Tổng quan nghiên cứu

Huyện Cần Giờ, TP. Hồ Chí Minh, với bờ biển dài gần 20 km và là khu dự trữ sinh quyển thế giới, đang được quy hoạch phát triển thành điểm du lịch sinh thái kết hợp nghỉ dưỡng. Việc hoàn thiện cơ sở hạ tầng, đặc biệt là hạ tầng giao thông, đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy phát triển kinh tế và du lịch địa phương. Tuy nhiên, địa chất khu vực chủ yếu là nền đất yếu với đặc tính chịu lực kém, chiều sâu biến đổi lớn, gây nhiều thách thức trong xây dựng đường ô tô. Theo số liệu khảo sát, lớp đất yếu có chiều dày trung bình khoảng 20 m, gồm bùn sét trạng thái chảy, có hệ số rỗng lớn và cường độ chịu lực thấp, dẫn đến hiện tượng lún và lún không đều ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ ổn định công trình.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của huyện Cần Giờ nhằm đảm bảo ổn định và giảm thiểu lún nền đường ô tô. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các tuyến đường cấp I và cấp IV theo quy hoạch, với chiều rộng nền đường lần lượt là 30 m và 9 m, chiều cao đắp trung bình khoảng 2 m. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các kỹ sư thiết kế, thi công, giúp tối ưu hóa chi phí và thời gian thi công, đồng thời nâng cao hiệu quả khai thác công trình giao thông tại khu vực.

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 nền đất yếu trong xây dựng đường ô tô, bao gồm:

  • Lý thuyết đất yếu và phân loại đất yếu: Đất yếu được định nghĩa dựa trên sức kháng cắt không thoát nước (Su ≤ 25 kPa hoặc trị số xuyên tiêu chuẩn N ≤ 4), với các loại đất như đất sét mềm, bùn, than bùn, cát chảy và đất bazan. Các chỉ tiêu cơ lý như độ ẩm tự nhiên, hệ số rỗng, giới hạn Atterberg, lực dính kết và góc nội ma sát được sử dụng để phân tích đặc tính đất.

  • Mô hình tính toán độ ổn định nền đắp: Áp dụng phương pháp phân mảnh cổ điển và phương pháp Bishop để tính hệ số ổn định K, đảm bảo Kmin ≥ 1,20 theo tiêu chuẩn thiết kế. Mô hình này giúp đánh giá nguy cơ trượt sâu, lún trồi và các dạng phá hoại khác.

  • Lý thuyết tính toán độ lún nền đường: Tính toán độ lún tổng cộng từ khi bắt đầu đắp đến khi kết thúc lún, dựa trên các thông số cơ lý của đất và tải trọng đắp, nhằm xác định chiều cao phòng lún và biện pháp xử lý phù hợp.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp với phân tích số liệu thực tế từ các công trình xây dựng đường ô tô tại huyện Cần Giờ. Cỡ mẫu khảo sát gồm các gói thầu thuộc dự án đường Rừng Sác với số liệu địa chất chi tiết về thành phần hạt, độ ẩm tự nhiên, dung trọng, hệ số rỗng, giới hạn Atterberg, lực dính kết và góc nội ma sát của các lớp đất yếu.

Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu đại diện các lớp đất yếu theo chiều sâu và vị trí địa lý để đảm bảo tính đại diện cho toàn khu vực. Phân tích số liệu sử dụng các chương trình tính toán ổn định nền đắp (Geo-Slope) và toán đồ xác định chiều cao đắp giới hạn (Hgh). Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2012, tập trung vào phân tích điều kiện địa chất, đánh giá các giải pháp xử lý nền đất yếu và đề xuất phương án tối ưu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất nền đất yếu tại Cần Giờ: Lớp đất yếu chủ yếu là bùn sét trạng thái chảy, có độ ẩm tự nhiên khoảng 92-94%, hệ số rỗng từ 2,0 đến 2,7, lực dính kết rất thấp (0,04 - 0,22 kG/cm²), góc nội ma sát nhỏ (3° - 15°). Chiều dày lớp đất yếu trung bình khoảng 20 m, phân bố rộng khắp khu vực.

  2. Ảnh hưởng của nền đất yếu đến công trình: Đất yếu có sức chịu tải thấp, dễ gây lún lớn và không đều, làm giảm độ ổn định nền đường. Tốc độ lún có thể lên đến 5-7 cm/năm, gây hư hỏng mặt đường và các công trình lân cận. Hệ số ổn định nền đắp theo tính toán dao động từ 1,10 đến 1,40, thấp hơn tiêu chuẩn quốc tế, đòi hỏi biện pháp xử lý phù hợp.

  3. Hiệu quả các giải pháp xử lý nền đất yếu: So sánh các phương pháp xử lý cho thấy:

    • Phương pháp đắp dần theo giai đoạn giúp kiểm soát lún và ổn định nền, phù hợp với chiều cao đắp ≤ 6 m, nhưng kéo dài thời gian thi công.

    • Giếng cát và bấc thấm tăng tốc độ cố kết, giảm thời gian thi công từ vài năm xuống còn vài tháng, hiệu quả rõ rệt với lớp đất yếu dày trên 10 m.

    • Cọc đất xi măng gia cố làm tăng sức chịu tải nền đất lên đến 120 kPa, giảm độ lún và biến dạng ngang, thích hợp với đất có hàm lượng cát nhỏ và độ sâu lớn.

    • Phương pháp thay đất một phần hoặc toàn bộ hiệu quả với lớp đất yếu mỏng, nhưng chi phí cao và ảnh hưởng môi trường.

  4. So sánh kinh tế kỹ thuật: Giải pháp kết hợp cọc đất xi măng và giếng cát được đánh giá là tối ưu về mặt chi phí và hiệu quả kỹ thuật, giảm độ lún còn khoảng 10-20 cm, thời gian thi công rút ngắn đáng kể so với phương pháp truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng lún và mất ổn định là do đặc tính cơ lý yếu kém của lớp đất bùn sét, với hệ số rỗng lớn và lực dính thấp. Việc áp dụng các giải pháp xử lý nền đất yếu phải dựa trên đặc điểm địa chất cụ thể từng vị trí để đảm bảo hiệu quả. Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo ngành và kinh nghiệm quốc tế về xử lý nền đất yếu tại các vùng đồng bằng ven biển.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ lún nền đường trước và sau xử lý, bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất yếu và bảng so sánh chi phí thi công từng giải pháp. Việc theo dõi tốc độ lún và chuyển vị ngang trong quá trình thi công là cần thiết để điều chỉnh biện pháp xử lý kịp thời, đảm bảo an toàn công trình.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp đắp dần theo giai đoạn nhằm kiểm soát độ lún và tăng độ ổn định nền đường, đặc biệt với các tuyến đường cấp I có chiều cao đắp trung bình 2-3 m. Thời gian thi công dự kiến kéo dài từ 6 đến 12 tháng, do đó cần lập kế hoạch thi công chi tiết và giám sát chặt chẽ.

  2. Sử dụng cọc đất xi măng gia cố nền đất yếu để tăng sức chịu tải và giảm độ lún, phù hợp với các khu vực có lớp đất yếu dày trên 10 m. Chủ thể thực hiện là các nhà thầu chuyên ngành xây dựng nền móng, với thời gian thi công từ 3 đến 6 tháng tùy quy mô dự án.

  3. Áp dụng giải pháp giếng cát và bấc thấm để tăng tốc độ cố kết đất, giảm thời gian thi công và đảm bảo ổn định nền đường. Giải pháp này nên được kết hợp với gia tải trước để đạt hiệu quả tối ưu. Thời gian thi công dự kiến từ 2 đến 4 tháng.

  4. Thay thế một phần đất yếu bằng vật liệu tốt hơn tại các vị trí có lớp đất yếu mỏng dưới 3 m, nhằm giảm độ lún và tăng độ ổn định. Cần đánh giá kỹ lưỡng về chi phí và tác động môi trường trước khi triển khai.

Các giải pháp trên cần được phối hợp linh hoạt tùy theo điều kiện địa chất cụ thể từng đoạn đường, đồng thời tăng cường công tác giám sát, đo đạc chuyển vị và lún nền trong suốt quá trình thi công và khai thác.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình giao thông: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp, giúp tối ưu chi phí và đảm bảo chất lượng công trình.

  2. Các nhà quản lý dự án và cơ quan quản lý hạ tầng giao thông: Thông tin về đặc điểm địa chất và các giải pháp xử lý nền đất yếu hỗ trợ trong việc lập kế hoạch đầu tư, giám sát thi công và đánh giá hiệu quả dự án.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng cầu đường, địa kỹ thuật: Tài liệu tham khảo chi tiết về lý thuyết, phương pháp tính toán và phân tích các giải pháp xử lý nền đất yếu trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

  4. Các nhà tư vấn và chuyên gia địa kỹ thuật: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm, phân tích ưu nhược điểm các phương pháp xử lý, giúp nâng cao năng lực tư vấn và áp dụng công nghệ mới trong xử lý nền đất yếu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nền đất yếu lại gây khó khăn trong xây dựng đường ô tô?
    Nền đất yếu có sức chịu tải thấp, độ nén lún lớn và biến dạng không đều, dẫn đến hiện tượng lún sụt, trượt sâu và mất ổn định công trình, ảnh hưởng đến tuổi thọ và an toàn sử dụng đường.

  2. Giải pháp nào hiệu quả nhất để xử lý nền đất yếu tại Cần Giờ?
    Kết hợp cọc đất xi măng gia cố và thoát nước cố kết bằng giếng cát hoặc bấc thấm được đánh giá là tối ưu về mặt kỹ thuật và kinh tế, giúp giảm độ lún và rút ngắn thời gian thi công.

  3. Thời gian thi công các giải pháp xử lý nền đất yếu thường kéo dài bao lâu?
    Phương pháp đắp dần theo giai đoạn có thể kéo dài từ 6 đến 12 tháng, trong khi sử dụng giếng cát và bấc thấm có thể rút ngắn xuống còn 2-4 tháng, tùy thuộc vào điều kiện địa chất và quy mô dự án.

  4. Có thể áp dụng phương pháp thay đất toàn bộ cho mọi vị trí nền đất yếu không?
    Phương pháp thay đất chỉ phù hợp với lớp đất yếu mỏng (dưới vài mét) do chi phí cao và ảnh hưởng môi trường, không thích hợp với lớp đất yếu dày hoặc khu vực có mực nước ngầm cao.

  5. Làm thế nào để kiểm soát độ lún và ổn định trong quá trình thi công?
    Cần theo dõi tốc độ lún thẳng đứng không vượt quá 10 mm/ngày và chuyển vị ngang không vượt quá 5 mm/ngày, đồng thời sử dụng các thiết bị quan trắc chuyển vị, áp lực nước lỗ rỗng để điều chỉnh biện pháp thi công kịp thời.

Kết luận

  • Đặc điểm địa chất huyện Cần Giờ chủ yếu là nền đất yếu dày trung bình khoảng 20 m, có đặc tính cơ lý kém, ảnh hưởng lớn đến độ ổn định và độ lún nền đường ô tô.
  • Các giải pháp xử lý nền đất yếu gồm đắp dần theo giai đoạn, cọc đất xi măng, giếng cát và bấc thấm được đánh giá phù hợp với điều kiện địa phương.
  • Phương pháp kết hợp cọc đất xi măng và thoát nước cố kết giúp giảm độ lún còn 10-20 cm, rút ngắn thời gian thi công và tiết kiệm chi phí.
  • Cần giám sát chặt chẽ tốc độ lún và chuyển vị trong quá trình thi công để đảm bảo an toàn và hiệu quả công trình.
  • Đề xuất nghiên cứu tiếp theo tập trung vào ứng dụng công nghệ mới trong gia cố nền đất yếu và phát triển hệ thống quan trắc tự động cho các công trình giao thông tại khu vực.

Hãy áp dụng các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp để nâng cao chất lượng và tuổi thọ công trình giao thông, đồng thời thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho huyện Cần Giờ và TP. Hồ Chí Minh.