Nghiên Cứu Ứng Xử Nền Đất Yếu Được Xử Lý Bằng Hút Chân Không Kết Hợp Với Bấc Thấm

Theo định nghĩa trong các tiêu chuẩn ngành 22TC 262-2000 (Bộ GTVT) và TCXD 245:2000 (Bộ Xây dựng), nền 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° đến 10°, hoặc lực dính từ kết quả cắt nhanh tại hiện trường Cu < 0. Các nước trên thế giới cũng thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước, Su, và số xuyên tiêu chuẩn N (SPT). Ví dụ, đất rất yếu có Su < 12.5 kPa hoặc N < 2.

Công trình xây dựng trên nền đất yếu lâu ngày có thể xảy ra hiện tượng lún kéo dài sau khi thi công. Điều này dẫn đến hư hỏng hoặc mất ổn định của công trình. Một số công trình bị lún điển hình ở Việt Nam bao gồm đường cao tốc Pháp Vân – Cầu Giẽ, kho cảng Thị Vải và đường dẫn vào cầu vượt Nguyễn Hữu Cảnh. Để đảm bảo tính ổn định lâu dài, việc xử lý nền trước khi xây dựng là rất cần thiết. Cần áp dụng các biện pháp như gia cố nền đất yếu để giảm độ lún và tăng khả năng chịu tải.

Có nhiều dạng lún nền khác nhau, bao gồm lún đều, lún lệch và lún cục bộ. Lún đều xảy ra khi toàn bộ công trình lún xuống một cách đồng đều. Lún lệch là tình trạng lún không đều giữa các phần khác nhau của công trình. Lún cục bộ xảy ra ở một khu vực nhỏ của công trình. Việc nhận biết các dạng lún giúp đưa ra biện pháp xử lý phù hợp. Các dấu hiệu nhận biết lún bao gồm nứt tường, nghiêng cửa, và thay đổi độ cao của các bộ phận công trình.

Cường độ chịu tải kém của nền đất yếu có thể dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng cho kết cấu công trình. Khi tải trọng của công trình vượt quá khả năng chịu tải của đất, có thể xảy ra hiện tượng lún quá mức, gây biến dạng và hư hỏng kết cấu. Điều này có thể ảnh hưởng đến sự an toàn và tuổi thọ của công trình. Các biện pháp gia cố nền, như sử dụng cọc hoặc cải tạo đất, có thể được áp dụng để tăng cường cường độ chịu tải của nền.

Nguyên lý hoạt động của kỹ thuật hút chân không dựa trên việc tạo ra áp suất âm trong đất. Áp suất âm này làm tăng ứng suất hiệu quả, tức là áp lực thực tế tác dụng lên các hạt đất. Khi ứng suất hiệu quả tăng lên, các hạt đất sẽ xích lại gần nhau hơn, làm giảm thể tích lỗ rỗng và tăng độ chặt của đất. Nước trong lỗ rỗng được hút ra ngoài thông qua hệ thống thoát nước, đẩy nhanh quá trình cố kết. Kết quả là, nền đất trở nên ổn định hơn, cường độ chịu tải tăng lên và độ lún giảm xuống.

Phương pháp hút chân không có nhiều ưu điểm so với các phương pháp xử lý nền đất yếu truyền thống. Thứ nhất, nó giúp rút ngắn đáng kể thời gian xử lý nền. Thứ hai, nó ít gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Thứ ba, nó có thể được áp dụng cho nhiều loại đất khác nhau, bao gồm cả đất sét yếu và đất bùn. Thứ tư, chi phí thường thấp hơn so với các phương pháp khác như đóng cọc hoặc thay thế đất. Tuy nhiên, cần lưu ý đến yếu tố địa chất cụ thể của từng công trình để đảm bảo hiệu quả cao nhất.

Luận văn sử dụng phần mềm GeoStudio để mô phỏng bài toán hút chân không. Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả quan trắc thực tế tại công trình. Điều này giúp đánh giá độ tin cậy của phần mềm trong việc dự đoán ứng xử của nền đất sau khi xử lý. GeoStudio được đánh giá là một trong những phần mềm có khả năng mô phỏng xử lý nền bằng hút chân không.

Nghiên cứu cũng đánh giá hiệu quả của việc xử lý nền đất yếu bằng hút chân không trong trường hợp có lớp cát xen kẹp. Lớp cát xen kẹp có thể ảnh hưởng đến quá trình thoát nước và độ ổn định của nền. Nghiên cứu xem xét tác động của lớp cát xen kẹp và đề xuất các biện pháp khắc phục để đảm bảo hiệu quả xử lý. Các biện pháp ngăn dòng thấm cũng được nghiên cứu để cải thiện hiệu quả xử lý trong trường hợp này.

Có nhiều loại tường hào ngăn thấm được sử dụng trong xử lý đất yếu, bao gồm tường vây, tường bê tông cốt thép và tường đất gia cố. Tường vây là loại tường được thi công bằng cách đào các rãnh hẹp và lấp đầy bằng vữa bentonite. Tường bê tông cốt thép được thi công bằng cách đào hố và đổ bê tông cốt thép. Tường đất gia cố được thi công bằng cách sử dụng các vật liệu gia cố như vải địa kỹ thuật hoặc lưới thép. Lựa chọn loại tường hào phù hợp phụ thuộc vào điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình.

Việc kết hợp kỹ thuật hút chân không và tường hào mang lại nhiều lợi ích. Tường hào giúp ngăn chặn dòng thấm nước từ bên ngoài vào khu vực xử lý, duy trì áp suất chân không ổn định và đẩy nhanh quá trình cố kết. Điều này đặc biệt quan trọng trong các khu vực có mực nước ngầm cao hoặc địa chất phức tạp. Sự kết hợp này giúp cải thiện độ ổn định nền đất, giảm độ lún và tăng cường độ chịu tải.

Các hướng nghiên cứu mới về xử lý nền đất bằng hút chân không bao gồm việc tìm kiếm các vật liệu mới cho bấc thấm và màng phủ để tăng hiệu quả và giảm chi phí. Nghiên cứu về ảnh hưởng của hút chân không đến môi trường xung quanh và các biện pháp giảm thiểu tác động tiêu cực cũng rất quan trọng. Việc phát triển các mô hình số phức tạp hơn để mô phỏng chính xác ứng xử của nền đất trong quá trình hút chân không cũng là một hướng đi tiềm năng.

Phương pháp hút chân không có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng hạ tầng tương lai, đặc biệt là trong các khu vực có nền đất yếu. Nó có thể được sử dụng để xây dựng đường cao tốc, cầu, cảng, sân bay và các công trình dân dụng khác. Việc áp dụng hút chân không giúp giảm chi phí xây dựng, rút ngắn thời gian xử lý nền và đảm bảo tính ổn định lâu dài của công trình.