Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đất yếu đoạn đường dẫn lên cầu cổ chiên từ km7+240 đến km9+715 thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ 1.1 Đất yếu và cấu trúc nền đất yếu 1.1.1 Đất yếu 1.1.1.1 Khái niệm và định nghĩa đất yếu Đất yếu là một khá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT



PHẠM NGỌC QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN LÊN CẦU CỔ CHIÊN TỪ KM7+240 ĐẾN KM9+715 THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU PHÙ HỢP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2014

PHẠM NGỌC QUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN LÊN CẦU CỔ CHIÊN TỪ KM7+240 ĐẾN KM9+715 THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU PHÙ HỢP

Ngành: Kỹ thuật địa chất

Mã số: 60520501

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Nguyễn Huy Phương

Hà Nội - 2014

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 chưa từng có ai công bố trong bất

kì công trình nào khác

Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2014

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Quyền

Hình 1.2 Thi công vải địa kỹ thuật

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo nền đường có sử dụng phương pháp thoát nước thẳng đứng

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ hút chân không (máy bơm nối trực tiếp với bấc thấm ngang mà mạng lưới bấc thấm thẳng đứng)

Hình 1.5 Quy trình thi công cọc cát

Hình 2.1 Mặt cắt điển hình cấu trúc nền IA

Hình 2.2 Mặt cắt điển hình cấu trúc nền IB

Hình 2.3 Mặt cắt điển hình cấu trúc nền II

Hình 2.4 Toán đồ Pilot-Monreau

Hình 2.5 Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng tác dụng lên đất yếu

Hình 2.6 Thông số đầu vào phục vụ tính ổn định mặt cắt IA-IA

Hình 2.7 Kết quả tính toán ổn định trượt tại mặt cắt IA-IA

Hình 2.8 Thông số đầu vào phục vụ tính ổn định mặt cắt IB-IB

Hình 2.9 Kết quả tính toán ổn định trượt tại mặt cắt IB-IB

Hình 2.10 Sơ đồ phân bố ứng suất dưới đất đắp

Bảng 2-15 Bảng tra độ cố kết theo nhân tố Tv

Bảng 2-16 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IA-IA với Hf=2.5m Bảng 2-17 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IA-IA với Hf=3.43m

Bảng 2-18 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IA-IA với Hf=3.80m

Bảng 2-19 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IA-IA với Hf=3.92m

Bảng 2-20 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IA-IA với Hf=3.95m

Bảng 2-21 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IA-IA với Hf=3.97m

Bảng 2-22 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IB-IB với Hf=2.5m Bảng 2-23 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IB-IB với Hf=2.91m Bảng 2-24 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IB-IB với Hf=2.99m Bảng 2-25 Bảng tổng hợp tính toán độ lún tại mặt cắt IB-IB với Hf=3.01m Bảng 2-26 Bảng tính lún theo thời gian tại mặt cắt IA-IA

Bảng 2-27 Bảng tính lún theo thời gian tại mặt cắt IA-IA

Bảng 3-1 Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật 2 mặt cắt điển hình

Bảng 3-13 Bảng kết quả tính toán bấc thấm

Bảng 3-14 Bảng tổng kết các thông số phương án xử lý bấc thấm

Bảng 3.15 Bảng tổng hợp kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu

Bảng 3.16 Bảng tổng hợp dự toán phần xử lý nền đất yếu và xây dựng nền đường

Bảng 3.17 Bảng tổng hợp chi phí xây dựng hạng mục xử lý nền đất yếu và xây dựng nền đường

Phụ lục 2: Mặt bằng thiết kế tuyến đường từ Km7+240 đến Km9+715 Phụ lục 3: Bình đồ bố trí lỗ khoan đoạn tuyến từ Km7+240 đến Km9+715 Phụ lục 4: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất

Phụ lục 5: Mặt cắt phân chia cấu trúc nền

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ 6

1.1 Đất yếu và cấu trúc nền đất yếu 6

1.1.1 Đất yếu 6

1.1.2 Cấu trúc nền đất yếu 8

1.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu 10

1.2.1 Giải pháp đào thay đất (xây dựng lớp đệm cát hay đệm đất) 10

1.2.2 Giải pháp gia tải trước 13

1.2.3 Giải pháp vải địa kỹ thuật 13

1.2.4 Các giải pháp xử lý bằng thoát nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước 15

1.2.5 Giải pháp cố kết bằng hút chân không với bấc thấm thoát nước 17

1.2.6 Giải pháp cọc cát đầm chặt 18

1.2.7 Giải pháp cọc balát (cọc đá dăm) 21

1.2.8 Giải pháp đường đắp trên sàn giảm tải 22

1.2.9 Giải pháp cọc đất gia cố xi măng 23

1.2.10 Giải pháp sử dụng vật liệu nhẹ bê tông xốp 25

1.2.11 Giải pháp đắp bệ phản áp 27

1.2.12 Giải pháp đất có cốt 28

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN LÊN CẦU CỔ CHIÊN 30

2.1 Đặc điểm trầm tích Đệ Tứ 30

2.2 Đặc điểm địa chất công trình đoạn đường dẫn lên cầu Cổ Chiên 31

2.2.1 Địa hình địa mạo 31

2.2.2 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý các lớp đất 32

2.2.3 Các hiện tượng địa chất động lực 46

2.2.4 Đặc điểm về thủy văn và địa chất thủy văn 46

2.3 Phân loại cấu trúc nền đất yếu đoạn đường dẫn lên cầu Cổ Chiên 47

2.3.1 Lựa chọn tiêu chí phân loại 47

2.3.2 Phân loại các kiểu cấu trúc nền đất yếu và đánh giá 47

2.4 Dự báo các vấn đề địa chất công trình đoạn đường dẫn lên cầu Cổ Chiên 51

2.4.1 Kiểm toán biến dạng lún trồi (phá hủy nền) 53

2.4.2 Kiểm toán ổn định trượt theo phương pháp của Bishop (trượt hỗn hợp cả đường đắp và nền) 56

2.4.3 Tính toán dự báo biến dạng lún của nền đường và chiều cao đắp có kể đến bù lún.60 2.4.4 Tính toán biến dạng lún theo thời gian 83

CHƯƠNG 3 LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP 86

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN LÊN CẦU CỔ CHIÊN 86

3.1 Luận chứng chọn một số phương pháp tính toán xử lý 86

3.1.1 Cơ sở để sơ bộ chọn phương pháp xử lý nền đất yếu 86

3.1.2 Luận chứng sơ bộ chọn phương pháp để tính toán xử lý 86

3.2 Tính toán thiết kế trên từng cấu trúc và lựa chọn giải pháp hợp lý 87

3.2.1 Thiết kế các giải pháp xử lý 87

3.2.2 Tổng hợp kết quả tính toán lún và xử lý nền đất yếu cho các phân đoạn 98

3.2.3 Vật liệu, tổ chức thi công và quan trắc 100

3.3 Dự toán giá thành công trình 103

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng châu thổ hạ lưu sông MêKông gồm có 13 tỉnh, thành phố (Cần thơ, Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Vĩnh Long, Đồng Tháp, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau,

An Giang, Kiên Giang)

ĐBSCL có diện tích bằng 12% tổng diện tích tự nhiên cả nước, có vị trí quan trọng về kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng Đây là khu vực có sản lượng gạo cao nhất cả nước với 18,5 triệu tấn/năm, chiếm 51% sản lượng và 92% tổng sản lượng gạo xuất khẩu toàn quốc Ngoài gạo, thế mạnh rất lớn khác của ĐBSCL là các sản phẩm thủy hải sản, khi khu vực này chiếm 52% sản lượng của cả nước

Trong những năm gần đây, vùng đồng bằng sông Cửu Long có tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh, trung bình đạt trên 12%, nhiều khu công nghiệp và khu đô thị mới được hình thành, do đó cơ sở hạ tầng mạng lưới giao thông như hiện nay sẽ không đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội và thực hiện chiến lược tăng trưởng toàn diện, xóa đói giảm nghèo tại vùng đồng bằng sông Cửu Long

Cầu Cổ Chiên vượt qua sông Cổ Chiên tại khu vực phà Cổ Chiên hiện tại thuộc quốc lộ 60 kết nối tỉnh Bến Tre với tỉnh Trà Vinh Dự án đầu tư xây dựng cầu Cổ Chiên khi hoàn thành trước hết sẽ phục vụ việc nối thông QL60 đoạn giữa thị xã Bến Tre, thị trấn Mỏ Cày với thị xã Trà Vinh nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế của hai trung tâm này và khu vực lân cận Mặt khác, cầu Cổ Chiên cùng với cầu Hàm Luông, cầu Rạch Miễu và tuyến tránh thị xã Mỏ Cày trên QL60 sẽ hình thành tuyến đường giao thông thuận tiện cho hướng từ Trà Vinh đi TP Hồ Chí Minh và ngược lại, giảm áp lực giao thông ngày càng lớn trên QL1A

Dự án đầu tư xây dựng cầu Cổ Chiên và đường dẫn hai đầu cầu đã được

Bộ GTVT phê duyệt tại quyết định số 3053/QĐ-BGTVT ngày 22/10/2010 Công tác khảo sát ĐCCT đã được tiến hành Kết quả cho thấy: đoạn đường này có cấu trúc nền đất yếu dày, đòi hỏi phải xử lý nền khi thi công

Để phục vụ cho việc xử lý nền đường đất yếu, công tác nghiên cứu làm sáng

tỏ đặc điểm cấu trúc nền đoạn nghiên cứu và nghiên cứu đề xuất giải pháp xử

lý nền đất yếu thích hợp là rất cần thiết Vì vậy, đề tài“Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đất yếu đoạn đường dẫn lên cầu Cổ Chiên từ Km7+240 đến Km9+715 Thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp” rất có ý nghĩa thực

tiễn

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đất yếu khu vực đường dẫn lên cầu

Cổ Chiên từ Km7+240 đến Km9+715

Phân chia cấu trúc nền đất yếu khu vực nghiên cứu

Luận chứng các giải pháp xử lý nền đất yếu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu đất yếu, cấu trúc nền đất yếu và giải pháp xử lý

Phạm vi nghiên cứu: đường dẫn lên cầu Cổ Chiên từ Km7+240 đến Km9+715 thuộc địa phận tỉnh Bến Tre

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu và nhiệm vụ đề ra, nội dung nghiên cứu của luận văn tập trung giải quyết các vấn đề:

 Tổng quan về đất yếu, phân chia cấu trúc nền đất yếu;

 Dự báo các vấn đề liên quan đến nền đắp trên nền đất yếu như biến dạng lún, biến dạng trượt…;

 Nghiên cứu các phương pháp xử lý nền đất yếu;

 Luận chứng và lựa chọn phương pháp xử lý nền đất yếu phù hợp cho từng dạng cấu trúc nền;

 Thiết kế các phương pháp xử lý nền đất yếu;

 Tính toán giá thành và đưa ra giải pháp xử lý tối ưu

5 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được các nội dung, mục đích nghiên cứu của đề tài thì sử dụng các phương pháp nghiên cứu như sau:

 Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu và nghiên cứu thực địa kiểm tra;

 Phương pháp nghiên cứu địa chất;

 Phương pháp thống kê toán học;

 Phương pháp tính toán lý thuyết và áp dụng các tính toán biến dạng, ổn định và thiết kế xử lý nền đất yếu thích hợp

 Phương pháp phân tích hệ thống

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học để thiết kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến đường trên một cách hiệu quả

Tài liệu nghiên cứu có thể tham khảo và ứng dụng cho những đoạn đường khác ở ĐBSCL có điều kiện ĐCCT tương tự

7 Cơ sở tài liệu

Các hồ sơ, báo cáo khảo sát địa chất công trình và hồ sơ thiết kế của dự

án đầu tư xây dựng cầu Cổ Chiên, tỉnh Bến Tre và Trà Vinh

Các tiêu chuẩn thiết kế xử lý nền đất yếu, các tài liệu liên quan

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận, dày 110 trang Luận văn được hoàn thành dưới sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Địa chất công trình-trường Đại học Mỏ - Địa chất và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Huy Phương

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Huy Phương, người đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình từ lựa chọn đề tài nghiên cứu, xây dựng đề cương, sưu tầm và bổ sung các tài liệu liên quan cho đến khi hoàn thành luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Địa chất công trình, phòng sau đại học trường đại học Mỏ - Địa chất đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Qua đây, tác giải cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè đồng nghiệp cùng công ty, các bạn trong lớp cao học ngành Kỹ thuật địa chất, khóa 26 trường đại học Mỏ - Địa chất đã rất nhiệt tình giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tác giả hoàn thành luận văn này

Một lần nữa, tác giả xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ

CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ 1.1 Đất yếu và cấu trúc nền đất yếu

1.1.1 Đất yếu

1.1.1.1 Khái niệm và định nghĩa đất yếu

Đất yếu là một khái niệm đã và đang được sử dụng trong nghiên cứu xây dựng các công trình giao thông, dân dụng và công nghiệp Tuy nhiên, trong mối quan hệ tương tác với công trình có qui mô và tải trọng khác nhau nền đất sẽ ứng xử khác nhau D o đó, khái niệm về đất yếu hiện nay tồn tại hai khái niệm như sau:

Quan điểm thứ 1: Đất yếu là những loại đất mới được thành tạo, thuộc

các giai đoạn đầu của quá trình thành tạo đá Đất có hệ số rỗng tự nhiên e

>1.0; sức chịu tải nhỏ R<0.5kG/cm2; tính biến dạng cao, thông thường

E0<50kG/cm2  14 ,  8 Theo quan điểm này, các loại đất loại sét trạng thái dẻo chảy, chảy; các loại cát hạt nhỏ, mịn trạng thái rời; các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa đều thuộc đất yếu Quan điểm này được sử dụng nhiều khi nghiên cứu ĐCCT có tính khu vực, chưa gắn với một dạng xây dựng cụ thể nào, chủ yếu phục vụ cho qui hoạch

Quan điểm thứ 2: Đất yếu là những loại đất không thỏa mãn cho nhu

cầu sử dụng vào mục đích xây dựng như làm nền, làm môi trường bố trí các công trình xây dựng, kể cả làm VLXD Khi muốn khai thác sử dụng chúng phải có giải pháp xử lý thích hợp (gia cố, xử lý)

Theo qui trình khảo sát thiết kế nền đường đắp trên đất yếu

22TCN262-2000 8 , đất yếu là các loại đất có nguồn gốc khác nhau (khoáng vật hoặc hữu cơ) và điều kiện hình thành khác nhau (trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu thổ hoặc hình thành do đất tại chỗ ở những vũng đầm lầy có mực nước ngầm cao, có nước tích đọng thường xuyên,…) và có các đặc trưng như dưới đây:

Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12

%) nên có thể có mầu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác

định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e  1,5 , á sét e  1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát  từ 0 - 10hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu  0,35 daN/cm2

Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8)

Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật)

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

Lượng hữu cơ có từ 20 - 30% : Đất nhiễm than bùn

Lượng hữu cơ có từ 30 - 60% : Đất than bùn

Lượng hữu cơ trên 60% : Than bùn

1.1.1.2 Các chỉ tiêu phân loại sơ bộ đất yếu

Để đánh giá sơ bộ về tính chất công trình của đất yếu, từ đó bước đầu xem xét các giải pháp thiết kế nền đường tương ứng, đất yếu theo 22TCN 262-2000 được phân loại theo trạng thái tự nhiên như sau:

Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt I S :

d ch

d S

WW

WWI

 Loại I: Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1-2 ngày;

 Loại II: Loại có độ sệt không ổn định; loại này không đạt tiêu chuẩn loại I nhưng đất than bùn chưa ở trạng thái chảy;

 Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy

1.1.2 Cấu trúc nền đất yếu

1.1.2.1 Khái niệm và định nghĩa cấu trúc nền đất yếu

Khi công trình xây dựng trên nền đất đá sẽ xảy ra tương tác giữa công trình xây dựng và nền đất Hình dạng, quy mô, kết cấu công trình, đặc điểm đất đá làm nền và các giải pháp nền móng sẽ quyết định đến phạm vi của vùng tương tác giữa công trình và nền, cũng như các quá trình cơ - lý, hóa - lý diễn ra trong chúng Mặt khác, giữa công trình, nền, môi trường địa chất lại

có quan hệ mật thiết và tác động qua lại lẫn nhau theo cả thời gian và không gian Khái niệm “Cấu trúc nền” không chỉ phản ánh những đặc điểm cấu trúc địa chất tồn tại một cách khách quan trong phạm vi ảnh hưởng của công trình

mà còn phản ánh các đặc điểm địa chất công trình khác của đất đá trong mối quan hệ biến đổi cả về thời gian và không gian của chúng

Cấu trúc đất nền có vai trò rất quan trọng khi đánh giá tài nguyên đất xây dựng nói chung và tính năng xây dựng của nền nói riêng, cấu trúc nền là cơ

sở địa chất công trình để quy hoạch hợp lý các công trình xây dựng Hiện nay,

có nhiều tác giả đưa ra quan niệm về cấu trúc nền, song về nội dung cơ bản của quan niệm này là thống nhất

Tác giả Nguyễn Thanh (1984) 16 quan niệm 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

Tác giả Lê Trọng Thắng (1995) 5 cho rằng, 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

Theo tác giả Phạm Văn Tỵ (1999)  15 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 tác giả Nguyễn Huy Phương (2004) 14 , cấu trúc nền theo nghĩa hẹp đối với công trình cụ thể là quan hệ sắp xếp không gian của các lớp đất

đá, được đặc trưng bởi số lượng các lớp đất nền, nguồn gốc và tuổi của chúng, sự phân bố trong không gian, chiều sâu, bề dày, đặc điểm, thành phần, kiến trúc, cấu tạo, trạng thái và tính chất cơ lý của chúng nằm trong vùng tương tác với công trình

Như vậy, 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 nền và được đặc trưng bởi thành phần, kiến trúc, cấu tạo, trạng thái và tính chất riêng biệt Tổ hợp các đất nền hình thành nên một kiểu cấu trúc nền Về mặt không gian, cấu trúc nền công trình được giới hạn bởi phạm vi ảnh hưởng của công trình chủ yếu theo chiều sâu Nếu chiều sâu nghiên cứu khác nhau, việc phân chia cấu trúc nền không thống nhất được Vì vậy, tùy theo từng khu vực nghiên cứu, tùy mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu, tùy số lượng và chiều sâu công trình thăm dò đã có, xác lập chiều sâu cần đạt đến để phân chia các kiểu cấu trúc nền khác nhau

1.1.2.2 Cơ sở phân chia cấu trúc nền đất yếu

Việc phân chia cấu trúc nền được tiến hành dựa trên cơ sở phân tích và

hệ thống hóa các tài liệu về điều kiện địa chất công trình như báo cáo cáo khảo sát địa chất công trình (bao gồm hình trụ các lỗ khoan, kết quả thí nghiệm hiện trường và trong phòng), kết hợp với Bản đồ địa chất công trình khu vực nghiên cứu và các tài liệu khoa học khác có liên quan

Dựa vào chiều sâu phổ biến của các lỗ khoan khảo sát trong phạm vi nghiên cứu để phân chia cấu trúc nền khu vực từ mặt đất tự nhiên đến chiều sâu phổ biến của các lỗ khoan Trong khoảng chiều sâu này sẽ xác định được các hệ tầng chính và đánh giá sơ bộ hệ tầng nào ảnh hưởng nhiều nhất đến

công trình nghiên cứu và loại ảnh hưởng mà hệ tầng sẽ gây ra cho công trình Tùy thuộc vào loại công trình và mục đích nghiên cứu mà phân tích rõ các yếu tố cấu trúc địa chất nền như các lớp đất yếu (chiều dày, vị trí phân bố,

số lượng lớp đất yếu); các lớp cát hay các lớp đất tốt các yếu tố này rất quan trọng để phân chia cấu trúc nền và được phân chia đánh giá với các nội dung như sau:

- Chiều sâu nghiên cứu;

1.2.1 Giải pháp đào thay đất (xây dựng lớp đệm cát hay đệm đất)

Đây là giải pháp thường được sử dụng với những đoạn nền đường đắp trực tiếp trên nền đất yếu và có chiều cao nền đắp thấp, chiều dày lớp đất yếu bên dưới không lớn và mực nước ngầm ở dưới sâu

Trong những trường hợp như vậy, người ta đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu phía trên (từ 2-3m) hoặc một phần lớp đất yếu và thay thế bằng các lớp cát hoặc đất đắp có cường độ chống cắt lớn hơn Có thể sử dụng vật liệu địa phương tại chỗ để cải thiện tính chất của nền đất yếu

Giải pháp thay đất, thi công đơn giản, thường kết hợp với vải địa kỹ thuật lót ở đáy hố đào (trong trường hợp đào một phần đất yếu) để tạo sự phân bố lực của đất đắp xuống nền đều hơn, giảm áp suất cục bộ lên đất nền, giữ nền đường ít bị lún cục bộ, tăng độ ổn định của nền đường và đồng thời

có thể tạo mặt bằng phục vụ thi công nền đường

Giải pháp thay đất đã được áp dụng trong xây dựng giao thông ở nước

ta, như tuyến N2, QL1A, đường cao tốc TP HCM - Trung Lương, …

a) Cơ sở lý thuyết

Giải pháp thay đất là thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu dưới nền đường bằng lớp đất khác có cường độ, sức chịu tải tốt hơn so với lớp đất yếu trước đây Giải pháp thay đất có ưu điểm tăng cường sự ổn định, giảm độ lún và thời gian chờ lún khi thiết kế xử lý nền đất yếu

Giải pháp thay đất rất hiệu quả trong trường hợp bề dày đất yếu nhỏ hơn

so với vùng ảnh hưởng của tải trọng đắp

Tính toán chiều sâu thay đất căn cứ vào thời gian cố kết dự kiến, yêu cầu

về độ ổn định nền đắp cần đạt được để xác định chiều sâu thay đất

Khi kiểm toán thiết kế nền đất yếu bằng giải pháp thay đất, cần phải kiểm tra điều kiện là: biến dạng lún và ổn định trượt để xác định chiều sâu thay đất; Độ lún còn lại và độ ổn định trượt trước, sau khi thay đất Cần chú ý rằng sau khi thay đất, xem như phần đất yếu được thay bằng lớp đất tương ứng với bề dày bằng bề dày đất yếu được thay và chỉ tiêu cơ lý của đất thay thế để tính toán ổn định trượt và ổn định lún

Khi thiết kế thay đất, với mặt cắt ngang phần đất yếu phải đào, thiết kế dạng hình thang với đáy nhỏ ở phía sâu dưới đất yếu và có bề rộng bằng phạm vi bề rộng đáy nền đường, còn đáy lớn ở trên vừa bằng phạm vi tiếp xúc của nền đắp với đất yếu khi chưa đào (phạm vi giữa hai bên chân ta luy nền đắp) Trong trường hợp đặc biệt nền đường đỏ nằm gần mặt địa hình tự nhiên thì phạm vi thay đất có thể kéo dài ra phía ngoài chân ta luy nền đất đắp

Thi công đào thay đất, có thể dùng sơ đồ đào đất yếu bằng máy xúc gầu dây, đào đến đâu thì đắp lấn đến đó Chiều sâu đào thay đất có thể lên tới 2 ÷ 3m, đặc biệt có thể tới 4m

Trong một số trường hợp nhất định, nên kết hợp giải pháp thay đất với giải pháp gia tải thêm để tăng cường ổn định của nền đường và đảm bảo độ lún còn lại theo yêu cầu

b) Phạm vi áp dụng

Giải pháp đào thay đất được áp dụng trong các trường hợp sau:

Khi thời gian thi công yêu cầu rất ngắn và đào bỏ đất yếu là một giải

pháp tốt để tăng nhanh quá trình cố kết

Khi các đặc trưng cơ lý, đặc biệt là sức chịu tải của đất yếu là rất nhỏ mà việc cải thiện nó bằng cố kết là không có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết

Trong trường hợp đất yếu có bề dày dưới 3m và có cường độ quá thấp

mà đào ra không kịp đắp lấn như than bùn loại II, loại III, bùn sét (độ sệt B>1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp dụng giải pháp bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đất đắp quá tải để nền tự lún đến đáy lớp đất yếu

Trường hợp nền đường đầu cầu đắp có chiều cao không lớn (khoảng 1m)

và đất yếu có chiều dày tương đối lớn

Yêu cầu kỹ thuật về độ lún còn lại không đòi hỏi cao như những đoạn nền đường thông thường (tốc độc thiết kế ≤ 40km/h), đoạn đường thiết kế có lớp kết cấu mặt là cấp cao A2 trở xuống…

Hình 1 dưới đây là mặt cắt ngang điển hình sử dụng thay đất để xử lý nền đất yếu trong dự án đường cao tốc TP HCM - Trung Lương

c) Đánh giá hiệu quả

Giải pháp thay đất đã được áp dụng tại nhiều công trình xử lý nền đất yếu, cụ thể như sau:

Dự án đầu tư xây dựng mở rộng Quốc lộ 1 đoạn tránh khu di tích Hiền Lương đã áp dụng giải pháp đào thay đất một phần cho một số đoạn có chiều cao đắp thấp, và chiều dày lớp đất yếu > chiều cao đắp

Dự án đầu tư xây dựng cầu vượt nút giao Nam Hồng – TP Hà Nội, dự án

áp dụng giải pháp đào thay toàn bộ lớp đất yếu với chiều dày ~4.5m cho đoạn đường dẫn tiếp giáp mố cầu vượt

Dự án đường cao tốc TP HCM - Trung Lương: đường đắp trong nút giao Bình Thuận đã áp dụng thay đất kết hợp với vải ĐKT đối với những đoạn có chiều cao nền đắp thấp

Các đoạn trên tuyến N2: đã áp dụng thay đất kết hợp với vải ĐKT đối với những đoạn có chiều cao nền đắp thấp

Một số đường tỉnh khu vực đồng bằng Sông Cửu Long cũng đã áp dụng giải pháp này

1.2.2 Giải pháp gia tải trước

Đây là một trong những phương pháp khá đơn giản làm tăng tốc độ cố kết và tăng sức chịu tải của đất yếu bên dưới nền

Gia tải trước là dùng tải trọng đất đắp cao hơn cao độ thiết kế để sau một thời gian chờ lún nhất định, nền đất lún đạt yêu cầu thiết kế về độ lún dư còn lại Khi nền đạt yêu cầu thiết kế thì tiến hành dỡ tải đến cao độ thiết kế và tiếp tục thi công lớp móng, mặt đường Biện pháp này thường được sử dụng khi cấu tạo tự nhiên của nền đất yếu đã có các lớp thoát nước (thường là lớp cát) hoặc phải đắp thêm lớp đất cát phía dưới nền đất yếu trước khi đắp thân đường

Giải pháp gia tải trước thông thường được dùng kết hợp với các giải pháp thoát nước thẳng đứng như giếng cát, bấc thấm

Ở nước ta, đã áp dụng giải pháp gia tải trước tại một số đoạn trên QL1A như trên đoạn Hà Nội - Lạng Sơn, một số đoạn đầu cầu

1.2.3 Giải pháp vải địa kỹ thuật

Hiện nay ở nước ta đã có tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu sử

dụng vải ĐKT trong xây dựng nền đắp trên đất yếu (22TCN 249-98), tuy nhiên trong tiêu chuẩn này chưa đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật quy định đối với từng trường hợp sử dụng vải ĐKT: lớp ngăn cách, lớp thoát nước, lớp tăng cường ổn định,… Vì thế, trong phần này đã đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật cũng như phạm vi áp dụng đối với vải ĐKT trong từng ứng dụng đã nêu, dựa trên các tiêu chuẩn và khuyến cáo trong tiêu chuẩn ASTM của Mỹ

a) Cơ sở lý thuyết

Vải ĐKT là loại vật liệu polime có tính thấm tốt, được sản xuất theo công nghệ dệt thoi, dệt kim hoặc không dệt và sử dụng trong các công trình địa kỹ thuật và các công trình xây dựng

Khi bố trí vải ĐKT giữa đất yếu và nền đắp, ma sát giữa đất đắp và vải ĐKT tạo ra một lực giữ khối đất đắp, nhờ đó mức độ ổn định của nền đắp được tăng lên đáng kể

Việc lựa chọn loại vải địa và tính chất kỹ thuật của vải cũng như xác định số các lớp vải ĐKT dựa vào kết quả tính toán ổn định trượt trên cơ sở ổn định trượt nền đất cần đạt được và cường độ kéo đứt cho phép của vải ĐKT cũng như chỉ tiêu cơ lý của đất đắp và đất yếu

b) Phạm vi áp dụng

Sử dụng vải ĐKT ở dưới nền đất đắp trên đất yếu để tăng cường ổn định nền đất yếu

Vải ĐKT có có tác dụng

phân bố đều ứng suất dưới nền

đắp, giảm thiểu khả năng phát

sinh lún không đều, lún lệch

Vải ĐKT có tác dụng

tăng quá trình thoát nước từ

nền đất yếu ra ngoài, đẩy

nhanh quá trình cố kết thấm,

tăng độ ổn định của nền

đường

Vải ĐKT được sử dụng

làm lớp phân cách đất yếu với các lớp đất đắp của nền đường

Hình 1.2 Thi công vải địa kỹ thuật

Vải ĐKT được sử dụng cho thoát nước và chống xói bề mặt

c) Đánh giá hiệu quả

Vải ĐKT thường được kết hợp với một số giải pháp khác như thoát nước thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm), thay đất, gia tải trước… Thực tế trong xây dựng giao thông ở nước ta, đã áp dụng vải ĐKT tại các công trình như:

 Đường cao tốc TP HCM - Trung Lương;

 Các đoạn đường nối Bình Thuận - Chợ Đệm, Tân Tạo - Chợ Đệm;

 Quốc lộ 1A, đoạn Pháp Vân - Cầu Giẽ;

 Quốc lộ 18, đường cao tốc Láng - Hoà Lạc;

 Dự án mở rộng Quốc lộ 1 đoạn Thanh Hóa đến Hà Tĩnh

1.2.4 Các giải pháp xử lý bằng thoát nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước

Giải pháp thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm hay giếng cát đã được ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều công trình đường giao thông tại Việt Nam từ nhiều năm nay Với tiêu chuẩn TCVN 9355: 2012 “Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước” đã có đầy đủ đầy đủ những qui định phục vụ cho công tác thiết kế bấc thấm thoát nước thẳng đứng Đối với thiết kế giếng cát do vẫn chưa có tiêu chuẩn riêng nhưng dựa theo tiêu chuẩn của bấc thấm cùng các công thức qui đổi và tiêu chuẩn 22TCN 262: 2000 thì giải pháp này cũng có những chỉ dẫn đầy đủ về tính toán thiết kế

a) Cơ sở lý thuyết

Ý tưởng sử dụng công nghệ này để tăng nhanh quá trình cố kết của đất yếu dưới tải trọng nền đắp đã có từ năm 1925 và bắt đầu được phát triển từ năm 1930 Thời gian đầu đã sử dụng các hào cát (thi công theo phương pháp đào bằng máy, đào bằng gầu liên tục hoặc gầu nghịch,…) Các cách này hạn chế chiều sâu hào cát, do vậy phát triển công nghệ tạo giếng cát đường kính 20-50cm bằng phương pháp đóng ống thép có mũi ống mở khi rút ống lên như hiện nay và tiếp đến là sự phổ biến của các loại bấc thấm có tiết diện hình băng 10x0.5cm hoặc cả tiết diện hình tròn đường kính 5cm thi công khá nhanh và thuận tiện

- Mặc dù dùng đường kính giếng cát nhỏ thì khoảng cách bố trí chúng sẽ

phải giảm đi để đạt được yờu cầu về thời gian và độ cố kết mong muốn Tuy nhiờn theo kết quả nghiờn cứu cho thấy là: để đạt cựng một yờu cầu cố kết như nhau thỡ tổng lượng cỏt phải sử dụng càng nhỏ khi đường kớnh giếng cỏt càng nhỏ Ngoài ra nếu tớnh cả chi phớ là tỳi lọc (ruột tượng) thỡ tổng chi phớ cũng khụng đắt hơn, trong khi việc tiết kiệm được cỏt cũng gúp phần làm giảm tỏc động xấu đến mụi trường tự nhiờn

Đất yếu

Lớp thoát nước Nền đắp

Rãnh thoát nước thẳng đứng

Nền cứng hoặc đất yếu

Giải phỏp thoỏt nước thẳng đứng bằng giếng cỏt mang lại hiệu quả xử lý cao hơn bấc thấm nhưng giỏ thành lại cao hơn

c) Đỏnh giỏ hiệu quả

Giải phỏp thoỏt nước thẳng đứng đó và đang được sử dụng trong rất rộng rói và đem lại kết quả cao trong nhiều cụng trỡnh tại Việt Nam:

 Dự ỏn đường Lỏng Hũa Lạc;

 Dự ỏn mở rộng Quốc lộ 1;

 Dự án đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng

1.2.5 Giải pháp cố kết bằng hút chân không với bấc thấm thoát nước

Nguyên lý của giải pháp này là dùng bơm hút để tạo ra một khoảng chân không giữa một màng kín phủ phía trên với khu vực đất yếu cần xử lý ở phía dưới như mô tả ở sơ đồ hình 1.4 dưới đây:

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ hút chân không (máy bơm nối trực tiếp với

bấc thấm ngang mà mạng lưới bấc thấm thẳng đứng)

Nhờ lực hút chân không, nước cố kết theo các hệ thống thoát nước thẳng đứng và bấc thấm nằm ngang thoát nước ra hào thu nước bố trí hai bên Ưu điểm chính của giải pháp này là giảm được thời gian chờ cố kết xuống đến mức ít nhất và đảm bảo đất yếu lún hết trước khi xây dựng nền đắp của công trình bên trên (tức là không xảy ra lún sau khi đưa công trình vào khai thác sử dụng)

Tuy nhiên giải pháp này có những hạn chế sau:

 Chiều cao nền đắp phía trên tối đa chỉ được 4m (áp lực đất khoảng 80kPa), thời gian thi công phụ thuộc vào năng lực của hệ thống bơm hút và thời gian lắp đặt hệ thống;

 Giải pháp này đòi hỏi chi phí cao;

 Rủi do thường gặp khi bị rò rỉ khí do màng phủ không đảm bảo

kín hoặc do các chỗ nối tiếp giữa ống bơm hút bị hở Chính do nguyên nhân này mà tại các đợt thí nghiệm ở Thái Lan đã có lần thất bại

Do các hạn chế nêu trên, phạm vi áp dụng của giải pháp này chỉ ở những khu vực đất rất yếu hoặc bùn lỏng, không thể đắp gia tải được ở phía trên

1.2.6 Giải pháp cọc cát đầm chặt

Hiện nay ở Việt Nam chưa có Tiêu chuẩn về thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt và cũng mới chỉ có dự án đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng áp dụng giải pháp cọc cát đầm chặt để xử lý nền đất yếu, chính vì vậy trong phần này, chúng tôi sẽ đưa ra những nội dung chi tiết về thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt theo tài liệu tham khảo của dự án Hà Nội – Hải Phòng theo công nghệ Hàn Quốc và kết hợp với một số nội dung trong tiêu chuẩn của Nhật Bản về thiết kế thi công cọc cát đầm chặt

Gia cố nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt là phương pháp dùng một thiết

bị chuyên dụng để đưa một lượng cát vào nền đất yếu dưới dạng cọc cát nhằm cải tạo tính chất cơ lý của đất nền, nâng cao sức chịu tải của đất nền, giảm độ lún công trình, đảm bảo công trình hoạt động bình thường và ổn định

Có thể biểu thị sự thay đổi thể tích khối đất thông qua sự thay đổi hệ số rỗng của đất, khi đó trong quá trình nén chặt đất, có thể coi biến thiên thể tích đất tỷ lệ bậc nhất với biến thiên hệ số rỗng

Khi gia cố nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt, quá trình nén chặt đất yếu

cơ học đã xảy ra, kết quả làm tăng sức chịu tải của nền, tăng mức độ ổn định

và làm giảm tính lún của nền đất

 Cố kết thấm

Khi cọc cát được hình thành trong nền đất, đã tạo thành giếng thu nước

thẳng đứng, tạo điều kiện thuận lợi cho nước trong đất yếu thoát ra ngoài qua cọc cát Dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài (tải trọng đất đắp), theo thời gian, ứng suất có hiệu trong nền đất tăng lên, áp lực nước lỗ rỗng giảm đi, nước trong lỗ rỗng của đất yếu sẽ thấm chủ yếu theo phương ngang vào cọc cát, sau đó thoát ra ngoài theo chiều dài cọc cát

Ngoài ra, khi đưa cát

vào nền đất yếu để hình

thành cọc cát, do độ ẩm

của cát trong cọc cát nhỏ

hơn độ ẩm của nền đất

yếu rất nhiều lần, đã tạo

điều kiện cho nước trong

đất yếu được thấm tập

chung về phía cọc cát rất

nhanh, làm cho quá trình

cố kết ban đầu của đất

yếu tăng nhanh

Dưới tác dụng của quá trình cố kết nêu trên, sức kháng cắt của đất yếu tăng lên, độ lún giảm, sức chịu tải của đất nền được cải thiện rõ rệt

b) Ưu nhược điểm của công nghệ cọc cát đầm chặt

- Công nghệ cọc cát đầm chặt đảm bảo thời gian thi công nhanh, không

sử dụng giải pháp thay đất bằng vật liệu cát mới mà vẫn có thể đảm bảo tăng cường độ kháng cắt của đất yếu, do vậy nền đất không bị lún và nút

- Hiện nay đường kính cọc cát được ứng dụng là từ 1.5 ÷ 2.0m, do vậy sẽ đẩy nhanh quá trình thoát nước từ đất yếu ra ngoài bằng cọc cát, giảm bớt độ

cố kết của riêng phần đất yếu đi rất nhiều lần Do đó, nếu ứng dụng công nghệ cọc cát đầm chặt này thì độ lún cố kết thứ cấp của đất yếu sẽ giảm nhiều

- Công nghệ cọc cát đầm chặt không gây ảnh hưởng đến môi trường và trong tương lai, công nghệ này sẽ trở thành công nghệ xử lý nền đất yếu rất hiệu quả

Hình 1.5 Quy trình thi công cọc cát

áp dụng đối với tất cả các công trình giao thông có tuyến đi qua khu vực nền đất yếu

c) Phạm vi áp dụng

Căn cứ vào các nội dung phân tích, tính toán về cọc cát xử lý nền đất yếu

đã nêu trên, nhận thấy cọc cát có thể áp dụng trong một số trường hợp:

Bề dày đất yếu cần xử lý tương đối lớn ~20-30m;

Chiều cao nền đất đắp tương đối lớn >6m;

Cọc cát làm tăng cường sự ổn định nền đắp, giảm thiểu độ lún còn lại; Khi nền đất yếu cần sử lý có sức chống cắt nhỏ mà việc cải thiện tính chất cơ lý của đất yếu này bằng cố kết thấm đơn thuần thì hiệu quả đạt được

sẽ không cao;

Khi thời hạn yêu cầu đưa đường vào khai thác, sử dụng là ngắn;

Chỉ tiêu kỹ thuật của cát sử dụng trong phương pháp cọc cát đầm chặt yêu cầu không cao như đối với phương pháp giếng cát, có thể sử dụng vật liệu

-

- Hình 1.6 Tổ chức thi công cọc cát

sãn có tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long Mặt khác, giải pháp này không cần thời gian chờ cố kết của đất yếu

1.2.7 Giải pháp cọc balát (cọc đá dăm)

a) Cơ sở lý thuyết

Cọc balát cũng có nguyên lý tương tự như cọc cát nhưng không dùng cát

mà dùng vật liệu hạt là đá dăm 20/40mm (có góc cạnh nên tạo ma sát lớn) đầm chặt trong các lỗ đường kính lớn thường từ 60 ÷ 120cm (vì đường kính lớn như vậy nên người ta còn gọi là cột) Cũng do có đường kính lớn và lực chống cắt lớn nên còn có tác dụng giảm cả độ lún của nền đất yếu dưới tác dụng tải trọng đắp vì tạo một “nền móng phức hợp” có môđun biến dạng chung cao hơn môđun biến dạng riêng của đất yếu Cách thi công loại cọc này cũng dung ống tạo lỗ với mũi có cánh mở như thi công giếng cát và sử dụng đầm rung để đầm chặt đá dăm trong quá trình rút ống tạo lỗ lên

Chiều sâu của các loại cọc này thường không quá 15m Nếu sâu quá thì khó đảm bảo duy trì sự liên tục theo phương thẳng đứng và cả về chất lượng thi công chúng

rẻ, đặc biệt đòi hỏi vật

liệu phải là đá dăm có

Hình 1.7 Thi công cột balát

1.2.8 Giải pháp đường đắp trên sàn giảm tải

Đối với những đoạn nền đường đắp cao, yêu cầu độ lún còn lại nhỏ (đoạn đường đầu cầu) thì giải pháp dùng cọc BTCT kết hợp bản giảm tải được áp dụng nhằm tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu, giảm thiểu độ lún nền đất, rút ngắn thời gian thi công dự án

Biện pháp này được áp dụng tại đường cao tốc TP HCM - Trung Lương, tuyến N2 Tân Thạnh – Mỹ An, đường đầu cầu trên một số tuyến đường ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long

a) Cơ sở lý thuyết

Hiện nay, cọc BTCT đã được sử dụng để gia cố nền đường đắp trên đất yếu, có thể đắp nền đường trực tiếp trên các đầu cọc, hoặc đắp đường trên bản

bê tông liên kết các đầu cọc (sàn giảm tải)

Sàn giảm tải liên kết các đầu cọc có tác dụng phân bố đều tải trong của nền đắp lên đầu cọc

Tính toán thiết kế hệ cọc cũng chính là tính toán móng cọc Có thể áp dụng các tiêu chuẩn tính toán móng cọc (cọc chống, cọc ma sát) trong các tài liệu đã có, các TCVN và tiêu chuẩn ngành

Các bước tính toán móng cọc chủ yếu bao gồm các bước như sau:

- Xác định tải trọng đất đắp căn cứ vào chiều cao, bề rộng nền đắp;

- Trên cơ sở chiều dày, tính chất cơ lý của đất yếu và tải trọng đất đắp để xác định sức chịu tải của cọc, kích thước, chiều dài và mật độ cọc (Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc);

- Kiểm tra điều kiện ổn định, kết cấu của cọc đã chọn;

- Kiểm tra độ lún của móng cọc;

- Tính toán kết cấu sàn giảm tải: bố trí cốt thép, chiều dày sàn giảm tải;

- Bố trí các cọc và sàn giảm tải trên bản vẽ thiết kế

Để tăng cường sự ổn định của đất đắp và nền đất yếu

Triệt tiêu hoặc giảm thiểu độ lún nền đất cũng như lún không đều, lún lệch

Khi công trình đòi hỏi thời gian hoàn thành công trình ngắn

Sử dụng kết hợp với giải pháp khác như đất có cốt có thể tiết kiệm được phạm vi GPMB, có hiệu quả đối với đường trong đô thị, trong nút giao

c) Đánh giá hiệu quả kỹ thuật

Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc bê tông kết hợp với sàn giảm tải

đã áp dụng tại dự án đường cao tốc TP HCM - Trung Lương, tuyến N2 Trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, đối với những nơi có chiều dày đất yếu lớn (khoảng 40m), cần cân nhắc hiệu quả kinh tế của giải pháp này vì liên quan đến kích thước và chiều dài của cọc BTCT

Trong trường hợp đất yếu có bề dày lớn, khi áp dụng giải pháp móng cọc BTCT phải chú ý đến hiện tượng ma sát âm phát sinh trong nền đất yếu vì nó

sẽ làm cho các hệ cọc - sàn giảm tải - đất đắp lún đều xuống, làm ảnh hưởng đến chất lượng khai thác của tuyến đường

Hiệu quả kỹ thuật khi áp dụng xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc BTCT kết hợp sàn giảm tải so với giải pháp cầu cạn khả thi hơn về mặt kinh tế

Nguyên lý của công nghệ này là dùng các trang thiết bị trộn sâu chuyên dụng (hay phương pháp trộn sâu / Deep mixing method - DMM) để trộn đất yếu tại chỗ với xi măng hoặc vôi và tạo ra các cọc đất gia cố xi măng hoặc vôi mềm hoặc nửa cứng (là các cột đất gia cố có sức chống cắt dưới 150kPa) Các cọc này vừa thay thế một phần đất yếu lại vừa chèn vào trong đất yếu tạo ra các hạn chế nở hông theo phương ngang đối với đất yếu, tạo ra lực ma sát giữa các cọc với đất yếu và từ đó tạo ra sự cùng làm việc ở một mức độ nhất định giữa cọc với đất yếu khi chịu tải trọng đắp phía trên, tức là tạo ra được một móng làm việc theo nguyên lý “nền phức hợp” (Composite Foundation) dẫn đến tăng sức chịu tải và giảm độ lún của đất yếu dưới tải trọng ngoài, kể

cả trường hợp cột có độ sâu đến hoặc không đến lớp đất đá chịu lực tốt

Công nghệ thi công cọc đất xi măng hoặc vôi thì hiện tại trên thế giới đã phát triển 2 phương pháp là trộn ướt (Wet Jet Mixing Method) và phun khô (Dry Jet Mixing Method)

Phương pháp trộn phun ướt hay phương pháp trộn vữa với đất yếu: theo công nghệ này vữa xi măng hoặc vôi được phun vào đất yếu với áp lực có thể tới 20Mpa từ một vòi phun xoay nằm giữa trục cần khoan

 Trình tự thi công theo phương pháp trộn phun ướt: khoan đến độ sâu thiết kế, phun vữa lỏng ở đáy lỗ cho vữa xâm nhập vào cả hai bên đáy lỗ, tiếp đó vừa rút cần khoan lên vừa tiến hành phun vữa Cứ như vậy cho đến cao trình cách miệng lỗ khoảng 30cm

 Vữa xi măng cần có tỉ lệ N/X = 0.45 ÷ 0.55 và có thể sử dụng thêm phụ gia giảm ướt, chậm đông cứng hoặc tăng nhanh cường

độ

b) Phạm vi áp dụng

Giải pháp cọc đất - XM có thể được áp dụng để xử lý các đoạn đất yếu ở những đoạn đường có chiều cao đắp lớn hoặc vị trí đường đầu cầu và qua các cống do yêu cầu độ lún còn lại nhỏ thì áp dụng giải pháp này là hợp lý vì:

Thực hiện giải pháp cọc đất - XM không cần thời gian chờ nền đất cố kết

c) Đánh giá hiệu quả kỹ thuật

Hiện tại ở Việt Nam giải pháp cọc đất gia cố xi măng đã và đang được ứng dụng cho xử lý nền một số công trình giao thông như:

- Sân bay Cần Thơ;

- Đường nối Đại Lộ Đông Tây với hầm Thủ Thiêm-TP Hồ Chí Minh;

- Đường vành đai ngoài Tân Sân Nhất – Bình Lợi – TP Hồ Chí Minh;

- Hầm chui đường sắt thuộc dự án đường Láng Hòa Lạc – TP Hà Nội

1.2.10 Giải pháp sử dụng vật liệu nhẹ bê tông xốp

Trong những năm gần đây, việc áp dụng các vật liệu mới thay thế các vật liệu thông dụng nhằm làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường, rút ngắn thời gian xây dựng và giảm giá thành xây dựng công trình Một trong những vật liệu đó là bê tông siêu nhẹ (bê tông xốp), nó được tạo ra từ xi măng, cát và chất phụ gia tạo bọt

Hình 1.9 Thi công cọc đất gia cố xi măng

Bê tông nhẹ có khả năng cách âm, cách nhiệt tốt Do nhẹ và bền nên bê tông xốp thích hợp xây dựng công trình như xây tường ngăn, tường bao cho các chung cư cao tầng, thay thế các vùng đất không ổn định, giảm tải cho các lớp phía trên kết câu ngầm,…

a) Cơ sở lý thuyết

Bê tông xốp hay còn gọi là bê tông bọt - Cellular Lightweight Concrete (CLC) là loại vật liệu nhẹ dùng để giải quyết nhiều vấn đề khó khăn trong xây dựng giao thông, xây dựng dân dụng, địa kỹ thuật và xây dựng hạ tầng

Bê tông xốp được định nghĩa xây dựng như một vật liệu nhẹ gốc xi măng chứa đựng các hạt bền vững phân bố đều trong hỗn hợp với thể tích lớn hơn 20% Bê tông xốp được coi như một loại bê tông có cấu trúc bọt khí bền vững thay thế các cốt liệu truyền thống

Thành phần bê tông xốp bao gồm:

- Cốt liệu: có thể sử dụng cốt liệu thông thường hoặc nhẹ, cốt liệu mịn hoặc thô Thường sử dụng cốt liệu trong bê tông là cát với tỉ lệ N/X = 1/3;

- Xi măng: có thể sử dụng xi măng Pooclăng (PC), Pooclăng tổng hợp (PCB), hoặc kết hợp giữa xi măng với xỉ lò cao

- Nước: kết hợp với xi măng tạo ra hồ xi măng, thường tỉ lệ N/X = 2:1, tỉ

lệ có thể khác nhau tùy thuộc yêu cầu kỹ thuật của bê tông xốp trong từng dự

án nhất định

- Hỗn hợp tạo bọt: trộn bọt định hình sẵn vào hồ xi măng hoặc thêm phụ gia dễ phản ứng để tạo bọt khí kết hợp với hồ xi măng Thông thường hay sử dụng chất tạo bọt Geofoam hoặc Cellflow

Dưới đây là một số tỷ lệ cấp phối của bê tông bọt:

Bảng 1-1 Cấp phối điển hình cho 1m 3 bê tông xốp.

Cát

(kg) 960.3 1015.6 1070.8 1126.1 1181.4 1236.6 1291.9 1347.2 Nước

(kg) 159.5 168.7 177.9 187.1 196.3 205.5 214.6 223.8 Thể tích bọt

(lít) 382.5 347.0 311.4 275.9 240.4 204.8 169.3 133.7 Dung dịch

đậm đặc(kg) 0.55 0.50 0.488 0.397 0.346 0.294 0.243 0.192 Cường độ

(kG/m2) 35.16 70.31 105.5 140.6 175.8 210.9 246.1 281.2

b) Phạm vi áp dụng

Bê tông xốp có thể được sử dụng làm vật liệu nền đắp, thay đất lấp khi đào các đường ống, hoàn trả mặt bằng mà về sau vẫn dễ dàng đào lại bằng thủ công để bảo dưỡng, sửa chữa

Bê tông xốp được dùng phổ biến trong các lĩnh vực xây dựng giao thông, địa kỹ thuật và công trình ngầm

1.2.11 Giải pháp đắp bệ phản áp

Giải pháp xử lý nền đường đầu cầu đắp trên đất yếu bằng bệ phản áp nhằm mục đích chính là tăng cường sự ổn định trượt của nền đường trong quá trình đắp cũng như trong quá trình đưa tuyến đường vào khai thác sử dụng

a) Cơ sở lý thuyết

Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bệ phản áp là một trong những giải pháp cổ điển thường được áp dụng, có hiệu quả cao trong xử lý nền đường đắp trên đất yếu Giải pháp này làm tăng cường sự ổn định trượt của nền đường trong quá trình đắp cũng như khai thác sử dụng sau này Khi thực hiện giải pháp bệ phản áp, không cần khống chế tiến trình đắp (do độ ổn định), vì vậy thời gian thi công nhanh Tuy nhiên, đắp bệ phản áp làm tăng độ lún chung của nền đường so với khi thi công không có bệ phản áp Ngoài ra, bệ phản áp chiếm dụng diện tích sử dụng đất và khối lượng đất đắp yêu cầu cũng đòi hỏi lớn hơn

b) Phạm vi áp dụng

Cường độ chống cắt của nền đất yếu nhỏ, không đảm bảo để xây dựng nền đắp theo giai đoạn Có khả năng cao xảy ra trượt trồi đất ra hai bên

Nếu thời gian cố kết quá dài so với thời hạn thi công dư kiến nên áp dụng bệ phản áp với giải pháp thoát nước để đạt được độ lún cuối cùng trong thời gian ngắn hơn

Tác dụng phòng lũ, chống thấm nước trong trường hợp kết hợp giữa đường giao thông và đê thuỷ lợi

Chiều cao đất đắp tương đối lớn, độ ổn định không đạt yêu cẩu

Áp dụng cho các đoạn đường đầu cầu, chiều sâu đất yếu tương đối lớn

Có thể kết hợp bệ phản áp với một số giải pháp thoát nước thẳng đứng

c) Đánh giá hiệu quả kỹ thuật

Bệ phản áp đã được áp dụng để xử lý nền đất yếu và có hiệu quả tại một

số công trình như: Đường Láng - Hoà Lạc, một số đường dẫn đầu cầu trên QL1, đường ven sông Lam tỉnh Nghệ An, đường đầu cầu hàm Rồng tỉnh Thanh Hoá , đường cao tốc Hà Nội – Thái Nguyên

BÖ ph¶n ¸p

Líp tho¸t n−íc

M« men ®Èy M« men chèng

do đất đắp gây ra

Cốt gia cường trong nền đắp để tạo ra mái dốc có độ dốc lớn hơn (góc dốc lớn hơn) so với khi không có cốt Bình thường thì độ dốc của nền đắp là 1:1.5, khi có cốt gia cường thì độ dốc nền đắp có thẻ đạt tới 1/1 ÷ 1/0.75 Các loại cốt thường được sử dụng là:

- Các dải (thanh), lưới hoặc khung bằng kim loại;

- Dải, tấm lưới hoặc khung bằng kim loại;

- Cốt chèn và cốt gia cường bằng đất tại chỗ

Trường hợp chiều cao đất đắp tương đối lớn nhưng diện tích mặt bằng nhỏ, không đủ để đắp đất theo độ dốc quy định (thường thì độ dốc nền đất đắp là 1/1.5) như nền đường đắp trên đất yếu trong các nút giao thông, đường đầu cầu, đường trong thành phố thì áp dụng giải pháp đất có cốt rất có hiệu quả, tiết kiệm được diện tích chiếm dụng đất

Những khu vực mà vật liệu đất đắp khan hiếm, khó khăn, do đó cần yêu cầu những khối lượng đất đắp

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ DỰ BÁO CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN

LÊN CẦU CỔ CHIÊN

Phạm vi xây dựng dự án nằm trong đồng bằng châu thổ Các trầm tích ở đây gồm có các thành tạo Holocene, Pleistocene và Neogen : sét pha bụi, cát pha bụi, sét, và cát pha sét, cát, cuội sỏi, cát-bột-sét-cuội kết Quy luật thành tạo của các trầm tích và sự phân bố theo độ sâu như sau: đất yếu và đất lẫn hữu cơ phân bố ở nông, bên dưới là sét dẻo cứng, nửa cứng, cát pha bụi tiếp theo là cát, sạn sỏi, cuội Theo tờ bản đồ địa chất Mỹ Tho (C-48-XVII) tỷ lệ 1/200.000, tính từ độ sâu khoảng 200m trở lên, cấu trúc địa chất của khu vực nghiên cứu mô tả theo thứ tự từ già đến trẻ như sau:

Pleistocene (Q 1 2-3 )

Bao gồm các hệ tầng sau:

- Hệ tầng Đất Cuốc, trầm tích sông (aQ13đc) phân bố dạng dải hẹp (rộng 3-8km) kéo dài theo phương Tây Bắc-Đông Nam, từ bắc Bến Cát đến Hố Nai với bề mặt địa hình khá bằng phẳng, tương đương thềm bậc III Hệ tầng này bao gồm: cát, cuội sỏi đa khoáng chuyển lên cát, bột, sét, sét Kaolin chứa

ít mảnh tectit nguyên dạng Bề dày của trầm tích khoảng 51m

- Hệ tầng Long Toàn, trầm tích biển (mQ12-3 lt) chỉ gặp trong các hố khoan phân bố ở phíaTây Nam đứt gãy sông Vàm Cỏ Đông ở độ sâu 50-60m trở xuống Hệ tầng bao gồm: cát lẫn ít cuội sỏi, sạn xen kẹp các thấu kính bột sét chứa mùn thực vật hoá than Bề dày trầm tích khoảng 33m

- Hệ tầng Long Mỹ, trầm tích biển (mQ13 lm) , hệ tầng này phân bố chủ yếu ở phía Tây Nam đứt gãy sông Vàm Cỏ Đông Hệ tầng bao gồm cát, cát bột, bột, sét Bề dày trầm tích thay đổi từ 20-50m

Holocene (Q 2 )

Trên vùng đo vẽ, các thành tạo Holocene chiếm diện tích chủ yếu, chúng thường phân bố gần khắp khu vực khảo sát Các trầm tích Holocene bao gồm các hệ tầng dưới đây:

- Holocene trung :

 Hệ tầng Hậu Giang, trầm tích biển (mQ22 hg): Thành phần bao gồm chủ yếu là cát, cát bột, sét bột lẫn di tích thực vật Bề dày trầm tích thay đổi 5-30m

- Holocene trung – thượng :

 Phần dưới : Trầm tích sông biển (amQ22-3) : Thành phần trầm tích gồm cát, sét bột, sét Bề dày thay đổi từ 5-10m

 Phần trên : Trầm tích sông biển (amQ22-3) : Thành phần trầm tích gồm cát, sét bột, sét Bề dày thay đổi từ 5-10m

- Holocene thượng (Q23): Dựa trên mức độ ảnh hưởng của cả dòng chảy, các trầm tích Holocene thượng được chia ra làm 2 phần : Dưới và trên

 Phần dưới : Bao gồm các kiểu nguồn gốc: Trầm tích biển, đầm lầy - biển, sông-đầm lầy, sông biển (m, mb, ab, amQ23/1): phân

bố dọc thung lũng sông Vàm Cỏ Đông Thành phần trầm tích chủ yếu là cát, bột, sét, sét, than bùn phân huỷ từ các loại cây bần, đước và các loại thân cây cỏ Chiều dày trầm tích phỏ biến

từ 1-3m

 Phần trên : Bao gồm các kiểu nguồn gốc: Trầm tích sông, đầm lầy, sông-đầm lầy, (a, mb, abQ23/2) Thành phần trầm tích gồm cát, bột và sét đôi chỗ có lẫn các di tích vỏ sỏ, than bùn Bề dày trầm tích thay đổi từ vài mét đến 1-3m

biển-2.2 Đặc điểm địa chất công trình đoạn đường dẫn lên cầu Cổ Chiên

2.2.1 Địa hình địa mạo

Đoạn tuyến từ Km7+240.00 đến Km9+715.40 có địa hình đặc trưng của đồng bằng châu thổ Ngoài các sông Tân Điền và Cả Chát Lớn thì địa hình tương đối bằng phẳng, cao độ mặt địa hình thay đổi không nhiều, trong phạm

vi khảo sát, cao độ mặt địa hình thay đổi từ khoảng -2.50m đến +2.0m, địa hình bị phân cắt bởi hệ thống các kênh, mương, rạch nhỏ

Tạo nên bề mặt địa hình là các trầm tích trẻ, thành phần bùn sét, sét, sét pha dẻo chảy đến dẻo mềm lẫn hữu cơ

Địa hình khu vực mang đặc trưng của ĐBSCL: men theo các bờ sông kênh rạch và đường bộ là các khu dân cư và vườn cây ăn quả Địa hình thấp, tương đối bằng phẳng tuy nhiên bề mặt thường bị phân cắt bởi hệ thống các kênh rạch chằng chịt

- Bờ phía Bến Tre: Bờ phía Bến Tre giới hạn từ khu vực giữa hai rạch Bầu Cát và sông Thơm (kênh Mỏ Cày) về hạ lưu:

 Cách sông Thơm (kênh Mỏ Cày) về phía Tây khoảng 300m là rạch Bầu Cát chạy song song với kênh Mỏ Cày đổ ra sông Cổ Chiên Đây là khu vực đất yếu không ổn định mặt đất phần lớn là dừa nước

 Sông Thơm từ Mỏ Cày sông chảy theo hướng QL60 hiện tại đổ xuống sông Cổ Chiên ở thượng lưu phà hiện tại khoảng 300m, dọc sông có nhiều kênh rạch đổ vào như Cả Chát Lớn và Cả Chát Nhỏ Các kênh rạch này đều cắt qua QL60 Ngoài ra còn có Rạch Bốn và cầu Sập

 Tỉnh lộ 888: Từ Mỏ Cày chạy song song theo sông Cổ Chiên và cách bờ sông khoảng 6Km, dọc hai bên đường có nhiều nhà dân

và vườn cây ăn trái

Đường dẫn phà Cổ Chiên (QL60): Từ Mỏ Cày QL60 chạy theo hướng Đông Nam xuôi theo sông Thơm đến bờ sông Cổ Chiên rẽ trái chạy dọc bờ sông đến phà Cổ Chiên (đang xây dựng) Trên tuyến có nhiều cầu trung và cầu nhỏ, dọc bên đường có nhiều nhà dân và vườn cây ăn trái

Tại vị trí tuyến đi qua còn có cồn Thành Long rộng và bằng phẳng phân chia sông Cổ Chiên thành 2 dòng chảy: dòng chính phía Trà Vinh (sông

Cổ Chiên) và dòng chảy phụ phía Bến Tre (sông Tân Điền) Trên cồn nổi là khu vực dân cư, nhiều vườn cây, được hình thành lâu đời do sự bồi đắp của

hệ thống sông Mê Công Mặt đất bằng phẳng, cao độ mặt đất trung bình 0,8 - 1,0m

2.2.2 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý các lớp đất

Tạo nên địa tầng trong phạm vi khảo sát toàn tuyến là các trầm tích như bùn sét, sét, sét pha trạng thái chảy đến nửa cứng, cát, sỏi sạn kết cấu chặt vừa

đến rất chặt Đất yếu phân bố ngay trên mặt với chiều dày rất lớn (lớp 3, lớp

6, lớp 7) Thành phần của chúng là bùn sét, sét, sét pha trạng thái dẻo chảy

dẻo mềm, đặc biệt lớp bùn sét, sét trạng thái dẻo chảy với bề dày khoảng từ

5.0-33.0m Bên dưới lớp đất yếu là đất loại sét, sét pha trạng thái dẻo cứng

đến nửa cứng, cát vừa, cát sỏi, sỏi, kết cấu chặt vừa đến rất chặt

Dưới đây là mô tả chi tiết các lớp đất nền:

a) Lớp số 1: Đất đắp và đất thổ nhưỡng

Thành phần của lớp là sét, sét pha lẫn hữu cơ Cao độ mặt lớp là cao độ

tự nhiên và thay đổi từ +0.04m(ND-67) đến +1.87m(LK-A7) Chiều dày lớp

thay đổi từ 0.4m(ND-60) đến 1.2m (LK-A0)

b) Lớp số 3: Bùn sét

Thành phần của lớp là bùn sét, đôi chỗ là bùn sét pha, sét trạng thái

chảy, màu xám nâu, xám đen, xám xanh, lẫn hữu cơ Đây là lớp đất yếu, tính

nén lún mạnh và phân bố gần như khắp phạm vi khảo sát Cao độ mặt lớp

thay đổi từ -2.19m (CH-05) đến +0.98m (CCL-LKA5) Chiều dày lớp thay đổi

Độ ẩm tự nhiên, W % 52.44

Khối lượng thể tích tự nhiên tiêu chuẩn,  wtc (g/cm3) 1.62

Khối lượng riêng,  (g/cm3) 2.68

TN cắt trực tiếp: Lực dính tiêu chuẩn, Ctc (kG/cm2) 0.066

Góc nội ma sát tiêu chuẩn,  tc (o) 4°26’