Báo Cáo Tổng Kết Đề Tài Nghiên Cứu Phương Pháp Xử Lý Nông Nền Đất Yếu Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long

Tài liệu nghiên cứu Đề tài nghiên cứu phương pháp xử lý nông nền đất yếu theo ổn định toàn khối cho địa chất điển hình, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Nguyễn Thế Anh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thế Anh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Xử Lý Nông Nền Đất Yếu Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long
• Loại tài liệu: Báo Cáo Tổng Kết Đề Tài NCKH Cấp Trường Trọng Điểm
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Xử Lý Đất Yếu ĐBSCL Vấn Đề Cấp Bách

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đối mặt với thách thức lớn từ nền đất yếu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến nông nghiệp và xây dựng. Xử lý đất yếu Đồng bằng sông Cửu Long là vấn đề cấp bách, đòi hỏi các giải pháp khoa học và hiệu quả. Các công trình xây dựng trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long, đất mặn Đồng bằng sông Cửu Long thường gặp nhiều khó khăn do độ lún lớn, khả năng chịu tải kém. Việc cải tạo đất nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long giúp nâng cao năng suất cây trồng trên đất yếu không chỉ là mục tiêu kinh tế mà còn là vấn đề an sinh xã hội. Theo TS. Nguyễn Thế Anh, chủ nhiệm đề tài nghiên cứu: "Nghiên cứu này tập trung vào việc đề xuất các phương pháp xử lý đất yếu phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của ĐBSCL, nhằm phục vụ xây dựng nhà ở thấp tầng và nhà dân sinh".

1.1. Đặc điểm địa chất nền đất yếu tại Đồng bằng sông Cửu Long

Đặc điểm đất Đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu là đất sét yếu hoặc bùn sét yếu, có hàm lượng hữu cơ cao, khả năng chịu tải thấp và dễ bị lún. Điều này gây khó khăn lớn cho việc xây dựng các công trình và canh tác nông nghiệp. Theo báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu, đất yếu chiếm phần lớn diện tích của ĐBSCL, đặc biệt là ở các vùng ven biển và khu vực trũng thấp. Việc hiểu rõ đặc điểm địa chất là yếu tố then chốt để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.

1.2. Ảnh hưởng của đất yếu đến sản xuất nông nghiệp và xây dựng

Ảnh hưởng của đất yếu đến nông nghiệp là rất lớn, làm giảm năng suất cây trồng, tăng chi phí sản xuất và gây khó khăn cho việc canh tác. Trong xây dựng, nền đất yếu Đồng bằng sông Cửu Long gây ra tình trạng lún không đều, ảnh hưởng đến tuổi thọ và an toàn của công trình. Việc đầu tư vào giải pháp cải tạo đất nông nghiệp và gia cố nền móng là vô cùng cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững của khu vực.

II. Thách Thức Xử Lý Đất Yếu Bài Toán Khó Cho Kỹ Sư Xây Dựng

Việc xử lý lún nền đất và gia cố nền đất yếu ở ĐBSCL không hề đơn giản, đòi hỏi các kỹ sư phải đối mặt với nhiều thách thức về kỹ thuật và chi phí. Địa chất công trình Đồng bằng sông Cửu Long phức tạp, sự biến đổi về thành phần và tính chất đất theo không gian và thời gian đòi hỏi các phương pháp xử lý phải linh hoạt và phù hợp với từng điều kiện cụ thể. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu xử lý đất yếu và biện pháp thi công xử lý đất yếu sao cho hiệu quả, kinh tế và thân thiện với môi trường cũng là một bài toán khó cần giải quyết. Theo TS. Nguyễn Minh Đức, thành viên đề tài: "Việc xác định tỷ lệ xi măng phù hợp nhất với một số điều kiện địa chất nhất định là một trong những thách thức lớn của nghiên cứu này".

2.1. Các vấn đề thường gặp khi thi công trên nền đất yếu

Thi công trên nền đất yếu thường gặp các vấn đề như: lún không đều, sụt lún lớn, khả năng chịu tải kém, ổn định mái dốc thấp. Điều này đòi hỏi các kỹ sư phải có kinh nghiệm xử lý đất yếu và áp dụng các biện pháp gia cố nền móng phù hợp để đảm bảo an toàn và tuổi thọ của công trình. Việc khảo sát địa chất kỹ lưỡng và phân tích đất Đồng bằng sông Cửu Long là vô cùng quan trọng trước khi tiến hành thi công.

2.2. Yếu tố kinh tế trong việc lựa chọn phương pháp xử lý

Chi phí là một trong những yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn phương pháp xử lý đất yếu. Các phương pháp xử lý truyền thống như gia tải trước, cọc cát có chi phí thấp hơn nhưng hiệu quả không cao bằng các phương pháp hiện đại như cọc xi măng đất, Jet Grouting. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp cần dựa trên đánh giá kỹ thuật, kinh tế và các yếu tố khác như thời gian thi công, ảnh hưởng đến môi trường.

III. Phương Pháp Trộn Nông Xi Măng Giải Pháp Tiềm Năng Đất Yếu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp trộn nông xi măng đất là một trong những giải pháp tiềm năng cho việc xử lý đất yếu tại ĐBSCL. Phương pháp này giúp tăng cường độ bền, giảm độ lún và cải thiện khả năng chịu tải của đất. Việc trộn xi măng với đất giúp liên kết các hạt đất lại với nhau, tạo thành một khối vững chắc hơn. Đây là giải pháp có thể triển khai rộng rãi với chi phí phù hợp. Theo báo cáo tổng kết đề tài, phương pháp trộn nông xi măng đất có thể được áp dụng cho nhiều loại đất khác nhau, từ đất sét yếu đến đất bùn.

3.1. Cơ chế hoạt động và ưu điểm của phương pháp trộn nông xi măng

Phương pháp trộn nông xi măng đất hoạt động dựa trên cơ chế liên kết các hạt đất bằng xi măng, tạo thành một khối vật liệu cứng chắc hơn. Ưu điểm của phương pháp này là thi công đơn giản, nhanh chóng, chi phí tương đối thấp và có thể áp dụng cho nhiều loại đất khác nhau. Ngoài ra, phương pháp này còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường so với một số phương pháp xử lý khác.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp

Hiệu quả của phương pháp trộn nông xi măng đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tỷ lệ xi măng, loại xi măng, độ ẩm của đất, thời gian bảo dưỡng. Việc lựa chọn tỷ lệ xi măng phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả xử lý và tiết kiệm chi phí. Theo nghiên cứu, tỷ lệ xi măng tối ưu thường nằm trong khoảng 13-15%.

3.3. Ứng dụng mô hình lò xo đánh giá hiệu quả trộn nông xi măng đất.

Nghiên cứu này đã đề xuất và phát triển một công cụ hữu ích đó là mô hình mạng lưới lò xo đàn hồi. Mô hình LSM cơ bản hay mở rộng LSMnS đều có thể dễ dàng áp dụng cho các môi trường rỗng với một hay nhiều thành phần rắn để xác định các tính cơ học của chúng. Từ việc mô phỏng các mẫu đất trộn với tỉ lệ xi măng khác nhau cho thấy hàm lượng xi măng càng tăng thì các tính chất của đất càng tốt hơn.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Và Kết Quả Nghiên Cứu Mô Hình Số Tiết Kiệm Chi Phí

Nghiên cứu này đã ứng dụng công nghệ xử lý đất yếu bằng mô hình số để đánh giá hiệu quả của phương pháp trộn nông xi măng. Việc sử dụng mô hình số giúp tiết kiệm chi phí, thời gian và nhân công so với thí nghiệm thực tế. Kết quả mô phỏng cho thấy việc trộn xi măng với đất giúp cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của đất, đặc biệt là độ cứng hữu hiệu và mô đun cắt hữu hiệu. Mô hình này có thể được sử dụng để dự đoán hiệu quả của phương pháp trộn nông xi măng trong các điều kiện địa chất khác nhau. Rõ ràng, việc tính toán mô phỏng sẽ giúp tiết kiệm chi phí, thời gian và nhân công so với tiến hành các thí nghiệm thực tế.

4.1. Xây dựng mô hình mạng lưới lò xo LSM mô phỏng đất yếu

Mô hình mạng lưới lò xo (LSM) là một công cụ hữu ích để mô phỏng các vật liệu phức tạp như đất. Trong nghiên cứu này, mô hình LSM đã được sử dụng để mô phỏng đất yếu và đánh giá hiệu quả của phương pháp trộn nông xi măng. Mô hình LSM cho phép tính toán các tính chất cơ học của đất như độ cứng, mô đun cắt và hệ số Poisson.

4.2. Đánh giá hiệu quả của việc trộn xi măng thông qua mô phỏng số

Kết quả mô phỏng số cho thấy việc trộn xi măng với đất giúp tăng đáng kể độ cứng hữu hiệu và mô đun cắt hữu hiệu của đất. Tại hàm lượng 13%, giá trị Ke và Ge tăng lần lượt tương ứng là 47% và 50%, tuy nhiên sau đó mức độ tăng giảm dần theo hàm lượng xi măng thêm vào.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Quản Lý Đất Nông Nghiệp Bền Vững

Nghiên cứu đã góp phần làm sáng tỏ các vấn đề liên quan đến xử lý đất yếu tại ĐBSCL và đề xuất một giải pháp tiềm năng là phương pháp trộn nông xi măng. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu và thử nghiệm thực tế để hoàn thiện phương pháp này và áp dụng rộng rãi trong thực tiễn. Việc quản lý đất nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long một cách bền vững là vô cùng quan trọng để đảm bảo an ninh lương thực và phát triển kinh tế của khu vực. Nghiên cứu đã đề xuất hàm lượng hợp lý là 13% -15%.

5.1. Các kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu đề xuất cần có thêm các nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như độ ẩm, nhiệt độ đến hiệu quả của phương pháp trộn nông xi măng. Cần có các thử nghiệm thực tế trên các công trình xây dựng để kiểm chứng hiệu quả của phương pháp trong điều kiện thực tế. Tiếp tục phát triển mô hình LSM để mô phỏng các loại đất khác nhau và đánh giá các phương pháp xử lý khác.

5.2. Tầm quan trọng của việc quản lý đất bền vững tại ĐBSCL

Quản lý đất bền vững là yếu tố then chốt để đảm bảo sự phát triển bền vững của ĐBSCL. Việc áp dụng các biện pháp thủy lợi cho đất yếu, sử dụng phân bón cho đất yếu một cách hợp lý và bảo vệ đất khỏi ô nhiễm là vô cùng quan trọng. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học, nhà quản lý và người dân để thực hiện mục tiêu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước: Ngoài nước: Vấn đề xử lý nền đất yếu đã xuất hiện từ rất lâu và được nghiên cứu nhiều trên thế giới. Hiện tại đã có nhiều phương pháp được các nhà khoa học đề xuất để xử lý nền đất yếu trong ngành xây dựng và giao thông được công bố trên các tạp chí. Điều đó nói lên tầm quan trọng của nghiên cứu này nhằm giải quyết các vấn đề về dân sinh cũng như phát triển cơ sở hạ tầng không chỉ ở Việt Nam mà còn trên thế giới. Tsytovich và cộng sự (1974) đã đề xuất phương pháp sử dụng cọc cát, giếng cát phổ biến ngày nay.

Cọc cát có chức năng như một giếng cát làm cho nước ở trong đất thoát ra nhanh qua lỗ cát này. Tiến trình cố kết và độ lớn sẽ được làm tăng và xảy ra nhanh hơn do trong quá trình xử lý đất. Ông thép được cắm vào đất làm cho nền tảng được ép chặt lại. Đất được nén chặt thêm bởi quá trình tạo ra lỗ.

Còn nước ở trong đất thì sẽ bị nén cho thoát ra ngoài lỗ khoan được nhồi cát. Thi công kiểu này cũng đơn giản và bằng vật liệu tương đối rẻ tiền từ sạn sỏi hoặc cát thô cho nên có chi phí tương đối thấp thấp hơn đệm cát, các loại móng bê tông, các loại chuyên dùng để xử lý nền đất khác. Phương pháp này chuyên được dùng để gia cố cho phần đất yếu dày hơn 3 mét. Độ rỗng của đất được giảm xuống do đất được nén chặt thêm nên từ đó độ mạnh của nền cọc cát được cải thiện.

Nước trong các lỗ rỗng trong đất thoát ra nhanh làm cho quá trình cố kết của đất nhanh hơn, độ lún được giảm và ổn định hơn. Phương pháp đầm chặt đất bằng đầm rung sâu được đề xuất bởi Moseley và Kirsch (1993), một thanh thép được đưa xuống đến độ sâu quy định và một máy rung tạo ra dao động theo phương ngang và phương thẳng đứng làm cho đất nền được đầm chặt trong khi thanh thép được rút dần lên. Độ sâu và khoảng cách đầm phụ thuộc vào các yếu tố: độ lún toàn phần lớn nhất cho phép, độ lún lệch lớn nhất cho phép; sức chịu tải yêu cầu; sức kháng cắt cần đạt được và mức tăng sức kháng chống hoá lỏng. 1 Phương pháp trộn vôi và xi măng dưới sâu với cách trộn khô được trình bày trong nghiên cứu của Chida (1982).

Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão.Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại, ngoài ra nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt. Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: độ ẩm của đất giảm 5 – 8%, lực dính tăng lên khoảng 1. Việc chế tạo cọc đất – xi măng cũng giống như đối với cọc đất – vôi, hàm lượng ximăng có thể từ 7% đến 15% và kết quả cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên từ 4 – 5 lần so với khi chưa gia cố. Phương pháp cọc vôi, xi măng đất Trong phương pháp điện thấm (Eggestad, 1983), 2 điện cực được đưa vào đất và khi nối với nguồn điện 1 chiều thì nước lỗ rỗng từ cực dương tới cực âm.

Do hiệu ứng vật lý này, khu vực gần cực dương có áp lực nước lỗ rỗng thấp sẽ mở rộng dần theo thời gian và độ bền của đất tăng do hệ quả của sự cố kết của đất nền còn độ nén lún của đất thì giảm đi. Trong đất nén lún, điện thấm đẩy nước đến cực âm và ở đó nước được hút đi nên không quay trở lại cực dương. Sự cố kết đất xảy ra tương ứng với thể tích đất được hút đi. Các phương pháp này đã tỏ ra hiệu quả và được áp dụng mạnh mẽ trong thực tế.

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khó khăn tồn tại khi các địa chất khác nhau sẽ có hiệu quả khác nhau với từng phương pháp. Đặc biệt, khi các phương pháp 2 này nghiên cứu với địa chất nước ngoài nên trong một số điều kiện, việc áp dụng ở Việt Nam tỏ ra kém hiệu quả hơn hẳn. Do đó, khi áp dụng với địa chất đặc thù khu vực đồng bằng sông Cửu Long ở Việt Nam cần kiểm tra điều kiện tương thích của từng phương pháp để lựa chọn ra phương pháp có có thể cho hiệu quả tốt nhất. Trong nước: Ở Việt Nam, vấn đề nền đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long cũng như đồng bằng sông Hồng là một vấn đề đã tồn tại từ lâu, nó gây ra khó khăn trong việc xây dựng nhà ở và cơ sở hạ tầng kỹ thuật, ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống người dân cũng như sự phát triển của cả vùng.

Xuất phát từ thực tế đó, việc nghiên cứu xử lý nền đất yếu ở Việt Nam từ lâu đã được quan tâm. Hầu hết các phương pháp được nêu ở trên đều đã được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam, tuy nhiên, do sự khác nhau về địa chất nên cần có sự điều chỉnh để đem lại hiệu quả tốt hơn điển hình như phương pháp cọc cát (Nguyễn Đình Đức, 2009, Nguyễn Uyên, 2011), cọc xi măng đất (TCVN 385-2006, TCCS 05:2010/VKHTLVN), bấc thấm đứng (PVD) (TCVN 9355-2012), công nghệ khoan phụt cao áp (Nguyễn Quốc Dũng và cộng sự, 2005)… Trong thực tế, việc lựa chọn phương pháp nào đối với từng loại địa chất công trình là một nhiệm vụ khó khăn về kỹ thuật và kinh tế. Tổng quan về các phương pháp phổ biến trước đây được nghiên cứu, thử nghiệm và đặc điểm kỹ thuật, kinh tế, tính khả thi của một số phương pháp được tổng kết rong Bảng 0. 3 Gia tải trước Gia tải trước Cột đất xi-măng + Móng cọc Gia tải trước kết hợp bấc bằng cố kết Đệm xi-măng bằng Vấn đề thấm (PVD) chân không được ổn định phương pháp thay đất Độ lún Thấp nếu hệ Thấp do thềm Rất thấp do truyền Rất thấp do Thấp nếu hệ nguyên thủy số an toàn chảy sang bên tải xuống lớp đất truyền tải số an toàn cao thấp hơn cứng hơn bên xuống lớp cao dưới đất cứng hơn bên dưới Kiểm soát Độ lún cố được bằng Vấn đề kỹ Cao Cao Rất thấp Rất thấp kết chiều dày thuật thay đất Kiểm soát Rất thấp do Có thể kiểm được dựa Có thể kiểm Rất thấp do tải tải được soát được vào độ soát được bằng được chuyển chuyển Độ lún dư bằng cách dày lớp đất cách gia tải xuống lớp đất rắn xuống lớp gia tải phụ thay thế và phụ phù hợp hơn bên dưới đất rắn hơn phù hợp quá trình gia bên dưới tải 4 Rất ổn định Hệ số an đối với riêng Ban đầu hệ số an Hệ số an toàn tăng do chân không, toàn cao, nhưng có Hệ số an toàn tăng do Độ ổn định cường độ đất nhưng hệ số an thể giảm dần theo toàn cao thay lớp đất tăng trong cố toàn thấp hơn thời gian cứng hơn kết khi đặt thêm phụ tải Chi phí bảo Thấp Thấp Thấp Thấp Trung bình dưỡng Vấn đề về Trung bình – tài chính Chi phí thi Cao đối với đường tùy thuộc Trung bình Cao Rất cao công đắp cao vào chiều sâu thay đất Trung bình – Trung bình – Lâu nhất – Từ ngắn tới trung tùy thuộc cần từ 5 – 8 Thời gian tùy thuộc bình – tùy thuộc vào thiết bị tháng cho mỗi Ngắn Các vấn đề thi công vào thời gian vào thiết bị sử sử dụng và đoạn chân liên quan gia tải phụ dụng vật liệu cung không khác cấp Chất lượng Sai khác độ Sai khác độ Sai khác độ lún Sai khác độ Sai khác độ theo thời lún nhỏ lún nhỏ nhỏ lún nhỏ lún nhỏ gian dài Bảng 0.

Một số phương pháp gia xử lý nền đất yếu tại Việt Nam 5 Thời gian gần đây, một số phương pháp hiện đại khác đã được các nhà khoa học trong nước nghiên cứu và đề xuất để phù hợp với điều kiện đặc thù của khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Các nghiên cứu của Nguyễn Minh Đức và cộng sự (2018, 2019, 2020) đã chỉ ra rằng, nền đất điển hình ở đồng bằng sông Cửu Long có thành phần chủ yếu là đất sét hoặc bùn sét. Tác giả đề xuất sử dụng đệm cát kết hợp với sử dụng vải địa kỹ thuật nhằm làm tăng khả năng thoát nước trong đất cũng như tăng cường khả năng cố kết của đất như một giải pháp để gia cố nền đất yếu. Các kết quả chỉ ra rằng phương pháp này đem lại hiệu quả tốt để cải tạo nền đất san lấp bằng sét yếu hoặc bùn nạo vét lòng sông phù hợp với các loại công trình như đường giao thông nông thôn ở đồng bằng sông Cửu Long, tuy nhiên việc áp dụng với công trình xây dựng dân sinh, công trình móng nông còn đem lại nhiều khó khăn, chưa thực sự hiệu quả.

Nguyễn Sỹ Hùng và Hoàng Anh (2020) đã đề xuất phương pháp sử dụng túi đất D-box tương tự như viện nghiên cứu Nhật Bản để gia cố nền đất yếu bằng cát san lấp ở khu vực tỉnh An Giang. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng Việc sử dụng móng trên bao D - BOX là một giải pháp tốt cho nhà thấp tầng (có quy mô dưới 3 tầng). Sức chịu tải của móng chủ yếu là do sức căng của bao D- BOX truyền vào vật liệu độn bên trong; áp lực truyền xuống lớp đất xấu phía dưới là không đáng kể. Tuy nhiên phương pháp này gặp khó khăn trong việc thi công đại trà khi túi D-BOX là không phổ biến dẫn đến khả năng áp dụng rộng rãi là hạn chế.

Nhà máy đóng giày Cần Thơ Thí nghiệm ở dụng D-box ở An Giang Hình 0. Nghiên cứu sử dụng túi D-Box Trong nghiên cứu của Nguyễn Sỹ Hùng và Vương Hoàng Thạch (2020) đã bàn về các phương pháp gia cố nông nền đất phổ biến ở đồng bằng sông Mekong như phương pháp gia cố bằng cọc cừ tràm, cọc tre; phương pháp gia 6 cố bằng cọc đá chẻ, cọc bê tông cốt thép, cọc xi măng đất trộn sâu và trộn nông. Theo kết quả của nghiên cứu này, phương pháp trộn đất tại chỗ với phương pháp trộn nông là phương pháp hữu hiệu để nhằm cải thiện các đặc tính kỹ thuật và môi trường đối với lớp đất nền mềm hoặc bị ô nhiễm.