Nghiên Cứu Giải Pháp Xử Lý Nền Đất Yếu Đường Đầu Cầu Bằng Cọc Đất Gia Cố Xi Măng

Dự án xây dựng mở rộng QL1 đoạn Cần Thơ – Phụng Hiệp (Km2078+317) do Công ty Cổ phần BOT Cần Thơ – Phụng Hiệp làm chủ đầu tư. Tuyến QL1 từ Lạng Sơn đến Cà Mau đã được nâng cấp, nhưng một số đoạn quá tải, cần mở rộng. Dự án này nhằm hoàn chỉnh tuyến đạt quy mô 4 làn xe. Phạm vi công trình bao gồm xây dựng 05 cầu song song và đường đầu cầu. Các cầu chính bao gồm cầu Nàng Mao, cầu Đất Sét và cầu Rạch Chiếc. Việc xây dựng thêm đơn nguyên cầu mới và đường đầu cầu là trọng tâm của dự án.

Địa hình khu vực dự án tương đối bằng phẳng, chịu ảnh hưởng của thủy triều. Cao độ thay đổi từ 0.5 ~ +4m. Khu vực có mật độ dân cư đông đúc. Địa chất công trình cho thấy lớp đất yếu (sét rất dẻo) có chiều dày lớn, sức chống cắt nhỏ, tính biến dạng lớn. Các lớp đất khác bao gồm sét ít dẻo, cát bụi sét và cát lẫn bụi. Việc khảo sát địa chất là cơ sở quan trọng để lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp.

Xây dựng trên nền đất yếu thường đối mặt với các vấn đề như: độ lún quá lớn, thời gian cố kết kéo dài, nguy cơ trượt lở và khó khăn trong thi công. Đất sét và đất bùn là những loại đất yếu phổ biến, có sức chịu tải thấp và khả năng biến dạng lớn. Việc không xử lý triệt để nền đất yếu có thể dẫn đến hư hỏng công trình, tăng chi phí bảo trì và giảm tuổi thọ công trình.

Các giải pháp xử lý nền đất yếu bao gồm: gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng, cọc đất gia cố xi măng, hệ thống móng cọc - sàn BTCT (giải pháp sàn giảm tải) và thay đất. Mỗi giải pháp có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Việc lựa chọn giải pháp cần dựa trên phân tích kỹ thuật, hiệu quả kinh tế và tính khả thi.

Giải pháp cọc đất gia cố xi măng có nhiều ưu điểm như: thi công nhanh chóng, ít gây tiếng ồn và rung động, cải thiện đáng kể sức chịu tải của đất. Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm như: khó kiểm soát chất lượng thi công, ảnh hưởng của hàm lượng xi măng và tỷ lệ N/XM đến cường độ cọc. Cần có quy trình kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu quả của giải pháp.

Công nghệ thi công trộn khô (Dry Mixing) sử dụng thiết bị khoan đặc biệt để trộn xi măng khô với đất tại chỗ. Quá trình này tạo ra các cột đất gia cố có cường độ cao. Ưu điểm của phương pháp này là thi công nhanh, ít gây ô nhiễm. Tuy nhiên, cần kiểm soát chặt chẽ độ ẩm của đất để đảm bảo chất lượng trộn.

Công nghệ thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grounting) sử dụng vữa xi măng phun áp lực cao để trộn với đất. Phương pháp này tạo ra các cột đất gia cố có đường kính lớn và cường độ cao. Ưu điểm là có thể thi công trong điều kiện đất ẩm ướt. Tuy nhiên, cần xử lý bùn thải phát sinh trong quá trình thi công.

Cường độ cọc đất gia cố xi măng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: hàm lượng xi măng, tỷ lệ N/XM, loại xi măng, độ ẩm của đất, thời gian bảo dưỡng và phương pháp thi công. Việc lựa chọn các thông số này cần dựa trên kết quả thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường.

Việc lựa chọn hàm lượng xi măng và khoảng cách bố trí cọc cần dựa trên các yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Hàm lượng xi măng cao giúp tăng cường độ cọc, nhưng cũng làm tăng chi phí. Khoảng cách cọc nhỏ giúp giảm độ lún, nhưng cũng làm tăng số lượng cọc cần thi công. Cần tìm ra sự cân bằng giữa các yếu tố này.

Việc kiểm tra cường độ nén và sức chịu tải của cọc tại hiện trường là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng thi công. Các thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm nén nở hông và thí nghiệm tải trọng tĩnh được thực hiện để đánh giá khả năng chịu tải của cọc. Kết quả thí nghiệm được so sánh với các giá trị thiết kế để kiểm tra tính phù hợp.

Việc đánh giá độ lún của nền đường sau khi gia cố là rất quan trọng để đảm bảo ổn định nền đường. Độ lún được theo dõi và đo đạc trong quá trình thi công và khai thác. Kết quả đo đạc được so sánh với các giá trị dự kiến để đánh giá hiệu quả của giải pháp cọc đất gia cố xi măng.

So sánh chi phí xây dựng giữa các phương án thiết kế khác nhau, bao gồm phương án giữ nguyên đường kính cọc, chiều dài cọc so với thiết kế, tăng khoảng cách cọc và phương án giữ nguyên chiều dài cọc so với thiết kế, thay đổi đường kính cọc, khoảng cách cọc. Phân tích chi tiết các khoản mục chi phí như vật liệu, nhân công, thiết bị và quản lý.

Phân tích tuổi thọ công trình và chi phí bảo trì của các phương án thiết kế khác nhau. Đánh giá ảnh hưởng của giải pháp cọc đất gia cố xi măng đến tuổi thọ công trình và chi phí bảo trì trong quá trình khai thác. Xem xét các yếu tố như độ bền của cọc, khả năng chống chịu với môi trường và tần suất bảo trì.

Đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật và thi công của giải pháp cọc đất gia cố xi măng. Xem xét các yếu tố như điều kiện địa chất, khả năng tiếp cận công trình, năng lực của nhà thầu và các yêu cầu về an toàn lao động. Đảm bảo rằng giải pháp có thể được triển khai một cách hiệu quả và an toàn.

Tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính, bao gồm hiệu quả giảm độ lún, tăng cường sức chịu tải và hiệu quả kinh tế của giải pháp cọc đất gia cố xi măng. Đánh giá chung về tính phù hợp của giải pháp cho các công trình đường đầu cầu trên nền đất yếu.

Đề xuất các kiến nghị cụ thể về thiết kế và thi công cọc xi măng đất, bao gồm lựa chọn hàm lượng xi măng, khoảng cách cọc, phương pháp thi công và quy trình kiểm tra chất lượng. Nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tuân thủ các tiêu chuẩn thi công và quy trình kiểm soát chất lượng.

Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo về xử lý nền đất yếu, bao gồm nghiên cứu các vật liệu gia cố mới, các phương pháp thi công tiên tiến và các mô hình tính toán chính xác hơn. Khuyến khích việc ứng dụng các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí xâydựng.