CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1. Tổng quan về đất yếu Đất yếu là một khái niệm hiện nay chưa có định nghĩa chính xác. Nền đất yếu có thể xem là là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng lớn, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng. Do trong mối quan hệ tương tác giữa nền đất và công trình thì tuỳ thuộc vào quy mô của công trình và tải trọng khác nhau, nền đất sẽ ứng xử khác nhau.
Vì vậy, có khi nền đất được gọi là yếu đối với công trình này, nhưng lại không yếu đối với công trình khác. Theo các tiêu chuẩn của Việt Nam (TCVN, TCXD, TCN) thì “Đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có thể dùng làm nền móng công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo nhão. Những loại đất này thường có độ sệt lớn (IL>1), có hệ số rỗng lớn (e>1), có góc ma sát nhỏ (ϕ<10o), có lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C < 15Kpa, có lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường Cu < 35 Kpa, có sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0.1 MPa, có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5 (TCXD 245-2000)”.
Tuy nhiên, nhiều nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa theo sức kháng không thoát nước Su và trị số N của xuyên tiêu chuẩn SPT như sau: đất yếu có Su < 25 KPa hoặc N ≤ 4, đất rất yếu có Su < 12. Phân loại đất yếu theo nguyên nhân của việc hình thành nên nền đất yếu như sau: - Yếu vì kết cấu nền: Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đá tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ. Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài mỏ khai thác đá ở Việt Nam trong những năm gần đây có thể một phần là do yếu tố này.
Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, công trình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biến đổi đột ngột, một số nhà cao tầng ở Thành phố Hồ Chí Minh có thể vì lý do này mà lún sập. - Yếu do độ ẩm: Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết. Đây là các tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất. Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố.
Hiện tượng HVTH: Vương Hồng Sơn Trang 8 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Xuân Thọ này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển. - Yếu do đặc tính sinh hóa: Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố. Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi.
Đây là một vấn đề tương đối khó khăn đối với các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủy tinh… Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu. Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của người, tổ chức tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý. Đặc trưng về các công trình công nghiệp 1. Khái niệm về công trình công nghiệp Công trình công nghiệp là các công trình được xây dựng nhằm mục đích phục vụ việc sản xuất công nghiệp, tạo ra các sản phẩm cho nhu cầu sử dụng trong nước và xuất khẩu.
Các công trình công nghiệp thường được xây dựng ở những khu vực gần cảng, gần đường giao thông và vì thế thường đặt trên các nền đất yếu phải xử lý. Trong một công trình công nghiệp thông thưòng gồm các hạng mục: cụm công trình chính là các nhà xưởng phục vụ sản xuất, văn phòng điều hành sản xuất…; cụm công trình phụ trợ là nhà ăn công nhân, nhà trọ công nhân, khu sinh hoạt chung… và cụm công trình hạ tầng kỹ thuật như trạm xử lý nước thải – trạm điện – cấp thoát nước – đường giao thông – mảng xanh… Trong phạm vi của đề tài, chỉ đề cập đến các vấn đề của nhà xưởng công nghiệp. Kết cấu phổ biến của công trình nhà xưởng công nghiệp hiện nay là khung thép tiền chế được lắp dựng trên hệ móng bêtông, nền bêtông cốt thép đặt trực tiếp lên nền đất (slab on ground). Nền và móng hoàn toàn tách biệt, không liên kết chung với nhau.
Hệ bao che thường là mái tôn, tường tôn hoặc tường gạch. Tải trọng tác động Tải trọng tác động lên công trình được chia thành hai loại: Tải trọng thường xuyên và tạm thời. Tải trọng thường xuyên: Trọng lượng bản thân công trình, trọng lượng đất san lấp, các thiết bị - máy móc cố định đặt trên công trình (máy móc, cầu trục,…). HVTH: Vương Hồng Sơn Trang 9 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS.
Trần Xuân Thọ b. Tải trọng tạm thời: Tải trọng gây ra trong quá trình sản xuất – sử dụng, tải trọng gió, tải trọng nước mưa trên mái, tác động của cầu trục khi di chuyển, các tải trọng đặc biệt khác. Tải trọng tác động lên công trình được truyền xuống đất nền theo hai hướng: - Từ khung vì kèo thép, truyền xuống hệ móng dưới các chân cột. - Từ trên nền bêtông cốt thép đặt trực tiếp lên nền đất truyền xuống.
Đối với các công trình được xây dựng trên nền đất yếu, vấn đề quan tâm là nền bê tông cốt thép đặt trực tiếp trên nền đất. Với hệ móng đỡ các chân cột, có thể dùng phương án móng sâu (cọc bêtông cốt thép, cọc nhồi…) do tải tập trung trên một diện hẹp. Nhưng, với nền bêtông cốt thép trên nền đất thường với diện tích rộng và tải trọng đều khắp, việc sử dụng phương án móng sâu là không kinh tế. Để đảm bảo ổn định và bền vững, đã có các nghiên cứu và áp dụng thực tế các phương pháp xử lý nền đất trước khi thi công.
Vì vậy, việc lựa chọn và áp dụng phương pháp xử lý mang tính quyết định đến hiệu quả kinh tế cũng như đảm bảo yêu cầu kỹ thuật xây dựng công trình. Giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền công trình nhà công nghiệp Nội dung của các giải pháp xử lý nền đất yếu là tăng khả năng chịu tải của nền đất yếu, hạn chế biến dạng lớn gây nguy hại đến công trình ở giai đoạn sử dụng, từ đó tăng khả năng bền vững với thời gian của công trình. Cột vữa bêtông CMC Xử lý thấm đứng Thay thế vật liệu Phụt vữa bằng xung động Kho bãi Bể chứa Đường Xưởng Hình 1.1 – Các giải pháp xử lý nền tiêu biểu Các biện pháp xử lý nền đất yếu tiêu biểu đã được áp dụng ở Việt Nam bao gồm: 1. Gia tải trước kết hợp thoát nước đứng Nguyên lý của biện pháp gia tải trước là áp một tải trọng lên nền để gây cố kết trong nền đất trước khi đặt công trình bằng cách ép nước ra khỏi các lỗ rỗng HVTH: Vương Hồng Sơn Trang 10 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS.
Trần Xuân Thọ trong đất. Tuỳ theo yêu cầu của công trình mà ta xác định tải trọng cần gia tải, mức độ cố kết của nền trước khi đặt công trình. Ưu điểm: tăng khả năng chịu tải của nền, giảm độ lún khi sử dụng (do đã lún trước một phần). Nhược điểm: thời gian xử lý chậm, có khả năng gây trượt tại biên khu vực gia tải.
Không hiệu quả đối với những tầng đất yếu dày và hạt đất quá mịn. Để giải quyết các nhược điểm này người ta tạo áp lực bằng hút chân không và kết hợp với bấc thấm (PVD). Bấc thấm (PVD) là có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép.
Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẻo được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyeste không dệt…).2 – Thi công hệ bấc thấm thoát nước đứng Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau: - Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẻo. - Lõi chất dẻo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát nhanh ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước. Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyeste không dệt, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẻo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị. Lõi chất dẻo có hai chức năng: HVTH: Vương Hồng Sơn Trang 11 Luận văn thạc sĩ GVHD: TS.
Trần Xuân Thọ vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn. Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm (PVD) có hệ số thấm (k = 1 x 10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét (k = 10-5 ÷ 10-6 m/s). Do đó, các bấc thấm (PVD) dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài. Cọc cát Phương pháp cọc cát đầm là một phương pháp để làm ổn định nền đất yếu bằng cách lèn chặt cát thành hình cột trụ vào trong đất yếu, tham gia cùng nền đất chống đỡ tải trọng công trình, đồng thời tạo ra các ống thoát nước (là cọc cát) làm giảm mực nước ngầm trong đất, làm chặt đất và cải thiện chỉ tiêu cơ lý của đất nền.
