CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ NỀN ĐẤT YẾU 1. Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu 1. Khái niệm đất yếu: Khái niệm đất yếu cho đến nay vẫn chưa thật rõ ràng. Khái niệm này chỉ là tương đối và phụ thuộc vào trạng vật lý của đất, cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà móng công trình truyền lên.
Nếu sức chịu tải của đất nền không đáp ứng được tải trọng thiết kế của đê hoặc mức độ thấm của nền đê vượt quá yêu cầu độ chống thấm thiết kế thì gọi là nền đất yếu. Một quan niệm khác cho rằng, đất yếu được hiểu là các loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2), góc nội ma sát φ < 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường C u < 0,35 daN/cm2. Đất yếu có thể được phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B: W − Wd B= (1.1) Wch − Wd Trong đó: W, W d, Wch - độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn chảy (nhão) của đất. Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy; Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức kháng cắt không thoát nước s u và hệ số xuyên tiêu chuẩn như sau: - Đất rất yếu (trạng thái chảy): s u (kPa) ≤ 12,5 và N 30 ≤ 2 - Đất yếu (trạng thái dẻo chảy): s u (kPa) ≤ 25 và N 30 ≤ 4 (N: số búa đóng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn) 5 1. Khái niệm nền đất yếu: Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các tầng đất yếu có khả năng chịu lực kém nằm dưới móng công trình và chịu tác động của công trình truyền xuống [1]. Nền đất yếu có thể là một lớp đất yếu hoặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ lớp đất tốt Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu 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 và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. Các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu: - Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; Sức chịu tải bé (0,5 - 1kG/cm2); - Đất có tính nén lún lớn (a> 0,1 cm2/kG); - Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0); - Độ sệt lớn ( B > 1); - Mô đun biến dạng bé (E< 50kG/cm2); - Khả năng chống cắt bé (φ, c bé), khả năng thấm nước bé; - Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G> 0,8, dung trọng bé. Các loại nền đất yếu thường gặp: - Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét, trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; Hình 1.2: Đất sét mềm - Đất than bùn: Loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ > 13%); Hình 1.3: Đất than bùn - Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, cát hạt nhỏ, cát bụi chứa nước có thể tự chảy; Hình 1.4: Cát chảy (Đất cát yếu) - Đất có hàm lượng tạp chất hoà tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunpphat clorua lớn hơn 10% tính theo trọng lượng; 7 - Đất phù sa, đất bùn, đất mùn vì các đất này khả năng chịu lực kém. Sự phân vùng của đất yếu ở Việt Nam.
Trong những năm qua, thành tựu về công nghệ trong GTVT Việt Nam có rất nhiều tiến bộ. Những công trình như: hầm đường bộ qua đèo Hải Vân, cầu Mỹ Thuận, cầu Cần Thơ, QL1A, QL5, đường cao tốc TP. HCM- Trung Lương, Đại lộ Thăng Long, tuyến Pháp Vân - Cầu Giẽ… đều sử dụng những công nghệ hiện đại, tiên tiến và đều nằm trong vùng đất yếu. Tuy nhiên, xử lý nền đất yếu vẫn luôn là việc làm phức tạp và gây nhiều khó khăn cho các đơn vị thiết kế và thi công công trình.
“Hiện nay, Việt Nam có 2 vùng đất yếu chủ yếu là châu thổ Bắc Bộ và Đồng bàng sông Cửu Long. Với vùng châu thổ Bắc Bộ, chiều sâu của nhiều vị trí đất yếu lên đến từ 15 - 28m. Với Đồng bàng sông Cửu Long còn lớn hơn, nhiều khi lên đến 35m. Cả hai khu vực này đều nằm trong vùng trọng điểm phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.
Chính vì vậy, trong thời gian qua phải đầu tư rất nhiều tiền của để đầu tư phát triển hạ tầng giao thông. Việc phải xử lý nền đất yếu khiến cho tổng mức đầu tư của các dự án bị đội lên rất cao”. Đất yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ. Đồng bằng Bắc Việt Nam có diện tích khoảng 30.000km2, trong đó đồng bằng Bác Bộ chiếm khoảng 18.
Bằng phẳng có cao độ 1-12m, trung bình 6-8m hơi nghiêng về phía đông. Địa hình bị phân cắt bợi hệ thống sông suối, kênh mương chằng chịt. Nhiều nơi thấy vết tích hố móng ngựa, đầm lầy, khu trũng bị úng nước. 8 Nhìn chung, trầm tích hệ Thứ Tư ở đồng bằng cấu tạo từ 2 tầng lớn: tầng dưới - hạt thô (cuội, sỏi, sạn lẫn cát thô, cát vừa hay nhỏ, cát pha sét), tầng trên - hạt mịn (sét, sét pha cát, bùn và than bùn).
Nhóm đất yếu phân bố khắp khắp nơi gồm 2 loại bùn và than bùn: a) Đất bùn - Bùn đầm lầy ven biển (bm Q2IV, bmQm) hầu như bị phủ kín, nằm sát dưới đáy hay xen giữa các lớp sét biển (trừ vùng Phủ Lý, Ninh Bình lộ ra trên mặt đất). Bùn sét hay bùn cát màu xám đen, xám tro, chứa 20%-30% tạp chất hữu cơ thân, cành lá cây. Chiều dày 2-15m có thể >15m. - Bùn nguồn gốc hồ (IQIV3) trong lòng hồ cạn hay đầm hồ như hồ Tây (Hà Nội), đầm Nậu, đầm Vạc, đồng sâu hải Bối (Vĩnh Phú), đồng sâu Hà Nam Ninh, Cổ Định (Thanh Hóa), Can Lộc, Đức Thọ (Hà Tĩnh) và bùn bồi tích hiện đại (aQ3IV), sông - biển hỗn hợp (aQ3IV).
Là loại bùn cát, bùn sét màu xám tro, chứa 10-20% tạp chất hữu cơ, chiều 0,2-1m, thường ở trạng thái chảy lỏng. Bùn đầm lầy có nhóm hạt cát 13-20%, hạt bụi 40-45%, hạt sét 35-40%. Bùn sông - biển có nhóm hạt cát 25-35%, hạt bụi 30-35%, hạt sét 25-30%. Chỉ tiêu cơ lý đất bùn cho trong bảng 1.1 Độ ẩm khá cao 50-60% tới 30-75%, ε=1,4- 1,6.1: Chỉ tiêu cơ lí của đất bùn đồng bằng Bắc Bộ Kiểu Đồng W γw γk γr G Wch Wd ϕ C a nguồn ε bằng (%) g/cm3 (g/cm3) (g/cm3) (%) (g/cm3) (%) (độ) (kG/cm2) cm2/kG gốc IQIV3 47,25 1,62 1,25 2,69 97,0 1,35 35,4 21,7 7,30’ 0,12 0,084 3 100, Bắc am IQIV 56,65 1,66 1,09 2,68 1,68 42,6 23,5 5,40’ 0,09 0,12 0 Bộ 2 bm IQIV 64,62 1,57 0,95 2,64 95,5 1,57 61,3 41,5 3,39’ 0,10 0,12 bmQIII 63,28 1,60 0,99 2,68 97,7 1,67 52,0 31,6 3,03’ 0,07 0,16 2 Than bm IQIV 46,71 1,70 1,13 2,69 97,5 1,27 37,3 26,4 8,12’ 0,09 0,18 h Hóa bmQIII 61,85 1,63 1,12 2,70 98,6 1,69 52,5 29,6 5,00’ 0,06 0,14 2 Vinh bm IQIV 48,82 1,68 1,03 2,68 96,8 1,27 36,2 24,7 8,42’ 0,13 0,12 Hà 2 bm IQIV 56,52 1,62 1,21 2,69 98,8 1,53 38,4 28,2 10,30’ 0,15 0,19 Tĩnh Quãng 2 bm IQIV 52,6 1,56 1,08 2,71 99,0 1,54 40,7 24,3 12,28’ 0,18 0,24 Bình b) Than bùn Chỉ tập trung phần tây, tây bắc các đồng bằng.
Tại đồng bằng Bắc Bộ, các thấu kính hay lớp mỏng than bùn rộng 10-30km kéo dài từ Thuận Thành qua Đông Anh, Hà Nội, Ứng Hòa, Mỹ Đức đến Thường Tín. Ở đồng bằng Bắc Trung Bộ, phân bố ở Triệu Lộc, Thọ Lâm và Triệu Sơn (Thanh Hóa); Đức Sơn (Hà Tĩnh). Than bùn có màu nâu đỏ, xám đen rất xốp và nhẹ. Độ ẩm tự nhiên 80-140%, giới hạn chảy 70-80%, dung trọng khô 1,2-1,45g/cm2, tỉ trọng 1,5-1,6, ε=2-10 đôi khi >10; φ=5-100, lực dính c=0,05-0,3kG/cm2.
Than bùn có sức chịu tải thấp, tính nén lún cao. Sơ đồ phân khu địa chất công trình vùng đồng bằng Bắc Việt Nam được thấy trên hình 1.1 Đất yếu ở phụ khu 2b, phụ khu 3a. Trị số trung bình chỉ tiêu cơ lý các lớp đất được cho trong bảng 1. Đất yếu đồng bằng sông Cửu Long.
Trầm tích Holoxen đồng bằng sông Cửu Long được phân chia thành 3 bậc: Bậc Haloxen dưới giữa QIV-1-2: cát màu vàng, xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng kết vốn sắt, phủ trên tầng sét loang nổ Pleixtoxen hoặc đá gốc. Bề dày tới 12m. Bậc Haloxen giữa QIV-2: bùn xét màu xám, sét xám xanh, xám vàng, bề dày 10-50m. Bậc Haloxen trên QIV-3: gốc trầm tích biển, sông biển hỗn hợp (mQIV-3) (mbQIV-3) là cát mịn, bùn sét hữu cơ, đầm lầy ven biển (mbQIV-3) gồm bùn sét hữu cơ, than bùn và bồi tích (AqIV=33): sét, cát pha sét chảy hoặc bùn sét.
Bề dày 9-20m, trung bình 15m. Có thể chia vùng đồng bằng sông Cửu Long thành 3 khu vực ĐCCT: a) Khu vực ven Thành phố Hồ Chí Minh, thượng nguồn Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, rìa tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi chạy tới ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đồng bằng Vũng Tàu đến Biên Hòa là khu vực đất yếu, bề dày 1-10m. b) Khu vực đất yếu dày 5-30m, phân bố kế cận khu (a) và đại bộ phận trung tâm đồng bằng và trung tâm Đồng Tháp Mười. c) Khu vực đất yếu dày 15-30m, chủ yếu thuộc Cửu Long, Bến Tre với ven biển Minh Hải, Hậu Giang, Tiền Giang, Cần Giuộc, Vũng Tàu.