Cac phương pháp xư lý nền đất yếu

CÁC PH¬ƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM, ÁP DỤNG VỚI ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ ĐẤT NỀN VÀ TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH cọc tre , bấc thấm, cọc cát; cọc đất gia cố xi măng, gia tải bằng tải trọng CÁC PH¬ƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM, ÁP DỤNG VỚI ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ ĐẤT NỀN VÀ TẢI TRỌNG CÔNG TRÌNH.

Chuyên đề - Thi công hệ thống kỹ thật hạ tầng đô thị

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ Lí NỀN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM, ÁP DỤNG VỚI ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ ĐẤT NỀN VÀ

TẢI TRỌNG CễNG TRèNH.

1.MỞ ĐẦU

Những thành phố ở VIệt Nam như: Hà Nội, Hải Phũng, TP Hồ Chớ Minh đều nằm trờn lưu vực Đồng bằng Sụng Hồng và Sụng Mekong Cú tầng đất phự sa dày& tập trung đất sột yếu Để phỏt triển cỏc đụ thị, rất cần thiết lựa chọn cỏc giải phỏp và cụng nghệ xử lý nền thớch hợp cho điều kiện của Việt Nam

 Đặc tớnh của đất yếu cần thiết phải được cải thiện

 Đất yếu: Độ ẩm cao và sức khỏng cắt khụng thoỏt nước thấp

 Đất thuộc dạng cố kết bỡnh thường và cú khả năng thấm nước thấp

 Mực nước ngầm trong nền đất nằm gần bề mặt, cỏch từ 0,5 -2,5m

 Một số nơi đất yếu cú hàm lượng hữu cơ cao và cú cả lớp than bựn

 Một vài loại đất, lỳn thứ cấp chiếm từ 10 -25% độ lỳn tổng cộng

 Ở một số khu vực, mặt cắt ĐKT cho thay nền đất cú cỏc lớp đất với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khỏc nhau

Đất sột yếu là loại đất cú sức chịu tải thấp và tớnh nộn lỳn cao Một vài chỉ số tiờu biểu của đất yếu được trỡnh bày dưới đõy để tham khảo:

 Độ ẩm: 30% hoặc lớn hơn cho đất cỏt pha, 50% hoặc lớn hơn cho đất sột, 100% hoặc lớn hơn cho đất hữu cơ

 Chỉ số N của xuyờn động tiờu chuẩn: 0 -5

 Sức khỏng cắt khụng thoỏt nước: 20 - 40 kPa

 Nộn một trục cú nở hụng: 50 kPa hoặc nhỏ hơn

Việc xỏc định cụng trỡnh trờn đất yếu ngoài cỏc đặc tớnh của đất nền cũn phụ thuộc vào cỏc loại cụng trỡnh (nhà, đường, đập, đờ, đường sắt ) và qui mụ cụng trỡnh

2 CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA VỚI NỀN ĐẤT YẾU.

Múng của cỏc dạng cụng trỡnh khỏc đặt trờn nền đất yếu thường đặt ra những bài toỏn sau cần phải giải quyết:

 Độ lỳn: Độ lỳn cú trị số lớn, ma sỏt õm tỏc dụng lờn cọc do tớnh nộn của nền đất

 Ổn định: Sức chịu tải của múng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mỏi dốc,

ỏp lực đất lờn tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toỏn trờn phải được xem xột do sức chịu tải và cường độ của nền khụng đủ lớn

 Thấm: Cỏt sủi, thẩm thấu, phỏ hỏng nền do bài toỏn thấm và dưới tỏc động của ỏp lực nước

 Hoỏ lỏng: Đất nền bị hoỏ lỏng do tải trọng động của tầu hoả, ụtụ và động đất

Một số bài toán với nền đất yếu được thể hiện trên (hình 1).

3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU.

3.1 CỌC TRE VÀ CỌC TRÀM.

Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu Cọc tràm và tre có chiều dài từ

3 - 6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải

và giảm độ lún Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc tràm được đóng cho 1m2 Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý trên đây đã đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ

Chuyên đề - Thi công hệ thống kỹ thật hạ tầng đô thị

3.2 BỆ PHẢN ÁP

Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường hoặc nền đê trên đất yếu Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản

áp Chiều cao và chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất yêú, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp Bệ phản áp cũng thường được sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi và cát sủi

3.3 GIA TẢI TRƯỚC.

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền đất yếu Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép Quá trình chất tải trước được mô tả trên hình 3 Tải trọng gia tải trước

có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi

Chuyên đề - Thi công hệ thống kỹ thật hạ tầng đô thị

độ lỳn kết thỳc hoặc đó cơ bản xảy ra Phương phỏp gia tải trước được dựng để

xử lý nền múng của Rạp xiếc Trung ương (HàNội), Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường đại học Hàng Hải (Hải Phũng) và một loạt cụng trỡnh tại phớa Nam

Gia tải trước là cụng nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sỏt đất nền một cỏch chi tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khú xỏc định bằng cỏc phương phỏp thụng thường Nờn sử dụng thiết bị xuyờn tĩnh cú đo ỏp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liờn tục Trong một sốtrường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đỏnh giỏ đầy đủ, nờn sau khi xõy dựng cụng trỡnh, đất nền tiếp tục bị lỳn và cụng trỡnh bị hư hỏng

3.4 GIA TẢI TRƯỚC VỚI THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG

Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng do sử dụng cọc cát hoặc băng thoát nước Cọc cát được đóng bằng công nghệ rung ống chống để chiếm đất, sau đó cát được làm đầy ống và rung để đầm chặt Cọc cát có đường kính 30 -40cm Có thể được thi công đến 6 -9 m Giải pháp cọc cát đã được áp dụng để xử lý nền móng một số công trình ở TP Hồ CHí Minh, Vũng Tàu, Hải Phòng và Hà Nội Bản nhựa được dính để xử lý nền đất yếu củaViệt Nam từ thập kỷ 1980 Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được sử dụng để thi công bản nhựa Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết

Sự tăng trưởng của sức kháng cắt của đất nền được thể hiện trên hình 4 và kết quả quan trắc độ lún thể hiện trên hình 5 cho hiện trường thí nghiệm tại Nam Định

Chuyên đề - Thi công hệ thống kỹ thật hạ tầng đô thị

Tại ven Sụng Sài Gũn đó xõy dựng một bể chứa với cỏc kớch thước hỡnh học và tải trọng sau: Đường kớnh 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000 tấn Nền cụng trỡnh là đất yếu cú chiều dày lớn được xử lý nền bằng bản nhựa thoỏt nước thẳng đứng kế hợp với gia tải bằng hỳt chõn khụng Độ lỳn được tớnh là xấp xỉ 1.0m Kết quả độ lỳn thực tế sau 2 lần gia tải là 3.26m (lần đầu độ lỳn bằng 2.4m và lần sau độ lỳn bằng 0.86m) ở đõy cú sự sai khỏc giữa kết quả đo và dự tớnh Sự khỏc nhau cú thể do quỏ trỡnh tớnh toỏn chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện cụng trỡnh đặt ven sụng Trong cụng nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thoỏt nước thẳng đứng rất cần thiết đặt hệ quan trắc lỳn như thể hiện trờn hỡnh 6 Thớ dụ về quan trắc xử lý nền được mụ tả trờn

3.5 CỌC ĐẤT VÔI VÀ ĐẤT XI MĂNG

Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được dùng để chế tạo cùng đất xi măng và đất vôi Các kết quả nghiên cứu trong phòng và áp dung hiện trường cho thấy:

 Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nước và gia cường nền

 Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng nước & hữu cơ, thành phần hạt & hàm lượng xi măng và vôi sử dụng

 Việc sử dụng xi măng rẻ hơn ở Việt Nam so với vôi Tỷ lệ phần trăm thường dùng là 8 -12% và tỷ lệ của xi măng là 12 -15% trọng lượng khô của đất (Hình8) thể hiện sự thay đổi sức kháng cắt của đất XM với thời gian và tỷ lệ trộn

 Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng

 Dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lượng cọc (Hình 9) mô tả kết quả xuyên trong đất và trong cọc đất xi măng Sức kháng xuyên tăng trưởng

từ 2-5 lần

 Cọc đất XM dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp, nền đê

 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất vôi được thể hiện trên(Hình 10)

Hình ảnh cọc đất XM được thi công bằng máy CDM Phạm vi áp dụng của PP này

Gia cố nền, làm chắc nền nhà gia cố dưới móng nhà, gia cố quanh hố sâu hầm Gia cố khu vực mới đào, chống thấm cho nền công trình và cho đê, đập , tạo cứng cho nền đất yếu

3.6 CỌC CÁT XI MĂNG

Thiết bị thi công cọc cát có thể được dùng để thi công cọc cát xi măng Ống thép được đóng và rung xuống nền đất và chiếm chỗ đất yếu Cát và xi măng được trộn lẫn để đổ vào ống chống Cát xi măng được đầm chặt bằng ống chống và đầm rung

3.7 CỌC ĐÁ VÀ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT

Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đá, đầm chặt được sử dụng Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để xây dựng một số công trình tại TP HCM, Hà Nội, Hải Phòng và Vũng Tàu Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 cu với 1cu= 20 kPa, cọc cát d40cm có sức

Chuyên đề - Thi công hệ thống kỹ thật hạ tầng đô thị

chịu tải tới hạn là 60KN Hệ số an toàn bằng1,5 cú thể được sử dụng (Hỡnh11)

mụ tả cụng nghệ thi cụng cọc cỏt bằng thiết bị SUMITOMO của Nhật

3.8 CỐ KẾT ĐỘNG

Cố kết động cho phộp tăng cường độ và sức chịu tải và giảm độ lỳn của nền Cụng nghệ được dựng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phũng và TP HCM

Quả đầm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 -15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt nền từ độ cao 10 -15 m để đầm chặt nền Khoảng cách giữa các hố đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt

cố kết động được tính bằng: D = 0.5√WH Trongđó:

 D: Độ sâu hữu hiệu được đầm chặt

 W: Trọng lượng quả đầm, tấn

 H: Chiều cao rơI quả đầm, m

Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần, cát và đá được đổ đầy hố đầm Phương pháp cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giảnvà kinhtế, thích hợp với hiện trường mới san lấp và đất đắp Cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nénn gang trong hố khoan

3.9 GIA CƯỜNG NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC TIẾT DIỆN NHỎ

Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 -25cm Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun Cọc nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho công trình nhà, đường xá, đất đắp và các dạng kết cấu khác Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất sâu hơn, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình Hình 12 giới thiệu việc áp dụng cọc nhỏ để gia cố nền đất đắp

Hình 12 gia cường nền đất yếu bằng cọc nhỏ đường kính 10-25 cm bằng bê tông, luồng, nhựa, gỗ

4 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU.

Bảng 4.1: Lựa chọn giải pháp xử lý nền

Phương pháp Phạm vi áp Ghi chú

Thay thế đất Chỉ áp dụng với tầng

đất yếu mỏng < 2,5 m

Cần thiết lựa chọn chất lượng đất thay thế

Làm chặt đất bằng cố Phải có tải trọng gia Cần chú ý khả năng phá

Chuyên đề - Thi công hệ thống kỹ thật hạ tầng đô thị

kết đất sột yếu tải trước hỏng đất yếu do kớch thước

giếng cỏt lớn Phải kiểm tra bài toỏn ổnđịnh, trượt Bằng bản nhựa Áp dụng cho cỏc

trường hợp phải cú tải trọng gia tải trước theo từng bước

Cần thiết kiểm tra thời gian lỳn, tốc độ lỳn độ ổn định

Bản nhựa hoặc giếng

cỏt kết hợp với gia tải

bằng hỳt chõn khụng

Áp lực gia tải tương ứng với ỏp lực khớ quyển, cú thể kết hợp với chất tải

Khụng cú vấn đề về ổn định Giả thiết cú thể tăng cường độ đất sột

Gia tải khụng cú bản

nhựa và giếng cỏt

Đối với cỏc cụng trỡnh cho phộp lỳn kộo dài

Cú thể cú bệ phản ỏp để đắp đất đến độ cao thiết kế

và khụng bị mất ổn định Đầm chặt đất cỏt, cỏt

bụi bằng cỏc biện phỏp

rung, đầm rời quả

nặng

Cỏt rời, đất sột yếu cú thể gia cố sõu

Phải cú lượng cỏt bự sau khi gõy chấn động bằng đầm rung Cọc cỏt đầm chặt cho phộp giảm độ lỳn do cố kết thứ phỏt

Xi măng hoỏ, vụi hoỏ Gia cố sõu Kiểm tra lượng xi măng và

vụi thớch hợp theo thi nghiệm trong phũng

Đất cú cốt, vải địa kỹ

thuật và lưới địa kỹ

thuật

Phõn bố ứng suất đều

Tăng khả năng chịu kộo của đất, giảm ỏp lực lờn tường chắn ngăn cỏch giữa lớp đất yếu và lớp đất đắp hoặc thay thế Thoỏt nước tốt hơn

Phải kiểm tra độ ổn định của mỏi dốc và tường chắn

Cú thể kết hợp với vật liệu san lấp nhẹ Sử dụng theo chỉ dẫn kỹ thuật của nhà cung cấp

Cọc tre, cọc tràm Gia cố nụng, chủ yếu

giải quyết bài toỏn sức chịu tải Phải tớnh lỳn dưới nhúm cọc

Thụng thường đúng 25 cọc/ m2 Nờn tớnh toỏn nhúm cọc cựng làm việc để lựa chọn số lượng cọc hợp lý Đúng nhiều cọc sẽ làm phỏ hoại nền

Cọc nhỏ Gia cố sõu, giải quyết

bài toỏn ổn định và chống lỳn Phải tớnh lỳn dưới nhúm cọc

Là giải phỏp kinh tế vỡ tăng

ma sỏt bờn của cọc và khắc phục giới hạn của cọc tre, cọc tràm (chiều dài giới hạn)

Gia cố nông + gia cố sâu

Tuỳ thuộc vào tải trọng và chiều dày đất yếu

Cọc cát + bản nhựa Tăng sức chịu tải và thoát

nước Phương pháp kết hợp Cọc thay đổi chiều dài Thay đổi theo chiều dày

lượng đất đắp (ví dụ tại mố cầu)

Vải địa kỹ thuật + bản nhựa

Tăng ổn định, phân bố ứng suất đều, thoát nước theo 2 phương

Vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, cọc

Giải quyết bài toán ổn định lún của đất yếu Giảm áp lực lên tường chắn Tăng ổn định mái dốc

Bảng 4.2 Xử lý nền và mục đích sử dụng

Mục đích

sử dụng

Thay thế đất

Thoát nước và gia tải

Làm chặt đất

Xi măng hoá

Đất có cốt

Móng cọc

Nâng cao

sức chịu

tải và

giảm độ

lún trong

giới hạn

cho phép

Ổn định

mái dốc

Giảm áp

lực đất

Kiểm

soát

thấm

Ghi chú Xử lý

nông

Xử lý nông và sâu

Xử lý nông và sâu

Xử lý nông và sâu

Xử lý nông

Xử lý nông và sâu

Chuyên đề - Thi công hệ thống kỹ thật hạ tầng đô thị

Ghichỳ:

- x: Thớch hợp sử dụng

- Trong mọi trường hợp gia cố nền phải thoả món điều kiện về sức chịu tải, độ lỳn cho phộp, ổn định Cần thiết quan trắc địa kỹ thuật và so sỏnh kết quả

dự bỏo, thi nghiệm trong phũng, thớ nghiệm hiện trường

5 KẾT LUẬN

5 1 NHẬN XẫT.

Trong những năm qua hàng loạt cụng nghệ xử lý nền đất yếu được ỏp dụng tại Việt Nam, nhu cầu nghiờn cứu và phỏt triển cụng nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng gia tang, thỏch thức chớnh là điều kiện đất nền phức tạp và hạn chế về cơ sở vật chất của nước ta Trong những năm tới cụng nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ khụng ngừng phỏt triển nhằm đỏp ứng việc xõy dựng đường, cảng biển, lấn biển

và cụng trỡnh hạ tầng cơ sở khỏc

Sai sút chủ yếu của cỏc cụng trỡnh bị hư hỏng cú nguyờn nhõn từ nền múng là do người thiết kế lựa chọn sai giải phỏp xử lý đất nền và thiết kế múng

Phương phỏp thụng dụng để xử lý nền đất yếu ở VN là dựng cọc tre và cọc tram, đõy là giải phỏp kinh tế cho cụng trỡnh cú điều kiện đất nền và tải trọng tương đối thuận lợi Giới hạn của chiều dài cọc làm khả năng ỏp dung thực tế bị hạn chế, cần thiết đỏnh giỏ sức chịu tải và độ lỳn của nền được gia cố bằng cọc ngắn theo cỏc phương phỏp thụng thường, cỏc giải phỏp này chỉ cú tỏc dụng cho cụng trỡnh nhà ở độc lập khụng nờn sử dụng với chiều rộng đất đắp lớn

Phương phỏp gia tải trước là giải phỏp kinh tế để xử lý nền đất yếu, cần thiết đỏnh giỏ độ ổn định của nền dưới tải trọng tỏc dụng, nờn tiến hành quan trắc độ lỳn và ỏp lực nước, khụng nờn sử dụng khỏi niệm chờ lỳn và bự lỳn, phải kiểm soỏt được độ lỳn, cần quan tõm đến độ lỳn thứ phỏt và dự tớnh

Gia tải trước kết hợp với thoỏt nước bằng bản nhựa hoặc giếng cỏt Tải trọng tỏc động cú thể thay thế bằng cụng nghệ hỳt chõn khụng, hiện nay cỏc thiết bị cú thể cắm bản nhựa xuống độ sõu trờn 20m Cần thiết phải quan trắc độ lỳn, ỏp lực nước lỗ rỗng, dịch chuyển ngang để so sỏnh với dự tớnh

Cọc đất vụi, đất xi măng nờn được dựng rộng rói để gia cố sõu đất nền, đõy là giải phỏp hữu ớch, khụng cần thời gian chất tải, tăng cường độ ổn định của nền

Cọc cỏt đầm chặt cho phộp tăng sức chịu tải và rỳt ngắn thời gian cố kết của đất nền, thiết bị cọc cỏt hiện nay cho phộp thi cụng cọc cú đường kớnh 40 -70cm và với chiều dài 25 m Đõy là giải phỏp cụng nghệ thớch hợp, kinh tế và cho phộp

xử lý sõu Việc đầm chặt cọc cỏt ở vị trớ mũi cọc cho phộp tăng hiệu quả gia cố

Cố kết động là giải phỏp ớt tốn kộm để xử lý nền Diện tớch gia cố lớn cú thể được thi cụng xử lý trong thời gian ngắn Hiệu quả của giải phỏp cần được kiểm tra bằng cỏc thiết bị khảo sỏt Đõy là cụng nghệ thớch hợp để gia cố cỏc lớp đất đắp chưa được đầm chặt