Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất đá: Chương Mở đầu - TS. Đặng Xuân Trường

Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất đá chương mở đầu Giới thiệu chung học phần; Giới thiệu về các phương pháp cải tạo nền đất yếu; Giới thiệu về các giải pháp cải tạo đất đá cứng. Mời các bạn cùng tham khảo!

CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TẠO ĐẤT ĐÁ

GIỚI THIỆU CHUNG

“Các phương pháp cải tạo đất đá” là học phầnchuyên ngành của các ngành học như: Kĩthuật Địa chất, Địa chất học, Địa chất côngtrình, Nền móng công trình…

pháp cải tạo nền đất yếu để xây dựng côngtrình và một số giải pháp cải tạo các khối đất

đá cứng nhằm đảm bảo ổn định các côngtrình đất hay công trình phục vụ cho các mụcđích khác

(1) Tầm quan trọng của gia cố nền đất yếu.

Giới hạn trong học phần

Nền đất đóng vai trò quan trọng đối với tất cả cácloại công trình Nó ảnh hưởng trực tiếp đến chấtlượng và tuổi thọ của công trình.

Gia cố nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sứcchịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lýcủa nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tínhnén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng,tăng cường độ chống cắt của đất…

Nền đất sau gia cố là nền đủ sức chịu tải đểgánh đỡ công trình tồn tại bền vững

Nền đất yếu và các biện pháp xử lý Nền đất yếu làmột trong những vấn đề rất quan trọng và phổ biếntrong thi công xây dựng công trình.

Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng công trìnhtrên nền đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là mộtbài toán khó đối với người xây dựng, đặt ra nhiềuvấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lýnghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún chophép của công trình

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải,không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy khôngthể xây dựng các công trình.

Đất yếu là một loại đất không có khả năng chống

đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vàoquy mô tải trọng bên trên

Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loạinền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đấtyếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người tadùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp

Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bịlún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không cónhững biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giáchính xác được các tính chất cơ lý của nền đất đểlàm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móngphù hợp.

Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kếthợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinhnghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các

sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trênnền đất yếu

Hình 1: Ngôi nhà xây dựng trên đất yếu bị lún khi đang trong quá trình hoàn thiện

Hình 2: Một đoạn đường trên nền đất yếu bị lún, nứt sau thi công

Nguồn: Internet

Hình 1: Nhịp dẫn cầu Cần thơ sập ngày 26/9/2007

Hình 2: Vị trí xảy ra sự cố (Phía Bờ Vĩnh Long)

Hình 3: Cầu Cần Thơ hiện tại (vị trí xảy ra sự cố)

Nguồn: wikipedia

Hình 1.4.1:

Vị trí các tỉnh, thành của Việt Nam

Đất mềm yếu ở Việt Nam chủ yếu là các tầng trầmtích mới được thành tạo trong kỷ thứ tư, chủ yếu làtrầm tích tam giác châu, thường gặp ở các miềnđồng bằng, trong đó hai miền đồng bằng lớn nhấtlà: Đồng bằng Bắc bộ và đồng bằng Nam bộ.

Nhìn chung sơ bộ về các tầng đất yếu ở Việt Namnhư sau:

1.4.1 Các tầng đất yếu ở đồng bằng Bắc bộ

 Chủ yếu là các loại trầm tích tam giác châu thổ của hai

lưu của chúng Miền đồng bằng này có diện tích rất rộng (khoảng 15000 km 2 ) và ít đồi núi sót.

trong miền này Về mặt địa hình, địa mạo đây là miền đồng bằng thuộc loại địa hình bồi tụ Do điều kiện địa chất, địa hình như trên, tầng trầm tích kỷ thứ tư của miền rất dày, từ vài mét đến hơn một trăm mét, trong

đó các vùng châu thổ và các vùng ven biển trong miền

có tầng trầm tích này lớn nhất.

Hình 1.4.2:

Bản đồ vùng Đồng bằng Sông Hồng (Đồng

bằng Bắc Bộ)

1.4.2 Đồng bằng Thanh – Nghệ - Tĩnh

So với đồng bằng Bắc bộ, đồng bằng Thanh –Nghệ - Tĩnh có bề ngang hẹp, có nhiều đồi núi sót

Trong miền vào đầu và cuối kỷ thứ tư có nhữngvận động kiến tạo nâng lên, hạ xuống không đềuhình thành trong miền những khu vực bồi tụ và màimòn xen kẽ nhau

Tầng trầm tích kỹ thứ tư trong miền không dàylắm, các trầm tích ở đây cũng đa dạng, có trầmtích bồi tụ tam giác châu, có trầm tích bồi tụ venbiển.

Hình 1.4.3:

Bản đồ vùng Đồng bằng Thanh – Nghệ

- Tĩnh (Thanh Hóa – Nghệ An – Hà Tĩnh)

1.4.3 Miền đồng bằng ven biển miền Trung

Trường Sơn, giống đồng bằng Thanh – Nghệ - Tĩnh, đồng bằng Bình Trị Thiên có bề ngang hẹp.

các con sông trong miền là ít phù sa, năng lượng yếu.

 Miền là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình Trầm tích

kỉ thứ tư trong miền thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thuộc loại phù sa bồi tích.

 Vùng duyên hải thuộc loại trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần.

Hình 1.4.4:

Bản đồ vùng Đồng bằng Duyên hải Miền Trung

1.4.4 Đồng bằng Nam bộ

Khu vực có lớp đất yếu dày từ 1 – 30 m bao gồmcác vùng ven TP.Hồ Chí Minh, thượng nguồn cácsông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây ĐồngTháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi cho tới vùngven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đông Bắc đồngbằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa

Khu vực có lớp đất yếu dày từ 15 – 100 m baogồm tỉnh Bến Tre, vùng duyên hải các tỉnh TiềnGiang, Cần Thơ, Hậu Giang, Trà Vinh, Cà Mauv.v…

1.4.4 Đồng bằng Nam bộ

Tại đồng bằng Nam bộ các tầng đất yếu đều thuộccác loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi, tam giácchâu), trầm tích bờ, vũng vịnh

Ở miền đồng bằng cấu tạo của vỉa đất yếu kháphức tạp, các lớp đất yếu thường nằm xen kẽnhau, hoặc xen kẽ giữa các lớp có khả năng chịulực tốt hơn, chiều dày vỉa đất yếu lớn Ở các vùngđồng bằng ven biển và các vùng đồng bằng cónhiều đồi núi sót, cấu tạo của vỉa đất yếu đơn giảnhơn, có ít lớp đất yếu hơn

Hình 1.4.5:

Bản đồ vùng Đồng bằng Nam Bộ

Nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ;

Sức chịu tải bé (0,5 – 1kg/cm2);

Đất có tính nén lún lớn (a>0,1 cm2/kg);

Hệ số rỗng e lớn (e > 1,0);

Độ sệt lớn (B>1);

Mô đun biến dạng bé (E<50kg/cm2);

G>0,8, dung trọng bé

Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á séttương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, cócường độ thấp;

Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trườngnước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn nonước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;

Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu

cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chấthữu cơ có ở các đầm lày (hàm lượng hữu cơ từ 20

- 80%);

Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rờirạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể.Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyểnsang trạng thái chảy gọi là cát chảy;

Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng (e) lớn, dungtrọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lúnsụt

Kỹ thuật cải tạo đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật,nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương phápthực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao chophù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khácnhau.

Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặtmóng công trình xây dựng trên nền đất này thìphải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năngchịu lực của nó

Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếuphụ thuộc vào các điều kiện như: Đặc điểm côngtrình, đặc điểm của nền đất…

Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa racác biện pháp xử lý hợp lý

Có nhiều biện pháp xử lý nền đất yếu, cụ thể như:

 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình

 Các biện pháp xử lý về móng

 Các biện pháp xử lý nền

1.7.1 Các biện pháp xử lý kết cấu công trình

Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh,nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của côngtrình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bảnthân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụnglên móng

Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cảmóng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phâncắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún

để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấukhi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều

1.7.1 Các biện pháp xử lý kết cấu công trình

Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình

để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch vàlún không đều bằng các đai bê tông cốt thép đểtăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn,đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuấthiện ứng suất cục bộ lớn

1.7.2 Các biện pháp xử lý về móng

Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sựlún và khả năng chịu tải của nền; Khi tăng chiềusâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải củanền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún chomóng nên giảm được độ lún của móng; Đồng thờităng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuốngcác tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn Tuynhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cânnhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và kỹ thuật

1.7.2 Các biện pháp xử lý về móng

Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tácdụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặtnền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịutải cũng như điều kiện biến dạng của nền Khi tăngdiện tích đáy móng thường làm giảm được áp lựctác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của côngtrình Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theochiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phùhợp

1.7.2 Các biện pháp xử lý về móng

Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phùhợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thaymóng đơn bằng móng băng, móng băng giaonhau, móng bè hoặc móng hộp;

Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng,tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấubên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móngbản có kích thước lớn

1.7.3 Các biện pháp xử lý nền đất yếu

Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sứcchịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ

lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảmtính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biếndạng, tăng cường độ chống cắt của đất;

Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếucòn làm giảm tính thấm của đất, đảm bảo ổn địnhcho khối đất đắp

 Các biện pháp xử lý nền thông thường:

 Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm

chặt bằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…

 Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực

nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…

 Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết

đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa…

Với phạm vi và thời lượng giới hạn, học phần này chỉ

đề cập đến Các phương pháp xử lý nền đất yếu

với một số giải pháp cụ thể như sau:

 Chương 1: Phương pháp làm chặt cơ học.

 Chương 2: Phương pháp gia cố bằng cọc xi măng – đất.

 Chương 3: Phương pháp gia cố bằng vải địa kĩ thuật.

 Chương 4: Phương pháp gia cố bằng giếng cát.

 Chương 5: Phương pháp gia cố bằng cọc cát.

 Chương 6: Phương pháp gia cố bơm hút chân không.

 Chương 7: Phương pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD).

(1) Các vấn đề của khối đất đá cứng.

Ở Việt Nam, hiện tượng sụt trượt đất đá từ các bờdốc không chỉ xuất hiện phổ biến trên các tuyếnđường giao thông vùng núi, mà còn ở các công trình

về loại hình mất ổn định (đất sụt, đất trượt, đá trượt,

về đặc điểm (như trượt nông, trượt sâu, trượt nhanh,trượt chậm…)

Riêng ngành giao thông, theo thống kê của Tổng cụcĐường bộ Việt Nam, các tuyến quốc lộ ở nước tavới tổng chiều dài hơn 20.000km thì có đến trên 30%

đi qua địa hình đồi núi

bộ, giải pháp xử lý đối với các hiện tượng sụt trượtđất đá phần lớn là tạm thời (kiểu sống chung với sụttrượt), nhiều trường hợp sụt trượt tái phát ngay sau

giao thông (riêng thiệt hại về kinh tế do sụt trượt hay

Hình 3,4,5: Một số hình ảnh

sạt lở ở công trình Thủy điện

Rào Trăng 3 (Thừa Thiên

Huế), tháng 10 năm 2018

(Ảnh: Zing News)

Việc cải tạo đất đá nhằm phòng chống mất ổn địnhđất đá trên bờ dốc, ổn định của công trình đặt trênnền đất cứng sườn đồi được áp dụng phổ biến hiệnnay ở nước ta gồm các nhóm giải pháp như:

Đào hạ thấp hay tạo nhiều cơ nhằm giảm tải đất

đá trên bờ dốc, tạo phản áp chân bờ dốc;

Kết cấu tường chắn cứng (bê tông, bê tông cốtthép, cọc bê tông cốt thép, cọc thép, đá xây…) haytường mềm (rọ đá, rọ đá có neo, tường bằng đấtkết hợp cốt vật liệu khác nhau…);

Gia cố sâu khối đất đá trên hay chân bờ dốc(khoan phụt vữa - Jet Grouting gia cố nền, chốngthấm công trình ngầm, đinh đất, đinh đá, neo cáp

dự ứng lực, cọc đường kính nhỏ, chống xói lở bềmặt - Non-frame…);

Các giải pháp kiểm soát thoát nước mặt và nướcngầm (giếng thu nước dưới sâu, đệm tiêu nước,giếng giảm áp hoặc rãnh ở chân dốc, đường hàothu nước, đường thoát nước ngang nhiều tầng…);

Các kết cấu chống hay ngăn giữ đá rơi, đá lở, đálăn (lưới thép kết hợp đinh đá hay khung bê tôngcốt thép, rào ngăn giữ đá lăn…);

Các giải pháp chống xói và bảo vệ bề mặt bờ dốc(phun phủ bê tông, ốp phủ bằng xây đá hay tấm ốpvật liệu khác nhau, trồng cỏ…)

Với phạm vi và thời lượng giới hạn, học phần này đề

Chương 8: Một số giải pháp cải tạo đất đá cứng

Giải pháp khoan phụt vữa (Jet Grouting) gia cốnền, chống thấm công trình ngầm;

Giải pháp đinh đất, đinh đá;

Giải pháp neo cáp dự ứng lực;

 Nguyễn Đức Lý, Nền đất yếu và các biện pháp xử lý Nền

đắp trên đất yếu Sở Khoa học và công nghệ Quảng Bình.

 Lê Thị Thùy Dương, Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất

đá, Đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM , 2016.

 Chống sụt trượt bờ dốc bằng công nghệ neo đất vĩnh cửu,

Trường Đại học Giao thông Vận tải, Tập đoàn SE (Nhật Bản) tại Việt Nam.

 PGS.TS. Nguyễn Ngọc Bích, Các phương pháp cải tạo đất

yếu trong xây dựng, NXB Xây dựng Hà Nội, 2011.

 Một số hình ảnh từ nguồn Internet.

[F] fecebook.com/officialdangxuantruong