1.Tình hình xây dựng giao thông hiện nay ở Đồng bằng sông Cửu LongDấu ấn những công trình xác định Đồng bằng sông Cửu Long sẽ là vùng trọng điểm phát triển kinh tế của cả nước, đồng thời để bảo đảm trật tự an toàn xã hội và quốc phòng an ninh, vì vậy mặc dù trong điều kiện đất nước còn nhiều khó khăn, nhưng việc đầu tư kết cấu hạ tầng giao thông của 13 tỉnh, thành phố khu vực Đồng bằng sông Cửu Long những năm qua được quan tâm đáng kể. Mạng lưới đường bộ từng bước được quy hoạch, nâng cấp, xây mới theo dạng ô bàn cờ, bao gồm các trục dọc, ngang và hệ thống đường vành đai liên kết với nhau một cách hợp lý. Nhiều trục Quốc lộ đã và đang được nâng cấp, xây mới, trong đó đáng kể có dự án mở rộng quốc lộ 1A đoạn Trung Lương Cần Thơ; đường cao tốc TP Hồ Chí Minh Trung Lương; tuyến đường Nam sông Hậu, tuyến Quản Lộ Phụng Hiệp,... Nhiều cầu lớn vượt sông trên quốc lộ 1A đã được đầu tư, xây mới như cầu Mỹ Thuận vượt sông Tiền, cầu Cần Thơ vượt sông Hậu, cầu Rạch Miễu nối Tiền Giang với Bến Tre, cầu Chợ Gạo và một số cầu đang triển khai xây dựng: cầu Cổ Chiên, cầu Vàm Cống, cầu Cao Lãnh, cầu Tắc Cậu, cầu Năm Căn... Những cây cầu này xóa đi cảnh chen chúc lộn xộn, mất thời gian, thiếu an toàn tại các bến phà vốn tồn tại hàng thế kỷ nay, đồng thời trở thành điểm tham quan thu hút khách du lịch bởi quy mô và kiến trúc đẹp, hiện đại. Việc quan tâm đầu tư, quy hoạch các sân bay trong vùng trên nguyên tắc bảo đảm kết nối vùng với các sân bay quốc tế và phân bố đều trong khu vực, nhất là các tỉnh nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Đồng bằng sông Cửu Long. Cùng với việc nâng cấp một số hạng mục các cảng hàng không nội địa như: Rạch Giá, Cà Mau, ... cảng hàng không quốc tế Cần Thơ đang khai thác với sức chứa 2,5 triệu hành kháchnăm và có thể khai thác được các loại máy bay lớn như B747, B777. Cảng hàng không quốc tế Phú Quốc cũng đã hoàn thành đây là động lực góp phần đưa Phú Quốc trở thành đặc khu kinh tế hành chính, trung tâm du lịch, nghỉ dưỡng, giao thương quốc gia và quốc tế, trung tâm tài chính, ngân hàng tầm cỡ khu vực và là đầu mối quan trọng về giao thông vận tải nội vùng cũng như giao lưu quốc tế… có đầy đủ điều kiện và sẵn sàng đón nhận tất cả các hãng hàng không trong nước và quốc tế từ châu Âu, Bắc Mỹ, châu Á, châu Úc bay trực tiếp đến đây”. Bước đầu, đường bay TP.HCM Phú Quốc sẽ được VietJetAir khai thác mỗi ngày một chuyến bằng máy bay Airbus A320 mới, với sức chứa 180 hành khách.
Trang 1NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT CẤU Ô NGĂN NEOWEB CHO GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU VÙNG
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
TP Hồ Chí Minh, năm 2014
Trang 2TÓM TẮT NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN
I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sử dụng kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cố
nền đường trên nền đất yếu vùng đồng bằng sông Cửu Long
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cố nềnđường trên nền đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm:
- Tổng quan các công nghệ xử lý nền đất yếu hiện nay
- Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế, quy trình thi công, kiểm tra, nghiệmthu đối với công tác ứng dụng công nghệ kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cốnền đường trên nền đất yếu
- Tìm hiểu ứng dụng công nghệ kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cố nềnđường trên nền đất yếu vào một số dự án cụ thể ở Việt nam
- Rút ra kết luận về khả năng ứng dụng công nghệ ô ngăn Neoweb và đềxuất, kiến nghị
Trang 3MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1.Tình hình xây dựng giao thông hiện nay ở Đồng bằng sông Cửu Long 1
2.Sự cần thiết của đề tài 3
3.Tên đề tài 4
4.Nhiệm vụ nghiên cứu 4
5.Phương pháp nghiên cứu 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ÁP DỤNG CHO XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 6
1.1 Giới thiệu sơ lược về khu vực đồng bằng sông Cửu Long 6
1.1.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên 6
1.1.2 Các nhóm đất chính ở đồng bằng sông Cửu Long 7
1.1.3 Một số khoáng sản chủ yếu ở khu vực 7
1.2 Tổng quan về đất yếu và độ lún của nền đường đắp trên nền đất yếu 8
1.2.1 Khái niệm về đất yếu 8
1.2.2 Sức chịu tải của nền đất 9
1.2.3 Các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu 11
1.2.4 Các nguyên nhân gây ra đất yếu 11
1.2.5 Cách phân loại nền đất yếu 13
1.2.6 Vài nét về đất yếu tại đồng bằng sông Cửu Long 13
1.2.7.Các loại đất yếu thường gặp 16
1.3 Một số giải pháp xử lý nền đất yếu được sử dụng hiện nay 17
1.3.1 Giải pháp đắp theo giai đoạn 18
1.3.2 Giải pháp gia tải trước 20
1.3.3 Giải pháp giảm tải trọng nền đắp 20
1.3.4 Sử dụng lưới hoặc vải địa kỹ thuật 21
1.3.5 Giải pháp sử dụng bấc thấm 23
1.3.6 Giải pháp cọc cát, giếng cát 24
1.3.7 Giải pháp cọc đất gia cố xi măng 27
Trang 41.3.8 Giải pháp Bơm hút chân không 30
1.3.9 Một số giải pháp khác 38
1.3.10 Nhận xét 39
1.4 Kết luận Chương 1 39
CHƯƠNG 2 NGHİÊN CỨU SỬ DỤNG GİẢİ PHÁP Ô NGĂN NEOWEB TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 41
2.1 Giới thiệu về công nghệ Neoweb 41
2.1.1 Đặt vấn đề 41
2.1.2 Tổng quan về công nghệ Neoweb 42
2.1.3 Nguyên lý gia cố của hệ thống gia cố ô ngăn hình mạng Neoweb 45
2.2 Phân tích đánh giá các trường hợp sử dụng vật liệu Neoweb 51
2.2.1 Gia cố kết cấu nền đường 51
2.2.2 Gia cố kết cấu mặt đường 60
2.2.3 Gia cố mái taluy 65
2.2.4 Gia cố tường chắn đất 71
2.3 Đánh giá khả năng áp dụng giải pháp Neoweb xử lý nền đường trên đất yếu cho khu vực đồng bằng sông cửu long 78
2.3.1.Đánh giá sự phù hợp của nền đất với giải pháp sử dụng neoweb 78
2.3.2.Vật liệu 79
2.3.3.Đánh giá điều kiện thi công của nhà thầu việt Nam 80
2.3.4 Phạm vi áp dụng giải pháp 81
2.3.5 Kết luận Chương 2 82
CHƯƠNG 3 YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG GIẢI PHÁP Ô NGĂN NEOWEB 83
3.1 Các yêu cầu kỹ thuật kết cấu 83
3.1.1 Kích thước tiêu chuẩn Hệ thống ô ngăn Neoweb 83
3.1.2 Cường độ mối nối 83
3.1.3 Độ bền 83
3.1.4.Khả năng thoát nước 84
3.1.5.Hệ thống Neo-Anchor 84
Trang 53.1.6.Vật liệu chèn lấp 84
3.2.1 Các yêu cầu về khảo sát phục vụ thiết kế 84
3.2.2 Các tiêu chuẩn tham chiếu 85
3.2.3 Các yêu cầu về thiết kế Neoweb trong gia cố kết cầu mặt đường cấp thấp và móng đường cấp cao 87
3.3 Các yêu cầu công nghệ thi công xây dựng ô ngăn NeowebTM 94
3.3.1 Yêu cầu đối với vật liệu và thiết bị 94
3.3.2 Công nghệ thi công 97
3.4 Các chỉ tiêu kiểm tra và nghiệm thu 100
3.4.1 Kiểm tra trước khi thi công 100
3.4.2 Kiểm tra trong khi thi công 101
3.4.3 Kiểm tra nghiệm thu sau khi thi công 101
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102
1 Kết luận 102
2 Kiến nghị 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO 104
Trang 6DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Các giai đoạn làm việc của nền đất dưới tác dụng của tải trọng tăng
dần 9
Hình 1.2 Sức chịu tải của đất nền 10
Hình 1.3 Nền đường bị trượt trồi do đất yếu 11
Hình 1.4 Một số loại đất yếu theo chỉ tiêu cơ lý 13
Hình 1.5 Một số vùng đất yếu đặc trưng ở Việt Nam 14
Hình 1.6 Đất yếu đặc trưng của ĐBSCL 15
Hình 1.7 Sét yếu ven biển ĐBSCL 15
Hình 1.8 Đất phù sa bồi tích, lở tích 16
Hình 1.9 Đất bùn sét lưu vực sông Mê Kông 16
Hình 1.10 Một số dạng nền đắp mất ổn định 17
Hình 1.11 Lún đường đầu cầu, lún lệch 17
Hình 1.12 Nền đường bị trượt trồi 17
Hình 1.13 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu hiện nay 18
Hình 1.14 Giải pháp đắp nền đường theo từng giai đoạn 18
Hình 1.15 Các đặc trưng tính toán của đất yếu tăng dần 19
theo giai đoạn đắp nền đường 19
Hình 1.16 Giải pháp gia tải nền đường đắp cao 20
Hình 1.17 Biểu đồ gia tải trước 20
Hình 1.18 Mô hình sử dụng vải điạ kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định .21
Hình 1.19 Sử dụng vãi địa kỹ thuật gia cố nền đường trong thực tế 22
Hình 1.20 Mô hình sử dụng bấc thấm ngang thay cho tầng đệm cát 23
Hình 1.21 Thi công bấc thấm xử lý nền trong thực tế 24
Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát 24
Hình 1.23 Thi công cọc đất gia cố xi măng trong thực tế 27
Hình 1.24 Cọc đất gia cố xi măng sau khi thi công xong 30
Hình 1.25 Thi công bơm hút chân không 30
Hình 1.26 Mô hình tính toán 31
Trang 7Hình 1.27 Đồ thị quan hệ giữa cấp gia tải và ứng suất hữu hiệu 33
Hình 1.28 Sơ đồ hoạt nguyên lý của phương pháp chút chân không 34
Hình 2.1 Làm đường trên nền đất yếu và cát 41
Hình 2.2 Mặt đường cấp thấp bị hư hỏng trong điều kiện ẩm ướt 41
Hình 2.3 Mặt đường bị phá hoại do móng đường không đảm bảo cường độ .42
Vấn đề ổn định mái dốc taluy cho các công trình giao thông 42
Hình 2.4 Taluy và mái dốc bị sạt lở, mất ổn định 42
Hình 2.5 Cấu tạo hệ thống các ô ngăn hình dạng Neoweb 43
Hình 2.6 Một số loại Neoweb với vật liệu chèn lấp khác nhau 43
Hình 2.7 Các áp dụng tiêu biểu của công nghệ ô ngăn hình dạng Neoweb 45
Hình 2.8 Mô hình phân bố ứng suất theo vật liệu 45
Hình 2.9 Mô hình làm việc của neoweb với vật liệu 46
Hình 2.10 Sức chịu tải của nền đường thông thường không gia cố 46
Hình 2.11 Sức chịu tải của đất nền được gia cố hệ thống Neoweb 47
Hình 2.12 Ứng suất theo phương ngang tác dụng lên thành ô ngăn Neoweb 47
Hình 2.13 Sức kháng xung quanh ô ngăn Neoweb 47
Hình 2.14 Sức kháng bị động của các ô xung quanh 48
Hình 2.15 Sức kháng ma sát tiếp xúc của thành ô ngăn 48
Hình 2.16 Biểu đồ ứng suất mô men uốn 48
Hình 2.17 Tác dụng của từ biến, mỏi, cường độ mối nối lên ổn định kích thước ngăn 49
Hình 2.18 Lực dính tương đương 50
Hình 2.19 Chống mài mòn xuống cấp vật liệu 50
Hình 2.20 Tăng khả năng thoát nước theo phương ngang 51
Hình 2.21 Biểu đồ sự giảm chiều dày kết cấu áo đường theo tải trọng trục tương đương 51
Hình 2.22 Mặt cắt ngang nền đường đưa ra nghiên cứu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 53
Hình 2.23 Mô hình thí nghiệm và kiểm tra thực nhiệm 54
Hình 2.24 Phân bố ứng suất của nền đất khi chưa chịu tải trọng 54
Trang 8Hình 2.25 Chuyển vị của nền do tải trọng đặt lên 55
Hình 2.26 Sự phân bố ứng suất do tải trọng đặt lên 55
Hình 2.27 Xu hướng dịch chuyển của đất đá do tải trọng đặt lên 55
Hình 2.28 Phân bố ứng suất phân bố khi chưa có tải 56
Hình 2.29 Phân bố ứng suất khi đặt tải 56
Hình 2.30 Xu hướng dịch chuyển của đất đá khi đặt tải 56
Hình 2.31 Chuyển vị của nền khi đặt tải 57
Hình 2.32 Mô hình tính toán với kích thước và tải trọng thay đổi 57
Hình 2.33 Biểu đồ so sánh quan hệ giữa độ lún và tải trọng tác dụng theo kích thước neoweb 58
Hình 2.34: Đường dẫn và sàn công tác cho khai thác dầu tại sa mạc, Canada 59
Hình 2.35: Mô hình gia cố Đường dẫn và sàn công tác cho khai thác dầu tại sa mạc, Canada 60
Hình 2.36 Dự án gia cố lớp móng đường số 6 – Israel 60
Hình 2.37 Kết cấu áo đường cấp phối 61
Hình 2.38 Làm đường tạm đưa thiết bị trên Sa mạc 61
Hình 2.39 Mô hình làm việc của Neoweb khi gia cố đối với vật liệu rời 61
Hình 2.40 Neoweb chống nở hông của vật liệu hạt 62
Hình 2.41 Ma sát thành bên giữa vật liệu rời và vách ngăn Neoweb 62
Hình 2.42 Neoweb tạo phân bố tải trọng ra rộng hơn và giảm độ lún cục bộ 62
Hình 2.43 Cường độ ứng với kết cấu mặt đường khi không gia cố 63
Hình 2.44 Cường độ ứng với kết cấu mặt đường khi không có gia cố 63
Hình 2.45: Tuyến đường số 6, Israel 64
Hình 2.46: Gia cố phủ xanh mái taluy đất 65
Hình 2.47: Gia cố phủ xanh mái taluy đá hay bêtông hoặc trên màng chống thấm không được phép đóng cọc neo 66
Hình 2.48: Kết hợp gia cố phủ mặt và gia cố bên trong để tăng cường sự ổn định của mái taluy 66
Hình 2.49: Kiểm toán ổn định tổng thể mái dốc 67
Trang 9Hình 2.50: Kiểm toán ổ định mái dốc đạt hệ số an toàn 67
Hình 2.51: Lực gây trượt do tải trọng lớp phủ mái dốc 68
Hình 2.52: Sức kháng mà sát giữa hệ thống Neoweb và đất nền 67
Hình 2.53: Lực giữ ở trên đáy mái dốc 68
Hình 2.54: Lực giữ do hệ thống dây chằng 68
Hình 2.55: Mô hình tính toán kiểm tra sự ổn định của vật liệu chèn lấp 69
Hình 2.56a: Một số hình ảnh thi công hệ thống Neoweb tại Bán đảo Sơn Trà .70
Hình 2.56b: Một số hình ảnh thi công hệ thống Neoweb tại Bán đảo Sơn Trà .71
Hình 2.57: Tường chắn trọng lực phù hợp với chiều cao tường H=1÷4m 72
Hình 2.58: Tường chắn gia cố phù hợp với chiều cao tường H=3÷12m 72
Hình 2.59: Kết hợp kết cấu tường chắn Neoweb và neo đất để gia cố các mái đá, độ dốc lớn 73
Hình 2.60: Tường chắn trọng lực 73
Hình 2.61: Tường chắn gia cố 74
Hình 2.62: Mất ổn định trượt sâu trường hợp tường chắn trọng lực 74
Hình 2.63: Các trường hợp mất ổn định khối Tường chắn trọng lực Neoweb (Trái: Mất ổn định trượt ngang giữa các lớp Neoweb; Phải: Mất ổn định lật) 74
Hình 2.64: Các trường hợp mất ổn định khối Tường chắn gia cố Neoweb (Trái: Mất ổn định trượt ngang do tụt neo gia cố; Giữa: Mất ổn định trượt ngang do đứt neo gia cố; Phải: Mất ổn định trượt ngang giữa các lớp Neoweb) .75
Hình 2.65: Các trường hợp mất ổn định cục bộ Tường chắn gia cố Neoweb (Trái: Mất ổn định do Tường mất liên kết; Phải: Mất ổn định do Tường bị đẩy trồi) 75
Hình 2.66: Mặt cắt ngang điển hình thiết kế tường chắn Neoweb 76
Hình 2.67: Tường chắn Neoweb tại Lâm Đồng, Việt Nam 78
Hình 3.1 Kết cấu Neoweb gia cố mặt đường cấp thấp 86
Hình 3.2 Kết cấu Neoweb gia cố móng đường cấp cao 86
Trang 10Hình 3.3 Các bước công nghệ thi công sử dụng Neoweb cho xây dựng mặt và
móng đường 99
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất yếu 11
Bảng 3.1 Một số chỉ tiêu kỹ thuật ứng với mỗi loại Neoweb .82
Bảng 3.2 Cường độ mối nối ứng với chiều cao thành Neoweb 82
Bảng 3.3 Bảng xác định mật độ lưu lượng xe phân loại 90
Bảng 3.4 Bảng xác định hệ số tăng sức chịu tải (SIF) 90
Bảng 3.5 Bảng xác định hệ số gia cố nền (MIF) 91
Bảng 3.6 Bảng lựa chọn loại Neowebtheo tính chất và mục đích sử dụng 93
Bảng 3.7 Một số chỉ tiêu kỹ thuật Neoweb áp dụng cho gia cố mặt đường cấp thấp và móng đường cấp cao 94
Bảng 3.8 Đặc tính cơ lý về độ cứng và cường độ Neoweb 94
Bảng 3.9 Bảng lựa chọn ghim nối ứng với chiều cao Neoweb 96
Bảng 3.10 Bảng chọn khoản cách cọc neo ứng với từng loại Neoweb 97
Trang 11MỞ ĐẦU
1 Tình hình xây dựng giao thông hiện nay ở Đồng bằng sông Cửu Long
Dấu ấn những công trình xác định Đồng bằng sông Cửu Long sẽ là vùngtrọng điểm phát triển kinh tế của cả nước, đồng thời để bảo đảm trật tự antoàn xã hội và quốc phòng an ninh, vì vậy mặc dù trong điều kiện đất nướccòn nhiều khó khăn, nhưng việc đầu tư kết cấu hạ tầng giao thông của 13 tỉnh,thành phố khu vực Đồng bằng sông Cửu Long những năm qua được quan tâmđáng kể
Mạng lưới đường bộ từng bước được quy hoạch, nâng cấp, xây mới theodạng "ô bàn cờ", bao gồm các trục dọc, ngang và hệ thống đường vành đailiên kết với nhau một cách hợp lý Nhiều trục Quốc lộ đã và đang được nângcấp, xây mới, trong đó đáng kể có dự án mở rộng quốc lộ 1A đoạn TrungLương - Cần Thơ; đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Trung Lương; tuyếnđường Nam sông Hậu, tuyến Quản Lộ - Phụng Hiệp, Nhiều cầu lớn vượtsông trên quốc lộ 1A đã được đầu tư, xây mới như cầu Mỹ Thuận vượt sôngTiền, cầu Cần Thơ vượt sông Hậu, cầu Rạch Miễu nối Tiền Giang với BếnTre, cầu Chợ Gạo và một số cầu đang triển khai xây dựng: cầu Cổ Chiên, cầuVàm Cống, cầu Cao Lãnh, cầu Tắc Cậu, cầu Năm Căn Những cây cầu nàyxóa đi cảnh chen chúc lộn xộn, mất thời gian, thiếu an toàn tại các bến phàvốn tồn tại hàng thế kỷ nay, đồng thời trở thành điểm tham quan thu hútkhách du lịch bởi quy mô và kiến trúc đẹp, hiện đại Việc quan tâm đầu tư,quy hoạch các sân bay trong vùng trên nguyên tắc bảo đảm kết nối vùng vớicác sân bay quốc tế và phân bố đều trong khu vực, nhất là các tỉnh nằm trongvùng kinh tế trọng điểm Đồng bằng sông Cửu Long Cùng với việc nâng cấp
Trang 12một số hạng mục các cảng hàng không nội địa như: Rạch Giá, Cà Mau, cảng hàng không quốc tế Cần Thơ đang khai thác với sức chứa 2,5 triệu hànhkhách/năm và có thể khai thác được các loại máy bay lớn như B747, B777.Cảng hàng không quốc tế Phú Quốc cũng đã hoàn thành đây là động lực gópphần đưa Phú Quốc trở thành đặc khu kinh tế hành chính, trung tâm du lịch,nghỉ dưỡng, giao thương quốc gia và quốc tế, trung tâm tài chính, ngân hàngtầm cỡ khu vực và là đầu mối quan trọng về giao thông vận tải nội vùng cũngnhư giao lưu quốc tế… có đầy đủ điều kiện và sẵn sàng đón nhận tất cả cáchãng hàng không trong nước và quốc tế từ châu Âu, Bắc Mỹ, châu Á, châu
Úc bay trực tiếp đến đây” Bước đầu, đường bay TP.HCM - Phú Quốc sẽđược VietJetAir khai thác mỗi ngày một chuyến bằng máy bay Airbus A320mới, với sức chứa 180 hành khách
Cùng với đường bộ, đường hàng không, hệ thống đường sông Đồngbằng sông Cửu Long đã và đang được đầu tư nâng cấp một cách đáng kể, nhấtlà các tuyến sông chính, kết hợp với hệ thống đường thủy do các địa phươngquản lý đã góp phần nâng cao khả năng kết nối khu vực với các cảng sông,biển Từ TP Hồ Chí Minh, bằng phương tiện thủy, hàng hóa và hành khách cóthể đi qua Đồng Tháp Mười và tứ giác Long Xuyên đến Hà Tiên, Cà Mau Nông sản hàng hóa vùng ĐBSCL sẽ đến nhanh hơn với các trung tâm kinh tếlớn của cả nước
Bên cạnh những công trình giao thông đã được đưa vào sử dụng đúnghoặc vượt tiến độ, góp phần tạo đà cho vùng Đồng bằng sông Cửu Long pháttriển, thực tế cho thấy cơ sở hạ tầng giao thông vẫn chưa đáp ứng với nhu cầu
để phát huy thế mạnh của vùng và đang là "điểm nghẽn" của quá trình pháttriển Một số công trình quan trọng có tính chất động lực phát triển vùng tiếnđộ thực hiện còn chậm so với kế hoạch đã đề ra, như tuyến đường cao tốcTrung Lương - Cần Thơ; đường Hồ Chí Minh; Quốc lộ 1A đoạn Cần thơ –Năm Căn (Cà Mau) có mặt cắt ngang hẹp, chưa đáp ứng; nhiều cầu yếu trênmột số tuyến quốc lộ, nhất là Quốc lộ 1A chưa được đầu tư nâng cấp nên hạnchế về lưu lượng và tải trọng khai thác
Trang 13Do khó khăn về vốn nên vẫn còn khoảng cách khá lớn giữa nhu cầu đầu
tư và khả năng nguồn lực Trong khi tổng mức đầu tư các dự án trong khu vựcnày rất lớn, nhưng mức thu phí giao thông thấp Cũng vì các công trình hạtầng giao thông hầu hết đều không mang lại lợi nhuận nên việc kêu gọi đầu tư
tư nhân khó khăn, còn nhà đầu tư nước ngoài thì chưa sẵn sàng tham gia Đặcbiệt sự biến động giá cả nguyên vật liệu và sự khan hiếm vật tư trong khu vựckhiến giá thành tăng cao, nhiều loại gấp hai, ba lần nơi khác, cộng với vướngmắc trong giải phóng mặt bằng khiến nhiều dự án kéo dài, làm chậm tiến độcông trình
Xây dựng giao thông ở Đồng bằng sông Cửu Long khó nhất là thiếu vậtliệu xây dựng Toàn vùng chỉ tỉnh An Giang có mỏ đá đạt chuẩn phục vụ thicông đường, nhưng không phải đơn vị nào cũng mua được, do đó nhiều doanhnghiệp phải về tận Đồng Nai, thậm chí phải sang tận Cam-Pu-Chia cách xacông trình hàng trăm cây số để mua cát, đá và vận chuyển đến công trình chủyếu bằng đường thủy cho nên giá thành cao; mặt khác trước diễn biến phứctạp của biến đổi khí hậu, tình trạng lũ sớm, ngập lụt kéo dài, nước biển dângtại khu vực ĐBSCL diễn ra ngày càng phức tạp, đã ảnh hưởng trực tiếp đếncác công trình giao thông, ở khu vực này
Để bảo đảm chất lượng, tuổi thọ và cảnh quan công trình của vùng, việcứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghệ mới cần được đặc biệt quantâm trong xây dựng công trình, nhất là trong khâu xử lý nền đất yếu Tùy theođặc điểm từng vùng trong khu vực Đồng bằng sông Cửu Long để lựa chọn kếtcấu phù hợp sao cho vừa giảm vốn đầu tư, vừa khai thác triệt để nguồnnguyên vật liệu sẵn có và lực lượng lao động tại địa phương để giảm giáthành công trình Kết hợp chặt chẽ giữa quy hoạch giao thông - xây dựng vàthủy lợi, bảo đảm sao cho mỗi con đường, cây cầu vừa là tuyến đường giaothông thuận tiện, nhưng cũng là những công trình thủy lợi góp phần ngăn lũ
về, chặn nước mặn xâm nhập, bảo đảm an toàn cho hàng chục triệu người dânvùng Đồng bằng sông Cửu Long có thể "sống chung với lũ"
2 Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu
Trang 14Việc xây dựng các công trình ở khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long hầunhư có cùng đặc điểm chung là xây dựng công trình trên nền đất yếu Đối vớinước ta là nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóadiễn ra ngày càng mạnh mẽ đòi hỏi các nhà khoa học phải đương đầu vớihàng loạt các vấn đề xây dựng các công trình lớn, các tuyến đường cao tốc,đường quốc lộ, tỉnh lộ, đường đô thị, các nhà máy sản xuất công nghiệp nặngtrên nền đất yếu, khắc phục các sự cố công trình do nền đất bên dưới côngtrình gây ra,….Tất cả những vấn đề này là động lực thúc đẩy sự nghiên cứuvà phát triển các kỹ thuật mới để xử lý nền đất yếu nhằm gia tăng sức chịu tải,rút ngắn thời gian lún của nền đất yếu
Hiện nay, ở Việt Nam việc giải quyết vấn đề xử lý nền đất yếu cho cáccông trình xây dựng nói chung và xây dựng giao thông nói riêng là một vấn
đề rất được quan tâm của các Bộ, Ngành, địa phương và các chuyên gia trongcác lĩnh vực xây dựng kết câu hạ tầng Với điều kiện địa chất phân bố rấtphức tạp, đặc biệt là vùng đồng bằng Sông Cửu Long Trong giai đoạn hiệnnay để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, thì việc sử dụng một nguồn vốn lớndành cho cơ sở hạ tầng như: sân bay, bến cảng, các tuyến đường cao tốc,đường quốc lộ, tỉnh lộ, các nhà máy, các công trình thủy lợi,…chiếm một tỷtrọng lớn trong tổng GDP của quốc gia Việc các công trình, dự án này đượcđưa vào sử dụng đúng tiến độ, đạt chất lượng sẽ là một nhân tố tích cực gópphần phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia
Hiện nay, tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long đã và đang sử dụngtương đối có hiệu quả một số giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng côngtrình giao thông như: bấc thấm, vãi địa kỹ thuật, cọc cát, cọc đất gia cố ximăng, bơm hút chân không, )
Trong luận văn này sẽ giới thiệu cơ sở tính toán, ứng dụng thêm mộtgiải pháp mới đó là sử dụng giải pháp ô ngăn Neoweb cho xây dựng nềnđường trên đất yếu
3 Tên đề tài: “Nghiên cứu sử dụng kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cố
nền đường trên nền đất yếu vùng đồng bằng sông Cửu Long” là một nội
Trang 15dung cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiển mà thực tế đang đòi hỏi tạicác công trình xây dựng nói chung, công trình giao thông nói riêng đang hoặc
sẽ xây dựng ở nước ta áp dụng trong thời gian tới.
4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cố nềnđường trên nền đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm:
- Tổng quan các công nghệ xử lý nền đất yếu hiện nay
- Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế, quy trình thi công, kiểm tra, nghiệmthu đối với công tác ứng dụng công nghệ kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cốnền đường trên nền đất yếu
- Tìm hiểu ứng dụng công nghệ kết cấu ô ngăn Neoweb cho gia cố nềnđường trên nền đất yếu vào một số dự án cụ thể ở Việt nam
- Rút ra kết luận về khả năng ứng dụng công nghệ ô ngăn Neoweb và đềxuất, kiến nghị
5 Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tìm hiểu, thu thập, tổngquan giải pháp ô ngăn Neoweb Nghiên cứu cơ chế làm việc cuau các chi tiếtkết cấu, cơ sở tính toán sức chịu tải Nghiên cứu khả năng ứng dụng giải pháp
xử lý nền, móng đường trong điều kiện nền đất yếu của khu vực đồng bằngsông cửu long
Trang 16CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ÁP DỤNG CHO XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
1.1 Giới thiệu sơ lược về khu vực đồng bằng sông Cửu Long
1.1.1 Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên
Đồng bằng sông Cửu Long là một vùng cực Nam của Việt Nam, cònđược gọi là vùng đồng bằng Nam Bộ, có 1 thành phố trực thuộc Trung ươngvà 12 tỉnh (thành phố Cần Thơ, các tỉnh: An Giang, Bến Tre, Bạc Liêu, CàMau, Đồng Tháp, Hậu Giang, Kiên Giang, Long An, Sóc Trăng, Tiền Giang,Trà Vinh và Vĩnh Long)
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam năm 2011, tổng diện tíchcác tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long là 40.548,2 km² và tổng dân số củacác tỉnh trong vùng khoảng 17,30 triệu người
Các điểm cực của đồng bằng trên đất liền, điểm cực Tây 106°26´(xã MĩĐức, thị xã Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang), cực Đông ở 106°48´(xã Tân Điền,huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang), cực Bắc ở 11°1´B (xã Lộc Giang,huyện Đức Hoà, tỉnh Long An) cực Nam ở 8°33´B (xã Đất Mũi, huyện Ngọc
Trang 17Hiển, tỉnh Cà Mau) Ngoài ra còn có các đảo xa bờ của Việt Nam như đảoPhú Quốc, đảo Thổ Chu, hòn Khoai, hòn chuối
Đồng bằng sông Cửu Long có vị trí nằm liền kề với vùng Đông Nam Bộ,phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam làBiển Đông
Vùng đồng bằng sông Cửu Long được hình thành từ những trầm tích phù
sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua từng giaiđoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo bờ biển Những hoạtđộng hỗn hợp của sông và biển đã hình thành những vạt đất phù sa phì nhiêudọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số giồng cát ven biển và đất phèn trêntrầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác LongXuyên – Hà Tiên, Tây Nam sông Hậu và bán đảo Cà Mau
Theo công bố của Bộ Tài nguyên và Môi trường (Việt Nam), khoảng40% diện tích vùng đồng bằng sông Cửu Long có thể bị ngập trong nước dobiến đổi khí hậu
1.1.2 Các nhóm đất chính ở đồng bằng sông Cửu Long
- Đất phù sa sông (1,2 triệu ha): Các loại này tập trung ở vùng trung tâmkhu vực Chúng có độ phì nhiêu tự nhiên cao và không có các yếu tố hạn chếnghiêm trọng nào Nhiều loại cây trồng có thể canh tác được trên nền đất này
- Đất phèn (1,6 triệu ha): Các loại đất này được đặc trưng bởi độ axitcao, nồng độ độc tố nhôm tiềm tàng cao và thiếu lân Nhóm đất này cũng baogồm cả các loại đất này cũng bao gồm cả các loại đất phèn nhiễm mặn nặngvà trung bình Các loại đất phèn tập trung tại Đồng Tháp Mười và Tứ GiácLong Xuyên còn các loại đất phèn mặn tập trung tại vùng trung tâm bán đảoCà Mau
- Đất nhiễm mặn (0,75 triệu ha): Các loại đất này chịu ảnh hưởng củanước mặn vào mùa khô Các vùng đất này khó có thể được cung cấp nướcngọt Hiện nay lúa được trồng vào mùa mưa và ở một số khu vực nuôi tômtrong mùa khô
Trang 18- Các loại đất khác (0,35 triệu ha): Gồm đất than bùn (vùng rừng UMinh), đất xám trên phù sa cổ (cực Bắc của Đồng bằng sông Cửu Long) vàđất đồi núi (phía Tây - Bắc Đồng bằng sông Cửu Long).
Nhìn chung ở đồng bằng sông Cửu Long rất thuận lợi cho phát triểnnông nghiệp không có hạn chế lớn Tuy nhiên, phát triển xây dựng côngnghiệp, giao thông, bố trí dân cư thì gặp nhiều khó khăn, do nền đất yếu vàthấp nên để cần phải xử lý gia cố, bồi đắp nâng nền, cần đòi hỏi chi phí rấtlớn
1.1.3 Một số khoáng sản chủ yếu ở khu vực
Đá vôi có trữ lượng khoảng 130 đến 440 triệu tấn; Đá Granit, Andesit cókhoảng 450 triệu m3; Sét gạch ngói có trữ lượng đến 40 triệu m3; Cát sỏi cótrữ lượng đến 10 triệu m3/năm
1.2 Tổng quan về đất yếu và độ lún của nền đường đắp trên nền đất yếu 1.2.1 Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là các loại đất có thể có nguồn gốc khác nhau (khoáng vật hoặchữu cơ) và điều kiện hình thành khác nhau (trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm
hồ, đồng bằng tam giác châu thổ hoặc hình thành do đất tại chỗ ở những vùngđầm lầy có mực nước ngầm cao, có nước tích đọng thường xuyên ) nhưngđều có chung các đặc trưng dưới đây:
+ Cường độ chống cắt (c,) nhỏ và thường tăng lên theo độ sâu
+ Biến dạng nhiều (lún nhiều) khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài vàmức độ biến dạng phụ thuộc thời gian chất tải
+ Tính thấm nước kém (hệ số thấm nhỏ) và thay đổi theo sự biến dạngcủa đất yếu
+ Hệ số rỗng lớn
+ Đất ở trạng thái bão hòa hoặc gần bão hòa
Ở nước ta định nghĩa và phân loại đất yếu đã được đề cập ở “Qui trìnhkhảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000” Cụ thểnhư sau:
Trang 19 Loại có nguồn gốc khoáng vật (sét hoặc á sét trầm tích trongnước có thể lẫn hữu cơ) Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ởtrạng thái tự nhiên, độ ẩm tự nhiên của chúng Wtn gần bằng hoặc lớn hơn giớihạn chảy Wch, hệ số rỗng lớn (sét có hệ số rỗng (e) 1,5; á sét có e1), lựcdính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 15kPa trở xuống, góc nội
ma sát từ 010o hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường
Cu35kPa Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếudưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e>1,0 độ bão hòa G>0,8)
Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn), hàm lượng hữu cơ chiếmtới 2080%, được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sứcchống cắt của chúng cũng đạt trị số như loại có nguồn gốc khoáng vật nóitrên
1.2.2 Sức chịu tải của nền đất
Khi xây dựng công trình trên nền đất thì đã truyền lên nền đất một tảitrọng (tải trọng bản thân công trình và tải trọng khai thác), khi giá trị tải trọngnày nhỏ hơn một giá trị tải trọng giới hạn nào đó pgh(II) thì nền đất có thể chịuđược, có thể đảm bảo công trình hoạt động bình thường và lâu dài Tải trọng
đó gọi là khả năng mang tải của nền đất hay còn gọi là sức chịu tải của đấtnền
Hình 1.1 Các giai đoạn làm việc của nền đất dưới tác dụng
của tải trọng tăng dần
pgh(I) pgh(II)
Trang 20Trong các công trình nền đường ôtô thì sức chịu tải là khả năng của nềnđất thiên nhiên có thể chịu được trọng lượng bản thân của phần tải trọng đắpđất phía trên và tải trọng của các phương tiện giao thông trong quá trình khaithác.
Yêu cầu của các công trình xây dựng nói chung và công trình đường nóiriêng là phải đảm bảo ổn định xuyên suốt trong thời gian tồn tại của côngtrình Nhưng trong thực tế hiện nay tải trọng chất thêm của công trình lên nềnđất là tương đối lớn và sức chịu tải của nền đất dưới chân các công trìnhtương đối nhỏ; đặc biệt các loại đất yếu thì sức chịu tải của nó rất nhỏ và rất
dễ mất ổn định Do vậy, để đảm bảo độ ổn định và tuổi thọ của công trình xâydựng chúng ta cần tiến hành xử lý, cải tạo các tính chất cơ lý và làm tăng khảnăng chịu tải của đất nền
Một số hình ảnh minh họa (Hình 1.2; Hình 1.3)
a) Nền đất đủ sức chịu tải
CT Xây dựng nhân tạo
Đất nền nền nên nnền nnnnênề
n Ổn định
Trang 21b) Nền đất không đủ sức chịu tải Hình 1.2 Sức chịu tải của đất nền
Hình 1.3 Nền đường bị trượt trồi do đất yếu
1.2.3 Các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu
Tham khảo một số đặc trưng cơ lí của đất yếu đã tổng kết ở Trung Quốc
được thể hiện ở bảng sau:
Hàm lượng hữu
cơ (%)
Hệ số nén chặt (MPa -1 )
Hệ số thấm K (cm/s)
Cường độ
cắt cánh
Trị số xuyên tiêu chuẩn
Mất ổn định Đất nền
CT Xây dựng nhân tạo
Trang 22< 1.10 -3
<10 <20 Than
Bảng 1.1 Các đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất yếu Ghi chú:
W ch : độ ẩm giới hạn chảy của đất;
N 63,5 : số nhát đập với quả tạ 63,5 kg để ống tiêu chuẩn xuyên được 30 cm; Hệ số nén chặt ở đây là tương ứng với khoảng áp lực nén từ 1 2 kG/cm 2
1.2.4 Các nguyên nhân gây ra đất yếu
Nguyên nhân gây ra đất yếu có thể qui về ba nhóm chính:
a) Nhóm 1: Yếu vì kết cấu
Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá cuội, đátảng Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải trọngnhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớnhơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ sập như đập Malpasset ởPháp Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập một vài
mỏ khai thác đá ở Việt nam trong những năm gần đây có thể tính một phần là
do yếu tố này Cũng có trường hợp đất sét tạo gối nước trong lòng đất, côngtrình đặt lên làm nền đất biến dạng từ từ, hoặc khoan cọc móng tại vùng địachất bên cạnh, dẫn tới nứt ra những khe ngang làm nước thoát đi, độ lún biếnđổi đột ngột, một số nhà cao tầng ở Thành phố Hồ Chí Minh có thể tính mộtphần là vì lí do này mà lún sập
b) Nhóm 2: Yếu do độ ẩm
Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tạidưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết Đây là các tác nhân chính gây rahiện tượng đàn hồi thủy lực và tính nén của đất Các nhân tố này gây ra sựkhó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố
Trang 23Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùngrừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên biển.c) Nhóm 3: Yếu do đặc tính sinh hóa.
Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đã được gia cố.Trãi qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa học trongthành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh vật, đất
đã được gia cố trở nên yếu đi Đây là một vấn đề tương đối khó khăn đối vớicác công trình sử dụng biện pháp hóa học để gia cố đất như xi măng, thủytinh…
1.2.5 Cách phân loại nền đất yếu
Hình 1.4 Một số loại đất yếu theo chỉ tiêu cơ lý
Cách phân biệt nền đất yếu ở trong nước cũng như ở nước ngoài đều cócác tiêu chuẩn cụ thể để phân loại nền đất yếu
a) Theo nguyên nhân hình thành, gồm: 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 trongnước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng
Trang 24- Loại có nguồn gốc hữu cơ: hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọngthường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thốirữa phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật.
b) 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 củachúng 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
1.2.6 Vài nét về đất yếu tại đồng bằng sông Cửu Long
Nền đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven sông,biển) … 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 nướckém, … khi xây dựng công trình trên loại đất này dễ bị lún sụt
Trang 25Hình 1.5 Một số vùng đất yếu đặc trưng ở Việt Nam
(Vùng Đồng bằng Sông Hồng và vùng Đồng bằng sông Cửu Long)
Trang 26Hình 1.6 Đất yếu đặc trưng của ĐBSCL
Hình 1.7 Sét yếu ven biển ĐBSCL
Trang 27Hình 1.8 Đất phù sa bồi tích, lở tích
Hình 1.9 Đất bùn sét lưu vực sông Mê Kông
1.2.7 Các loại đất yếu thường gặp
- Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng tháibão hòa nước, có cường độ thấp
- Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rấtmịn (<200m) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặtchịu lực
- Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành doviệc phân hủy các chất hữu cơ 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 chặthoặc pha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sangtrạng thái chảy gọi là cát chảy
Trang 28Hình 1.10 Một dạng nền đắp mất ổn định
Hình 1.11 Lún đường đầu cầu, lún lệch
Hình 1.12 Nền đường bị trượt trồi
1.3 Một số giải pháp xử lý nền đất yếu được sử dụng hiện nay
Để đảm bảo ổn định và tăng khả năng chịu tải của nền đất yếu người ta
sử dụng các giải pháp xử lý nền đất yếu nhằm cải tạo tính chất làm việc củanền đất yếu, làm tăng độ ổn định và thoả mãn các yêu cầu làm việc của côngtrình Các giải pháp xử lý nền được chia làm hai nhóm, thể hiện ở hình vẽsau:
Trang 29Hình 1.13 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu hiện nay
Chú ý: Tuy được phân loại như trên nhưng trên thực tế người ta còn sử
dụng phương pháp tổng hợp gồm đồng thời 2 hoặc nhiều giải pháp khác nhau
để đạt được các yêu cầu về ổn định, về lún và về thời hạn thi công cụ thểđược đặt ra
1.3.1 Giải pháp đắp theo giai đoạn
Hình 1.14 Giải pháp đắp nền đường theo từng giai đoạn
Trang 30- Nguyên lý: Nền đường được đắp trực tiếp trên nền đất yếu có khống
chế tốc độ đắp (đắp theo giai đoạn)
Việc đắp nền đường trực tiếp trên đất yếu chỉ đảm bảo ổn định được khichiều cao đất đắp (bao gồm cả phần đắp dự phòng lún) chiều cao đắp giớihạn Hgh Vì vậy đắp dần theo giai đoạn (vừa đắp vừa chờ) là lợi dụng tối đaquãng thời gian thi công cho phép để tăng chiều cao đất đắp trực tiếp lên Hgh
+ Giai đoạn I: đắp HghI , duy trì tải trọng đắp trong một thời gian t1 nhấtđịnh để chờ đất yếu phía dưới cố kết (sức chống cắt lớn lên)
+ Giai đoạn II: tăng chiều cao đắp lên HghII cứ tiếp tục như vậy cho đếnyêu cầu thiết kế
Trong quá trình đắp, nhiều tư vấn nước ngoài đã khống chế tốc độ đắptrung bình là 5cm/ngày với một số dự án qua vùng đất yếu ở Việt Nam đểđảm bảo an toàn
Hình 1.15 Các đặc trưng tính toán của đất yếu tăng dần
theo giai đoạn đắp nền đường
Trang 311.3.2 Giải pháp gia tải trước
Hình 1.16 Giải pháp gia tải nền đường đắp cao
- Nguyên lý: Đắp thêm một chiều cao đắp vượt quá chiều cao đắp thiết
kế và duy trì trong thời gian t bằng độ lún cần đạt được đối với nền đắp thiết
kế, sau khi đạt được mục đích này thì dỡ bỏ phần đắp thêm đó
+ Để có hiệu quả thông thường chiều cao đắp thêm không nhỏ quá(thường 23m), thời gian duy trì tải trọng ít nhất là 6 tháng Phần đắp gia tảitrước không cần đầm nén và có thể dùng cả đất xấu lẫn hữu cơ
+ Chú ý kiểm toán sự ổn định nền đắp khi có thêm tải trọng đắp gia tảitrước, chiều cao nền đắp và phần đắp thêm không được vượt quá Hgh
Hình 1.17 Biểu đồ gia tải trước
1.3.3 Giải pháp giảm tải trọng nền đắp
- Nguyên lý: Sử dụng các vật liệu nhẹ để đắp nền đường vì vậy đảm bảođược ổn định và giảm lún
Trang 32- Vật liệu nhẹ dùng đắp nền đường cần phải có các đặc điểm sau:
+ Dung trọng nhỏ
+ Có cường độ cơ học nhất định
+ Không ăn mòn bê tông và thép
+ Có mô đun đàn hồi lớn nhất định
+ Không gây ô nhiễm môi trường
- Người ta đã sử dụng một số vật liệu sau để đắp nền đường:
+ Tro bay: của nhà máy nhiệt điện, cỡ hạt từ 0,001 đến 2mm, trong đóhạt chiếm 0,074mm chiếm dưới 45% Có dung trọng khô là 0,91,2 T/m3 (tỉtrọng 2,12,2 T/m3) Lực dính và góc nội ma sát theo kết quả cắt phẳngtương ứng với độ chặt 95% ở trạng thái bão hòa là C=620kPa và =1433o.Trị số mô đun đàn hồi từ 2535 MPa
+ Các miếng polistyren : có kích thước 0,61,250,5 m xếp thành nềnđường Trên đỉnh nền rải một lớp BTCT dày 10cm để bảo vệ và phân bố áplực đều ra Các lớp áo đường đặc trên lớp BTCT này
+ Bê tông xenlulô: đã được sử dụng ở Canada, Mỹ, Thụy Sỹ
Ở nhiều nước đã dùng cách xếp ống cống (BTCT hay kim loại) để giảmtải trọng nền đắp cao, nhất là tại khu vực đầu cầu
1.3.4 Sử dụng lưới hoặc vải địa kỹ thuật
Hình 1.18 Mô hình sử dụng vải điạ kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định
O (Tâm trượt nguy hiểm) nhất)
R R
Trang 33- Nguyên lý: Sử dụng vải, lưới địa kỹ thuật làm cốt tăng cường ở khu vựcđáy nền đắp (khu vực tiếp xúc giữa nền đắp và đất yếu) Kết quả nghiên cứucho thấy đối với khu vực quanh Sài Gòn và các tỉnh Bến Tre, Bạc Liêu, CàMau, Sóc Trăng, Tiền Giang, Vĩnh Long việc sử dụng vải địa kỹ thuật rẻchỉ bằng 1/32/3 lần nếu dùng giải pháp đắp bệ phản áp với cùng kết quảđảm bảo mức độ ổn định như nhau
Chú ý giải pháp này chỉ tăng cường độ ổn định chứ không có tác dụnggiảm lún vì vậy nó thường đi kèm với một hoặc một vài giải pháp khác đểtăng cường tốc độ cố kết của đất yếu
- Mục tiêu của vải địa kỹ thuật:
+ Tách các lớp đất có thành phần hạt khác nhau (Tách giữa lớp đất sét vàlớp đất cát, hạt thô và hạt bùn) như 1 vỏ bọc không cho cát bùn yếu xâm nhậpvào các lớp cát
+ Gia cường đất (nguyên lý giống như thép ở trong bê tông vì bê tôngkhông có khả năng chịu kéo hay chịu kéo rất thấp thì cũng như vậy đất cũngkhông có khả năng chịu kéo vì thế chúng ta đặt vải địa kỹ thuật vào để tăngkhả năng chịu kéo của đất nền)
+ Đắp đất tôn nền trên đất yếu
+ Chống xói mòn các bờ sông, bờ biển
+ Làm tăng khả năng chịu tải của nền …
Hình 1.19 Sử dụng vãi địa kỹ thuật gia cố nền đường trong thực tế
Trang 341.3.5 Giải pháp sử dụng bấc thấm
Hình 1.20 Mô hình sử dụng bấc thấm ngang thay cho tầng đệm cát
- Nguyên lý: Bố trí các phương tiện thoát nước thẳng đứng (bấc thấm,
giếng cát, túi cát ) để tăng nhanh quá trình cố kết của đất yếu dưới tác dụngcủa tải trọng đắp
- Nhược điểm khi sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng là:
Công nghệ đóng bấc thấm làm xáo động vùng đất yếu phía dưới làm hệ sốthấm của đất yếu giảm đất lún lâu hơn Việc xáo động có thể làm tăng hệ
số nén chặt của đất yếu dẫn đến độ lún tổng cộng tăng lên
Chiều sâu cắm bấc thấm có hiệu quả liên quan đến trạng thái cố kếttrước của đất yếu và liên quan đến chiều cao đắp Để đảm bảo hiệu quả thoátnước, chiều sâu xử lý bằng các phương tiện thoát nước thẳng đứng lớn nhấtchỉ nên là 18m
Chú ý: khi sử dụng các phương tiện thoát nước thẳng đứng nhất thiếtphải bố trí tầng đệm cát (hoặc bấc thấm ngang) Nếu dùng bấc thấm thì bấcthấm phải cắm xuyên qua tầng cát đệm tối thiểu 20cm cao hơn tầng đệm cát
Trang 35Hình 1.21 Thi công bấc thấm xử lý nền trong thực tế
1.3.6 Giải pháp cọc cát, giếng cát
Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát
- Nguyên lý: Cọc cát khác với giếng cát ở chỗ khi thi công vật liệu làm
cọc (trụ hay cột) được đầm chặt, do vậy ngoài tác dụng tạo thành phương tiệnthoát nước cố kết thẳng đứng còn có tác dụng tăng cường sức chống cắt “sứcchịu tải” theo nguyên lý nền móng phức hợp (Composite Foundation) nhờ đótăng thêm mức độ ổn đinh và giảm được độ lún của nền đường đắp phía trên Đường kính cọc (trụ) sử dụng tùy thuộc vào thiết bị thi công (cọc cátthông thường từ 20 60cm hoặc hơn) Chiều sâu các cọc được tính toán xácđịnh theo yêu cầu về ổn định và lún (thường không quá 15m vì nếu sâu quáthì khó duy trì sự liên tục và đảm bảo chất lượng thi công chúng) Khoảng
Trang 36cách tĩnh không giữa vách các cọc (trụ) liền kề không nên quá 4 lần đườngkính của chúng.
Để kiểm tra và khống chế chất lượng cọc (trụ) người ta thường khốngchế năng lượng đầm rung trên 1m dài cọc (trụ), khống chế khối lượng thể tíchcát hoặc kiểm tra trực tiếp bằng thiết bị xuyên
- Việc tính toán ổn định nền đắp trên đất yếu có sử dụng cọc cát vẫn sử
dụng phương pháp mặt trượt cung tròn nhưng cường độ chống cắt tổ hợp ởmỗi vị trí i của nền tổ hợp i
(trị số lực dính tính toán)
- suất thay thế đất yếu bằng vật liệu cọc (trụ) cho trường hợp bố trí cọc(trụ) kiểm tam giác đều và hình vuông như sau:
Với i là ứng suất (áp lực) thẳng đứng và i là góc nghiêng của mặt trượttại chỗ mặt trược cắt qua cọc (trụ) i và i thay đổi theo từng mảnh trượt i
0 - góc nội ma sát của vật liệu cọc hoặc trụ (với cát, sỏi có thể lấy
0=35o, đá dăm có thể lấy 0 = 38o)
Trang 37Kiểu tam giác đều :
Xác định S gc có thể sử dụng công thức sau:
Xác định S d : xác định theo (1.5) (nếu đất không quá yếu) tương ứng
với các lớp đất yếu từ mặt đáy cọc (trụ) trở xuống cho đến hết vùng chịu ảnhhưởng của tải trọng nền đắp
Dự báo độ lún cố kết theo thời gian:
Độ lún cố kết trung bình theo thời gian trong phạm vi có bố trí cọc cátđược tính toán như với trường hợp sử dụng giếng cát cùng đường kính D Đốivới cột balat hoặc trụ cát sỏi thì độ lún cố kết trung bình này cũng được tínhnhư cọc cát nhưng đường kính cọc D lúc này được triết giảm còn 1/51/3 lần
Trang 38để xét đến khả năng thoát nước thẳng đứng của cột balat hay trụ cát sỏi kémhơn so với cọc cát.
1.3.7 Giải pháp cọc đất gia cố xi măng
Hình 1.23 Thi công cọc đất gia cố xi măng trong thực tế
- Nguyên lý: Dùng các thiết bị trộn sâu chuyên dụng (Deep mixing
method - DMM) để trộn đất yếu tại chỗ với xi măng và tạo ra các cột đất gia
cố xi măng mềm hoặc nửa cứng Các cột này vừa thay thế một phần đất yếulại vừa chèn vào trong đất yếu tạo ra các hạn chế nở hông theo phương ngangđối với đất yếu, tạo ra lực ma sát giữa cột với đất yếu và từ đó tạo ra được sựcùng làm việc ở một mức độ nhất định giữa cột với đất yếu khi chịu tải đắp
(làm việc theo nguyên lý nền móng phức hợp).
Nguyên lý hình thành cường độ của bản thân các loại cột này có thể hiểulà nguyên lý “gia cố đất”
- Công nghệ thi công cột đất xi măng hiện nay trên thế giới đã phát triển
2 loại công nghệ:
+ Công nghệ phun trộn ướt (Wet Jet Mixing Method) hay trộn vữa vớiđất yếu: Theo đó vữa xi măng được phun vào đất yếu với áp lực cao (20 MPa)
từ một vòi phun xoay nằm giữa trục cần khoan
+ Công nghệ phun trộn khô (Dry Jet Mixing Method) : dùng bột xi măngthay cho vữa ở phương pháp phun ướt Công nghệ này có ưu điểm hơn phuntrộn ướt vì chỉ sử dụng nước có trong đất yếu để thủy hóa chất liên kết nên
Trang 39cường độ đất gia cố sẽ cao hơn, thêm vào đó lượng nhiệt tạo ra khi thủy hóalàm khô thêm đất yếu lân cận nên hiệu quả gia cố cũng cao thêm.
Khi sử dụng các giải pháp này đất yếu nên có cường độ chống cắt xácđịnh bằng phương pháp cắt cánh hiện trường từ 1045 kPa vì đất yếu khóbảo đảm duy trì vách lỗ trong quá trình thi công và nếu quá cứng thì khó phaytrộn đều
Nếu sử dụng công nghệ trộn phun ướt thì độ ẩm tự nhiên của đất yếu nêntrong phạm vi 3060% Còn nếu phun trộn khô thì độ ẩm này có thể lên tới7085%
Chiều sâu và khoảng cách bố trí giữa các trụ và đường kính trụ gia cốquyết định thông qua tính toán để đáp ứng được các yêu cầu về ổn định và lúncủa nền đắp phía trên Tuy nhiên để đảm bảo chất lượng thi công và hiệu quả
xử lý, chiều sâu trụ không nên vượt quá 15m Khoảng cách tĩnh không giữavách các trụ liền kề không nên quá 4 lần đường kính của chúng, đường kínhtrụ nên từ 60cm trở lên
Giải pháp xử lý đất yếu bằng trụ đất gia cố này có giá thành đắt, quátrình thi công thường khó kiểm soát chất lượng và thiết kế ban đầu dễ bị thayđổi theo thực tế thi công Do vậy chỉ nên sử dụng chúng sau khi đã tiến hànhphân tích so sánh kinh tế kỹ thuật với các phương án xử lý khác Chỉ nên xemxét sử dụng giải pháp này khi nền đắp cao trên một đoạn ngắn ở khu vựcđường nối tiếp đầu cầu Về mặt lý thuyết tính toán hiện vẫn còn nhiều tồn tạivà sự khác biệt lớn giữa cường độ gia cố thí nghiệm trong phòng với điềukiện trộn phun hiện trường
Kiểm toán ổn định:
Vẫn sử dụng phương pháp mặt trượt trụ tròn với mặt trượt khoét sâu vàonền phức hợp nhưng cường độ chống cắt trên mặt trượt phải sử dụng trị sốcường độ chống cắt tổ hợp ở mỗi vị trí i của nền tổ hợp th i xác định theo biểuthức (1.1) trong đó vl i của cọc (trụ) gia cố chất liên kết vô cơ khi thiết kế có thể xác định bằng các cách sau:
Trang 40Dự báo độ lún cố kết:
Độ lún cố kết của nền đắp trên nền yếu có trụ gia cố chất liên kết vô cơcũng gồm 2 phần Sgc và Sd như trường hợp sử dụng cọc cát
Cả Sgc và Sd đều có thể tính được thông qua mô đun ép lún tổ hợp E th i
cho phạm vi có gia cố và mô đun ép lún của đất yếu E dy i cho phạm vi đất yếu không gia cố phía dưới theo công thức
sơ bộ có thể lấy theo biểu thức sau:
Dự báo độ lún cố kết theo thời gian:
Độ lún cố kết trung bình theo thời gian của đất yếu có trụ gia cố (xi mănghoặc vôi) dưới tải trọng nền đắp được tính giống như trường hợp không có trụgia cố (không xét đến khả năng thấm thoát nước theo phương thẳng đứng của(cọc) trụ gia cố XM hoặc vôi)
