Tổng quan nghiên cứu

Đất yếu là một trong những thách thức lớn trong xây dựng công trình, đặc biệt tại các vùng đồng bằng sông Cửu Long, nơi có địa chất phức tạp và đa dạng. Tại huyện Mỹ Xuyên, tỉnh Sóc Trăng, đất yếu chiếm diện tích lớn với đặc trưng cơ lý như độ ẩm tự nhiên cao, hệ số rỗng lớn và sức chịu tải thấp, gây ra nhiều khó khăn trong việc lựa chọn giải pháp nền móng phù hợp. Theo thống kê, chiều dày lớp đất yếu tại khu vực này có thể lên đến 80m, với các dạng đất như sét chảy, bùn hữu cơ và đất pha cát mịn. Việc áp dụng các giải pháp nền móng chưa hợp lý đã dẫn đến hiện tượng lún vượt quá giới hạn cho phép, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền và an toàn của công trình, đồng thời gây lãng phí kinh phí đầu tư xây dựng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích điều kiện địa chất công trình tại huyện Mỹ Xuyên, từ đó tính toán và đề xuất các giải pháp nền móng hợp lý, phù hợp với từng khu vực có đặc trưng địa chất khác nhau. Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá sức chịu tải của móng đơn, móng cọc và nền đất trước và sau khi gia cố bằng cừ tràm, đồng thời so sánh kết quả tính toán với các thí nghiệm thực tế. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các xã thuộc huyện Mỹ Xuyên, với dữ liệu thu thập từ năm 2012 đến 2017, nhằm đảm bảo tính cập nhật và chính xác cho việc ứng dụng thực tiễn. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả thiết kế móng công trình tại địa phương mà còn có thể mở rộng áp dụng cho các vùng có điều kiện địa chất tương đồng trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về địa kỹ thuật xây dựng, tập trung vào:

  • Lý thuyết đất yếu và phân loại đất: Áp dụng tiêu chuẩn phân loại đất yếu theo Bjerrum (1972) và Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5747-1993, phân biệt các loại đất sét, bùn và đất pha cát dựa trên đặc trưng cơ lý như độ ẩm, chỉ số dẻo, sức chống cắt và hệ số rỗng.
  • Mô hình tính toán sức chịu tải móng: Sử dụng các công thức tính toán móng nông và móng cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 189:1996, TCXD 190:1996, TCXD 205:1998 và TCVN 10304:2014, kết hợp với lý thuyết biến dạng đàn hồi và trạng thái giới hạn 2 để đánh giá độ lún và ổn định móng.
  • Khái niệm về gia cố nền móng bằng cừ tràm: Phân tích cơ chế gia cố nền đất yếu bằng cừ tràm, bao gồm tăng cường sức chịu tải và giảm độ lún thông qua truyền tải trọng xuống các lớp đất cứng hơn.

Các khái niệm chính bao gồm: sức chịu tải cho phép của đất nền, độ lún cho phép, hệ số an toàn móng, phân vùng địa chất công trình, và các loại móng phổ biến như móng đơn, móng băng, móng cọc bê tông cốt thép.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại huyện Mỹ Xuyên, bao gồm các kết quả thí nghiệm khoan địa chất, thử tải cọc đơn, thử tải nền sau gia cố và các số liệu thực tế từ các công trình xây dựng trong giai đoạn 2012-2017. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm hơn 15 điểm khảo sát địa chất đại diện cho hai khu vực địa chất chính của huyện Mỹ Xuyên.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân vùng địa chất dựa trên đặc trưng cơ lý và cấu trúc phân bố các lớp đất yếu.
  • Tính toán sức chịu tải và độ lún móng sử dụng phần mềm chuyên dụng kết hợp với các công thức tiêu chuẩn, so sánh với kết quả thí nghiệm thực tế để hiệu chỉnh mô hình.
  • Đánh giá hiệu quả gia cố nền bằng cừ tràm thông qua phân tích sự thay đổi sức chịu tải và độ lún trước và sau khi gia cố.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 01/2017 đến tháng 09/2017 tại Trường Đại học Thủy Lợi, với các giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Phương pháp chọn mẫu khảo sát dựa trên tiêu chí đại diện cho các điều kiện địa chất khác nhau trong huyện, đảm bảo tính khách quan và khả năng áp dụng rộng rãi của kết quả nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân vùng địa chất huyện Mỹ Xuyên thành hai khu vực chính:

    • Khu vực I có lớp sét trạng thái chảy màu xám đen với chiều sâu từ 0 đến 21m, tiếp theo là lớp sét pha trạng thái chảy và lớp cát hạt nhỏ chặt vừa.
    • Khu vực II có lớp cát hạt nhỏ xốp rời ở trên mặt, dưới đó là các lớp sét chảy và sét nửa cứng với chiều sâu từ 0 đến 29m.
      Các chỉ tiêu cơ lý như độ ẩm tự nhiên dao động từ 31,7% đến 56,3%, hệ số rỗng từ 1,01 đến 1,53, và sức chống cắt trong khoảng 0,06 đến 0,47 kg/cm².

  2. Sức chịu tải của móng đơn và móng cọc:

    • Sức chịu tải cho phép của móng đơn trên nền tự nhiên dao động từ 25 đến 50 kPa, phù hợp với các công trình có tải trọng nhỏ đến vừa.
    • Móng cọc bê tông cốt thép có khả năng chịu tải lớn hơn, thích hợp cho công trình từ 3 tầng trở lên, với sức chịu tải tăng trung bình 30-40% sau khi gia cố bằng cừ tràm.
    • Thí nghiệm thử tải cọc đơn cho thấy sức chịu tải thực tế đạt khoảng 85-90% so với tính toán lý thuyết, chứng tỏ độ tin cậy của mô hình tính toán.

  3. Hiệu quả gia cố nền bằng cừ tràm:

    • Sau khi gia cố, độ lún của nền giảm trung bình 25-35% so với nền tự nhiên, giúp đảm bảo độ ổn định công trình trong giới hạn cho phép.
    • Ứng suất phân bố dưới móng được cải thiện rõ rệt, giảm nguy cơ lún lệch và biến dạng không đều.
    • So sánh với các giải pháp gia cố khác, cừ tràm có chi phí thấp hơn khoảng 15-20% và thi công thuận tiện hơn trong điều kiện địa phương.

  4. Tình hình áp dụng giải pháp nền móng tại Mỹ Xuyên:

    • Móng nông được sử dụng phổ biến cho các công trình dân dụng nhỏ với ưu điểm thi công đơn giản, chi phí thấp nhưng hạn chế về tải trọng chịu đựng.
    • Móng cọc bê tông cốt thép được áp dụng cho các công trình lớn hơn, tuy nhiên chi phí đầu tư và yêu cầu thiết bị thi công cao.
    • Một số công trình chưa thực hiện khảo sát địa chất kỹ lưỡng dẫn đến lựa chọn móng không phù hợp, gây hiện tượng lún vượt mức cho phép.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các vấn đề về nền móng tại huyện Mỹ Xuyên là do đặc điểm địa chất phức tạp với lớp đất yếu dày và tính chất cơ lý không ổn định. Việc phân vùng địa chất rõ ràng giúp xác định chính xác các khu vực cần áp dụng giải pháp móng phù hợp, tránh lãng phí và rủi ro trong thi công. Kết quả tính toán sức chịu tải móng và độ lún tương đối phù hợp với các thí nghiệm thực tế, cho thấy mô hình lý thuyết và phương pháp phân tích được áp dụng có độ tin cậy cao.

So với các nghiên cứu trước đây trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, nghiên cứu này cung cấp số liệu cập nhật và chi tiết hơn về đặc trưng địa chất huyện Mỹ Xuyên, đồng thời đề xuất giải pháp gia cố nền bằng cừ tràm phù hợp với điều kiện địa phương. Việc sử dụng cừ tràm không chỉ cải thiện sức chịu tải mà còn giảm thiểu chi phí và thời gian thi công so với các phương pháp gia cố khác như cọc bê tông khoan nhồi.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố ứng suất dưới móng trước và sau gia cố, bảng so sánh sức chịu tải và độ lún giữa các loại móng, cũng như bản đồ phân vùng địa chất chi tiết của huyện Mỹ Xuyên để minh họa rõ ràng hơn các kết quả nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phân vùng địa chất trong thiết kế móng: Các đơn vị thiết kế và thi công cần sử dụng bản đồ phân vùng địa chất chi tiết để lựa chọn loại móng và giải pháp gia cố phù hợp cho từng khu vực, nhằm tối ưu hóa chi phí và đảm bảo an toàn công trình.

  2. Ưu tiên sử dụng móng cọc bê tông cốt thép kết hợp gia cố bằng cừ tràm cho các công trình có tải trọng lớn hoặc quy mô từ 3 tầng trở lên, nhằm tăng sức chịu tải và giảm độ lún nền, với thời gian thi công dự kiến trong vòng 3-6 tháng tùy quy mô công trình.

  3. Tăng cường công tác khảo sát địa chất trước khi thiết kế: Khuyến khích các chủ đầu tư và nhà thầu thực hiện khảo sát địa chất đầy đủ, chính xác để tránh lựa chọn móng không phù hợp, giảm thiểu rủi ro lún lệch và hư hỏng công trình trong quá trình sử dụng.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật địa kỹ thuật tại địa phương về các phương pháp tính toán, thiết kế và thi công móng trên nền đất yếu, đồng thời cập nhật các tiêu chuẩn kỹ thuật mới nhất nhằm nâng cao chất lượng công trình.

  5. Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thông tin trong mô phỏng và tính toán móng, giúp tối ưu hóa thiết kế và dự báo chính xác hơn các biến dạng nền móng trong điều kiện thực tế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế công trình xây dựng: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và số liệu thực tế để lựa chọn giải pháp móng phù hợp với điều kiện địa chất tại huyện Mỹ Xuyên, giúp thiết kế móng chính xác và hiệu quả hơn.

  2. Chủ đầu tư và nhà thầu thi công: Thông tin về đặc trưng địa chất và các giải pháp nền móng giúp chủ đầu tư đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm thiểu rủi ro và chi phí phát sinh trong quá trình thi công.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về phân tích điều kiện địa chất, phương pháp tính toán móng và ứng dụng gia cố nền bằng cừ tràm trong thực tế.

  4. Cơ quan quản lý xây dựng và quy hoạch địa phương: Giúp định hướng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và quản lý chất lượng công trình xây dựng trên nền đất yếu, đảm bảo phát triển bền vững và an toàn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần phân vùng địa chất khi thiết kế móng?
    Phân vùng địa chất giúp xác định đặc trưng đất nền tại từng khu vực, từ đó lựa chọn loại móng và giải pháp gia cố phù hợp, tránh lãng phí và rủi ro do áp dụng giải pháp không tương thích với điều kiện thực tế.

  2. Giải pháp gia cố nền bằng cừ tràm có ưu điểm gì?
    Cừ tràm giúp tăng sức chịu tải và giảm độ lún nền đất yếu với chi phí thấp, thi công nhanh, phù hợp với điều kiện địa phương có nhiều đất hữu cơ và bùn, đồng thời thân thiện với môi trường.

  3. Khi nào nên sử dụng móng cọc thay vì móng nông?
    Móng cọc được sử dụng khi tải trọng công trình lớn hoặc lớp đất yếu dày, không đủ khả năng chịu tải cho móng nông, nhằm truyền tải trọng xuống các lớp đất cứng hơn sâu bên dưới.

  4. Làm thế nào để kiểm tra độ lún của móng có nằm trong giới hạn cho phép?
    Độ lún được tính toán dựa trên mô hình biến dạng đàn hồi và thí nghiệm thực tế, so sánh với giới hạn lún cho phép theo tiêu chuẩn xây dựng để đảm bảo công trình không bị hư hỏng hoặc mất ổn định.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các khu vực khác không?
    Kết quả có thể áp dụng cho các khu vực có điều kiện địa chất tương đồng trong đồng bằng sông Cửu Long, tuy nhiên cần khảo sát bổ sung để điều chỉnh phù hợp với đặc điểm địa phương cụ thể.

Kết luận

  • Đã phân vùng địa chất huyện Mỹ Xuyên thành hai khu vực chính với đặc trưng cơ lý và cấu trúc đất nền khác biệt, làm cơ sở cho việc lựa chọn giải pháp móng phù hợp.
  • Tính toán và thí nghiệm cho thấy móng cọc bê tông cốt thép kết hợp gia cố bằng cừ tràm là giải pháp hiệu quả, giảm độ lún nền từ 25-35% và tăng sức chịu tải lên 30-40%.
  • Móng nông phù hợp với công trình nhỏ, nhưng cần khảo sát kỹ lưỡng để tránh rủi ro lún vượt mức cho phép.
  • Việc áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật và công nghệ thông tin trong thiết kế móng giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế của công trình.
  • Đề xuất các giải pháp và khuyến nghị cụ thể nhằm nâng cao chất lượng thiết kế và thi công móng trên nền đất yếu tại huyện Mỹ Xuyên, có thể mở rộng áp dụng cho các vùng địa chất tương tự.

Next steps: Triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất trong các dự án xây dựng thực tế, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi khảo sát và ứng dụng công nghệ mới trong địa kỹ thuật xây dựng.

Call to action: Các đơn vị thiết kế, thi công và quản lý xây dựng tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long nên tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả và an toàn công trình trên nền đất yếu.