Tổng quan nghiên cứu

Huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng, nằm trong vùng Đồng bằng sông Cửu Long, có diện tích khoảng 691 km² với dân số khoảng 229 nghìn người. Khu vực này tiếp giáp với sông Hậu và Biển Đông, chịu ảnh hưởng trực tiếp của điều kiện khí hậu và thủy văn đặc trưng của vùng ven biển, trong đó nền đất yếu chiếm phần lớn diện tích tự nhiên 6.548 ha thuộc các xã Đại Ngãi, Hậu Thạnh, Phú Hữu, Trường Khánh, Châu Khánh và một phần thành phố Sóc Trăng. Đất yếu tại đây có sức chịu tải thấp, độ nén lún lớn, gây ra nhiều khó khăn trong xây dựng các công trình giao thông và thủy lợi, đặc biệt là tuyến đê bao ngăn mặn.

Thực trạng cho thấy nhiều công trình trên nền đất yếu tại huyện Long Phú đã xuất hiện hiện tượng lún, biến dạng nền, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn giao thông và tuổi thọ công trình. Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề cấp thiết nhằm đảm bảo ổn định, giảm thiểu lún và tăng tuổi thọ công trình. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng nền đất yếu, phân tích các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp cho tuyến đê bao ngăn mặn thuộc Tiểu Dự án khu bờ Tả sông Saintard, huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng, từ đó đề xuất phương án xử lý hiệu quả, kinh tế và bền vững.

Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn khảo sát, phân tích điều kiện địa chất, khí tượng thủy văn, tính toán ổn định và biến dạng nền đất yếu trong phạm vi dự án. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ ổn định nền móng, giảm thiểu lún và biến dạng, góp phần đảm bảo an toàn công trình đê bao ngăn mặn, đồng thời giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ công trình trong điều kiện đất yếu đặc thù của vùng 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 tính toán xử lý nền đất yếu, bao gồm:

  • Lý thuyết ổn định nền đắp trên đất yếu: Áp dụng phương pháp Bishop và phương pháp phân mảnh cổ điển để tính toán hệ số ổn định chống trượt sâu, đảm bảo hệ số an toàn tối thiểu K_min = 1 theo tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 262-2000.
  • Lý thuyết tính toán độ lún và độ cố kết của đất yếu: Sử dụng công thức tính độ lún tổng cộng dựa trên hệ số rỗng ban đầu, hệ số rỗng ứng với áp lực trung bình, chiều dày lớp đất yếu và chỉ số nén lún của đất nền. Độ lún theo thời gian được xác định qua độ cố kết U(t) theo công thức Cosby.
  • Mô hình xử lý nền đất yếu bằng các giải pháp kỹ thuật: Bao gồm phương pháp sử dụng bấc thấm (PVD), vải địa kỹ thuật, đệm cát, cọc tre, cọc xi măng đất và thay đất yếu. Mỗi phương pháp có cơ sở lý thuyết riêng về cơ chế tăng cường sức chịu tải, giảm lún và tăng ổn định nền đất.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: đất yếu (đất có sức chịu tải thấp, hệ số rỗng lớn, độ nén lún cao), hệ số ổn định nền đắp, độ lún tổng cộng, độ cố kết, bấc thấm, vải địa kỹ thuật, đệm cát, cọc xi măng đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khảo sát địa chất công trình, khí tượng thủy văn, đặc điểm địa hình và thủy lực khu vực dự án, thu thập từ các trạm khí tượng Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và các báo cáo địa chất công trình. Dữ liệu cơ lý đất được xác định qua thí nghiệm phòng và hiện trường, bao gồm các chỉ tiêu như sức chịu tải, hệ số rỗng, độ ẩm, chỉ số nén lún.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm mô phỏng địa kỹ thuật để tính toán ổn định nền đắp, biến dạng và lún nền đất yếu sau xử lý. Các phương pháp xử lý nền đất yếu được đánh giá dựa trên hiệu quả kỹ thuật, kinh tế và khả năng thi công thực tế.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước: khảo sát hiện trạng, phân tích điều kiện tự nhiên và địa chất, lựa chọn và mô phỏng các giải pháp xử lý nền đất yếu, đánh giá kết quả mô hình tính toán, đề xuất phương án tối ưu. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn khảo sát và phân tích trong năm 2017, tại khu vực huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm nền đất yếu khu vực nghiên cứu: Đất yếu chủ yếu là đất bùn, đất sét mềm, than bùn với chiều dày lớp đất yếu từ 3 đến 15 m, sức chịu tải thấp (0,5 - 1 kG/cm²), hệ số rỗng lớn (e > 1), độ nén lún cao (a > 0,1 cm²/kG). Độ ẩm tự nhiên cao, độ bão hòa nước trên 80%, gây ra hiện tượng lún lớn và biến dạng nền khi chịu tải trọng công trình.

  2. Hiện tượng lún và biến dạng nền đê bao: Kết quả mô hình tính toán cho thấy sau khi xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật, độ lún tổng cộng giảm khoảng 30-40% so với nền đất chưa xử lý. Hệ số ổn định nền đắp tăng từ mức 0,8 lên trên 1,2, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Tốc độ lún giảm xuống dưới 10 mm/ngày, phù hợp với quy định thiết kế.

  3. Hiệu quả các giải pháp xử lý nền đất yếu: Phương pháp bấc thấm giúp tăng tốc độ cố kết đất yếu, rút ngắn thời gian thi công khoảng 50%. Vải địa kỹ thuật tăng cường ổn định chống trượt, giảm nguy cơ trượt sâu. Đệm cát làm tăng sức chịu tải và phân bố lại ứng suất, giảm lún lệch. Cọc xi măng đất và cọc tre được đề xuất cho các vị trí có tải trọng lớn hoặc lớp đất yếu dày trên 5 m.

  4. Ảnh hưởng điều kiện khí tượng thủy văn: Mực nước triều biến động từ 0,5 đến 1,0 m, ảnh hưởng đến áp lực nước ngầm và độ bão hòa đất nền, làm tăng nguy cơ lún và biến dạng. Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 với lượng mưa trung bình 140-150 ngày/năm, nhiệt độ trung bình 26,8°C, độ ẩm 83,4%, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cố kết đất yếu khi sử dụng bấc thấm.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu trước đây về xử lý nền đất yếu tại Đồng bằng sông Cửu Long, khẳng định hiệu quả của việc kết hợp các giải pháp kỹ thuật như bấc thấm, vải địa kỹ thuật và đệm cát trong việc cải thiện tính ổn định và giảm lún nền đất yếu. Việc sử dụng bấc thấm giúp tăng tốc độ thoát nước, giảm thời gian cố kết từ hàng năm xuống còn vài tháng, phù hợp với yêu cầu tiến độ thi công.

So sánh với các công trình tương tự tại Đồng bằng Bắc Bộ và Thành phố Hồ Chí Minh, phương pháp xử lý nền đất yếu tại Long Phú có tính đặc thù do điều kiện địa chất và thủy văn phức tạp hơn, đòi hỏi sự kết hợp linh hoạt các giải pháp kỹ thuật. Việc áp dụng mô hình tính toán địa kỹ thuật giúp dự báo chính xác biến dạng nền, từ đó điều chỉnh thiết kế và thi công phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị lún theo thời gian, bảng so sánh hệ số ổn định nền đắp trước và sau xử lý, cũng như sơ đồ mặt cắt địa chất và phân bố các lớp đất yếu trong khu vực nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng đồng bộ giải pháp bấc thấm kết hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật nhằm tăng tốc độ cố kết, giảm lún và tăng ổn định nền đê bao. Thời gian thực hiện trong giai đoạn thi công nền đắp, chủ thể là nhà thầu xây dựng và tư vấn thiết kế.

  2. Sử dụng cọc xi măng đất hoặc cọc tre tại các vị trí có tải trọng lớn hoặc lớp đất yếu dày trên 5 m để gia cố nền móng, đảm bảo khả năng chịu tải và giảm biến dạng. Thời gian thi công đồng bộ với tiến độ xây dựng công trình.

  3. Thiết lập hệ thống quan trắc lún và áp lực nước ngầm chặt chẽ trong suốt quá trình thi công và khai thác công trình để kịp thời phát hiện và xử lý các hiện tượng bất thường. Chủ thể là chủ đầu tư và đơn vị giám sát kỹ thuật.

  4. Tăng cường công tác khảo sát địa chất và thủy văn chi tiết trước khi thiết kế và thi công nhằm lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp với điều kiện thực tế, giảm thiểu rủi ro và chi phí phát sinh. Thời gian thực hiện trước giai đoạn thiết kế chi tiết.

  5. Đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư, công nhân thi công về các công nghệ xử lý nền đất yếu hiện đại để đảm bảo chất lượng thi công và hiệu quả công trình. Chủ thể là các cơ sở đào tạo và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư thiết kế và tư vấn xây dựng công trình giao thông, thủy lợi: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp tính toán xử lý nền đất yếu, giúp lựa chọn giải pháp kỹ thuật phù hợp, nâng cao chất lượng thiết kế.

  2. Chủ đầu tư và quản lý dự án xây dựng: Hiểu rõ đặc điểm nền đất yếu và các giải pháp xử lý, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, kiểm soát tiến độ và chi phí thi công hiệu quả.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Tài liệu tham khảo về lý thuyết, phương pháp và ứng dụng thực tiễn xử lý nền đất yếu tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, phục vụ nghiên cứu và học tập.

  4. Đơn vị thi công và giám sát công trình: Nắm bắt quy trình thi công, kỹ thuật xử lý nền đất yếu, các yêu cầu quan trắc và kiểm soát chất lượng trong quá trình thi công để đảm bảo an toàn và hiệu quả công trình.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nền đất yếu lại gây khó khăn cho xây dựng công trình?
    Nền đất yếu có sức chịu tải thấp, độ nén lún lớn và hệ số rỗng cao, dẫn đến hiện tượng lún lớn và biến dạng nền khi chịu tải trọng công trình, gây mất ổn định và hư hỏng công trình.

  2. Phương pháp bấc thấm có ưu điểm gì trong xử lý nền đất yếu?
    Bấc thấm giúp tăng tốc độ thoát nước, rút ngắn thời gian cố kết đất yếu từ hàng năm xuống còn vài tháng, giảm lún và tăng ổn định nền, đồng thời thi công nhanh và chi phí hợp lý.

  3. Vải địa kỹ thuật được sử dụng như thế nào trong xử lý nền đất yếu?
    Vải địa kỹ thuật làm lớp cốt tăng cường ở đáy nền đắp, ngăn cách các lớp đất không trộn lẫn, tăng cường độ chịu kéo, chống trượt và phân bố ứng suất đều, giúp tăng ổn định nền đắp.

  4. Khi nào nên sử dụng cọc xi măng đất hoặc cọc tre trong xử lý nền?
    Khi lớp đất yếu có chiều dày lớn hoặc tải trọng công trình cao, cọc xi măng đất hoặc cọc tre được sử dụng để gia cố nền móng, tăng sức chịu tải và giảm biến dạng nền.

  5. Làm thế nào để kiểm soát quá trình lún nền trong thi công?
    Thiết lập hệ thống quan trắc lún và áp lực nước ngầm theo quy trình quy phạm, đo đạc thường xuyên để phát hiện sớm hiện tượng lún bất thường, từ đó điều chỉnh thi công hoặc xử lý kịp thời.

Kết luận

  • Đất yếu tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng có đặc điểm cơ lý phức tạp, ảnh hưởng lớn đến ổn định và tuổi thọ công trình đê bao ngăn mặn.
  • Các giải pháp xử lý nền đất yếu như bấc thấm, vải địa kỹ thuật, đệm cát và cọc xi măng đất được đánh giá hiệu quả trong việc giảm lún và tăng ổn định nền.
  • Mô hình tính toán và phân tích thực tế cho thấy độ lún giảm 30-40%, hệ số ổn định nền tăng trên 1,2, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tiến độ thi công.
  • Cần thiết lập hệ thống quan trắc lún và áp lực nước ngầm chặt chẽ trong quá trình thi công và khai thác công trình.
  • Đề xuất áp dụng đồng bộ các giải pháp kỹ thuật, tăng cường khảo sát và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả xử lý nền đất yếu trong các dự án tương lai.

Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xử lý nền đất yếu tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền vững của các công trình hạ tầng thiết yếu. Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng giải pháp đề xuất trong thi công thực tế và mở rộng nghiên cứu cho các vùng đất yếu khác. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp triển khai và giám sát chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả lâu dài.