CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT TRỘN ƯỚT 1. Tổng quan về đất yếu vùng ĐBSCL Thuật ngữ “đất yếu” là rất quen thuộc trong khoa học xây dựng, đặc biệt là trong lỉnh vực địa kỹ thuật. “Đất yếu” được hiểu là đất không đủ sức chịu tải, không có đủ độ bền và biến dạng rất nhiều, do vậy không thể dùng làm nền “tự nhiên” cho công trình xây dựng. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị phá hoại do bị lún, sập hay hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu là do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất.
Do vậy, việc đánh giá chính xác các tính chất cơ lý của nền đất yếu để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng [9] phù hợp là một vấn đề hết sức quan trọng, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa năng lực kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, hướng đến giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. Đất yếu có các đặc tính là: Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G> 0,8, độ sệt lớn (B > 1), khả năng chống cắt bé (c và ϕ bé), khả năng thấm nước bé, hệ số rỗng e lớn (e > 1,0), đất có tính nén lún lớn (a> 0,1 cm2/kG), mođun biến dạng nhỏ (E< 50kG/cm2), dung trọng bé [1]. Tầng trầm tích mới ĐBSCL là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình [18]. Các lớp đất chính thường là loại sét hữu cơ và sét không hữu cơ trạng thái độ sệt khác nhau.
Bên cạnh còn phải kể đến những lớp đất cát, sét bùn lẫn vỏ sò sạn laterit. Ngay trong sét còn gặp các vệt cát mỏng. Dựa theo hình trụ các hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m của các công trình thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Vĩnh Long, Hậu Giang, Cà Mau [13], Bạc Liêu, thành phố Hồ Chí Minh… có thể phân chia các lớp đất như sau: Lớp đất trên mặt: Dày khoảng 0,5 – 1,5 m, gồm những loại sét hạt bụi đến hạt cát, có màu xám nhạt đến vàng xám. Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen.
4 Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm có nơi dưới mực nước ngầm (vùng sình lầy). Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi từ 3 - 4 m (Long An), 9 -10 m (Thạch An, Hậu Giang) đến 18 - 20 m (vùng Long Phú - Hậu Giang). Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển. Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặt màu vàng nhạt.
Hàm lượng sét chiếm khoảng 40- 70%. Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2 - 8 %, các chất hữu cơ phân giải gần hết. Ở lớp gần mặt thường có những khối hữu cơ ở dạng than bùn. Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit là vỏ sò hoặc lớp cát: Lớp này dày khoảng 3-5m, thường nằm chuyển tiếp giữa sét lớp hữu cơ với lớp sét không hữu cơ.
Cũng có nơi như Mỹ Tứ (Hậu Giang ) lớp cát lại nằm giữa lớp đất sét. Lớp này không liên tục trên toàn vùng ĐBSCL. Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét này khá dày xuất hiện ở các độ sâu khác nhau. Một số hố khoan ở Long An cho thấy: Lớp đất sét tương đối chặt nằm chặt cách mặt đất 3 - 4 m.
Ở những nơi khác lớp đất sét tương tự nằm cách mặt khảng 9 - 10m (Thạch An, Hậu Giang), 15 - 16m (Vĩnh Qui, Tân Long, Hậu Giang), 25 - 26m (Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gần ven biển, lớp đất sét càng nằm sâu cách mặt đất tự nhiên. Sự phân bố các loại đất yếu ĐBSCL được trình bày ở Hình 1. Theo chiều dày và thành phần có thể phân vùng đất yếu vùng ĐBSCL như sau: Khu vực I Khu đất sét màu xám nâu, xám vàng: bao gồm các loại đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu nằm gối lên trên trầm tích nén chặt QI-II và chiều dày không quá 5m. Khu vực này thuộc đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng lầy nội địa, cao độ từ 1 - 3m.
Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1 - 5m. Nước này có tính ăn mòn acid và ăn mòn sulfat. Khu vực II 5 Bao gồm các loại đất yếu: bùn sét, bùn á sét, bùn á cát xen kẹp với các lớp á cát. Khu vực này gồm ba phân khu Hình 1.1: Sự phân bố đất yếu ĐBSCL [5].
6 Phân khu II a Bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp, tựa lên trên nền sét chặt QI-III, chiều dày không quá 20m. Đây là vùng đồng bằng thấp, tích tụ với độ cao từ 1 - 1,5m đến 3 - 4m. Mực nước ngầm cách mặt đất 0,5 - 1,0 m, nước có hoạt tính có khả năng ăn mòn bêtông và bêtông cốt thép. Phân khu II b Khu vực này thường gặp các loại đất yếu như: bùn sét, bùn á sét, chúng phân bố không đều hoặc xen kẹp, chiều dày tầng đất yếu có thể đạt đến 80m.
Phân khu II c Trong thực tế xây dựng công trình gặp các loại đất yếu như: bùn sét, bùn á sét, chúng phân bố không đều hoặc xen kẹp gối lên trên nền đất sét chặt chặt QI-III, chiều dày không quá 25m. Phân khu II d Ở phân khu này thường hay gặp những dạng đất nền yếu như trường hợp các phân khu IIa , IIb , IIc đã nêu ở trên. Bề dày tầng đất yếu nhỏ hơn 30m. Khu vực III Đất nền trong khu vực này bao gồm các dạng sau: Cát hạt mịn, á cát, xen kẹp ít bùn á cát, chúng được chia thành các phân khu như sau: Phân khu III a Đất nền ở đây thường gặp chủ yếu là các loại á cát, cát bụi, xen kẹp ít bùn sét, bùn á sét, bùn á cát (m, am, abm Q IV), chúng nằm trực tiếp trên nền trầm tích [8] nén chặt QI-III.
Chiều dày tầng trầm tích yếu ở đây không quá 60m. Địa hình ở khu vực này là đồng bằng tích tụ và đồng bằng tích tụ gợn sóng ven biển với độ cao từ 1 - 2m đến 5 - 7m. Mực nước ngầm xuất hiện cách mặt đất 0,5 - 2,0 m, nước có tính ăn mòn. Phân khu IIIb Đất nền ở phân khu này cũng có những đặc trưng giống như Phân khu IIIa, nhưng chiều dày tầng Holoxen không quá 100m.
7 Phân khu IIIc Nền đất yếu ở đây có các tính chất, đặc trưng giống như IIIa, IIIb, nhưng chiều dày của tầng Holoxen không quá 25m. Khu vực IV Nền đất yếu ở khu vực này thường gặp các loại điển hình là đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn á sét, cát bụi và á cát chúng cũng được chia thành các phân khu như sau: Phân khu IVa Các loại đất hay gặp là: đất than bùn, sét, bùn á sét (mb Q IV) , chúng thuộc tầng đất yếu Holoxen có chiều dày không quá 25m, gối lên nền trầm tích chặt Q I-III. Địa hình ở vùng này có dạng đồng bằng tích tụ sinh vật biển có cao độ từ 1,0 - 1,5m. Mực nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất, nước có tính ăn mòn hóa học đối với kết cấu công trình.
Phân khu IV b Đất yếu ở đây bao gồm than bùn, bùn sét, bùn á sét, thuộc tầng Holoxen, chiều dày của chúng không quá 50 m phủ trên tầng QII-III và N2. Địa hình ở đây là dạng đồng bằng tích tụ trũng lầy, cửa sông bị luồn lạch chia cắt rất mãnh liệt. Mực nước ngầm xuất hiện trên mặt đất, nước có hoạt tính ăn mòn cao. Ở đây phổ biến các quá trình địa chất động lực như xâm thực bờ và đáy sông.
Khu vực V Đất yếu ở khu vực này thường gặp là bùn á sét và bùn á cát ngập nước. Đất yếu gồm bùn, than bùn Holoxen dày từ 5 - 10m đến 40 - 50m, gối lên đất chặt QII-III, phân bổ các vùng trũng, vịnh, cửa sông. Mực nước ngầm xuất hiện trên mặt đất, nước có hoạt tính ăn mòn cao. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ 1.
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ trên thế giới 8 Trải qua gần 40 năm, công nghệ xử lý nền đất yếu trên thế giới đã và đang diễn ra ngày càng phổ dụng và hoàn thiện hơn. Tính từ 1967, CXMĐ đã được áp dụng tại các nước Phần Lan và Thụy Điển, đến nay trên thế giới đã áp dụng rộng rãi phương pháp xử lý đất yếu như [15]: Hình 1.2: Phục hồi kết cấu công trình cảng Tunne Miami – năm 1962 Hình 1.3: Mở rộng các trung tâm lưu trữ chất thải của Lewarde – Pháp, năm 2009.4: Đất ướt trộn để hỗ trợ các bể chứa dầu tại Galliano, LA.5: Xi măng trôn đất theo kiểu trộn ướt tại một bệnh viện ở Ventura, CA. 10 Ở Châu Âu, công nghệ CXMĐ được nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu từ năm 1967, như Thụy Điển và Phần Lan. Công nghệ khoan phụt cao áp (jet-grouting) [6] hay còn gọi là CXMĐ được phát minh ở Nhật Bản năm 1970.
Sau đó các công ty của Ý, Đức đặt mua lại phát minh trên và đến nay nhiều công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như công ty Laynerchristen (Mỹ) Soletanne-Bachy (Pháp), Bauer (Đức), Frankipile (Úc) đều có sử dụng công nghệ này. Ở Châu Á, nước ứng dụng công nghệ CXMĐ nhiều nhất là Nhật Bản. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980 - 1996 có khoảng 2.345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong đất liền, với khoảng hơn 300 dự án. Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3.
Ngoài ra, còn phải nói đến nước Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, tổng khối lượng xử lý bằng CXMĐ cho đến nay ước vào khoảng trên 1 triệu m3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng CXMĐ tại Việt Nam Tại Việt Nam: Mặc dù công nghệ này đã được chấp nhận và sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trong đó có Thái Lan và Singapore ở Đông Nam Á, khoan phụt cao áp hay CXMĐ chưa từng được biết đến trong thực tế ở Việt Nam. Một số nhà nghiên cứu trước đây đã đề cập đến công nghệ này như PGS. TS Nguyễn Bá Kế trong cuốn "Sự cố nền móng công trình".