Chương I: Tổng quan đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu. - Chương II: Tổng quan về cọc cát. - Chƣơng III: Nghiên cứu gia cố nền đất yếu bằng cọc cát cho khu vực Hải Phòng. - Kết luận và kiến nghị.
- Tài liệu tham khảo. 7 CHƢƠNG I TỔNG QUAN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1. Khái niệm về đất yếu Đất yếu là một thuật ngữ đƣợc sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực xây dựng. Hiện nay, tồn tại một số quan niệm khác nhau về đất yếu.
Dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam nhƣ TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000, tham khảo các tiêu chuẩn phân loại đất của ASTM, BS, theo đất yếu là loại đất có một số đặc điểm cơ bản sau đây: - Là loại đất có khả năng chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ hơn 1,0kG/cm2), mô đun biến dạng nhỏ (E0 < 50kG/cm2); - Dễ bị biến dạng khi có tải trọng tác dụng, có độ lún lớn (thƣờng hệ số rỗng ban đầu e0 >1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuẩn NSPT < 5 búa, sức kháng xuyên đơn vị qc < 10kG/cm2. - Là loại đất đƣợc thành tạo từ các vật liệu trầm tích trẻ ( từ 10.000 năm tuổi vẫn đang trong quá trình cố kết trong điều kiện môi trƣờng khác nhau (bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, đầm lầy. Trên cở sở các đặc điểm về địa chất công trình (thành phần, tính chất cơ lý.), đất yếu có thể đƣợc chia ra các loại chính sau: (1) Đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, cửa sông, đồng bằng tam giác châu thổ…) loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lƣợng hữu cơ có thể lên tới 10% - 12%). Đối với loại này, đƣợc xác định là đất yếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn nhão, hệ số rỗng lớn (sét e0 > 1,5; á sét e0 > 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nƣớc Cu < 35 kG/cm2, góc nội ma sát φ < 10.
(2) Than bùn và đất hữu cơ có nguồn gốc đầm lầy, nơi tích đọng thƣờng xuyên, mực nƣớc ngầm cao. Tại đây, xác của các loài thực vật bị thối rữa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các khoáng vật từ vật liệu. Loại này thƣờng đƣợc gọi là đất đầm lầy, than bùn, hàm lƣợng hữu cơ chiếm tới 20% - 80%, thƣờng có màu xám đen hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn 8 dƣ thực vật). Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao trung bình W = 85% - 95%.
Than bùn là loại đất thƣờng xuyên nén lún lâu dài, không đều, hệ số nén lún có thể đạt 3-10 cm2/daN, vì thế thƣờng phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 – 50cm. Đất yếu đầm lầy than bùn còn đƣợc phân theo hàm lƣợng hữu cơ của chúng: Hàm lƣợng hữu cơ từ 20% - 30%: đất nhiễm than bùn. Hàm lƣợng hữu cơ từ 30% - 60%: đất than bùn. Hàm lƣợng hữu cơ trên 60%: than bùn.
Đặc điểm về thành phần và kết cấu của nó là thành phần khoáng vật thay đổi và thƣờng có kết cấu tổ ong. Hàm lƣợng hữu cơ thƣờng dƣới 10%. Đất bùn là những trầm tích hiện đại, đƣợc thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng con đƣờng cơ học hoặc hóa học ở tại đáy biển hoặc vũng vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nƣớc hoặc bãi bồi của sông. Vì vậy thƣờng phân biệt bùn biển, bùn vũng, bùn hồ, bùn lầy và bùn bồi tích.
Bùn luôn no nƣớc và rất yếu về mặt chịu lực. Cƣờng độ của bùn nhỏ, biến dạng lớn, mô đun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5kG/cm2 với bùn sét; từ 10-25kG/cm2 với bùn pha cát và bùn cát pha sét; hệ số nén lún chỉ có thể đạt lên tới 2-3cm2/daN. Nhƣ vậy, bùn là loại trầm tích nén chƣa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên. Do vậy khi xây dựng công trình trên đất nền là bùn cần áp dụng các biện pháp xử lý nền phù hợp.
Mục tiêu xử lý nền đất yếu Việc xử lý nền đất yếu nhằm hƣớng đến 3 mục tiêu chủ yếu sau: - Tăng khả năng chịu lực của nền đất. - Tăng khả năng chống biến dạng của nền đất. - Giảm tính thấm nƣớc cho đất. Để đạt đƣợc các mục tiêu trên việc xử lý nền đất yếu có thể thực hiện theo các hƣớng chính sau: * Tăng độ chặt đất nền: theo hƣớng này có thể sử dụng: 9 + Các phƣơng pháp cơ học: đây là một trong những nhóm phƣơng pháp phổ biến nhất, bao gồm các phƣơng pháp làm chặt bằng việc sử dụng tải trọng tĩnh (phƣơng pháp nén trƣớc), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, phƣơng pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi …) để gia cố nền bằng tác nhân cơ học.
Trong đó việc sử dụng phƣơng pháp tải trọng động đƣợc sử dụng khá phổ biến và hiệu quả cho các loại đất hạt rời, đặc biệt là cát xốp nhƣ dùng các máy đầm rung, đầm lăn. Tuy nhiên chúng chỉ có thể tăng độ chặt cho các lớp đất trên bề mặt. Các loại cọc tre, cừ tràm, cọc gỗ chắc thƣờng đƣợc áp dụng cho các công trình dân dụng. + Hạ mực nƣớc ngầm: hạ mực nƣớc ngầm giúp cho quá trình cố kết nhanh tạo khả năng giảm độ rỗng của các lớp đất nhờ tăng trọng lƣợng của khối đất bên trên.
* Biến đổi cấu trúc đất nền bằng các phương pháp hóa – lý – sinh: + Phƣơng pháp nhiệt học: là một phƣơng pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phƣơng pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800C để làm biến đổi đặc tính lý hóa của nền đất yếu. Phƣơng pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện đất nền là đất sét hoặc cát mịn. Phƣơng pháp này đòi hỏi lƣợng năng lƣợng không nhỏ nhƣng cho kết quả nhanh và tƣơng đối khả quan.
+ Phƣơng pháp hóa học: là một trong những phƣơng pháp rất đƣợc chú ý trong thời gian gần đây. Sử dụng hóa chất để tăng cƣờng liên kết trong đất nhƣ xi măng, thủy tinh, phƣơng pháp silicat hóa…Hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa. Phƣơng pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất là những phƣơng pháp đƣợc sử dụng tƣơng đối phổ biến. + Phƣơng pháp sinh học: đây là một phƣơng pháp mới, ngƣời ta sử dụng các vi sinh vật để làm đầy các lỗ rỗng của đất nền từ đó làm giảm hệ số rỗng hoặc gắn kết các hạt đất lại với nhau để làm tăng lực dính đơn vị của đất.
Tuy nhiên, phƣơng pháp này ít đƣợc sự quan tâm do yêu cầu thời gian thi công tƣơng đối dài mặc dù đƣợc khá nhiều ủng hộ về mặt kinh tế. 10 * Thay thế lớp đất ngay dưới đế móng bằng loại đất khác tốt hơn: đây là một phƣơng pháp ít đƣợc sử dụng. Để khắc phục vƣớng mắc do gặp lớp đất yếu phân bố ngay dƣới đáy móng, ngƣời ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu bằng lớp đất mới có tính bền cơ học cao, nhƣ làm gối cát, đệm cát. Phƣơng pháp này đòi hỏi kinh phí đầu tƣ lớn và thời gian thi công lâu dài.
* Điều chỉnh tiến độ thi công: tăng tải dần hoặc xây dựng từng bộ phận công trình theo từng giai đoạn nhằm cải thiện khả năng chịu lực của nền đất, cân bằng độ lún giữa các bộ phận của kết cấu công trình. Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý nền hợp lý phụ thuộc vào tính chất của đất nền, loại và tải trọng công trình, loại móng, thiết bị và điều kiện thi công, yêu cầu tiến độ. Các phƣơng pháp trên có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp với nhau để đạt hiệu quả cao nhất. Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu: 1.
Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát: Phƣơng pháp nén chặt đất dƣới sâu bằng cọc cát là phƣơng pháp tạo ra các cọc cát có đƣờng kính tƣơng đối lớn và đƣợc đầm chặt trong nền đất yếu đƣợc gia cố. Cọc cát có các tác dụng sau: - Cọc cát giúp cho nền đất thoát nƣớc nhanh, đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất và nhanh chóng ổn định độ lún công trình. - Cọc cát chiếm một phần thể tích lỗ rỗng trong nền, giúp giảm lỗ rỗng làm cho đất chặt hơn, tăng khả năng chịu lực và giảm độ lún cho công trình. - Cọc cát có khả năng làm chặt đất đến độ sâu khá lớn, nên có thể sử dụng cho các công trình có tải trọng khá lớn tác dụng lên nền.
Đƣờng kính cọc thƣờng từ 20 đến 60cm. Chiều sâu của cọc cát thƣờng đƣợc tính theo yêu cầu ổn định và độ lún. Khoảng cách giữa các cọc đƣợc tính dựa trên tính chất cơ lý của nền đất, khoảng tĩnh không giữa các cọc không nên vƣợt quá 4 lần đƣờng kính cọc. Nền sau khi thi công xong cọc cát cần phải đƣợc kiểm tra cẩn thận bằng cách: khoan lấy mẫu đất giữa các cọc để xác định sự biến đổi của các chỉ tiêu cơ 11 lý của chúng (độ ẩm, hệ số rỗng, khối lƣợng thể tích, các chỉ tiêu về sức kháng cắt.) sau khi đất đã đƣợc gia cố.
Kiểm tra độ chặt của cọc cát và đất giữa các cọc bằng thí nghiệm xuyên tĩnh để đánh giá mức độ hiệu quả và khả năng tăng sức chịu tải của nền đất sau khi gia cố bằng cọc cát. Sử dụng phƣơng pháp gia cố nền bằng cọc cát có một số ƣu nhƣợc điểm sau: Ƣu điểm: - Phƣơng pháp nén chặt đất bằng cọc cát sẽ làm tăng sức chịu tải của đất nền đối với đất rời. - Cọc cát làm cho độ lỗ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm và góc ma sát trong tăng lên. Vì nền đất đƣợc nén lại nên sức chịu tải của đất nền tăng lên, độ lún và biến dạng không đều của đất dƣới đáy móng công trình giảm đi đáng kể.
- Khi dùng cọc cát trị số mô đun biến dạng ở trong cọc cát cũng nhƣ vùng đất đƣợc nén lại xung quanh cọc sẽ giống nhau vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất đƣợc nén chặt bằng cọc cát có thể xem nhƣ nền thiên nhiên. - Khi dùng cọc cát quá trình cố kết của đất nền xảy ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hay nền gia cố cọc cứng.