CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 1. Tổng quan về đất yếu 1. Khái niệm về đất yếu Đất mềm yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm2), tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), môđun biến dạng thấp (thường thì Eo < 50 daN/cm2) lực chống cắt nhỏ,. Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được[7].
Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vùng vịnh hoặc biển. Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, nước, lũ bùn đá, do con người gây ra. Nguồn gốc vũng, vịnh có thể ở cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển. Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu vực nước nông (không quá 200m), khu vực thềm lục địa (200 - 3000m) hoặc khu vực biển sâu (trên 3000m).
Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện vật lý và khí hậu,. mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, các hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa,. Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước. Loại đất này có những tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có các tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếu nói chung.
Nguồn gốc địa chất của đất sét yếu thuộc đời cận đại, vì chúng mới hình thành vào khoảng 20. Các hạt tạo thành đất sét được phong hóa từ đá mẹ, có tính chất thay đổi theo tính chất của đá mẹ, điều kiện khí hậu, sự vận chuyển và trầm lắng. Sau sự vận chuyển của sông ngòi, việc hình thành các hạt sét chỉ có thể xảy ra trong các môi trường trầm tích yên tĩnh. Tùy theo môi trường trầm tích khác nhau mà có thể có các loại đất sét khác nhau.
Đất sét biển 5 Các thành tạo sét này thường hình thành trong thời kỳ từ 12.000 năm trước Công nguyên với tốc độ trầm tích cao.1 giới thiệu tốc độ trầm tích của một số thành tạo sét ở các bờ biển một số nước vùng Đông Nam Á Bảng 1. Tốc độ trầm tích của một số thành tạo sét vùng Đông Nam Á [7] STT Bờ biển Tốc độ trầm tích (cm/1000 năm) 1 Bờ biển Chao Phraya (Thái Lan) 200 – 300 2 Bờ biển tây Malaixia 100 3 Bờ biển bắc Bornéo 90 4 Bờ biển Indônêxia 120 – 300 1. Đất sét châu thổ Châu thổ (tam giác châu) các sông lớn là môi trường trầm tích rất hoạt động, đồng bộ và đã hình thành nhiều lớp đất sét lớn. Tổng hợp các quá trình vận chuyển phù sa trong các điều kiện địa hình khác nhau với sự giao lưu của nước sông và nước biển có thể dẫn đến một tỷ lệ bồi lắng rất cao.
Ở châu thổ sông Chao Phraya (Thái Lan), tỷ lệ này đạt đến 2,5 – 3,0 cm/năm [7]. Sự phân bố và tính chất của các vùng đất yếu ở Việt Nam Cũng như ở khu vực Đông Nam Á, các vùng đất mềm yếu ở Việt Nam chủ yếu là những tầng trầm tích mới được thành tạo trong kỷ Đệ tứ. Theo kết quả nghiên cứu địa chất và địa lý, tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp các miền đồng bằng, trong đó hai đồng bằng lớn nhất là đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ. Căn cứ vào nguồn gốc và điều kiện hình thành các đồng bằng, đồng thời dựa vào tài liệu thăm dò địa chất công trình, sơ bộ có thể nhận xét về đặc điểm chung của các tầng đất mềm yếu ở Việt Nam như sau: 1.
Đồng bằng Bắc bộ Chủ yếu là loại trầm tích tam giác châu cũ và tam giác châu mới của hai sông lớn là sông Hồng, sông Thái Bình và các chi lưu của chúng. Miền đồng bằng này có diện tích rất rộng (khoảng 15.000km2) và ít đồi núi sét. Vùng phù sa sông Hồng chiếm diện tích rộng nhất trong miền này. Theo tài liệu địa chất kiến tạo Việt Nam, 6 đồng bằng Bắc Bộ được hình thành trên một miền rộng lớn, đầu tiên chịu chế độ biển, rồi đến chế độ vùng hồ và trên đó là trầm tích kỷ Đệ tứ.
Xét về mặt địa hình, địa mạo thì đây là miền đồng bằng thuộc loại hình bồi tụ. Do các điều kiện địa chất, địa hình như vậy nên chiều dày tầng trầm tích kỷ Đệ tứ này rất dày, từ vài mét đến hơn 100m. Đồng bằng Thanh – Nghệ Tĩnh Có những khu vực bồi tụ, mài mòn xen kẽ nhau. So với đồng bằng Bắc bộ, tầng trầm tích kỷ Đệ tứ ở đây không dày lắm.
Các trầm tích ở đây cũng rất đa dạng, có trầm tích bồi tụ tam giác châu, có loại trầm tích bồi tụ ven biển. Đồng bằng ven biển Trung Bộ Là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình. Trầm tích kỷ Đệ tứ ở đây thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thường là loại phù sa bồi tích. Vùng duyên hải thuộc loại trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần: bồi tích trong điều kiện lắng đọng tĩnh.
Đồng bằng Nam bộ Có thể chia thành ba khu vực dựa vào chiều dày lớp đất yếu: a/ Khu vực có lớp đất yếu dày 1 – 30m, bao gồm các vùng ven thành phố Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây Đồng Tháp Mười, quanh vùng Bảy Núi cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, đông bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa. b/ Khu vực có lớp đất đá yếu dày từ 5 – 30m phân bố kế cận khu vực (a) và chiếm đại bộ phận đồng bằng và khu trung tâm Đồng Tháp Mười. c/ Khu vực có lớp đất yếu dày 15 – 300m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre tới vùng duyên hải các tỉnh Minh Hải (bây giờ là tỉnh Bạc Liêu và tỉnh Cà Mau), Tiền Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng. Nguồn gốc của các tầng đất yếu là loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi, tam giác châu), trầm tích bờ, vũng vịnh và đều thuộc vào trầm tích kỷ Đệ tứ.
Các dạng trầm tích thường gặp là loại bùn, đất dính có trạng thái từ dẻo mềm đến chảy và cát nhỏ bão hòa. Ngoài ra còn gặp các loại đất lầy, đất mặn sú vẹt ở ven 7 biển, than bùn ở miền rừng ngập mặn. Về đặc điểm cấu tạo thì các thành tạo đất yếu thường gồm nhiều lớp đất và không đồng nhất. Ở miền đồng bằng, cấu tạo của các thành tạo đất yếu khá phức tạp.
Các lớp đất yếu thường nằm xen kẽ nhau, hoặc xen kẽ giữa các lớp có khả năng chịu lực tốt hơn. Số lượng các lớp đất yếu ít nhất là ba lớp, chiều dày rất lớn, tới 40m hoặc lớn hơn. Ở các vùng đồng bằng ven biển và các vùng đồng bằng có nhiều đồi núi sót thì cấu tạo các thành tạo đất yếu đơn giản hơn, số lượng các lớp đất yếu thường không quá ba lớp. Các loại đất yếu thường gặp và đặc điểm của chúng Nói chung các loại đất yếu thường có những đặc điểm sau đây: - Thường là đất sét có lẫn hữu cơ (nhiều hoặc ít).
- Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ. - Độ thấm nước rất nhỏ. - Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn. Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn và than bùn.
Ngoài ra ở một số vùng còn gặp loại đất có ít nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất bazan ở Tây Nguyên và thỉnh thoảng còn gặp các loại cát chảy là những loại đất yếu có những đặc điểm riêng biệt. Đất sét mềm Theo quan điểm địa kỹ thuật thì không có sự phân biệt rõ ràng giữa đất sét mềm và bùn. Tuy nhiên ở đây ta hiểu đất sét mềm là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bão hòa nước và có cường độ cao so với bùn. Đất sét mềm có những đặc điểm riêng biệt nhưng cũng có nhiều tính chất chung của các đất đá thuộc loại sét, đó là sản phẩm của giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét.
Đất sét gồm chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, felspar (phần phân tán thô) và các khoáng vật sét (phần phân tán mịn). Các khoáng vật sét này là các silicate alumin có thể chứa các ion Mg2+, K+, Ca, và Fe. chia thành ba loại chính là ilite, kaolinite và montmorlonite. Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó.
8 Ilite là một khoáng vật đại biểu của nhóm hydromica. Hydromica được thành tạo chủ yếu là ở môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung bình và axit yếu, luôn chứa khá nhiều kali trong dung dịch. Về cấu tạo mạng tinh thể, ilite chiếm vị trí trung gian giữa kaolinite và montmorilonite. Kaolinite được thành tạo do phong hóa đá magma, đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện khí hậu ẩm khác nhau.
Đặc điểm của mạng tinh thể kaolinite là tương đối bền, ổn định. Montmorilonite phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm, cấu tạo mạng tinh thể gần giống như kaolinit nhưng kém bền vững, nước dễ xuyên vào gây trương nở mạnh. Montmorilonite được thành tạo chủ yếu trong quá trình phong hóa đất magma trong điều kiện môi trường kiềm (pH= 7 – 8,5), khí hậu khô, ôn hòa và ẩm. Montmorilonite cũng có thể phát sinh ở biển trong điều kiện môi trường kiềm.
Các khoáng vật sét là dấu hiệu biểu thị các điều kiện môi trường mà nó thành tạo và có ảnh hưởng quyết định đến các tính chất cơ – lý của đất sét. Vì vậy, khi đánh giá đất sét về mặt địa chất công trình cần nghiên cứu thành phần khoáng vật sét (phần phân tán mịn) của nó. Trong trường hợp chung, đất sét là một hệ phân tán ba pha (hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi), tuy nhiên do đất sét yếu thường bão hòa nước nên nó xem là một hệ hai pha cốt đất và nước lỗ rỗng. Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét mang những tính chất mà những loại đất khác không có: Tính dẻo và sự tồn tại của gradient ban đầu, khả năng hấp thụ, tính chất lưu biến,.
từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về cường độ, tính biến dạng. Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét mềm là tính dẻo.