Chương 1. Tổng quan nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu và phương pháp xử lý nền đất yếu. Đặc điểm cấu trúc nền đất yếu tuyến đường giao thông ven biển Hải Phòng - Nam Định. Nghiên cứu đề xuất phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát biển - xi măng.
Xây dựng mô hình số phân tích hiệu quả xử lý nền đất yếu bằng cọc cát biển - xi măng. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1. Tổng quan nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu trên thế giới 1. Tổng quan nghiên cứu về đất yếu trên thế giới 1.
Khái niệm đất yếu Hiện nay, trên thế giới và ở Việt Nam có nhiều quan điểm khác nhau về đất yếu. Trong một số tiêu chuẩn xây dựng, tiêu chuẩn ngành có đưa ra định nghĩa, tiêu chuẩn phân loại đất yếu nhưng chưa có tính thống nhất và khó áp dụng khi nghiên cứu cho một khu vực cụ thể. Mặt khác, trong nhiều trường hợp, quan niệm về đất yếu chỉ mang tính tương đối, bởi trong mối quan hệ tương tác với công trình có quy mô và tải trọng khác nhau thì ứng xử của đất nền khác nhau. Một loại đất có thể là yếu đối với cấp loại công trình này nhưng lại là không yếu đối với cấp loại công trình khác.
Vì vậy, có thể xem xét khái niệm đất yếu theo hai quan điểm: - Theo quan điểm địa chất công trình (mang tính tuyệt đối): Đất yếu là loại đất có độ ẩm cao, hệ số rỗng lớn, độ bền cắt thấp, tính biến dạng lớn, không có khả năng ổn định khi chịu tác dụng của tải trọng công trình. Nói một cách khái quát nhất, đất yếu là loại đất phải xử lý thì mới có thể sử dụng làm nền cho xây dựng công trình. - Theo quan điểm xây dựng (mang tính tương đối): Đất yếu phải được xem xét trong mối quan hệ tương tác với loại công trình xây dựng cụ thể. Nghĩa là, khi xây dựng công trình, đất nền được xem là đất yếu nếu sức chịu tải của đất nhỏ hơn tải trọng công trình tác dụng xuống nền và ngược lại, đất nền được xem là đất tốt nếu sức chịu tải của đất lớn hơn tải trọng công trình tác dụng xuống nền.
Nói cách khác, theo quan điểm này, khái niệm đưa ra chính là nền đất yếu. Mặc dù còn những ý kiến khác nhau trong cách hiểu về đất yếu nhưng nhìn chung, các nhà khoa học đều thống nhất quan niệm về đất yếu, đó là: đất yếu là loại đất bão hòa nước, rất nhạy cảm với tải trọng ngoài và sự biến đổi môi trường địa chất, có các đặc trưng vật lý và cơ học không thuận lợi cho xây dựng công trình. Đất yếu là những loại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt so với các loại đất xây dựng khác; đất thường ở trạng thái chảy, dẻo chảy, sức chịu tải thấp, sức kháng cắt nhỏ, tính biến dạng lớn và kéo dài theo thời gian tác dụng của tải trọng. Đối với đất yếu, không thể sử dụng giải pháp móng nông đặt trực tiếp trên chúng nếu không có giải pháp gia cố ngay cả khi các công trình có quy mô, tải trọng vừa và nhỏ; không thể dùng làm lớp tựa mũi cọc 9 hoặc đặt móng sâu [31].
Nghiên cứu phân loại đất yếu trên thế giới Nghiên cứu về đất yếu trên thế giới đã được tiến hành từ rất lâu. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra, đất yếu và các đặc tính của chúng ở từng nước, từng khu vực là khác nhau. Tùy theo mục đích nghiên cứu, các nước trên thế giới có cách nhìn nhận và đánh giá về đất yếu khác nhau, thể hiện trong các tiêu chuẩn phân loại đất yếu. Tuy nhiên, hầu hết các bảng phân loại đất yếu trên thế giới đều có điểm chung là dựa vào các chỉ tiêu đặc trưng về thành phần, trạng thái và một số tính chất cơ lý của đất yếu như: thành phần hạt, hàm lượng hữu cơ, chỉ số dẻo, giới hạn chảy, hệ số rỗng, sức kháng cắt và tính biến dạng của đất.
Phân loại đất yếu của một số nước trên thế giới có nhiều điểm khác nhau, chẳng hạn trong hệ thống phân loại đất của Anh (BS 5930: 1981, 1999) [45], đất yếu được phân chia dựa vào một số chỉ tiêu cơ học xác định trực tiếp ngoài hiện trường như loại đất sét (clay), bột (silt) ở trạng thái chảy (very soft), dẻo chảy (soft), có sức kháng cắt trong điều kiện không thoát nước Su< 40kPa, cường độ kháng nén một trục qu< 50kPa và trị số sức kháng xuyên tiêu chuẩn N30 < 4; hay loại đất có chứa hữu cơ từ ít tới nhiều (từ 2% đến >10% với đất loại sét, từ 1%- >5% với đất cát), đất than bùn khi có hàm lượng hữu cơ cao (30% - 50% hoặc cao hơn) hoặc than bùn. Than bùn thường xốp, chứa hữu cơ bị phân hủy với mức độ khác nhau, độ rỗng lớn, hệ số rỗng tới vài đơn vị; độ ẩm cao, có thể tới 200% - 500%, thậm chí tới 3.000%; lượng co ngót lớn, thay đổi từ 10% đến 75% so với thể tích ban đầu; khối lượng riêng nhỏ, biến đổi từ 1,1g/cm3 đến 1,8g/cm3; tính nén lún lớn, môđun tổng biến dạng nhỏ từ 3000kPa đến 5000kPa; sức kháng cắt thấp, biến đổi từ 5kPa đến 15kPa và thay đổi phụ thuộc vào mức độ phân huỷ hữu cơ. Khác phân loại của Anh, trong hệ thống phân loại đất của Mỹ (ASTM D 2487 - 2010) [50], các loại đất yếu là đất sét chứa hữu cơ hoặc than bùn. Các loại đất chứa hữu cơ là đất sét hoặc bụi, có giá trị giới hạn chảy sau khi sấy khô nhỏ hơn 75% so với trước khi sấy khô (khi sử dụng đất tự nhiên làm thí nghiệm).
Than bùn là loại đất chứa các vật chất hữu cơ phân hủy ở mức độ khác nhau, màu nâu đen, đen, trạng thái xốp. Đối với các tiêu chuẩn hiện hành của Nga, đất yếu không có phân loại riêng, nằm trong hệ thống phân loại chung, kế thừa cách phân loại đất đá của Liên Xô cũ, chủ yếu theo hai trường phái: phân chia đất đá theo nguyên tắc thành hệ và phân chia đất đá theo 10 nguyên tắc địa chất công trình [16]. Trường phái phân chia đất đá theo nguyên tắc thành hệ dựa vào sự phân tích thành hệ, phức hệ địa chất nguồn gốc, thành phần đất đá và các chỉ tiêu cơ lý của chúng để xác lập các mức độ đồng nhất khác nhau và các đơn vị phân chia đất đá tương ứng. Cách phân loại này không phân chia đất yếu riêng, đất yếu chỉ được xem xét trong tổng thể phân loại chung.
(2) Trường phái phân chia đất đá theo nguyên tắc địa chất công trình dựa vào phân tích đặc tính địa chất công trình của đất đá, kết hợp với đánh giá khả năng sử dụng chúng cho xây dựng. Theo cách phân loại này, nhóm đất đá có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt như đất loại sét ở trạng thái chảy, bùn, bùn hữu cơ, than bùn, đất nhiễm mặn, đất san lấp, trương nở,. được xếp vào loại đất yếu. Tổng quan nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu trên thế giới Nền đất yếu là khái niệm được dùng để chỉ các nền đất mà trong đó tồn tại các lớp đất yếu không đảm bảo các điều kiện ổn định theo các trạng thái giới hạn khi xây dựng công trình trên chúng.
Cấu trúc nền đất yếu là khái niệm chỉ sự sắp xếp trong không gian của các lớp đất nền (bao gồm cả đất yếu) với các đặc trưng về nguồn gốc, tuổi, thành phần, trạng thái, tính chất cơ lý. của chúng [41]. Trên thế giới, khái niệm “cấu trúc nền đất yếu” ít được quan tâm. Các nước phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật Bản.
không phân biệt rõ ràng “cấu trúc nền đất yếu” và “nền đất yếu”. Với mục đích nghiên cứu đất yếu phục vụ xây dựng các loại công trình khác nhau, hầu hết các nước này đều coi đất yếu là một loại đất gây mất ổn định và biến dạng lớn cho công trình. Họ tập trung nghiên cứu và đánh giá đất yếu tại những vị trí phân bố cụ thể của chúng trong mặt cắt địa chất công trình, cho từng đối tượng công trình cụ thể mà ít quan tâm đến khái niệm “cấu trúc nền đất yếu” chung chung [31]. Nghiên cứu của Kamon và Bergado (1991) [65] cho rằng, nền đất yếu nói chung thường nằm ở khu vực có mực nước ngầm cao, thành phần đất nền có hàm lượng hạt bụi (silty), sét bụi (silty clayey) lớn, độ ẩm cao.
Nghiên cứu đất yếu vùng ven biển phục vụ xây dựng công trình hạ tầng được nhiều nhà khoa học quan tâm. Các nghiên cứu đã chỉ ra, quy luật chung là tại các vùng ven biển, đất yếu thường có chiều dày lớn. Omar và Jaafar (2000) [72] nghiên cứu đặc điểm nền đất yếu vùng ven biển tại thị trấn Cyberjaya (Malaysia), xác định được các lớp đất bùn sét hữu cơ có chiều dày trung bình 2,0m, thậm chí có khu vực dày tới 10,0m; ngay bên dưới lớp bùn sét hữu cơ thường là lớp sét chảy đến dẻo chảy (hình 1. Kết 11 quả nghiên cứu của Omar và cộng sự cũng cho thấy, các lớp đất yếu thường có hàm lượng hữu cơ cao, chiếm từ 20% đến 70%, giới hạn chảy, giới hạn dẻo và chỉ số dẻo của đất tăng theo chiều sâu, trong đó giới hạn dẻo thay đổi từ 10% đến 80%, giới hạn chảy từ 10% đến 90% (hình 1.
Đặc điểm nền đất yếu tại khu vực Cyberjaya, Malaysia [72] Các chỉ số nén Cc, chỉ số nở Cr và hệ số cố kết Cv của nền đất yếu khu vực ven biển cũng được Omar và Jaafar xác định bằng thực nghiệm, theo đó, kết quả chỉ ra rằng, tính nén lún của đất yếu có xu hướng tăng theo chiều sâu (hình 1. Điều này được giải thích là do sự tăng độ ẩm của đất và giảm hàm lượng cát trong đất theo chiều sâu (hình 1. Sự thay đổi về giới hạn Atterberg của đất yếu khu vực ven biển [72] 12 Hình 1. Sự thay đổi hệ số nén lún của nền đất yếu theo chiều sâu [72] Hình 1.
