Đặt vấn đề Việc nâng cấp và xây dựng mạng lƣới đƣờng giao thông trong vùng này còn gặp rất nhiều khó khăn. Nguyên nhân do nguồn gốc của vùng đất này đều là các loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi, tam giác châu), trầm tích bờ, vùng vịnh thuộc trầm tích kỷ thứ tƣ. Trầm tích nằm ngay trên bề mặt địa hình, đa phần là đất loại sét yếu, có chiều dày tƣơng đối lớn, thƣờng bị nhiễm muối, phèn và có chứa hữu cơ với mức độ khác nhau. Chiều dày lớp đất sét yếu này phân bố không đồng đều, khu vực có lớp đất yếu dày từ 1 ÷ 30 m là các vùng phía tây Đồng Tháp Mƣời, rìa quanh vùng Bảy Núi, cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá; khu vực thuộc các tỉnh Bến Tre, Trà Vinh, … cho đến Cà Mau có chiều sâu lớp đất yếu từ 15 ÷ 30 m.
Đặc điểm của lớp đất sét yếu này là độ dẻo rất lớn (chỉ số dẻo từ 80 ÷ 100), cƣờng độ chống cắt nhỏ, độ nén lún lớn, hàm lƣợng hữu cơ từ 2 ÷ 5 % [1]. Tại Kiên Giang qua khảo sát tại một số công trình thực tế (xem Hình 1.1) cho thấy lớp đất sét màu xám, trạng thái chảy có chiều dày từ 10 ÷ 23 m, lớp đất sét kế tiếp màu xám vàng, trạng thái nửa cứng có chiều dày không xác định [2 ÷ 6]. Với địa chất nhƣ vậy nên gây nhiều khó khăn trong việc xử lý khi xây dựng công trình nằm trên nó.1: Một số mặt cắt địa chất tại tỉnh Kiên Giang a) xã Đông Hƣng A, huyện An Minh; b) thị trấn Thứ 3, huyện An Biên; c) thị trấn Tân Hiệp, huyện Tân Hiệp; d) thị trấn Hòn Đất, huyện Hòn Đất; e) xã Long Thạnh, huyện Giồng Riềng 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Nếu chƣa xử lý chƣa ổn thỏa nền đƣờng có thể dẫn đến bị sụp lún hoặc trƣợt làm hƣ hỏng rất nhanh kết cấu mặt đƣờng nằm trên đó. Trên địa bàn tỉnh Kiên Giang cũng đã xảy ra hiện tƣợng vừa nêu, trên đƣờng Tỉnh lộ 965 (tuyến đê bao ngoài rừng Quốc gia U Minh Thƣợng), toàn tuyến có 11 điểm sạt lở nghiêm trọng với tổng chiều dài 345 m, nhiều chỗ ăn sâu đến 2 m, đặc biệt trong các vụ sạt lở đã làm 11 căn nhà cấp 4 của ngƣời dân bị hƣ hỏng hoàn toàn [7].
2 a) Vị trí sạt lở > 2 m b) Thi công đƣờng tạm để lƣu thông Hình 1.2: Những vị trí bị hƣ hỏng nặng trên tỉnh lộ 965 [7] Nguyên nhân có thể là sức chịu tải của nền đất yếu không đủ hoặc độ lún của nền đƣờng diễn biến quá chậm thì cần áp dụng các biện pháp xử lý để tăng độ ổn định và tăng nhanh thời gian lún của nền đắp trên đất yếu. Có khá nhiều biện pháp xử lý, có thể chia thành 3 nhóm biện pháp xử lý sau: - Thay đổi, sửa chữa đồ án thiết kế (nhƣ giảm chiều cao nền đắp hoặc di chuyển vị trí tuyến đến khu vực có chiều dày lớp đất yếu mỏng). - Các biện pháp liên quan đến việc bố trí thời gian (xây dựng theo giai đoạn), các giải pháp về vật liệu (bệ phản áp, đắp bằng vật liệu nhẹ, đào bỏ một phần phần yếu.) hoặc các biện pháp liên quan đến cả hai giải pháp trên (gia tải tạm thời). - Các biện pháp xử lý bản thân nền đất yếu (nhƣ cọc cát, cột balát, cột đất gia cố vôi, nền cọc, v.
Nhóm biện pháp này đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dụng và do các đơn vị chuyên nghiệp thi công. Nói chung mỗi trƣờng hợp cụ thể đều có thể có một hoặc nhiều biện pháp xử lý thích hợp, chọn biện pháp nào cần phải phân tích đầy đủ theo các nhân tố sau: Tính chất và tầm quan trọng của công trình; Thời gian; Tính chất và chiều dày của lớp đất yếu; Giá thành xây dựng. Nhƣng nhân tố giá thành xây dựng là quan trọng vì đa phần kinh phí làm đƣờng nông thôn thƣờng là do nhà nƣớc và nhân dân cùng đầu tƣ vào.3: Các phƣơng pháp để giải quyết vấn đề ổn định và lún của nền đƣờng đắp trên đất yếu [1] Để giải quyết đƣợc các vấn đề trên, mặc dù đã có những nghiên cứu về địa chất công trình nền đất ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long nói chung, tỉnh Kiên giang nói riêng nhƣng vẫn chƣa đề cập đầy đủ, toàn diện bản chất các đặc tính địa chất công trình của đất yếu và có rất nhiều phƣơng pháp để ổn định nền đất yếu, tăng nhanh sức chịu tải của đất yếu dƣới tải trọng của công trình theo thời gian nhƣng vẫn chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi do hạn chế về kinh phí. Với mục tiêu là làm sáng tỏ đặc tính địa chất công trình của đất loại sét yếu để phục vụ và nâng cao hiệu quả xử lý nền đƣờng, tìm ra phƣơng pháp để giải quyết vấn đề ổn định nền đất, tăng độ bền vững công trình, tiết kiệm và phù hợp với trình độ thi công nhằm đạt đƣợc phƣơng án tối ƣu có giá thành nhỏ nhất trong điều kiện ở tỉnh Kiên Giang, vì vậy việc “Nghiên cứu ứng xử và tối ưu tấm BTCT trên nền đất sét yếu làm nền công trình đê nông thôn tỉnh Kiên giang” mang tính cấp thiết cao và có ý nghĩa thực tiễn 4 1.3 Mục tiêu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu 1.1 Mục tiêu của đề tài Từ những phân tích nêu trên, với đề tài luận văn “Nghiên cứu ứng xử và tối ưu tấm BTCT trên nền đất sét yếu làm nền công trình đê nông thôn tỉnh Kiên giang”, tác giả luận văn tập trung nghiên cứu một cách đầy đủ, các vấn đề sau: Đặc tính địa chất công trình của đất loại sét yếu tại một số địa chất điển hình tỉnh Kiên Giang theo hƣớng phục vụ xây dựng đƣờng nông thôn, bao gồm: thành phần vật chất, đặc tính cơ lý, các quy luật chung về sự biến đổi các đặc trƣng cơ lý của đất, phƣơng pháp để giải quyết vấn đề ổn định nền đất.
Nghiên cứu khả năng chịu tải, ứng xử lún của tấm bê tông cốt thép trên một số địa chất điển hình tỉnh Kiên Giang. Nghiên cứu tối ƣu kích thƣớc, cƣờng độ tấm bê tông cốt thép dựa trên điều kiện tải trọng, điều kiện lún của đƣờng giao thông nông thôn và điều kiện địa chất Kiên Giang. Nghiên cứu tối ƣu của tấm BTCT dựa theo khả năng chịu lực và độ lún trên nền đất sét yếu.2 Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu Xác định tính chất vật lý và cơ học của đất loại sét yếu tại một số địa chất điển hình tỉnh Kiên Giang Xác định sức kháng cắt của đất loại sét yếu tại một số địa chất điển hình tỉnh Kiên Giang và một số đại lƣợng khác nhƣ độ đầm chặt, hệ số quá cố kết… Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D xác định ứng xử của tấm bê tông cốt thép trên nền đất yếu, tại một số địa chất điển hình tỉnh Kiên Giang Kiểm nghiệm mô hình và so sánh với một số thiết kế mẫu các loại mặt đƣờng giao thông nông thôn trên địa bàn tỉnh Kiên Giang 5 1.4 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1.1 Nghiên cứu trong nƣớc Trên phƣơng diện nghiên cứu địa chất công trình phục vụ cho xử lý nền đất yếu, thông số cơ lý đƣợc nhiều tác giả quan tâm là hệ số cố kết, hệ số thấm theo phƣơng ngang (ch, kh). Vƣơng Văn Thành [8]; Phạm Văn Long [9]; Nguyễn Đình Thứ [10] đã nhận định: ch là thông số quyết định đến khoảng cách bấc thấm vì thế liên quan đến thời gian thi công và giá thành xây dựng.
Theo tiêu chuẩn ngành [11], ch cũng có thể đƣợc xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với các mẫu nguyên dạng lấy theo phƣơng nằm ngang hoặc ở giai đoạn lập dự án khả thi, cho phép tạm dùng quan hệ ch = (2÷5). Tuy nhiên, điều này không dễ lựa chọn vì quyết định đến chất lƣợng nền xử lý, mạng lƣới thiết bị tiêu thoát nƣớc và giá thành công trình. Phạm Thị Nghĩa, và cộng sự [12] đã xác định ch bằng thiết bị CPTu và có khẳng định quan trọng là ch phụ thuộc vào nguồn gốc và thành phần của đất yếu. Xác định hệ số cố kết theo phƣơng ngang tƣơng đƣơng (ch (ap)) của đất yếu từ kết quả phân tích ngƣợc nền xử lý bằng bấc thấm và các đã đƣợc một số tác giả xác định nhƣ Suzuki và cộng sự [13;14].
Kết quả cho thấy, giá trị (ch (ap)) của đất yếu thay đổi khá phức tạp, phụ thuộc vào điều kiện thành tạo và môi trƣờng tồn tại. Một số nghiên cứu địa chất công trình phục vụ xử lý nền đất yếu tại Đồng bằng sông Cửu Long đƣợc đề cập. Nguyễn Đình Thứ [15] đã thống kê bề dày và một số tính chất cơ lý của đất yếu tại một số tuyến đƣờng đã xây dựng. Tác giả đã có đóng góp là mô tả điều kiện địa chất công trình của tuyến N2 và đề xuất một số giải pháp xử lý nền đƣờng.
Tác giả cũng đã nêu đƣợc một số đặc trƣng cơ lý phục vụ xử lý nền đƣờng gồm sức kháng cắt không thoát nƣớc và đặc trƣng cố kết của đất. Dƣơng Tuấn Minh [16] cũng đã đề cập đến bề dày và tổng kết lại một số tính chất cơ lý của đất yếu ở một số tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long và chỉ ra đây là vấn đề rất quan trọng trong lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu. Vũ Đình Phụng và cộng sự [17] cũng đã nêu ra một số chỉ tiêu cơ lý của đất yếu sử dụng làm các số liệu đầu vào cho tính toán thiết kế nền đất yếu.2 Nghiên cứu ngoài nƣớc Đối với đất yếu, cần sử dụng các phƣơng pháp thí nghiệm thích hợp. Nagaraj và cộng sự [17] đã đề cập phƣơng pháp nghiên cứu thành phần vật chất, đặc điểm cố kết và sức kháng cắt của đất yếu.
František Havel [19] đã nghiên cứu đặc điểm từ biến của đất yếu bằng thí nghiệm nén cố kết, nén ba trục đồng thời mô hình hóa trên phần mềm Plaxis 8. Đây là những chỉ dẫn quan trọng đảm bảo cung cấp các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu chính xác phục vụ xây dựng công trình. Larsson [20] đã phân tích và chỉ ra những đặc điểm cố kết của đất yếu bằng thí nghiệm trong phòng cũng nhƣ quan trắc ngoài hiện trƣờng tại nhiều dự án thí nghiệm khác nhau. Tác giả đã nghiên cứu hệ thống đặc điểm và các thông số đặc trƣng cho cố kết thấm, khẳng định đất có tính từ biến, chỉ ra các yếu tố ảnh hƣởng.