CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái quát về đất yếu trong xây dựng đường ô tô 1.1 Khái niệm đất yếu Đất yếu là đất có sức chịu tải nhỏ và có tính nén lún lớn, hầu như đất yếu bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn, hệ số nén lún lớn, trị số sức chống cắt không đáng kể. Đặc điểm của đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; sức chịu tải nhỏ (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 (IS > 1); mô đun biến dạng nhỏ (E < 50 kG/cm2); khả năng chống cắt () bé, khả năng thấm nước bé; hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8; dung trọng nhỏ. Các loại đất sét yếu thường gặp trong xây dựng công trình được phân thành năm loại cơ bản sau: 1. Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp.
Đất bùn: các loại đất thành tạo trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, 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 chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20-80 %). Đất cát chảy: gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy.
Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt.2 Cấu trúc nền đất yếu Cấu trúc nền hiện nay được nhiều người quan tâm và định nghĩa khác nhau. Nguyễn Thanh [11] quan niệm: “Cấu trúc nền công trình là tầng đất được sử dụng làm nền 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”. Phạm Văn Tỵ [13] quan niệm: “Cấu trúc nền được hiểu là quan hệ sắp xếp không gian của các lớp đất theo chiều sâu. Cấu trúc nền đặc trưng bởi số lượng, đặc điểm, hình dạng, kích thước, thành phần, trạng thái và tính chất của các yếu tố cấu thành này”.
Các nghiên cứu về cấu trúc nền công trình cũng được đề cập trong nhiều nghiên cứu khác nhau và đã đưa ra các khái niệm về mô hình cấu trúc, trong đó có mô hình điều kiện tự nhiên, mô hình nền tự nhiên của công trình. Từ đó phân tích mối quan hệ giữa mô hình điều kiện tự nhiên và mô hình công trình xây dựng, đưa ra các khái niệm về miền xác định của công trình. Trong nhiều nghiên cứu khác, các tác giả đã đưa ra các dạng sơ đồ cấu trúc nền và nêu các giải pháp nền móng thích hợp với chúng. Trong địa chất, khái niệm “cấu trúc” bao gồm cả ý nghĩa nội dung địa tầng và cấu tạo địa chất.
Trong địa chất công trình cũng có một số tác giả sử dụng khái niệm “Mô hình cấu trúc” để phản ánh đặc điểm nền công trình đã được sơ đồ hóa về mặt địa tầng và đặc tính cơ lý của đất đá. Một số tác giả khác thường sử dụng khái niệm “Sơ đồ nền”, khái niệm này đơn thuần chỉ phản ánh về mặt quan hệ địa tầng. Mô hình cấu trúc chính là mô hình số trong đó các đặc trưng của mô hình bao gồm: chiều dày, chiều sâu, thành phần, tính chất cơ lý của lớp đất và mực nước ngầm được thể hiện dưới dạng số, là kết quả của việc đánh giá chi tiết các đặc trưng của đất nền. 5 Kết quả nghiên cứu thành phần và tính chất của đất, đặc biệt đối với đất yếu chưa thể phản ánh đúng khả năng xây dựng của chúng trong tự nhiên.
Khả năng xây dựng của đất chỉ có thể được đánh giá đúng trên cơ sở nghiên cứu đầy đủ các đặc điểm cấu trúc của nền. Trong luận văn của mình, thuật ngữ “Cấu trúc nền” được tác giả sử dụng để chỉ nền công trình có nhấn mạnh đến đặc điểm cấu trúc nền và môi trường địa chất có quan hệ mật thiết và tác động qua lại lẫn nhau theo cả thời gian và không gian. Bởi vậy, khái niệm “Cấu trúc nền” không những 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 phải phản ánh các đặc điểm địa chất công trình khác của đất đá trong mối quan hệ biến đổi cả về không gian và thời gian của chúng. 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.
Khái niệm “Vùng ảnh hưởng của công trình” được hiểu là giới hạn mà tại đó thành tạo đất đá có ảnh hưởng trực tiếp đến công trình xây dựng. Khái niệm này bao trùm cả khái niệm vùng hoạt động công trình và phần nào đó trùng với khái niệm “Miền xác định”. Như vậy, ranh giới vùng ảnh hưởng và do đó cũng là ranh giới cấu trúc nền công trình được xác định trên cơ sở quy mô và tính chất công trình cụ thể. Nó đòi hỏi các kỹ sư Địa kỹ thuật xem xét một cách đầy đủ.
Mỗi cấu trúc nền được xác định bởi các thành tạo đất đá có đặc tính xây dựng xác định. Các đặc tính xây dựng đó đã phản ánh đầy đủ các đặc điểm nguồn gốc, tuổi địa chất, thành phần, các đặc điểm kiến trúc, cấu tạo cũng như các đặc tính cơ lý khác của đất đá. Cấu trúc nền đất yếu là cấu trúc nền có liên quan trực tiếp với các thành tạo đất yếu. Đất yếu đóng vai trò trung tâm và có ý nghĩa quyết định đến đặc tính và khả năng xây dựng nền.
Thật vậy, thành phần, tính chất, bề dày của 6 đất yếu cũng như sự biến đổi của chúng trong không gian và mối quan hệ giữa lớp đất yếu với các lớp đất khác trong đất nền rất có ý nghĩa đối với đặc tính và khả năng xây dựng của nền đất. Cùng với quy mô công trình, chúng sẽ quyết định việc chọn giải pháp nền và móng. Mặt khác, cũng cần thấy rõ, vị trí tồn tại trong không gian của cấu trúc nền đất yếu trong môi trường địa chất cũng có ý nghĩa to lớn. Cùng một kiểu cấu trúc nền đất yếu, cùng đặc điểm quy mô và kết cấu công trình, tùy thuộc khoảng cách ðến các khu vực hạ thấp mực nýớc ngầm cũng nhý các hýớng biến ðổi ðặc tính xây dựng của cấu trúc nền, mà khả nãng biến dạng của công trình sẽ rất khác nhau.
Như vậy, ảnh hưởng của môi trường địa chất đến cấu trúc nền đất yếu và công trình phụ thuộc vào điều kiện tồn tại cụ thể của chúng. Đối với cấu trúc nền đất yếu, vùng ảnh hưởng có thể là ranh giới lớp đất yếu trực tiếp ảnh hưởng đến công trình, trong trường hợp ranh giới này lớn hơn vùng hoạt động của công trình.3 Mục đích công tác xử lý nền đất yếu Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải của đất nền, cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất. Để xây dựng công trình trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo khả năng chịu lực của đất nền. Kỹ thuật cải tạo đất yếu nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng chịu tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau.
Mục tiêu là nhằm đảm bảo cho kích thước và các yếu tố hình học của nền đất trên toàn diện tích xây dựng đối với vùng đất yếu (kể cả cao độ nền) luôn duy trì được đúng thiết kế trong quá trình thi công cũng như trong quá trình sử dụng sau đó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình phụ thuộc vào điều kiện như: đặc điểm quy mô và loại công trình, đặc điểm của đất nền,. Với từng 7 điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý.
Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như: - Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình. - Các biện pháp xử lý về móng. - Các biện pháp xử lý nền.2 Giới thiệu một số giải pháp xử lý đất yếu thường hay sử dụng 1.1 Các phương pháp cố kết Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha, cát pha, bùn, than bùn.) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m. Biện pháp tiến hành: đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát theo yêu cầu thiết kế, sau đó tiến hành đầm đến độ chặt theo yêu cầu.
+ Ưu điểm của phương pháp: - Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó cho các lớp đất ổn định bên dưới. - Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát. Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng. - Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được.
- Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì khi cát được đầm chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt. Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình. 8 - Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi.