CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ Hiện nay trong những tình huống khác nhau, việc sử dụng phương pháp gia cố nền công trình kho, bãi…. bằng cọc xi măng đất thì thường là phương pháp dựa trên yêu cầu của thiết kế, điều kiện hạn chế của công trường và điều kiện kinh tế. Những tình huống này bao gồm sự hiện hữu các công trình lân cận, độ lún của nền công trình theo thời gian và quy mô của công trình; Dựa trên những điều kiện đó, để cải thiện sức chịu tải của nền đất trong công trình, ta sử dụng những phương pháp như phương pháp trộn xi măng – đất, phương pháp trộn sâu.
Nền đất yếu Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Định nghĩa Nền đất là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy hệ số rỗng lớn lực dính c theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 0 độ đến 10 độ hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu < 0,35daN/cm2 có thể định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau : - Đất rất yếu Su < 12,5 kpa hoặc N< 2 - Đất yếu Su < 25kpa hoặc N< 4 Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát điều tra nghiên cứu phân tích và tính toán rất công phu. Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý.
Nguyên nhân - Yếu về kết cấu Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều. Ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gãy hoặc lún lệch làm các công trình đổ sập như đập Malpasset ở Pháp hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài mỏ khai thác đá tại Việt Nam trong những năm gần đây có thể tính một phần là do yếu tố này. Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, công trình đặt lên trên làm nền HVTH: Nguyễn Vĩnh Nhật Huy Trang 3 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGs TS. Châu Ngọc Ẩn TS.
Trần Xuân Thọ đất biến dạng từ từ (biến dạng do từ biến) hoặc khoan cọc móng tại vùng địa chất bên cạnh dẫn tới nứt ra, những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biến đổi đột ngột, một số nhà cao tầng tại TP HCM có thể tính một phần là vì lý do này mà lún sập. - Yếu do độ ẩm Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết. Đây là các tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất. Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố.
Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm và là các yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển. - Yếu do đặc tính sinh hóa Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố, trải qua thời gian do các tác động sinh hóa như phản ứng hóa học trong thành phần của chất gia cố với nước hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi. Đây là một vấn đề tượng đối khó khăn đối với các công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủy tinh. Phân loại Trong nước và ngoài nước đều có các tiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu bao gồm : - Theo nguyên nhân hình thành loại đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ.
- Loại có nguồn gốc khoáng vật : thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển vùng vịnh đầm hồ thung lũng. - Loại có nguồn gốc hữu cơ hình thành từ đầm lầy hơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao tại đây các loại thực vật phát triển thối rửa phân hủy tạo ra các vật rắn hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật. - Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý ( trạng thái tự nhiên ) : - Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúng như hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bảo hòa, góc nội ma sát, cường độ chịu cắt. - Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét đầm lầy hoặc than bùn ( phân loại theo độ sệt ).
HVTH: Nguyễn Vĩnh Nhật Huy Trang 4 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGs TS. Châu Ngọc Ẩn TS. Trần Xuân Thọ 1. Các phương pháp gia cố nền đất yếu 1.
Phương pháp gia tải trước Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra.
Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước. Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau : - Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất; - Tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian. Các biện pháp thực hiện: - Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình. - Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian.
Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên. Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền đất yếu. Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng khó xác định bằng các phương pháp thông thường.
Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng. Phương pháp gia tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội), Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam. Phương pháp xử lý bằng đệm vật liệu rời (cát, sỏi,đá…) Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m.
HVTH: Nguyễn Vĩnh Nhật Huy Trang 5 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGs TS. Châu Ngọc Ẩn TS. Trần Xuân Thọ Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt. Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau: Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới.
Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát. Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng. Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được. Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt.
Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình. Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi. Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định.
Cọc xi măng đất 1. Giới thiệu chung Trong xây dựng các loại công trình trên đất bão hoà, tính dễ nén lún như đất sét yếu, khả năng chịu tải thấp và độ lún quá mức là vấn đề phổ biến để bàn đến. Kỹ thuật cải thiện sức chịu tải của đất nền dùng phương pháp cọc xi măng – đất dưới sâu là một trong những phương pháp phù hợp nhất để khắc phục vấn đề này. Cọc xi măng đất hay còn gọi là cột xi măng đất (deep soil mixing column, soil mixing pile ).
Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt). HVTH: Nguyễn Vĩnh Nhật Huy Trang 6 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGs TS.
