Tổng quan nghiên cứu

Đất yếu là một trong những thách thức lớn trong xây dựng công trình tại khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là tại thành phố Cần Thơ. Với lớp đất bùn sét, bùn á sét có chiều dày từ 9 đến 30 mét, nền đất này có đặc tính cơ lý yếu như độ âm cao, sức chống cắt thấp và tính nén lún lớn, gây khó khăn trong việc thiết kế và thi công móng công trình. Trong gần một thế kỷ qua, cừ tràm đã được sử dụng rộng rãi như một giải pháp gia cố nền đất yếu cho các công trình dân dụng, công nghiệp và thủy lợi quy mô vừa và nhỏ tại khu vực này. Mật độ đóng cừ tràm phổ biến từ 16 đến 49 cây/m², với chiều dài cừ từ 3 đến 5 mét và đường kính từ 5 đến 10 cm.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng sử dụng cừ tràm để xây dựng nền móng công trình trên đất yếu tại Cần Thơ thông qua kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường. Nghiên cứu tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm nhằm đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp gia cố này, từ đó đưa ra các kết luận và kiến nghị thiết thực cho thiết kế nền móng công trình vừa và nhỏ trong khu vực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình tại thành phố Cần Thơ và khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, với dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm hiện trường và khảo sát địa chất trong giai đoạn 2011-2013.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp tài liệu tham khảo khoa học cho các kỹ sư thiết kế, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả và độ an toàn của các công trình xây dựng trên nền đất yếu tại khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết địa kỹ thuật về đất yếu: Đặc tính cơ lý của đất bùn sét, bùn á sét và đất than bùn tại Đồng Bằng Sông Cửu Long được phân tích dựa trên các chỉ tiêu như hệ số rỗng, độ âm, lực dính, góc ma sát trong và hệ số nén lún. Các đặc tính này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải và biến dạng của nền đất.

  • Mô hình làm việc của cừ tràm trong nền đất: Có ba quan điểm chính về mô hình làm việc của cừ tràm: (1) cừ tràm như một phần của nền đất, làm tăng mật độ và giảm hệ số rỗng; (2) cừ tràm hoạt động như cọc gỗ thông thường, chịu tải qua ma sát thân và mũi cọc; (3) cừ tràm làm việc đồng thời như một khối móng cọc quy ước. Nghiên cứu đánh giá các mô hình này dựa trên kết quả thí nghiệm hiện trường.

  • Mô hình tính toán sức chịu tải và biến dạng móng cừ tràm: Sử dụng các công thức tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất (khả năng chịu tải) và thứ hai (điều kiện biến dạng) dựa trên tiêu chuẩn TCVN 9362:2012. Các tham số như sức chịu tải tính toán của cọc, độ lún ổn định, hệ số nhóm cọc được xác định để đánh giá hiệu quả gia cố.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số rỗng (e), lực dính (c), góc ma sát trong (φ), sức chịu tải của đất nền (R), sức chịu tải của cọc (Fa), mật độ cừ tràm (số cây/m²), và module biến dạng Ep của đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Kết quả thí nghiệm bàn nén tĩnh tại hiện trường trên nền đất gia cố cừ tràm tại một số công trình tiêu biểu ở thành phố Cần Thơ.

  • Dữ liệu khảo sát địa chất công trình, bao gồm các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu như độ âm, hệ số rỗng, lực dính, góc ma sát trong, và các đặc tính cơ học của gỗ tràm.

  • Thông tin về quy trình thi công, kích thước, mật độ và chất lượng cừ tràm được thu thập từ các công trình thực tế.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích số liệu thí nghiệm bàn nén để xác định module biến dạng và sức chịu tải của nền đất gia cố.

  • So sánh kết quả thí nghiệm với các mô hình lý thuyết về khả năng làm việc của cừ tràm.

  • Đánh giá mức độ tin cậy của phương pháp gia cố cừ tràm dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật và thực tế thi công.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2013, bao gồm thu thập số liệu, phân tích kết quả thí nghiệm và tổng hợp báo cáo luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng chịu tải của nền đất gia cố cừ tràm tăng đáng kể: Kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường cho thấy sức chịu tải của đất nền tăng từ 1,4 đến 1,9 lần so với đất nền chưa gia cố, tùy thuộc vào loại đất. Ví dụ, đất sét và bùn sét có sức chịu tải tăng trung bình 1,41 đến 2,45 lần khi sử dụng cừ tràm làm cọc ma sát.

  2. Ảnh hưởng mật độ cừ tràm đến sức chịu tải không quá lớn: Thí nghiệm tại Cần Thơ cho thấy khi mật độ cừ tràm tăng từ 24 lên 36 cây/m², sức chịu tải của nhóm cọc chỉ tăng khoảng 8% (từ 422 kG đến 458 kG đối với cừ dài 3m). Hệ số nhóm cọc dao động từ 1,02 đến 1,08, cho thấy hiệu ứng nhóm không đáng kể.

  3. Đặc tính cơ học của gỗ tràm phù hợp cho gia cố nền: Độ bền chịu nén, kéo và uốn của gỗ tràm được xác định lần lượt trung bình là 374 kG/cm², 513 kG/cm² và 79 kG/cm² tại thân cây, cao hơn phần gốc và ngọn. Gỗ tràm có trọng lượng thể tích khoảng 0,8-0,9 T/m³, nhẹ hơn nước và có khả năng chống mục trong môi trường nước ngập.

  4. Mô hình làm việc của cừ tràm đa dạng, cần lựa chọn phù hợp: Các mô hình xem cừ tràm như nền đất, cọc gỗ hoặc khối móng quy ước đều có cơ sở thực nghiệm. Tuy nhiên, mô hình khối móng quy ước được áp dụng phổ biến để tính toán biến dạng và sức chịu tải, giúp kiểm soát độ lún và lún lệch của công trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tăng sức chịu tải của nền đất sau khi gia cố bằng cừ tràm là do sự giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt và cải thiện tính chất cơ lý của đất. Việc đóng cừ tràm tạo ra sự nén chặt đất xung quanh, đồng thời truyền tải trọng qua ma sát thân cọc và sức kháng mũi cọc. Mặc dù mật độ cừ tăng không làm tăng sức chịu tải nhóm cọc quá nhiều, nhưng việc bố trí hợp lý giúp giảm lún lệch và tăng tính ổn định công trình.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với các báo cáo về hiệu quả gia cố nền bằng cọc gỗ trong đất yếu. Tuy nhiên, sự khác biệt về đặc tính đất và điều kiện thủy văn tại Đồng Bằng Sông Cửu Long đòi hỏi phải có các điều chỉnh phù hợp trong thiết kế và thi công.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học cho việc áp dụng cừ tràm trong thiết kế móng công trình vừa và nhỏ, giúp giảm chi phí và tận dụng nguồn vật liệu địa phương. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra các hạn chế và rủi ro như sự thay đổi mực nước ngầm gây mục cừ, cần được kiểm soát chặt chẽ trong thi công và bảo trì.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh sức chịu tải của đất nền trước và sau gia cố, bảng tổng hợp đặc tính cơ lý của đất và gỗ tràm, cũng như sơ đồ mô hình làm việc của cừ tràm trong nền đất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng thiết kế móng cừ tràm theo mô hình khối móng quy ước: Khuyến nghị các kỹ sư sử dụng mô hình này để tính toán sức chịu tải và biến dạng, đảm bảo kiểm soát độ lún và lún lệch trong phạm vi cho phép. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án xây dựng mới tại khu vực Cần Thơ.

  2. Kiểm soát chất lượng cừ tràm và quy trình thi công nghiêm ngặt: Đề xuất quy định rõ ràng về kích thước, tuổi cây, độ tươi và bảo quản cừ tràm, đồng thời giám sát chặt chẽ quá trình đóng cừ để tránh hiện tượng cừ bị mục hoặc không đạt tiêu chuẩn. Chủ thể thực hiện: chủ đầu tư, nhà thầu thi công, cơ quan quản lý xây dựng.

  3. Tăng cường khảo sát địa chất và thí nghiệm hiện trường: Trước khi thiết kế móng, cần thực hiện đầy đủ các thí nghiệm nén tĩnh, xuyên tĩnh và bàn nén hiện trường để xác định chính xác đặc tính đất và hiệu quả gia cố. Thời gian: giai đoạn khảo sát thiết kế công trình.

  4. Xây dựng văn bản pháp quy và tiêu chuẩn kỹ thuật cho gia cố nền bằng cừ tràm: Cần có các quy chuẩn, tiêu chuẩn cụ thể về thiết kế, thi công và nghiệm thu móng cừ tràm nhằm hạn chế sai sót và tiêu cực trong thi công. Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng, các viện nghiên cứu chuyên ngành.

  5. Theo dõi và bảo trì công trình sau thi công: Đề xuất giám sát mực nước ngầm và tình trạng cừ tràm trong quá trình sử dụng để phát hiện sớm các hiện tượng mục, lún lệch, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời. Chủ thể thực hiện: chủ đầu tư, đơn vị quản lý vận hành công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế kết cấu và nền móng: Luận văn cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp tính toán cụ thể giúp thiết kế móng công trình trên nền đất yếu bằng cừ tràm hiệu quả và an toàn.

  2. Nhà thầu thi công xây dựng: Thông tin về quy trình thi công, kiểm soát chất lượng cừ tràm và các lưu ý kỹ thuật giúp nâng cao chất lượng thi công và giảm thiểu rủi ro công trình.

  3. Cơ quan quản lý xây dựng và kiểm định chất lượng công trình: Tài liệu giúp xây dựng tiêu chuẩn, quy trình nghiệm thu và giám sát thi công móng cừ tràm, đảm bảo tuân thủ quy định và nâng cao hiệu quả quản lý.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Luận văn là nguồn tham khảo quý giá về đặc tính đất yếu, vật liệu cừ tràm và phương pháp thí nghiệm hiện trường, hỗ trợ nghiên cứu và đào tạo chuyên sâu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cừ tràm có phù hợp cho công trình cao tầng không?
    Cừ tràm thích hợp cho công trình vừa và nhỏ, thường dưới 5 tầng, với tải trọng dưới 0,8 kG/cm². Công trình cao tầng hoặc chịu tải trọng ngang lớn nên sử dụng giải pháp móng khác hoặc kết hợp gia cố bổ sung.

  2. Mật độ đóng cừ tràm ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả gia cố?
    Mật độ từ 16 đến 49 cây/m² tùy loại đất. Mật độ cao giúp tăng khả năng chịu tải nhưng quá dày có thể gây khó khăn thi công. Nghiên cứu cho thấy sức chịu tải nhóm cọc tăng không nhiều khi mật độ tăng, nên cần cân đối hợp lý.

  3. Làm thế nào để đảm bảo cừ tràm không bị mục sau khi đóng xuống đất?
    Cừ tràm phải được giữ ẩm, đóng dưới mực nước ngầm thấp nhất và tránh môi trường có chất hóa học ăn mòn. Giám sát mực nước và chất lượng nước ngầm trong quá trình thi công và sử dụng là cần thiết.

  4. Phương pháp thí nghiệm bàn nén hiện trường có ưu điểm gì?
    Phương pháp này giúp xác định module biến dạng và sức chịu tải thực tế của nền đất gia cố, phản ánh sát thực trạng công trình, hỗ trợ thiết kế móng chính xác và hiệu quả hơn.

  5. Có những rủi ro nào khi sử dụng cừ tràm làm móng?
    Rủi ro gồm lún lệch do thiết kế hoặc thi công không đúng, cừ bị mục do thay đổi mực nước ngầm, và chất lượng cừ không đảm bảo. Cần kiểm soát chặt chẽ từ khảo sát, thiết kế đến thi công và bảo trì.

Kết luận

  • Cừ tràm là giải pháp gia cố nền đất yếu hiệu quả, phù hợp cho công trình vừa và nhỏ tại Đồng Bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là Cần Thơ.
  • Khả năng chịu tải của nền đất gia cố cừ tràm tăng từ 1,4 đến 1,9 lần, giúp giảm biến dạng và tăng độ ổn định công trình.
  • Mô hình khối móng quy ước được đề xuất làm cơ sở tính toán sức chịu tải và biến dạng móng cừ tràm.
  • Quy trình thi công và kiểm soát chất lượng cừ tràm cần được chuẩn hóa để đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình.
  • Nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho thiết kế, thi công và quản lý công trình xây dựng trên nền đất yếu, đồng thời đề xuất các bước tiếp theo trong phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và giám sát thi công.

Hành động tiếp theo: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế và thi công các dự án xây dựng tại khu vực, đồng thời phát triển các văn bản pháp quy và tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến gia cố nền bằng cừ tràm.