CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG 1.1 Tổng quan về hiện tượng xử lý đất yếu dưới nền đường Nền đất đắp là một trong những loại công trình phổ biến mà chúng ta thường gặp. Trong công cuộc xây dựng và phát triển kinh tế xã hội của nước ta hiện nay, khối lượng các công trình xây dựng trên nền đất yếu đã gia tăng một cách đáng kể trong phạm vi cả nước nói chung và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói riêng. Các vấn đề liên quan tới ổn định, biến dạng của nền đắp trên nền đất yếu là những điều cần được quan tâm trước tiên. Do những thiếu sót của công tác khảo sát, thiết kế hoặc thi công dẫn tới nền đường thường xuyên bị hư hỏng ngay trong giai đoạn thi công và sau khi xây dựng công trình hoặc đã đưa nó vào sử dụng.
Hiện nay hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu gần như xuất hiện ở tất cả các công trình cầu trên nền đầt yếu trên phạm vi cả nước, việc xử lý hậu quả do những hư hỏng vì nền đắp bị mất biến dạng không kiểm soát được thường rất phức tạp và tốn kém, chưa kể những hư hỏng này đôi khi còn gây ra những hậu quả ngoài mong muốn. Lún nền đường đầu cầu dẫn đến sự thay đổi đột ngột cao độ tại khu vực tiếp giáp nền đường và mố cầu, tạo thành điểm gãy trên trắc dọc tuyến đường, thậm chí tạo thành những hố (rãnh) lún sâu sát mố cầu. Hiện tượng này gây cảm giác khó chịu cho người tham gia giao thông, làm mất an toàn giao thông và làm tốn kém cho công tác duy tu bảo dưỡng công trình. Ở Cộng hòa Pháp, đã có những nghiên cứu đánh giá về xử lý đoạn đường đắp cao đầu cầu nhằm đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng, đảm bảo an toàn giao thông, bảo vệ ổn định nền đường đắp cao đầu cầu và bảo vệ công trình cầu.
Sau các nghiên cứu, đánh giá, các chuyên gia đưa ra nhận định về những nguyên nhân có thể gây lún nền đường đắp cao kề giáp với mố cầu. Cụ thể là do lún nền đất tự nhiên; Lún do chính bản thân nền đắp; Lún do sự khó khăn trong đầm nén đất đắp sát mố và tường cánh dẫn đến hậu quả sau một vài năm khai thác đã xuất hiện lún gây ra sự chênh lệch cao độ giữa mặt đường và bản quá độ của công trình cầu. Tại Cộng Hòa Liên Bang Đức, người ta không quá quan tâm đến mức độ chênh lệch lún giữa nền đường và cầu nhưng yêu cầu phải gia tải trước đoạn nền đường đầu cầu, cống rất nghiêm ngặt, khống chế cả độ lún cố kết và lún từ biến. 4 Trong “Quy phạm xây dựng đường trên đất yếu” ban hành năm 1990 của Bộ Giao Thông Vận Tải Đức đã quy định về việc gia tải trước như sau: Chiều cao gia tải trước và thời gian tác dụng phải bảo đảm trong suốt thời kỳ vận hành khai thác đường không làm cho đất yếu phải chịu tải quá tình trạng ban đầu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng xe chạy.
Tại Trung Quốc, đã có những tài liệu nghiên cứu về đặc điểm khu vực nền đường đầu cầu và hai bên cống như sau: thường là nền đắp cao; diện tích thi công hẹp, khó triển khai các loại máy lu lớn để đầm nén; thi công nền đường sau khi cầu đã làm xong nên thời gian ổn định ngắn; nền mặt đường là kết cấu mềm, trong quá trình sử dụng dễ biến dạng và lún, trong khi đó kết cấu cầu có độ cứng rất lớn, ít biến dạng, ít lún hoặc không lún.2 Đánh giá về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu: Đối với khu vực đồng bằng Sông Cửu Long tính tới nay đã xây dựng hàng nghìn cây cầu phục vụ nhu cầu qua lại của người dân trong vùng và phát triển kinh tế trong khu vực. Gần như toàn bộ công trình cầu xây dựng trong khu vực này là xây dựng trên nền đất yếu. Đặc điểm của nền yếu là khả năng chịu tải của đất nền thấp, biến dạng lớn và kéo dài, độ thấm nước tương đối nhỏ, độ nén lún lớn. Hiện tượng lún lệch nền đường dẫn đầu cầu có thể do một số nguyên nhân cơ bản sau đây : + Do tài liệu khảo sát địa chất công trình không chính xác.
+ Do nhà thầu tư vấn. + Do nhà thầu thi công.3 Một số giải pháp chính xử lý đường đầu cầu: Sử dụng móng trụ chế tạo sẵn bằng BTCT hoặc bằng thép. Đóng có cao độ mũi trụ thay đổi kết hợp với sàn giảm tải mềm: sử dụng phương pháp này thích hợp với các công trình lớn, không hạn chế về nguồn vốn, công trình có chiều sâu lớp đất yếu dưới nền thiên nhiên dao động từ khoảng 3-30m. Đặc điểm của giải pháp này là do thiết kế trụ với độ cao của mũi trụ thay đổi dọc theo chiều dài đường dẫn (mũi trụ sâu nhất tại vị trí sát mố, mũi trụ cao nhất tại vị trí nối tiếp với nền đường) làm cho khả năng chịu tải của trụ giảm dần làm cho độ lún của nền đường thay đổi dọc theo đường dẫn.
Sử dụng sàn giảm tải mềm (dùng vải địa kỹ thuật) mà không sử dụng 5 sàn giảm tải cứng để đạt được mục đích biến dạng nền tự nhiên dưới nền đường dẫn tuyến tính. Sử dụng trụ vôi hoặc xi măng với cao độ ổn định: giải pháp này phù hợp với công trình có chiều cao đắp không quá cao có nghĩa là vùng hoạt động của nền đường không quá lớn. Giải pháp này đòi hỏi thí nghiệm nền đường kỹ lưỡng, có các tỷ lệ pha trộn hợp lý, để đạt được khả năng chịu lực của trụ tốt nhất. Sử dụng bấc thấm, trụ cát, giếng cát: tương tự như các giải pháp trên là làm cho độ cứng của đất nền thay đổi tuyến tính giá trị giảm dần từ mố cầu đến nền đường thiết kế.
Mục đích của giải pháp là làm cho độ lún của nền đường thay đổi tuyến tính giảm dần từ mố cầu đến nền đường đầu cầu. Giải pháp này phù hợp với công trình không quá lớn, chi phí xây dựng không quá cao. Trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật (phương pháp được tác giả nghiên cứu trong luận văn này). Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng xi măng hoặc chất liên kết vô cơ tương tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất không gia cố.
Phương pháp hình thành trụ trộn đất với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều đất với vật liệu kết dính. Quá trình ninh kết hỗn hợp đất – xi măng sẽ phát sinh nhiệt, một phần nước xung quanh sẽ bị hút vào quá trình thuỷ hoá, một phần nước khác sẽ bị bóc hơi do nhiệt. Hiện tượng này làm cho đất xung quanh trụ tăng độ bền hơn trước. Trụ đất trộn xi măng là loại trụ mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự nhiên.
Tuy nhiên hỗn hợp đất–xi măng sẽ đạt tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối ưu của chất ninh kết. Cho nên phải được thí nghiệm thật kỹ để xác định hàm lượng tối ưu đó và hướng dẫn cụ thể khi tiến hành thi công tại hiện trường. Tham khảo nhiều kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng các loại trụ đất trộn xi măng có thể áp dụng trong các vùng đất bùn yếu, có hệ số thấm bé không áp dụng được các loại trụ vật liệu rời. [1] Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu trụ giúp truyền tải trọng của khối đất đắp xuống trụ và ổn định trượt cho mái taluy.
Trụ đất xi măng truyền tất cả tải trọng xuống tầng đất chịu lực. Phương pháp này giảm lún cho nền đường và giảm sự lún lệch giữa các trụ, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể. Ưu điểm: 6 + Rút ngắn thời gian lún cố kết và giảm độ lún trong quá trình sử dụng; + Cải thiện đáng kể sức chịu tải của công trình. + Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún lệch giữa các trụ được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định tổng thể.
Nhược điểm: + Phải thực hiện thí nghiệm nhiều lần để tìm ra hàm lượng chất ninh kết tối ưu cho từng khu vực có địa chất thay đổi. + Chi phí cho giá thành hơi cao; + Thi công phức tạp, đòi hỏi phải có máy móc đạt yêu cầu và công nhân kỹ thuật có kinh nghiệm hoặc được đào tạo chuyên môn. + Khó kiểm tra chất lượng trụ sau khi thi công. Phạm vi áp dụng : + Chống trượt mái dốc, sườn dốc, nền đường đắp cao.
+ Ổn định nền đắp cao trên địa tầng yếu, hệ số thấm nhỏ.5 Trụ đất xi măng [2] 1.1 Giới thiệu chung Phương pháp trộn xi măng với đất nền dưới sâu gọi là phương pháp trụ đất xi măng, đã được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng để cải tạo đất yếu khi xây dựng công trình. Trụ đất xi măng là một trong những phương pháp làm tăng nhanh chóng sức chống cắt của đất bằng cách dùng các lọai máy chuyên dụng khoan sâu vào trong đất nền đất yếu. Sản phẩm trụ đất xi măng có tính thấm và tính nén lún thấp hơn so với đất nền xung quanh. Phương pháp dung trụ đất xi măng nhằm một số mục đích: Tăng cường khả năng chống biến dạng của nền đất: - Giảm độ lún và độ lún lệch - Giảm biến dạng ngang - Rút ngắn thời gian lún, rút ngắn thời gian xây dựng công trình - Giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất sét yếu Tăng cường sức chống cắt của đất nền để: - Tăng cường khả năng ổn định của đường, đê, đập… - Tăng cường khả năng chịu tải của nền.
7 - Giảm bớt áp lực đất chủ động lên tường chắn - Ngăn ngừa sự hóa lỏng của đất Rút ngắn thời gian đông cứng nền đất để: - Giảm bớt chấn động gây ra do các dòng xe ô tô, xe lửa hoạt động trên các tuyến đường cao tốc, đường ray. - Giảm bớt chấn động cho các vùng đất xung quanh khu vực xây dựng. Phạm vi ứng dụng: Khi xây dựng các công trình dân dụng, nền đường, đường dẫn vào cầu trền nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày như vùng Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng và một số tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long.