Chương 1 Tổng Quan Về Gia Cố Nền Đất Yếu 1. Giới thiệu chung: Mục đích của việc xử lý nền đất yếu là làm giảm độ rỗng, tăng cƣờng độ, độ ổn định của đất yếu dƣới tác dụng của tải trọng công trình bên trên. Đất yếu sau khi đƣợc xử lý phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thiết kế, không phát sinh các hiện tƣợng biến dạng và biến hình dẫn đến các hiện tƣợng mất ổn định, sạt lở. Các công trình trên nền đất yếu ở Việc Nam, đặc biệt là khu vực đồng bằng Sông Cửu Long chủ yếu áp dụng các phƣơng pháp xử lý dựa trên nguyên lý gia tải, cố kết và phƣơng pháp sàn giảm tải để xử lý.
Nội dung chƣơng này trình bày tổng quan một số giải pháp xử lý nền đất yếu đang đƣợc áp dụng ở nƣớc ta hiện nay. Phần lớn các thông tin này đƣợc thu thập từ các hồ sơ thiết kế các công trình đƣờng đầu cầu trong thực tế. Bố cục trong chƣơng này đƣợc chia ra 3 phần chính bao gồm: - Giới thiệu chung - Sơ bộ các giải pháp xử lý nền đất hiện đang đƣợc áp dụng. Các giải pháp gia cố nền đất yếu hiện đang được áp dụng: [14] Yêu cầu cơ bản của việc xử lý nền đất yếu là tăng cƣờng độ ổn định, giảm độ lún trong phạm vi cho phép.
Nền đƣờng sau khi xử lý đảm bảo đáp ứng đƣợc cƣờng độ, không xảy ra các hiện tƣợng lún kéo dài, lún trồi và lún lệch gây ảnh hƣởng đến sự làm việc của các công trình bên trên. Hiệp hội CDM, 1996 tổng hợp và phân loại các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu đang đƣợc áp dụng trên thế giới dựa trên nguyên lý làm việc. Các phƣơng pháp đó bao gồm: ổn định bề mặt, phƣơng pháp thay thế, phƣơng pháp sử dụng vật liệu đắp Trần Đình Huy – Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố - Khóa 19 14 nhẹ, phƣơng pháp cố kết, phƣơng pháp đầm chặt, phƣơng pháp sử dụng chất phụ gia và các phƣơng pháp cơ học khác (Bruce, 2000). Hiện nay, các phƣơng pháp xử lý cơ bản thực tế áp dụng tại Việt Nam đặc biệt ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long, có nền đất yếu dày, địa chất không đồng đều: bệ phản áp, giếng cát, bấc thấm, bơm hút chân không và sàn giảm tải kết hợp cọc bê tông cốt thép.
Đây là các phƣơng pháp xử lý chủ yếu dựa trên nguyên lý cố kết hoặc sử dụng kết cấu có độ cứng lớn nhƣ sàn giảm tải và cọc BTCT để truyền tải trọng tác dụng xuống tầng đất tốt nằm sâu bên dƣới. Phương pháp đắp bệ phản áp: [7] Giải pháp này áp dụng khi công trình đắp trực tiếp lên nền đất yếu với tác dụng làm tăng độ ổn định chống trƣợt trồi cả trong quá trình khai thác và đƣa vào sử dụng. Chiều rộng của bệ phản áp đƣợc thiết kế vƣợt ra ngoài phạm vi cung trƣợt nguy hiểm từ 1-3m. Chiều cao bệ phản áp lựa chọn phù hợp không gây hiện tƣợng mất ổn định cho bản thân bệ phản áp, thông thƣờng bằng 1/3-1/2 chiều cao nền đƣờng đắp (22 TCN 262-2000).
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là đơn giản, không khống chế tốc độ đắp qua đó rút ngắn thời gian thi công. Tuy nhiên, phƣơng pháp này không những làm tăng độ lún của nền đƣờng mà đôi khi còn gây ảnh hƣởng đến độ ổn định của hệ công trình. Ngoài ra, khi áp dụng phƣơng pháp này đòi hỏi một khối lƣợng đất đắp lớn và không khống chế diện tích thi công. Trần Đình Huy – Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố - Khóa 19 15 Hình 1.
1: Sơ đồ bố trí bệ phản áp 1. Phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước: [7] Hình 1. 2: Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát Nguyên lý làm việc của phƣơng pháp này dựa trên nguyên tắc giảm chiều dài đƣờng thoát nƣớc theo phƣơng ngang và tăng khả năng thoát nƣớc theo phƣơng đứng bằng các cọc cát có hệ số thấm lớn. Khi chịu tác dụng của tải trọng tạm trong đất nền xuất hiện ứng xuất lỗ rỗng thặng dƣ, qua đó có sự chênh áp giữa đất nền và trong giếng cát.
Do đó, nƣớc trong đất nền đƣợc thoát ra theo phƣơng thẳng đứng Trần Đình Huy – Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố - Khóa 19 16 thông qua giếng cát. Kết quả là đẩy nhanh tốc độ lún cố kết của đất nền, giảm thời gian chờ lún. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng khi chiều dày tầng đất yếu lớn, nền đắp cao (h>4m). Vì giá thành cao nền thƣờng đƣợc áp dụng khi các giải pháp khác không đảm bảo đƣợc độ lún cố kết còn lại trong thời hạn thi công quy định (22 TCN 262-2000).
Khi sử dụng giếng cát cần bố trí thêm 1 tầng cát đệm bên trên để đảm bảo chức năng thoát nƣớc ngang ra khỏi phạm vi nền đƣờng. Các giếng cát thông thƣờng có đƣờng kính 35-45 cm và đƣợc bố trí theo sơ đồ hoa mai với khoảng cách giữa các giếng cát 8-10 lần đƣờng kính giếng (22 TCN 262-2000). Việc sử dụng giếng cát để xử lý các vấn đề của đƣờng đầu cầu trên nền đất yếu đƣợc áp dụng khá phổ biến ở miền Nam đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là tốc độ thi công nhanh, có tính kinh tế.
Yêu cầu vật liệu cho giếng cát là cát hạt trung để đảm bảo chức năng thoát nƣớc thẳng đứng của giếng cát. Tuy nhiên hiện nay nguồn cát hạt trung là rất khó khăn, khan hiếm nên có thể không đảm bảo đƣợc các yêu cầu kỹ thuật khi thay đổi nguồn vật liệu hoặc không đảm bảo tính kinh tế khi chi phí vận chuyển tăng cao. Trần Đình Huy – Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố - Khóa 19 17 1. Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước: Hình 1.
3: Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm Nguyên lý áp dụng bấc thấm để xử lý các công trình đƣờng đắp cao trên nền đất yếu cũng tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp bấc thấm với thiết bị thoát nƣớc thẳng đứng lúc này là bấc thấm. Bấc thấm đƣợc cấu tạo từ các miếng nhựa dẻo có các rãnh và vải bọc bên ngoài. Chức năng chính của bấc thấm là tạo sự chênh áp giữa bên ngoài và bên trong bấc thấm khi đất nền đƣợc gia tải. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là khả năng thi công nhanh, khả năng thoát nƣớc của bấc thấm gần nhƣ vô hạn.
Tuy nhiên, khi sử dụng bấc thấm cần lƣu ý một số vấn đề quan trọng để đảm bảo khả năng thoát nƣớc của bấc thấm. Khi chiều dày đất yếu lớn thì khả năng thoát nƣớc của bấc thấm giảm đáng kể. Với thời gian kéo dài vì đặc điểm cấu tạo của bấc thấm có tấm vải bọc bên ngoài đễ dẫn tới các hiện tƣợng mắc kẹt các hạt đất làm giảm khả năng thoát nƣớc. Hoặc khi chịu biến dạng lớn làm các đƣờng thoát nƣớc thẳng đứng bên trong cũng biến dạng theo dẫn đến khả năng thoát nƣớc giảm đáng kể.
Ngoài ra, trong thực tế việc xác định phạm vi ảnh hƣởng cũng nhƣ khoảng xáo trộn xung quanh bấc thấm khi thi công cũng đang đƣợc nghiên cứu nhằm xác định một phƣơng pháp thiết kế phù hợp nhất với từng điều kiện thực tế công trình. Trần Đình Huy – Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố - Khóa 19 18 1. Phương pháp cố kết chân không: Hình 1. 4: Sơ đồ bố trí công nghệ cố kết chân không Trong đó: 1.
Các thiết bị thoát nƣớc thẳng đứng (giếng cát hoặc bấc thấm). Thiết bị thoát nƣớc ngang. Lớp cát đệm thoát nƣớc dày 0. Màng chất dẻo cách ly mặt nền với bầu khí quyển để tạo ra chân không trong vùng cần xử lý.
Hệ thống thu nƣớc chính. Đất lấp mép của màn dẻo. Hệ thống bơm hút chân không và bơm hút nƣớc. Nguyên lý làm việc của phƣơng pháp bơm hút chân không này thực hiện tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp giếng cát và phƣơng pháp bấc thấm.
Tuy nhiên, trong phƣơng pháp này sử dụng các máy bơm tạo sự chênh áp giữa các thiết bị thoát nƣớc thẳng đứng thay thế cho việc gia tải nhƣ các phƣơng pháp bấc thấm và giếng cát. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là thi công nhanh, không đòi hỏi mặt bằng thi công lớn. Tuy nhiên, công nghệ thi công rất phức tạp, giá thành cao. Ngoài ra, khi Trần Đình Huy – Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố - Khóa 19 19 sử dụng với áp lực 80-85kpa có thể xuất hiện các vết lún nứt bề mặt do sự co theo phƣơng ngang khi cố kết đẳng hƣớng.
Phương pháp sàn giảm tải: Việc áp dụng các phƣơng pháp xử lý dựa trên nguyên lý cố kết có ƣu điểm cơ bản là tốc độ thi công nhanh, giá thành tƣơng đối rẻ. Nhƣợc điểm lớn của các phƣơng pháp này là đòi hỏi phải tạo ra áp lực nƣớc lỗ rỗng thặng dƣ bên trong nền đắp công trình. Các biện pháp tạo áp lực hiện nay chủ yếu là gia tải hoặc dùng phƣơng pháp chân không. Tuy nhiên, khi điều kiện địa chất công trình có tầng đất yếu dày, đất có sức chống cắt thấp có thể dẫn tới các sự cố mất ổn định, sạt lở trong quá trình gia tải.
Khi công trình nằm trên nền đất yếu dày, trong thực tế hiện nay ở có thể sử dụng sàn bê tông cốt thép kết hợp với các cọc bê tông cốt thép, truyền các áp lực xuống tầng đất tốt giảm thiểu độ lún của nền đƣờng. Qua đó khắc phục đƣợc hiện tƣợng lún lệch, lún kéo dài gây mất an toàn và độ êm thuận cho xe chạy. Ƣu điểm của phƣơng pháp xử lý này là thời gian thi công rất nhanh, sau khi xử lý công trình đạt đƣợc hệ số an toàn cao. Tuy nhiên, phƣơng pháp này có giá thành rất cao đặc biệt đối với các tầng đất tốt nằm sâu.
Hiện nay, các giải pháp xử lý nền đất yếu đa phần dựa trên nguyên lý cố kết, gia tải và giải pháp sàn giảm tải kết hợp cọc bê tông cốt thép đối với một số trƣờng hợp tầng đất yếu dày, chiều cao đắp lớn. Ƣu điểm cơ bản của các phƣơng pháp này là việc thi công tiến hành nhanh, khắc phục hiện tƣợng lún kéo dài đặc biệt phƣơng pháp sàn giảm tải có thể giảm thiểu tối đa hiện tƣợng biến dạng nền đƣờng. Tuy nhiên, trong một số trƣờng hợp khi tầng địa chất dày, biến đổi phức tạp không áp dụng đƣợc phƣơng pháp bấc thấm hoặc với điều kiện hiện nay nguồn cát hạt trung rất khan hiếm nên việc áp dụng giếng cát có giá thành rất cao.