Đặt vấn đề Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và sự mất ổn định của cả diện tích lớn. Tỉnh Kiên Giang được biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt là đất than bùn, bùn sét… do sự hình thành và bồi lắng của các kênh rạch tạo nên. Thực tế này đã đòi hỏi phải phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Nội dung của đề tài là “Nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu tại khu lấn biển Kiên Giang bằng phương pháp ổn định toàn khối”, nghiên cứu các vấn đề do nền đất đặt ra, một số công nghệ xử lý nền.
Đồng thời nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối. Phương pháp ổn định toàn khối là một phương pháp sử dụng chất liên kết trộn với đất yếu, để cải thiện các đặc trưng cơ lý cho đất yếu nhằm chuyển đổi các lớp đất này thành một lớp đất tốt đồng nhất đến độ sâu thiết kế. Từ đó, hạn chế được độ lún của kết cấu trong quá trình xây dựng và khai thác, nâng cao tính ổn định của công trình và giảm nhẹ nguy cơ sụp đổ. Nguyên tắc chung của phương pháp được trình bày trong hình 1.
Thiết bị trộn được gắn với một máy đào cho phép thực hiện tốt công tác xử lý tới độ sâu 7m đến 8m. Chất liên kết được đưa vào đất thông qua hệ thống máy bơm áp lực và hệ thống vòi phun tại đầu các thiết bị trộn. Trống quay có tác dụng trộn đều chất liên kết và đất. Quá trình trộn được thực hiện theo sơ đồ di chuyển trống quay từ trên xuống dưới, từ sau ra trước theo hướng di chuyển của máy thi công.
1 Công suất của một máy trộn sẽ quyết định tiến độ công tác xử lý nền bằng biện pháp gia cố toàn khối. Các khu vực cần xử lý có kích thước lớn thường được chia thành các khu vực nhỏ hơn, có kích thước từ 3m2 đến 5 m2. Công tác xử lý, khi đó, được thực hiện riêng rẽ, triệt để từ khối này tới khối khác. Mỗi khối nền sau khi xử lý sẽ có cường độ và độ ổn định cao hơn, cho phép máy thi công di chuyển phía trên.
Trong quá trình phát triển cường độ của khối đất được gia cố, có thể kết hợp với công tác đắp gia tải đặc biệt là ở các khu vực chứa than bùn và các chất hữu cơ. Hỗn hợp đất gia cố thường đạt được cường độ yêu cầu sau khoảng thời gian từ 1 đến 3 tháng. Để tăng hiệu quả của công tác thi công nạo vét đất yếu, cũng có thể áp dụng phương pháp ổn định toàn khối để xử lý sơ bộ khối đất cần đào bỏ. Phương pháp này còn được sử dụng để cô đặc, chuyển các chất ô nhiễm về dạng khối, ít hòa tan khi xử lý đất bị ô nhiễm hoặc trầm tích.
Trong nhiều trường hợp, đặc biệt là ở khu vực khan hiếm vật liệu đắp, có thể dùng công nghệ gia cố toàn khối để xử lý vật liệu đất yếu rồi tái sử dụng chúng ngay tại công trường để làm lớp nền cải thiện, hoặc làm vật liệu san lấp hay cao cấp hơn là vật liệu xây. 1: Nguyên tắc của phương pháp gia cố toàn khối và thiết bị Các chất liên kết thông dụng nhất bao gồm xi măng, vôi, hoặc một hỗn hợp của cả hai. Ngoài ra, có thể bổ sung một số loại khác như bột xỉ lò, tro bay hoặc thạch 2 cao. Việc lựa chọn loại chất liên kết hoặc hỗn hợp chất liên kết phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất.
Khối lượng chất liên kết được tối ưu hóa qua kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Từ năm 2004 đến nay hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam. Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng gia tăng. Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp và sự hạn chế về máy móc thiết bị của nước ta. Trong những năm tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ không ngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng đường, cảng biển, lấn biển và công trình hạ tầng cơ sở khác.
Hiện tại các công trình xây dựng trên vùng đất yếu thường bị hư hỏng bởi nguyên nhân từ nền móng là do người thiết kế lựa chọn sai giải pháp xử lý nền đất và thiết kế móng. Trước đây, phương pháp thông dụng để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam là dùng cừ tre và cừ tràm. Đây là giải pháp kinh tế cho công trình có điều kiện đất yếu và tải trọng tương đối nhỏ. Do sự giới hạn của chiều dài cọc, nên khả năng áp dụng thực tế cũng bị hạn chế.
Cần thiết đánh giá sức chịu tải và độ lún của nền được gia cố bằng cọc ngắn. Các giải pháp này chỉ có tác dụng cho công trình nhà ở độc lập. Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền đất yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép.
Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra. Phương pháp gia tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam.
3 Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng.
Cọc đất – vôi - đất xi măng nên được dùng rộng rãi để gia cố sâu đất nền. Đây là giải pháp hữu ích, nhằm tăng cường độ của nền. Cọc cát cho phép tăng sức chịu tải và rút ngắn thời gian cố kết của đất nền. Thiết bị thi công cọc cát hiện nay cho phép thi công cọc có đường kính 40-70cm và chiều dài 25m.
Đây là giải pháp công nghệ thích hợp, kinh tế và cho phép xử lý sâu. Việc đầm chặt cọc cát ở vị trí mũi cọc cho phép tăng hiệu quả gia cố. Cố kết động là giải pháp ít tốn kém để xử lý nền. Diện tích gia cố lớn có thể được thi công xử lý trong thời gian ngắn.
Hiệu quả của giải pháp cần được kiểm tra bằng các thiết bị khảo sát. Đây là công nghệ thích hợp để gia cố các lớp đất đắp chưa được đầm chặt. Ngoài ra còn những phương pháp nhân tạo cũng được nghiên cứu áp dụng như trong Bảng 1. 1: Những phương pháp xử lý nền nhân tạo Các phương pháp xử Dạng nền và các khả năng Điều kiện địa chất công lý nền nhân tạo xây dựng chúng trình Thay thề nền mới Đệm cát hoặc đất Đất yếu, lún nhiều (than Đắp nền bằng đá hoặc cát sỏi bùn, bùn, đất đắp xốp yếu) Tầng bùn nằm dưới nước 4 Đầm chặt đất Đầm chặt trên mặt đất: Các loại đất lỗ rỗng lớn, - đầm bàng các khối nặng cát tơi xốp, đất dính chưa - đầm rung nén chặt.
Làm chặt dưới sâu: - cọc đất Cát rời xốp - cọc cát Các loại đất lỗ rỗng lớn - Nén chặt bằng rung cơ học Đất yếu thấm nước (bùn, á hay phương pháp thủy lực. sét, á cát nhão yếu) - làm chặt bằng phương pháp nổ Đất cát rời xốp Đất loại cát rời xốp Phun vữa Silicat hóa Cát xốp, các loại đất có lỗ Hắc ín tổng hợp rỗng lớn Xi măng hóa Phương pháp điện Điện hóa Đất sét yếu, hệ số thấm Điện thấm k<= 0,01m/ngd Dùng tia lửa điện Phương pháp nhiệt Dùng sức nóng để nung cho Đất có lỗ rỗng lớn đất cứng lại Từ các tiêu chuẩn của Mỹ, các nước châu Âu… Tiêu chuẩn Việt Nam cũng đề cập đến vấn đề ổn định khối lượng. Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp trụ xi măng - đất [22] cũng đã đề cập về xử lý toàn khối. Tiêu chuẩn gia cố đất bằng chất dính vô cơ TCVN 10379:2014.
Nêu yêu cầu đối với đất trong gia cố móng nền đường ô tô bằng chất dính vô cơ [23]. Ngày 28/11/2015, tại Hà Nội, Bộ Xây dựng tổ chức hội thảo về “Xây dựng Tiêu chuẩn xử lý nền đất yếu - Phương pháp xử lý nông và giới thiệu công nghệ xử lý nền đất yếu theo phương pháp ổn định toàn khối”[11]. Công ty BCX đã được Tập đoàn Bitexco giao nhiệm vụ nhận chuyển giao, phát triển và ứng dụng rộng rãi công nghệ gia cố toàn khối, xử lý nền đất yếu theo phương pháp ổn định toàn khối từ Phần Lan để áp dụng tại Việt Nam.” Hiện nay tại Việt Nam áp dụng công nghệ này ngay tại dự án khu đô thị The Manor Central Park của Tập đoàn Bitexco rộng gần 100 ha trên đường Nguyễn Xiển, 5 quận Hoàng Mai (Hà Nội). Đây cũng là dự án đầu tiên tại Việt Nam áp dụng công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối.
2: Dự án khu đô thị The Manor Central Park – Hà Nội (Bitexco) HỒ ECO - VĨNH PHÚC Địa điểm: Huyện Yên Lạc & Bình Xuyên, Tỉnh Vĩnh Phúc, Việt Nam Loại: Khu dân cư, Biệt thự & Nhà liền kề, Thương mại Diện tích: 3.000 ha; Khối lượng ổn định: 10. 3: Dự án Hồ ECO – Vĩnh Phúc(Bitexco) KHU DÂN CƯ THANH ĐA 6 Địa điểm: Thanh Đa, Bình Quới, TP HCM, Việt Nam Loại: Khu dân cư, Biệt thự & Nhà liền kề, Thương mại Diện tích: 426 ha; Khối lượng ổn định: 2. 4: Dự án Khu dân cư Thanh Đa – TP HCM (Bitexco).