Tổng quan nghiên cứu

Quốc lộ 1 (QL1) là tuyến giao thông huyết mạch xuyên suốt Việt Nam, trải dài hơn 2300 km từ cửa khẩu Hữu Nghị Quan (Lạng Sơn) đến thị trấn Năm Căn (Cà Mau). Đoạn qua tỉnh Khánh Hòa dài khoảng 152 km, địa hình phức tạp với nhiều núi non chiếm 63% diện tích, đồng bằng nhỏ hẹp chỉ chiếm 12,78%. Đặc biệt, các vùng đồng bằng ven biển có nền đất yếu như bãi sình lầy, ao cá, ao tôm, gây khó khăn lớn cho việc mở rộng QL1 nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng tăng do phát triển kinh tế.

Nghiên cứu tập trung vào đoạn mở rộng QL1 tại Km1431+400 - Km1431+440 và Km1431+485 - Km1431+515 thuộc tỉnh Khánh Hòa, nhằm đề xuất các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện địa chất và thủy văn đặc thù. Mục tiêu chính là đảm bảo ổn định nền đường, kiểm soát độ lún, giảm chi phí và rút ngắn thời gian thi công, góp phần nâng cao hiệu quả dự án mở rộng QL1.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát điều kiện địa chất, địa hình, tính chất cơ lý của các lớp đất yếu, đồng thời phân tích, đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu hiện có. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp các giải pháp kỹ thuật phù hợp, giúp các chủ đầu tư và đơn vị tư vấn thiết kế lựa chọn phương án tối ưu, đảm bảo an toàn và bền vững cho công trình giao thông trọng điểm này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình địa kỹ thuật về xử lý nền đất yếu, bao gồm:

  • Lý thuyết ổn định nền đất: Áp dụng phương pháp nghiệm toán mặt trượt tròn cổ điển và phương pháp Bishop để xác định hệ số ổn định tối thiểu (Kmin từ 1 đến 1,2), đảm bảo nền đường không bị trượt trồi trong quá trình thi công và khai thác.

  • Lý thuyết tính toán lún nền đất: Tính toán độ lún tổng cộng và lún cố kết dựa trên các chỉ tiêu cơ lý của đất, nhằm xác định chiều cao phòng lún và bề rộng đắp thêm hai bên nền đường theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

  • Mô hình truyền tải trọng và cố kết đất: Phân tích cơ chế truyền lực qua các lớp đất yếu và vật liệu gia cố như giếng cát, bấc thấm, lưới địa kỹ thuật, móng cọc, và phương pháp Top-base nhằm tăng cường khả năng chịu tải và giảm lún.

Các khái niệm chính bao gồm: đất yếu, cố kết đất, tải trọng thiết kế, hệ số ổn định, độ lún cho phép, vật liệu gia cố địa kỹ thuật, và phương pháp xử lý nền đất yếu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp với phân tích số liệu thực tế từ dự án mở rộng QL1 tại tỉnh Khánh Hòa. Cỡ mẫu khảo sát gồm các điểm khoan địa chất tại hai đoạn Km1431+400 - Km1431+440 và Km1431+485 - Km1431+515, với các chỉ tiêu cơ lý được xác định qua thí nghiệm phòng và khảo sát hiện trường.

Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu đại diện các lớp đất yếu đặc trưng, bao gồm sét rất dẻo, cát cấp phối kém, bùn sét hữu cơ, và đất phù sa. Phân tích số liệu sử dụng phần mềm địa kỹ thuật chuyên dụng như Geo-Slope, Plaxis để mô phỏng ổn định nền và dự báo lún.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2016, bao gồm khảo sát địa chất, tổng hợp số liệu, phân tích, tính toán và đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện thực tế của dự án.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất phức tạp với nhiều lớp đất yếu: Các lớp đất chính gồm sét rất dẻo (độ dẻo PI khoảng 21,19%), bùn sét hữu cơ, cát cấp phối kém với sức chịu tải quy ước chỉ từ 0,9 đến 1,6 kG/cm². Độ dày lớp đất yếu biến thiên từ 0,3 đến hơn 1 m, gây ảnh hưởng lớn đến ổn định và lún nền.

  2. Hệ số ổn định nền đất yếu thấp khi đắp trực tiếp: Kiểm toán ổn định trượt cho thấy hệ số ổn định Kmin chỉ đạt khoảng 1,0 - 1,2, gần mức giới hạn an toàn, đặc biệt khi chiều cao đắp vượt quá 3-4 m. Điều này đòi hỏi phải áp dụng các biện pháp gia cố để đảm bảo an toàn thi công.

  3. Hiệu quả của các giải pháp xử lý nền đất yếu: Phương pháp sử dụng giếng cát và bấc thấm giúp tăng tốc độ cố kết, giảm thời gian lún từ nhiều tháng xuống còn vài tuần, đồng thời tăng hệ số ổn định lên trên 1,3. Giải pháp kết hợp lưới địa kỹ thuật với hệ móng cọc giảm độ lún tổng thể và lệch lún, chi phí thấp hơn so với sàn bê tông cốt thép truyền thống.

  4. Phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ: Giảm độ lún tổng thể từ 50% đến 200% so với nền đất ban đầu, rút ngắn thời gian thi công móng xuống còn một nửa và giảm chi phí 30-40%. Tuy nhiên, phương pháp này phù hợp với lớp đất yếu bề mặt, chưa cải thiện đất sâu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của nền đất yếu là do thành phần đất phù sa, bùn sét hữu cơ và địa hình đồng bằng ven biển bị chia cắt bởi các dãy núi thấp. Đặc tính cơ lý của đất như hàm lượng hạt cát thấp (dưới 30%), chỉ số dẻo cao (PI trên 20%), và sức chịu tải thấp làm nền đất dễ bị biến dạng và lún lớn khi chịu tải trọng đắp.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với các báo cáo về xử lý nền đất yếu tại các vùng đồng bằng ven biển Việt Nam, nơi mà các giải pháp thoát nước thẳng đứng và gia cố bằng cọc xi măng được đánh giá cao về hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.

Việc áp dụng đồng bộ các giải pháp như đắp nền theo từng giai đoạn, gia tải tạm thời, sử dụng bệ phản áp, kết hợp lưới địa kỹ thuật và móng cọc giúp kiểm soát tốt độ lún và ổn định nền, đồng thời giảm thiểu rủi ro trượt nền trong quá trình thi công.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh hệ số ổn định và độ lún giữa các phương án xử lý, bảng tổng hợp chi phí và thời gian thi công, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả từng giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng giải pháp giếng cát kết hợp gia tải trước: Tăng tốc độ cố kết nền đất yếu, giảm thời gian thi công xuống còn khoảng 6 tháng, phù hợp với các đoạn có lớp đất bùn sét dày trên 4 m. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế.

  2. Sử dụng bấc thấm thoát nước thẳng đứng: Đối với các khu vực đất yếu có bề dày dưới 15 m, giúp tăng cường thoát nước, giảm lún và tăng độ ổn định nền. Thời gian áp dụng trong giai đoạn chuẩn bị mặt bằng. Chủ thể thực hiện: đơn vị thi công và giám sát kỹ thuật.

  3. Kết hợp lưới địa kỹ thuật với hệ móng cọc xi măng: Giảm lệch lún và tăng khả năng chịu tải, chi phí thấp hơn so với sàn bê tông cốt thép. Thời gian thi công nhanh, phù hợp với các đoạn nền có tải trọng lớn. Chủ thể thực hiện: nhà thầu xây dựng và tư vấn giám sát.

  4. Áp dụng phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ: Giảm độ lún tổng thể và tăng khả năng chịu lực cho nền đất bề mặt, rút ngắn thời gian thi công móng xuống còn một nửa. Khuyến nghị áp dụng cho các đoạn nền có lớp đất yếu mỏng và hạn chế về mặt bằng thi công. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và chủ đầu tư.

  5. Theo dõi và quan trắc lún nền thường xuyên: Đảm bảo tốc độ lún không vượt quá 10 mm/ngày và di động ngang không quá 5 mm/ngày trong quá trình thi công và khai thác. Chủ thể thực hiện: đơn vị giám sát và quản lý dự án.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ đầu tư các dự án giao thông: Nắm bắt các giải pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả, giúp tối ưu chi phí và tiến độ thi công, đảm bảo an toàn công trình.

  2. Đơn vị tư vấn thiết kế và thi công: Áp dụng các phương pháp tính toán, mô hình và giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp, nâng cao chất lượng thiết kế và thi công.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng cầu đường, địa kỹ thuật: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực tiễn để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng và giao thông: Sử dụng làm tài liệu tham khảo trong việc ban hành tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật và giám sát các dự án xây dựng trên nền đất yếu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải xử lý nền đất yếu khi mở rộng quốc lộ?
    Nền đất yếu có sức chịu tải thấp, dễ bị lún và trượt, gây nguy hiểm cho công trình. Xử lý nền giúp tăng độ ổn định, kiểm soát lún, đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình.

  2. Giếng cát và bấc thấm khác nhau như thế nào?
    Giếng cát là cột cát đặt thẳng đứng giúp thoát nước nhanh, phù hợp với đất bùn dày. Bấc thấm là vật liệu địa kỹ thuật dạng băng hoặc ống giúp thoát nước thẳng đứng, hiệu quả với đất yếu có bề dày nhỏ hơn 15 m.

  3. Phương pháp Top-base có ưu điểm gì?
    Top-base giảm độ lún tổng thể từ 50% đến 200%, rút ngắn thời gian thi công móng còn một nửa, giảm chi phí 30-40%, thi công thuận tiện và thân thiện môi trường.

  4. Lưới địa kỹ thuật kết hợp móng cọc có hiệu quả ra sao?
    Giải pháp này tăng khả năng chịu tải, giảm lệch lún, chi phí thấp hơn sàn bê tông cốt thép, thích hợp cho nền đất yếu có tải trọng lớn và yêu cầu kiểm soát lún nghiêm ngặt.

  5. Làm thế nào để kiểm soát độ lún trong quá trình thi công?
    Cần quan trắc lún thẳng đứng và di động ngang thường xuyên, đảm bảo tốc độ lún không vượt quá 10 mm/ngày và di động ngang không quá 5 mm/ngày, điều chỉnh tiến độ thi công và biện pháp xử lý kịp thời.

Kết luận

  • Đặc điểm địa chất phức tạp với nhiều lớp đất yếu tại đoạn mở rộng QL1 Km1431+400 - Km1431+440 & Km1431+485 - Km1431+515, Khánh Hòa, đòi hỏi giải pháp xử lý nền chuyên biệt.
  • Các giải pháp giếng cát, bấc thấm, lưới địa kỹ thuật kết hợp móng cọc và phương pháp Top-base được đánh giá cao về hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.
  • Việc áp dụng đồng bộ các biện pháp giúp kiểm soát độ lún, tăng độ ổn định, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư.
  • Luận văn cung cấp bảng tra cứu hệ số ổn định, độ lún dự báo và các phương án xử lý phù hợp, hỗ trợ chủ đầu tư và đơn vị thiết kế trong quá trình lập dự án.
  • Khuyến nghị tiếp tục theo dõi, quan trắc và hoàn thiện công nghệ xử lý nền đất yếu cho các dự án giao thông tương tự trong tương lai.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất trong giai đoạn thi công, đồng thời cập nhật dữ liệu quan trắc để điều chỉnh kịp thời, đảm bảo chất lượng và tiến độ dự án mở rộng quốc lộ 1 tại tỉnh Khánh Hòa.