Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam tăng trưởng và hội nhập quốc tế, nhu cầu vận chuyển hàng hóa xuất nhập khẩu thông qua phương thức container gia tăng nhanh chóng. Nhằm nâng cao năng lực thông qua hàng hóa và hiện đại hóa hệ thống hạ tầng giao thông đường thủy, Tổng công ty Đường sông miền Bắc đã triển khai dự án đầu tư xây dựng Trung tâm phân phối hàng hóa cảng container Phù Đổng. Dự án được quy hoạch trên tổng diện tích 120 ha tại địa bàn xã Cổ Bi, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội.

Mặt bằng xây dựng nằm ở dải đất ven sông Đuống, nơi điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn mang tính chất phức tạp của vùng bãi bồi tích tụ Đệ Tứ. Để phục vụ công tác thiết kế kỹ thuật, đề tài "Đặc tính địa kỹ thuật và giải pháp gia cố nền đất Trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng - Gia Lâm - Hà Nội" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Thu thập, tổng hợp và phân tích điều kiện tự nhiên, địa hình, khí hậu, thủy văn, địa tầng trầm tích Đệ Tứ và cấu trúc tân kiến tạo khu vực thành phố Hà Nội và vị trí xây dựng công trình.
  2. Đánh giá đặc điểm địa chất thủy văn, phân chia các tầng chứa nước và nhận diện các quá trình địa chất động lực công trình nguy hiểm (sạt lở, lún không đều, lún do hạ mực nước ngầm, cát chảy, động đất).
  3. Khảo sát thực địa và thí nghiệm trong phòng nhằm xác lập các chỉ tiêu cơ lý, trạng thái và sức chịu tải của 5 lớp đất nền tại khu vực xây dựng cảng Phù Đổng.
  4. Tính toán khả năng chịu tải, dự báo độ lún của nền đất tự nhiên dưới tải trọng khai thác của bãi container (tải trọng tiêu chuẩn 2,0 kg/cm²).
  5. Thiết kế kỹ thuật và so sánh hiệu quả của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt (cho 3 đường kính cọc khác nhau), đồng thời phân tích cơ sở lý thuyết của phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước.

Đối tượng nghiên cứu là các lớp đất đá Đệ Tứ và đặc tính cơ lý của nền đất yếu tại khu vực dự án. Phạm vi không gian nghiên cứu tập trung tại mặt bằng 120 ha thuộc xã Cổ Bi, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội. Phạm vi thời gian thu thập tài liệu thực tế và khảo sát diễn ra từ ngày 25/2/2003 đến ngày 31/5/2003 tại Công ty Tư vấn xây dựng Cảng - Đường thủy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và các mô hình lý thuyết cơ học đất kinh điển:

  • Tiêu chuẩn áp dụng: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4195-1995 do Bộ Xây dựng ban hành về phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất trong phòng.
  • Mô hình và lý thuyết cơ học đất:
    • Định luật cắt Coulomb ($\tau = \sigma \cdot \tan\varphi + c$) xác định sức kháng cắt qua góc ma sát trong ($\varphi$) và lực dính đơn vị ($c$).
    • Lý thuyết cố kết thấm một chiều của Terzaghi và phương pháp Taylor ($T_{90} = 0,848$) xác định hệ số cố kết ($C_v$).
    • Công thức tính toán sức chịu tải quy ước của nền đất móng băng ($R_0$, $R_{tc}$) dựa trên các hệ số sức chịu tải $A, B, D$ và điều kiện làm việc của đất loại sét.
    • Lý thuyết thoát nước cố kết thẳng đứng và bán kính ảnh hưởng của Barron (1948), mô hình cải tiến có xét đến sức cản bấc thấm và xáo động đất của Hansbo (1979 - trong văn bản ghi Harrbo), công thức đường kính tương đương của Rixner (1986) và công thức cố kết hai chiều của Carillo (1942).
  • Phương pháp khảo sát hiện trường:
    • Khoan xoay đường kính 110 mm bằng thiết bị của Trung Quốc (tốc độ quay 60–600 vòng/phút, độ sâu tối đa 100 m, động cơ 20 kW), sử dụng dung dịch bentonite giữ thành lỗ khoan.
    • Lấy mẫu: 115 mẫu đất nguyên trạng bằng ống thành mỏng (đường kính 110 mm, dài 40 cm) và 118 mẫu không nguyên trạng bằng ống bổ đôi.
    • Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT): thực hiện từ độ sâu 3 m trở đi với chu kỳ 2 m/lần, dùng tạ tiêu chuẩn 63,5 kg rơi tự do 76 cm, tính số búa ($N$) trên đoạn xuyên 30 cm cuối (tổng cộng 118 lần thử nghiệm).
  • Phương pháp thí nghiệm trong phòng:
    • Thành phần cỡ hạt: phương pháp rây đối với hạt $> 0,074$ mm và phương pháp tỷ trọng kế (dùng dung dịch $\text{NH}_4\text{OH}$ 25% kết hợp toán đồ Stokes) đối với hạt $< 0,074$ mm.
    • Chỉ tiêu vật lý: phương pháp dao vòng xác định khối lượng thể tích tự nhiên; bình tỷ trọng 100 cm³ xác định khối lượng riêng; sấy khô ở nhiệt độ 105°C trong 5 giờ xác định độ ẩm tự nhiên ($W$); lăn que đường kính 3 mm xác định giới hạn dẻo ($W_P$) và chùy nón thăng bằng 76 g (góc đỉnh 30°, lún 10 mm sau 10 giây) xác định giới hạn chảy ($W_L$).
    • Chỉ tiêu cơ học: thí nghiệm nén một trục không nở hông xác định hệ số nén lún ($a_{1-2}$), mô đun tổng biến dạng ($E_o$), hệ số cố kết ($C_v$); thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp xác định $c$ và $\varphi$.
  • Nguồn dữ liệu: Tài liệu khoan thăm dò 8 lỗ khoan (LK1 đến LK8, tổng chiều dài 240 m) thuộc giai đoạn nghiên cứu khả thi do Công ty Tư vấn xây dựng Cảng - Đường thủy thực hiện; Bản đồ địa chất thủy văn tỷ lệ 1:50.000 vùng Hà Nội của Liên đoàn Địa chất Thủy văn - Địa chất Công trình miền Bắc; số liệu quan trắc lún mặt đất từ năm 1988 đến 1995 của Công ty Kinh doanh nước sạch Hà Nội.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội nhân văn

Chương này mô tả tổng quan vị trí địa lý của Thủ đô Hà Nội trong tọa độ 105°16’30”–106°01’30” kinh độ Đông và 20°30’00”–21°35’00” vĩ độ Bắc. Về địa hình, khu vực nghiêng từ Tây Bắc xuống Đông Nam, chia thành hai dạng chính: dạng địa hình trong đê chiếm 90% diện tích (cao độ 3,0–8,5 m) và dạng địa hình ngoài đê là các bãi bồi ven sông Hồng, sông Đuống. Khí hậu mang tính chất nhiệt đới gió mùa: mùa khô kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau (nhiệt độ trung bình tháng 1–2 là 16°C, thấp nhất 5–7°C); mùa nóng mưa nhiều từ tháng 4 đến tháng 10 (nhiệt độ trung bình 29°C, cao nhất 35–40°C, lượng mưa chiếm 80–90% cả năm). Thủy văn sông ngòi phức tạp, dòng chảy sông Hồng vận chuyển trung bình 96,40 triệu tấn phù sa/năm, hàm lượng phù sa mùa mưa đạt 3,0–3,5 kg/m³. Về nhân văn, dân số Hà Nội năm 2000 là 2,700 triệu người, mật độ 2.993 người/km², hệ thống giao thông gồm hơn 800 km đường ô tô với các Quốc lộ 1, 2, 3, 5, 6, mạng lưới 86 km đường sắt và sân bay quốc tế Nội Bài.

Chương 2. Đặc điểm cấu trúc địa chất

Trầm tích Đệ Tứ vùng Hà Nội dày và bở rời, được thành tạo qua 5 giai đoạn biển tiến - biển thoái từ 1,6 triệu năm trở lại đây, phân chia thành 5 hệ tầng theo thứ tự từ dưới lên:

  • Hệ tầng Lệ Chi ($aQ_1^{lc}$): Gặp ở độ sâu 45,0–69,5 m, bề dày tối đa 25 m, phủ bất chỉnh hợp lên trầm tích Neogen. Gồm 3 tập hạt mịn dần lên trên: tập cuội sỏi thạch anh - silic dày trung bình 20 m; tập cát bột dày 3 m; tập bột sét bãi bồi dày 0,2–1,5 m.
  • Hệ tầng Hà Nội ($ap-aQ_1^{hn}$): Mặt cắt vùng phủ có chiều dày 34 m (sâu 35,5–69,5 m), gồm 3 tập: cuội sỏi tảng dày 10–20 m; cát bột dày 10 m; bột sét dày 4 m.
  • Hệ tầng Vĩnh Phúc ($al-lbQ_1^{vp}$): Đặc trưng bởi bề mặt laterit hóa màu đỏ hoặc loang lổ. Gồm 4 tập trầm tích lục địa (sông, hồ, đầm lầy): cuội sỏi cát dày 10 m; cát bột phân lớp xiên chéo dày tới 33 m; sét kaolin xám trắng dày 2–10 m; sét đen tích tụ đầm lầy dày 3–8 m.
  • Hệ tầng Hải Hưng ($mlbQ_2^{1-2hh}$): Gồm 3 phụ tầng: phụ tầng dưới (đầm lầy, sét chứa hữu cơ và than bùn dày 2–6 m, có nơi 20 m); phụ tầng giữa (trầm tích hồ dày 2–4 m và trầm tích biển chứa hóa thạch); phụ tầng trên (sét đầm lầy sau biển tiến).
  • Hệ tầng Thái Bình ($aQ_2^{3tb}$): Trầm tích aluvi trẻ nhất trên bề mặt. Phụ tầng dưới phân bố trong đê với 4 tập có tổng bề dày 31 m; phụ tầng trên phân bố ngoài bãi bồi ven sông gồm tập cuội sỏi cát dày 3–10 m và tập bột sét dày 2–5 m. Về kiến tạo, Hà Nội nằm trong miền Đông Bắc Bộ, chịu sự khống chế của các đứt gãy sâu phương Tây Bắc - Đông Nam như đứt gãy sông Chảy, sông Lô, sông Hồng.

Chương 3. Đặc điểm địa chất thuỷ văn

Tài liệu địa chất thủy văn khu vực xác lập 3 tầng chứa nước trong trầm tích Đệ Tứ và 1 phức hệ chứa nước Neogen:

  • Tầng chứa nước Holocen (Hệ tầng Thái Bình): Đất đá chứa nước là cát pha, cát hạt nhỏ. Bề dày tầng chứa nước từ 3 đến 29 m (trung bình 14 m). Mực nước tĩnh sâu 2–4 m, tỷ lưu lượng $q = 1\text{–}3\text{ l/s}\cdot\text{m}$, hệ số dẫn nước 200–400 m²/ngày. Nước thuộc loại siêu nhạt, kiểu Bicacbonat - Canxi - Magiê, không ăn mòn bê tông.
  • Tầng chứa nước Pleistocen trên (Hệ tầng Vĩnh Phúc): Thành phần là cát pha hạt trung, sạn sỏi, dày 3–36 m (trung bình 12 m). Tầng chứa nước có áp, tỷ lưu lượng $q = 0,8\text{–}5,35\text{ l/s}\cdot\text{m}$, tổng khoáng hóa $\text{TDS} \le 0,5\text{ g/l}$, loại nước Bicacbonat - Clorua - Natri - Canxi.
  • Tầng chứa nước Pleistocen (Hệ tầng Hà Nội và Lệ Chi): Thành phần cuội, sỏi, cát dày 3–40 m, độ dẫn nước thay đổi từ 600 đến 2.900 m/ngày, $\text{TDS} \le 0,5\text{ g/l}$, loại nước Bicacbonat - Sunphat - Clorua - Magiê - Canxi. Đây là tầng có trữ lượng lớn nhất, là đối tượng khai thác nước sinh hoạt chính của thành phố.
  • Phức hệ chứa nước Neogen (Hệ tầng Vĩnh Bảo): Cuội kết, cát kết, bột kết nghèo nước, sâu 43–81,5 m, bề dày khoảng 250 m, $\text{TDS} = 0,38\text{ g/l}$, loại nước Bicacbonat - Natri.

Chương 4. Các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình

Tác giả tổng hợp 7 hiện tượng địa chất công trình nguy hiểm có tác động trực tiếp tới sự ổn định của công trình:

  1. Xói lở bờ sông: Do quá trình xâm thực ngang của sông Hồng và sông Đuống kết hợp hoạt động khai thác cát tại Tây Hồ, Thanh Trì, Gia Lâm.
  2. Hiện tượng lầy úng: Tập trung ở vùng trũng thấp có mực nước ngầm nông như huyện Thanh Trì.
  3. Hiện tượng cát chảy: Xuất hiện khi đào hố móng sâu vào các lớp cát bụi bão hòa nước có chênh lệch cột áp thủy lực.
  4. Lún không đều: Do sự biến đổi tướng đá và chiều dày các thấu kính bùn sét yếu không đồng nhất (điển hình tại Thành Công, Giảng Võ).
  5. Hiện tượng động đất: Ghi nhận lịch sử hơn 150 trận động đất tại Việt Nam. Vùng phát sinh động đất mạnh nhất khu vực Hà Nội gắn với đứt gãy sông Hồng có chấn cấp cực đại $M_{\max} = 6,2 \pm 0,3$ độ Richter, chấn tiêu sâu 15–20 km.
  6. Lún do hạ mực nước ngầm: Khai thác nước dưới đất quá mức giai đoạn 1988–1995 gây sụt lún mặt đất với tốc độ trên 20 mm/năm ở phía Nam thành phố; từ 10–20 mm/năm tại Hạ Đình, Văn Điển, Cầu Bươu, Pháp Vân; vùng ven sông Hồng hầu như không bị lún.
  7. Ma sát âm: Xuất hiện khi cọc xuyên qua các tầng bùn sét yếu chưa cố kết bị nén lún dưới tải trọng đắp, làm suy giảm sức chịu tải của móng cọc.

Chương 5. Các phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết quy trình kỹ thuật khoan 8 lỗ khoan sâu 20–40 m ngoài hiện trường và quy trình thí nghiệm cơ lý trong phòng theo TCVN 4195-1995. Văn bản chi tiết hóa các công thức tính toán: xác định khối lượng thể tích dung dịch dao vòng, bình tỷ trọng khối lượng riêng hạt, công thức giới hạn Atterberg tính chỉ số dẻo $I_P = W_L - W_P$, hệ số nén lún $a$, mô đun biến dạng $E_o$, hệ số cố kết $C_v$ theo phương pháp Taylor ($T_{90}$) và xác định các tham số sức kháng cắt $c, \varphi$ trên thiết bị cắt phẳng.

Chương 6. Đặc tính địa kỹ thuật nền đất khu vực xây dựng công trình

Tổng hợp kết quả khảo sát từ 8 lỗ khoan (tổng chiều sâu 240 m, trong đó 4 lỗ khoan dưới nước) phân chia địa tầng công trình thành 5 lớp đất chính từ trên xuống:

  • Lớp 1: Gồm 2 phụ lớp:
    • Phụ lớp 1a: Cát pha màu nâu, dẻo. Chiều dày trung bình 3,1 m; $N_{\text{SPT}} = 4$ búa; khối lượng thể tích tự nhiên $\gamma_{\text{tn}} = 1,92\text{ g/cm}³$; sức chịu tải quy ước $R_0 = 1,26\text{ kg/cm}²$.
    • Phụ lớp 1b: Sét pha màu nâu ghi đến hồng, trạng thái dẻo mềm, phân bố rộng khắp bãi (trừ LK1), chiều dày trung bình 6,9 m (đáy lớp sâu nhất 10,5 m); $N_{\text{SPT}} = 8$ búa; sức chịu tải quy ước thấp $R_0 = 1,19\text{ kg/cm}²$; hệ số nén lún cao. Đây là lớp đất yếu chịu lực trực tiếp dưới bãi container cần xử lý cải tạo.
  • Lớp 2: Cát hạt mịn màu xám, kết cấu chặt vừa. Chiều dày trung bình 6,7 m; $N_{\text{SPT}} = 16$ búa; hàm lượng hạt cát chiếm 87,4%, hạt bụi 12%, khối lượng riêng hạt 2,65 g/cm³.
  • Lớp 3: Sét pha màu nâu vàng, loang ghi, trạng thái dẻo cứng. Chiều dày trung bình 6,7 m; $N_{\text{SPT}} = 11$ búa; sức chịu tải tốt hơn phụ lớp 1b.
  • Lớp 4: Sét pha dẻo mềm màu vàng đến nâu hồng. Bề dày trung bình 9,8 m; đáy lớp sâu từ -20,1 m đến -29,9 m; $N_{\text{SPT}} = 10$ búa; chỉ số dẻo $I_P = 15,57%$; sức chịu tải thấp ($R_0$ thấp) nhưng nằm ở độ sâu lớn.
  • Lớp 5: Cát hạt mịn màu xám vàng lẫn sỏi sạn, kết cấu chặt đến rất chặt. Thành phần gồm 73,7% cát, 9,2% bụi, 11,1% sạn, 5,8% sỏi; khối lượng riêng hạt 2,66 g/cm³. Các lỗ khoan đều không khoan hết lớp này. Tác giả đề xuất: Nhà điều hành và công trình bến cảng sử dụng giải pháp móng cọc tựa vào lớp 5; khu vực bãi chứa container 120.000 m² bắt buộc phải áp dụng biện pháp gia cố xử lý đất nền.

Chương 7. Các giải pháp gia cố nền đất phục vụ xây dựng bãi container

Phân tích tính toán chi tiết giải pháp gia cố nền bằng cọc cát đầm chặt cho bãi container rộng $200\text{ m} \times 600\text{ m} = 120.000\text{ m}²$:

  • Đánh giá sức chịu tải tự nhiên: Tải trọng container tác dụng lên mặt nền là $P = 2,0\text{ kg/cm}²$. Với giả thiết móng băng rộng 1 m, sâu 1 m đặt trên phụ lớp 1b, sức chịu tải tính toán của nền đất tự nhiên chỉ đạt $R_0 = 0,74\text{ kg/cm}²$, trong khi ứng suất gây lún dưới đáy móng là $\sigma_{\text{gl}} = 1,7\text{ kg/cm}² > R_0$. Nền đất tự nhiên không đủ khả năng chịu lực.
  • Thiết kế mạng lưới cọc cát: Sắp xếp cọc theo lưới tam giác đều với khoảng cách trục cọc $L = 0,952 \cdot d_c$ (hoặc $0,925 \cdot d_c$). Bố trí mở rộng biên thêm một hàng cọc mỗi phía để tăng cường độ ổn định. Chiều sâu nén chặt tính theo phương pháp lớp tương đương là $H = 6,34\text{ m}$, cộng thêm 1 m lớp đất tơi xốp phía trên cho ra chiều dài thiết kế cọc $L_c = 7,34\text{ m}$.
  • Kết quả tính toán sau cải tạo: Hệ số rỗng sau nén ép giảm xuống $e_{\text{nc}} = 0,76$; lực dính tính toán $C_{\text{tc}} = 6,8\text{ T/m}²$; góc ma sát tính toán $\varphi_{\text{tc}} = 20^\circ$. Sức chịu tải của nền tăng vọt lên $R_{\text{tc}} = 4,58\text{ kg/cm}²$ (lớn hơn nhiều so với áp lực $2,0\text{ kg/cm}²$). Độ lún dự tính của nền sau xử lý chỉ còn $S_c = 1,48\text{ cm}$, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn khai thác.
  • Phân tích phương án bấc thấm: Giới thiệu cơ sở lý thuyết bấc thấm kết hợp gia tải trước theo Barron và Hansbo (1979) để tăng tốc độ cố kết cho các lớp bùn sét yếu có bề dày lớn.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đưa ra các kết quả định lượng cụ thể qua số liệu khảo sát và tính toán kỹ thuật nền móng:

Chỉ tiêu / Thông số kỹ thuật Phụ lớp 1a Phụ lớp 1b (yếu) Lớp 2 (cát mịn) Lớp 3 (dẻo cứng) Lớp 4 (dẻo mềm) Lớp 5 (chịu lực)
Bề dày trung bình (m) 3,1 6,9 6,7 6,7 9,8 Chưa khoan hết
Giá trị xuyên tiêu chuẩn ($N_{\text{SPT}}$) 4 8 16 11 10 Rất chặt
Khối lượng thể tích tự nhiên ($\text{g/cm}³$) 1,92 Cao - Khá cao Khá cao -
Khối lượng riêng hạt ($\text{g/cm}³$) - 2,67 2,65 2,67 2,67 2,66
Sức chịu tải quy ước ban đầu ($R_0$) $1,26\text{ kg/cm}²$ $1,19\text{ kg/cm}²$ Chặt vừa Khá Thấp Rất lớn

Bảng so sánh 3 phương án đường kính cọc cát gia cố nền bãi container ($120.000\text{ m}²$):

Đường kính cọc ($d_c$) Khoảng cách cọc ($L$) Diện tích xử lý thực tế ($S'$) Tổng số cọc cần thi công Lượng cát/mét cọc ($G$)
$0,3\text{ m}$ $1,47\text{ m}$ $121.825\text{ m}²$ 64.992 cọc $0,12\text{ T/m}$
$0,4\text{ m}$ $1,96\text{ m}$ $122.345\text{ m}²$ 36.780 cọc $0,21\text{ T/m}$
$0,5\text{ m}$ $2,45\text{ m}$ $123.046\text{ m}²$ 23.542 cọc $0,33\text{ T/m}$

Về giải pháp kỹ thuật, tác giả kiến nghị lựa chọn cọc cát đường kính $d_c = 0,5\text{ m}$ vì các ưu thế vượt trội:

  • Tổng số lượng cọc cần thi công thấp nhất (23.542 cọc so với 64.992 cọc của loại đường kính 0,3 m), giúp rút ngắn tiến độ thi công.
  • Cự ly giữa các cọc đạt lớn nhất ($2,45\text{ m}$), hạn chế tối đa việc máy móc và thiết bị thi công làm hư hại đầu cọc đã đóng trước đó.
  • Cải thiện sức chịu tải nền đất từ $0,74\text{ kg/cm}²$ lên $4,58\text{ kg/cm}²$, đồng thời khống chế độ lún chỉ còn $1,48\text{ cm}$.

Đóng góp của khóa luận thể hiện ở việc liên kết dữ liệu địa chất khu vực Hà Nội với bài toán công trình thực tế; cung cấp bức tranh địa tầng chi tiết tại khu vực xã Cổ Bi - Gia Lâm và đưa ra quy trình tính toán xử lý nền bằng cọc cát có số liệu định lượng phục vụ trực tiếp cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật của dự án.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được ghi nhận: Việc đánh giá điều kiện địa chất thủy văn tại công trình còn dừng lại ở mức độ định tính do các lỗ khoan khảo sát chưa thực hiện quan trắc động thái mực nước ngầm và biến động thành phần hóa học theo mùa. Bên cạnh đó, do công trình chưa bước vào giai đoạn thi công nên các chỉ số cơ lý và sức chịu tải của nền đất sau gia cố ($R_{\text{tc}} = 4,58\text{ kg/cm}²$) mới dừng lại ở kết quả tính toán lý thuyết, chưa được kiểm chứng bằng thí nghiệm nén tĩnh bàn nén tại hiện trường.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Cần thiết lập mạng lưới quan trắc biến dạng và đo áp lực nước lỗ rỗng trong suốt quá trình đầm cọc cát hoặc cắm bấc thấm gia tải; tiến hành khoan lấy mẫu nguyên trạng và thí nghiệm bàn nén hiện trường sau khi xử lý nền để hiệu chỉnh chính xác các tham số cơ lý thực tế so với thiết kế lý thuyết.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Kỹ sư địa kỹ thuật, sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Địa kỹ thuật, Địa chất công trình, Xây dựng Công trình Thủy và Công trình Cảng - Đường thủy.
  • Đơn vị tư vấn thiết kế khi cần tra cứu số liệu địa tầng, các chỉ tiêu cơ lý đất nền Đệ Tứ khu vực Gia Lâm - Hà Nội.
  • Phần đáng tham khảo nhất là Chương 5 (quy trình thí nghiệm và công thức xử lý cơ lý) và Chương 7 (các bước tính toán chi tiết mạng lưới cọc cát tam giác đều, công thức xác định chiều sâu nén chặt tương đương và dự báo độ lún).

Câu hỏi thường gặp

1. Tải trọng thiết kế tác dụng lên nền bãi container cảng Phù Đổng là bao nhiêu và nền đất tự nhiên có đáp ứng được không?
Tải trọng tác dụng dự kiến từ container lên nền bãi là $2,0\text{ kg/cm}²$. Lớp đất mặt chịu lực trực tiếp là phụ lớp 1b chỉ có sức chịu tải tính toán tự nhiên đạt $R_0 = 0,74\text{ kg/cm}²$, trong khi ứng suất gây lún dưới đáy móng đạt tới $1,7\text{ kg/cm}²$. Do đó nền đất tự nhiên không đủ khả năng chịu tải và bắt buộc phải gia cố.

2. Khối lượng khảo sát địa chất công trình giai đoạn khả thi của dự án được thực hiện như thế nào?
Giai đoạn này đã tiến hành khoan 8 lỗ khoan (từ LK1 đến LK8) với độ sâu từ 20 m đến 40 m (trong đó có 4 lỗ khoan dưới nước), tổng chiều dài khoan là 240 m; thu thập 41 mẫu nguyên trạng, 66 mẫu không nguyên trạng; tiến hành 118 lần thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) và thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý cho 115 mẫu đất trong phòng.

3. Tại sao cọc cát đường kính 0,5 m lại được chọn thay vì đường kính 0,3 m hay 0,4 m?
Loại cọc đường kính $0,5\text{ m}$ đòi hỏi tổng số lượng cọc ít nhất (23.542 cọc, giảm hơn một nửa so với 64.992 cọc của loại đường kính 0,3 m) và khoảng cách giữa các cọc lớn nhất ($L = 2,45\text{ m}$). Khoảng cách này tạo không gian thuận lợi cho việc di chuyển của phương tiện, máy móc, giảm thiểu hư hại cho các cọc đã thi công trước đó và đảm bảo độ nén chặt đồng đều trên toàn bộ diện tích bãi.

4. Sau khi gia cố bằng cọc cát, sức chịu tải và độ lún dự tính của nền đất thay đổi ra sao?
Sau khi thi công cọc cát, hệ số rỗng của nền đất giảm xuống còn $e_{\text{nc}} = 0,76$, sức chịu tải tính toán tăng từ $0,74\text{ kg/cm}²$ lên $R_{\text{tc}} = 4,58\text{ kg/cm}²$ (vượt tải trọng thiết kế $2,0\text{ kg/cm}²$). Độ lún dự tính của nền móng sau gia cố giảm xuống còn $S_c = 1,48\text{ cm}$.

5. Giải pháp móng được đề xuất cho các công trình nhà điều hành và bến cảng là gì?
Khóa luận đề xuất sử dụng giải pháp móng cọc sâu hạ mũi cọc tựa vào Lớp 5 (lớp cát hạt mịn màu xám vàng lẫn sỏi sạn, kết cấu chặt đến rất chặt nằm ở đáy địa tầng khảo sát) để đảm bảo độ ổn định và khả năng chịu lực cho các kết cấu tải trọng lớn này.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp đã hệ thống hóa toàn diện các điều kiện địa chất khu vực, xác lập rõ 5 phân tầng địa kỹ thuật và chỉ ra phụ lớp 1b là tầng sét pha dẻo mềm nguy hiểm cần xử lý tại bãi container cảng Phù Đổng. Bằng các tính toán cơ học đất tường minh, tác giả đã chứng minh tính bất khả thi của việc đặt tải trực tiếp lên nền tự nhiên và lựa chọn phương án gia cố tối ưu bằng cọc cát đường kính 0,5 m bố trí theo lưới tam giác đều. Kết quả nghiên cứu không chỉ giải quyết bài toán kỹ thuật nâng cao sức chịu tải lên 4,58 kg/cm² và khống chế độ lún ở mức 1,48 cm, mà còn cung cấp cơ sở khoa học tin cậy phục vụ công tác thiết kế thi công công trình cảng đường thủy.