CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về nền đất yếu. Khái niệm về đất yếu Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể xây dựng các công trình. Đất yếu là một loại đất không có khả năng chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên.
Đất mềm yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm2); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kg); hệ số rỗng lớn (e > 1); độ sệt lớn (B > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2); khã năng chống cắt nhỏ; khã năng thấm nước nhỏ, hàm lượng nước trong đất cao độ bảo hoà nước G > 0,8 dung trọng nhỏ. Đất yếu là loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2), góc nội ma sát φ < 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường C u < 0,35 daN/cm2. Đất yếu có thể được phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B: W − Wd B= Wch − Wd Trong đó: W, W d, Wch - độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn chảy (nhão) của đất. Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy; Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức kháng cắt không thoát nước s u và hệ số xuyên tiêu chuẩn như sau: 4 - Đất rất yếu (trạng thái chảy): s u (kPa) ≤ 12,5 và N 30 ≤ 2 - Đất yếu (trạng thái dẻo chảy): s u (kPa) ≤ 25 và N 30 ≤ 4 (N: số búa đóng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn) 1. Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp: – Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp. – Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực. – Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%).
– Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy. – Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10% tính theo trọng lượng. - Đất phù sa, đất bùn, đất mùn vì các đất này có khã năng chịu lực kém.
Nhận biết đất yếu Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12 %) nên có thể có mầu nâu đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy. Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão hòa G > 0,8). Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật.
Loại này thường gọi là đất 5 đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng có các trị số như nói ở mục 1. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng: - Lượng hữu cơ có từ 20 - 30%: Đất nhiễm than bùn. - Lượng hữu cơ có từ 30 - 60%: Đất than bùn.
- Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn. Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số môdun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,. Đối với công trình thủy lợi, còn yêu cầu làm giảm/ngăn chặn hiện tượng thấm qua nền và thân công trình, bảo vệ khối đắp chống tác động của sóng và dòng chảy. Như vậy, nền đất yếu sẽ không đáp ứng được yêu cầu xây dựng công trình.
Tùy theo quy mô tải trọng công trình cần xây dựng sẽ cần các biện pháp xử lý khác nhau. Phần dưới dây sẽ trình bày về các biện pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng công trình. Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất,. Tùy điều kiện cụ thể mà người thiết kế phải đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý về kinh tế, kỹ thuật.
Về nguyên tắc, khi gặp nền đất yếu phải xem xét cân nhắc các biện pháp sau: - Giải pháp xử lý kết cấu công trình + Chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún, làm giằng BTCT, dự trữ độ cao bằng độ lún dự kiến của công trình. + Lựa chọn độ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớp cách nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo các khe hở trong đất. 6 + Quy định và chấp hành nghiêm ngặt về quy trình đào đắp đất. - Các biện pháp xử lý nền Cải thiện thành phần, trạng thái của đất, từ đó làm cho các tính chất cơ học, vật lý của đất nền đáp ứng được yêu cầu trong xây dựng.
Để làm tăng độ bền và làm giảm độ nén lún của đất, có thể chọn những giải pháp làm giảm độ rỗng hoặc tăng lực dính. Trong một số trường hợp khác, mục đích của gia cố là làm cho đất đá từ chỗ thấm nước trở thành cách nước. - Các biện pháp xử lý về móng Lựa chọn các giải pháp cho phù hợp như: Móng đơn, móng băng (1 hoặc 2 phương), móng bè, móng cọc, … tùy theo tải trọng tác dụng và đặc điểm của công trình, từng loại đất cụ thể. Các phương pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình 1.
Giải pháp cơ học: Gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc vôi,.), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát,. để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học. Được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong việc xử lý nền, gia cố nền đấ yếu bở hiệu quả mà nó mang lại rất rõ rệt và tăng sức chịu tải của nền, ổn định về cường độ, biến dạng,. Đệm cát - Nguyên lí hoạt động: Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới, giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đồng đều, làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.
- Thi công đệm cát: 7 + Khi thi công đệm cát, việc trước tiên là phải xác định các chỉ tiêu đầm nén. Để đánh giá chất lượng đầm nén người ta thường dựa vào hai chỉ tiêu quan trọng: độ chặt và độ ẩm đầm nén. + Khi thi công đầm nén đệm cát thì thường thi công theo từng lớp, chiều dầy đầm tùy thuộc vào trọng lượng của máy đầm mà tính toán và thi công cho phù hợp. - Ưu điểm: + Thi công đơn giản, không ảnh hưởng đến ô nhiểm môi trường như các phương pháp khác.
+ Vật liệu để thi công là vật liệu có từ thiên nhiên dễ khai thác. + Phù hợp với những công trình đặt trên lớp đất yếu có chiều dày <3m. - Khuyết điểm: + Chiều dày lớp đất yếu >3m thì khối lượng đào đắp để thay thế lớp cát sẽ lớn, không hiệu quả về mặt kinh tế vì chi phí lớn. + Nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng di động, xáo trộn các thành phần hạt, đồng thời gây ra độ lún tăng thêm dưới móng công trình.
- Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối nhỏ và diện tích để xây dựng công trình không quá lớn, tải trọng công trình tác dụng lên nền dưới dạng phân bố đều, chiều dày lớp đất yếu nhỏ. Cọc cát: - Nguyên lí làm việc: Thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ trong nền đất, đất xung quanh dọc theo chiều dài cọc được lèn chặt lại, do đó sức chịu tải của nền được tăng lên, độ lún và biến dạng không đồng đều của đất nền dưới đế móng của công trình giảm đi. - Thi công cọc cát: + Chuẩn bị hố móng, đóng ống thép xuống đất, nhồi cát và đầm chặt, đồng thời rút ống thép lên. 8 + Ống thép được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc bằng phương pháp chấn động.
+ Khi thi công bằng phương pháp đầm nện: đóng những cọc lõi bằng thép xuống tới cao trình thiết kế, sau đó rút lên vầ nhồi cát vào lỗ cọc, đồng thời đầm từng lớp bằng búa treo, mỗi lớp có chiều dày từ 1m đến 1,2m. + Khi thi công bằng phương pháp chấn động: thì sau khi hạ ống thép tới chiều sâu thiết kế, người ta nhấc máy lên và đổ cát vào khoảng 1m, sau đó đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 15-20s, tiếp theo bỏ máy chấn động ra và rút ống lên khoảng 0.5m rồi lại đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 10-15s để cho đầu nhọn của ống mở ra, cát tụt xuống.