LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ Ở CÁC GÓI THẦU MD1 VÀ MD2, THUỘC DỰ ÁN GIAO THÔNG MÊ KÔNG VÀ CHỐNG NGẬP LỤT

Phủ lên trên móng đá là tập hợp các thành tạo bở rời có tuổi từ Neogen đến đệ tứ, trên cùng là tầng trầm tích trẻ trầm tích Holoxen có tuổi khoảng 15.000 năm có chiều sâu lên tới 110m, đ

Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại học giao thông vận tải

-aúb -

nguyễn xuân hanh

nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ô tô ở các gói thầu mD1

và MD2, thuộc dự án giao thông mê kông và

chống ngập lụt

chuyên ngành: xây dựng đường ô tô và đường thành phố

luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn hữu trí

Học viên : KS Nguyễn xuân hanh

lớp : cao học XDCTGT- K11

Mã số chuyên ngành : 60- 58- 30

Hà nội - 2008

Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại học giao thông vận tải

-aúb -

nguyễn xuân hanh

nghiên cứu lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ô tô ở các gói thầu mD1

Lời cảm ơn

Để hoàn thành được luận án này, tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ của các thầy giáo hướng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và các cơ quan liên quan

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Khoa công trình, Ban Giám hiệu, khoa Đào tạo Đại học và Sau Đại học Trường Đại học Giao thông Vận tải đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Hữu Trí Trưởng phòng Đường bộ- Sân bay, Viện KHCN Giao thông Vận tải, là người thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

Trong khuôn khổ một luận án Thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chắc chắn chưa

đáp ứng được một cách đầy đủ những vấn đề đã đặt ra, mặt khác do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế Tác giả xin chân thành cảm ơn và tiếp thu nghiêm túc những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Hà Nội, ngày tháng năm 2008

Tác giả

Chương 1: Tổng quan tình hình xây dựng đường và đất

yếu khu vực đồng bằng sông cửu long

3

1.1 Tình hình xây dựng đường ở khu vực đồng bằng sông cửu long 3

1.2.2 Đặc trưng cơ lý của đất nền yếu ở một số vùng Đồng bằng

sông Cửu Long

9

1.3 Đất yếu và đặc trưng về đường của khu vực dự án MD1 và MD2 20

Chương 2: Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu 25

2.2.9 Độ lún thứ cấp 34

3.2.3 Nội dung thiết kế xử lý nền đất yếu 52

3.2.3.3 Kiểm toán ổn định trượt và biến dạng lún nền đường khi chưa

xử lý

55

3.2.3.5 Kiểm toán ổn định trượt và biến dạng lún sau khi thiết kế xử lý

nền đất yếu

58

3.2.4 Kết quả thiết kế xử lý nền đất yếu 59

3.2.4.4 KiÓm tra trong qu¸ tr×nh thi c«ng 63

Khi xây dựng đường ô tô thường đi qua những vùng có điều kiện địa chất,

địa hình khác nhau trong đó có những đoạn phải đi qua khu vực nền đất yếu Để

đảm bảo an toàn trong quá trình thi công cũng như trong giai đoạn khai thác, nhất thiết phải có những biện pháp xử lý thích hợp với từng điều kiện cụ thể của khu vực đó

Hiện nay các giải pháp xử lý nền đất yếu trên thế giới rất đa dạng với nhiều công nghệ mới, hiện đại đã được nghiên cứu và áp dụng thành công trong thực tế, mang lại những hiệu quả to lớn về mặt kinh tế, xã hội ở Việt Nam chúng ta, công nghệ xử lý nền đất yếu cũng đang phát triển mạnh mẽ, rất nhiều công nghệ thi công xử lý nền đất yếu khác nhau đã được áp dụng trong các dự án, đặc biệt là những dự án lớn đòi hỏi yêu cầu chất lượng, kỹ thuật cao

ở dự án Giao thông Mê Kông và chống ngập lụt, các gói thầu MD1(đoạn

từ Cần Thơ- Bạc Liêu), MD2 (đoạn từ Bạc Liêu- Cà Mau) hầu hết đều đi qua vùng

địa chất yếu cần phải xử lý để đảm bảo chất lượng công trình Do điều kiện địa chất, địa hình cũng như những thuận lợi, khó khăn về mặt kinh tế xã hội ở khu vực nên trong quá trình triển khai dự án chúng ta phải nghiên cứu ứng dụng giải

pháp xử lý nền đất yếu thích hợp để đảm bảo cho công trình an toàn, chất lượng cao, đáp ứng tiến độ dự án với giá thành xây dựng hợp lý nhất

Kết quả nghiên cứu có thể là cơ sở để các đơn vị thiết kế, đơn vị thi công tham khảo áp dụng khi thiết kế và thi công các công trình giao thông ở các tỉnh miền Tây Nam bộ nói riêng và qua các vùng đất yếu nói chung Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng có thể sẽ đóng góp một phần vào công nghệ xây dựng đường, xây dựng quy trình, quy phạm và tiêu chuẩn thiết kế công trình giao thông trong

điều kiện nước ta

3 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu điều kiện địa chất, địa hình và các thuận lợi khó khăn trong quá trình triển khai để đưa ra các giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng

đường ô tô ở các gói thầu MD1 và MD2 thuộc dự án Giao thông Mê Kông và chống ngập lụt

5 Nội dung chính của đề tài

Đề tài ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị gồm có 3 chương sau:

Chương 1: Tổng quan tình hình xây dựng đường và nền đất yếu khu vực

Đồng bằng sông Cửu Long

Chương 2 : Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu

Chương 3: ứng dụng giải pháp xử lý nền đất yếu vào các dự án MD1và MD2

Chương 1

Tổng quan tình hình xây dựng đường và đất yếu

khu vực đồng bằng sông cửu long

1.1 Tình hình xây dựng đường ở khu vực đồng bằng sông cửu long

Đồng bằng sông Cửu Long là phần cuối cùng của lưu vực sông Mêkông với tổng diện tích tự nhiên là 3,96 triệu ha bằng 5% diện tích toàn lưu vực, bao gồm

12 tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bến Tre, An Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu và Cà Mau, chiếm khoảng 12% diện tích tự nhiên và dân số chiếm 22% dân số của cả nước Đồng bằng sông Cửu Long nằm trên địa hình tương đối bằng phẳng, mạng lưới sông ngòi, kênh rạch phân bố rất dày thuận lợi cho giao thông thủy Đây là một trong những vùng

đồng bằng châu thổ rộng và phì nhiêu ở Đông Nam á và trên thế giới, là vùng

đất quan trọng, sản xuất lương thực lớn nhất nước, là vùng thủy sản và vùng cây

ăn trái nhiệt đới lớn của cả nước

Mạng lưới đường cấp cao để phục vụ giao thông phát triển kinh tế các tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu Long còn thiếu hụt trầm trọng Về kỹ thuật xây dựng, biện pháp áp dụng xử lý nền đường trên vùng đất yếu cũng còn nhiều hạn chế, vì đất yếu khu vực này có nơi dày tới 30 m, việc xử lý nền đất yếu bằng giải pháp chỉ đào lớp đất hữu cơ phía trên và thay thế bằng cát sẽ dẫn đến thời gian đợi nền đường ổn định rất dài (có khi tới vài chục năm) mặt khác, rất khó và không thể đảm bảo điều kiện ổn định khi xây dựng các tuyến đường cấp cao qua vùng

đất yếu với lưu lượng xe và tải trọng xe lớn Gần đây một số dự án mới như QL1A

đoạn từ Cần Thơ đi Năm Căn, QL80 đoạn Mỹ Thuận – Vàm Cống, dự án đường Nam sông Hậu, dự án tuyến Quản Lộ – Phụng Hiệp, dự án QL60 được thi công theo phương pháp cơ giới hiện đại (đắp bằng đất tốt vận chuyển từ xa có

đầm nén cẩn thận theo từng lớp, có áp dụng các biện pháp xử lý khi đắp qua nền

đất yếu )

Với vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên thuận lợi của mình, việc xây dựng hệ thống giao thông đường bộ là rất quan trọng trong việc góp phẩn thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội Giao thông phải đi trước một bước tạo điều kiện thu hút vốn

đầu tư của các thành phần kinh tế Theo qui hoạch tổng thể về vùng kinh tế, hệ thống giao thông đường bộ ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long sẽ được đầu tư nâng cấp và xây dựng mới nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội, đảm bảo tăng mật độ đường bộ trong Đồng bằng sông Cửu Long lên 0,5km/km2, nâng cấp các quốc lộ qua từng tỉnh của vùng:

- Quốc lộ 1: Đoạn từ Bến Lức (Long An) đến Năm Căn dài 375,5km, đoạn nằm trong vùng ngập lụt dài 168,3km

- Quốc lộ 50: Cần Giuộc- Mỹ Tho dài 78,3km, nằm trong vùng ngập lụt 12km

- Quốc lộ 60: Tiền Giang- Sóc Trăng dài 127km, nằm trong vùng ngập lụt 41km

- Quốc lộ 80: Mỹ Thuận- Hà Tiên dài 210,7km Đoạn Lộ Tẻ- Rạch sỏi và Rạch Sỏi- Hà Tiên cắt ngang hướng thoát lũ

- Quốc lộ 61: Nằm toàn bộ trong vùng chịu ảnh hưởng của lũ dài 96,1km, từ ngã 3 Cái Tắc đến quốc lộ 80

- Quốc lộ 62: Từ Tân An- Vĩnh Hưng(giáp Campuchia) dài 92,5km

- Tuyến TL29: Từ Cai Lậy qua quốc lộ 1 đi theo dọc kênh 12 qua Tân Thạnh, Mộc Hóa đến Bình Châu nối với quốc lộ 62 dài 38km

- Quốc lộ 30: Từ Ngã ba An Hữu đi Campuchia dài 119,6km, tuyến này cắt ngang hướng lũ tràn vào Đồng Tháp Mười

- Quốc lộ 91: Từ Cần Thơ- Tịnh Biên dài 142,1km, trong đó dọc Châu Đốc- Tịnh Biên dài 17km

- Quốc lộ 63: Từ Gò Quao qua Vĩnh Thuận đến Cà Mau dài 79km

Tất cả các tuyến đường nằm trong vùng đều được tính theo đỉnh lũ năm 1961

và làm đường tiêu chuẩn cấp III đồng bằng, đồng thời phải lựa chọn được biện pháp xử lý nền đất yếu phù hợp để đảm bảo chất lượng công trình và mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

1.2 đặc điểm và phân bố Đất yếu ở khu vực đồng bằng sông cửu long

Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục địa chất cho rằng cấu trúc Đồng bằng sông Cửu Long có dạng bồn trũng theo hướng Đông bắc – Tây Nam mà trung tâm bồn trũng có thể là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu, khu vực này móng

đá sâu tới 900m (theo tài liệu hố khoan của Tổng cục Dầu khí) Vây quanh vùng trung tâm là các vùng cánh của bồn trũng và xa hơn là các đới nâng cao của móng

đá lộ ra ở Bình Dương, Đồng Nai, Tây Ninh (miền Đông Nam Bộ) bên kia là núi

đá ở Hà Tiên, An Giang, vịnh Thái Lan Các tài liệu nghiên cứu phần lộ đều cho thấy tuổi của móng đá trước Kanozoi (khoảng trên 65 triệu năm) Phủ lên trên móng đá là tập hợp các thành tạo bở rời có tuổi từ Neogen đến đệ tứ, trên cùng là tầng trầm tích trẻ (trầm tích Holoxen) có tuổi khoảng 15.000 năm có chiều sâu lên tới 110m, đây cũng chính là tầng đất yếu trên mặt, được tạo thành bởi các trầm tích hạt mịn có nguồn gốc biển, sông – biển hỗn hợp, sông – biển đầm lầy, sông hồ hỗn hợp và sinh vật gồm sét, bùn sét hữu cơ, bùn sét pha chứa nhiều mùn thực vật, á sét chảy, bùn á sét; móng của các công trình chủ yếu được đặt trên tầng đất yếu này

Nhìn chung, trầm tích Đệ tứ khu vực được chia thành 5 nhịp ứng với các thời

kỳ thành tạo khác nhau Mỗi nhịp, bắt đầu bằng trầm tích hạt thô, kết thúc là trầm tích hạt mịn Các thời kỳ gián đoạn trầm tích thường tạo ra những bề mặt phong hoá loang lổ vàng đỏ hoặc đá ong do laterit hoá theo phương thức thấm đọng

1.2.1 Phân bố đất yếu ở ĐBSCL theo mặt bằng

Theo đặc trưng thành phần thạch học, tính chất địa chất công trình, địa chất thuỷ văn và chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khác nhau

Khu vực I: Khu vực đất sét màu xám nâu và xám vàng (ký hiệu I)

+ bmQIV: Đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu gối lên lớp trầm tích nén chặt QI-II chiều dày không quá 5m

+ Đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng lầy lội, cao độ từ 1-3m

+ Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1-5m

Khu vực II: Khu vực đất bùn sét xen kẹp với các lớp á cát (ký hiệu II)

Hình 1.1 Bản đồ phân vùng đất yếu ở Đồng bằng

sông Cửu Long Phân khu IIa

+ amQIV: Bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp gồi trên nền sét chặt QI-III chiều dày không quá 20m, phân bố ở khu vực có độ cao từ 1-1.5m Mực nước ngầm cách mặt đất 0,5-1m

Khu vực III: Khu vực cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát (ký hiệu III)

Phân khu IIIa

m, am, abmQIV: Chủ yếu là á cát, cát, bụi xen kẹp ít bùn sét, bùn á cát Holoxen gối lên trên trầm tích nén chặt QI-III chiều dày không quá 60m Diện tích tập trung ở đồng bằng tích tụ gợn sóng ven biển với độ cao 1-2m Nước ngầm cách mặt đất 0,5-2m

Khu vực IV: Khu vực đất than bùn, sét, bùn á sét, cát bụi, á cát (ký hiệu IV)

Khu vực V: Khu vực bùn á sét và bùn cát ngập nước (ký hiệu V)

Đất yếu gồm bùn, than bùn holoxen dày từ 5-10m đến 40-50m, gối lên nền

đất chặt QII-III Phân bố ở các vùng trũng, cửa vịnh cửa sông Nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất, chịu ảnh hương theo thuỷ triều

Hình 1.3 Độ sâu ngập lụt lớn nhất ổ Đồng bằng sông Cửu Long

trong trận lũ năm 2000

1.2.2 Đặc trưng cơ lý của đất nền yếu ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Tầng trầm tích mới thuộc Đồng bằng sông Cửu Long là đối tượng nghiên cứu chủ yếu về mặt địa chất công trình Các lớp đất chính thường gặp là những loại

đất sét hữu cơ và sét không hữu cơ có trang thái độ sệt khác nhau Ngoài ra còn gặp những lớp cát, sét bùn lẫn vỏ sò và sạn laterit Ngay trong lớp sét còn gặp các vệt cát mỏng

Dựa theo hình trụ hố khoan trong phạm vi độ sâu khoảng 30m trở lại thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Hậu Giang, Cà Mau, Bạc Liêu có thể phân chia các lớp đất nền như sau:

Lớp đất trên mặt: Dày khoảng 0,5-1,5m gồm những loại đất sét hạt bụi đến

sét cát, có màu xám nhạt đến xám vàng Có nơi bùn sét hữu cơ màu xám đen Lớp này có nơi nằm trên mực nước ngầm, có nơi nằm dưới mực nước ngầm (vùng sình lầy)

Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ, có chiều dày thay đổi

từ 3- 4m (ở Long An), 9- 10m (vùng Thạch An, Hậu Giang) đến 18- 20m (vùng Long Phú, Hậu Giang) Chiều dày lớp này tăng dần về phía biển

Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt, hàm lượng hạt sét chiếm 40- 70% Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2- 8%, các chất hữu cơ đã phân giải gần hết ở các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ ở dạng than bùn Đất rất ẩm thường bão hoà nước, các chỉ tiêu vật lý thay đổi trong phạm vi như sau:

- Độ ẩm thiên nhiên w= 50- 100% (có nơi trên 100%)

Nói chung lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy

Đất chưa được nén chặt hệ số rỗng thiên nhiên lớn, dung trọng nhỏ Sức chống cắt thấp trong thực tế thường gọi là lớp “bùn sét hữu cơ”

Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hoặc lớp cát: Lớp này là

lớp dày khoảng 3- 5m thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ và với lớp đất sét không hữu cơ (như dọc theo kênh Phụng Hiệp – Quản Lộ) Cũng có nơi như

Mỹ Tứ (Hậu Giang) lớp cát lại nằm giữa lớp đất sét Lớp này không liên tục trên toàn vùng Đồng bằng sông Cửu Long

Đối với lớp đất cát vì số liệu thu được quá ít nên chưa có đủ điều kiện để thống kê

Một số tài liệu thu thập được ở Hậu Giang và sông Sài Gòn cho biết: Lớp cát

có độ ẩm thiên nhiên γw=1,69- 1,75 g/cm3, góc ma sát trong ϕ= 29- 300

Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày xuất hiện ở những đô

sâu khác nhau Một số hố khoan ở Long An cho thấy: Lớp đất sét tương đối chặt nằm cách mặt đất 3- 4m ở những nơi khác lớp đất sét tương tự nằm cách mặt đất khoảng 9- 10m (ở Thạch An, Hậu Giang), 15- 16m (ở Vĩnh Qui, Tân Long, Hậu Giang), 25- 26m (ở Mỹ Thanh, Hậu Giang), càng gần ven biển, lớp đát sét càng nằm sâu cách mặt đất thiên nhiên

Lớp đất sét có màu xám vàng hoặc vàng nhạt Các chỉ tiêu vật lý của nó thay

đổi trong phạm vi như sau:

- Độ ẩm thiên nhiên w= 25- 55% (có nơi trên 100%)

Bảng 1.1: Đặc trưng chống cắt của lớp sét hữu cơ

Độ sệt B 0.25 – 0.5 0.5 – 0.75 0.75 – 1.0 1.0 – 1.5 >1.5

Tỷ số rỗng ε0 1.2 – 2.0 1.2 – 2.0 1.4 – 3.0 1.4 – 4.0 1.4 – 4.0 Trị trung bình của ϕ (độ) 10 0 9 0 8 0 7 0 5 0

Bảng 1.2: Đặc trưng chống cắt của lớp sét hữu cơ

Độ sệt B 0 – 0.25 0.25 – 0.5 0.5 – 0.75 0.75 – 1 >1.0

Tỷ số rỗng ε 0 0.75 –

1.0 0.85 – 1.2 0.85 – 1.2 1.1 – 1.4 1.2 – 1.5 Trị trung bình của ϕ (độ) 17 0 13 0 11 0 9 0 30’ 8 0 30’ Sai số quân phương σϕ(độ) 2 0 12’ 1 0 45’ 3 0 1 0 12’ 9 0 45’ Trị trung bình của C (kG/cm 2 ) 0.28 0.22 0.18 0.15 0.10 Sai số quân phương σ c (kG/cm 2 ) 0.03 0.04 0.04 0.04 0.03

Số liệu thống kê ở các bảng 1.1 và bảng 1.2 là đặc trưng chống cắt theo sơ đồ không nén cố kết – cắt nhanh trên mắy cắt phẳng của đất dính mềm yếu nói chung, trong đó có cả đất bùn ở Đồng bằng sông Cửu Long

Năm 1984, GS- TSKH Nguyễn Thanh và GS-TSKH Phạm Xuân đã nghiên cứu thống kê các đặc trưng cơ lý của các loại đất bùn ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long như Long An, Đồng Tháp, Bến Tre, An Giang, Kiên Giang, Minh Hải (Bạc Liêu- Cà Mau) Số liệu thống kê được ghi ở bảng 1.3 cho thấy rằng đặc trưng cơ lý của đất bùn ở các tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long tương tự nhau (Xem bảng 1.3: Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long)

Bảng 1.3: Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở một số tỉnh Đông bằng sông Cửu Long

An Giang Vĩnh Long + Trà Vinh

Bạc Liêu +

Cà Mau

Kiên Giang

Bùn sét amb QIV ambQBùn sét IV Bùn á sét ambQIV amb QBùn sét IV Bùn á sét amb QIV amb QBùn sét IV Bùn á sét amb QIV amb QBùn sét IV mab QBùn sét IV Bùn á sét mabQIV mab QBùn sét IV mab QBùn sét IV

Bảng 1.4: Đặc trưng chống cắt của các lớp bùn (theo sơ đồ cắt nhanh

Năm 1990 KS Nguyễn Văn Tài đã nghiên cứu tổng kết đặc trưng cơ lý của

đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long phục vụ xây dựng các công trình thuộc ngành điện lực Trong đó có sơ đồ cắt nhanh không nén cố kết bảng 1.4 và theo sơ đồ nén cố kết – cắt nhanh bảng 1.5

Bảng 1.5: Đặc trưng chống cắt của các lớp bùn (theo sơ đồ cố kết - cắt nhanh)

Các chỉ tiêu Tên đất

Góc ma sát trong ϕ ’(độ)

Lực dính kết C’

(kG/cm 2 ) Lớp bùn sét 6 - 17 14 0.08 - 0.20 0.14 Lớp đất bùn á sét 6 - 18 16 0.047 - 0.29 0.14 Ghi chú: Tử số là trị số chuẩn, Mẫu số là trị số tối thiểu và tối đa

Những kết quả nghiên cứu của các tác giả được giới thiệu ở trên cho thấy rằng bề mặt Đồng bằng sông Cửu Long được bao phủ chủ yếu là tầng trầm tích Haloxen gồm các loại đất dính: Sét, á sét, á cát ở trạng thái nửa cứng đến dẻo chảy và các loại bùn sét, bùn á sét ở điều kiện tự nhiên sức chịu tải của chúng rất yếu; chứa một lượng đáng kể vật chất hữu cơ và hàm lượng của nó liên quan mật thiết với nguồn gốc thành tạo, thấp nhất là trong trầm tích nguồn gốc sông biển,

kế đó là các trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển và đầm lầy sông, ngoài ra, trong các trầm tích đầm lầy sông còn có mặt than bùn, phân bố tương đối rộng, biến đổi mạnh về chiều dày, độ ẩm cao, hệ số rỗng và tính nén lún rất lớn, độ bền nhỏ và bất đẳng hướng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Do đó, sự có mặt của chúng trong cấu trúc nền đất gây nhiều khó khăn cho công tác khảo sát, thiết

kế, xử lý nền móng và thi công xây dựng, ảnh hưởng bất lợi đến ổn định của công trình, làm cho nền đất rất nhạy cảm trước các tác động của con người

1.2.3 Phân chia các kiểu cấu trúc nền đất yếu đặc trưng

Trong địa chất công trình khái niệm cấu trúc nền được một số tác giả sử dụng để điển hình hóa điều kiện địa chất công trình của nền công trình Tác giả

Vũ Cao Minh (1984) đã đưa ra khái niệm cấu trúc địa cơ GS.TSKH Nguyễn Thanh (1984) coi “cấu trúc nền công trình là tầng đất được sử dụng làm nền cho xây dựng, được đặc trưng bằng những quy luật phân bố theo chiều sâu, các thành tạo đất đá có liên kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái và tính chất địa chất công trình không giống nhau” Lê Trọng Thắng đã

định nghĩa “cấu trúc nền là phần tương tác giữa công trình và môi trường địa chất,

được xác định bởi quy luật phân bố trong không gian, khả năng biến đổi theo thời gian của các thành tạo đất đá, có tính chất địa chất công trình xác định, diễn ra trong vùng ảnh hưởng của công trình” GS.TSKH Phạm Văn Tỵ (1999) đã đưa ra khái niệm hoàn chỉnh về cấu trúc nền: ”cấu trúc nền được hiểu là quan hệ sắp xếp không gian của các thể địa chất (lớp đất) cấu tạo nền đất, số lượng, đặc điểm hình dạng, kích thước, thành phần, trạng thái và tính chất của các yếu tố cấu thành này” Như vậy, cấu trúc địa chất quyết định đặc điểm cấu trúc nền, phân chia các kiểu cấu trúc nền phải dựa vào cấu trúc địa chất Đề tài đã thu thập được các kiểu cấu trúc nền đất yếu khu vực nghiên cứu

Như đã trình bày ở trên, môi trường địa chất khu vực nghiên cứu có cấu trúc phức tạp không đồng nhất Trong mỗi hệ tầng cũng có sự phân bố không đồng nhất trong không gian về nguồn gốc, thành phần vật chất và chiều dày của trầm tích, nơi có mặt trầm tích gốc này thì vắng mặt trầm tích nguồn gốc kia Tình hình

đó dẫn đến trật tự sắp xếp không giống nhau của các thể địa chất ở các địa điểm khác nhau Các trầm tích tuổi và nguồn gốc khác nhau có mức độ thành đá và đặc tính địa chất công trình khác nhau Các trầm tích Holoxen có mức độ thành phần

đá thấp và độ bền rất nhỏ, chiều dày lớn đều thuộc loại đất yếu, ảnh hưởng tới ổn

định công trình và lựa chọn giải pháp xử lý nền Thành phần vật chất và đặc tính

địa chất công trình của các trầm tích trẻ còn phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng Các trầm tích nguồn gốc sông biển và đất có tính bất đẳng hướng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Đất yếu của một số hệ tầng ví dụ như hệ tầng Bình Chánh (Tp Hồ Chí Minh): Nơi nằm chuyển tiếp trên trầm tích sét của hệ

tầng Củ Chi, nơi thì phủ trực tiếp lên tầng cát chứa nước có áp Các tầng chứa nước Holoxen và Pleistoxen nơi được phân cách bởi tầng cát Holoxen có áp tương

đối lớn Thêm vào đó, bề dày lớp đất yếu cũng biến đổi mạnh, phụ thuộc chặt chẽ vào nguồn gốc thành tạo, địa hình đáy bồn trầm tích Tất cả các đặc điểm trên ảnh hưởng rất lớn tới việc lựa chọn và thiết kế các giải pháp xử lý nền Vì vậy, nhằm

đạt tới tối ưu hóa cấu trúc, tính chất của các địa hệ tự nhiên – kỹ thuật và các biện pháp điều khiển tối ưu sự vận động của các hệ thống này cần phải điển hình hóa khu vực nghiên cứu theo đặc điểm cấu trúc nền, tức là phân chia ra các kiểu cấu trúc nền đất yếu đặc trưng cho lãnh thổ Đối với mỗi kiểu cấu trúc nền đất yếu được phân chia có thể sử dụng cùng một nhóm các giải pháp xử lý nền, cùng một quy mô và kiểu kết cấu công trình, cùng một phương pháp đánh giá và dự báo biến đổi môi trường địa chất, cùng một sơ đồ khai thác hợp lý và bảo vệ lãnh thổ

Việc phân chia các kiểu cấu trúc nền đất yếu phải dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu cấu trúc địa chất, đặc biệt là cấu trúc phần nông, đặc điểm địa mạo – tân kiến tạo, địa chất thủy văn và đặc tính địa chất công trình của các trầm tích Đệ

tứ

Để lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý xử lý nền đất yếu, khi phân chia các kiểu, phụ kiểu và dạng cấu trúc nền phải chú ý xét tới sự có mặt và trật tự các địa tầng, đặc điểm địa hình, nguồn gốc, tính chất và chiều dày của đất yếu Chiều sâu nghiên cứu để phân chia các kiểu cấu trúc nền được giới hạn chủ yếu trong tầng cấu trúc Holoxen và phần trên của tầng Pleistoxen Cụ thể, trong phạm vi nghiên cứu phân biệt các kiểu cấu trúc nền đất yếu khác nhau Dấu hiệu để phân ra kiểu

là đất yếu chứa một lượng đáng kể vật chất hữu cơ và hàm lượng của nó liên quan mật thiết với nguồn gốc thành tạo; thấp nhất là trong trầm tích nguồn gốc sông biển, kế đó là các trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển và đầm lầy sông; ngoài ra trong các trầm tích đầm lầy sông còn có mặt than bùn, phân bố tương đối rộng, biến đổi mạnh về chiều dày, độ ẩm cao, hệ số rỗng và tính nén lún rất lớn, độ bền nhỏ và bất đẳng hướng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Trong mỗi kiểu chia ra các phụ kiểu Các phụ kiểu trong một kiểu được phân chia dựa vào nguồn gốc thành tạo Trong mỗi phụ kiểu dựa vào chiều dày của các lớp đất yếu

lại chia ra các dạng cấu trúc nền khác nhau Tương ứng với bề dày lớp đất yếu nhỏ hơn 5m, từ 5 đến 10m và lớn hơn 10m, phân biệt các dạng cấu trúc nền 1, 2

và 3

Theo các nguyên tắc trên, trong phạm vi nghiên cứu phân biệt được 2 kiểu, 5 phụ kiểu và 10 trạng thái cấu trúc nền đất yếu (số liệu thu thập được) Kết quả phân chia các kiểu cấu trúc nền được thể hiện ở bảng 1.6 và sơ đồ phân bố các kiểu cấu trúc nền khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Kiểu I:

Kiểu này phân bố ở địa hình thấp và bãi bồi tụ; ở kiểu cấu trúc này chiều dày

đất yếu rất lớn, thường từ 10 đến 20m và lớn hơn, nền đất và môi trường địa chất

có độ ổn định kém, rất nhạy cảm, dễ bị biến đổi trước các tác động bên ngoài và

có độ lún rất lớn dưới tác dụng của tải trọng công trình

Căn cứ vào nguồn gốc thành tạo của các trầm tích có thể phân biệt trong kiểu

I ba phụ kiểu Ia, Ib, Ic

Phụ kiểu Ia: Phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu, tạo nên đồng bằng thấp với bề mặt địa hình bằng phẳng, cao độ 1- 2m, ít bị ngập nước ở phụ kiểu này trầm tích có nguồn gốc sông biển, thành phần là bùn sét, bùn sét pha màu xám đen Tổng bề dày đất yếu tương đối lớn, thường từ 10 đến 20m và lớn hơn,

do đó, trong phụ kiểu này chỉ có một dạng cấu trúc Ia-3

Phụ kiểu Ib: Trầm tích có nguồn gốc đầm lầy biển (bmQIV2-3) thành phần là bùn sét hữu cơ, bùn sét pha hữu cơ màu xám đen Phụ kiểu này phân bố chủ yếu ở dạng địa hình thấp đầm lầy ven biển, thường xuyên bị ngập nước, đất yếu có chiều dày lớn và hàm lượng vật chất hữu cơ cao, do đó, việc lựa chọn các giải pháp xử lý nền gặp rất nhiều khó khăn Tương tự như phụ kiểu Ia, tổng bề dày đất yếu thay đổi trong khoảng từ 10 đến 20m và lớn hơn, do đó, trong phụ kiểu Ib cũng chỉ có một dạng cấu trúc là Ib-3

Phụ kiểu Ic: Phân bố chủ yếu ở dạng địa hình đồng bằng thấp, cao độ từ 1m, thường xuyên bị ngập nước do ảnh hưởng của thủy triều ở phụ kiểu này trầm tích có nguồn gốc đầm lầy sông (baQIV2-3), thành phần là bùn sét hữu cơ, than bùn Sự có mặt của lớp bùn sét hữu cơ và than bùn với hàm lượng vật chất hữu cơ

0-cao làm cho đất có tính bất đẳng hướng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Vì vậy, trong phụ kiểu này đòi hỏi cần phải áp dụng các giải pháp xử lý nền

đặc biệt Tổng bề dày đất yếu tương đối lớn, thường từ 10 đến 20m và lớn hơn, song đôi nơi nhỏ hơn 10m Do đó phụ kiểu Ic được phân thành 3 dạng cấu trúc nền Ic-1, Ic-2, Ic-3

Kiểu II:

Kiểu này được đặc trưng bằng địa hình tương đối cao, độ cao tuyệt đối từ 5m, trầm tích thành phần chủ yếu là sét, sét pha màu xám xanh, trạng thái từ chảy tới dẻo cứng Chiều dày tầng biến đổi mạnh, biến đổi từ 3- 10m, nhiều nơi đạt tới 20m hoặc hơn nữa Phần dưới của mặt cắt thường là các trầm tích hạt thô hơn, chúng hình thành nên tầng chứa nước áp lực yếu trong các trầm tích Holoxen Ngoài ra, tại một số nơi còn có sự liên thông giữa các tầng chứa nước Pleistoxen

2-và Holoxen Sự có mặt của các tầng chứa nước có áp này ngăn cản quá trình cố kết của các lớp bùn sét, bùn sét pha bên trên, làm giảm hiệu quả của công tác xử

lý nền bằng bấc thấm và giếng cát khi chúng được cắm vào các tầng này

Căn cứ vào nguồn gốc thành tạo có thể phân biệt trong kiểu II hai phụ kiểu IIa và IIb

Phụ kiểu IIa: Thành phần chủ yếu là sét, bùn sét, bùn sét pha màu xám xanh nguồn gốc biển, lộ ra trên mặt chủ yếu ở địa hình đồng bằng cao ví dụ phía nam Bình Chánh và một phần nhỏ ở Thủ Đức (Tp Hồ Chí Minh) Chiều dày của các lớp đất yếu tương đối lớn, phổ biến 10- 20m, nhiều nơi còn lớn hơn Trong kiểu này cần lưu ý, tại các bề mặt đồng bằng cao lớp sét, sét pha bị phong hóa yếu, trạng thái dẻo cứng, thường chứa các kết von nhỏ, nên cường độ chịu lực tốt hơn, thay đổi trong khoảng 0,5- 0,8 kG/cm2, có chiều dày 3- 4m, do đó, lớp này rất thích hợp với các công trình có kết cấu đơn giản, tải trọng tác dụng lên nền nhỏ Theo chiều dày lớp đất yếu phân biệt trong phụ kiểu IIa hai dạng cấu trúc nền: IIa-2, IIa-3

Phụ kiểu IIb: thành phần chủ yếu là sét, sét pha, cát pha màu xám xanh, nguồn gốc sông biển, trạng thái chảy, dẻo chảy, một số nơi lộ ra trên mặt Trong phụ kiểu này cũng có mặt lớp sét phong hóa, tuy nhiên, chiều dày của nó không

đáng kể Trầm tích sông biển amQIV1-2 có chiều dày biến đổi mạnh, từ 1-2m đến

10m vµ lín h¬n Theo chiÒu dµy cña trÇm tÝch nµy ph©n biÖt trong phô kiÓu IIb ba d¹ng cÊu tróc nÒn: IIb-1, IIb-2, IIb-3

Bảng 1.6: Thuyết minh các kiểu cấu trúc nền

Kiểu kiểu Phụ Cột điạ tầng đặc trưng Đặc điểm địa hình Đặc điểm cấu trúc điạ chất chất thủy văn Đặc điểm địa Đặc điểm tính chất cơ lý của đất Đánh giá

độ 1–

2m, ít ngập nước

Trầm tích (amQIV2-3 ) có nguồn gốc sông biển gồm bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha Trầm tích (QIV1-2 ) chủ yêú là bùn sét, bùn sét pha nguồn gốc biển, sông biển Trầm tích (QIII3 ) gồm sét, sét pha

Bề dày đất yếu > 10m

Có 2 tầng chứa nước Tầng chứa nước Holoxen

thường không

áp tầng chứa nước

Pleistoxen nằm sâu, mái cách nước tốt

Trầm tích (amQIV2-3 ) có độ ẩm tự nhiên cao, trạng thái chảy, chảy

ẩm, liên kết keo xúc biến, độ bền rất nhỏ, tính biến dạng lớn

Trầm tích (QIV1-2 ) cũng là đất yếu với độ ẩm tự nhiên cao, trạng thái chảy, độ bền nhỏ, tính nén lún lớn

Trầm tích (amQIII3 ) có độ ẩm, độ rỗng, độ sệt, độ nén lún nhỏ và

độ bền cao

Tính năng xây dựng kém lún mặt đăt mạnh khi chịu tác dụng của tải trọng công trình

Không thích hợp cho các giải pháp cải tạo sự phân

bố ứng suất trong đất nền

Ib

Địa hình thấp đầm lầy ven biển, thường xuyên bị ngập nước

Như trên song các trầm tích (bmQIV2-3 ) có nguồn gốc đầm lầy biển, hàm lượng vật chất hữucơ cao

Bề dày đất yếu > 10m

Chỉ có tầng chứa nước Pleistoxel nằm sâu, mái cách nước tốt

Như trên, song các trầm tích (bmQIV2-3 ) có hàm lượng vật chất hữu cơ từ 20 – 30%, độ ẩm từ 70 – 90%, hệ số rỗng rất lớn, độ sệt thay đổi rộng, tính thấm và độ bền nhỏ, tính nén lún lớn

Khả năng chịu tải rất thấp, tính nén lún lớn

Có thế áp dụng giải pháp

xử lý nền bằng hệ thông thoát nước thẳng đứng

Ic

Địa hình

đồng bằng thấp, cao

độ 0 – 1m ngập nước khi thủy triều lên

Như trên, song trầm tích (baQIV2-3 ) có nguồn gốc đầm lầy sông, chủ yếu là bùn sét hữu cơ và than bùn Đất yếu

có bề dày lớn, thay đổi mạnh, một số nơi < 10m

Chỉ có tầng chứa nước Pleistoxel nằm sâu, lớp sét cách nước không liên tục

Các trầm tích (baQIV2-3 ) bùn sét hữu cơ, than bùn có hàm lượng hữu cơ từ 6 – 15% đến 50 – 60% Đất có tính bất đẳng hướng

rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền, tính biến dạng lớn

Như trên, song cần bóc bỏ lớp than bùn trước khi áp dụng các giải pháp xử lý Tại những nơi bề dày lớp

đất yếu < 5m có thể áp dụng các giải pháp cải tạo

sự phân bố ứng suất của

đất trong nền

độ 2 – 5m

Trầm tích (mQIV1-2 ) có nguồn gốc biển, phủ bất chỉnh lên (amQIII3 ), thành phần chủ yếu

là sét, sét pha, bùn sét phần trên mặt đất bị đá phong hóa, màu vàng loang lổ, phần đáy

hệ tầng chủ yếu là cát pha, cát sạn lẫn ít sét bột

Bề dày đất yếu phổ biến 10 – 20m và lớn hơn

Hệ tầng (amQIII3 ) gồm sét, sét pha, đôi nơi là cát và cát vàng

Hai tầng chứa nước Pleistoxel

và Holoxen liên thông nhau qua các cửa sổ địa chất thủy văn nước

có áp hoặc áp lực yếu

Trầm tích (mQIV1-2 ) phổ biến là

đất yếu có độ ẩm tự nhiên cao, 40 – 85% và lớn hơn, hệ số rỗng e

> 1,2 và độ bền nhỏ

Tại những nơi lộ ra trên mặt đất

có trạng thái dẻo mềm, đôi khi dẻo cứng, độ biến dạng và độ bền tuy được cải thiện song vẫn thấp

Trầm tích (amQIII3 ) có mức độ thành đá cao, độ ẩm tự nhiên, hệ

số rỗng, hệ số nén lún thâp, độ bền cao

Có thể xử lý bằng giải pháp thoát nước thẳng

đứng và bằng hợp chất hóa học, tuy nhên cần chú

ý tầng chứa nước có áp bên dưới

Với các công trình có tải trọng nhỏ có thể áp dụng giải pháp cải tạo sự phân

bố ứng suất và biến dạng của nền

IIb

Địa hình

đồng bằng cao, cao

độ 2 – 5m

Như trên, song các trầm tích (amQIV1-2 ) có nguồn gốc sông biển thành phần chủ yếu là sét, bùn sét, bùn sét pha, đôi chỗ là cát pha, cát hạt mịn

Các trầm tích sét, sét pha lộ ra trên mặt bị phong hóa yếu, tuy nhiên bề dày không đáng kể

Đất yếu có chiều dày từ 1- 2m

đến 10m và lớn hơn

Hai tầng chứa nước Pleistoxel

và Holoxen liên thông nhau qua các cửa sổ địa chất thủy văn nước

có áp hoặc áp lực yếu

Trầm tích (amQIV1-2 ) phổ biến là

đất yếu với trạng thái thay đổi từ dẻo mềm đến dẻo chảy và chặt, khối lượng thể tích tự nhiên 1.45 – 1.85 g/cm 3 , hệ số rỗng 0.8 –

2 và lớn hơn, hệ số nén lún a1-2= 0.090 – 0.634 cm 2 /kg

Với dạng cấu trúc 1 có thể áp dụng các giải pháp

xử lý nền Dạng 2 và 3 thích hợp với xử lý bằng thiết bị thoát nước thẳng

đứng và bằng hợp chât hóa học

Sét Cát Bùn sétbùn sét pha hữu cơBùn sét Than bùn

1.3 tổng quan về khu vực dự án nghiên cứu- gói thầu MD1, MD2

Các gói thầu MD1, MD2 thuộc dự án cải tạo nâng cấp quốc lộ 1 đoạn Cần Thơ đi Năm Căn dài 236km là dự án thành phần trong tổng số 6 dự án khôi phục cải tạo quốc lộ 1, dài hơn 2,400km chạy dọc theo chiều dài đất nước từ Lạng Sơn đến Cà Mau Gói thầu MD1 là đoạn từ Cần Thơ đến biên giới Sóc Trăng- Bạc Liêu, dài 93,50km; Gói thầu MD2 là đoạn từ biên giới Sóc Trăng- Bạc Liêu đến Cà Mau, dài 71,76km Đây là dự án thực hiện bằng nguồn vốn do ngân hàng thế giới(WB) cho vay

Qui mô thiết kế của hai gói thầu này là đường cấp 3 đồng bằng, nền đường rộng 12m, mặt đường bê tông nhựa 11,00m, các đoạn đi qua thị xã thị trấn có nền

đường rộng 12,5m đến 15m, các nút giao được thiết kế cùng mức

Dựa theo kết quả hình trụ hố khoan ở các giai đoạn thiết kế và thi công thì có thể phân chia các lớp đất nền như sau:

- Lớp trên cùng là bùn sét, sét lẫn sỏi; màu đen, vàng; chiều dày thay đổi từ 1.5m đến 4.5m

- Lớp sét hữu cơ: Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt, hàm lượng hạt sét chiếm 40-70% Hàm lượng hữu cơ thường gặp là 2-8%, các chất hữu cơ đã phân giải gần hết ở các lớp gần mặt đất còn có những khối hữu cơ ở dạng than bùn Đất rất ẩm thường bão hoà nước

Nói chung lớp đất này thường gặp ở trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy đến chảy

Đất chưa được nén chặt hệ số rỗng thiên nhiên lớn, dung trọng nhỏ Sức chống cắt thấp trong thực tế thường gọi là lớp “bùn sét hữu cơ”

- Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hoặc lớp cát: Lớp này là lớp dày khoảng 3-5m thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ và với lớp đất sét không hữu cơ Cũng có nơi lớp cát lại nằm giữa lớp đất sét

- Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét khá dày xuất hiện ở những độ sâu khác nhau Lớp đất sét tương đối chặt nằm cách mặt đất 3-4m

Với điều kiện địa chất bao gồm các lớp đất yếu như trên sẽ ảnh hưởng đến độ

ôn định của nền đường, vì vậy trong quá trình thiết kế và thi công cần thiết phải nghiên cứu áp dụng các giải pháp thích hợp để cải thiện tính chất chịu lực của nền

đất, đảm bảo ổn định cho công trình

Một số chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất sét hữu cơ:

- Độ ẩm thiên nhiên w= 55- 99% (có nơi trên 100%)

Bảng 1.7: Đặc trưng cơ lý của đất bùn ở khu vực dự án nghiên cứu

TT Tỉnh– Tên đất

Các chỉ tiêu

Cần Thơ + Sóc Trăng Bạc Liêu + Cà Mau Bùn sét mab QIV Bùn sét mab QIV

Hình 3.1: Bản đồ giao thông khu vực dự án MD1 và MD2 (1)

Điểm đầu gói thầu MD1

Chương 2

Nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu

Dưới đây sẽ đi sâu nghiên cứu một số phương pháp xử lý nền đất yếu để làm

cở sở lựa chọn trong quá trình thiết kế cũng như thi công xây dựng đường ô tô ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

2.1 Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu (thay đất)

Các trường hợp dưới đây đặc biệt thích hợp đối với giải pháp đào một phần hoặc

đào toàn bộ đất yếu:

* Bề dày lớp đất yếu từ 2m trở xuống (trường hợp này thường đào toàn bộ đất yếu để đáy nền đường tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu)

* Đất yếu là than bùn loại I hoặc loại á sét; sét dẻo mềm; dẻo chảy Trường hợp này, chiều dày đất yếu vượt quá 4- 5 m thì có thể đào đi một phần sao cho phần đất yếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2- 1/3 chiều cao đắp (kể cả phần đắp chìm trong đất yếu)

Trường hợp đất yếu có bề dày dưới 3m và có cường độ quá thấp đào ra không kịp đắp như than bùn; bùn sét (độ sệt B > 1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp dụng giải pháp bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đắp quá tải để nền tự lún đến đáy lớp đất yếu Giải pháp này đặc biệt thích hợp đối với trường hợp thiết kể

mở rộng nền đắp cũ khi cải tạo, nâng cấp đường trên vùng đất yếu

Thực chất của giải pháp này là cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, thường nhỏ hơn 5m, nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền như đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệ phản

áp Các phương pháp đệm cát, đệm đá, đệm đất thường được sử dụng để thay thế một phần hoặc toàn bộ bề dày lớp đất yếu dưới móng các công trình dân dụng và công nghiệp, dưới bản đáy các công trình thủy lợi Đối với nền đường nằm trên vùng đất yếu thì việc áp dụng bệ phản áp là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả nhất Các phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam

Khả năng áp dụng và hiệu quả kinh tế của các phương pháp này trong điều kiện Việt Nam đã được làm sáng tỏ trong các công trình nghiên cứu của Hoàng Văn Tân, Trần

Đình Ngô, Đinh Xuân Bảng và các tác giả khác Ưu điểm của các phương pháp này

là làm tăng độ bền, giảm độ nén lún của đất nền hoặc làm giảm áp lực tác dụng lên nền và làm cho đất nền tương đối đồng nhất Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi mặt bằng thi công rộng, khối lượng vật liệu lớn thêm vào đó, khi bề dày tầng đất yếu lớn hoặc khi mực nước ngầm nằm cao việc áp dụng các biện pháp trên sẽ bị hạn chế

2.2 Cải tạo đất bằng cọc vật liệu rời (Cọc cát, sỏi)

2.2.1 Khái niệm chung

Các cọc vật liệu rời bao gồm cát và sỏi được làm chặt và chèn vào lớp đất mềm yếu bằng phương pháp thay thế Thành phần của cọc thường là cát sỏi được nén chặt trong đó cũng kể cả những cọc đá Đất được cải tạo bằng cọc vật liệu rời

được gọi là đất hỗn hợp Khi chất tải, cọc bị biến dạng phình lấn vào các tầng đất và phân bố lại ứng suất ở các mặt cắt bên của đất hơn là truyền ứng suất xuống lớp dưới sâu Điều đó làm cho đất chịu được ứng suất, kết quả là làm cường độ và khả năng chịu lực của đất hỗn hợp có thể tăng lên và tính nén lún giảm Ngoài ra nó còn giảm

được ứng suất tập trung sinh ra trên các cọc vật liệu rời

2.2.2 Những phương pháp thi công cọc vật liệu rời

Có nhiều phương pháp khác nhau để tạo cọc vật liệu rời đã được sử dụng trên thế giới Tuỳ theo khả năng ứng dụng thực tế của chúng và khả năng có được những thiết bị thi công ở từng địa phương Những phương pháp thi công sau đây sẽ được miêu tả tóm tắt cùng với những trường hợp áp dụng tham khảo

• Phương pháp nén chặt bằng rung động

phương pháp này được sử dụng để nâng cao độ chặt của đất rời, không dính bằng một bộ phận rung Bộ phận này chìm vào trong đất nhờ trọng lượng bản thân cùng với sự phụ trợ của nước và rung động Sau khi đạt tới chiều sâu đã định trước,

bộ phận rung động được từ từ rút lên và chỗ đó được làm đầy lại bằng vật liệu rời Bằng cách như vậy gây nên sự nén chặt đất

• Phương pháp thay thế bằng rung động

phương pháp này sử dụng để cải tạo các loại đất dính có hơn 18% trọng lượng hạt lọt qua mắt sàng tiêu chuẩn 200 US Thiết bị sử dụng tương tự phương pháp nén chặt bằng rung động Bộ phận rung động được nhấn chìm vào trong đất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân với sự trợ giúp của tia nước hoặc khí phun có tác dụng giội rửa cho đến đạt chiều sâu dự định

phương pháp này cũng có thể thực hiện bằng quá trình khô hoặc quá trình ẩm Trong quá trình ẩm lỗ được tạo thành trong đất nhờ bộ phận rung động tới chiều sâu mong muốn có kết hợp phun nước Khi bộ phận rung động được rút lên nó tạo ra một lỗ khoan có đường kính khá lớn Lỗ khoan được lấp đầy từng phần bằng sỏi có kích thước cỡ hạt từ 12mmữ75mm Quá trình ẩm nói chung phù hợp với những lỗ khoan không ổn định và mực nước ngầm ở cao Sự khác biệt chủ yếu giữa quá trình khô và ẩm là không phun nước trong giai đoạn tạo lỗ ban đầu Trong quá trình khô,

lỗ khoan vẫn duy trì được rỗng khi rút bộ phận rung động lên,nó đòi hỏi đất được xử

định rồi kéo ống lên từng nấc một, từ từ nhờ búa rung hoạt động từ đáy Quá trình lặp lại cho đến khi toàn bộ cọc vật liệu rời nén chặt được xây dựng xong

• Phương pháp khoan tạo lỗ

phương pháp này cọc được xây dựng bằng việc đầm nện vật liệu rời trong các

lỗ khoan trước theo từng giai đoạn bằng quả nặng(15ữ20 KN), rơi từ độ cao 1ữ1,5m

xuống Phương pháp này có thể thay thế được phương pháp nén chặt bằng rung động

mà lại có giá thành thấp hơn Tuy nhiên tác dụng phá hoại và tái tạo lại đất sau đầm nén mà áp dụng với những loại đất nhạy cảm thì bị hạn chế Phương pháp này rất thích hợp cho các nước đang phát triển vì chỉ sử dụng những thiết bị địa phương trong khi các phương pháp đã miêu tả ở trên đòi hỏi những thiết bị đặc biệt và người

được đào tạo

2.2.3 Tính chất xây dựng của đất hỗn hợp

Đặc tính xây dựng của đất hỗn hợp đã được nghiên cứu đầy đủ về khả năng chịu tải giới hạn, lún và ổn định nói chung Trong phần tiếp theo trước hết là trình bày những mối quan hệ cơ bản của đất hỗn hợp cũng như cơ chế phá hoại của cọc vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất Sau đó giới thiệu khả năng chịu tải giới hạn,

độ lún và ổn định của đất hỗn hợp bằng những nghiên cứu thực nghiệm và phân tích

• Những mối quan hệ cơ bản

Vùng đất chịu ảnh hưởng xung quanh cọc vật liệu rời được coi gần đúng bằng diện tích hình tròn tương đương Đối với các cọc vật liệu rời bố trí theo sơ đồ tam giác đều, vòng tròn tương đương có đường kính hiệu quả là:

De=1,05.S (2.1)

Còn theo sơ đồ hình vuông:

De=1,13.S (2.2)

ở đây: S là khoảng cách giữa các cọc vật liệu rời

Sơ đồ tam giác đều cho độ chặt của đất bao quanh vùng đất bao quanh cọc tốt nhất

Trụ đất hỗn hợp có đường kính De gồm đất chịu ảnh hưởng xung quanh và một cọc vật liệu rời được coi là một đơn nguyên

Tỷ diện tích thay thế là tỷ số giữa diện tích của cọc vật liệu rời với diện tích toàn bộ trụ đất tương đương trong phạm vi một đơn nguyên và được thể hiện như sau:

as=

c A

+ s S A

ở đây: As: Là diện tích ngang của cọc vật liệu rời

Ac: Là diện tích ngang của đất sét xung quanh cọc

Tỷ diện tích thay thế cũng có thể biểu thị bằng đường kính D và khoảng cách

S của cọc vật liệu rời như sau:

σs: Là ứng suất trên cọc vật liệu rời

σc: Là ứng suất trên đất dính xung quanh

Độ lớn tập trung ứng suất cũng phụ thuộc vào quan hệ giữa độ cứng của cọc vật liệu rời và đất xung quanh ứng suất trung bình σ trên diện tích một đơn nguyên tương ứng với tỷ diện tích thay thế đã cho as như sau:

*

− +

σ =às*σ ; (2.8)

- phá hoại cắt

b) Cọc đá dài là cọc chống

hoặc cọc treo- phá hoại phình 2 bên

Hình 2.1: Cơ chế phá hoại cọc đơn vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất

(Theo Barksdale và Bachus, 1983)

2.2.4 Khả năng chịu tải giới hạn của cọc đơn riêng biệt vật liệu rời

Đối với cọc đơn riêng biệt vật liệu rời, cơ chế phá hoại phình ra bên là dễ xảy

ra nhất Cơ chế này có thể xảy ra đối với loại cọc mà cọc còn ở trong lớp đất sét yếu hoặc đã tựa vào lớp sét cứng chắc ứng suất không nở hông giữ cọc thường được xác

định dựa vào sức kháng bị động mà đất xung quanh cọc có thể phát huy khi cọc

phình ra phía ngoài Hầu hết các phương pháp dự tính khả năng chịu tải giới hạn của cọc đơn được phát triển dựa vào mô hình phá hoại đã nêu trên

2.2.5 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc vật liệu rời

Phương pháp chung dự tính khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc vật liệu rời đều cho rằng góc ma sát trong của đất dính xung quanh cọc và lực dính trong cọc vật liệu rời là không đáng kể, hơn nữa cường độ của cọc vật liệu rời và của đất dính

đều được phát huy đầy đủ Nhóm cọc cũng xem như được chất tải bởi móng cứng Nếu xem ứng suất giới hạn qult và ứng suất ngang σ3 là ứng suất chính thì điều kiện cân bằng của nêm là:

qult= σ3 *tg2β +2*Ctb*tgβ (2.10)

Trong đó:

σ3 = c B tg C

* 2 2

*

*

+

β γ

C: Độ bền cắt không thoát nước trong phạm vi đất dính không có cốt

ϕs: Góc ma sát trong của vật liệu rời

ϕtb: Góc ma sát trong của đất hỗn hợp

Ctb: Lực dính của đất hỗn hợp trên bề mặt trượt

Phương pháp giải quyết ở trên chưa xét đến sự phá hoại do phình ra bên cục

bộ của từng cọc đơn Chính vì vậy phương pháp chỉ áp dụng cho những loại đất dính rắn chắc, có cường độ không thoát nước lớn hơn 30ữ 40KN/m2 Tuy nhiên phương pháp này tiện lợi để xác định gần đúng các hiệu quả tương đối đến các biến số thiết