tin và lưu trữ địa chất, và các Công ty tư vấn xây dựng, các anh chị học viên lớp Cao học Địa chất công trình – khóa 25 đã cung cấp tài liệu, phương tiện và giúp đỡ Tác giả rất nhiều trong quá trình hoàn thành luận văn

Trong điều kiện tài liệu và phương tiện nghiên cứu còn hạn chế, chắc chắn luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được

sự góp ý, chỉ bảo quý báu của các Thầy, Cô giáo, các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRÚC NỀN VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ

NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH 1.1 Khái niệm chung về cấu trúc nền

Nền công trình là tập hợp các lớp đất đá tự nhiên hoặc nhân tạo nằm trong phạm vi tiếp nhận tải trọng của công trình truyền xuống qua đế móng

Trong địa chất công trình, khái niệm cấu trúc nền được một số tác giả

sử dụng để điển hình hóa điều kiện địa chất công trình của nền công trình bao gồm sự phân bố trong không gian, chiều dày cùng với thành phần, trạng thái

và tính chất địa chất công trình của các lớp đất nền

Ở Việt Nam, các nghiên cứu về cấu trúc nền trước hết phải kể đến là “

Về việc phân loại và thành lập bản đồ cấu trúc nền các công trình xây dựng ở Việt Nam” của Nguyễn Thanh (1984) Theo định nghĩa của tác giả: cấu trúc nền công trình là tầng đất được sử dụng làm nền cho công trình xây dựng, được đặc trưng bằng những quy luật phân bố theo chiều sâu các thành tạo đất

đá có liên kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái và tính chất địa chất công trình không giống nhau [6]

Theo GS TSKH Phạm Văn Tỵ (1999) thì cấu trúc nền được hiểu là quan hệ sắp xếp không gian của các thể địa chất (yếu tố, lớp đất) cấu tạo nền đất, số lượng, đặc điểm, hình dạng, kích thước, thành phần, trạng thái và tính chất của các yếu tố cấu thành này

Theo PGS TS Lê Trọng Thắng, trong luận án tiến sĩ “Nghiên cứu các kiểu cấu trúc nền đất yếu khu vực Hà Nội và đánh giá khả năng sử dụng chúng trong xây dựng”, đã quan niệm cấu trúc nền là phần tương tác giữa công trình

và môi trường địa chất, được xác định bởi quy luật phân bố trong không gian, khả năng biến đổi theo thời gian của các thành tạo đất đá, có tính chất địa chất công trình xác định, diễn ra trong vùng ảnh hưởng của công trình [4]

Như vậy, kết quả nghiên cứu thành phần và tính chất của đất, đặc biệt đối với đất yếu chưa thể phản ánh đúng khả năng xây dựng của chúng trong

tự nhiên Khả năng xây dựng của đất chỉ có thể được đánh giá đúng trên cơ sở nghiên cứu đầy đủ các đặc điểm cấu trúc của nền.Cấu trúc nền phản ánh đầy

đủ mối quan hệ địa tầng với các thành tạo đất đá, kết quả tương tác giữa các yếu tố công trình - cấu trúc nền và môi trường địa chất, mỗi lớp đất đá đóng vai trò nhất định trong cấu trúc nền và được đặc trưng bởi thành phần, kiến trúc, cấu tạo, trạng thái và tính chất riêng biệt Về mặt không gian, cấu trúc nền công trình được giới hạn bởi phạm vi ảnh hưởng của công trình theo các chiều, chủ yếu là chiều sâu, ranh giới vùng ảnh hưởng và do đó cũng là ranh giới cấu trúc nền công trình cũng được xác định trên quy mô và cấu trúc nền

cụ thể Vì vậy, tùy theo từng khu vực nghiên cứu, tùy mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu mà xác lập chiều sâu cần đạt đến để phân chia các kiểu cấu trúc nền khác nhau

1.2 Các yếu tố cấu trúc nền và ảnh hưởng của chúng tới hoạt động xây dựng công trình

Khi nghiên cứu cấu trúc nền, cần phải nghiên cứu các đặc điểm của các yếu tố cấu trúc nền và ảnh hưởng của chúng đối với hoạt động xây dựng công trình Cấu trúc nền công trình gồm có các yếu tố sau:

+ Yếu tố địa hình địa mạo:

Đặc điểm địa hình địa mạo của một khu vực phản ảnh đầy đủ cấu trúc

bề mặt địa hình, thể hiện qua mức độ bằng phẳng hay lồi lõm, cao độ tuyệt đối và tương đối của mặt đất, mức độ phân cắt bề mặt địa hình, độ đốc các sườn, cấu trúc bật thềm và thung lũng sông … Đặc điểm địa hình địa mạo ảnh hưởng rất lớn đến mặt bằng bố trí xây dựng công trình

+ Yếu tố địa tầng và tính chất cơ lý của đất đá:

Địa tầng phản ánh các đặc điểm về vị trí phân bố, biến đổi không gian

của các lớp đất đá trong cấu trúc nền

Thành phần đất đá là yếu tố quan trọng hàng đầu trong các yếu tố của địa tầng Chúng tham gia vào cấu trúc địa chất lãnh thổ, có ý nghĩa xác định đối với đặc điểm địa hình của một khu vực, liên quan đến điều kiện phát sinh

và phát triển của các quá trình và hiện tượng địa chất động lực, đặc điểm phân

bố và khả năng chứa nước dưới đất cũng như đặc điểm của các mỏ khoáng sản Trong xây dựng, đất đá được sử dụng làm nền thiên nhiên, làm môi trường và vật liệu xây dựng Thành phần đất đá còn ảnh hưởng đến trạng thái, kiến trúc, cấu tạo và các tính chất cơ lý của đất đá

Sự biến đổi bề dày và đặc tính bất đồng nhất về địa tầng của cấu trúc nền đất ảnh hưởng nhiều đến quá trình làm việc giữa công trình và nền đất Chúng đóng vai trò quyết định đến khả năng truyền tải trọng của công trình

Cụ thể, nếu nền đất có lớp đất yếu bề dày và sự biến đổi bề dày lớn, thì khi xây dựng công trình trên nền đất yếu mà không xử lý có thể xảy ra hiện tượng lún, lún không đều lớn, bùng nền, trượt lở thành hố móng… kết quả làm ảnh hưởng đến sự ổn định và khả năng sử dụng của công trình

Như vậy, khi nghiên cứu cấu trúc nền, cần phải điển hình hóa yếu tố địa tầng từ thành phần đất đá, phạm vi phân bố, chiều dày và sự biến đổi theo không gian của các lớp đất đá trong cấu trúc nền Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc chọn nơi đặt móng, chọn lớp và chiều sâu đặt móng của các công trình và các biện pháp xử lý nền móng thích hợp nếu cần

Tính chất cơ lý được hình thành trong suốt quá trình thành tạo và tồn tại của đất đá trong môi trường địa chất Chúng phụ thuộc vào nguồn gốc, tuổi địa chất, thành phần vật chất, điều kiện tồn tại và biến đổi về sau Tính chất

cơ lý của đất đá gồm có tính chất cơ học và vật lý của đất đá

Tính chất cơ học của đất đá quyết định đến tính chất của chúng khi chịu tác dụng của các lực ngoài, thể hiện chủ yếu ở độ bền, tính biến dạng và sự

nhạy cảm của đất đá trước các tác động bên ngoài Để đánh giá tính biến dạng của đất người ta dùng chỉ tiêu về tính nén lún của đất, còn để đánh giá về độ bền thì dùng các chỉ tiêu về sức chống cắt của đất

Các chỉ tiêu về nén lún (tính biến dạng) của đất đá được dùng để tính toán độ lún công trình, xác định độ ổn định của đất dưới móng công trình, còn khi thiết kế móng thì cho phép tận dụng tới mức tối đa khả năng chịu tải của đất đá

Các chỉ tiêu về sức chống cắt (độ bền) cho phép thiết kế hợp lý nhất độ nghiêng của mái dốc đê, đập, đường đắp, đường đào, bờ mỏ … xác định sự ổn định của nền công trình, các sườn dốc, các khối trượt, trị số áp lực lên tường chắn, các công trình ngầm …

Tính chất vật lý của đất được đặc trưng bằng các chỉ tiêu vật lý như độ

ẩm tự nhiên, khối lượng riêng, khối lượng thể tích, khối lượng thể tích khô,

độ lỗ rỗng, hệ số rỗng Khi các chỉ tiêu này thay đổi thì dẫn đến các tính chất

cơ học của đất thay đổi

+ Yếu tố cấu tạo địa chất và đặc điểm kiến tạo:

Đặc điểm cấu tạo địa chất có ảnh hưởng trực tiếp đến ổn định của đất nền cũng như khả năng thấm nước của đất đá Yếu tố cấu tạo địa chất có thể làm thúc đẩy sự phát triển của một số quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình như: phong hóa, trượt, cacxtơ Yếu tố cấu tạo địa chất có ý nghĩa lớn trong việc đánh giá ổn định công trình Đặc điểm cấu tạo địa chất có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của các bờ dốc, sườn dốc, có thể gây mất ổn định cho các công trình đập chắn nước Đối với các công trình có quy mô lớn, việc nghiên cứu đặc điểm kiến tạo của khu vực là rất cần thiết

+ Yếu tố địa chất thủy văn:

Nước dưới đất có thể gây ảnh hưởng nhiều đến sự ổn định của công trình cũng như điều kiện thi công Tùy trường hợp cụ thể, nước dưới đất trong

nền đất có thể làm thay đổi độ bền của đất đá, gây ra các vấn đề về ăn mòn vật liệu đối với công trình xây dựng, khả năng ngập úng khi xây dựng công trình, làm giảm khối lượng thể tích của đất đá, thay đổi trạng thái của đất và làm do đó làm thay đổi một số chỉ tiêu cơ lý quan trọng của đất nền, gây ra quá trình biến dạng đất đá do thay đổi áp lực nước lỗ rỗng Điều này không chỉ có ý nghĩa khi chọn sơ đồ tính toán nền, mà còn cho phép dự báo được các biến đổi diễn ra trong cấu trúc nền khi có sự thay đổi của môi trường địa chất

Nước trong cấu trúc nền và nước tồn tại trong môi trường địa chất là một thể thống nhất Bởi vậy sự thay đổi các điều kiện địa chất thủy văn của môi trường địa chất đều dẫn đến hạng loạt các biến đổi khác, làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của công trình trên cấu trúc nền

+ Yếu tố quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình:

Sự có mặt của một quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình nào đó có thể nói lên mức độ không ổn định của khu vực Hoạt động của các quá trình và hiện tượng địa chất có thể làm thay đổi thành phần và tính chất của đất đá, gây mất ổn định cho công trình Việc xử lý những tác động bất lợi

do các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình gây nên sẽ làm tăng giá thành xây dựng công trình Khi nghiên cứu các quá trình và hiện tượng địa chất động lực, cần phải xác định sự phân bố của chúng trong khu vực nghiên cứu, làm sáng tỏ nguyên nhân phát sinh Trong một số trường hợp cần phải đề ra biện pháp nhầm hạn chế hoặc loại bỏ những tác động bất lợi của các quá trình và hiện tượng địa chất đến công trình xây dựng

+ Yếu tố công trình: trước hết có ý nghĩa xác định giới hạn của cấu

trúc nền đất yếu Quy mô và đặc tính tác động của công trình cũng gây nên những đặc tính và khả năng biến dạng khác nhau của cấu trúc nền Những công trình có tải trọng lớn khi xây dựng trên nền đất đá có cấu trúc nền đất yếu có thể gây biến dạng lún, ảnh hưởng tới sự ổn định của công trình Hay

các công trình đã được xây dựng, trong một thời gian dài, dưới tác dụng của tải trọng, đất đá có thể được nén chặt lại và làm tăng cường độ đất so với trạng thái tự nhiên ban đầu khi chưa xây dựng công trình Như vậy, sẽ làm ảnh hưởng đến tính chất xây dựng của đất

1.3 Các giải pháp xử lý nền đất yếu

Việc lựa chọn địa điểm xây dựng công trình có nền đất tốt có thể tiết kiệm rất nhiều về mặt chi phí cũng như thời gian xây dựng Tuy nhiên, trong thực tế có rất nhiều công trình bắt buộc phải xây dựng trên nền đất yếu vì nhiều lý do như mục đích sử dụng, giao thông, nguồn vật tư… Công tác xây dựng các công trình trên nền đất yếu thường rất phức tạp do nền có sức chịu tải thấp, biến dạng lớn và kéo dài theo thời gian, độ ổn định thấp không chỉ của nền dưới đáy móng công trình mà cả trên một không gian rộng Do đó, để xây dựng được công trình trên nền đất yếu cần thiết phải có các giải pháp xử

lý nền đất yếu thích hợp Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích: cải thiện thành phần, trạng thái của đất, từ đó làm cho các tính chất cơ học, vật lý của đất nền đáp ứng được yêu cầu trong xây dựng Để làm tăng độ bền và làm giảm độ nén lún của đất, có thể chọn những giải pháp làm giảm độ rỗng hoặc tăng lực dính, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất… Trong một số trường hợp khác, mục đích của gia cố là làm cho đất đá từ chỗ thấm nước trở thành cách nước

Tùy theo điều kiện nền đất, quy mô và tầm quan trọng, cũng như loại công trình mà lựa chọn giải pháp xử lý nền hợp lý Hiện nay, kỹ thuật xử lý nền đất yếu thường được sử dụng ở Việt Nam gồm những biện pháp sau:

1.3.1 Đệm cát

Đệm cát thường sử dụng khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước như sét nhão; cát pha bão hòa nước, sét pha nhão; bùn; than bùn có chiều dày

không lớn lắm (nhỏ hơn 3m) Người ta bóc bỏ các lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cát có khả năng chịu lực lớn hơn

Đệm cát có các tác dụng sau đây :

- Lớp đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực tiếp thu tải trọng công trình truyền xuống lớp đất thiên nhiên Làm tăng sức chịu tải của đất nền

- Làm giảm độ lún của móng; giảm độ lún lệch của móng do

có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong đất nền ở dưới tầng đệm cát

- Giảm chiều sâu chôn móng từ đó giảm khối lượng vật liệu xây móng

- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chịu tải của nền và rút ngắn quá trình lún

Tuy nhiên, khi sử dụng biện pháp đệm cát cần phải chú ý đến trường hợp sinh ra hiện tượng cát chảy, xói ngầm trong nền do nước ngầm hoặc hiện tượng hóa lỏng do tác dụng của tải trọng động

Những trường hợp sau đây không nên sử dụng đệm cát :

- Lớp đất phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m, lúc này đệm cát có chiều dày lớn, thi công khó khăn, không kinh tế

- Mực nước ngầm cao và có áp Lúc này hạ mực nước ngầm rất tốn kém và đệm cát không ổn định

Kích thước đệm cát được xác định bằng tính toán nhằm thoả mãn 2 điều kiện : ổn định về cường độ và đảm bảo độ lún của công trình sau khi có đệm cát nằm trong giới hạn cho phép

- Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất (khi hệ số rỗng nén chặt enc > 1 thì không nên dùng cọc cát

- Chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng < 3m, lúc này dùng đệm cát tốt hơn

- Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hoặc nền gia cố bằng cọc cứng Phần lớn độ lún của công trình diễn ra trong quá trình thi công, do vậy công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định

Sử dụng cọc cát rất kinh tế so với cọc cứng (so với cọc bê tông giá thành giảm 50%, so với cọc gỗ giảm 30%), không bị ăn mòn, xâm thực Biện pháp thi công đơn giản không đòi hỏi những thiết bị thi công phức tạp

1.3.3 Cọc xi măng đất

Phương pháp này mới được giới thiêu vào nước ta nhưng điều kiện sử dụng rộng rãi còn hạn chế Đây là biên pháp có ý nghĩa kinh tế cao, nên được thí điểm nhiều nhà hơn nữa để có kết quả nhân rộng diện sử dụng Loại gia cố nền theo công nghệ này có thể làm móng cho nhà có độ cao tới 12 tầng

Mô tả về công nghệ cọc xi măng đất

Dùng máy đào kiểu gàu xoay, bỏ gàu và lắp lưỡi khuấy đất kiểu lưỡi chém ngang để làm tơi đất trong hố khoan mà không lấy đất khỏi lỗ khoan Xoay và ấn cần xoay đến đô sâu đáy cọc Ta được một cọc mà bên trong đất được khuấy đều Khi mũi khuấy ở đáy cọc thì bắt đầu bơm sữa xi măng được dẫn trong lòng cần khoan đến mũi khoan Đất lại được trôn với sữa xi măng thành dạng xền xệt có xi măng Vừa rút vừa bơm sữa xi măng và trộn Cuối cùng khi cần khoan nâng mũi lên đến mặt đất, ta được cọc đất trộn xi măng

Xi măng sẽ phát triển cường độ như tính toán

Những cọc xi măng đất trộn ướt thường bố trí sát nhau dưới chân móng băng, đường kính cọc nọ sát cọc kia Lượng xi măng dùng cho 1 m3 cọc từ 250

kg đến 350 kg Tỷ lệ nước/Ximăng là 60% đến 120% với sữa xi măng bơm xuống cọc Sau 28 ngày, khoan lấy mẫu trong các cọc này cường độ đạt 17 kG/cm2 với lượng xi măng là 250 kg/m3 và hơn nữa tuỳ thuộc loại đất tại chỗ

Phương pháp này đã được các nước Hoa kỳ, Anh, Pháp, Đức và nhiều nước châu Âu khác sử dụng Nước Nhật cũng xây dựng nhiều nhà với loại cọc này Với cọc này có thể xây dựng nhà từ 8 tầng đến 10 tầng

Gần đây các hãng của Đức giới thiêu vào nứớc ta loại máy do Hercules Grundlọgging sản xuất để làm cọc xi măng đất Loại này có thể làm được những cọc đất trôn xi măng ướt đường kính 600 mm, sâu bình quân 4,4 mét hay hơn nữa Thay cho xi măng đơn thuần, ta có thể trộn xi măng với vôi để thành cọc vôi - xi măng với lượng hỗn hợp vôi và xi măng cho 1 mét sâu của cọc là 26 kg như đã trình bày ở trên

Nhật bản giới thiêu với thị trường nước ta loại máy làm cọc loại này là TENOCOLUMN

Với những chỉ tiêu trên đây, phương pháp tỏ ra hữu hiệu khi qui đổi sức chịu tải dưới nền thành trị số đổng nhất dùng khi tính toán móng băng

dưới công trình Với sức chịu của cọc khoảng 15 kG/cm2 có thể qui đổi sức chịu đáy móng băng

1.3.4 Phụt dung dịch xi măng

Thực chất của phương pháp này là: phụt vào các lỗ rổng của đất hoặc các khe nứt của đá một lượng vữa xi măng cần thiết theo yêu cầu thiết kế Vửa xi măng được phụt vào sau khi đông cứng sẽ có tác dụng làm giảm tính thấm và làm tăng khả năng chịu lực của đất nền

Khả năng ứng dụng của phương pháp này tùy thuộc vào: kích thước lỗ rỗng hoặc khe nứt của đất đá, tốc độ dòng thấm và thành phần hóa học của nước dưới đất

Thông thường phương pháp này có hiệu quả khi kích thước khe nứt lớn

và hệ số thấm không nhỏ hơn 200m/ngày đêm Theo quy trình của Nga (TY–31-54) khi phụt vửa xi măng, tốc độ thấm của nước ngầm cho phép đạt tới 600m/ngày đêm

Căn cứ vào khả năng ăn mòn của nước dưới đất để chọn loại xi măng cho phù hợp

Phương pháp phụt vữa xi măng có những ưu điểm như: không đòi hỏi

kỹ thuật phức tạp, hiệu quả gia cố nền cao, thiết bị thi công đơn giản, giá thành rẻ hơn so với các phương pháp khác

Chính vì vậy, phương pháp này không chỉ được ứng dung trong lĩnh vực xây dựng thủy công, cảng mà còn được áp dụng phổ biến trong xây dựng cầu đường khi gia cường hoặc sửa chữa các trụ cầu, trong xây dựng mỏ khi thiết kế các đường hầm, trong xây dựng công nghiệp, khi thiết kế móng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đá dăm, sỏi, cuội … hoặc nhằm mục đích làm giảm khả năng thấm của các loại đất, đá để đảm bảo cho các công trình làm việc điều kiện ổn định

1.3.5 Gia tải nén trước

Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:

Nén trước bằng tải trọng tĩnh sử dụng trong trường hợp gặp nền đất yếu như than bùn, bùn, sét và sét pha dẻo nhão… Mục đích của gia tải trước là :

- Tăng cường sức chịu tải của đất nền

- Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho lún ổn định nhanh hơn Muốn đạt được mục đích trên, người ta dùng các biện pháp sau đây :

- Chất tải trọng bằng cát, sỏi, gạch, đá… bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự định xây dựng để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng

- Dùng giếng cát hoặc bản giấy thấm để thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

Điều kiện về địa chất công trình:

Để đạt được mục đích nén chặt đất và nước trong lỗ rỗng thoát ra, điều kiện cơ bản là phải có chỗ cho nước thoát ra được

Để đạt được hiệu quả tốt, chiều dày lớp đất yếu nên được hạn chế

hđy≤3m

1.3.6 Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng

Các loại đất sét bão hòa nước, các lớp bùn yếu thường có hệ số thấm nhỏ, khi xây dựng công trình trên chúng thì quá trình cố kết diễn ra rất lâu dài Theo lý thuyết có kết thấm, thời gian nén chặt lớp bão hòa tỷ lệ nghịch với hệ số thấm và tỷ kệ thuận với bình phương chiều dày lớp đất chịu nén ép

Do đó để rút ngắn thời gian cố kết, cách tốt nhất là rút ngắn chiều dài đường thấm Xuất phát từ ý tưởng đó, người ta thiết kế ra hệ thống vật thoát nước thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm) Các vật thoát nước thẳng đứng thường được

bố trí gần nhau Do đó, nước trong nền chủ yếu thoát theo phương ngang với khoảng cách nhỏ (chiều dài đường thấm ngắn) Chính vì vậy, quá trình cố kết diễn ra nhanh, thời gian cố kết được rút ngắn, đất nền được tốt nên với tính

biến dạng giảm đi và độ bền của đất tăng lên Quá trình thấm thoát nước (quá trình cố kết) chỉ xảy ra khi gia tải trước hoặc dùng biện pháp hút chân không

để tạo áp lực đẩy nước lổ rỗng di chuyển Để quá trình thoát nước xảy ra nhất thiết phải thiết kế thêm lớm đệm cát phủ trên với chiều dày thường từ 50cm trở lên

Hiệu quả của giải pháp thoát nước thẳng đứng làm tăng nhanh quá trình

cố kết nền, sức chịu tải của nền tăng lên và độ biến dạng của nền giảm đi Tuy nhiên, sự thay đổi đó không lớn lắm, cho nên cũng chỉ áp dụng cho các công trình vừa và nhỏ như nhà 6 tầng trở lại, đường xá, đê điều Vật liệu tiêu thoát nước có thể là giếng cát tiêu nước, hoặc vật thấm nước chế tạo sẵn như bản nhựa, bấc thấm … Các giếng cát thường có đường kính 200-350mm, khoảng cách 3-6, sâu 5-25m Còn các vật thấm thoát nước như bản nhựa, bấc thấm thường được bố trí dày hơn 0,8-1,5m, sâu 8 -20m thậm chí tới 40-50m

1.3.7 Bơm hút chân không

Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu lần đầu tiên được giới thiệu là vào năm 1952 bởi tiến sĩ W Kjellman Sau đó bài toán cố kết hút chân không được nghiên cứu lại bởi giáo sư Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới Đến những năm 70, hút chân không được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là ở Nga và Nhật Vào thời điểm bấy giờ hút chân không được bổ sung một lớp tường chống thấm bao quanh khu vực xử lý nhằm hạn chế nước ngầm từ khu vực xung quanh, đồng thời gia tăng áp lực nén đứng của dòng thấm Tuy nhiên cách bố trí này sớm bộc lộ khuyết điểm là khá tốn kém Năm

1989 hãng xây dựng Menard (Pháp) dựa trên nghiên cứu và phát minh của giáo sư J.M Cognon lần đầu tiên áp dụng phương pháp cố kết MVC (Menard Vacuum Consolidation) trên diện tích 390 m2 của một trường huấn luyện phi công ở Ambes, Pháp Việc bố trí tường chống thấm không còn nữa mà thay vào đó là lớp gia tải bằng đất và sự chênh lệch giữa áp suất khí quyển với áp

suất chân không dưới màng kín khí bao phủ bề mặt diện tích xử lý Từ sau đó phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công ty xây dựng triển khai hút chân không, mỗi một công ty lại có những cải tiến riêng, có những thiết bị riêng để phù hợp với các công trình xây dựng mà công ty đó thực hiện, chính vì vậy

mà hiện nay có rất nhiều biện pháp thi công hút chân không Tuy nhiên các phương pháp này đều dùng gia tải để hỗ trợ quá trình rút nước khỏi nền để giảm hệ số rỗng Về bản chất có thể phân thành hai loại chính là thi công có màng kín khí và không có màng kín khí

Nhóm phương pháp thi công có màng kín khí: Màng kín khí thông thường là màng địa kỹ thuật (geo-membrane) bao kín toàn bộ khu vực thi công Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí cũng được rút ra, tạo một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó hình thành một gia tải phụ do sự chênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng kín khí Gia tải phụ này có thể đạt tới 0,4 atm Quá trình bơm hút thông thường kéo dài khoảng 3÷7 tháng

Khi thi công MVC cần lưu ý các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Duy trì hệ thống thoát nước hoạt động có hiệu quả nằm dưới màng chống thấm để thoát nước và khí trong suốt quá trình bơm hút, không để tắc hoặc hở

- Giữ cho vùng đất dưới màng kín khí không bão hòa nước

- Giữ ổn định áp suất chân không dưới màng – không ít hơn -0,3 atm

- Giữ kín khí trên toàn bộ diện tích màng phủ, đặc biệt đoạn nối máy bơm và màng,

- Neo giữ và kín khí toàn bộ hệ thống tại biên khu vực xử lý (hào bentonite)

- Hạn chế dòng thấm của nước ngầm đi vào khu vực xử lý

Nhìn chung, phương pháp này có ưu điểm là có thể giảm khối lượng gia tải, tuy nhiên thi công phức tạp, phải có hào vây để dém màng kín khí nên gây khó khăn cho việc thi công cuốn chiếu trên các công trình có chiều dài lớn

Nhóm phương pháp thi công không có màng kín khí: Nguyên tắc của nhóm phương pháp thi công không có màng kín khí dựa trên “cải tiến lùi”, đem nguyên tắc MVC đơn giản hóa, bỏ đi màng kín khí, cũng là bỏ đi sự trợ giúp của áp suất khí quyển Thay vào đó, nhóm phương pháp này yêu cầu đắp lớp gia tải cao hơn để bù đắp sự thiếu hụt về áp lực gia tải Lớp gia tải có thể cao thêm tới 2m, tuy nhiên không phải thi công hào vây và màng kín khí Quá trình bơm hút thông thường kéo dài 3÷7 tháng

Nhìn chung nhóm phương pháp này thi công đơn giản, nhưng khối lượng gia tải lại tương đối lớn

Cố kết do hút chân không là quá trình tạo nên áp lực âm tác dụng vào không khí và nước, gây nên áp tạo dòng chảy và hút nước ra ngoài Ứng xuất tác dụng đẳng hướng Áp lực chân không không làm tăng ứng xuất tổng, chỉ lảm giảm áp lực lỗ rỗng rút nước ra và chuyển thành áp lực hữu hiệu cho đất

Áp lực hiệu quả tối đa về lý thuyết có thể tăng lên bằng áp lực khí quyển Pa, nhưng thực tế chí đạt được (0,7-0,8)Pa Phương pháp hút chân không kết hợp với vật thoát nước thằng đứng để tạo thành khu vực cố kết đẳng hướng trong nền đất

Để tăng hiệu quả bơm hút chân không trên diện rộng, cả hai nhóm phương pháp nêu trên đều có thể áp dụng cải tiến như là nối ống hút trực tiếp với bấc thấm Cải tiến này giúp áp suất chân không trong bấc thấm đạt tới độ sâu lớn hơn, tăng lưu nước bơm hút được

Ưu điểm:

- Giảm thời gian cố kết của nền đất yếu trong phạm vi được xứ lý mốt cánh nhanh đáng kể

- Giảm chiều cao gia tải, do đó làm tăng độ ổn định cho nền, tránh được hiện tượng trượt sâu, trượt cục bộ gây phá hoại nền đất

Nhược điểm:

- Trong quá trình thi công rất khó làm kín khí

- Có giới hạn về chiều sâu gia cố, thông thường chỉ đạt tối đa gần 10m

- Hiệu quả thấp đối với nền gốm các tầng cát có hệ số thấm lớn nằm xen kẹp

- Gây chuyển vị ngang làm ảnh hưởng các công trình lân cận

- Yêu cầu trình độ thi công cao

- Thích hợp với đất nền cần xử lý là đất sét bảo hòa hoặc quá bảo hòa

Khi tính toán thiết kế và xây dựng công trình, cần chú ý và cố gắng làm sao đảm bảo thõa mãn các yêu cầu sau:

+ Bảo đảm sự làm việc bình thường của công trình trong quá trình

sử dụng

+ Bảo đảm cường độ của từng bộ phận và toàn bộ công trình

Với yêu cầu thứ nhất thì nếu công trình có độ lún, hoặc lún lệch, hoặc chuyển vị ngang quá lớn thì công trình không thể làm việc bình thường, ngay

cả khi nó chưa bị phá huỷ

Với yêu cầu thứ hai: Cường độ công trình ngoài việc phụ thuộc vào cường độ bản thân kết cấu, móng, còn phụ thuộc rất lớn vào cường độ của đất nền dưới đáy công trình Do vậy công tác khảo sát, thiết kế và tính toán nền phải chặt chẽ và chính xác để đảm bảo an toàn cho công trình

Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu ta có thể lựa chọn các giải pháp

về móng cho phù hợp như : móng đơn, móng băng (1 hoặc 2 phương), móng

bè, móng cọc, móng nông, móng sâu … tùy theo tải trọng tác dụng và đặc điểm của công trình, từng loại đất cụ thể

Để đảm bảo điều kiện cường độ và ổn định thường người ta đặt móng thấp hơn mặt đất tự nhiên Khoảng cách từ đáy móng tới mặt đất gọi là chiều sâu chôn móng Độ sâu này phụ thuộc vào tải trọng, địa chất, thuỷ văn và được quyết định bằng tính toán Căn cứ vào độ sâu chôn móng; hiện nay người ta thường chia làm các loại: móng nông, móng sâu

1.4.1 Móng nông

Móng nông là loại móng có độ sâu chôn móng không quá 6m (thông thường từ 2 đến 3m) và được xây dựng trong hố móng đào trần ; Tỷ số giữa chiều sâu chôn móng và bề rộng móng nhỏ hơn từ 1,5 đến 2 lần Móng nông được sử dụng trong điều kiện địa chất đơn giản, các lớp đất có khả năng chịu lực tốt có cấu tạo ổn định hoặc đá cơ bản ở gần mặt đất Trong tính toán người ta thường bỏ qua sự làm việc của đất từ đáy móng trở lên vì độ sâu chôn móng không lớn

Tuỳ theo tính chất chịu lực của công trình và quy mô xây dựng ; Móng nông được làm bằng các vật liệu khác nhau như : Gạch, đá, bê tông và bê tông cốt thép Đối với các công trình ngành xây dựng cầu - đường, các móng mố trụ cầu, cống, tường chắn đất thường được làm bằng đá hộc xây vữa, bê tông

và bê tông cốt thép

Móng nông sử dụng cho các công trình chịu tải trọng nhỏ và trung bình, đặt trên nền đất tương đối tốt (nền đất yếu thì có thể xử lý nền) Thuộc loại móng nông người ta phân ra các loại sau:

+ Móng đơn: Sử dụng dưới chân cột nhà, cột điện, mố trụ cầu

+ Móng băng: Sử dụng dưới các tường chịu lực, tường phụ hoặc các hàng cột, móng các công trình tường chắn

+ Móng bản (móng bè): Thường sử dụng khi nền đất yếu, tải trọng công trình lớn, hoặc công trình có tầng hầm

Móng cọc có cấu tạo gồm có bệ cọc (đài cọc) và cọc

Bệ cọc có tác dụng để liên kết các cọc lại và truyền tải trọng từ bên trên xuống cho các cọc chịu

Cọc là nhiệm vụ truyền tải trọng xuống cho đất chịu

Tuỳ theo vị trí của bệ cọc mà được phân ra thành: móng cọc bệ thấp khi

có bệ cọc thấp hơn mặt đất một độ sâu nhất định để áp lực ngang của đất cân bằng với tải trọng ngang tác dụng từ công trình truyền xuống và móng cọc bệ cao khi đáy bệ thông thường ở cao hơn mặt đất

Sự làm việc của cọc (sức chịu tải của cọc) nhờ vào hai thành phần P là

ma sát của đất trên thân cọc và P là sức kháng của đất nền dưới mũi cọc Sức chịu của cọc có thể biểu thị bằng biểu thức (PCọc = P + P) cho nên về mặt chịu lực cọc được chia làm hai loại:

Cọc chống khi đó sức chịu của cọc chủ yếu nhờ vào sức kháng của đất dưới mũi cọc (P >> P) Trong trường hợp này khi mũi cọc tựa trên nền cứng

Cọc ma sát (còn gọi là cọc treo) khi đó sức chịu của cọc chủ yếu nhờ vào ma sát của đất trên thân cọc (P >> P) Trong trường hợp này thì cọc chỉ

đi qua những lớp đất thông thường

So với các loại móng khác thì móng cọc có nhiều ưu điểm rõ rệt như: khả năng chịu được tải trọng lớn vì có thể đóng được cọc xuống các tầng đất sâu của nền, giảm được khối lượng thi công đất, tiết kiệm được vật liệu, có thể

cơ giới hoá việc thi công dễ dàng v.v Chính nhờ những ưu điểm nổi bật này

mà móng cọc là loại móng được dùng phổ biến hiện nay trong xây dựng Mặt khác cùng với sự tiến bộ của khoa học - công nghệ mà ngày nay móng cọc càng được hoàn thiện cả về lý thuyết tính toán cũng như công nghệ thi công

Hiện nay có nhiều cách phân loại cọc: theo vật liệu làm cọc, theo tiết diện cọc, theo phương pháp hạ cọc

+ Cọc gỗ: hiện nay được dùng trong các công trình nhỏ hoặc công trình

tạm thời chịu tải trọng nhẹ Cọc gỗ có ưu điểm là nhẹ, vận chuyển dễ dàng, chế tạo tương đối đơn giản Tuy nhiên gỗ có nhược điểm là sức chịu tải không lớn, dễ bị hà và mục phá hoại nhất là chỗ nằm ở mực nước thường xuyên thay đổi, chiều dài và tiết diện bị hạn chế Nếu có được phòng mục tốt trước khi dùng và có điều kiện để cho toàn bộ cọc gỗ luôn nằm dưới mực nước ngầm thì thời gian sử dụng khá lâu, có khi đến hàng trăm năm

+ Cọc thép: Các loại cọc thép dùng trong xây dựng cầu gồm: cọc ống

thép, cọc ray, cọc ghép bằng các thép hình I, Nói chung chỉ dùng cọc thép trong các trường hợp hãn hữu như chịu tải trọng ngang lớn hoặc khi đóng sâu

15 ^ 20m vào đất sỏi sạn

+ Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn:

Cọc bê tông cốt thép là loại cọc được dùng phổ biến nhất hiện nay So với cọc gỗ thì cọc bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm nổi bật là: Khả năng chịu tải trọng lớn, tiết diện và chiều dài không bị hạn chế có thể chế tạo theo ý muốn, trong quá trình thi công có thể sử dụng cơ giới hoá được, nên chất lượng đảm bảo, điều kiện áp dụng không phụ thuộc vào tình hình nước ngầm (tuy nhiên khi dùng cọc ở nơi nước mặn cần phải chú ý đến hiện tượng ăn mòn cốt thép trong cọc Hiện nay khắc phục hiện tượng này bằng cách quét một lớp chống thấm xung quanh cọc hoặc thêm các chất phụ gia chống ăn mòn khi chế tạo bê tông v.v ) Tiết diện ngang của cọc đặc bê tông cốt thép thường dùng là: hình vuông, hình chữ nhật, hình tròn

Nhược điểm chính của cọc bê tông cốt thép là: trọng lượng quá lớn, cồng kềnh, gây khó khăn cho công tác vận chuyển và hạ cọc Mặt khác chính

do trọng lượng bản thân qúa lớn cho nên cần phải có khối lượng cốt thép lớn

để phù hợp với sơ đồ chịu lực trong quá trình vận chuyển và treo cọc, mà lượng cốt thép này sẽ không cần nhiều khi cọc đã ở trong móng, tức là công trình trên móng đã được sử dụng Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng trong quá trình thi công cọc, hiện tượng nứt cọc (với khe nứt 0,2 -T- 0,25mm) là hiện tượng thường hay xảy ra, ngay cả trong những trường hợp đã dùng nhiều cốt thép Để nâng cao tính ổn định chống nứt và tiết kiệm thép người ta thường dùng cọc bê tông cốt thép dự ứng lực

Tùy theo điều kiện thi công người ta có thể hạ cọc bằng phương pháp đóng (cọc đóng) hoặc ép tĩnh (cọc ép)

+ Cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ (cọc khoan nhồi):

Móng cọc nhồi, là một loại móng có cọc là loại đổ tại chỗ (gọi là cọc nhồi) Cọc được chế tạo ngay tại vị trí mà cọc sẽ làm việc khi xây dựng công trình Cọc bê tông cốt thép đổ tại chỗ được thi công bằng cách đào đất, sử dụng ống kim loại đóng vào trong đất hoặc bằng thiết bị khoan tạo ra một lỗ rỗng trong đất đến cao độ thiết kế, sau đó đặt cốt thép và đổ bê tông vào ngay

hố rỗng thẳng đứng đó rồi đầm chặt Cọc có đường kính nhỏ nhất d=60cm, lớn nhất có thể đạt d=2.5m Chiều sâu hạ cọc đến hơn 100m

Ưu điểm:

- Rút bớt được công đoạn đúc sẵn cọc

- Có khả năng thay đổi kích thức hình học để phù hợp với thực trạng của đất nền được phát hiện chính xác hơn trong quá trình thi công (có thể tạo

ra những cọc có đường kính lớn, hạ cọc xuống sâu, do đó sức chịu tải của cọc rất cao)

- Cao độ đầu cọc cũng có thể quyết định lại cho phù hợp điều kiện địa hình và địa chất

- Do phương pháp thi công, mặt bên của cọc nhồi thường bị sần sùi do

đó ma sát của đất trên thân cọc nói chung lớn hơn so với các loại cọc khác

- Trong đất dính tại bất kỳ phần nào, điểm nào trên thân cọc vẩn có thể

mở rộng thêm đường kính; phần trên đỉnh cũng dể dàng

- Tốn ít cốt thép và không phải vận chuyển cọc

- Khi thi công không gây ra những chấn động làm nguy hại đến các công trình lân cận

- Thường tận dụng hết khả năng chịu lực theo vật liệu

- Có thể trực quan kiểm tra các lớp địa tầng bằng mẫu đất lấy lên từ hố đào; có thể thí nghiệm ngay tại hiện trường, đánh giá khả năng chịu lực của đất đáy hố khoan

Nhược điểm:

- Sản phẩm trong suốt quá trình thi công năm sâu dưới lòng đất, các khuyết tật xảy ra không kiểm tra trực tiếp bằn mắt thường

- Thiết bị thi công tương đối phức tạp

- Rất dễ xảy ra các khuyết tật, ảnh hưởng đến chất lượng cọc

- Thi công phụ thuộc vào thời tiết, có khi phải dừng thi công và lấp hố khoan tạm thời Hiện trường thi công dễ bị lầy lội

- Riêng đối với đất cát, nhiều khó khăn phức tạp có thể xảy ra: mở rộng cọc rất khó thực hiện đúng với kích thước mong muốn

- Coc nhồi nếu bị lún trong cát sẽ gây hiện tượng sụt mặt đất và ảnh hưởng xấu cho cả nhửng công trình xung quanh

2 Móng giếng chìm: là kết cấu rỗng bên trong, vỏ ngoài có nhiêm vụ

chống đỡ áp lực đất và áp lực nước trong qúa trình hạ và tạo trọng lượng thắng ma sát Sau khi hạ đến độ sâu thiết kế thì người ta lấp đầy (hoặc một phần) bê tông và phần rỗng

Việc lấy đất dưới đáy giếng có thể bằng nhân công để đào đất và đưa lên trên, ngoài ra có thể dùng vòi xói áp lực lớn để xói đất và hút cả đất và nước ra ngoài, hạ giếng xuống cao độ thiết kế

Ưu điểm:

Móng có kích thước lớn, khả năng chịu tải rất lớn

Thi công thiết bị đơn giản

Nhược điểm:

Không phù hợp khi nước ngầm lớn hoặc có nước mặt

Năng suất không cao

Thời gian thi công lâu

Nhận xét: Móng giếng chìm phù hợp khi xây dựng móng cầu lớn và

điều kiện thi công phù hợp Tuy nhiên cần cân nhắc giữa các phương án móng

sâu để đáp ứng yêu cầu về tiến độ thi công và năng suất lao động

3 Móng giếng chìm hơi ép: Khi gặp điều kiện địa chất thuỷ văn phức

tạp người ta thay móng giếng chìm bằng móng giếng chìm hơi ép Nguyên tắc làm việc của nó là dùng khí nén vào buồng kín của giếng để nhờ sức ép của khí đó mà nước bị đẩy ra ngoài tao điều kiện khô ráo để công nhân đào đất

Sau khi hoàn thành công tác tạo mặt bằng thi công, lưỡi cắt bằng thép được lắp trực tiếp trên nền và đúng vị trí Phần trong của lưỡi cắt được đổ đầy cát và công tác đổ bê tông khoang làm việc được thực hiện Việc lắp đặt các thiết bị và đổ bê tông tường cho Giếng cùng với công tác đào đất được thực hiện đồng thời Sau khi hoàn thành công việc thi công tường giếng, nắp Giếng (sàn trên) được xây dựng và phía trong khoang làm việc được bơm đầy bê tông Khả năng chịu tải của đất đá trực tiếp dưới đáy của Giếng được khẳng định bằng thí nghiệm kiểm tra khả năng chịu tải bằng tấm nén, thực hiện trong lòng khoang thực hiện

Ưu điểm:

Vững chắc, chịu tải lớn

Ít ảnh hưởng đến môi trường

Hiệu quả kinh tế cao

Thời gian thi công ngắn

Độ tin cậy cao

Nhược điểm:

Việc thi công móng ảnh hưởng nhiều đến sức khoẻ của công nhân khi đào giếng trong điều kiện áp suất cao Cần nghiên cứu để phát huy những ưu nhược điểm và hạn chế thấp nhất ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, có thể chế tạo robot đạo trong giếng là hợp lý nhất, vừa hiệu quả vừa không ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Nhận xét: Với những ưu khuyết điểm như trên, móng giếng chìm hơi ép

phù hợp khi làm móng cho các công trình cầu lớn, các trụ tháp cầu dây văng, cầu treo dây văng nhịp lớn, đóng các mố neo cầu treo chịu lực nhổ lớn Tuy

nhiên cần khắc phục ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động như đã nêu

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

KHU XÂY DỰNG CẢNG THANH PHƯỚC

2.1 Vị trí địa lý

Tây Ninh là một tỉnh ở Đông Nam Bộ, Việt Nam Phía Tây và Tây Bắc giáp với Vương quốc Campuchia; phía Đông giáp với tỉnh Bình Dương và Bình Phước; phía Nam giáp Thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Long An

Tây Ninh nối cao nguyên Nam Trung Bộ với đồng bằng sông Cửu Long, vừa mang đặc điểm của một cao nguyên, vừa có dáng dấp, sắc thái của vùng đồng bằng, tọa độ của tỉnh từ 10057’08’’ đến 11046’36’’ vĩ độ Bắc và từ

105048’43" đến 106022’48’’ kinh độ Đông Phía Đông giáp tỉnh Bình Dương và Bình Phước, phía Nam và Đông Nam giáp thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Long An, phía Bắc và Tây Bắc giáp 2 tỉnh Svay Riêng và Tbong Khmum của Campuchia với 02 Cửa khẩu Quốc tế Mộc Bài và Xa Mát, các cửa khẩu quốc gia: Chàng Riệc, Kà Tum, Phước Tân và Tống Lê Chân và nhiều cửa khẩu tiểu ngạch

Cảng Thanh Phước được hình thành nhằm phục vụ vận tải hàng hóa đáp ứng cho nhu cầu của Khu liên hợp Công nghiệp - Đô thị - Dịch vụ Phước Đông - Bời Lời nói riêng và nhu cầu về vận chuyển, lưu thông hàng hóa bằng đường thủy trong khu vực tỉnh Tây Ninh nói chung Từ đó thúc đẩy việc đa dạng hóa các ngành nghề trong Khu liên hợp, góp phần phát triển kinh tế của tỉnh Tây Ninh và các khu vực lân cận

Cảng Thanh Phước nằm cạnh sông Vàm Cỏ Đông là con sông có giá trị vận tải thủy cao Sông Vàm Cỏ Đông nối liền với hệ thống sông Cần Giuộc và sông Soài Rạp và có nhiều nhánh sông nhỏ, nên rất thuận tiện cho việc lưu thông bằng đường thủy để vận chuyển hàng hóa từ các nơi về Tây Ninh hay ngược lại từ Tây Ninh đến những nơi khác Khi được đầu tư xây

dựng cảng Thanh Phước trở thành trung tâm vận chuyển hàng hóa làm quá trình xuất nhập hàng hoá phục vụ tỉnh Tây Ninh và các các khu vực lân cận

Khu đất đầu tư xây dựng có vị trí tại ấp Trâm Vàng 2, xã Thanh Phước, huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh với tứ cận như sau:

Phía Bắc: Giáp với ruộng lúa của dân

Phía Đông Bắc: Giáp với Quốc lộ 22

Phía Nam: Giáp Rạch Gốc

Phía Tây: Giáp sông Vàm Cỏ Đông

Dự án Cảng Thanh Phước, huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh gồm có 2 khu: Khu kho cảng và Khu thương mại dịch vụ công cộng

Tổng diện tích đất tự nhiên khu vực quy hoạch chi tiết xây dựng 1/500

là 54,96 ha Trong đó, diện tích khu kho cảng là 47,8 ha, diện tích khu thương mại dịch vụ là 7,16 ha

Quy mô cảng: Cảng thủy nội địa cấp III

Hình 2.1: Sơ đồ vị trí khu vực cảng Thanh Phước

2.2 Địa tầng trầm tích đệ tứ khu vực cảng Thanh Phước

Theo các nghiên cứu khảo sát đã được thực hiện, khu vực tỉnh Tây Ninh có xuất hiện các thành tạo trầm tích đệ tứ như sau :

* Trầm tích Pleitocen sớm nguồn gốc sông aQ 1 : trầm tích được

phân bố dưới dạng bề mặt thềm bị phân cắt yếu thành đới lượn sóng thoải với

độ cao từ 40 đến 70m Thành phần mặt cắt chủ yếu là cát sạn, sỏi cuội xen thấu kính sét, sét bột, kaolin trong đó sạn sỏi chiếm 10-30% ; cát 40-50%, chọn lọc kém Đặc biệc trên mặt bị laterit hóa màu nâu đỏ loang lỗ vàng trắng, xám, có tectit nguyên dạng cấm vào bề mặt này

* Trầm tích Pleitocen giữa, phần dưới nguồn gốc sông aQ 1 2 : trầm tích có chiều dày  25 m gồm 2 tập từ dưới lên trên :

- Tập 1 (25-7m) : cuội, sạn, sỏi lẫn cát chứa kaolin màu trắng xám Cuội cát chủ yếu là thạch anh, ít đá bazan lỗ hổng màu xám Cuội mài khá tốt

- Tập 2 (7-0m) : cát bột sét màu xám trắng

* Trầm tích Pleitocen muộn nguồn gốc sông aQ 1 3 : xuất hiện rải rác và

lộ trên mặt ở khu vực Hòa Thành, Gò Dầu Từ dưới lên gồm 4 tập như sau:

- Tập 1 (24,5-23,3m) : sạn, cuội cát, thành phần thạch anh silic màu trắng, kích thước sạn 0,3-0,8cm, kích thước cuội 1-2cm, sạn chiếm 90%

- Tập 2 (23,3-17m): cát, sạn, cuội nhiều màu sát từ vàng xám đến nâu

đỏ, tím nhạt Cuội sạn là thạch anh, silic, kích thước sạn 0,3-0,5cm, kích thước cuội 1-2cm

- Tập 3 (17-3m): cát, sạn, cuội chứa bột sét kaolon, sạn cuội là thạch anh mài tròn tốt, kích thước 0,3-1,5cm

- Tập 4 (3-0m) : cát hạt vừa màu xám trắng, chứa ít kaolin màu trắng (khoảng 15-20%)

* Trầm tích Holocen hạ trung nguồn gốc sông aQ 2 1-2 : bề dày biến

đổi 1-7,6m, với trật tư địa tầng từ dưới lên trên như sau:

- Tập 1 (23-17,5m): cát sạn pha bột sét, lẫn ít cuội có kích thước 1,5cm màu vàng sẫm, vàng nhạt

1,0 Tập 2 (17,51,0 14,5m): sét bột pha ít cát hạt mịn màu xám đen, xám sẫm

* Trầm tích Holocen trung thượng nguồn gốc sông aQ 2 2-3 : trầm

tích sông lộ ra dọc hệ thống sông Vàm Cỏ Nhìn chung thành phần trầm tích chủ yếu là hạt mịn (bột sét)

* Trầm tích Holocen trung thượng nguồn gốc biển-đầm lầy mbQ 2 2-3 :

độ sâu phân bố từ 0 đếm 16m, mặt cắt đặt trưng gồm 3 tập từ dưới lên:

- Tập 1 (1,5-2,5m) : sét lẫn nhiều thực vật chưa phân hủy hết

- Tập 2 (0,5-1,5m) : sét, cát xám nâu vàng dưới dạng bùn nhão trong đó sét 73% ; bột 16-17% ; cát 10-11%

- Tập (0-0,5m) : sét bột lẫn mùn thực vật máu xám tối

* Trầm tích Holocen trung thượng nguồn gốc sông – đầm lầy abQ 2 2-3 : độ sâu phân bố từ 0 đếm 9,7m, bề dày biến đổi từ 1-9,7m Vật kiệu

trầm tích chủ yếu là sét bột lẫn ít cát có chứa tàn tích thực vật

2.3 Điều kiện địa chất công trình khu xây dựng cảng Thanh Phước

2.3.1 Địa hình, địa mạo

Khu đất có địa hình tương đối bằng phẳng, thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam Cao độ tự nhiên của khu đất chủ yếu nằm trong khoảng từ +0,3m tới +0,8m

Riêng khu đất ở phía Đông Bắc, gần Quốc lộ 22 có cao độ cao hơn hẳn

so với địa hình xung quanh (Điểm cao nhất: +4,93m) Khu vực phía Tây có ao hiện hữu, cao độ thấp hơn các khu vực khác (Điểm thấp nhất: -0,78m)

Cao độ cao nhất: +4,93m (Hệ cao độ Nhà nước)

Cao độ thấp nhất: -0,78m (Hệ cao độ Nhà nước)

2.3.2 Đặc điểm phân bố và tính chất cơ lý của các lớp đất

Để đánh giá các đặc trưng địa kỹ thuật của Dự án và cung cấp các