Chương 1: Tổng quan về đất yếu và các phương pháp xử lý nền đắp trên đất yếu ở Việt Nam. Chương 2: Các vấn đề đặt ra khi xử lý nền đắp trên đất yếu. Chương 3: Nghiên cứu, đánh giá giải pháp nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc xi măng đất cho tuyến đường nối từ cảng Cát Lái đến đường Vành Đai 2 – TP. Hồ Chí Minh.
4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM 1. Khái niệm và các đặc trƣng cơ lý của đất yếu Khái niệm về đất yếu hiện vẫn còn nhiều ý kiến chưa thống nhất. Một số quan điểm cho rằng đất yếu là các loại đất mà khả năng chịu tải của nó không đáp ứng được các yêu cầu của thiết kế, phải gia cố thì mới có thể thi công và khai thác công trình. Quan điểm này mang tính thực tiễn, được chấp nhận rộng rãi, nhưng lại không có giới hạn rõ ràng, không có một chỉ tiêu cụ thể, nên thường khó khăn cho việc quy hoạch.
Dựa theo các tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245-2000, 22TCN 262-200, tham khảo các tiêu chuẩn phân loại đất ASTM, BS, phân loại trạng thái đất của Terzaghi và Peck, phân loại của F.Đ Loomtađze …, thì có thể thấy đất yếu có những đặc điểm sau [6]: - Khả năng chịu tải: 0.5KG/cm2 ÷ 1KG/cm2. - Đất thường xốp có hệ số rỗng lớn (e > 1.0) ở trạng thái tự dẻo chảy (Is > 0,75), sức chống cắt thấp (Cu < 0,15 KG/cm2, sức kháng xuyên đơn vị qc < 10 KG/cm2, giá trị xuyên tiêu chuẩn Nspt < 5) thường chứa hàm lượng hữu cơ cao và có nguồn gốc hồ đầm lầy. - Biến dạng nhiều khi chịu tác động của tải trọng ngoài và biến dạng tùy thuộc thời gian chất tải. - Tính thấm nước kém và thay đổi theo sự biến dạng của đất yếu.
- Đất thường là các loại trầm tích trẻ chưa được nén chặt và chủ yếu là đất loại sét có cố kết thông thường, bão hòa nước, có thể coi là hệ phân tán hai pha (chỉ gồm các hạt đất và nước chứa trong lỗ rỗng). Các công trình xây dựng trên nền đất yếu buộc phải có các biện pháp xử lý để công trình đảm bảo ổn định khai thác bình thường. Các đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất yếu Cường độ Trị số Dung Hàm Loại Hệ số Hệ số Hệ số cắt cánh xuyên trọng tự Độ ẩm lượng đất rỗng nén chặt thấm K tiêu nhiên W (%) hữu cơ yếu e (MPa-1) (cm/s) kPa độ chuẩn (kN/m3) (%) N63,5 Đất >1,0 <3 yếu Wch < Đất 16 19 0,3 < 1.1-6 <20 <10 W <100 11,5 310 bùn Bùn >1,5 <2 Đất 100 đầm 10 16 >3 1050 < 1.1-2 bùn Ghi chú: Wch : độ ẩm giới hạn chảy của đất; N63,5 : số nhát đập với quả tạ 63,5 kg để ống tiêu chuẩn xuyên được 30 cm; Hệ số nén chặt ở đây là tương ứng với khoảng áp lực nén từ 1 2 KG/cm2 1. Phân loại nền đất yếu 1.
Phân loại theo nguyên nhân hình thành Tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ [1]: - 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 thổ; 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 màu 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, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5 , á sét e ≥ 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội 6 ma sát φ từ 0 - 100 hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0,35 daN/cm2. 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 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). 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 1. Phân loại theo trạng thái tự nhiên của đất yếu Để đánh giá sơ bộ về tính chất công trình của đất yếu, từ đó bước đầu xem xét các giải pháp thiết kế nền đường tương ứng, đất yếu được phân loại theo trạng thái tự nhiên của chúng [1]. Đất yếu loại sét hoặc á sét được phân loại theo độ sệt B: W Wd B (1-1) Wnh Wd Trong đó: W, Wd, Wnh là độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn nhão của đất yếu.
+ Nếu B > 1 thì được gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy). + Nếu 0,75 < B ≤ 1 là đất yếu dẻo chảy. Phân loại theo tính chất cơ lý của đất Phân loại đất theo tuổi, nguồn gốc có ý nghĩa lớn trong việc xác định và dự báo sự biến đổi các đặc trưng địa chất công trình của đất như: quy luật 7 phân bố, sự biến đổi thành phần và các tính chất vật lý cơ học của đất theo không gian và theo thời gian. Đối với mỗi công trình cách phân loại này khó có thể áp dụng được.
Khi đó, việc phân loại sẽ dựa vào tính chất cơ lý của đất, chủ yếu dựa vào thành phần và trạng thái như sau [1]: - Các loại đất bùn: + Bùn sét: chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt Is > 1, hệ số rỗng eo ≥ 1. + Bùn sét pha: chỉ số dẻo Ip= 7 - 17, độ sệt Is > 1, hệ số rỗng eo ≥1. + Bùn cát pha: chỉ số dẻo Ip = 1 - 7, độ sệt I s> 1, hệ số rỗng eo ≥ 0,9. - Đất ở trạng thái chảy: + Sét chảy: chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt Is > 1, hệ số rỗng eo < 1.
+ Sét pha chảy: chỉ số dẻo Ip = 7 - 17, độ sệt Is > 1, hệ số rỗng eo < 1. + Cát pha chảy: chỉ số dẻo Ip = 1 - 7, độ sệt Is > 1, hệ số rỗng eo < 0,9. - Đất ở trạng thái dẻo chảy: + Sét dẻo chảy: chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt Is = 0,75 - 1. + Sét pha dẻo chảy: chỉ số dẻo Ip = 7 -1 7, độ sệt Is = 0,75 - 1.
Đặc điểm phân bố 1. Sự phân bố các vùng đất yếu ở Việt Nam Do lịch sử địa chất, diện phân bố đất yếu ở nước ta khá rộng từ vùng núi trung du đến các đồng bằng, ở cả 3 miền Bắc bộ, Trung bộ và Nam bộ. Ở vùng núi và trung du, đất yếu nằm trong dải trũng rộng, vùng hồ, thung lũng … có cấu trúc không phức tạp, đồng nhất, chiều dày không lớn. Ở các vùng đồng bằng, nền đất yếu khá phổ biến, cấu trúc phức tạp, đa dạng, không đồng nhất, chiều dày lớn, thành phần trầm tích, trạng thái và tính chất cơ lý của đất yếu cũng rất khác nhau [8].
Đồng bằng Bắc Bộ Đồng bằng Bắc bộ có diện tích khoảng 15. Bề mặt phẳng có cao độ 1 - 12m, trung bình 6 - 8 m dốc nghiêng về phía đông. Địa hình bị chia cắt bởi hệ thống sông suối, kênh mương chằng chịt. Đồng bằng Bắc bộ được hình thành trên một miền võng rộng lớn, từ chế độ biển, sang chế độ vũng hồ, kết 8 thúc ở chế độ trầm tích kỷ thứ tư.
Vùng này thuộc địa hình bồi tụ, chiều dày rất lớn, từ vài mét đến hơn trăm mét. Các tạo thành Đệ Tứ được phân chia ra các chu kỳ trầm tích với tổ hợp cộng sinh. Các chu kỳ đó được bắt đầu bởi các tướng hạt thô lục địa, tương ứng với các pha biển lùi cực đại và kết thúc bởi các tướng hạt mịn châu thổ hoặc biển vịnh ven bờ. Nói chung, cấu tạo lớp trong vùng rất phức tạp, chúng thường xen kẽ nhau hoặc xen kẽ các lớp có khả năng chịu lực tốt hơn.
Đồng bằng ven biển miền Trung Là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình. Trầm tích kỷ Thứ Tư ở đây thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thường là loại phù sa bồi tích. Vùng duyên hải thuộc vùng trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần, bồi tích trong điều kiện lắng đọng tĩnh. Đồng bằng Nam Bộ Căn cứ vào chiều dày lớp đất yếu, có thể chia vùng đất yếu đồng bằng Nam bộ thành các khu vực sau: - Khu vực có lớp đất yếu dày 1 - 30m, gồm các vùng ven thành phố Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Đông, Vàm Cỏ Tây, phía Tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi đến ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đông bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa.
- Khu vực có lớp đất yếu dày 5 - 30m, phân bổ kế cận các vùng trên và chiếm đại bộ phận đồng bằng và khu vực trung tâm Đồng Tháp Mười. - Khu vực có lớp đất yếu dày 15 - 30m chủ yếu thuộc các tỉnh Cửu Long, Bến Tre tới các tỉnh duyên hải Hậu Giang, Tiền Giang … 9 Hình 1.1: Phân bố các vùng đất yếu ở Việt Nam 10 1. Một số giải pháp xử lý nền đắp trên đất yếu đƣợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới Như chúng ta đã biết, đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (R0 nhỏ hơn 1KG/cm2), có tính nén và hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (E0 < 50KG/cm2), trị số sức chống cắt không đáng kể và hầu như bão hoà nước. Khi tiến hành xây dựng các công trình trên thì gặp rất nhiều khó khăn cho việc lựa chọn giải pháp nền móng cũng như công tác xử lý, vì không thể đặt móng công trình trực tiếp lên nền đất yếu.