Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Long An, nằm trong vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và thuộc Vùng phát triển kinh tế trọng điểm phía Nam, có vị trí địa lý đặc biệt với diện tích tự nhiên khoảng 4.491 km². Hệ thống giao thông đường bộ của tỉnh đã phát triển với tổng chiều dài đường bộ đạt gần 1.700 km, trong đó đường nhựa chiếm gần 28%. Mật độ đường bộ theo diện tích và dân số đều tăng qua các năm, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, nhiều tuyến đường tại Long An, đặc biệt là khu vực huyện Cần Giuộc, nằm trên nền đất yếu với lớp bùn sét có chiều dày trung bình từ 5 đến 20 m, thậm chí lên đến 25 m, gây ra nhiều khó khăn trong xây dựng và khai thác công trình giao thông.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào giải pháp xử lý nền đất yếu cho đường đầu cầu Rạch Dừa trên tuyến Tân Tập – Long Hậu, huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An nhằm đảm bảo độ ổn định, giảm lún và tăng tuổi thọ công trình. Mục tiêu cụ thể là đề xuất các biện pháp kỹ thuật phù hợp với đặc điểm địa chất khu vực, đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong thi công và khai thác. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát đặc điểm địa chất, tính toán thiết kế và thi công nền đường trên đất yếu tại khu vực nghiên cứu trong giai đoạn từ năm 2018 đến 2020.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các cơ quan quản lý, đơn vị thiết kế và thi công trong việc lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền vững của công trình giao thông tại vùng ĐBSCL nói chung và tỉnh Long An nói riêng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

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

  • Lý thuyết cơ học đất yếu: Định nghĩa đất yếu theo tiêu chuẩn TCXDVN 262-2000 và TCXDVN 245-2000, với các chỉ tiêu cơ lý như sức kháng cắt không thoát nước (Su ≤ 25 kPa), hệ số rỗng lớn (e > 1), độ nén lún cao, và tính thấm thấp. Các loại đất yếu phổ biến gồm đất sét mềm, bùn, than bùn, cát chảy và đất bazan.

  • Mô hình xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm (PVD): Sử dụng các bấc thấm tổng hợp để tạo đường thoát nước thẳng đứng, tăng tốc độ cố kết đất, giảm thời gian lún và tăng cường độ đất nền.

  • Mô hình gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật: Tăng cường ổn định nền đường bằng cách bố trí vải địa kỹ thuật làm lớp cốt chịu kéo, ngăn cách các lớp đất và chống trượt nền đắp.

Các khái niệm chính bao gồm: độ lún cố kết, sức chịu tải của nền đất, phương pháp gia tải tạm thời, biện pháp thay đất, và các phương pháp gia cố cơ học, vật lý, hóa học và thủy lực.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, kết hợp giữa lý thuyết, phân tích số liệu thực tế và tính toán kỹ thuật. Cụ thể:

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu địa chất khảo sát thực tế tại khu vực đầu cầu Rạch Dừa, các báo cáo kỹ thuật dự án đường Tân Tập – Long Hậu, số liệu quan trắc lún nền đường, và tài liệu tham khảo từ các công trình xử lý nền đất yếu trong nước và quốc tế.

  • Phương pháp phân tích: Tính toán ổn định nền đường và lún nền đất yếu bằng phần mềm chuyên dụng theo quy trình thiết kế hiện hành, so sánh hiệu quả các giải pháp xử lý như bấc thấm, giếng cát, cọc đất xi măng, vải địa kỹ thuật và sàn giảm tải.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu địa chất được thu thập từ nhiều điểm khoan khảo sát với chiều sâu từ 10 đến 30 m, đại diện cho đặc điểm địa chất phức tạp của khu vực. Các phương pháp xử lý được đánh giá dựa trên kết quả thực tế thi công và quan trắc tại các dự án tương tự.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2018 đến 2020, bao gồm khảo sát hiện trường, phân tích số liệu, tính toán thiết kế và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất nền đất yếu tại khu vực nghiên cứu: Lớp đất yếu chủ yếu là bùn sét hữu cơ với chiều dày từ 5 đến 25 m, có sức chịu tải thấp (Su ≤ 15 kPa), độ ẩm cao (50-80%), hệ số rỗng lớn (e > 1,2), và mô đun biến dạng thấp (E < 10 kG/cm²). Đây là điều kiện địa chất đặc thù gây khó khăn cho việc xây dựng nền đường ổn định.

  2. Hiệu quả của phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải tạm thời: Qua phân tích số liệu quan trắc tại các dự án tương tự, phương pháp này giúp giảm thời gian cố kết từ khoảng 2 năm xuống còn 6-9 tháng, giảm độ lún tổng cộng khoảng 30-40% so với nền đất chưa xử lý. Tuy nhiên, nếu không kiểm soát tốc độ gia tải và chiều dày lớp đệm cát, có thể xảy ra hiện tượng trượt nền như tại dự án cầu Hoàng Long.

  3. Ứng dụng vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đường: Việc sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp cốt chịu kéo tại đáy nền đắp giúp tăng độ ổn định, giảm nguy cơ trượt nền và phân bố lún đều hơn. Tại các dự án như đường cao tốc TP. Hồ Chí Minh – Trung Lương, vải địa kỹ thuật đã góp phần giảm lún không đều và tăng tuổi thọ công trình.

  4. Hiệu quả của cọc đất gia cố xi măng/vôi: Phương pháp trộn sâu tạo cọc đất gia cố xi măng hoặc vôi giúp tăng sức chịu tải nền đất yếu lên gấp 2-3 lần, giảm độ lún còn lại xuống dưới 5 cm sau 1 năm khai thác, đồng thời rút ngắn thời gian thi công so với phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cao và yêu cầu thiết bị chuyên dụng là hạn chế cần cân nhắc.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cần dựa trên đặc điểm địa chất cụ thể và yêu cầu kỹ thuật của công trình. Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải tạm thời phù hợp với các khu vực có lớp đất yếu dày từ 5-15 m, giúp tăng tốc độ cố kết và giảm lún hiệu quả. Tuy nhiên, cần kiểm soát chặt chẽ quá trình thi công để tránh hiện tượng mất ổn định nền.

Vải địa kỹ thuật là giải pháp bổ trợ quan trọng, tăng cường ổn định nền đắp, đặc biệt hiệu quả trong các vùng có nguy cơ trượt nền cao. Cọc đất gia cố xi măng/vôi thích hợp cho các vị trí có lớp đất yếu dày và yêu cầu độ lún rất thấp như đầu cầu, cống lớn, tuy nhiên chi phí và thiết bị thi công cần được cân nhắc kỹ.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, các giải pháp đề xuất phù hợp với điều kiện địa chất ĐBSCL và có thể áp dụng rộng rãi cho các công trình giao thông trên nền đất yếu tương tự. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ diễn biến lún theo thời gian và bảng so sánh hiệu quả các phương pháp xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải tạm thời cho nền đất yếu có chiều dày từ 5 đến 15 m nhằm tăng tốc độ cố kết, giảm thời gian thi công và lún nền. Chủ thể thực hiện là các nhà thầu xây dựng, thời gian áp dụng trong giai đoạn thi công nền đường.

  2. Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp cốt gia cố nền đắp tại các vị trí có nguy cơ trượt nền cao, đặc biệt ở đầu cầu và các đoạn đường đắp cao. Chủ thể thực hiện là đơn vị thiết kế và thi công, áp dụng trong giai đoạn thi công nền đắp.

  3. Triển khai công nghệ cọc đất gia cố xi măng/vôi cho các vị trí đặc biệt như đầu cầu, cống lớn, nơi yêu cầu độ lún rất thấp và độ ổn định cao. Chủ thể thực hiện là các nhà thầu có thiết bị chuyên dụng, áp dụng trong giai đoạn thi công móng.

  4. Tăng cường công tác quan trắc và kiểm soát thi công trong suốt quá trình xử lý nền đất yếu để phát hiện sớm các hiện tượng mất ổn định, điều chỉnh kịp thời biện pháp thi công. Chủ thể thực hiện là chủ đầu tư và tư vấn giám sát, thực hiện liên tục trong toàn bộ quá trình thi công.

  5. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật về các công nghệ xử lý nền đất yếu hiện đại nhằm đảm bảo chất lượng thi công và vận hành công trình bền vững. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý và trường đại học, triển khai trong giai đoạn chuẩn bị và thực hiện dự án.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ quan quản lý nhà nước về giao thông vận tải và xây dựng: Hỗ trợ trong việc ban hành chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn áp dụng các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện địa phương.

  2. Đơn vị thiết kế và tư vấn xây dựng công trình giao thông: Cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu tối ưu, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho dự án.

  3. Nhà thầu thi công công trình giao thông: Giúp hiểu rõ đặc điểm địa chất và các phương pháp xử lý nền đất yếu, từ đó áp dụng đúng kỹ thuật, kiểm soát chất lượng thi công và giảm thiểu rủi ro.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng cầu đường: Là tài liệu tham khảo quý giá để nghiên cứu chuyên sâu về xử lý nền đất yếu, phát triển công nghệ mới và nâng cao năng lực chuyên môn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải xử lý nền đất yếu trước khi xây dựng đường đầu cầu?
    Nền đất yếu có sức chịu tải thấp, dễ bị lún và mất ổn định, gây nguy cơ hư hỏng công trình. Xử lý nền giúp tăng cường độ đất, giảm lún và đảm bảo an toàn, tuổi thọ công trình.

  2. Phương pháp bấc thấm có ưu điểm gì so với giếng cát?
    Bấc thấm thi công nhanh, chi phí thấp hơn, phù hợp với đất yếu dày và sâu. Tuy nhiên, giếng cát có khả năng thoát nước và gia cố đất tốt hơn, thích hợp với đất yếu có hàm lượng hữu cơ thấp.

  3. Vải địa kỹ thuật được sử dụng như thế nào trong xử lý nền đất yếu?
    Vải địa kỹ thuật được đặt tại đáy nền đắp để tăng cường ổn định, ngăn cách các lớp đất, chống trượt và phân bố lún đều, giúp nâng cao độ bền và tuổi thọ nền đường.

  4. Cọc đất gia cố xi măng/vôi có thể áp dụng cho loại đất yếu nào?
    Phương pháp này phù hợp với đất yếu dày, có hàm lượng hữu cơ thấp đến trung bình, cần tăng sức chịu tải và giảm lún còn lại, đặc biệt tại các vị trí đầu cầu và cống lớn.

  5. Làm thế nào để kiểm soát hiệu quả quá trình thi công xử lý nền đất yếu?
    Cần thực hiện quan trắc lún, dịch chuyển nền thường xuyên, kiểm tra chất lượng vật liệu và thi công theo đúng thiết kế, đồng thời điều chỉnh biện pháp thi công khi phát hiện bất thường.

Kết luận

  • Đặc điểm địa chất khu vực đầu cầu Rạch Dừa, huyện Cần Giuộc là nền đất yếu với lớp bùn sét dày 5-25 m, có sức chịu tải thấp và độ lún cao.
  • Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải tạm thời và sử dụng vải địa kỹ thuật là giải pháp hiệu quả, giảm thời gian cố kết và tăng độ ổn định nền đường.
  • Công nghệ cọc đất gia cố xi măng/vôi phù hợp cho các vị trí yêu cầu độ lún thấp và độ ổn định cao, tuy chi phí đầu tư cao hơn.
  • Cần tăng cường công tác quan trắc và kiểm soát thi công để đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình.
  • Đề xuất áp dụng các giải pháp này trong giai đoạn thi công từ 2021-2023 nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ công trình giao thông tại Long An.

Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng cho các bên liên quan trong lĩnh vực xây dựng giao thông trên nền đất yếu, góp phần phát triển hạ tầng bền vững tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long.