CHƯƠNG 1: ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU. 1: Qui hoạch phát triển giao thông Tp. Hồ Chí Minh đến năm 2020.1 Tổng quan về đất yếu, đặc điểm và phân bố đất yếu ở khu vực Q2, Q9 – TP.Hồ Chí Minh.1 Tổng quan về đất yếu. Khái niệm: Nền đất 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 00 đến 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.
Có thể định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước, Su, và trị số xuyên tiêu chuẩn, N, như sau: - Đất rất yếu : Su ≤ 12. - Đất yếu : Su ≤ 25 KPa hoặc N ≤ 4. Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu. Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý.
Phân loại: Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm2), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2), và có sức kháng cắt nhỏ. Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều có các tiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu.
Theo nguyên nhân hình thành: loại đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ. - Loại có nguồn gốc khoáng vật: thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng. - Loại có nguồn gốc hữu cơ: hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật. Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý (trạng thái tự nhiên): Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúng như hàm lượng nước tự nhiên, tỷ lệ lỗ rỗng, hệ số co ngót, độ bão hoà, góc nội ma sát (chịu cắt nhanh) cường độ chịu cắt.
Phân biệt đất yếu loại sét hoặc á sét, đầm lầy hoặc than bùn (phân loại theo độ sệt) Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu: Hàm lượng nước Độ rỗng tự Cường độ chịu Chỉ tiêu tự nhiên (%) nhiên cắt (KPa) Giá trị ≥ 35 và ≥ 1,0 < 35 chỉ tiêu giới hạn lỏng 5 Hàm Góc nội Chỉ tiêu lượng Độ Hệ số co Độ bão ma sát (o) nước tự rỗng tự ngót Loại đất hoà (%) (chịu cắt nhiên nhiên (MPa-1) nhanh) (%) Đất sét > 40 > 1,2 > 0,50 > 95 <5 Đất á sét > 30 > 0,95 > 0,30 > 95 <5 (Đất bột) Bảng 1: Một số chỉ tiêu phân biệt loại đất mềm yếu. Phân bố của nền đất yếu. Nền đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven sông, biển) hoặc ở các thung lũng thuộc vùng núi… có chung đặc tính là lượng nước tự nhiên lớn (≥ 35%) độ lún cao, cường độ chịu cắt thấp (< 35KPa), hệ số rỗng lớn (e≥1,0) và độ thoát nước kém … khi xây dựng công trình trên loại đất này dễ bị lún sụt. Từ các khu vực châu thổ Bắc bộ, Thanh - Nghệ Tĩnh, ven biển Trung bộ, đến đồng bằng Nam Bộ đều có những vùng đất yếu.
Trong lĩnh vực nghiên cứu và xử lý nền đường đắp trên đất yếu trên các tuyến đường của Việt Nam, ngành GTVT đã có nhiều cố gắng trong việc ứng dụng công nghệ mới để xử lý hàng trăm km đường bộ đắp trên đất yếu và đã thu được những kết quả bước đầu đầy khích lệ. Các loại nền đất yếu thường gặp. - Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; - Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200μm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; - Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%); - Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy.
6 - Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc diểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập. Ảnh hưởng của đất yếu đến công trình xây dựng. Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng. Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.2 Phân bố đất yếu đặc trưng ở khu vực Q2, Q9 – TP.Hồ Chí Minh. Theo đề tài nghiên cứu của Liên đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam, Viện Vật lý Địa cầu là đã xác định và chia nền đất của TPHCM ra làm 5 loại nền với tên gọi A, B, C, D, S. Trong đó, nền loại A là vững chắc nhất và nền S là yếu nhất.
Theo kết quả đo dao động vi địa chấn, các nhà nghiên cứu nhận thấy nền loại A và B chỉ có một diện tích rất nhỏ nằm ở khu vực núi đá ĐH Quốc gia TPHCM (quận Thủ Đức) và Long Bình (quận 9). Nền loại C (loại trung bình) chỉ chiếm diện tích khoảng 40%, thuộc các khu vực phía Bắc quận 9, Đông Bắc quận Thủ Đức, Tây Bắc huyện Bình Chánh và Tây quận Tân Bình. Riêng nền loại D và S (2 loại nền đất yếu nhất), chiếm đến 60% diện tích đất của TPHCM. Đất nền loại này đại diện bởi bùn, sét lẫn nhiều mùn thực vật, phần lớn dày trên 10 m đến hơn 30 m.
Đất nền loại S phân bố chủ yếu ở khu vực các quận: 2, 4, 6, 7, 8, 9, huyện Nhà Bè và huyện Cần Giờ, dọc bờ sông Sài Gòn, sông Đồng Nai, giáp ranh giữa huyện Củ Chi và huyện Hóc Môn, hiện đang là nơi phát triển xây dựng đô thị và công nghiệp hết sức sôi động với nhiều công trình cao tầng và các khu công nghiệp, cảng biển lớn.3 Đặc trưng cơ lý của nền đất yếu tại khu vực Q2, Q9 – TP.Hồ Chí Minh. Thông qua số liệu khảo sát địa chất của các dự án thuộc địa bàn quận 2, quận 9 như: Đường nối đại lộ Đông Tây – Cầu Thủ Thiêm, liên tỉnh lộ 25B, đường vào khu công nghiệp Phú Hữu. thì các lớp đất chính thường gặp là những loại đất bùn sét hữu cơ và bùn sét không có hữu cơ có trạng thái độ sệt khác nhau, ngoài ra còn có lớp cát, sét lẫn sỏi sạn Laterit. Theo số liệu thu thập được nền đất yếu đặc trưng ở khu vực Q2, Q9 có tính chất cơ lý như sau: Lớp 1: Lớp đất trên mặt: Sét hữu cơ màu xám đen, nâu đen.
Trong tầng đôi chỗ có chứa nhiều xác thực vật đang phân huỷ. Trạng thái dẻo mềm, đôi chỗ dẻo chảy, kết cấu kém chặt. Bề dày lớp thay đôi 0. Lớp 2: Bùn sét lẫn hữu cơ: Bùn sét hữu cơ màu xám đen – đen, xám xanh.
Trong tầng đôi chỗ có chứa nhiều xác thực vật đang phân huỷ. Trạng thái chảy, kết cấu kém chặt. Bề dầy lớp thay đổi từ 3.0m, giá trị SPT(N) của lớp 1 -2 búa, thí nghiệm cắt cánh có sức chống cắt thay đổi 0. Kết quả thí nghiệm các mẫu đất nguyên dạng cho các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp này như sau : - Độ ẩm W = 80.0 - 100%; - Dung trọng tự nhiên w = 1.54 g/cm3; - Hệ số rỗng eo = 1.70; - Chỉ số dẻo Ip = 30.0%; - Giới hạn dẻo WP = 35.0 %; - Giới hạn chảy WL = 70.0 - 100%; - Góc ma sát trong = 1038’ - 4030’; - Lực dính kết C = 0.12 daN/cm2; - Hệ số nén lún a = 0.85 cm²/daN; Lớp 3: Sét lẫn sỏi sạn, laterit : Sét màu xám tro, hồng nhạt, nâu đỏ ,xám tro, xám nâu xanh.
Trong tầng đôi chỗ có chứa sạn sỏi, dăm sạn laterit, hàm lượng dăm sạn phân bố không đều có xen kẹp và pha nhiều cát hạt vừa màu nâu vàng. Trạng thái dẻo mềm ở đầu tầng, bên dưới dẻo 8 cứng, kết cấu chặt vừa. Bề dày lớp khoảng 1.0m, giá trị SPT(N) của lớp thay đổi 8 – 11 búa. Kết quả thí nghiệm các mẫu đất nguyên dạng cho các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp này như sau : - Độ ẩm W = 18.0%; - Dung trọng tự nhiên w = 1.10g/cm3; - Hệ số rỗng eo = 0.65 - Chỉ số dẻo Ip = 15.0%; - Giới hạn dẻo WP = 20.