1.Mục tiêu nghiên cứu của đề tàiRà soát lại các giải pháp xử lý đất yếu dưới nền đắp để lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với điều kiện khu vực, có những hiệu chỉnh thích đáng đối với biện pháp xử lý;Đề xuất giải pháp xử lý hợp lý khi xây dựng đường ôtô đắp qua đất yếu với điều kiện địa chất khu vực Q7 Tp. Hồ Chí Minh, sẽ góp phần nhanh chóng lựa chọn phương án xử lý hợp lý, cũng đồng nghĩa với việc rút ngắn được quá trình chuẩn bị đầu tư cho một dự án đầu tư xây dựng.2.Đối tượng và phạm vi nghiên cứuNghiên cứu điều kiện địa chất, các công trình thiết kế cấp IV trở lên và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật để đưa ra các giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ôtô trên địa bàn Q7 Tp. Hồ Chí Minh.3.Phương pháp nghiên cứuPhương pháp nghiên cứu chủ đạo là phương pháp lý thuyết, kết hợp với số liệu thống kê thực tế và tính toán. Dựa vào các công trình đã và đang được triển khai để phân tích, đánh giá, trên kết quả đó để đưa ra những giải pháp xử lý khi xây dựng đường ôtô đắp trên đất yếu phù hợp với điều kiện cụ thể của khu vực nghiên cứu.
Trang 1LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT
GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU TẠI KHU VỰC QUẬN 7
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ
Thành Phố Hồ Chí Minh – 2014
Trang 2
MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 4
1 Tính cấp thiết của đề tài 4
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 5
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5
4 Phương pháp nghiên cứu 5
5 Kết cấu của luận văn: nội dung đề tài bao gồm: 5
6 Độ tin cậy của đề tài 6
7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6
CHƯƠNG 1 7
TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC CỦA CÁC TUYẾN ĐƯỜNG ĐÃ VÀ SẼ ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN KHU VỰC Q7 – TP HỒ CHÍ MINH 7
1.1 Đặc điểm địa chất TP Hồ Chí Minh 7
1.2 Đặc điểm và phân vùng địa chất ở khu vực Q7 9
1.2.1 Đặc điểm địa chất ở khu vực quận 7: 10
1.2.2 Phân vùng địa chất đất yếu công trình: 11
1.3 Đặc điểm khai thác của các tuyến đường đã và sẽ được xây dựng trên khu vực Q7 14
1.3.1 Đặc điểm khai thác của tuyến đường đã được xây dựng trên khu vực quận 7 .14
1.3.2 Đặc điểm khai thác của tuyến đường sẽ được xây dựng trên khu vực quận 7 .15
1.4 Quy hoạch của khu vực quận 7 đến năm 2020 16
1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 18
CHƯƠNG 2 19
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ÔTÔ ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở TP HỒ CHÍ MINH 19
2.1 Các giải pháp không cải thiện nền đất yếu trong quá trình xây dựng [5][6][7]
19
2.1.1 Đắp nền theo từng giai đoạn 19
2.1.2 Đắp bệ phản áp 20
Trang 32.1.3 Gia tải tạm thời 21
2.1.4 Nền đắp nhẹ 22
2.1.5 Sử dụng vật liệu tăng cường địa kỹ thuật 23
2.1.6 Sử dụng hệ móng cọc 24
2.1.7 Lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc (đắp trên móng cứng) 25
2.1.8 Phương pháp TOP – BASE 27
2.1.8.1 Giới thiệu chung: 27
2.1.8.2 Hình dạng và kích thước của Top-Block 28
2.1.8.3 Ưu điểm về giá thành 29
2.1.8.4 Tính ưu việt và phạm vi ứng dụng của phương pháp Top-Base 30
2.2 Các giải pháp cải thiện nền đất yếu trong quá trình xây dựng [5][6][7] 30
2.2.1 Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu (phương pháp thay đất) 30
2.2.2 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng bấc thấm, giếng cát)
31
2.2.2.1 Giếng cát: 33
2.2.2.2 Bấc thấm: 35
2.2.3 Cố kết hút chân không 37
2.2.3.1 Ưu điểm 38
2.2.3.2 Nhược điểm 38
2.2.3.3 Giá thành 38
2.2.4 Gia cố nền đất yếu bằng cọc đất gia cố vôi hoặc xi măng 38
2.2.4.1 Ưu điểm: 41
2.2.4.2 Nhược điểm 41
2.2.5 Cải tạo đất bằng cọc vật liệu rời 42
2.2.5.1 Khái niệm chung 42
2.2.5.2 Những phương pháp thi công cọc vật liệu rời 44
2.2.5.3 Độ lún của cọc vật liệu rời 49
2.2.5.4 Triển vọng của việc sử dụng vật liệu rời 50
2.3 Một số công trình đã áp dụng biện pháp xử lý đất yếu ở Thành phố Hồ Chí Minh 51
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: 55
CHƯƠNG 3 56
Trang 4ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC QUẬN 7 - TP HỒ CHÍ
MINH 56
3.1 Kiểm toán ổn định trượt và biến dạng lún của nền đường khi chưa xử lý 56
3.2 Tính toán và so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các giải pháp 60
3.2.1 Vùng địa chất 1: 61
3.2.1.1 Thay một phần đất yếu kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường 61
3.2.1.2 Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát: 62
3.2.1.3 Khái toán chi phí xây dựng của 2 giải pháp trên: 64
3.2.1.4 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 65
3.2.2 Vùng địa chất 2: 65
3.2.2.1 Thay một phần đất yếu kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường 66
3.2.2.2 Xử lý đất yếu bằng phương pháp cọc gia cố xi măng 67
3.2.2.3 Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát: 71
3.2.2.4 Khái toán chi phí xây dựng của 3 giải pháp trên: 72
3.2.2.5 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 72
3.2.3 Vùng địa chất 3: 73
3.2.3.1 Xử lý đất yếu bằng phương pháp cọc gia cố xi măng 73
3.2.3.2 Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát: 76
3.2.3.3 Khái toán chi phí xây dựng của 2 giải pháp trên: 78
3.2.3.4 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 78
3.3 Đề xuất giải pháp xử lý hợp lý khi xây dựng đường ô tô đắp trên đất yếu khu vực quận 7 – TP.HCM 80
CHƯƠNG 4 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83
4.1 Kết luận: 83
4.2 Kiến nghị: 85
4.3 Đối với việc triển khai áp dụng kết quả đề tài: 86
Trang 5PHẦN MỞ ĐẦU
Thành phố Hồ Chí Minh nằm trên lưu vực đồng bằng sông Cửu Long.Đây là khu vực có tầng đất phù sa khá dày và tập trung đất sét yếu Với mụctiêu phát triển các đô thị, rất cần thiết lựa chọn các giải pháp và công nghệ xử lýnền thích hợp
Hiện nay thành phố Hồ Chí Minh đã phát triển nhiều tuyến đường giaothông với qui mô xây dựng lớn như: Đại lộ Võ Văn Kiệt, đường cao tốc SàiGòn – Trung Lương, Tuyến đường Vành đai 3 đi qua các quận đô thị mới nhưQ2, Q7
Thành phố Hồ Chí Minh đang có xu hướng phát triển giao thông về miềnNam và Quận 7 có vị trí địa lý khá quan trọng với vị trí chiến lược khai thácgiao thông bộ, là cửa ngõ phía Nam của Thành phố Các trục giao thông lớn điqua quận như xa lộ Bắc Nam, đường cao tốc Nguyễn Văn Linh và theo quyhoạch 2020 thì quận 7 sẽ xây dựng hàng loạt các công trình lớn như nút giaothông khu A Nam Sài Gòn, xây dựng trục Bắc Nam từ nút giao Hoàng Diệu đếnđường Nguyễn Văn Linh …
Trong 10-15 năm qua, khi xây dựng đường ôtô đi qua khu vực nền đất yếuvới địa chất phức tạp, phân bố không đều như ở quận 7 với chiều dày lớp bùnsét yếu trung bình là 5 - 20m, thậm chí có khi đến 24-25m, thì đã có nhiều côngtrình lớn có các biện pháp xử lý đất yếu khác nhau như đường Nguyễn VănLinh sử dụng biện pháp thay đất kết hợp trải vải địa kỹ thuật gia cường, đườngtrục Bắc – Nam sử dụng biện pháp xử lý như bấc thấm, cọc gia cố xi măng ,nhưng chưa có đánh giá tổng hợp nào về tính hiệu quả kinh tế, kỹ thuật, thicông của các giải pháp xử lý đó ứng với chiều cao đắp trung bình và chiều sâuđất yếu; ví dụ như Công trình lớn như công trình Nguyễn Văn Linh: chiều sâubùn 20m, chiều cao đắp trung bình là 2m sử dụng biện pháp thay đất 1m làmthời gian lún kéo dài (10 năm); ví dụ như Công trình Nguyễn Hữu Thọ: chiều
Trang 6sâu bùn 12m, chiều cao đắp trung bình là 1,5m lại sử dụng biện pháp cọc đấtgia cố xi măng
Chính vì vậy, việc nghiên cứu kỹ lưỡng đặc điểm địa chất của khu vựcQ7, chiều cao đắp trung bình khu vực quận 7 với điều kiện địa chất yếu thì đâu
là giải pháp đạt hiệu quả được lẫn kinh tế, kỹ thuật và thi công Những đặc điểmchung nhất cũng như những giải pháp xử lý nền đất đã được áp dụng ở các dự
án trước để đề xuất được các giải pháp xử lý hợp lý với điều kiện địa chất vàchiều cao đắp cũng như tính chất, qui mô xây dựng công trình là đề tài có tínhkhoa học và thực tiễn cấp thiết
Rà soát lại các giải pháp xử lý đất yếu dưới nền đắp để lựa chọn giải phápphù hợp nhất với điều kiện khu vực, có những hiệu chỉnh thích đáng đối vớibiện pháp xử lý;
Đề xuất giải pháp xử lý hợp lý khi xây dựng đường ôtô đắp qua đất yếuvới điều kiện địa chất khu vực Q7 Tp Hồ Chí Minh, sẽ góp phần nhanh chónglựa chọn phương án xử lý hợp lý, cũng đồng nghĩa với việc rút ngắn được quátrình chuẩn bị đầu tư cho một dự án đầu tư xây dựng
Nghiên cứu điều kiện địa chất, các công trình thiết kế cấp IV trở lên vàđánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật để đưa ra các giải pháp xử lý nền đất yếutrong xây dựng đường ôtô trên địa bàn Q7 Tp Hồ Chí Minh
Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là phương pháp lý thuyết, kết hợp với sốliệu thống kê thực tế và tính toán Dựa vào các công trình đã và đang được triểnkhai để phân tích, đánh giá, trên kết quả đó để đưa ra những giải pháp xử lý khixây dựng đường ôtô đắp trên đất yếu phù hợp với điều kiện cụ thể của khu vựcnghiên cứu
Phần mở đầu: Nêu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trang 7Chương 1: Tổng quan điều kiện địa chất và đặc điểm khai thác của các côngtrình đã và đang được xây dựng trên khu vực Q7 – TP Hồ Chí Minh.
Chương 2: Tổng quan giải pháp xử lý đất yếu khi xây dựng nền đường ôtô đắptrên đất yếu ở TP Hồ Chí Minh
Chương 3: Đề xuất giải pháp xử lý đất yếu hợp lý ở khu vực Q7– TP Hồ ChíMinh
Chương 4: Kết luận, kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo
Tài liệu tham khảo
Phụ lục tính toán
Đề tài dùng số liệu địa chất của các công trình có quy mô lớn đã hoànthành đưa vào khai thác, sử dụng các phương pháp tính ổn định và tính lún nềnđường đất yếu theo phần mềm phổ biến hiện nay đồng thời áp dụng theo quytrình thiết kế hiện hành Kết quả tính toán có so sánh với các dự án đã hoànthành nên có thể đủ độ tin cậy
Đề tài xây dựng được 03 giải pháp ứng với 03 loại đặc điểm địa hình - địachất đặc trưng cho khu vực xây dựng nền đắp trên địa bàn quận 7
Bước đầu lựa chọn chiều dài cọc gia cố xi măng, giếng cát hợp lý chotừng giải pháp
Đề tài cũng đã xây dựng các bảng biểu phục vụ cho việc tra cứu độ ổnđịnh, độ lún dự báo nhằm giúp cho các chủ đầu tư, các đơn vị Tư vấn thiết kế rútngắn thời gian tính toán ở giai đoạn lập dự án đầu tư các công trình xây dựng hạtầng qua khu vực đất yếu
Giúp cơ quan chức năng, các đơn vị thiết kế lựa chọn giải pháp xử lý đấtyếu hợp lý ở khu vực quận 7 nhằm sơ bộ được kinh phí đầu tư xây dựng côngtrình
Trang 8CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC CỦA CÁC TUYẾN ĐƯỜNG ĐÃ VÀ SẼ ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN KHU
VỰC Q7 – TP HỒ CHÍ MINH.
1.1 Đặc điểm địa chất TP Hồ Chí Minh.
Địa chất Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm chủ yếu là hai tướng trầm tíchPleistocen và Holocen lộ ra trên bề mặt
Trầm tích Pleixtoxen (trầm tích phù sa cổ): chiếm hầu hết phần phía Bắc,Tây Bắc và Ðông Bắc thành phố, gồm phần lớn các huyện Củ Chi, Hóc môn,Bắc Bình Chánh, quận Thủ Ðức, Bắc - Ðông Bắc quận 9 và đại bộ phận khuvực nội thành cũ
Ðiểm chung của tướng trầm tích này, thường là địa hình đồi gò hoặc lượnsóng, cao từ 20-25m và xuống tới 3-4m, mặt nghiêng về hướng Ðông Nam.Dưới tác động tổng hợp của nhiều yếu tố tự nhiên như sinh vật, khí hậu, thờigian và hoạt động của con người, qua quá trình xói mòn và rữa trôi , trầm tíchphù sa cổ đã phát triển thành nhóm đất mang những đặc trưng riêng Nhóm đấtxám, với qui mô hơn 45.000 ha, tức chiếm tỷ lệ 23,4% diện tích đất thành phố
Ở thành phố Hồ Chí Minh, đất xám có ba loại: đất xám cao, có nơi bị bạcmàu; đất xám có tầng loang lổ đỏ vàng và đất xám gley; trong đó, hai loại đầuchiếm phần lớn diện tích Ðất xám nói chung có thành phần cơ giới chủ yếu làcát pha đến thịt nhẹ, khả năng giữ nước kém; mực nước ngầm tùy nơi và tùymùa biến động sâu từ 1-2m đến 15m Ðất chua, độ pH khoảng 4,0-5,0, đất xámtuy nghèo dinh dưỡng, nhưng đất có tầng dày, nên thích hợp cho sự phát triểncủa nhiều loại cây trồng nông lâm nghiệp, có khả năng cho năng suất và hiệuqủa kinh tế cao, nếu áp dụng biện pháp luân canh, thâm canh tốt Nền đất xám,phù hợp đối với sử dụng bố trí các công trình xây dựng cơ bản
Trầm tích Holoxen (trầm tích phù sa trẻ): tại thành phố Hồ Chí Minh,trầm tích này có nhiều nguồn gốc-ven biển, vũng vịnh, sông biển, aluvi lòng
Trang 9sông và bãi bồi nên đã hình thành nhiều loại đất khác nhau: nhóm đất phù sa
có diện tích 15.100 ha (7,8%), nhóm đất phèn 40.800 ha (21,2%) và đất phènmặn (45.500 ha (23,6) Ngoài ra có một diện tích nhỏ khoảng hơn 400 ha(0,2%) là "giồng" cát gần biển và đất feralite vàng nâu bị xói mòn trơ sỏi đá ởvùng đồi gò
Nhóm đất phù sa không hoặc bị nhiễm phèn, phân bố ở những nơi địahình hơi cao khoảng 1,5-2,0m Nó tập trung tại vùng giữa của phía Nam huyệnBình Chánh, Quận 7, Bắc huyện Nhà Bè và một ít nơi ở Củ Chi, Hóc Môn.Nhóm đất phù sa hai loại: đất phù sa không được bồi, có tầng loang lổ; đấtphù sa không được bồi, gley Trong đó hai loại đầu chiếm diện tích lớn hơn;loại sau, là đất phù sa ngọt, đất rất tốt, chỉ có khoảng 5.200 ha (2,7%) Ðất phù
sa nói chung có thành phần cơ giới từ sét trung bình tới sét nặng Ðất có phảnứng chua, độ pH khoảng 4,2-4,5 ở tầng đất mặt và xuống sâu 0,5-1,2m độ chuagiảm nhiều, pH nâng lên tới 5,5-6,0 Hàm lượng mùn trung bình, các chất dinhdưỡng khá
Nhóm đất phèn, có hai loại: đất phèn nhiều và đất phèn trung bình Chúngphân bố tập trung chủ yếu ở hai vùng Vùng đất phèn Tây Nam Thành phố, kéodài từ Tam Tân-Thái Mỹ huyện Củ Chi xuống khu vực Tây Nam huyện BìnhChánh -các xã Tân Tạo, Phạm Văn Hai, Lê Minh Xuân Vùng này hầu hếtthuộc loại đất phèn nhiều (phèn nặng); đất rất chua, độ pH khoảng 2,3-3,0 Nócùng điều kiện thành tạo và tính chất giống như đất phèn vùng Ðồng ThápMười, vùng đất phèn ven sông Sài Gòn-Rạch Tra và bưng Sáu xã quận 9 ở đâyhầu hết diện tích thuộc loại đất phèn trung bình và ít, phản ứng của đất chua nhẹ
ở tầng đất mặt, độ pH khoảng 4,5-5,0; song giảm mạnh ở tầng đất dưới, đất rấtchua, độ pH xuống tới 3,0-3,5
Ðất phèn có thành phần cơ giới từ sét đến sét nặng, đất chặt, dưới độ sâukhoảng từ 1m trở xuống, có nhiều xác hữu cơ nên đất xốp hơn Ðất khá giàumùn, chất dinh dưỡng trung bình; song hàm lượng các ion độc tố cao, nên trênđất phèn không thích hợp với trồng lúa
Trang 10Nhóm đất phèn mặn: Ở thành phố Hồ Chí Minh, nhóm đất phèn mặn lànhóm có diện tích lớn nhất Nó phân bố tập trung ở đại bộ phận lãnh thổ huyệnNhà Bè và hầu như toàn bộ huyện Cần Giờ Theo độ mặn và thời gian ngậpmặn, nhóm đất mặn được chia làm hai loại: đất phèn mặn theo mùa và đất phènmặn Thường xuyên (còn gọi là đất mặn dưới rừng ngập mặn).
Ðất phèn mặn theo mùa có diện tích 10.500 ha, phân bố ở Nhà Bè và bắchuyện Cần Giờ Thời gian bị mặn kéo dài từ tháng 12 đến tháng 6 hoặc tháng 7năm sau Ðất thịt, giàu mùn, chứa nhiều xác hữu cơ dưới môi trường yếm khí,chất dinh dưỡng khá; phản ứng của đất từ chua đến rất chua, pH ở độ sâu tầngsinh phèn xuống tới 2,4-2,7 Tuy nhiên, về mùa lũ, mặn bị đẩy ra xa và nướcđược pha loãng trong thời gian dài 4-5 tháng; đồng thời đất có lớp phủ phù sadày tới 20-30 cm
Ðất mặn dưới rừng ngập mặn: Loại đất này rộng 35.000 ha, chiếm phầnlớn diện tích huyện Cần Giờ Ðất thịt trung bình, màu xám đen, nhiều mùn nhãolẫn xác hữu cơ bán phân giải, bị ngập triều thường ngày, nói chung đất còn ởdạng bùn lỏng chưa cố định, giàu chất dinh dưỡng, độ pH tầng đất trên 5,8-6,5.Ðất ngập mặn, phù hợp với duy trì và phát triển các loại cây rừng ngập mặn,nhằm giữ bờ lấn biển, bảo vệ môi trường cảnh quan, phục vụ phát triển du lịchsinh thái và nuôi dưỡng hệ sinh thái giàu tiềm năng ở vùng ven biển phía namcủa thành phố
Nhược điểm chung của hai loại đất phèn mặn là nền đất yếu, nhất là đấtphèn mặn thường xuyên; do đó có mặt hạn chế trong xây dựng cơ bản, pháttriển cơ sở hạ tầng kỹ thuật Tuy nhiên, lại rất thuận lợi đối với phát triển giaothông đường thủy, bởi hệ thống sông rạch tự nhiên mật độ rất dày, chiếm tớigần 1/3 diện tích lãnh thổ của cả nhóm đất
1.2 Đặc điểm và phân vùng địa chất ở khu vực Q7.
Dựa vào hình trụ hố khoan của các công trình tham khảo ở khu vực quận7: Đường nối Khu A Nam Sài Gòn đến cầu Phú Mỹ [1], Sữa chữa Nâng cấpđường Nguyễn Thị Thập[2], Xây dựng mới Đường và Cầu Tân Thuận[3], Xây
Trang 11dựng trục Bắc Nam[4], Cầu Phú Mỹ - đường đầu cầu … trong phạm vi độ sâukhoảng 28m trở lại có thể phân chia các lớp địa chất cơ bản ở quận 7 như sau:
1.2.1 Đặc điểm địa chất ở khu vực quận 7:
1.2.1.1.Lớp 1
Lớp Bùn sét lẫn hữu cơ này có bề dày lớp thay đổi từ 5.0m đến 25m Lớpbùn sét thường có màu xám xanh – xám đen, hàm lượng hạt sét chiếm 30-70%,giá trị SPT thay đổi 1-4 búa/30cm
1.2.1.5.Lớp 5
Cát, đôi chỗ lẫn sỏi thạch anh, màu xám trắng, trạng thái chặt vừa, bề dàythay đổi từ 2.0 đến 11.8m Lớp này có khả năng chịu tải tốt hơn các lớp trên nó
1.2.1.6 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp
Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
1,9 – 2,2g/cm3
1,7 – 1,95g/cm3
1,8 – 2,4 g/cm3
1.15 – 1.60g/cm3
1,35 – 1,70g/cm3
Trang 121.2.2 Phân vùng địa chất đất yếu công trình:
Đề tài tiến hành phân vùng đất yếu phân chia khu vực Quận 7 ra các khuvực có đặc điểm tương đồng về loại đất yếu Nguyên tắc phân chia dựa trên sựđồng nhất của đơn vị địa mạo theo nguyên tắc nguồn gốc hình thái (vùng địachất) cũng như sự đồng nhất về thạch học, và trật tự cấu trúc của các phức hệthạch học (khu địa chất) và các số liệu thu thập được từ các lỗ khoan địa chất.Địa chất quận 7 có thể chia làm 3 vùng:
- Lớp 5: Cát, hạt nhỏ - trung
5m -:- 12m 1.5m -:- 5m 10m (lớp dưới cùng)
- Lớp 1: bùn sét lẫn hữu cơ
- Lớp 3: Sét trạng thái dẻo cứng
- Lớp 5: Cát, hạt nhỏ - trung
20m -:- 25m 3m -:- 6m 2.0m -:- 4.0m
BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG ĐỊA CHẤT ĐẤT YẾU KHU VỰC QUẬN 7
Trang 13Hình 1.1 Bản đồ phân vùng địa chất
Trang 151.3 Đặc điểm khai thác của các tuyến đường đã và sẽ được xây dựng trên
khu vực Q7.
1.3.1 Đặc điểm khai thác của tuyến đường đã được xây dựng trên khu vực
quận 7
Đường Nguyễn Văn Linh
+ Quy mô mặt cắt ngang:
+ Chiều cao đắp trung bình 2-3m
Đường Nguyễn Hữu Thọ
+ Quy mô mặt cắt ngang:
Lộ giới đường: 14m,
Số làn xe: 4 làn xe + Mặt đường: Bê tông nhựa
+ Tải trọng trục 120 kN
+ Chiều cao đắp trung bình 1-1,5m
+ Chiều sâu đất yếu: 10m
Đường Nguyễn Thị Thập[2]
+ Quy mô công trình:
Cấp công trình : cấp II
Tải trọng trục 120 kN
Áp lực tính toán: 0.6Mpa; đường kính vệt bánh xe D=36cm
Mô đun đàn hồi yêu cầu: Eyc ≥ 175Mpa
+ Qui mô mặt cắt ngang :
Trang 16Quy mô công trình:
Loại đường: Đường phố chính đô thị chủ yếu
Cấp kỹ thuật: cấp 60
Vận tốc thiết kế: Vtk=60km/hTải trọng trục tính toán tiêu chuẩn : P = 120 kN
Mô đun đàn hồi tối thiểu là : Eycmin > 190 MPA
+ Mặt cắt ngang đường Lê Văn Lương (lộ giới 35m):
+ Đoạn từ nút giao Nguyễn Hữu Thọ – trục Bắc Nam đến đường Nguyễn Văn Linh (theo quy hoạch đường Nguyễn Hữu Thọ, lộ giới 60m):
Trang 17Xây dựng khép kín đường vành đai 2 với tổng chiều dài 65 km theo cáctrục và các điểm khống chế: Ngã ba Gò Dưa - Ngã tư Bình Phước - Ngã tư AnSương - cắt đường Đông-Tây - đường Nguyễn Văn Linh - cầu Phú Mỹ - cắtđường cao tốc Sài Gòn - Long Thành-Dầu Giây - ngã tư Bình Thái-đường KhaVạn Cân - Ngã ba Gò Dưa thành đường đô thị cấp I 8-10 làn xe, chiều rộng120m, trong đó đoạn đã có tuyến đạt tiêu chuẩn là 38,5 km, đoạn đã có tuyếnnhưng chưa đạt tiêu chuẩn là 5,5 km và đoạn chưa có tuyến là 21,5km
Xây mới đường Bắc-Nam đoạn Nguyễn văn Linh - khu công nghiệp HiệpPhước đến ranh Long An dài 16,5 km thành đường 6 làn xe, rộng 60 m
Mở rộng đường Lê Văn Lương thành 6 làn xe lộ giới 35m, mở rộngđường Nguyễn Hữu Thọ thành 10 làn xe lộ giới 60m Xây dựng Đoạn tuyếnlàm mới từ Cầu Long Kiểng đến đường Nguyễn Hữu Thọ
Theo Thông báo số 817/TB-SGTVT của Sở giao thông vận tải ngày29/12/2010: quy mô đường trục Bắc – Nam đoạn qua địa bàn quận 4, quận 7 tốithiểu 10 làn xe và đang được triển khai
Tuyến metro số 4 chạy từ quận 12 đến đại lộ Nguyễn Văn Linh, quận 7,dài 24km (19km đi ngầm và 5 km đi trên cao), có 20 ga (15 ga ngầm và 5 gatrên cao), 1 depot rộng 30ha tại phường Thạnh Xuân, quận 12 và 1 depot 25hatại huyện Nhà Bè Tổng vốn đầu tư ước tính 2,5 tỷ USD
Quận 7 tương đối bằng phẳng, độ cao địa hình thay đổi không lớn, trungbình 0,8m đến 1,5m, theo quy hoạch giao thông khu vực quận 7 thì Cos cao độthiết kế đường là 2,3 – 3,3m nên chiều cao đắp đất trung bình ở quận 7 là 2m
Trang 18Hình 1.3 Sơ đồ quy hoạch chung quận 7
Trang 191.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:
Địa chất khu vực quận 7 được chia làm 3 vùng địa chất khác nhau
Dựa vào quy hoạch và đặc điểm khai thác các tuyến đường tác giả kiến nghị đivào nghiên cứu và tính toán các tuyến đường có cấp kỹ thuật cấp IV, với bềrộng nền đường là 30m, chiều cao đắp H=2m
Trang 20- Đảm bảo sự ổn định của nền đắp đầu cầu trong khi xây dựng.
- Đạt được một tốc độ lún phù hợp với thời gian thi công
Khi áp dụng các biện pháp này thì yêu cầu lớp trên nền đất yếu phải tiếp xúcvới một lớp vật liệu thấm nước tốt Nếu vật liệu đắp nền đường là đất dính thìphải làm một lớp đệm cát có chiều dày từ 0,5m đến 1m để tăng nhanh thời gian
cố kết
2.1.1 Đắp nền theo từng giai đoạn
Khi cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, để đảm bảo cho nền đường
ổn định cần áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nó bằng cách đắp đất từnglớp một, chờ cho đất nền cố kết, sức chịu tải tăng lên, có khả năng chịu được tảitrọng lớn hơn thì mới đắp lớp đất tiếp theo
Đắp trực tiếp trên đất yếu chỉ đảm bảo ổn định khi chiều cao đất đắp (baogồm cả phần đắp dự phòng lún) chiều cao đắp giới hạn Hgh Do vậy để ápdụng được giải pháp này phải tính dự báo độ lún tổng cộng và phải xác địnhđược Hgh tuỳ thuộc vào sức chống cắt ban đầu và bề dày tầng đất yếu
Để xác định Hgh một cách nhanh chóng ngoài việc sử dụng các chươngtrình tính toán ổn định đã được lập sẵn như Geo - Slope rất nhiều các tác giả
đã tính và lập sẳn các toán đồ tiện dụng để tra Hgh tuỳ theo các yếu tố nói trên(toán đồ Taylor, Madel Salencom ) Rõ ràng khi chiều cao đất đắp cao và độlún lớn thì không thể đắp trực tiếp được
Trang 21Hình 2.1 Giải pháp đắp nền đường đầu cầu theo từng giai đoạn
Đắp dần theo giai đoạn (vừa đắp vừa chờ) là lợi dụng tối đa quảng thời gianthi công cho phép để tăng chiều cao đất đắp trực tiếp lên trị số Hgh Theo cáchnày đất đắp đến Hgh gọi là giai đoạn I, tiếp đó duy trì tải trọng đắp trong mộtthời gian t1 nhất định để chờ đất yếu phía dưới cố kết (tức là chờ cho sức chốngcắt của đất yếu tăng thêm theo mức độ cố kết đạt được trong thời gian t1) nhờ đó
có thể tăng chiều cao đắp lên đến HghII (chiều cao đắp giới hạn sau khi đắp đếnHgh và chờ một thời gian t1) Đến đây lại có thể chờ để đắp giai đoạn III lênHghIII Trong quá trình đắp để tăng độ an toàn thi công nhiều tư vấn nước ngoài
đã khống chế tốc độ đắp trung bình là 5cm/ngày trong một số xây dựng quavùng đất yếu của nước ta
Giải pháp này rõ ràng bị khống chế bởi thời gian chờ cho phép phụ thuộcvào cách tính toán dự báo cố kết U=f(t))
Trang 22thời gian ngắn hơn Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chấmthấm nước…So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp với một khốilượng đất đắp bằng nhau sẽ có lợi hơn do giảm được moomen của các lực trượtnhờ tập trung tải trọng ở chân taluy.
Hình 2.2 Giải pháp sử dụng bệ phản áp vùng nối tiếp giữa cầu và đường
Chiều cao bệ phản áp phải nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao đắp trực tiếp giớihạn Hgh và nên từ 1/3 1/2 chiều cao nền đắp chính Để tiết kiệm đất, chiềurộng bệ phản áp L có thể rút xuống bằng (2/3 3/4) chiều dài chồi đất ứng vớicung trượt nguy hiểm nhất (theo kinh nghiệm của một số nước chiều rộng Lkhông cần phải chùm kín hết chiều dài chồi đất này)
Bệ phản áp là giải pháp tăng độ ổn định của nền đắp chính nhưng cũng cóthêm tác dụng là hạn chế thành phần lún do đất yếu bị đẩy ngang sang hai bêndưới tác dụng của tải trọng đắp chính Phải đắp bệ phản áp cùng một lúc với nềnđắp chính, tuy nhiên đắp không cần đầm nén chặt
2.1.3 Gia tải tạm thời
Phương pháp gồm có việc đặt một gia tải (thường là 2m-3m nền đắp bổsung) trong vài tháng rồi sẽ lấy đi ở thời điểm t mà ở đó nền đường sẽ đạt được
độ lún cuối cùng dự kiến như trường hợp với nền đắp không gia tải Nói cách
Trang 23khác đây là phương pháp cho phép đạt được một độ cố kết yêu cầu trong mộtthời gian ngắn hơn.
Để có hiệu quả thì theo kinh nghiệm các nước, chiều cao đắp thêm khôngđược nhỏ quá (thường từ 2 3m) và thời gian duy trì tải trọng đắp thêm này ítnhất là 6 tháng Phần đắp gia tải trước không cần đầm nén và có thể dùng cả đấtxấu lẫn hữu cơ
Khi áp dụng giải pháp này cần đặc biệt chú ý kiểm toán sự ổn định của nềnđắp khi có thêm tải trọng đắp gia tải trước và theo dõi khống chế tốc độ đắpphần đắp gia tải trước, nếu không rất dễ xảy ra mất ổn định trong quá trình đắpgia tải trước khi chiều cao đắp tổng cộng vượt quá chiều cao đắp giới hạn Hgh
Do đó giải pháp đắp gia tải trước cũng thường được kết hợp với giải pháp bệphản áp
Gia tải phải phù hợp với điều kiện ổn định của nền đắp Phương pháp nàychỉ nên dùng khi chiều cao tới hạn cao hơn nhiều so với chiều cao thiết kế
Hình 2.3 Giải pháp gia tải nền đường đắp cao đầu cầu
Trang 24- Dùng vật liệu nhẹ để đắp nền đường: sử dụng các vật liệu đắp có trọnglượng thể tích nhỏ thì có thể loại trừ các yếu tố bất lợi ản hưởng đến sự ổn địnhcủa nền đắp cũng như giảm nhỏ độ lún.
Hiện nay ở các nước thường dùng:
- Tro bay của nhà máy nhiệt điện để đắp nền trên đất yếu Để dễ đầm nén nênung loại tro bay cỡ hạt từ 0,001 2mm, trong đó lượng hạt < 0,074mm nênchiếm dưới 45% và phải có lượng tổn thất khi nung là dưới 12%, loại nàythường có dung trọng khô là 0,9 1,2T/m3 (tỉ trọng 2,1 2,2T/m3); lực dính
và góc nội ma sát theo kết quả cắt phẳng tương ứng độ chặt 95% ở trạng tháibão hòa là C = 6 20kPa và = 14 33o Trị số môđun đàn hồi có thể lấy từ
25 30Mpa Với tro bay có thể xây dựng theo hai cách:
+ Đắp nền toàn bằng tro bay và dùng loại đất có chỉ số dẻo 6, bọc cảphần đáy nền và cả 2 bên taluy như kiểu đắp cát
+ Đắp xen kẽ cứ hai lớp tro bay (mỗi lớp dày 15 20cm) lại đắp một lớpđất thường, hai bên mỗi lớp đều đắp đất bao loại có tính dính
- Dùng các miếng polistiren có kích thước 0,61,250,5m xếp thành nềnđường, trên đỉnh nền nên rải một lớp bê tông cốt thép dày 10cm để làm tầng bảo
vệ và phân bố đều áp lực Các lớp móng áo đường đặt trên lớp bê tông cốt thépnày
- Ở nhiều nước đã dùng cách xếp ống cống (vuông hoặc tròn) để giảm tảitrọng nền đắp cao nhất là tại các khu vực đầu cầu
2.1.5 Sử dụng vật liệu tăng cường địa kỹ thuật
Nguyên lý của giải pháp này là dùng vải, lưới địa kỹ thuật làm cốt tăngcường ở đáy nền đắp, khu vực tiếp xúc giữa nền đắp và đất yếu Do bố trí cốtnhư vậy khối trượt của nền đắp nếu xảy ra sẽ bị cốt chịu kéo giữ lại nhờ đó tăngthêm mức độ ổn định cho nền đắp Tùy theo lực kéo tạo ra lớn hay nhỏ chiềucao đắp an toàn có thể vượt quá chiều cao đắp giới hạn Hgh nhiều hay ít
Trang 25Tăng cường ổn định bằng giải pháp này này thi công rất đơn giản nhưng chú
ý rằng giải pháp này không có tác dụng giảm lún và do vậy nó chỉ có thể sửdụng một mình khi độ lún trong phạm vi cho phép
Xu thế phát triển của giải pháp này là sử dụng các loại lưới vải địa kỹ thuật
để tăng ma sát giữa đất yếu và lưới (có lợi cho việc tạo ra lực kéo), thậm chíngười ta đã sử dụng cả tầng đệm đáy bằng một lớp lồng cao 1m, các lồng nàybằng lưới địa kỹ thuật kết cấu mạng tổ ong hoặc bằng lưới ô vuông polime mócchặt vào nhau sau đó đổ chặt sỏi cuội, đá vào trong các lồng đó Khi đắp nền đắp
cả khối lồng đá này chìm vào trong đất yếu tạo ra tác dụng chống lại sự phá hoạitrượt trồi
Việc đặt một hoặc nhiều lớp thảm bằng vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹthuật ở đáy của nền đắp đầu cầu sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ
ổn định của nền đường chống lại sự trượt tròn Như vậy có thể tăng chiều caonền đắp đất của từng giai đoạn không phụ thuộc vào sự lún trồi của đất Vải địa
kỹ thuật còn có tác dụng phụ làm cho độ lún của đất dưới nền đắp được đồngđều hơn
Hình 2.4 Sử dụng vải điạ kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định
Trang 26truyền một phần tải trọng của nền đắp lên cọc Kỹ thuật này cho phép cải thiện
độ ổn định và giảm độ lún Biện pháp này thường được sử dụng ở nền đắp củađường vào cầu có móng cọc, các khu vực cục bộ cần phải khống chế chặt chẽ độlún đến vài centimet
Có thể sử dụng tất cả các loại cọc quen thuộc kể cả các cọc nhỏ như cọc tre,cọc cừ tràm Việc chọn cọc phụ thuộc vào tính chất của đất yếu phải vượt qua.Các cọc thường được gắn các tấm nhỏ bê tông cốt thép cách rời nhau để thunhận tải trọng của nền đắp Đôi khi cũng làm một mũ móng liên tục trên cáccọc Có thể rải một lớp thảm vải địa kĩ thuật trên các tấm nhỏ bê tông cố théplàm thành một cột đệm phân bố tải trọng trên các cọc Trên thực tế hiện naythường sử dụng hai giải pháp là sàn bê tông cốt thép tựa trên hệ móng cọc (sàncứng, ngoài ra có thể gọi là sàn truyền tải) và sử dụng lưới địa kỹ thuật kết hợpvới hệ móng cọc (sàn mềm)
2.1.7 Lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc (đắp trên móng cứng)
Dựa trên tính năng làm việc của vải địa kỹ thuật cường độ cao hay lưới địa
kỹ thuật, sự kết hợp giữa các lớp vật liệu tăng cường địa kỹ thuật này với hệmóng cọc phía bên dưới đem lại giải pháp nối tiếp rất tốt giữa cầu và đường ôtô.Tải trọng nền đất đắp và các tải trọng chất thêm trên đường sẽ được truyền lên
hệ móng cọc thông qua hiệu ứng vòm trong đất và sự truyền tải của lớp lưới địa
kỹ thuật
Hình 2.5 Sử dụng giải pháp kết hợp giữa lưới địa kỹ thuật và hệ móng cọc
Trang 27Giải pháp sử dụng lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc này tạo ra kếtcấu nối tiếp giống như sàn truyền tải Hiệu quả của nó mang lại cao do giảiquyết được độ lún tổng thể, hệ thống kết hợp này còn khắp phục tốt vấn đềchênh lệch lún, lưới địa kỹ thuật còn tăng cường khả năng chịu cắt cho nền đất,nâng cao độ ổn định của nền đường đầu cầu Chi phí xây lắp thấp hơn so vớigiải pháp sử dụng sàn bê tông cốt thép trên hệ móng cọc.
Hình 2.6 Cơ chế truyền lực giải pháp kết hợp lưới địa kỹ thuật và hệ móng cọc
Trong quá trình xây dựng nền đường đầu cầu, hệ thống móng cọc sẽ đượcthi công trước, sau đó lưới địa kỹ thuật sẽ được đặt ở vị trí đầu các cọc Tuỳthuộc vào điều kiện địa chất, chiều cao đất đắp nền đường đầu cầu mà chọn sốlớp lưới địa kỹ thuật cho hợp lý, thông thường số lớp lưới địa kỹ thuật lớn hơnmột Khi sử dụng giải pháp này sẽ có sự phân bố lại ứng suất ở phần nền đắp, cơchế truyền tải trọng cũng thay đổi, quá trình ứng xử khác hẳn so với các trườnghợp khác Với một chiều cao đất đắp hợp lý, vòm đất sẽ suất hiện trong nềnđường đắp, toàn bộ tải trọng phía bên trên thông qua vòm đất sẽ được chuyểnxuống đầu cọc rồi truyền xuống tầng đất tốt Lớp lưới địa kỹ thuật sẽ chịu phầntải trọng còn lại (dưới vòm đất) từ đó truyền lên đầu cọc
Qua thực tế về tình hình sử dụng giải pháp kết hợp giữa lưới địa kỹ thuật và
hệ móng cọc ở Hoa kỳ, hiệu quả mang lại rất cao So với phương pháp chỉ sử
Trang 28dụng hệ móng cọc có mũ ở đầu, để thoả mãn yêu cầu đảm bảo an toàn kỹ thuật
về độ lún thì tỉ lệ phủ diện tích bề mặt thông qua mũ cọc thường là 60%-70%,nếu sử dụng phương pháp kết hợp nói trên, tỉ lệ này yêu cầu khoảng 10%-20%.Bên cạnh đó, nếu so sánh với giải pháp sàn bê tông cốt thép trên hệ móng cọc thìgiải pháp này có chi phí xây dựng thấp hơn
2.1.8 Phương pháp TOP – BASE.
2.1.8.1.Giới thiệu chung:
Một phương án móng mới gần đây được gọi là Phương pháp TOP-BASE đãthu hút sự quan tâm của các kỹ sư Nhật Bản và Hàn Quốc Nó được sử dụng trênnền đất yếu để giảm độ lún cố kết và tăng khả năng chịu tải của nền
Phương pháp Top-base là phương pháp đặt các khối bê tông hình phễu trongnền đá dăm lên lớp đất yếu Phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ cho thấy
độ lún cố kết giảm từ 1/10 ÷ 1/2 hoặc nhiều hơn, đồng thời tăng khả năng chịutải của nền từ 50% - 200% hoặc nhiều hơn so với nền đất ban đầu chưa được xửlý
Phương pháp Top-base có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của lớp đấtyếu và làm giảm khả năng giãn nở dẫn đến giảm độ lún móng công trình, vàphân phối ứng suất bên dưới đáy móng đều hơn dẫn đến tăng khả năng chịu lựccủa nền
Do sự gia tăng dân số, sự thiếu thốn về đất đai, và nhu cầu sử dụng đất yếu
để xây dựng công trình đã thúc đẩy các kỹ sư xây dựng tìm ra các giải pháp cảithiện các khu vực nền đất yếu phục vụ công tác xây dựng sao cho tiết kiệm chiphí vật liệu và chi phí xây dựng, phương pháp này chỉ nên dùng cải thiện nền đất
bề mặt và ngay dưới bề mặt
Gần đây, một phương pháp mới được phát minh mà liên kết các khối bêtông hình phễu và đặt chúng lên trên nền đất Các nhóm Top-block có thể được
sử dụng như phương án móng nông để thay thế móng cọc Nó được gọi là
“Móng Top-base” Thực tế cho thấy nhiều công trình xây dựng ứng dụng
Trang 29phương pháp này đem lại hiệu quả mạnh mẽ trong việc giảm độ lún và tăng khảnăng chịu lực của nền đất.
Phương pháp móng cải tiến, Top-base, được sử dụng thành công nhằm cảithiện nền đất yếu trong hơn 10 năm qua tại Hàn Quốc Có 2 loại móng Top-base: loại thứ 1 được đúc sẵn trong nhà máy, loại thứ 2 là đổ bê tông tại chỗ.Mặc dù cả 2 loại móng này có đặc tính như nhau, tuy nhiên phương pháp Top-base đúc tại công trường thi công dễ dàng hơn và chi phí rẻ hơn so với phươngpháp Top-base sản xuất sẵn trong nhà máy Vì vậy, hầu hết các kỹ sư nhận địnhrằng phương pháp móng Top-base đổ tại chỗ mà được phát triển và cải thiện bởicông ty Banseok Top-Base Co., Ltd là phương án móng tối ưu hơn cả
2.1.8.2.Hình dạng và kích thước của Top-Block
Một khái niệm mới của phương pháp Top-base đổ bê tông tại chỗ là sử dụngcác thanh thép nối các Top-block với nhau tạo thành nhóm các Top-block (nốitại vị trí giao giữa phần trụ nón và phần cọc), đổ bê tông vào phễu nhựa, rải đádăm đầm chặt, lắp dựng cốt thép nối phía trên, v.v…, phần trụ nón nghiêng vớiphương ngang 450 có tác dụng phân phối lại ứng suất của tải trọng, và phần mũivát được thiết kế đặc biệt để ngăn cản biến dạng ngang của Top-block
Hình 2.7.Mặt cắt Top-Base
Trang 30Hình 2.8.Kích thước và hình dạng chuẩn của Top-Block
Đây là phương pháp thi công Top-base mới làm giảm chi phí xây dựng dotiết kiệm được thời gian thi công, đơn giản và giảm chi phí vật liệu
Top-Base
2.1.8.3.Ưu điểm về giá thành
Ứng dụng phương án móng Top-base có thể rút ngắn thời gian thi côngmóng công trình chỉ còn 1/2 và chi phí giảm chỉ còn 60% - 70% so với cácphương án móng khác
Trang 312.1.8.4.Tính ưu việt và phạm vi ứng dụng của phương pháp Top-Base
Tính ưu việt của phương pháp Top-base
- Đảm bảo an toàn cho tải trọng đặt trên nền đất yếu
- Giảm độ lún tổng thể và lún lệch của công trình, đồng thời tăng khả năngchịu tải của nền ban đầu
- Hoàn toàn loại bỏ được ảnh hưởng xấu đến việc xây dựng do tiếng ồn vàchấn động gây ra
- Có khả năng thi công ở nơi chật hẹp ngay cả trong công trình đã xây dựng
- Thi công tiện lợi không cần thiết bị đặc biệt
- Giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng
- Thân thiện với môi trường
Phạm vi ứng dụng của phương pháp Top-base
Phương pháp Top-base được áp dụng rộng rãi để xử lý nền cho các côngtrình dân dụng và công nghiệp, các công trình giao thông vận tải và thông tinliên lạc như:
- Công trình liên quan tới bảo vệ môi trường như: bãi san lấp chất thải, nơi xử
lý chất thải
- Nhà dân dụng bao gồm nhà thấp tầng và nhà nhiều tầng
- Nhà công nghiệp
- Bể chứa, bồn chứa và các công trình xử lý nước thải
- Các công trình giao thông và thông tin liên lạc như: đường và các công trìnhliên quan, hệ thống cáp ngầm…
2.2 Các giải pháp cải thiện nền đất yếu trong quá trình xây dựng [5][6][7] 2.2.1 Đào một phần hoặc đào toàn bộ đất yếu (phương pháp thay đất).
Giải pháp này thích hợp lớp đất yếu có bề dày nhỏ hơn vùng ảnh hưởng củatải trọng đắp Việc thay đất là đào bỏ lớp đất xấu để thay bằng đất tốt và đầmchặt Việc thay đất này sẽ khó khăn hơn khi thi công dưới nước (trường hợpthường gặp với than bùn) và thực tế chỉ giới hạn với các chiều sâu đến vài mét
Trang 32Mặt khác việc thay đất cũng thường ảnh hưởng đến môi trường (phải tìm cácchỗ lấy đất và các chỗ đổ đất).
Hình 2.10 Giải pháp thay lớp đất yếu dưới nền đường đắp đầu cầu
Việc thay thế toàn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu có cường độ caohơn và ít biến dạng hơn sẽ khắc phục được toàn bộ hoặc một phần các vấn đề vềlún và ổn định Có thể dùng cọc tre với mật độ 25cây/m² ( hoặc cọc tràm với mật
độ 16cây/m² ) thay thế việc đào bớt lớp đất yếu trong phạm vi bằng chiều dàicọc đóng
2.2.2 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng bấc thấm, giếng
cát).
Những nguyên lý chung của đường thấm thẳng đứng:
- Đường thấm thẳng đứng gồm một cột vật liệu thấm nước và thoát nước tự
do nằm trong một vạch thẳng đứng được tạo thành trong đất yếu và một lớp cátđệm rải trên nền thiên nhiên Chức năng của đường thấm thẳng đứng là làmthành một tuyến thoát nước nhân tạo để tăng nhanh tốc độ cố kết cho đất yếunằm dưới nền đường đắp cao đầu cầu
- Khi chất tải lên lớp đất yếu nước lỗ rỗng chịu một áp lực, sinh ra mộtgradien thủy lực và bị đẩy ra đường giới hạn của lớp đất yếu Nếu không cóđường thấm thẳng đứng thì thời gian nước thấm từ lỗ rỗng chứa nước tới bề mặtthấm nước sẽ chậm hơn thời gian yêu cầu để đạt một độ cố kết cho trước
- Đường thấm thẳng đứng tạo thành một đường thoát nước nhân tạo gần nhấtcủa nước lỗ rỗng để tăng nhanh độ cố kết Để đạt được mục tiêu này phải bố trí
Nền đắp
Thay lớp đất Nền đất
Trang 33khoảng cách của các đường thấm thẳng đứng thích hợp nhằm cho việc thoátnước và cố kết tăng nhanh và cho phép đạt được độ cố kết mong muốn trongthời gian quy định.
- Với một đồ án thiết kế kinh tế và tối ưu thì mối tương quan giữa chiều dàycủa lớp đất yếu, độ thấm thẳng đứng và nằm ngang của nó, khoảng cách vàđường kính giếng cát phải thật rõ ràng Vì vậy mục đích của bản thuyết minhtính toán là phải thỏa mãn các mối tương quan này bằng cách giải thích giếngcát thiết kế thoát nước ra như thế nào
- Cũng cần lưu ý là việc tác dụng tải trọng gia tải phải gây ra một áp lực lớnhơn áp lực nước lỗ rỗng, áp lực chủ động cần thiết để đẩy nhanh việc thoát nước
lỗ rỗng để tăng hiệu suất của đường thấm thẳng đứng
Bố trí các phương tiện thoát nước theo phương thẳng đứng (giếng cát, bấcthấm) nước cố kết ở các lớp sâu trong đất yếu dưới tác dụng của tải trọng đắp sẽ
có điều kiện thoát nước nhanh (thoát nước theo phương nằm ngang ra giếng cáthoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát ra mặt đất tự nhiên) Phương pháp nàythường được áp dụng khi tầng đất yếu có bề dày lớn (vượt quá bề rộng đáy nềnđường) Tuy nhiên để đảm bảo phát huy được hiệu quả thoát nước này thì chiềucao đắp tối thiểu nên là 4m và khi thiết kế cần thoả mãn các điều kiện (theo tiêuchuẩn 22TCN 262-2000 [9] ):
σ vz σ z ( 1 , 2 1 , 5 ) σ pz (1.1)
σ lg ) σ σ lg(
σ lg ) σ σ lg(
η
vz z
vz
pz z
Trang 34Xử lý nền đường bằng giếng cát: Làm các đường thấm bằng vật liệu cátđóng xuống bên dưới nền có tác dụng thoát nước cho nền đường Biện phápthoát nước thẳng đứng bằng giếng cát được áp dụng phổ biến để xử lý đất yếu
có bề dày lớn Giếng cát được dùng bằng cát hạt trung hoặc thô Áp dụng biệnpháp xử lý bằng giếng cát đạt được hai mục đích chính sau:
- Tăng nhanh độ cố kết của nền đất do đó giảm được thời gian lưu tải
- Tăng cường độ của đất nền, đảm bảo độ ổn định của nền đường đắp trên cácđoạn đất yếu
Nhiệm vụ đặt ra là làm thế nào để rút ngắn thời gian lún để đảm bảo tiến độxây dựng, đảm bảo độ lún còn lại sau khi đưa công trình vào sử dụng khôngvượt quá độ lún cho phép Thông thường người ta dùng giếng cát có đường kính
= 30 ÷ 40cm, được đóng vào nền đất bão hoà nước đến độ sâu thiết kế để làmchức năng như những đường thoát nước ngắn nhất, nhằm đẩy nhanh quá trình cốkết nền đất yếu đó Do đó, phương pháp này luôn luôn được kèm thêm một con
đê đắp cát hay tải trọng ngoài chất lên trên bề mặt của tầng đất cần gia cố (gọi làgia tải trước) Lớp đất yếu bão hoà nước càng dày, phương pháp SD càng hiệuquả về độ lún
Tác dụng giếng cát trong xử lý nền:
- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm cho công trình xây dựng ở trênnhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khảnăng biến dạng đồng đều
- Tăng độ ổn định về cường độ của nền đất yếu dưới nền đường do nền thoátnước nhanh, cố kết nhanh Vì vậy đẩy nhanh tiến độ thi công, đảm bảo an toàntrong khai thác sử dụng
Trang 35Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát
Cần lưu ý rằng khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạtđược độ đồng đều của cát trong suốt chiều dài giếng cát, tránh hiện tượng đứtđầu giếng cát dưới tác dụng các loại tải trọng Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát
sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm lượng hữu cơ không lớn (thường
<10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cố kết của đất yếu
Hình 2.12 Xử lý nền đường bằng giếng cát
Trang 36Ưu điểm
- Thi công đơn giản không đòi hỏi phức tạp
- Chất lượng vật liệu thoát nước ổn định
- 40(cm), khoảngcách 1,8m
290.000270.000200.000
mdmdmd
2.2.2.2.Bấc thấm:
Xử lý nền bằng bấc thấm là phương pháp thoát nước thẳng đứng sử dụngvật liệu chế tạo sẳn là bấc thấm Bấc thấm có chất dẽo được bao ngoài bằng vậtliệu tổng hợp với tính chất đặc trưng như sau:
- Cho nước thấm qua lớp bọc ngoài
- Lõi chính là đường tập trung nước và dẫn nước thoát ra ngoài khỏi nền đấtyếu bão hòa Lớp vải địa bọc ngoài có tính năng ngăn cách phần đường dẫn vàmôi trường đất bên ngoài, ngăn không cho các hạt đất len vào trong làm tắcnghẽn
Nguyên tắc cấu tạo xử lí nền đường bằng bấc thấm
Trang 37Hình 2.13 Cấu tạo xử lý nền đắp đường đầu cầu trên đất yếu bằng bấc thấm
Trang 38Giải pháp xử lý đất yếu bằng bấc thấm chỉ phát huy hiệu quả cao ở nhữngkhu vực có bề dày không lớn (thường < 15m) Đối với giải pháp này cần thiết áplực đất đắp hoặc đất yếu đủ lớn để nước trong đất yếu thoát ra ngoài , làm tăngtốc độ cố kết và cường độ đất nền Giải pháp này có ưu điểm là không cần cátlớn trong xử lý Nếu áp dụng giải pháp này cần có điều tra nghiên cứu chi tiết vềđất yếu như hàm lượng hữu cơ, thành phần khoáng hóa của đất vì nếu như đất cóchưa hàm lượng hữu cơ lớn thì khả năng thoát nước từ đất yếu của bấc thấm rấtkhó khăn và hiệu quả không cao Mặt khác thoát nước thẳng đứng bằng bấcthấm cần có thời gian lưu tải tương đối dài để cố kết thấm cũng như phải khốngchế tiến trình đắp.
Ưu điểm
- Máy thi công nhẹ và có thể thi công liên tục
- Không rung và ồn khi thi công
- Chất lượng vật liệu thoát nước ổn định
Trang 39Hình 2.15 Xử lý nền đường bằng bấc thấm kết hợp hút chân không
Giải pháp được thực hiện bằng cách đặt một màng mỏng kín trên mặt đất vàbơm hút chân không Các bơm này được nối với mạng lưới thoát nước ngang vàmột mạng lưới đường thấm thẳng đứng Áp lực nước lỗ rỗng giảm dần và ứngsuất có hiệu trong đất tăng bằng ứng suất tổng Việc tạo chân không này tối đatương đương với 4 mét đất đắp lại giảm được thời gian cố kết và không sợ mất
ổn định của đất dưới tác dụng của tải trọng
2.2.3.1.Ưu điểm
Giảm thời gian gia tải
Máy thi công nhẹ và có thể thi công liên tục
Không rung và ồn khi thi công
Chất lượng vật liệu thoát nước ổn định
2.2.3.2.Nhược điểm
Ít kinh nghiệm cho diện gia tải lớn và chiều dài thoát nước lớn
Ít kinh nghiệm thi công ở Việt Nam hay gặp rủi ro, tốn kém
2.2.3.3.Giá thành
Khoảng 2,3triệu/m2
2.2.4 Gia cố nền đất yếu bằng cọc đất gia cố vôi hoặc xi măng
Cọc trộn dưới sâu là phương pháp mới để gia cố nền đất yếu, sử dụng vậtliệu là xi măng, vôi … làm chất đóng rắn, nhờ vào cần khoan xoắn và thiết bị
Trang 40bơm phụt vữa vào trong đất để trộn cưỡng bức đất yếu với chất đóng rắn (dạngbột hoặc dung dịch), lợi dụng một chuỗi phản ứng hóa học - vật lý xảy ra giữachất đóng rắn với đất, làm cho đất mềm yếu đóng rắn lại thành một thể cọc cótính chỉnh thể.
Hình 2.16 Máy thi công cọc đất gia cố xi măng
Nguyên lý của công nghệ này là dùng các trang thiết bị trộn sâu chuyêndụng (hay phương pháp trộn dưới sâu Deep mixing method - DMM) để trộn đấtyếu tại chỗ với xi măng hoặc vôi và tạo ra các cột đất gia cố xi măng hoặc vôimềm hoặc nửa cứng (là các cột đất có sức chống cắt dưới 150 kPa - theo phânloại cột của Thụy Điển) Các cột này vừa thay thế một phần đất yếu lại vừa chènvao trong đất yếu tạo ra các hạn chế nở hông theo phương ngang đối với đấtyếu, tạo ra lực ma sát giữa cột đất với đất yếu và từ đó tạo ra được sự cùng làmviệc ở một mức độ nhất định giữa cột với đất yếu khi chịu tải trọng đắp phíatrên, tức là tạo ra được một móng làm việc theo nguyên lý '' nền móng phức hợp'' dẫn đến tăng sức chịu tải và giảm độ lún của đất yếu dưới tải trong ngoài, kể cảtrường hợp có độ sâu đến hoặc không đến lớp địa chất chịu lực tốt
Về nguyên lý hình thành cường độ của bản thân các loại cột này thì có thểhiểu đó là nguyên lý gia cố đất với vôi hoặc xi măng dùng trong xây dựng nền
