CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU. Khái quát chung về nền đất yếu. Khái niệm về đất yếu. Đất yếu là những loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0 daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), môđun biến dạng thấp (thường thì E0 = 50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ…Nếu không có biện pháp xử lí đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được.
Đất yếu là các vật liệu mới hình thành từ 1000 đến 15000 năm tuổi, có thể chia thành bốn nhóm chủ yếu như sau: Các loại đất sét (á sét, sét) ở trạng thái mềm, bão hòa nước thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất sét. - Các loại cát hạt nhỏ, cát bụi ở trạng thái rời, bão hòa nước. - Các loại đất bùn, than bùn và đất than bùn. - Các loại đất hoàng thổ có độ rỗng lớn gây lún sụt.
Tất cả các loại đất này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo các điều kiện thủy lực tương ứng: bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao hồ…Trong các loại đất này thì đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, tam giác châu, cửa sông…) tạo thành một họ đất yếu phát triển nhất. Ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e ≥ 1,5, đất á sét bụi e ≥ 1), lực dính không thoát nước Cu ≤ 0,15 daN/cm2, góc nội ma sát φu=0, độ sệt IL=0,50 (trạng thái dẻo mềm). Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rửa và phân hủy, tạo ra các trầm tích hữu cơ lẫn các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20-80%.
4 Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình 85-95% và có thể đạt hàng trăm phần trăm. Than bùn là loại đất nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún có thể đạt được 3-8-10 daN/cm2, vì thế phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40-50cm. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng: - Hàm lượng hữu cơ từ 20-30%: đất nhiễm than bùn - Hàm lượng hữu cơ từ 30-60%: đất than bùn - Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn. Bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (< 200μm) với tỉ lệ phần trăm các hạt < 2μm cao, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong.
Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10% [2] Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy vũng, vịnh, hồ hoặc các cửa sông nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy triều. Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5 daN/cm2 với bùn sét và từ 10-25 daN/cm2 với bùn á sét, bùn á cát, còn hệ số nén lún thì có thể lên tới 2-3 cm2/daN. Như vậy bùn là những trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi áp dụng các biện pháp xử lí đặc biệt, mà tốt nhất là vét bùn thay đất tốt.
Nói chung các loại đất yếu thường có các đặc điểm sau: + Thường là loại đất sét có lẫn hữu cơ ( nhiều hoặc ít). + Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ. + Độ thấm nước rất nhỏ. + Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn.
Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn, than bùn. Ngoài ra, ở một số vùng còn gặp loại đất có ít nhiều tính chất của loại đất lún sập, như đất bazan ở Tây Nguyên, thỉnh thoảng còn gặp các loại vỉa cát cháy là những loại đất yếu có đặc điểm riêng biệt. Các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu. 5 - Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; Sức chịu tải bé (0,5 - 1kg/cm2); - Đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kg); Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0); - Độ sệt lớn (B>1); - Môđun biến dạng bé (E < 50kg/cm2); - Khả năng chống cắt (, c bé), khả năng thấm nước bé; - Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8.
Dung trọng bé. Các vấn đề ổn định thường gặp khi xây dựng nền đường trong vùng đất yếu. Khi thi công đắp nền đường trên vùng đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất, nếu sự tăng ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó (tuỳ thuộc vào tính chất cơ học và trạng thái của đất nền) thì đất nền sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún nhiều và đột ngột. Cùng với sự lún sụp của nền đường đắp thì nền đất yếu xung quanh cũng bị trồi lên tương ứng.
Các loại nền đất yếu thường gặp. - Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; - Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (< 200m) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; - Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20-80%); - Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy; - Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước, dễ bị lún sập. Những dạng phá hoại nền đường thường gặp.
Phá hoại nền đường do lún trồi. Toàn bộ nền đường đắp lún vào nền đất yếu, đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần chân taluy [2, tr 29-31]. Phá hoại nền đường do lún trồi. Phá hoại nền đường do trượt sâu.
Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thông thường của nền đường đắp. Một cung trượt tròn sinh ra do nên đắp bị lún cục bộ, ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi. Neàn ñaép Ñaát yeáu Hình 1. Phá hoại nền đường do trượt sâu Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đường đắp và của đất nền thiên nhiên dọc theo diện tích phá hoại bị chuyển vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp.
Để tính toán, trong các trường hợp đơn giản nhất thường xem đường phá hoại tương tự một đường cong tròn và sự trượt được gọi là trượt tròn. Sự phát triển các hư hỏng. Sự phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc trượt sâu vì đắp nền đường quá cao là một hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong khi thi công hoặc sau khi thi công xong 7 một thời gian ngắn. Qua theo dõi sự phá hoại thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần.
Tuy nhiên cũng có những phá hoại khác xảy ra sau khi thi công xong vài tháng hoặc vài năm như trong trường hợp tôn cao nên đường mới trên nền đắp hiện hữu hoặc khi đào đất ở chân taluy. Sự phân vùng của đất yếu ở Việt Nam. Trong những năm qua, thành tựu về công nghệ trong GTVT Việt Nam có rất nhiều tiến bộ. Những công trình như: hầm đường bộ qua đèo Hải Vân, cầu Mỹ Thuận, QL1A, QL5, đường cao tốc TP.
HCM- Trung Lương, Đại lộ Thăng Long, tuyến Pháp Vân - Cầu Giẽ… đều sử dụng những công nghệ hiện đại, tiên tiến và đều nằm trong vùng đất yếu. Tuy nhiên, xử lý nền đất yếu vẫn luôn là việc làm phức tạp và gây nhiều khó khăn cho các đơn vị thiết kế và thi công công trình. “Hiện nay, Việt Nam có 2 vùng đất yếu chủ yếu là châu thổ Bắc Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long. Với vùng châu thổ Bắc Bộ, chiều sâu của nhiều vị trí đất yếu lên đến từ 15 - 28m.
Với Đồng bằng sông Cửu Long còn lớn hơn, nhiều khi lên đến 35m. Cả hai khu vực này đều nằm trong vùng trọng điểm phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Chính vì vậy, trong thời gian qua phải đầu tư rất nhiều tiền của để đầu tư phát triển hạ tầng giao thông. Việc phải xử lý nền đất yếu khiến cho tổng mức đầu tư của các dự án bị đội lên rất cao”.
Nền đất yếu đồng bằng Bắc Bộ. Đồng bằng Bắc Việt Nam có diện tích khoảng 30.000km2, trong đó đồng bằng Bác Bộ chiếm khoảng 18. Bằng phẳng có cao độ 1-12m, trung bình 6- 8m hơi nghiêng về phía đông. Địa hình bị phân cắt bợi hệ thống sông suối, kênh mương chằng chịt.
Nhiều nơi thấy vết tích hố móng ngựa, đầm lầy, khu trũng bị úng nước. Nhìn chung, trầm tích hệ Thứ Tư ở đồng bằng cấu tạo từ 2 tầng lớn: tầng dưới - hạt thô (cuội, sỏi, sạn lẫn cát thô, cát vừa hay nhỏ, cát pha sét), tầng trên - hạt mịn (sét, sét pha cát, bùn và than bùn). Nhóm đất yếu phân bố khắp khắp nơi gồm 2 loại bùn và than bùn: 8 a) Đất bùn - Bùn đầm lầy ven biển (bm Q2IV, bmQm) hầu như bị phủ kín, nằm sát dưới đáy hay xen giữa các lớp sét biển (trừ vùng Phủ Lý, Ninh Bình lộ ra trên mặt đất). Bùn sét hay bùn cát màu xám đen, xám tro, chứa 20%-30% tạp chất hữu cơ thân, cành lá cây.
Chiều dày 2-15m có thể >15m. - Bùn nguồn gốc hồ (IQIV3) trong lòng hồ cạn hay đầm hồ như hồ Tây (Hà Nội), đầm Nậu, đầm Vạc, đồng sâu hải Bối (Vĩnh Phú), đồng sâu Hà Nam Ninh, Cổ Định (Thanh Hóa), Can Lộc, Đức Thọ (Hà Tĩnh) và bùn bồi tích hiện đại (aQ3IV), sông - biển hỗn hợp (aQ3IV). Là loại bùn cát, bùn sét màu xám tro, chứa 10-20% tạp chất hữu cơ, chiều 0,2-1m, thường ở trạng thái chảy lỏng. - Bùn đầm lầy có nhóm hạt cát 13-20%, hạt bụi 40-45%, hạt sét 35-40%.