CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI ĐƯỜNG ĐẮP 1. Khái niệm về đất yếu - Đất yếu là những đất có khả năng chịu lực thấp (0.0kG/cm2), hầu như hoàn toàn bão hào nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε >1) và hệ số nén lún lớn. Môđun tổng biến dạng bé( E0 < 50kG/cm2), trị số sức chống cắt không đáng kể. Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu sẽ rất khó hoăc không thể thực hiện được.
- Đất yếu là các vật liệu mới hình thành( từ 10000 đến 15000 năm tuổi) 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 rất nhiều hữu cơ và bùn. - Tất cả các loại đất này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo các điều kiện thủy lực tương ứng: Bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao hồ,. Trong các loại này đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển( đầm phá, tam giác châu, cửa song.) 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 sống rỗng lớn( đất sét mềm ε ≥ 1.5, đất á sét bụi ε ≥ 1), lực dính không thoát nước Cu ≤ 0.15 daN/cm2 , góc nội ma sát φu=0 , độ sệt IL>0.
- Loại có nguồn gốc hữu cơ ( than bùn và đất hữu cơ) thường 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 hủy tạo ra các loại 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%. - 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 5 cm2/daN, vì thế phải thì nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40-50cm. - Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng: 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.
- Bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn( <200µm) với tỉ lệ phần trăm các hạt <2µm cao,bản chất khoáng vật thay đổi va thường có kế cấu tổ ong. Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10%. - 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 chiệu sự ảnh hưởng của thủy triều. Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực.
Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5daN/cm2 với bùn sét từ 10- 25daN/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, dể 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 bằng lớp đất tốt. Các giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường đắp ở thế giới và việt nam hiện nay 1.
Đắp bệ phản áp - Phạm vi áp dụng: dùng khi đắp nền đường trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức ổn định chống trượt trồi cho nền đường để đạt được các yêu cầu ổn định cả trong quá trình đắp và quá trình đưa vào khai thác lâu dài. Thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ và phạm vi đắp không bị hạn chế. Bệ phản áp có vai trò như một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nền đường với các chiều cao lớn hơn, do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn hơn. Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chống thấm 6 nước,.
So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất đắp bằng nhau sẽ có lợi hơn do giảm được mômen của các lực trượt nhờ tập trung tải trọng ở chân taluy. 1: Giải pháp sử dụng bệ phản áp Chiều cao bệ phản áp phải nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao đắp trực tiếp giới hạn Hgh và từ 1/3 ÷ 1/2 chiều cao nền đắp chính. Để tiết kiệm đất, chiều rộng bệ phản áp L có thể rút xuống bằng (2/3 ÷3/4) chiều dài chồi đất ứng với cung trượt nguy hiểm nhất (theo kinh nghiệm của một số nước chiều rộng L không cần phải chùm kín hết chiều dài chồi đất này). - Ưu điểm: Thi công nhanh, đơn giản.
- Nhược điểm: Không giảm được thời gian lún cố kết và không những không giảm được độ lún mà còn tăng thêm độ lún, khối lượng đắp lớn và diện tích chiếm ruộng đất lớn, giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn và bùn sét. Gia tải trước Phương pháp gồm có việc đặt một gia tải ( thường là 2m-3m nền đắp bổ sung) trong vài tháng rồi sẽ lấy đi ở thời điểm t mà ở đó nền đường sẽ đạt được độ lún cuối cùng dự kiến như trường hợp với nền đắp không gia tải. Nói cách khác đây là phương pháp cho phép đạt được một độ cố kết yêu cầu trong 7 một thời gian ngắn. Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp rất kinh tế để xử lý nền đất yếu.
Đây là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần phải khảo sát đất nền một cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng Để có hiệu quả thì theo kinh nghiệm các nước, chiều cao đắp thêm không được nhỏ quá (thường từ 2 ÷ 3m) và thời gian duy trì tải trọng đắp thêm này ít nhất là 6 tháng.
Phần đắp gia tải trước không cần đầm nén và có thể dùng cả đất xấu lẫn hữu cơ. Gia tải phải phù hợp với điều kiện ổn định của nền đắp. Phương pháp này chỉ nên dùng khi chiều cao tới hạn cao hơn nhiều so với chiều cao thiết kế. 2: Giải pháp gia tải trước nền đường đắp cao 1.
Đắp trực tiếp trên đất yếu Trong mọi trường hợp đắp trực tiếp trên đất yếu đều nên có tầng đệm cát dày tổi thiểu 50cm và rộng thêm so với chân ta luy nền đắp mỗi bên 0.5- 1m Phạm vi áp dụng: - Trên vùng đất yếu có lớp đất không thuộc loại đất yếu (thực tế gọi là 8 lớp vỏ bề mặt). Nếu lớp vỏ đất yếu này dày 1~2m thì chiều cao nền đắp trực tiếp có thể lên tới 2~3m, nếu lớp vỏ này dày trên 2m thì chiều cao đất đắp trực tiếp có thể tới 3~4m. - Trên vùng bùn cát, bùn cát mịn ( loại này thường có hệ số cố kết lớn nên lún nhanh). - Trên vùng than bùn hoặc đất yếu dẻo mềm có bề dày than bùn dưới 1~2m.
- Ngoài ra, đối với các trường hợp nền đắp được dự báo lún ít và lún nhanh nhưng nếu đắp ngay đến đủ cao độ thế kế sẽ không đảm bảo ổn định thì vẫn có thể áp dụng giải pháp đắp trực tiếp kèm với biện pháp khống chế tốc độ đắp (đắp từng đợt, giữa các đợt đắp có thời gian chờ cố kết) để đảm bảo yêu cầu ổn định chỉ trừ khi việc khống chế tốc độ đắp dẫn tới quá kéo dài thời gian, không đảm bảo về yêu cầu tiến độ thi công đối với toàn bộ công trình đường thì mới cần nghĩ đến các giải pháp xử lý khác Hình 1. 3: Giải pháp gia tải nền đường đắp nhiều giai đoạn - Khi thực hiện công nghệ đắp cần đảm bảo các được điều kiên sau: + Đắp bờ, hút khô nước trên bề mặt đất yếu; + Vật liệu đắp phải là loại ổn định nước tốt như cát các loại, cấp phối sỏi cuội; 9 + Phần được đắp chỉ là phần nằm dưới mặt đất yếu tự nhiên và việc lu lèn vẫn phải thực hiện từ nhẹ đến nặng cho đến khi vật liệu đắp không tiếp tục lún vào đất yếu nữa, tức là đến khi tạo được mặt bằng thi công vững chắc trên đất yếu, đảm bảo được yêu cầu đầm nén quy định. Đắp bằng vật liệu nhẹ Sử dụng các vật liệu đắp có trọng lượng thể tích nhỏ thì có thể loại trừ được các yếu tố bất lợi ảnh hưởng đến sự ổn định của nền đắp cũng như giảm nhỏ độ lún. Các yêu cầu đối với vật liệu nhẹ dùng đắp nền đường như sau: + Dung trọng nhỏ; + Có cường độ cơ học nhất định; + Không ăn mòn bê tông và thép; + Có khả năng chịu nén tốt nhưng độ nén lún nhỏ; + Không gây ô nhiễm môi trường.
Bê tông xenlulô và polystyren nở là những loại vật liệu nhẹ dùng để đắp nền đường được sử dụng nhiều ở Na Uy, Canada, Thụy sỹ, Mỹ, còn ở Trung Quốc còn dùng nền đắp bằng tro bay, hoăc còn sử dụng các ổng kim loại hoặc chất dẻo trong thân nền đường để giảm tải trọng tác dụng lên lớp đất yếu dưới nền đắp. Hiện nay ở nước ta thường dùng: - Tro bay của nhà máy nhiệt điện để đắp nền trên đất yếu. Để dễ đầm nén nên dùng loại tro bay cở hạt từ 0.001 ÷2mm, trong đó lượng hạt < 0.074mm nên chiếm dưới 45% và phải có lượng tổn thất khi nung là dưới 12%, loại này thường có dung trọng khô là 0.2T/m3 ); lực dính và góc nội ma sát theo kết quả cắt phẳng tương ứng độ chặt 95% ở trạng thái bảo hòa là C = 6 ÷ 20kPa và φ = 14 ÷ 330. Trị số mô đun đàn hồi có thể lấy từ 25 ÷ 30 Mpa.
Với tro bay có thể xây dựng theo 2 cách: + Đắp nền toàn bằng tro bay và dùng loại đất có chỉ số dẻo ≥6, bọc cả phần đáy nền và cả 2 bên taluy như kiểu đắp cát.