Chương 1. Tổng quan về giải pháp thoát nước thẳng đứng xử lý nền đất yếu: Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giải pháp thoát nước thẳng đứng. Cơ sở lý thuyết của bài toán cố kết nền đất yếu được gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng. Nghiên cứu thí nghiệm mô hình nền sét yếu được gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng.
Chương này nghiên cứu MHVL nền sét yếu được gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng. Lần lượt thí nghiệm hai mô hình: MHVL 1 độ cố kết đạt 50%, MHVL 2 độ cố kết đạt 90%. Quan trắc theo dõi diễn biến ALNLR và biến dạng lún trong nền. Trên cơ sở dữ liệu quan trắc sẽ đánh giá độ cố kết của đất theo các phương pháp khác nhau (phương pháp dự báo lún, phương pháp ALNLR).
Bên cạnh đó, sẽ nghiên cứu số liệu quan trắc và đánh giá độ cố kết của các công trình thực tế. Phân tích các kết quả thu được và từ đó đưa ra các khuyến nghị về áp dụng phương pháp đánh giá độ cố kết ở các thời điểm cố kết và bố trí hợp lý thiết bị quan trắc hiện trường. Nghiên cứu các đặc tính cơ học của đất sét yếu Chương này tiếp tục sử dụng kết quả của hai MHVL đã nghiên cứu. Đất nền ở trạng thái ban đầu và sau khi xử lý đạt cố kết 50%, 90% sẽ được tiến hành phân tích bằng một loạt các thí nghiệm trong phòng (thí nghiệm cắt cánh, thí nghiệm nén cố kết một trục, thí nghiệm nén ba trục,.
Đồng thời nghiên cứu số liệu địa chất nền đất yếu của nhiều dự án trọng điểm khu vực đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, từ đó phân tích, đánh giá và lựa chọn các hàm dự báo chỉ số nén Cc phù hợp. Chương này cũng sẽ nghiên cứu sâu về sức chống cắt không thoát nước (Su) của đất, là một chỉ tiêu quan trọng trong xử lý nền đất yếu bằng biện pháp gia tải trước. Nghiên cứu về các hàm dự báo Su thông qua các chỉ tiêu cơ lý ban đầu của đất. Kết quả nghiên cứu lý thuyết về Su được làm rõ thông qua số liệu thí nghiệm trong phòng, cũng như số liệu thí nghiệm hiện trường của các dự án.
Phân tích lựa chọn mô hình đất phù hợp cho bài toán cố kết thoát nước nền sét yếu. Chương này sẽ giới thiệu về các mô hình đất phổ biến được dùng trong phương pháp PTHH. Thông qua nghiên cứu đặc trưng các mô hình đất và đặc trưng quan hệ ứng suất - biến dạng của đất sét yếu sẽ nhận diện mô hình đất phù hợp với ứng xử cố kết thoát nước của đất sét yếu. Mô phỏng các bài toán cố kết bằng phương pháp PTHH với các loại mô hình đất khác nhau và từ đo lựa chọn được mô hình phù hợp.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Kết luận chung được rút ra từ kết quả nghiên cứu được thực hiện ở chương trong luận án: Kết quả nghiên cứu mô hình vật lý; Kết quả nghiên cứu các đặc tính cơ học của đất; Kết quả nghiên cứu về các mô hình đất. Phát hiện các hạn chế, tồn tại và kiến nghị các biện pháp, hướng phát triển tiếp theo. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Đặc điểm chung về đất yếu của Việt Nam 1.1 Khái niệm về đất yếu Đất yếu là đất phải xử lí, gia cố mới có thể dùng làm nền cho móng công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo nhão.
Những loại đất này thường có độ sệt lớn (IL > 1), tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e > 1), có góc ma sát trong nhỏ ( < 10°), có lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c < 15 kPa, có lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường cu < 35 kPa, có sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0,1 MPa, có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5, [6], [7]. Chiều dày lớp đất yếu thay đổi có thể từ một vài mét đến 3540m và có thể đến hàng trăm mét. Các đặc trưng địa kỹ thuật của đất yếu được quyết định bởi chính các thành phần khoáng vật sét cấu tạo đất và cấu trúc nguyên tử của đất. Các đặc trưng cơ lý nền đất yếu tham khảo Bảng 1-1 Bảng 1-1.
Các đặc trưng cơ lý của các loại đất yếu, [8] Các đặc trưng Than bùn Đất hữu cơ Bùn Đất sét mềm Độ ẩm W (%) 200 1000 100 200 60 150 30 100 Hệ số rỗng e 3.3 Hệ số thấm k (m/s) 10-4 10-9 10-6 10-9 10-7 10-9 10-9 10-11 Hệ số cố kết Cv (m2/s) 10-6 10-7 10-6 10-8 10-7 10-8 10-7 10-9 Lực dính không thoát nước 10 50 10 50 10 50 10 50 cu (kPa) Khối lượng thể tích khô 0.6 (T/m3) Khối lượng thể tích các hạt 1.7 (T/m3) Cũng như khu vực Đông Nam Á, các vùng đất mềm yếu ở Việt nam chủ yếu là những trầm tích mới được thành tạo trong kỷ thứ tư. 8 Theo kết quả nghiên cứu địa chất và địa lý, tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở miền đồng bằng, trong đó hai đồng bằng lớn là đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ.2 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Bắc Bộ Đồng bằng Bắc Bộ chủ yếu là trầm tích tam giác châu cũ và tam giác châu mới của hai sông lớn là sông Hồng, sông Thái Bình và các chỉ lưu của chúng. Miền đồng bằng này có diện tích khoảng 15.000 km2, trong đó vùng phù sa sông Hồng chiếm phần lớn diện tích và chỉ ít diện tích đồi núi sót. Đồng bằng Bắc Bộ được hình thành trên một miền võng rộng lớn, đầu tiên chịu chế độ biển, rồi đến chế độ vũng hồ và trên đó là trầm tích kỷ thứ tư.
Xét về mặt địa hình, địa mạo thì đây là miền đồng bằng thuộc loại hình bồi tụ. Do các điều kiện địa chất, địa hình như vậy nên chiều dầy tầng trầm tích kỷ thứ tư này rất dầy, từ vài mét đến hơn 100m. Nhìn chung, trầm tích kỷ 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) và tầng trên - hạt mịn (sét, sét pha, bùn sét và than bùn). Chú thích: - Phụ khu 1a: cuội, sỏi, sạn lẫn cát pha sét của thềm sông, sông biển, thềm biển (aQI-II, apQ1IV, mQIII) - Phụ khu 1b: đá ong latêrit (eQi) - Phụ khu 1c: sét cát lẫn dăm sạn đá gốc phong hóa (edQ3IV) - Phụ khu 2a: Sét biển Pleixtoxen muộn tầng Vĩnh Phú (mQIII) - Phụ khu 2b: bùn và than bùn đầm lầy ven biển- lớp - Phụ khu 3a: bùn sông- biển hỗn hợp (amQ3IV) Giảng Võ (bmQ2IV) - Phụ khu 3b: cát biển hiện đại (mQ3IV) - Phụ khu 2c: sét biển Holoxen giữa- lớp Đống Đa (mQ2IV) Hình 1-1.
Địa chất công trình đồng bằng Bắc Bộ, [9] 9 Nhóm đất yếu gồm hai loại chính là bùn và than bùn. Đất bùn: - Bùn đầm lầy ven biển (bmQ2IV, bmQIII) 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 215m, có thể > 15m.
- Bùn nguồn gốc hồ (IQ2IV) trong lòng hồ cạn hay đầm hồ như hồ Tây, đầm Nậu, đầm Vạc, đồng sâu Hải Bối (Vĩnh Phúc, Phú Thọ), đồng sâu Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình. Bùn bồi tích hiện đại (aQ3IV), sông - biển hỗn hợp (amQ3IV). Là loại bùn cát, bùn sét màu xám tro, chứa 1020% tạp chất hữu cơ, chiều dày 0,21,0m, thường ở trạng thái chảy lỏng. Bùn đầm lầy có nhóm hạt cát 1320%, hạt bụi 4045%, hạt sét 3540% Bùn sông, sông biển có nhóm hạt cát 2535%, hạt bụi 3035%, hạt sét 2530% Đất bùn có độ ẩm khá cao 5060% tới 7075%, hệ số rỗng e = 1,41,6.
Than bùn: - Chỉ tập trung phần Tây, Tây Bắc của đồng bằng. Các thấu kính hay lớp mỏng than bùn rộng 1030km kéo dài từ Thuận Thành qua Đông Anh, Hà Nội, Ứng Hòa, Mỹ Đức đến Thường Tín. - Than bùn có màu nâu, xám đen rất xốp và nhẹ. Độ ẩm tự nhiên 80140%, giới hạn chảy 7080%, dung trọng khô 1,2 1,45 g/cm3, tỉ trọng 1,51,6, hệ số rỗng 210 đôi khi > 10, = 5100, c = 0,050,3 kG/cm2.
Than bùn có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. Trị số trung bình các chỉ tiêu cơ lý đất yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ như ở Bảng 1-2 Bảng 1-2. Trị số trung bình các chỉ tiêu cơ lý đất yếu vùng đồng bằng Bắc Bộ, [9] W w S LL PL a1-2 E0 c Loại đất e IL 2 (%) (g/cm3) (%) (%) (%) (cm /kG) (kG/cm ) (độ) (kG/cm2) 2 Bùn sét lẫn 76 1,49 2,07 95,6 60 23 1,70 0,16 14 6 0,14 than bùn Bùn sét 42 1,73 1,20 93,8 37 13 1,39 0,07 23 16 0,05 pha cát Sét xám 42 1,87 1,00 100 46 21 0,81 0,05 32 10 0,22 Bùn sét 62 1,58 1,71 94,8 55 24 1,30 0,06 29 11 0,16 10 1.3 Đặc điểm địa tầng đất yếu đồng bằng Nam Bộ Trầm tích Holoxen đồng bằng Nam Bộ được phân chia thành 3 bậc: - Bậc Holoxen dưới giữa QIV-1-2: cát màu vàng, xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng kết vóm sắt, phủ trên tầng sét loang lổ Pleitoxen hoặc đá gốc. Bề dày tới 12m.
- Bậc Holoxen giữa QIV.2: bùn sét màu xám, sét xám xanh, xám vàng, bề dày 1050m. - Bậc Holoxen trên QIV-3: gồm trầm tích biển, sông biển hỗn hợp (mQIV-3, mbQIV-3) là cát mịn, bùn hữu cơ; đầm lầy ven biển (bmQIV-3) gồm bùn sét hữu cơ, than bùn và bồi tích (aQ3IV-3): sét, cát pha sét chảy hoặc bùn sét. Có thể chia đồng bằng Nam Bộ làm 3 khu vực dựa vào chiều dầy lớp đất yếu. - Khu vực có lớp đất yếu dày 130m, bao gồm các vùng ven TP.
Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía Tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bẩy Núi cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đông bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa. - Khu vực có lớp đất yếu dầy 530m: chiếm đại bộ phận đồng bằng và khu trung tâm Đồng Tháp Mười. - Khu vực có lớp đất yếu dầy 1530m, chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre tới vùng Duyên Hải, Tiền Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng.