Nghiên Cứu Xử Lý Nền Đất Yếu Bằng Phương Pháp Hút Chân Không Tại Dự Án Đường Nối Cầu Bà Chiêm Đến Cảng Hiệp Phước

Gói thầu XL số 3 nằm trong dự án đường nối cầu Bà Chiêm đến cảng Hiệp Phước, trải dài từ Km 0+760 đến Km 1+531,56. Đây là một đoạn quan trọng trong việc kết nối giao thông khu vực. Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào việc phân tích số liệu địa chất và hiệu quả của phương pháp xử lý nền đất yếu tại gói thầu này. Việc lựa chọn vị trí này giúp đánh giá chính xác tác động của phương pháp hút chân không trong điều kiện địa chất cụ thể của khu vực.

Dự án đường nối từ cầu Bà Chiêm đến cảng Hiệp Phước có nhiều mục tiêu quan trọng. Đầu tiên, dự án nhằm nâng cao năng lực kết nối giao thông từ trục Bắc Nam đến khu vực cảng Hiệp Phước. Thứ hai, dự án đáp ứng nhu cầu vận tải phục vụ hoạt động của cảng và khu công nghiệp. Cuối cùng, dự án góp phần chỉnh trang mạng lưới giao thông khu vực, cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường và nâng cao mức sống của người dân. Việc hoàn thành dự án sẽ thúc đẩy quá trình đô thị hóa và phát triển kinh tế - xã hội của huyện Nhà Bè.

Nền đất yếu được định nghĩa là loại đất không đủ khả năng chịu tải trọng của công trình. Các đặc điểm nhận biết bao gồm độ sệt lớn (IL>1), hệ số rỗng lớn (e>1), góc ma sát trong nhỏ (φ<100), lực dính nhỏ (C<15 kPa), và sức kháng mũi xuyên tĩnh thấp (qc<0,1 Mpa). Theo Terzaghi và Peck, đất rất yếu khi cường độ nén đơn nhỏ hơn 25 kPa. Việc nhận biết chính xác nền đất yếu là bước quan trọng để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.

Có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu được sử dụng rộng rãi hiện nay. Các phương pháp này bao gồm gia tải nén trước với thoát nước thẳng đứng, sử dụng cọc vôi - đất hoặc cọc xi măng đất, và phương pháp hút chân không. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp cần dựa trên kết quả khảo sát địa chất và phân tích kỹ thuật.

Mục tiêu chính của việc xử lý nền đất yếu là cải thiện các chỉ tiêu cơ lý của đất, bao gồm tăng sức chịu tải, giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng module biến dạng và tăng cường độ chống cắt. Việc gia cố nền đất giúp công trình ổn định hơn, giảm thiểu rủi ro lún và biến dạng trong quá trình sử dụng. Các phương pháp xử lý nền đất cần đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định hiện hành.

Phương pháp hút chân không hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra áp suất âm trong đất. Hệ thống bao gồm màng chống thấm, ống địa kỹ thuật và bơm chân không. Khi bơm hoạt động, áp suất trong đất giảm, tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài. Sự chênh lệch này làm tăng ứng suất hữu hiệu, đẩy nhanh quá trình thoát nước và cố kết của đất. Quá trình này giúp ổn định nền đất và tăng sức chịu tải.

Phương pháp hút chân không có nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác. Ưu điểm bao gồm giảm thời gian thi công, giảm chi phí, ít gây ảnh hưởng đến môi trường và có thể áp dụng cho nhiều loại đất yếu. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm, như yêu cầu kỹ thuật cao trong thi công và cần kiểm soát chặt chẽ áp suất chân không. Việc đánh giá kỹ lưỡng ưu và nhược điểm giúp lựa chọn phương pháp phù hợp với từng dự án.

Thi công phương pháp hút chân không đòi hỏi sử dụng các vật liệu và thiết bị chuyên dụng. Các vật liệu chính bao gồm màng chống thấm, ống địa kỹ thuật, vải địa kỹ thuật và cát đệm. Thiết bị chính bao gồm bơm chân không, hệ thống ống dẫn và thiết bị quan trắc. Màng chống thấm có vai trò giữ áp suất chân không, ống địa kỹ thuật giúp thoát nước, và bơm chân không tạo ra áp suất âm. Việc lựa chọn vật liệu và thiết bị chất lượng cao là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả thi công.

Quy trình thi công hút chân không kết hợp gia tải bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, cần chuẩn bị mặt bằng và đào vét lớp hữu cơ. Tiếp theo, trải vải địa kỹ thuật để ngăn cách lớp đất yếu và lớp cát đệm. Sau đó, đắp cát đến cao độ thiết kế và lắp đặt hệ thống hút chân không. Cuối cùng, tiến hành gia tải và theo dõi quá trình lún bằng các thiết bị quan trắc. Việc tuân thủ đúng quy trình giúp đảm bảo hiệu quả xử lý nền đất.

Việc bố trí thiết bị quan trắc là rất quan trọng để theo dõi hiệu quả của phương pháp hút chân không. Các thiết bị quan trắc bao gồm bàn đo lún mặt, thiết bị đo áp lực trong bấc, thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng và cọc đo chuyển vị ngang. Các thiết bị này được bố trí theo mặt cắt điển hình và được quan trắc định kỳ. Dữ liệu quan trắc được phân tích để đánh giá mức độ lún và sự ổn định của nền đất.

Sau khi xử lý nền đất bằng phương pháp hút chân không, các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu quả. Các thí nghiệm bao gồm thí nghiệm nén cố kết, thí nghiệm cắt cánh và thí nghiệm xuyên tĩnh. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về cường độ kháng cắt, ứng suất tiền cố kết và khả năng chịu tải của đất. Việc đánh giá hiệu quả giúp xác định thời gian gia tải và dỡ tải phù hợp.

Kết quả thí nghiệm địa kỹ thuật sau xử lý nền đất bằng phương pháp hút chân không cho thấy sự cải thiện đáng kể về các chỉ tiêu cơ lý của đất. Cường độ kháng cắt tăng lên, hệ số nén lún giảm xuống và ứng suất tiền cố kết tăng lên. Các kết quả này chứng minh rằng phương pháp hút chân không đã giúp gia cố nền đất và tăng khả năng chịu tải.

Việc tính toán lún dư là rất quan trọng để dự báo độ ổn định của công trình trong quá trình khai thác. Các phương pháp tính toán lún dư dựa trên số liệu quan trắc và thí nghiệm. Kết quả tính toán giúp xác định thời gian dỡ tải phù hợp và đảm bảo rằng độ lún dư nằm trong giới hạn cho phép. Việc dự báo độ ổn định giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho công trình.

Đánh giá tổng quan hiệu quả của phương pháp hút chân không cho thấy đây là một giải pháp khả thi và hiệu quả để xử lý nền đất yếu tại dự án đường nối cầu Bà Chiêm đến cảng Hiệp Phước. Phương pháp này giúp giảm thời gian thi công, giảm chi phí và cải thiện đáng kể các chỉ tiêu cơ lý của đất. Tuy nhiên, cần tuân thủ đúng quy trình thi công và kiểm soát chặt chẽ các thông số kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

Nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của phương pháp hút chân không trong việc xử lý nền đất yếu tại dự án đường nối cầu Bà Chiêm. Kết quả cho thấy phương pháp này giúp cải thiện đáng kể các chỉ tiêu cơ lý của đất và giảm thời gian thi công. Đóng góp mới của nghiên cứu là đề xuất quy trình thi công chi tiết và phương pháp đánh giá hiệu quả dựa trên số liệu quan trắc và thí nghiệm.

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc hoàn thiện công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không. Cần có các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố như loại đất, áp suất chân không và thời gian gia tải đến hiệu quả xử lý. Ngoài ra, cần nghiên cứu các giải pháp kết hợp phương pháp hút chân không với các phương pháp khác để tăng hiệu quả và giảm chi phí.

Phương pháp hút chân không có tiềm năng áp dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng tại Việt Nam, đặc biệt là các dự án giao thông và xây dựng trên nền đất yếu. Để áp dụng thành công, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà thiết kế, nhà thi công và các chuyên gia địa kỹ thuật. Ngoài ra, cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích việc áp dụng các công nghệ xử lý nền đất tiên tiến.