Đánh giá điều kiện đcct phục vụ xử lý nền đất yếu xây dựng kè bờ sông cần thơ đoạn bến ninh kiều cầu cái sơn, đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý nền móng

Luận văn lấy đề tài: “ Đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xử lý nền đất yếu xây dựng kè bờ sông Cần Thơ đoạn Bến Ninh Kiều – Cầu Cái Sơn, đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý

ĐINH THẾ HIÊN

ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐCCT PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU XÂY DỰNG KÈ BỜ SÔNG CẦN THƠ ĐOẠN BẾN NINH KIỀU – CẦU CÁI SƠN, ĐỀ XUẤT VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 10/2015

ĐINH THẾ HIÊN

ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐCCT PHỤC VỤ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU XÂY DỰNG KÈ BỜ SÔNG CẦN THƠ ĐOẠN BẾN NINH KIỀU – CẦU CÁI SƠN, ĐỀ XUẤT VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày … tháng 10 năm 2015

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

ĐINH THẾ HIÊN

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục tiêu của đề tài 8

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

4 Nội dung nghiên cứu 9

5 Phương pháp nghiên cứu 9

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 10

7 Cơ sở tài liệu của luận văn 10

8 Cấu trúc của luận văn 10

CHƯƠNG 1 11

TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11

1.1 Vấn đề ổn định bờ sông 12

1.2 Đất yếu và các biện pháp xử lý 14

1.2.1 Đất yếu 14

1.2.2 Các biện pháp xử lý đất yếu 22

1.2.2.1 Cọc tre và cọc tràm 22

1.2.2.2 Bệ phản áp 22

1.2.2.3 Gia cố nền bằng giếng cát, cọc cát 23

1.2.2.4 Gia cố nền bằng bấc thấm thoát nước 23

1.2.2.5 Phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính 24

1.2.2.6 Cọc cát xi măng 25

1.2.2.7 Cọc đá và cọc cát đầm chặt 25

1.2.2.8 Cố kết đóng 25

1.2.2.9 Gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ 26

CHƯƠNG 2 34

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH TUYẾN KÈ 34

2.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 34

2.2 Đặc điểm thuỷ văn và địa chất thủy văn 35

2.3 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý 36

2.4 Phân chia đoạn tuyến nghiên cứu 42

2.4.1 Nguyên tắc phân chia 42

2.4.2 Kết quả phân chia đoạn tuyến kè 43

CHƯƠNG 3 46

CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN KHI XÂY DỰNG TUYẾN KÈ VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN VÀ MÓNG 46

3.1 Đặc điểm công trình kè 46

3.1.1 Mặt cắt tính toán điển hình công trình kè 46

3.1.2 Giải pháp thiết kế công trình kè 46

3.2 Các vấn đề địa chất công trình liên quan khi xây dựng tuyến kè 48

3.2.1 Kiểm toán ổn định trượt của kè 49

3.2.2 Ổn định lún của nền đắp sau kè 52

3.2.3 Tính lún cho các phân đoan tuyến kè 54

3.2.4 Tính toán chiều cao phòng lún 59

3.3 Lựa chọn giải pháp xử lý nền và móng 62

3.3.1 Giải pháp xử lý nền đắp sau kè 62

3.3.1.1 Cơ sở tính toán và thiết kế kế hệ thống thoát nước thẳng đứng (PVD) 62

3.3.1.2 Biện pháp xử lý đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước 70

3.3.1.3 Biện pháp xử lý đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước 77

3.3.1.4 Lựa chọn giải pháp xử lý đất nền yếu 81

3.3.2 Giải pháp xử lý móng của kè 83

3.3.2.1 Phân tích và đề xuất giải pháp móng phù hợp 83

3.3.2.2 Kiểm toán độ bền, ổn định của móng tường kè 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC 96

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Kýhiệu Đơnvị Giảithích

SPT Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

pz kG/cm2 Áp lực tiền cố kết

z kG/cm2 Ứng suất phụ thêm

vz kG/cm2 Ứng suất bản thân

E0 kG/cm2 Mô đun tổng biến dạng

∆ g/cm3 Khối lƣợng riêng của đất

c g/cm3 Khối lƣợng thể tích khô của đất

w g/cm3 Khối lƣợng thể tích tự nhiên của đất

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 - Kết quả tính toán các yếu tố thủy văn ……… 35

Bảng 2.2: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất số 1 ……… 36

Bảng 2.3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất số 2 ……… 38

Bảng 2.4: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất số 3……… 39

Bảng 2.5: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất số 4……… 41

Bảng 3.1: Các tiêu chuẩn áp dụng ……… 49

Bảng 3.2: Các hệ số ổn định theo chuẩn ………50

Bảng 3.3: Chỉ tiêu cơ lý tính toán cho kè ……… 50

Bảng 3.4: Tổng hợp kết quả tính toán ổn định tổng thể ……….51

Bảng 3.5: Độ cố kết đạt được phụ thuộc vào nhân tố thời gian Tv …………54

Bảng 3.6- Kết quả tính chiều sâu vùng hoạt động nén ép phân đoạn 1 …… 55

Bảng 3.7- Kết quả tính lún cho phân đoạn 1 ……… 55

Bảng 3.8: Kết quả tính hệ số cố kết trung bình phân đoạn 1 ……….56

Bảng 3.9- Kết quả tính chiều sâu vùng hoạt động nén ép phân đoạn 2 …….57

Bảng 3.10- Kết quả tính lún cho phân đoạn 2 ………58

Bảng 3.11- Giá trị các thông số tính chiều cao phòng lún cho đoạn 1 …… 60

Bảng 3.12- Giá trị các thông số tính chiều cao phòng lún cho đoạn 2 …… 61

Bảng 3.13: Tổng hợp kết quả tính toán ……… 62

Bảng 3.14: Các thông số chất lượng bấc thấm VID 65 ………71

Bảng 3.15- Kiểm tra điều kiện làm việc của PVD theo điều kiện 1 ……… 72

Bảng 3.16- Kiểm tra điều kiện làm việc của PVD theo điều kiện 2 ……… 73

Bảng 3.17 - Chiều dày lớp đệm cát ………73

Bảng 3.18- Chiều sâu và mạng lưới bấc thấm ………74

Bảng 3.19: Kết quả tính độ cố kết theo thời gian của đất nền ………74

Bảng 3.20- Chiều sâu và mạng lưới giếng cát ………78

Bảng 3.21- Kết quả tính độ cố kết theo thời gian khi sử dụng giếng cát … 79

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Cột địa tầng đại diện cho mặt cắt tính toán phân đoạn 1 44

Hình 2.2: Cột địa tầng đại diện cho mặt cắt tính toán phân đoạn 2 45

Hình 3.1: Mặt cắt tính toán điển hình của kè .46

Hình 3.2- Biều đồ xác định H R .59

Hình 3.3- Xác định chiều cao phòng lún 60

Hình 3.4- Xác định chiều cao phòng lún 61

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí giếng cát (hoặc bấc thấm) 64

Hình 3.6 Đường kính tương đương của bấc thấm 64

Hình 3.7 Cấu tạo mốc đo chuyển vị 68

Hình 3.8 Cấu tạo bàn đo lún 69

Hình 3.9 Sơ đồ đo áp lực nước lỗ rỗng trong đất yếu 70

Hình 3.10- Bấc thấm và thi công bấc thấm 71

Hình 3.11: Mặt cắt kè điển hình 83

Hình 3.11.: Cấu tạo móng bè cọc 84

Hình 3.12 : Sự làm việc của móng bè cọc (Poulos, 2000) 86

Hình 3.13: Các đường đẳng ứng suất của cọc đơn và nhóm cọc 88

Hình 3.14: Mặt cắt kè điển hình đưa vào kiểm toán 89

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế xã hội việc xây dựng mới, cải tạo nâng cấp cơ sở hạ tầng ở TP Cần thơ đã và đang trở thành một vấn đề được quan tâm Là một trong các thành phố ở khu vực phía nam có hệ thống kênh rạch, chạy dọc theo hệ thống kênh rạch đó là các hệ thống công trình giao thông và khu dân cư Cùng với sự phát triển của đất nước, TP Cần thơ đã và đang đầu tư vào xây dựng cơ sở hạ tầng đô thị và bảo vệ bờ sông, để ứng phó với các tác động tự nhiên cũng như con người

Đoạn bờ sông từ bến Ninh Kiều đến cầu Cái Sơn thuộc thành phố Cần Thơ

là đoạn sông nằm trong khu vực nội đô Cần thơ và là đoạn sông đang có những hoạt động kinh tế xã hội tấp nập nhất Đây cũng là đoạn sông phục vụ nhu cầu du lịch của không chỉ riêng Cần Thơ mà còn cả khu vực Nam Bộ Do vậy, công việc cải tạo và xây dựng đoạn kè sông này với cảnh quan đô thị, đã được quy hoạch trong phương hướng phát triển của Thành phố và một số phương án xây dựng tuyến bờ đoạn sông này đã được triển khai Vấn đề nghiên cứu lựa chọn loại công trình kè và phương án xử lý nền đất yếu phù hợp với yêu cầu khai thác sử dụng, bảo vệ môi trường địa chất, sinh thái, là vô cùng cần thiết

Luận văn lấy đề tài: “ Đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xử

lý nền đất yếu xây dựng kè bờ sông Cần Thơ đoạn Bến Ninh Kiều – Cầu Cái Sơn, đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý nền móng” chính là phục vụ nhu cầu nói

trên nhằm xử dụng hợp lý môi trường địa chất khu vực kinh tế trọng điểm này

2 Mục tiêu của đề tài

Đánh giá điều kiện địa chất công trình và đưa ra giải pháp xử lý nền và móng hợp lý phục vụ xây dựng tuyến kè hai bờ sông

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là kè bờ sông Cần Thơ

- Phạm vi nghiên cứu: kè bờ sông Cần Thơ đoạn Bến Ninh Kiều – Cầu Cái Sơn

4 Nội dung nghiên cứu

Để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu đã nêu, nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm:

- Phân tích tổng quan về các nghiên cứu địa chất, địa chất công trình khu vực tuyến kè Sông Cần Thơ đoạn Bến Ninh Kiều – Cầu Cái Sơn, các nghiên cứu giải pháp kè gia cố

- Nghiên cứu đặc điểm địa hình, địa mạo, tân kiến tạo, địa chất, địa chất công trình, địa chất thủy văn của khu vực tuyến kè Sông Cần Thơ đoạn Bến Ninh Kiều – Cầu Cái Sơn

- Đánh giá hiện trạng sạt lở bờ Sông Cần Thơ đoạn Bến Ninh Kiều – Cầu Cái Sơn

- Tổng hợp, hệ thống hóa các tài liệu địa chất công trình, đánh giá điều kiện địa chất công trình khu vực nghiên cứu

- Phân tích làm rõ đặc điểm cấu trúc nền đất

- Lựa chọn giải pháp xử lý nền và móng cho tuyến kè

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nội dung nghiên cứu đặt ra, các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn bao gồm:

Thu thập các tài liệu có liên quan đến đề tài ( tài liệu khoan, thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm hiện trường….)

Phương pháp thống kê toán học: Xử lý số liệu các tài liệu thí nghiệm trong phòng, xác định các giá trị đặc trưng của các yếu tố cấu trúc nền đất, Tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền và móng kè

Phương pháp số hóa: Lập mặt cắt địa chất, sơ đồ công trình

Phương pháp lý thuyết kết hợp thực nghiệm để đánh giá dự báo các các vấn đề địa chất công trình

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề xuất và lựa chọn giải pháp xử lý nền hợp lý phục vụ công trình xây dựng tuyến kè đoạn Ninh Kiều-Cái Sơn

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào một số công trình

7 Cơ sở tài liệu của luận văn

- Tài liệu địa chất công trình tuyến kè: Báo cáo khảo sát địa chất công trình

- Tài liệu thiết kế tuyến kè

- Các tài liệu chuyên môn khác: Các bài báo, công trình nghiên cứu, ứng dụng giải pháp móng cho công trình xây dựng tường kè trên nền đất yếu

- Các nguồn tài liệu trên internet

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm có 3 chương, được trình bày trong 96 trang 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 lục riêng

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS.TS Đoàn Thế

Tường - 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 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 thư viên trường Đại học Mỏ - Địa Chất, và Công ty cổ phần tư vấn Thiết kế Giao thông Thủy ( WECCO), Tổng công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải (TED), các anh, chị học viên lớp Cao học Địa Chất Công Trình - Khóa 26 đã cung cấp tài liệu, phương tiện và giúp đỡ Tác giả rất nhiều trong quá trình hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn!!!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Sông ngòi được hình thành trên bề mặt thạch quyển chủ yếu do các hoạt động tự nhiên và một phần nhỏ tạo ra do hoạt động kinh tế của con người Từ bao đời nay, sông ngòi đã đem lại cho con người không ít những lợi ích, vì vậy mà hai bên bờ sông thường hình thành các khu dân cư Nhiều vùng đồng bằng rộng lớn đã phát triển thành các trung tâm kinh tế, văn hoá, chính trị, xã hội Tuy nhiên, sông ngòi cũng gây ra cho con người nhiều tác hại như lũ lụt, xói lở bờ sông, làm ảnh hưởng tới hoạt động sống và sản xuất kinh tế của người dân, đồng thời làm hư hại các công trình phòng lũ cũng như các công trình khai thác kinh tế trên sông khác

Để có thể chế ngự các con sông, phục vụ cho công cuộc phát triển kinh

tế, cải thiện môi trường sống, chúng ta cần phải nghiên cứu chỉnh trị sông ngòi Tuy vậy, muốn công tác này đem lại hiệu quả thiết thực, việc nghiên cứu các qui luật diễn biến dòng sông và động lực học dòng sông, cũng như cấu tạo địa chất trong pham vi hoạt động của dòng sông có vai trò vô cùng to lớn

Dòng sông hình thành do kết quả của sự tác động giữa dòng chảy và lòng sông Sự chuyển động bùn cát thường đóng vai trò trung gian vì có lúc

nó là thành phần chính của dòng chảy, có lúc nó lại là thành phần của lòng sông Sự thành tạo bùn cát là quá trình trẻ hoá của dòng sông Quá trình xâm thực ngang là quá trình xói lở, sạt trượt, tiếp theo là quá trình vận chuyển phù

sa và kết thúc là quá trình bồi lắng Các quá trình này lập đi lập lại theo thời gian tạo ra hình thái sông có dạng quanh co, uốn khúc Cùng với quá trình xâm thực ngang là quá trình xâm thực sâu, hay còn gọi là quá trình thô hoá lòng sông Đối với mỗi con sông, tuỳ theo đặc điểm và điều kiện thuỷ lực,

thuỷ văn, cấu tạo địa chất, địa hình khác nhau mà mức độ xói lở bờ cũng khác nhau Mặt khác, các hoạt động của con người như xây dựng các công trình trên sông, các phương tiện vận tải thuỷ, kết hợp với quá trình khai thác vật liệu cũng làm ảnh hưởng không nhỏ đến qui luật diễn biến dòng sông Từ những nhận định trên cho chúng ta thấy rằng: Các tác động tự nhiên và tác động của con người đến dòng sông đã làm cho dòng sông trở thành mối hiểm hoạ tiềm tàng đến đời sống kinh tế của cả một vùng dân cư rộng lớn phía hạ lưu và dân cư sống bên cạnh hai bên bờ sông

1.1 Vấn đề ổn định bờ sông

Nhằm mục đích phục vụ cho công cuộc phát triển kinh tế, văn hóa xã hội và đi kèm với đó các công tác xây dựng các công trình được thực hiện nhằm mục đích quy hoạch đường bộ, đường thủy Các công trình kè sông được xây dựng để bảo vệ bờ sông bên cạnh đó các quá trình xâm thực ngang làm cho quá trình xỏi lở, sạt trượt phát triển ảnh hưởng đến quá trình hoạt động kinh tế và các công trình bên cạnh bờ sông Trải qua thời gian dưới tác động thủy lực, thủy văn của dòng sông dẫn đến phá hủy các công trình, mặt khác các hoạt động của con người như xây dựng các công trình trên sông và hai bên bờ sông đã tác động đến lòng sông và hai bên bờ sông, vấn đề trượt lở gây mất ổn định đã trở thành một thiên tai làm ảnh hưởng đến môi trường sống của cộng đồng dân cư dọc hai bên bờ sông từ trước đến nay, làm ảnh hưởng đến việc quy hoạch và phát triển nền kinh tế quốc dân, làm biến đổi bề mặt địa hình, làm mất ổn định các công trình như nhà cửa, đường xá, kênh đào Một số hình ảnh của quá trình trượt, sạt lở bờ sông gây ra

Ảnh1.1: Sạt lở bờ sông Hương do mưa lũ

Ảnh 1.2: Trượt lở bờ sông Lam (xã Nam Cường – Nam Đàn – Nghệ An)

Ảnh 1.3: Trượt lở bờ sông Hậu (Bình Phước - TP Long Xuyên - An Giang)

Như vậy vấn đề bảo vệ bờ sông là một trong những vấn đề cần thiết, cấp bách cần thực hiện để tránh được những thiệt hại to lớn về người và tài sản

1.2 Đất yếu và các biện pháp xử lý

1.2.1 Đất yếu

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức mang tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho các công trình xây dựng Khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của các lớp đất, đặc điểm kết cấu của các công trình mà người ta sử dụng các biện pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều các công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất Do vây việc đánh giá

chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu để làm cơ sở và đề

ra các biện pháp xử lý nền móng phù hợp để công trình hoạt động ổn định Đặc tính của đất yếu cần phải được cải thiện phục vụ các yêu cầu thực tế trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình Đất yếu thường có độ ẩm cao

và sức kháng cắt không thoát nước thấp Một số đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả than bùn

Theo quan điểm xây dựng, đất yếu được xem xét trong mối quan hệ tương tác với công trình, tùy thuộc vào tải trọng của công trình truyền xuống nền, nếu tải trọng của công trình truyền xuống nền lớn hơn sức chịu tải của nền thì nền được coi là nền đất yếu Vì vậy người ta dựa vào giá trị sức chịu tải quy ước và môđun tổng biến dạng của nền để phân biệt nền đất yếu

Theo quan điểm địa chất công trình, đất yếu là loại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt, có khả năng chịu tải thấp, biến dạng lớn, khi xây dựng công trình không thể áp dụng giải pháp móng nông trên nền đất thiên nhiên mà bắt buộc phải xử lý nền, hoặc lựa chọn giải pháp móng sâu Đất yếu rất dễ nhạy cảm khi chịu tải trọng tác động, cũng như sự thay đổi của môi trường địa chất

Dựa theo các tiêu chuẩn Việt Nam và các tiêu chuẩn phân loại đất [23,29]

có thể thấy đất yếu có những đặc tính như sau:

- Sức chịu tải quy ước thường nhỏ R0 <1.0 KG/cm2, Môđun tổng biến dạng E0 < 50 KG/cm2

- Đất thường có hệ số rỗng (e0 >1.0), ở trạng thái từ dẻo đến chảy (Is>0.75), sức chống cắt thấp (Cu<0.15KG/cm2)

- Độ ẩm: 30% hoặc lớn hơn cho đất cát pha; 50% hoặc lớn hơn cho đất sét; 100% hoặc lớn hơn cho đất hữu cơ, có nguồn gốc đầm lầy

Việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu ngoài đặc tính của nền đất còn phụ thuộc vào các loại công trình và quy mô công trình

Móng của các công trình đặt trên nền đất yếu thường đặt ra các bài toán cần giải quyết như sau:

- Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén lún của nền đất

- Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, độ ổn định của mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn

- Hóa lỏng: Đất nền bị hóa lỏng do tải trọng ngoài

Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được quan tâm:

- Xây dựng công trình đường giao thông, thủy lợi, đê điều và công trình cơ

sở trên nền đất yếu

- Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu:

- Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều

- Lấn biển và các công trình trên biển

- Xử lý nền cho các khu công nghiệp đươc xây dựng ven sông, ven biển

- Xử lý đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng Sông Cửu Long

- Đất yếu ở các khu vực đồng bằng lớn trên lãnh thổ Việt Nam có thể phân loại như sau:

- Phân loại theo tuổi, nguồn gốc:

Đất yếu được hình thành và tồn tại trong điều kiện đặc biệt, trong đó yếu tố tuổi, nguồn gốc đóng vai trò quyết định Đất yếu thường là các trầm tích trẻ, nguồn gốc hồ - đầm lầy ven biển hay được hình thành ven sông, cửa sông và tồn tại trong điều kiện không thoát nước Có thể phân biệt một số loại đất yếu theo tuổi và nguồn gốc sau [9]:

+ Trầm tích sông – biển hỗn hợp thuộc các hệ tầng Vĩnh Phúc (đồng bằng sông Hồng) và Củ Chi ( đồng bằng sông Cửu Long): Các trầm tích này có dấu hiệu thực vật bị phân hủy, than bùn hóa, kiểu đầm lầy ven biển trong quá trình hình thàn tam giác châu tuổi Pleistocene Tùy thuộc vào địa hình, địa mạo cổ

mà các trầm tích này thể hiện ở dạng thấu kính hay lớp ở ven rìa các đồng bằng Thành phần chủ yếu của loại trầm tích này thường là sét, sét pha, màu xám nâu., xám đen chứa ít hữu cơ, trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm

+ Trầm tích đầm lầy – sông biển hỗn hợp tuổi Holocene thuộc các hệ tầng Hải Hưng, Thái Bình ( đồng bằng sông Hồng), Bình Chính, Cần Giờ (đồng bằng sông Cửu Long) Loại trầm tích này có diện phân bố khá rộng rãi ở vùng trung tâm các đồng bằng Các trầm tích này chứa tảo nước mặn xen lợ - ngọt, đặc trưng cho kiểu đầm lầy ven biển

Thành phần của đất thuộc loại trầm tích này thường là bùn sét, sét pha chứa hữu cơ với mức độ phân hủy khác nhau, đôi khi đất ở trạng thái dẻo chảy, dẻo mềm tùy theo điều kiện tồn tại

- Phân loại theo tính chất cơ lý của đất:

Phân loại đất yếu theo tuổi, nguồn gốc có ý nghĩa lớn trong việc xác đinh

và dự báo sự biến đổi đặc trưng đại chất công trình của đất như: quy luật phân

bố, sự biến đổi thành phần và các tính chất vật lý, cơ học của đất theo không gian và thời gian Việc này đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu rộng Đối với một công trình cụ thể, việc phân loại theo cách này khó có thể áp dụng được Khi đó, việc phân loại sẽ dựa theo tính chất cơ lý của đất, chủ yếu dựa vào thành phần và trạng thái như sau [9]:

Các loại đất bùn, bao gồm bùn sét (nếu chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt Is >1,

hệ số rỗng eo ≥ 1.5), bùn sét pha ( Ip = 7-17; Is >1, eo ≥ 1), bùn cát pha (Ip = 7; Is >1, eo ≥0.9);

1-Đất ở trạng thái chảy: sét chảy (Ip ≥17; Is >1, eo < 1.5); sét pha chảy (Ip

=7-17; Is >1,eo< 1); Cát pha chảy (Ip = 1-7; Is >1, eo< 0.9);

Đất ở trạng thái dẻo chảy: sét dẻo chảy (Ip ≥17; IS =0.75 -1); sét pha dẻo chảy (Ip = 7-17; Is = 0.75 -1);

Theo hàm lượng hữu cơ, chia ra: Than bùn nếu hàm lượng hữu cơ P ≥ 60

%; đất than bùn nếu P = 20 -60%; đất chứa hữu cơ nếu P = 5 -20%

* Đặc điểm phân bố của đất yếu ở Việt Nam:

Theo PGS.TS Tạ Đức Thịnh, trong bài viết “ Tổng quan về đất yếu và phương pháp xử lý nền đất yếu ở Việt Nam”: Đặc điểm phân bố của đất yếu ở Việt Nam như sau:

- Các lớp bùn sét chủ yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng Cần Giờ được hình thành trong giai đoạn biển tiến mạnh (giai đoạn Holocene giữa, muộn) Vì thế, lớp này thường phân bố ở khu vực trung tâm và ven biển của các vùng đồng bằng Độ sâu phân bố và về dày tăng dần theo hướng từ trung tâm đồng bằng ra phía biển, từ một vài mét đến gần 30m Tuy nhiên, do có nguồn gốc hồ - đầm lầy ven biển nên sự phân bố của lớp bùn sét rất phức tạp và biến đổi mạnh

- Các loại đất bùn sét pha – cát pha chủ yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng, Thái Bình, Bình Chánh được hình thành vào giai đoạn đầu của thời kỳ biển tiến ( Holocene sớm, giữa), hoặc ở giai đoạn biển lấn nhẹ (thời kỳ Holocene muộn) Vì vậy, lớp này thường phân bố dưới lớp bùn sét

- Theo hướng dòng chảy, tỷ lệ bùn sét pha, cát pha so với bùn sét giảm

Ví dụ ở khu vực Hà Nội, sự phân bố của bùn sét pha phổ biến hơn lớp bùn sét, còn ở Hải Phòng thì ngược lại

Ở một số khu vực, các lớp đất bùn sét hay bùn sét pha tồn tại trong điều kiện có thể thoát nước lỗ rỗng nên đã được cố kết một phần và trở thành sét, sét pha có trạng thái dẻo chảy cũng có diện phân bố khá phổ biến ở khu vực trung tâm của vùng đồng bằng với bề dày và chiều sâu không lớn ( thường

<10m) Đất nguồn gốc sông biển hỗn hợp tuổi Pleistocene thuộc các hệ tầng

Vĩnh Phúc và Củ Chi thường tồn tại dưới dạng sét pha dẻo chảy đến dẻo mềm, phân bố dạng thấu kính hay lớp ở ven rìa Diện phân bố hẹp, chiều sâu phân bố lớn và bề dày nhỏ

* Đặc điểm về thành phần:

- Thành phần khoáng vật:

Nhìn chung, theo tài liệu thu thập thì thành phần khoáng vật của các loại đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là các khoáng vật sét, Kaolinit, hydromica, vật chất hữu cơ, một ít montmorilonit và các mảnh vụn thạch anh, fenspat…

- Thành phần hạt:

Trầm tích Pleistocene muộn tướng hồ móng ngựa bị đầm lầy hóa (đất yếu thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc) phân bố ở Yên Lạc, Việt Trì, Tiên Sơn, Sóc Sơn, Hiệp Hòa, Đông Anh, Gia Lâm, Thường Tín, Hoài Đức Hàm lượng các nhóm hạt bụi, sét trung bình (< 0.05) chiếm tới 65%, hàm lượng nhóm hạt cát chiếm 35% Tổng hợp các mẫu đất yếu thuộc hệ tầng này ở nội thành Hà Nội cho thấy nhóm hạt cát chỉ còn chiếm 25%, nhóm bụi, sét lên đến 75% Các khu vực còn lại ít gặp đất yếu của hệ tầng này

Kết quả nghiên cứu thành phần hạt của trầm tích Holocene sớm – giũa tướng hồ - đầm lầy cho thấy, nhóm hạt cát chiếm từ vài phần trăm đến trên 30%, trung bình 18,2%, nhóm hạt bụi chiếm từ 10 đến trên 50%, trung bình là 30.1% Trong mặt cắt của hệ tầng này thường nhận thấy có sự tăng hàm lượng nhóm hạt cát , bụi và giảm hàm lượng nhóm hạt sét theo chiều sâu Tuy nhiên, quy luật này không được thể hiện rõ, có thể bỏ qua Trong lớp bùn sét, sét pha, có nơi là bùn sét pha, có nơi là bùn sét, nhưng bùn sét là chủ yếu

Trầm tích Holocene muộn tướng hồ móng ngựa có thành phần bao gồm, nhóm hạt cát chiếm từ vài phần trăm đến 40 %, trung bình 28%, nhóm hạt bụi chiếm từ 20 đến 80%, trung bình 51,7%, nhóm hạt sét chiếm từ vài phần trăm đến trên 40%, trung bình 27%

- Hàm lượng hữu cơ:

Như đã nói, phần lớn đất yếu ở Việt Nam có nguồn gốc hồ - đầm lầy và sông biển hỗn hợp Vì vậy, trong thành phần của chúng thường có chứa hữu cơ với hàm lượng và mức độ phân hủy khác nhau tùy theo nguồn gốc, tuổi

Sự hình thành vật chất hữu cơ trong trầm tích Đệ Tứ liên quan đến quá trình biển tiến, mức độ của quá trình này và các điều kiện cổ địa lý như địa hình, khí hậu,….Vì vậy, hàm lượng và mức độ phân hủy hữu cơ trong các loại đất yếu

là rất khác nhau Đối với đất yếu tuổi Pleistocene, trong thành phần đất yếu thường chứa ít hữu cơ, đôi chỗ cũng bắt gặp than bùn, nhưng chiều dày nhỏ (chỉ

từ 1-2m), diện phân bố hẹp

Trong trầm tích Holocene, thường có chứa hàm lượng hữu cơ lớn (từ 20% đến trên 50%) với mức độ phân hủy từ 45 đến 78% (bùn sét); phần dưới (bùn sét pha) thường có hàm lượng hữu cơ thấp hơn ( thường từ 7 – 10 đến trên 20%), mức độ phân hủy hữu cơ biến đổi trong phạm vi rộng từ 50 đến 80%

- Các chỉ tiêu cơ học của đất yếu biến đổi khá lớn

Ở trên thế giới và nước ta, việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu rất phổ biến

Vì vậy, đất yếu là đối tượng được quan tâm nghiên cứu rộng rãi Ở Liên

Xô cũ đã có các Hội nghị về đất yếu ở Tallin năm 1965, Riga năm 1972 va nhiều công trình nghiên cứu về đất yếu Trong tác phẩm “Thạch luận công trình”, V.D Lomtadze đã xếp đất yếu vào nhóm có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt [25] Tác giả đã đi sâu trình bày các đặc điểm về thành phần và tính chất của đất yếu Công trình “ Đất sét yếu bão hòa nước làm nền công trình” của tác giả M.L ABelev đã đi sâu phân tích khả năng xây dựng của đất yếu loại sét [6] Tác phẩm “ Nền và móng” trên đất than bùn của N.N Morareskul [26]; “Biến dạng của các ngôi nhà” của B.G.Ximaghin và P.A Konovalov [28] đã đánh giá khả năng xây dựng của nền đất than bùn và phân tích các nguyên nhân lún nứt công trình

Tại Việt Nam, hàng loạt các công trình nghiên cứu ĐCCT khu vực Bắc

Bộ, trong đó có khu vực Hà Nội đã đề cập đến vấn đề nguồn gốc, tuổi địa chất,

sự phân bố, thành phần và tính chất của đất yếu

Năm 1973, Hoàng Văn Tân cùng tập thể tác giả đã xuất bản cuốn: “ Những phương pháp xây dựng trên công trình nền đất yếu” [6] Các tác giả đã nêu quan điểm nghiên cứu về đất yếu và tổng kết các đặc trưng cơ lý của chúng

Năm 1976 – 1980, tác giả Lê Huy Hoàng có các công trình tổng kết quy luật phân bố, các giai đoạn thành tạo và sự liên quan với tính chất cơ lý của bùn

và than bùn ở các đồng bằng Bắc Việt Năm

Năm 1994, tác giả Lê Trọng Thắng có bài: “ Ảnh hưởng của thời gian nén đến kết quả thí nghiệm xác định hệ số nén lún của một số loại đất yếu khu vực

Hà Nội” [5] Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén cố kết các loại mẫu đất yếu khác nhau, tác giả chỉ ra những hạn chế của kết quả xác định hệ số nén lún khi tiến hành theo quy trình nén ổn định quy ước trong 2 giờ

Cũng năm 1994, Tác giả Nguyễn Viết Tình và Phạm Văn Tỵ có bài: “ Kết quả nghiên cứu bước đầu về tính bất đồng nhất của trầm tích hồ đầm lầy tầng Hải Hưng dưới (blQIV1-2hh1) ở khu vực thành phố Hà Nội” Báo cáo đưa ra kết luận ban đầu về tính biến đổi thành phần và tính chất cơ lý của các loại đất yếu phổ biến nhất trong khu vực nghiên cứu [13] Trong khu vực nghiên cứu còn tồn tại một số loại đất yếu có thành phần, tính chất và khẳ năng xây dựng khác nhau

1.2.2 Các biện pháp xử lý đất yếu

Đất yếu với các tính chất đặc biệt, tồn tại trong cấu trúc nền đất khu vực xây dựng, thường gây ra rất nhiều vấn đề địa chất công trình, không đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của công trình

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị sụt lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, cho nên khi thi công xây dựng cần có các giải pháp gia cố, cải tạo Hiện nay, có rất nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu, tác giả xin trình bày một số giải pháp sau đây:

1.2.2.1 Cọc tre và cọc tràm

Cọc tre và cọc tràm là giải pháp làm chặt đất tức thời Cọc tràm và cọc tre

có chiều dài từ 3-6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ

1.2.2.2 Bệ phản áp

Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp nền đường hoặc nền đê trên nền đất yếu Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản

áp Chiều cao và chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức

kháng cắt của đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp Bệ phản áp cũng được sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi và cát sủi, tuy nhiên đối với nền cống thì giải pháp này không dùng được

1.2.2.3 Gia cố nền bằng giếng cát, cọc cát

Giếng cát và cọc cát được sử dụng rộng rãi để tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, làm cho nền có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún Tùy thuộc vào đặc điểm công trình xây dựng và cấu trúc nền mà người ta dùng giếng cát hay cọc cát

Giếng cát đóng vai trò thoát nước chính nên gia cố nền bằng giếng cát thường phải đi kèm với biện pháp gia tải trước để nước thoát nhanh

Khi gia cố nền bằng cọc cát thì tác dụng nén chặt là chủ yếu, phần lớn độ lún của nền đất kết thúc trong quá trình thi công, do đó có thể thi công công trình ngay sau khi thi công xong cọc cát, không phải đợi thời gian cố kết

1.2.2.4 Gia cố nền bằng bấc thấm thoát nước

Bấc thấm là thiết bị thoát nước thẳng đứng chế tạo sẵn, gồm nhiều loại, có chiều rộng từ 100 đến 200 mm, dày từ 3 đến 5mm Lõi của bấc thấm là một băng chất dẻo được bọc với vải địa kỹ thuật bằng plyeste không dệt, bằng vải địa cơ propylene hoặc giấy tổng hợp có nhiều rãnh nhỏ để đưa lên cao nhờ mao dẫn Để cắm bấc thấm vào nền đất phải dùng máy chuyên dụng tự hành Sau khi thi công bấc thấm người ta tiến hành gia tải trước để nước lỗ rỗng trong đất thoát ra theo các rãnh nhỏ của bấc thấm, đất được cố kết làm chặt lại và tắng sức chịu tải Phương pháp này đã được áp dụng tại các công trình: Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam

Phương pháp này đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng

thời khoan lấy mẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng Trong công nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thoát nước thẳng đứng rất cần thiết đặt hệ quan trắc lún

1.2.2.5 Phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính như xi măng, vôi,…nhằm tạo ra liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình hóa lý và hóa học diễn ra trong đất, dấn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nền

1.2.2.5.1 Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi

Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm làm giảm độ ẩm của đất và đóng vai trò là chất kết dính liên kết các hạt đất Khi tác dụng với nước, vôi chưa tôi có khả năng ngưng kết và đông cứng nhanh trong vòng 5 đến 10 phút Khi hyđrát hóa, vôi chưa tôi có khả năng hấp thụ một khối lượng nước lớn (32 đến 100% khối lượng ban đầu) nên nhanh chóng làm nền đất khô ráo, dẫn đến đất nền được nén chặt

Để gia cố nền đất yếu ở dưới sâu người ta sử dụng cọc vôi hoặc cọc đất – vôi Vôi có tác dụng với nước sẽ tăng thể tích nên tiết diện các cọc vôi sẽ tăng lên và làm đất xung quanh cọc nén chặt lại Cọc đất – vôi, ngoài tác dụng làm tăng độ chặt của nền còn có độ bền nén, lực dính và góc ma sát khá lớn dấn đến sức chịu tải tổng hợp của khối lượng đất gia cố tăng lên

1.2.2.5.2 Gia cố nền bằng phương pháp trộn xi măng

Khi trộn xi măng vào đất sẽ xảy ra quá trình kiềm và sau đó là quá trình thứ sinh Quá trình kiềm là quá trình thủy phân và hyđrát hóa xi măng, được coi là quá trình chủ yếu hình thành độ bền của đất gia cố Quá trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớn hyđroxyt canxi làm tăng độ PH cao, chúng dễ bị hòa tan dẫn đến sự phá hủy các khoáng vật Các oxyt nhôm và silic ở dạng hòa tan

tạo nên một hợp đất – xi măng Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài

Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng

1.2.2.6 Cọc cát xi măng

Thiết bị thi công cọc cát có thể được dùng để thi công cọc cát xi măng, ống thép được đóng và rung xuống nền đất và chiếm chỗ đất yếu Cát và xi măng được trộn lẫn để đổ vào ống chống Cát xi măng được đầm chặt bằng ống chống và đầm rung

1.2.2.7 Cọc đá và cọc cát đầm chặt

Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đá đầm chặt được sử dụng Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc

đá để xây dựng một số công trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng

và Vũng Tàu Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có sức chịu tải tới hạn là 60KN Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể được sử dụng

1.2.2.8 Cố kết đóng

Cố kết đóng cho phép tăng cường độ và sức chịu tải và giảm độ lún của nền Công nghệ được dùng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phòng và TP HCM Quả đấm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10-15m để đầm chặt nền Khoảng cách giữa các hố đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt cố kết động được tính bằng:

D = 0,5 √WH Trong do: D - độ sâu hữu hiệu được đầm chặt

W - Trọng lượng quả đấm, tấn

H - Chiều cao rơi quả đấm, m Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần cát và đá được đổ đầy hố đầm Phương pháp cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giản và kinh tế, thích hợp với hiện tượng mới san lấp và đất đắp, cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố khoan

1.2.2.9 Gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ

Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến 25cm Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun Cọc nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho các công trình nhà, đường sá, đất đắp và các dạng kết cấu khác Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu,

vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất yếu hơn, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp cải tạo đất vôi – xi măng:

Nước ứng dụng công nghệ xi măng đất nhiều nhất là Nhật bản và các nước vùng Scandinaver Trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m 3 BTĐ Riêng từ 1977 đến 1933, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào khoảng 23,6 triệu m 3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng

300 dự án Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m 3 [27]

Năm 1966: Port và Havber thuộc Viện nghiên cứu bộ Giao thông vận tải (PHRI) đã sử dụng bột đá vôi cho xử lý đất yếu Năm 1967 Viện nghiên cứu bờ biển và cảng bộ giao thông Nhật Bản đã bắt đầu thí nghiệm trong phòng, đã sử dụng hạt thô hoặc bột vôi để xử lý đất yếu có nguồn gốc biển Nghiên cứu này

được tiếp tục ở Okumura, Treashi[16]

Năm 1974: Tại Viện nghiên cứu về bờ biển và cảng Nhật Bản, phương pháp trộn sâu vôi – xi măng đã được áp dụng hoàn toàn ở Nhật Bản Ứng dụng đầu tiên là gia cố đất sét yếu ở ChiBa với máy Mak – IV được phát triển bởi Công ty xây dựng Fudo [16]

Cũng vào năm 1974 lần đầu tiên khối đắp thử theo phương pháp xử lý cọc đất – vôi – xi măng trong đất sét yếu ở Phần Lan (chiều cao khối đất đắp là 6m, dài 8m, dùng cọc đất vôi- xi măng đường kính 0.5m) [16]

Năm 1975 dựa trên kết quả nghiên cứu từ năm 1973 – 1974, Viện nghiên cứu bờ biển và cảng Nhật Bản đã phát triển phương pháp trộn xi măng sâu dùng dung dịch xi măng phụt [16] Lần đầu tiên đã được ứng dụng cho một dự án lớn

xử lý đất nhiễm mặn vùng ven biển

Năm 1976: Viện nghiên cứu công trình công cộng thuộc BXD Nhật Bản liên kết với Viện nghiên cứu máy xây dựng đã bắt đầu nghiên cứu phương pháp phụt khô sử dụng xi măng khô [16] Giai đoạn đầu tiên được hình thành vào cuối năm 1980

Năm 1997 ứng dụng rất lớn về cột đất – xi măng nhằm giảm độ lún của đất nền tại thành phố Salt Lake do Công ty UT của Mỹ thực hiện Phương pháp này

đẵ được sử dụng rộng dựa trên các kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực hiện ở Califonia [16]

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng cọc xi măng đất ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m 3 Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan từ năm 1967 [16]

Phương pháp cọc đất vôi đã được sử dụng ở Thụy Điển hơn 15 năm qua và chủ yếu là gia cố hố đào, đường xá và móng nhà thấp tầng [18]

Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu khoa học của nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam, nhằm tìm ra phương pháp xử lý trong việc cải tạo đất yếu

Các phương pháp cổ điển dùng giếng cát thoát nước thẳng đứng và cọc cát làm chặt đất kết hợp với việc chất tải tạm thời là phương pháp đơn giản nhất nhưng vẫn đạt hiệu quả cao cả về kỹ thuật, thời gian và kinh tế Trong thực tế, phương pháp này đã được ngành GTVT áp dụng phổ biến từ năm 1990 để xử lý nền đất yếu Công trình có quy mô lớn đầu tiên áp dụng giếng cát để xử lý nền đất yếu được triển khai trên đường Thăng Long - Nội Bài (Hà Nội) và đoạn Km

93 QL5 (đoạn Cảng Chùa Vẽ, Hải Phòng), sau này được áp dụng đại trà trên nhiều tuyến QL khác nữa, trong đó có đường Láng – Hòa Lạc, Hà Nội (đường Pháp Vân – Cầu Rẽ) Năm 2003 Đường đầu cầu Phả Lại QL18 dùng phương pháp giếng cát kết hợp bổ sung gia tải để tăng nhanh độ lún cố kết của nền, và sau 5 năm độ lún nền đường vẫn ổn định

Năm 2000 – 2002 Tuyến QL18 tuyến Đông Du – Phả Lại sử dụng cọc tre dài 3m, mật độ cọc 25 cọc/m2 đóng dưới móng cống Cọc tre vừa có tác dụng xử lý nền đường, vừa làm cho cống lún theo nền đường tại điểm thuận cho mặt đường, và hiện tại tất cả các cống vẫn hoạt động tốt, nền đường không bị lún cục bộ

Từ năm 1960 trở lại đây phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật được các nước trên thế giới áp dụng rộng rãi trong xử lý đất yếu Đặc biệt từ những năm

1990 trở lại đây, các nước ASEAN đã áp dụng phổ biến vải địa kỹ thuật với 6 chức năng cơ bản là: ngăn cách, lọc nước, gia cường đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền, làm lớp bảo vệ và ngăn nước Phương pháp sử dụng vải địa

kỹ thuật cũng đã được áp dụng lần đầu tiên tại Việt Nam từ cuối những năm 90 của thế kỷ 20 trên QL5, QL51, QL10 và đường Láng – Hòa Lạc, Hà Nội

Từ những năm 90 của thập kỷ trước, cạnh phương pháp cổ điển, lần đầu tiên công nghệ mới xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm thoát nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước được đưa vào sử dụng rộng rãi trên thế giới Tại Việt Nam, công nghệ mới bấc thấm này được sử dụng trong xử lý nền đất yếu cho dự án nâng cấp QL 5 trên đoạn Km47-Km62 vào năm 1993, sau đó dùng cho QL 51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu), và đường Láng - Hòa lạc

Từ năm 1999 -2004, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để xử lý đất yếu cho các dự án nâng cấp và cải tạo QL 1A, QL 18, QL 60, QL80,…

Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc đất – Vôi/ xi măng là một công nghệ mới được thế giới biết đến và áp dụng từ những năm 1970 nhưng đạt được công nghệ hoàn chình và phát triển mạnh mẽ phải tính từ những năm 1990 trở lại đây Đối với Việt Nam, công nghệ cọc đất Vôi – xi măng lần đầu tiên được Thụy Điển chuyển giao công nghệ cho Bộ Xây dựng vào những năm 1992 – 1994, sử dụng trong gia cố nền nhà và công trình nhà dân dụng Tại nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng công nghệ cọc đất – Vôi / xi măng cho gia cố nền đất yếu cho các dự án đường bộ, đường sắt đã cho hiệu quả rất cao Do vậy, nếu nghiên cứu để áp dụng cho các dự án đường bộ đắp trên nền đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long rất có thể sẽ là một trong các phương pháp hiệu quả góp phần giải quyết tình trạng lún kéo dài và kém

ổn định của nền đường tại khu vực này

Gia cố nền đất bằng phương pháp phụt xi măng khô tạo thành hệ thống cột đất xi măng đã được ứng dụng để xây dựng các công trình ở Việt Nam Hàng vạn cột đất – xi măng đa được thi công bằng máy LSP-3 để gia cố nhiều nhà cao tầng ở Hà Nội (như viện Hán Nôm, nhà ở tại Ngọc Khánh,

….VIWASE đã thiết kế xử lý nền nhà máy nước Vụ Bản Nam Định Giải pháp này đã mang lại hiệu quả kinh tế cao à đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật Tại Việt Nam, phương pháp gia cố bằng xi măng đất được nghiên cứu

từ những năm đầu của thập kỷ 80 với sự giúp đỡ của Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) với một thiết bị thi công do TS Nguyễn Trấp làm chủ trì [19]

Đề tài được kết thúc vào năm 1986, thiết bị được chuyển giao cho LICOGI Vào năm 2000, do yêu cầu của thực tế, phương pháp này được áp dụng trở lại trong lĩnh vực xăng dầu, khi công trình chấp nhận một giá trị độ lún cao hơn bình thường tuy nhiên có hiệu quả kinh tế cao Đơn vị đưa trở lại phương pháp này ban đầu là COFEC và nay là C&E Consultants Trong thời gian này, song song với việc áp dụng rất nhiều thí nghiệm hiện trường (quan trắc công trình) đã được thực hiện Những thí nghiệm hiện trường mang tính nghiên cứu này được C & E đang thực hiện quan trắc sự thay đổi áp lực dưới đáy khối gia cố ( ở độ sâu < 20m) tại TP

Hồ Chí Minh để xem xét lại tính thoát cố kết của đất nền dưới đáy khối gia

cố Hai đầu đo đã được lắp đặt để tiến hành nghiên cứu lâu dài

Từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cột xi măng đất vào xây dựng các công trình trên nền đất, cụ thể như sau: Dự án cảng Ba Ngòi ( Khánh Hòa) đã sử dụng 4000 cọc xi măng đất có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô; xử lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ

Năm 2004: Cọc xi măng đất được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu

ở Đình Vũ (Hải Phòng), các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô,

độ sâu xử lý trong khoảng 20m Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật bản

đã sử dụng Jet – grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc xi măng đất như: Dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn – Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu,…[30]

Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ

khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của xi măng đất, nhằm ứng dụng cọc xi măng đất vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi [31] Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)

Tại thành phố Đà Nẵng, cọc xi măng đất được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi

Tại Quảng Ninh, công trình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đã áp dụng công nghệ phun ướt, địa chất công trình phức tạp gặp đá mồ côi ở tầng địa chất cách cao độ mặt đất 11 - 12m, đất đồi cứng khó khoan tiến độ, công trình đòi hỏi gấp, lúc cao điểm lên đến 6 máy khoan

Tại Hà nội, Hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía Đào Duy Anh Chính vì vậy, nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1.5-6m Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi khi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng không phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi không Việc gia cố ít nhiều có ảnh hưởng đến độ lún của các đốt hầm Dọc theo con đường Láng Hòa Lạc nối với thủ đô Hà Nội có nhiều hạng mục công trình trong quá trình thi công đã dùng cọc xi măng đất để xử lý nền đất yếu, chống lún, chống trượt đất cho mái dốc, ổn định đất đường hầm

Cũng tại Hà Nội, một số công trình 5 – 6 như: Công trình 59 Ngọc Khánh là nhà ở 5 tầng được xây dựng trên nền đất yếu, cần phải xử lý Nền công trình được gia cố bằng cọc đất – xi măng dài 6m, thi công theo phương pháp khoan phun xi măng bằng máy LPS -4 Móng công trình là hệ móng

băng giao thoa có bề rộng thích hợp, kết cấu nhà là hệ thống khung cột BTCT và tường gạch bao che, xung quanh công trình có các hà 1-2 tầng Kết quả cho thấy, độ lún công trình đã ổn định và đạt 8cm, độ lún các nhà lân cận khoảng 0.6-1cm.Tuy nhiên, độ lún không gây ảnh hưởng đến chất lượng công trình và các nhà xung quanh [18]; Công trình 6 tầng 40 Hàng Bài – Hà Nội là một hệ khung cột BTCT được xây dựng trên nền đất yếu

có chiều sâu 8-10m Nền đất được gia cố bằng cọc đất – xi măng sâu 9m Kết quả thực hiện cho thấy công tác quan trắc lún được thực hiện trong giai đoạn thi công từ 4/1989 đến nay công trình đã ổn định [18]

Rất nhiều tác giả Việt Nam đã nghiên cứu và tìm những phương pháp

xử lý mới trong lĩnh vực cải tạo đất yếu bằng các chất phụ gia vôi – xi măng: Trọng luận án Phó tiến sỹ của tác giả Đỗ Minh Toàn thuộc trường Đại học

Mỏ - Địa chất đã đề cập tới “ Nghiên cứu cải tạo đất thuộc trầm tích sét QIV3 bằng phương pháp xi măng” [11]

Một số công trình gần đây nhất đã sử dụng giải pháp xử lý đất yếu bằng phương pháp xi măng như Đại lộ Đông Tây Thành Phố Hồ Chí Minh,

Dự án cải tạo môi trường thành phố Hồ Chí Minh, Tầng hầm công trình cao tầng Tamsquaer Đồng Khởi Thành phố Hồ Chí Minh, Nhà máy điện Ô môn Cần Thơ và một số công trình cảng ở Bà Rịa

– Vũng Tàu, v v Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang đề xuất sử dụng cọc

xi măng đất để chống mất ổn định của công trình hồ Bán Nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đườn Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn cọc xi măng đất để xử lý đất yếu

Phương pháp cải tạo đất bằng xi măng đã được nghiên cứu trong nhiều bài báo khoa học tại Việt Nam và trên thế giới Những năm trở lại đây việc

sử dụng phương pháp này được coi là một thành công của việc cải tạo đất nền phục vụ cho việc xây dựng tại Việt Nam cũng như trên thế giới

Các giải pháp mới xử lý nền đất yếu tuy đã mang lại hiệu quả rõ rệt nhưng vẫn không thể tránh khỏi những sai sót có thể gây nên một số sự cố:

Trượt nền đất đắp khi xử lý nền đất yếu bằng gia tải tại Km 12 +325 – Km121+450 – Quốc lộ 1A đoạn Hà Nội – Lạng Sơn Trượt nền đất đắp trong quá trình thi công xử lý nền bằng bấc thấm tại Km120+880 – Km121+040 – Quốc lộ 1A [10]

Theo báo cáo về sự cố công trình nền đường ô tô xây dựng trên vùng đất yếu trong những năm gần đây, các vấn đề mắc phải của nền đường đắp trên đất yếu trong thời gian qua ở Việt Nam chủ yếu dưới dạng nền đường bị lún sụt – trượt và ở dạng lún kéo dài ảnh hưởng lớn đến chất lượng khai thác đường Gần đây nhất, nhiều nền đường đắp trên đất yếu tuyến Pháp Vân – Cầu Giẽ trên QL 1A ( đoạn của ngõ Hà Nội), mặc dù đã được xử lý và không xuất hiện các vết nứt nhưng biến dạng lún vẫn còn kéo dài Theo số liệu đo đạc quan trắc cho thấy sau một năm đưa vào khai thác, nền vẫn lún thêm khoảng 40 – 60cm, ảnh hưởng lớn đến khai thác

Như vậy, có rất nhiều giải pháp xử lý đất yếu Về nguyên tắc, mỗi phương pháp xử lý đất yếu đều có phạm vi áp dụng thích hợp; có những

ưu điểm và nhược điểm riêng Do đó, căn cứ vào điều kiện cụ thể của nền đất yếu, địa hình, điều kiện địa chất Cụ thể, cần chú ý tới cấu trúc của đất nền, đặc tính địa chất công trình của từng loại đất,… phương pháp thi công

và kinh nghiệm mà có thể lựa chọn ra giải pháp xử lý thích hợp

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH TUYẾN KÈ

Theo tài liệu báo cáo khảo sát địa chất của Công ty cổ phần tư vấn thiết

kế xây dựng giao thông thủy thực hiện trong giai đoạn: Thiết kế bản vẽ thi công, điều kiện địa chất công trình tuyến kè được đánh giá như sau:

2.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo

Dự án kè sông Cần Thơ thuộc bờ phải sông Cần Thơ, nằm trong khu vực quản lý hành chính của Quận Ninh Kiều – TP Cần Thơ

Địa hình khu vực khảo sát thuộc địa hình miền Tây-Nam bộ, các vị trí khoan khảo sát chạy dọc theo đường tim kè kết hợp so le với các vị trí khảo sát của giai đoạn trước, bố trí kết hợp cả lỗ khoan trên cạn và lỗ khoan dưới nước

Bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng, độ chênh cao của bề mặt địa hình nhỏ,

bề mặt địa hình đôi chỗ bị chia cắt bởi các con kênh

Trên cơ sở bình đồ địa hình lòng sông, bờ sông Cần Thơ, tỷ lệ 1/1000, do Liên danh giữa Công ty Tư vấn XDCT Thủy I và Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam thực hiện vào tháng 8 năm 2012 phục vụ bước lập dự án ĐTXD và bình

đồ khảo sát địa hình bờ phải sông Cần thơ, khảo sát các mặt cắt ngang do Công

ty CP tư vấn thiết kế xây dựng giao thông thủy thực hiện năm 2012, cho thấy:

- Bờ phải sông Cần Thơ có địa hình tương đối thấp Cao độ trung bình của các tuyến đường chạy dọc bờ sông khoảng +2.0 m (hệ cao độ Hòn Dấu) Cao độ đáy sông có những vị trí rất sâu, có nơi sâu đến - 26.0m Đường bờ sông có sự biến đổi về cao độ rất lớn và không đồng đều giữa các khu vực

- Địa hình bờ trái sông Cần Thơ, thuộc địa bàn quận Cái Răng tương đối thấp, cao độ trung bình +0.50 m (hệ cao độ Hòn Dấu) Ven sông có nhiều nhà cửa, nhưng chủ yếu là nhà cấp 4 rất tạm bợ Mái dốc bờ sông dao động từ 2 đến

3 trên gần như toàn bộ đoạn sông thuộc phạm vi dự án, dòng chủ lưu đều nằm lệch về phía bờ trái (ngoại trừ đoạn sông cong khu vực Ban chỉ huy quân sự

thành phố) Cao độ đáy sông trung bình vào khoảng từ -12 đến -15m Đặc biệt

có những vị trí sông rất sâu đến -30m (vị trí Ban chỉ huy quân sự thành phố Cần Thơ) và sâu đến -20,3m (vị trí cách cầu Cái Răng 400m về phía hạ lưu)

2.2 Đặc điểm thuỷ văn và địa chất thủy văn

Khu vực khảo sát chịu ảnh hưởng chế độ khí hậu Miền Tây-Nam bộ Việt Nam Mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 11đến tháng 4 năm sau

Theo kết quả thống kê, tổng hợp tài liệu khí tượng do Đài Khí tượng thủy văn Cần Thơ cung cấp cho thấy khu vực tuyến kè nằm trên sông Cần Thơ, chịu ảnh hưởng chính của triều biển Đông, thuộc chế độ bán nhật triều không đều, 1 ngày thường có 2 lần triều lên, 2 lần triều xuống

- Biên độ thủy triều lớn nhất giao động trong khoảng từ 3.03.5 mét

TB Max Min TB Max Min TB Max Min

1 ACDP1 (sông Cần Thơ) 0,55 1,44 -0,75 -0,02 0,55 -0,69 -87 1050 -1435

2 ACDP2 (sông Cần Thơ) 0,44 1,37 -0,87 -0,04 0,61 -0,73 -106 981 -1313

án được chứa trong tầng cát, cát lẫn sạn sỏi, ở độ sâu lớn và là nước có áp

2.3 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý

Địa tầng trong khu vực khảo sát tương đối ổn định, biến đổi nhỏ Kết hợp kết quả khảo sát hiện trường và kết quả thí nghiệm trong phòng có thể chia địa tầng trong phạm vi khảo sát thành 5 lớp chính Dựa trên cách phân chia địa tầng và gọi tên lớp của giai đoạn khảo sát trước có thể chia địa tầng

từ trên xuống dưới như sau:

1)Lớp KQ: Đất đắp: Sét lẫn gạch, đá…

Lớp KQ bắt gặp ở cả 07 lỗ khoan khảo sát trên cạn (HK-01, HK-02, HK-04, HK-07, HK-08, HK-11 và HK-12), nằm ngay trên bề mặt Cao độ mặt lớp thay đổi từ +1.39 m (HK-07) đến +2.08 m (HK-11), đáy lớp thay đổi

từ +0.77m (HK-04) đến -1.26m (HK-12), bề dày lớp từ 0.9m (HK-04) đến 2.7m (HK-12) Do thành phần không đồng nhất do đó không lấy mẫu thí nghiệm tại lớp này

2)Lớp số 1: Bùn sét, màu xám xanh, xám đen đôi chỗ xen kẹp mạch mỏng cát mịn và hữu cơ, trạng thái chảy

Lớp số 1 bắt gặp ở tất cả các lỗ khoan khảo sát, nằm ngay trên bề mặt, dưới lớp KQ Cao độ mặt lớp thay đổi từ +1.6 m (LKN1) đến -10.71 m (HK-08), đáy lớp từ -9.5 m (HK-16) đến -39.2 m (LK-1), bề dày lớp từ 3.8m (HK-08) đến 37.5m (LK)

sơ đồ UU Lực dính kết Cuu KG/cm2 0.111

19 áp lực tính toán quy ước R0 kG/cm2 < 0.5

21 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn N30 Nhát búa 1

3)Lớp số 2: Sét, màu xám nâu, xám xanh, trạng thái dẻo mềm

Lớp số 2 bắt gặp ở 04 lỗ khoan khảo sát của giai đoạn này (12,

HK-15 và HK-16, HK17), nằm dưới lớp 1 Cao độ mặt lớp thay đổi từ -9.5 m (HK-16) đến -31.20 m (HK-17), đáy lớp từ -20.42 m (HK-12) đến -40.0 m (-HK-16), bề dày lớp từ 2.3m (HK-12) đến 30.5m (HK-16)