CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU 1. Những vấn đề chung về đất yếu: 1. Khái niệm về đất yếu: Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bão hoà nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), môđun biến dạng thấp (thường thì E0 = 50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ… Nền đắp trên đất yếu nếu không có giải pháp xử lý đúng đắn, thích hợp thì dễ bị mất ổn định toàn khối hoặc lún nhiều, lún kéo dài ảnh hưởng đến mặt đường, công trình trên đường và cả mố trụ cầu. Do vậy việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được [16, tr.
Phân loại đất yếu: Có thể chia thành ba loại: đất sét hoặc đất á sét bụi mềm, có hoặc không có chất hữu cơ; than bùn hoặc các loại đất có rất nhiều hữu cơ và bùn [9, tr.1 Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt IL [4] W − WP IL = (1.1) WL − WP Trong đó: - W: Độ ẩm ở trạng thái tự nhiên của đất yếu; - WP: Giới hạn dẻo của đất yếu; - WL: Giới hạn chảy của đất yếu. + Nếu IL > 1 thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy); + Nếu 0,75 < IL ≤ 1 là đất yếu dẻo chảy.2 Về trạng thái tự nhiên, đất đầm lầy than bùn được phân thành 3 loại I, II, III [4] → Loại I: 5 Loại có độ sệt ổn định; thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1 m 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, tuy nhiên đất than bùn chưa ở trạng thái chảy; → Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy. Nguồn gốc hình thành: Đất yếu là các vật liệu mới hình thành từ 10000 đến 15000 năm tuổi. Tuỳ theo nguyên nhân hình thành mà đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ [9, tr.1 Loại có nguồn gốc khoáng vật thường: Là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở quen 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 màu nâu đen, xám đen, có mùi.
Trong các loại này đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, tam giác châu; cửa sông…) tạo thành một họ đất yếu phát triển nhất. Ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm ≥ 1,5; đất á sét bụi ≥ 1), lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước Cu ≤ 0,15 daN/cm2 hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0,35 daN/cm2, góc nội ma sát ϕ u = 0-100, độ sệt IL > 0,5 (trạng thái dẻo mềm) [4].2 Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ): Thường được hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rữa và phân huỷ, tạo ra các trầm tích hữu cơ lẫn với 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) [9, tr. 6 Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W = 85 - 95 % và có thể lên tới vài trăm phần trăm.
Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất; hệ số nén lún có thể đạt 3 - 8 - 10 cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 - 50 cm [9, tr. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng [9, tr. 27]: - Hàm lượng hữu cơ từ 20 - 30 %: đất nhiễm than bùn; - Hàm lượng hữu cơ từ 30 - 60 %: đất than bùn; - Hàm lượng hữu cơ trên 60 %: than bùn.3 Bùn: Là các lớp đát mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (< 200 μm ) với tỉ lệ phầm trăm các hạt < 2 μm cao, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong. Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10 % [9, tr.
Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy vũng, vịnh, hồ hoặc các cửa sông nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều. Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, mođun biến dạng chỉ vào khoảng 1 - 5 daN/cm2 với bùn sét và từ 10 - 25 daN/cm2 với bùn á sét, bùn á cát, còn hệ số nén lún thì có thể lên tới 2 - 3 cm2/daN. Như vậy bùn là những trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt mà tốt nhất là vét bùn thay đất tốt [9, tr.
Các giải pháp xử lý đất yếu: 1.1 Khái niêm chung: Nền đắp của đoạn đường vào cầu khác với nền đắp ở các đoạn thông thường do tác động tương hỗ của nền đường với các nền móng công trình và do độ lún khác nhau. Măt khác, chiều dài nền đắp của đoạn đầu cầu không lớn 7 nên có thể sử dụng các giải pháp xử lý nền hiệu quả hơn và giá thành cao hơn [9, tr. 94]; Có thể hạn chế tác dụng tương hỗ của nền đường vào cầu với mố cầu bằng cách xây dựng nền đắp trước mố cầu (có hoặc không dùng các biện pháp bổ sung để tăng nhanh sự cố kết của đất yếu) hoặc bằng cách tăng độ ổn định của nền đắp (sử dụng bệ phản áp, thay đất xấu, làm nền đắp nhẹ, cọc ba lát, cọc đất gia cố xi măng, nền đắp trên cọc) [9, tr. 94 - 95]; Với các độ lún khác nhau, phải tìm cách làm cho độ lún tổng cộng dự báo đạt được trước khi kết thúc thi công.
Có thể sử dụng tất cả các giải pháp xử lý giảm độ lún tổng cộng hoặc tăng nhanh độ lún riêng rẽ hoặc kết hợp. Việc lựa chọn giữa các giải pháp xử lý thực tế phụ thuộc vào chiều dày lớp đất yếu [9, tr. 95]: - Với đất yếu có chiều dày không lớn (cho đến trên 10 m), việc khống chế độ lún có thể tiến hành bằng cách thay đất xấu, bằng cách làm các cọc ba lát, cọc đất gia cố tựa trên lớp nền cứng hơn, bằng cách giảm nhẹ nền đắp hoặc tăng nhanh độ cố kết của đất trong thi công (gia tải tạm thời hoặc phương pháp cố kết hút chân không, làm đường thấm thẳng đứng); - Với đất yếu có chiều dày lớn (trên 20 m), nói chung không áp dụng được các kỹ thuật xử lý cho đến lớp nền cứng. Việc hạn chế độ lún sau khi đưa đường vào sử dụng có thể tiến hành hoặc bằng cách tăng nhanh cố kết (làm đường thấm thẳng đứng, xây dựng theo giai đoạn, cố kết kiểu hút chân không, gia tải tạm thời,… có xét đến các điều kiện ổn định nền đắp), hoặc bằng cách giảm nhẹ nền đắp.
Trong một số trường hợp có thể chấp nhận các độ lún lớn hơn các giới hạn thông thường với điều kiện phải có một sự chuyển tiếp thích đáng giữa cầu và đoạn đường vào cầu; - Với đất yếu có chiều dày nằm giữa hai trường hợp trên đây thì việc chọn lựa các giải pháp xử lý phải được tiến hành cho riêng từng đồ án.2 Một số giải pháp xử lý đất yếu đường đầu cầu: Như trên, tác giả đã trình bày một số giải pháp xử lý nền nhằm nâng cao các chỉ tiêu cơ lý của đất nền để giảm thiểu độ lún sau thi công cũng như tăng độ ổn định của nền đắp. Nếu không gia cố, nền đường đắp sẽ có độ ổn định kém trong suốt quá trình thi công và có độ lún quá lớn do cố kết của đất trong quá trình vận hành đường. Cần nhớ rằng, hầu hết các giải pháp xử lý nền đều có giá thành cao hơn so với công tác đất thông thường. Do đó, việc sử dụng giải pháp xử lý nền phụ thuộc vào yếu tố kinh tế và kỹ thuật.3 Giải pháp xử lý đất yếu đường đầu cầu thường hay áp dụng Dưới đây tác giả sẽ trình bày vắng tắt các giải pháp xử lý nền đường đầu cầu thường hay sử dụng: 1.1 Sàn giảm tải cứng (giải pháp sàn giảm tải) [14] Hệ thống móng cọc có thể được xem xét như là phương án thay thế chịu lực cho nền đường.
Cơ bản, các cọc được đóng vào lớp đất tốt, sau đó sàn bê tông được đổ bên trên các cọc tạo nên một sàn chịu tải từ nền đắp (hình 17).1: Giải pháp Sàn giảm tải Do giá thành cao, giải pháp này chỉ sử dụng khi thời gian thi công hạn chế và khi các giải pháp xử lý nền có giá thành thấp hơn không thể áp dụng.2 Giải pháp thay đất [14] Ngoài các cách tăng tính chịu nén của đất bằng xi măng hay bằng cố kết thông qua bấc thấm đứng kết hợp gia tải, giải pháp thay đất cũng là một phương án có thể lựa chọn (hình 18). THAY ÑAÁT Hình 1.2: Giải pháp Thay đất Nguyên tắc của giải pháp thay đất là bóc bỏ lớp đất có tính nén lún cao đến độ sâu yêu cầu và thay thế bằng một loại vật liệu đắp khác thích hợp. Độ sâu đào bị chi phối bởi độ lún dài hạn của lớp đất chịu lún còn lại và độ ổn định của hố đào. Sẽ không kinh tế và thực tế, nếu lớp đất chịu lún quá sâu vì khi đó khối lượng đào và thay thế quá lớn.
Ưu điểm chính của giải pháp này như sau: - Dễ thi công: Giải pháp thay đất kết hợp gia tải chủ yếu liên quan đến công tác đất, đầm chặt,… rất dễ bàn giao cho nhà thầu thi công với thiết bị thích hợp. Công tác thoát nước cần tính toán trước nếu có khả năng nước tràn vào hố đào. - Thời gian đào và đắp: Thời gian đào và đắp có thể hiệu chỉnh phụ thuộc vào công suất thiết bị và nhân lực. Để tăng tốc quá trình thi công, có thể tăng thiết bị thi công và nhân lực.