Tổng quan nghiên cứu

Nền đất yếu là một trong những thách thức lớn trong xây dựng công trình giao thông, đặc biệt tại các vùng đồng bằng châu thổ như Hải Phòng. Theo ước tính, đất yếu có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/cm², hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm²) và sức kháng cắt nhỏ, dẫn đến hiện tượng lún lớn và không đều khi xây dựng nền đường. Tại Hải Phòng, với điều kiện địa chất phức tạp, nhiều tuyến đường bộ đi qua các lớp đất yếu dày, việc xử lý nền đất yếu là yêu cầu cấp thiết để đảm bảo ổn định công trình và nâng cao tuổi thọ khai thác.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào đánh giá hiệu quả của giải pháp bấc thấm thoát nước (PVD) kết hợp gia tải trong gia cố nền đất yếu cho các dự án đường bộ tại Hải Phòng, đặc biệt là dự án đường và cầu Tân Vũ – Lạch Huyện. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát đặc tính địa chất công trình, tính toán ổn định nền đường trước và sau xử lý, đồng thời đề xuất phương án xử lý phù hợp với điều kiện thực tế. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí đầu tư và nâng cao chất lượng công trình giao thông tại khu vực.

Các số liệu quan trọng được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: độ lún nền đất yếu sau một năm khai thác có thể lên tới 40-60 cm nếu không xử lý đúng cách; chiều sâu cắm bấc thấm thường trên 20 m; hệ số thấm của cát đệm tối thiểu 10⁻⁴ m/s; và các tiêu chuẩn thiết kế theo TCVN 22TCN 262-2000. Nghiên cứu góp phần bổ sung cơ sở khoa học cho việc lựa chọn và áp dụng công nghệ xử lý nền đất yếu phù hợp tại vùng duyên hải Bắc Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình địa kỹ thuật về xử lý nền đất yếu, trong đó nổi bật là:

  • Lý thuyết cố kết đất theo Terzaghi: Giải thích quá trình thoát nước và biến dạng của đất yếu dưới tải trọng, làm cơ sở tính toán độ lún cố kết và thời gian cố kết.
  • Mô hình bấc thấm thoát nước thẳng đứng (PVD): Mô phỏng hiệu quả thoát nước nhanh hơn so với phương pháp truyền thống, giúp rút ngắn thời gian cố kết đất yếu.
  • Phương pháp kiểm toán ổn định trượt theo Bishop: Đánh giá hệ số an toàn chống trượt của nền đường trước và sau khi xử lý, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về ổn định tổng thể.
  • Các khái niệm chính bao gồm: độ lún cố kết (Sc), độ lún tức thời (Se), hệ số thời gian cố kết (Tv), áp lực tiền cố kết (Pc), và các chỉ tiêu cơ lý như cường độ chịu kéo, độ giãn dài, hệ số thấm của vật liệu gia cố.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát địa chất công trình tại thành phố Hải Phòng, bao gồm đặc tính cơ lý của các lớp đất yếu, điều kiện địa tầng, và số liệu quan trắc lún thực tế tại các dự án đường bộ. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các điểm khảo sát địa chất và các vị trí thi công bấc thấm trong dự án Tân Vũ – Lạch Huyện.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp mô hình tính toán độ lún theo công thức Osterberg, phương pháp e và Pc/Cc để dự báo độ lún cố kết, cùng với mô hình Carrillo để xác định độ cố kết tổng hợp theo cả phương thẳng đứng và ngang. Phân tích ổn định trượt được thực hiện bằng phương pháp Bishop, có xét đến tác động của lớp vải địa kỹ thuật gia cường.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ khảo sát địa chất, thiết kế giải pháp, thi công thử nghiệm đến quan trắc và đánh giá hiệu quả xử lý trong vòng 1-2 năm, nhằm đảm bảo độ tin cậy của kết quả và khả năng ứng dụng thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc tính địa chất nền đất yếu tại Hải Phòng: Đất yếu chủ yếu là bùn, đất sét mềm với hệ số rỗng e > 1, chỉ số SPT N < 5, và cường độ kháng nén dưới 0,5 daN/cm². Độ dày lớp đất yếu có thể lên tới 10-15 m, gây ra hiện tượng lún kéo dài và không đều trên các tuyến đường bộ.

  2. Hiệu quả xử lý bằng bấc thấm (PVD) kết hợp gia tải: Sau khi thi công bấc thấm và gia tải trước, độ lún cố kết giảm đáng kể, chỉ còn khoảng 10-20 cm so với 40-60 cm khi không xử lý. Thời gian cố kết rút ngắn từ 12-18 tháng xuống còn 4-6 tháng, giúp đẩy nhanh tiến độ thi công và đưa công trình vào khai thác.

  3. Ổn định trượt nền đường được cải thiện rõ rệt: Hệ số an toàn chống trượt tăng từ mức dưới 1 (không đảm bảo) lên trên 1,2 sau xử lý, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật. Việc sử dụng vải địa kỹ thuật gia cường kết hợp với bấc thấm giúp tăng cường độ kháng trượt và giảm nguy cơ trượt sụt nền.

  4. So sánh với các phương pháp truyền thống: So với giếng cát và cọc cát đầm chặt, phương pháp bấc thấm có ưu điểm về chi phí thấp hơn khoảng 20-30%, thi công nhanh hơn và ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Tuy nhiên, bấc thấm kém hiệu quả hơn khi lớp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao hoặc chiều sâu lớn hơn 20 m.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả xử lý bấc thấm là do khả năng thoát nước thẳng đứng nhanh chóng, làm giảm áp lực nước lỗ rỗng và tăng ứng suất hữu hiệu trong đất nền. Kết quả quan trắc lún và áp lực nước lỗ rỗng tại hiện trường cho thấy sự phù hợp cao với dự báo tính toán, minh chứng cho tính chính xác của mô hình lý thuyết áp dụng.

So với các nghiên cứu trong nước và khu vực ASEAN, kết quả này tương đồng với hiệu quả rút ngắn thời gian cố kết và giảm độ lún nền đất yếu. Việc áp dụng bấc thấm tại Hải Phòng phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của vùng duyên hải Bắc Bộ, đồng thời đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của các dự án giao thông trọng điểm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ độ lún theo thời gian trước và sau xử lý, bảng so sánh hệ số an toàn trượt nền, và sơ đồ bố trí bấc thấm trong mặt cắt nền đường để minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải tại các dự án đường bộ trên nền đất yếu ở Hải Phòng nhằm giảm thiểu độ lún và tăng độ ổn định nền, với mục tiêu rút ngắn thời gian thi công xuống còn 4-6 tháng. Chủ thể thực hiện là các đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công.

  2. Tăng cường công tác khảo sát địa chất chi tiết và quan trắc lún, áp lực nước lỗ rỗng trong suốt quá trình thi công và khai thác để kiểm soát chất lượng và điều chỉnh phương án xử lý kịp thời. Thời gian quan trắc tối thiểu 12 tháng sau khi hoàn thành thi công.

  3. Áp dụng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường trong các trường hợp nền đất yếu có nguy cơ trượt cao nhằm nâng cao hệ số an toàn trượt trên 1,2, đảm bảo ổn định lâu dài cho nền đường. Chủ thể thực hiện là đơn vị thiết kế và thi công.

  4. Nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý bấc thấm phù hợp với các loại đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao hoặc chiều sâu lớn hơn 20 m để mở rộng phạm vi ứng dụng, đồng thời giảm thiểu rủi ro đứt gãy bấc thấm trong quá trình thi công.

  5. Đào tạo nâng cao năng lực chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật và công nhân thi công về công nghệ bấc thấm và các biện pháp xử lý nền đất yếu hiện đại nhằm đảm bảo thi công đúng kỹ thuật, nâng cao hiệu quả và độ bền công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư, chuyên gia địa kỹ thuật và xây dựng giao thông: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn về xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm, giúp họ lựa chọn giải pháp phù hợp cho các dự án đường bộ tại vùng đất yếu.

  2. Các nhà quản lý dự án và chủ đầu tư công trình giao thông: Thông tin về hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và tiến độ thi công của giải pháp bấc thấm giúp họ ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm thiểu rủi ro và chi phí phát sinh.

  3. Các đơn vị tư vấn thiết kế và thi công xây dựng: Tài liệu chi tiết về phương pháp tính toán, thiết kế và thi công bấc thấm hỗ trợ họ triển khai công việc chính xác, đảm bảo chất lượng công trình.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng, địa kỹ thuật: Luận văn là nguồn tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tế trong xử lý nền đất yếu, góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bấc thấm thoát nước (PVD) là gì và tại sao được sử dụng trong xử lý nền đất yếu?
    Bấc thấm là các ống thoát nước thẳng đứng được cắm sâu vào nền đất yếu để tăng tốc độ thoát nước, giảm áp lực nước lỗ rỗng và rút ngắn thời gian cố kết đất. Phương pháp này giúp giảm độ lún và tăng độ ổn định nền đường hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống.

  2. Phạm vi áp dụng của giải pháp bấc thấm tại Hải Phòng như thế nào?
    Giải pháp phù hợp với các nền đất yếu có độ dày từ 5 đến 20 m, đặc biệt là đất bùn và đất sét mềm có độ sệt B > 0,75. Độ sâu cắm bấc thấm thường trên 20 m, kết hợp với gia tải trước để đạt hiệu quả tối ưu.

  3. So sánh ưu nhược điểm của bấc thấm với giếng cát và cọc cát đầm chặt?
    Bấc thấm có chi phí thấp hơn, thi công nhanh hơn và ít ảnh hưởng môi trường hơn. Tuy nhiên, giếng cát có khả năng thay thế đất yếu và chống trượt tốt hơn, còn cọc cát đầm chặt hiệu quả trong việc gia tăng sức chịu tải và rút ngắn thời gian cố kết nhưng chi phí và thiết bị thi công cao hơn.

  4. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng thi công bấc thấm?
    Cần thiết lập hệ thống quan trắc lún, áp lực nước lỗ rỗng và dịch chuyển ngang trong suốt quá trình thi công và sau khi hoàn thành. Đo đạc hàng ngày trong giai đoạn đắp và gia tải, sau đó theo dõi định kỳ hàng tuần và hàng tháng để đảm bảo hiệu quả xử lý.

  5. Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm có thể áp dụng cho các loại đất hữu cơ như than bùn không?
    Hiện nay, hiệu quả xử lý bấc thấm với đất hữu cơ như than bùn còn hạn chế do tính chất đất dễ biến dạng và độ bền thấp. Cần nghiên cứu thêm và kết hợp với các biện pháp gia cố khác để xử lý hiệu quả các loại đất này.

Kết luận

  • Đất yếu tại Hải Phòng chủ yếu là bùn và đất sét mềm với đặc tính cơ lý kém, gây ra hiện tượng lún lớn và không đều trên nền đường.
  • Giải pháp bấc thấm thoát nước kết hợp gia tải trước giúp rút ngắn thời gian cố kết từ 12-18 tháng xuống còn 4-6 tháng, giảm độ lún còn khoảng 10-20 cm.
  • Ổn định trượt nền đường được cải thiện rõ rệt với hệ số an toàn trên 1,2 khi sử dụng bấc thấm kết hợp vải địa kỹ thuật.
  • Phương pháp bấc thấm có ưu điểm về chi phí, tiến độ thi công và ít ảnh hưởng môi trường so với các phương pháp truyền thống như giếng cát và cọc cát đầm chặt.
  • Khuyến nghị triển khai rộng rãi giải pháp này tại các dự án đường bộ ở Hải Phòng, đồng thời tăng cường quan trắc và nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các loại đất yếu phức tạp hơn.

Tiếp theo, cần tiến hành các dự án thí điểm mở rộng quy mô, đồng thời đào tạo chuyên môn cho đội ngũ kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả và bền vững của công nghệ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm. Các đơn vị quản lý và thi công được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng công trình giao thông tại vùng duyên hải Bắc Bộ.