Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng Cọc cát đầm và bấc thấm

Đề thực hiện được mục tiêu của đề tài đặt ra, các nhiệm vụ luận văn cần làmsáng tỏ:- Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu xây dựng; - Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình đoạn tuyến đường

TRẦN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐCCT ĐOẠN TUYẾN TỪ KM0+188,00 ĐẾN KM3+ 511,85 THUỘC TUYẾN ĐƯỜNG CHÍNH R4 KHU ĐÔ THỊ MỚI THỦ THIÊM, QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐOẠN ĐƯỜNG TRÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2017

TRẦN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐCCT ĐOẠN TUYẾN TỪ KM0+188,00 ĐẾN KM3+511,85 THUỘC TUYẾN ĐƯỜNG CHÍNH R4 KHU ĐÔ THỊ MỚI THỦ THIÊM, QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT

KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐOẠN ĐƯỜNG TRÊN

Ngành: Kỹ thuật địa chất

Mã số: 60520501

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS ĐỖ MINH TOÀN

Hà Nội, 2017

Hà Nội, ngày 14 tháng 04 năm 2017

Tác giả

Trần Văn Dũng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐẤT YẾU VÀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT

YẾU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 11

1.1 Khái niệm đất yếu, nền đất yếu 11

1.2 Nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường trên Thế giới 15

1.3 Nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ở Việt Nam và khu vực TP Hồ Chí Minh 18

1.4 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu đã và đang áp dụng trên thế giới, ở Việt Nam và khu vực nghiên cứu 19

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐOẠN TUYẾN ĐƯỜNG 29

2.1 Điều kiện địa chất công trình 29

2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo 29

2.1.2 Địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền 30

2.1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn 36

2.1.4 Vật liệu xây dựng 37

2.2 Phân chia cấu trúc nền đất yếu đoạn tuyến đường 38

2.2.1 Mục đích 38

2.2.2 Cơ sở phân chia cấu trúc nền và cấu trúc nền đoạn tuyến đường nghiên cứu 38

CHƯƠNG 3: LUẬN CHỨNG KỸ THUẬT VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN TUYẾN ĐƯỜNG R4 40

3.1 Đặc điểm kỹ thuật của đoạn tuyến đường 40

3.2 Các yêu cầu kỹ thuật xử lý nền đường 40

3.3 Kiểm toán ổn định nền đường 41

3.3.1 Xác định tải trọng tính toán 41

3.3.2 Kiểm toán ổn định cường độ nền đường 42

3.3.3 Tính toán biến dạng lún nền đường 48

3.4 Luận chứng kỹ thuật lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu 60

3.5 Thiết kế xử lý nền đoạn tuyến đường có cấu trúc kiểu I bằng cọc cát đầm 62

3.5.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 62

3.5.2 Thiết kế xử lý 66

3.6 Thiết kế xử lý đoạn tuyến đường có cấu trúc kiểu II bằng bấc thấm 75

3.6.1 Cơ sở lý thuyết 75

3.6.2 Thiết kế xử lý 81

3.6.3 Tổ chức thi công và quan trắc địa kỹ thuật 92

KẾT LUẬN 104

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Đơn vị Giải thích

 g/cm3 Khối lượng riêng của đất

c g/cm3 Khối lượng thể tích khô của đất

w g/cm3 Khối lượng thể tích tự nhiên của đất

Cu kG/cm2 Lực dính kết không thoát nưóc

u Độ Góc nội ma sát không thoát nưóc

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các nhóm phương pháp xử lý nền đất yếu 19

Bảng 2.1: Khối lượng khảo sát tuyến đường R4 30

Bảng 2.2: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 1a 31

Bảng 2.3: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 1b 32

Bảng 2.4: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 3 34

Bảng 2.5: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 4a 35

Bảng 2.6: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp thấu kính TK-2 35

Bảng 2.7 Thuyết minh các kiểu cấu trúc nền 39

Bảng 3.1: Độ lún cố kết cho phép còn lại tại trục tim của nền đường 40

Bảng 3.2: Kết quả tính ứng suất tại tâm nền đường đắp kiểu cấu trúc nền I 51

Bảng 3.3: Kết quả tính độ lún cố kết của đất nền kiểu cấu trúc I 53

Bảng 3.4: Kết quả tính ứng suất tại tâm nền đường đắp kiểu cấu trúc nền II 55

Bảng 3.5: Kết quả tính độ lún cố kết của đất nền kiểu cấu trúc II 56

Bảng 3.6: Bảng tra độ cố kết theo Tv 58

Bảng 3.7 :Góc ma sát trong và tỷ lệ phân chia ứng suất theo tỷ lệ thay thế 65

Bảng 3.8: Kết quả tính độ lún nền đường kiểu I sau khi gia cố 69

Bảng 3.9: Khối lượng kiểm tra chất lượng nền sau thi công cọc cát 70

Bảng 3.10: Thông số thiết kế xử lý nền đoạn tuyến từ Km0+188 đến Km1+275 bằng cọc cát 74

Bảng 3.11: Các thông số kỹ thuật của bấc thấm 82

Bảng 3.12: Bảng tính khoảng cách bấc thấm tại kiểu cấu trúc nền II 84

Bảng 3.13 Chiều cao đắp cho từng giai đoạn 89

Bảng 3.14: Tổng hợp quá trình thi công đắp theo giai đoạn cho nền kiểu II 89

Bảng 3.15: Thông số thiết kế xử lý nền đoạn Km2+050 đến Km2+500 bằng bấc thấm 91

Bảng 3.16: Tổng hợp số lượng các điểm quan trắc 101

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Quy trình thi công cọc cát 22

Hình 1.2: Hình ảnh bấc thấm sau cắm 25

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ của phương pháp bấc thấm kết hợp hút chân không27 Hình 3.1: Sơ đồ bố trí xe trong tính tải trọng xe 42

Hình 3.2: Mặt cắt ngang cấu trúc nền kiểu I 43

Hình 3.3: Mặt cắt ngang cấu trúc nền kiểu II 44

Hình 3 4: Biểu đồ phân bố ứng suất dưới tim nền đường kiểu I 53

Hình 3.5:Biểu đồ phân bố ứng suất dưới tim nền đường kiểu II 56

Hình 3.6: Các sơ đồ bố trí cọc cát 63

Hình 3.7: Vị trí đặt bàn nén kiểm tra chất lượng nền 73

Hình 3.8: Biểu đồ quan hệ độ lún theo tải trọng và độ lún theo thời gian 73

Hình 3.9: Sơ đồ thiết kế xử lý nền kiểu I bằng cọc cát 75

Hình 3.10: Sơ đồ thiết kế xử lý nền bằng bấc thấm 75

Hình 3.11: Sơ đồ bố trí mạng lưới bấc thấm 76

Hình 3.12: Sơ đồ biểu thị sự tăng sức chống cắt của đất nền 80

Hình 3.13: Biểu đồ phân kỳ thời gian thi công xử lý nền bằng bấc thấm 91

Hình 3.14: Sơ đồ thiết kế xử lý nền kiểu II bằng bấc thấm 92

Hình 3.15: Sơ đồ bố trí mặt cắt quan trắc 97

Hình 3.16: Cấu tạo thiết bị đo lún 98

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Dự án xây dựng 4 tuyến đường chính trong khu đô thị mới Thủ Thiêm có chiềudài 11.836m, trong đó tuyến đường vòng châu thổ R4 có chiều dài 2.530m - bắt đầu từKm0+000 và kết thúc tại Km 2+527,10 Đoạn tuyến đường R4 được thiết kế theo tiêuchuẩn đường cấp II với bề rộng nền đường từ 11,6 đến 24,1m

Đoạn tuyến đường dự kiến được xây dựng với yêu cầu chất lượng công trìnhcao, nền đất lại có đặc điểm cấu trúc phức tạp Cấu trúc địa chất nền đất gồm nhiều lớpvới chiều sâu phân bố và bề dày không ổn định Đặc biệt, trong phạm vi nền đường cógặp các lớp đất yếu với phạm vi phân bố và bề dày biến đổi phức tạp, khi xây dựngđường đòi hỏi phải có giải pháp xử lý nền Vì vậy, việc nghiên cứu đặc điểm đặc điểmĐCCT nền tuyến đường, trên cơ sở đó phân tích, đề xuất và tính toán thiết kế xử lý nềnđất yếu một cách hợp lý và có hiệu quả là rất cần thiết Bởi vậy đề tài “Nghiên cứu đặcđiểm địa chất công trình đoạn tuyến từ Km0+188.00 đến Km3+511.85 thuộc tuyếnđường chính R4 khu đô thị mới Thủ Thiêm, quận 2, thành phố Hồ Chí Minh Luậnchứng và thiết kế giải pháp xử lý nền đoạn đường trên” có tính cấp thiết và ý nghĩathực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Làm sáng tỏ điều kiện địa chất công trình của tuyến đường R4, luận chứng đểlựa chọn giải pháp và thiết kế giải pháp xử lý nền đường thích hợp cho từng đoạntuyến từ Km0+188.000 đến Km3+511.85

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu: môi trường địa chất thuộc phạm vi nền tuyến đườngR4, từ Km0+188.000 đến Km3+511.85 trong khu đô thị mới Thủ Thiêm

- Phạm vi nghiên cứu là: đặc điểm ĐCCT của nền đất và thiết kế xử lý nền đấtyếu

4 Nhiệm vụ của luận văn:

Đề thực hiện được mục tiêu của đề tài đặt ra, các nhiệm vụ luận văn cần làmsáng tỏ:

- Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu xây dựng;

- Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình đoạn tuyến đường, phân chia cấu trúcnền đất yếu phục vụ thiết kế xử lý nền đường;

- Luận chứng kỹ thuật lựa chọn giải pháp xử lý cho từng đoạn cấu trúc nền;

- Thiết kế xử lý theo các giải pháp đã lựa chọn cho các kiểu cấu trúc nền

5 Nội dung nghiên cứu:

Để thực hiện được mục tiêu và nhiệm vụ đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu củalận văn gồm:

- Tổng quan các vần đề nghiên cứu ( đất yếu, nền đất yếu, tình hình nghiên cứuthiết kế xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường trên thế giới , ở VN và khu vực nghiêncứu);

- Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu xây dựng (địa hình, địa chất Đệ tứ, ĐCTV, );

- Đặc điểm địa chất công trình tuyến đường, phân chia cấu trúc nền đường;

- Luận chứng kỹ thuật và thiết kế các giải pháp xử lý nền đất yếu thuộc tuyếnđường R4

6 Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu các nội dung trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứusau:

- Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu: được sử dụng để thu thậpthông số kỹ thuật tuyến đường, tài liệu địa chất, địa chất công trình, …

- Phương pháp địa chất và thực nghiệm trong phòng: khảo sát thực địa bổ sung,kết hợp thực tế sản xuất khoan thăm dò kiểm tra, lấy mẫu đất và thí nghiệm khi cầnthiết phục vụ tính toán;

- Phương pháp tính toán: sử dụng các lý thuyết mô hình toán – cơ ứng dụng đểkiểm toán ổn định nền đường, thiết kế xử lý nền đất yếu cho các kiểu cấu trúc nền

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu góp phần làm phong phú thêm những kinh nghiệm vềnghiên cứu và thiết kế xử lý nền yếu ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Việt Namnói chung;

- Tài liệu nghiên cứu có thể tham khảo, rút kinh nghiệm khi thiết kế xử lý nềnđường cho đoạn đường trên và các đoạn đường có quy mô và cấu trúc nền địa chấttương tự

8 Cơ sở tài liệu của đề tài

- Các hồ sơ, báo cáo khảo sát địa chất công trình và hồ sơ thiết kế của dự án Dự

án xây dựng 4 tuyến đường chính trong khu đô thị mới Thủ Thiêm, Quận 2, Tp HồChí Minh

- Bình đồ công trình;

- Sơ đồ bố trí hố khoan khảo sát ĐCCT;

- Mặt cắt dọc công trình;

- Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất;

- Các tài liệu có liên quan đến công trình;

- Các tiêu chuẩn thiết kế xử lý nền đất yếu, các tài liệu liên quan

9 Cấu trúc luận văn

Luận văn gồm 3 chương tổng cộng có 113 trang với 19 hình vẽ và 26bảng

Chương I: Tổng quan về nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựngđường trên Thế giới và ở Việt Nam

Chương II: Đặc điểm địa chất công trình đoạn tuyến đường

Chương III: Luận chứng kỹ thuật và thiết kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến đườngR4

Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình, Trường Đại học Mỏ Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của NGƯT PGS TS Đỗ Minh Toàn

-Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy trong Bộ môn Địa chất công trình, PhòngSau đại học thuộc trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi

để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới NGƯT PGS TS Đỗ Minh Toàn,người thầy đã tận tâm hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài,xây dựng đề cương cho đến khi hoàn thành luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp công tác tại Công ty TNHH Thếgiới kỹ thuật đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để hoànthành luận văn này

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐẤT YẾU VÀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Khái niệm đất yếu, nền đất yếu

“Đất đá nền” là khái niệm được sử dụng khi sử dụng đất đá làm nền cho cáccông trình xây dựng, là giới hạn không gian mà đất đá chịu ảnh hưởng của tải trọngcông trình truyền xuống tức nằm trong đới ảnh hưởng của công trình xây dựng Nềnđược cấu tạo bởi đất (mềm dính và mềm rời) được gọi là nền đất

Trong xây dựng, đặc biệt là lĩnh vực xây dựng công nghiệp – dân dụng và xâydựng giao thông (đường xá, sân bay, kho cảng), đất yếu hiện tồn tại hai quan điểmkhác nhau

Theo quan điểm thứ nhất: đa số các nhà nghiên cứu đều cho rằng “Đất yếu” là

những đất có sức chịu tải thấp, vào khoảng 0,5 - 1,0 kG/cm2, có tính biến dạng lớn, có

hệ số rỗng tự nhiên lớn ( e0>1), mô đun tổng biến dạng thấp (thường thì E0 < 50 kG/cm2), sức kháng cắt không đáng kể, và thông thường nếu không áp dụng các giảipháp xử lý thích hợp thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặckhông thực hiện được

Theo quan điểm này thuộc phân loại của Anh (BS 1377):

Loại đất chứa ít hữu cơ có đặc điểm màu xám đen, nâu đen, vật chất hữu cơ cóthể phân biêt qua màu sắc Loại chứa nhiều hữu cơ (than bùn) thì xốp, thực vật bị phânhủy với những mức độ khác nhau Tùy theo mức độ phân hủy có thể chia thành haidạng:

- Thớ (Fibrous - xơ) gổm: thớ thô (coarse fibrous), thớ mịn (fine fibrous);

- Vô định hình (Amorphous hoặc Pseudo - fibrous)

Than bùn được xem như là một hỗn hợp những di tích thực vật được phân hủy ởnhững mức độ khác nhau, tổn tại trong điều kiện thông khí không hoàn toàn và chứamột lượng nước cao (Hobbs, 1986), các quá trình vật lý, hóa học và sinh vật học tạocho các vật chất này tổn tại ở một trạng thái nhất định trong một thời gian dài.

Tương tự, theo phân loại của Mỹ ASTM:

Các loại đất yếu có chứa hữu cơ trước hết phải là đất sét hoặc bụi, các giá trị giớihạn chảy của đất sau khi sấy phải < 75% so với giới hạn chảy của chính đất ấy trướckhi sấy khô

- Đất sét: đất hạt mịn (> 50% hạt lọt qua rây No 200 - 0.075mm) gọi là đất sét khi có chỉ số dẻo > 4, nằm tại hoặc phía trên đường "A" của biểu đổ dẻo;

- Đất bụi: là đất có chỉ số dẻo < 4, nằm dưới đường "A" của biểu đổ dẻo;

- Than bùn: là đất có chứa các vật chất hữu cơ phân hủy ở mức độ khác nhau, cómàu nâu đen đến đen, xốp

Cấu tạo gồm 2 loại: Fibrous và Amorphous (giống phân loại của Anh)

Theo tiêu chuẩn phân loại của Nga:

Các dạng đất yếu bao gồm bùn các loại, đất than bùn hóa và than bùn

Ở Việt Nam:

Theo TCXD 245 - 2000, các loại đất yếu bao gồm bùn các loại, đất loại sét (sét,sét pha, cát pha) ở trạng thái chảy hoặc dẻo chảy Những loại đất này thường có độ sệtlớn (Is > 1 hoặc xấp xỉ 1), hệ số rỗng tự nhiên lớn (thường e0 > 1), góc ma sát trong <10°, có lực dính kết theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C < 0,15 kG/cm2, có lựcdính kết theo kết quả cắt cánh tại hiện trường Cu < 0,35 kG/cm2, có sức chống mũixuyên tĩnh qc < 10 kG/cm2 và có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N30 < 5

Theo 22TCN 262-2000 của Bộ GTVT: tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu

có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ:

Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc sét pha trầm tích trong nước ởven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; hoặc là có thể lẫn hữu cơ trong

quá trình trầm tích (hàm lượng có thể tới 10 - 12%) nên có thể có màu nâu đen, xámđen, có mùi hôi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên,

độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (e0 sét > 1,5; sétpha e0 > 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 kG/cm2 trởxuống, góc nội ma sát  từ 0 - 10° hoặc lực dính từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu

< 0,35 kG/cm2

Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi tích đọng nướcthường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa vàphân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi

là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen haynâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xácđịnh là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt cáctrị số như đã nêu trên

Đất yếu loại sét được phân theo độ sệt:

- Nếu Is > 1 là bùn loại sét;

- Nếu 0,75 < Is < 1 là đất loại sét yếu, dẻo chảy

Theo quan điểm thứ hai: đất yếu được xét khi có sự tương tác với công trình

xây dựng Ở Việt Nam, theo TCXD 245 - 2000, đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cốmới có thể dùng làm nền cho móng công trình

Theo quan điểm này, các loại đất yếu thường gặp cũng tương đồng với quanđiểm thứ nhất, bởi lẽ các loại đất này đa số thường không thích hợp cho việc sử dụnglàm nền xây dựng cho bất kỳ một loại công trình nào mặc dù có quy mô không lớn.Như vậy, các loại đất trạng thái dẻo chảy đến chảy, thành tạo trong môi trường ẩmthấp, thường xuyên bị ngập nước, bán ngập cũng được xem là đất yếu Vì vậy, trongđất yếu thường chứa vật chất hữu cơ Nếu xét về thành phần, chúng có thể là bùn sét,bùn sét pha, bùn cát pha Tuỳ theo trong thành phần có chứa hàm lượng vật chất hữu

cơ có đất bùn, đất than bùn hoá và than bùn

Đối với các công trình có quy mô lớn như nhà cao tầng, cầu, hầm, các công trìnhthuỷ công, một số loại đất có cường độ từ trung bình đến cao như đất loại sét trạng tháinửa cứng đến cứng hoặc thậm chí cả đá nửa cứng vẫn có thể là đất yếu.

Đất yếu có nhiều nguổn gốc khác nhau, chủ yếu là trầm tích dưới nước, bao gổmnguổn gốc đầm lầy (ven sông, ven biển), hoặc các nguồn gốc trầm tích khác như sông,biển, hồ, vũng, vịnh hoặc nguổn gốc hỗn hợp các kiểu nguổn gốc trên

Nguồn gốc vũng, vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh, biển Đấtyếu nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước nông (không quá 200m),thềm lục địa (200 - 3000m) hoặc biển sâu (hơn 3000m) Đối với đất yếu nguổn gốcvũng, vịnh hoặc biển, quá trình hình thành được bắt đầu khi các hạt sét bị phong hoá từ

đá mẹ bị biến đổi tính chất dưới tác dụng của điều kiện khí hậu, qua quá trình vậnchuyển, trầm đọng và tích tụ trong môi trường trầm tích yên tĩnh

Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), lũ tích (proluvi),gió, lầy, băng tuyết hoặc do con người gây ra (đất đắp)

Về tuổi của đất yếu, có ý kiến cho rằng: đất yếu là vật liệu mới hình thành vàokhoảng 20.000 năm trước đây (kỷ Pleistocene) hoặc hình thành trong khoảng từ 10.000năm hoặc 15.000 năm trước đây Nhìn chung, chúng mới được thành tạo và có tuổithuộc kỷ thứ tư

Có thể nói, đối với đất yếu, không thể áp dụng giải pháp móng nông đặt trực tiếptrên nền thiên nhiên cho công trình vừa và nhỏ; không thể dùng làm lớp tựa mũi cọc;đất yếu rất dễ nhạy cảm khi chịu tải trọng động và với sự biến đổi môi trường địa chất.Đất yếu là loại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt

Đất yếu gồm các loại bùn hữu cơ, đất than bùn hóa, than bùn, các loại bùn sét,bùn sét pha, bùn cát pha và các dạng đất dính ở trạng thái chảy hoặc dẻo chảy

Đất yếu có những đặc điểm riêng dễ nhận biết thông qua các đặc trưng về thànhphần, trạng thái và tính chất của chúng

- Có chứa hàm lượng hữu cơ nên thường có màu xám đen, màu xám;

- Chưa được cố kết, nên độ chặt thấp, thường eo>1;

- Đất có các đặc trưng cơ học thấp, cụ thể:

+ Độ bền liên kết kiến trúc nhỏ;

+ Sức kháng cắt không thoát nước thấp: theo kết quả cắt nhanh không thoát nước Cu<0,15 kG/cm2, góc ma sát trong  < 100, theo cắt cánh ,C < 0,35 kG/cm2;

+ Hệ số nén lún lớn a > 0,1 cm2/kG, hay môđun tổng biến dạng nhỏ, E0 < 50 kG/cm2;

+ Thường cố kết theo thời gian dài, Cv nhỏ;

+ Đất có tính chất lưu biến

Chỉ tiêu nhận biết nhanh theo thí nghiệm ngoài trời:

- Sức kháng xuyên tĩnh nhỏ: qc < 10 kG/cm2, chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT N30<5

Đặc tính của địa chất công trình của đất yếu rất phức tạp, chúng biến đổi rấtmạnh phụ thuộc vào nguồn gốc thành tạo, tuổi địa chất, thành phần vật chất của trầmtích, điều kiện tồn tại của chúng

Trong phạm vi nền đất có phân bố các lớp đất yếu ảnh hưởng đến sự ổn định của

các công trình được gọi là “Nền đất yếu”.

1.2 Nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường trên Thế giới.

Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, việc xây dựng các công trìnhtrên nền đất yếu rất phổ biến Bởi vậy, đất yếu là đối tượng đã và đang được quan tâmnghiên cứu rộng rãi Ngay từ những năm 1965, 1972, ở Liên Xô trước đây đã có cácHội nghị về đất yếu và nhiều công trình nghiên cứu về đất yếu Trong tác phẩm “Thạchluận công trình” [3], V.D Lomtadze đã xếp đất yếu vào nhóm đất có thành phần, trạngthái và tính chất đặc biệt Một số công trình khác nghiên cứu về đất yếu có thể kể đếnnhư: “Đất sét yếu bão hòa nước làm nền cho công trình”-M.I.Abelev, “Nghiên cứu tính

chất lưu biến của đất” –G.X Zolotarev, “Độ bền và biến dạng của đất than bùn” –L.X.Amarian…

Nghiên cứu cấu trúc nền không thể tách rời việc nghiên cứu môi trường địa chất.Trong các tác phẩm "Lý thuyết chung của Địa chất công trình" của G.K Bônđaríc và

"Địa chất công trình - Khoa học về môi trường địa chất" của E.M Xergheev, các tác giả

đã đưa ra các định nghĩa về môi trường địa chất và các quan điểm nghiên cứu chúng.Hàng loạt các công trình liên quan nghiên cứu về ảnh hưởng của các tác động kinh tế -công trình của con người làm biến đổi môi trường địa chất, trong đó phải kể đến: tácphẩm "Kỹ thuật nước ngầm" của Abdel - Aziz Usmail Kashep, đã đề cập đến các vấn

đề liên quan đến nước dưới đất, trong đó có vấn đề sụt lún mặt đất do khai thác nước.Nhiều cồng trình nghiên cứu của các nhà bác học Nga đã đề cập đến các tác động biếnđổi môi trường địa chất do con người gây nên như: "Những vấn đề địa chất công trìnhliên quan đến nhiệm vụ sử dụng hợp lý và bảo vệ môi trường địa chất" của E.M.Xergheev ; "Sự biến đổi của môi trường địa chất dưới ảnh hưởng của các hoạt độngcủa con người" của Kotlov; "Những vấn đề dự báo sự biến đổi môi trường địa chấtdưới ảnh hưởng của các tác động kỹ thuật" của V.A Mironhenko, X.E Gretrinsep, B.VXnaimov, V.M Sextakov; "Kết quả và nhiệm vụ nghiên cứu sự biến đổi của môitrường địa chất khi khai thác nước dưới đất" của L.X Iazvin, B.V Borevxki, I.KGavice, K.I Xưtrev, M.A Khordikainhen

Đất yếu rất nhạy cảm với tác động của điều kiện môi trường Chính vì vậy, đểnghiên cứu trong phòng, quan trọng nhất là khi lấy các mẫu nghiên cứu cần đảm bảođược tính nguyên trạng của chúng Vấn đề này đặc biệt đã được các nhà Khoa học trênthế gới quan tâm Sự thay đổi cấu trúc của đất có ảnh hưởng sâu sắc tới việc xác địnhcác đặc trưng cơ lý của đất (Li,1982; Burland,1990; Tan và nnk,1992; Feng,1992;Zhang,1995; Shen,1998) [19] Theo số lượng lớn kết quả thí nghiệm trong phòng củaBurland (1990), Shen(1998) đã chỉ ra: tính chất cơ lý của đất có sự khác biệt lớn giữatrước và sau khi phá hủy cấu trúc tự nhiên, thể hiện rõ trên các đồ thị nén lún, quan hệ

giữa ứng suất và biến dạng; sức kháng cắt, hệ số cố kết và hệ số thấm của đất Các kếtquả quan trắc ngoài hiện trường của Zhang (1995) cũng đưa ra nhận định tương tựtrong hầu hết các đồ thị quan hệ giữa độ lún và thời gian, sự thay đổi giá trị áp lựcnước lỗ rỗng và dịch chuyển ngang theo thời gian Hơn nữa, các kết quả nghiên cứucủa Feng (1992), Li (1982) Tan và Zhang (1992) [19] cũng đã chỉ ra: các tính chất cơhọc của đất sét yếu rất khó khôi phục khi phá hủy cấu trúc tự nhiên Từ đó cho thấy, sựcần thiết phải đảm bảo tính nguyên dạng của đất yếu sử dụng để thí nghiệm trongphòng, khi đó mới cho các kết quả nghiên cứu tính chất cơ lý của đất yếu đúng với điềukiện ngoài hiện trường.

Đối với đất yếu, cần sử dụng các phương pháp thí nghiệm thích hợp Nagaraj vànnk (2001)[18] đã đề cập phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất, đặc điểm cốkết và sức kháng cắt của đất yếu František Havel (2004)[15] đã nghiên cứu đặc điểm

từ biến của đất yếu bằng thí nghiệm nén cố kết, nén ba trục đồng thời mô hình hóa trênphần mềm Plaxis 8.2 Hans-Georg Kempfert và nnk (2006) [16] đề cập đến việc khảosát, nghiên cứu các tính chất cơ lý chủ yếu của đất yếu Đây là những chỉ dẫn quantrọng để đảm bảo cung cấp các chỉ tiêu cơ lý chính xác của đất yếu phục vụ xây dựngcông trình

Balasubramaniam và nnk (1988,1989)[20] đã xác định được hàm lượng vôi thíchhợp cải tạo cho đất yếu ở Bangkok là 5-10% Hỗn hợp sau gia cố có cường độ khángnén nở hông tăng lên khoảng 5 lần và áp lực tiền cố kết tăng lên khoảng 3 lần Hệ số cốkết thẳng đứng tăng 10 - 40 lần, góc ma sát tăng từ 24 -400

Bergado và nnk (1996)[17] đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cảitạo đất bằng xi măng là loại, lượng xi măng, thời gian, nhiệt độ bảo dưỡng; loại đất,thành phần khoáng vật và đặc điểm môi trường nước lỗ rỗng trong đất

1.3 Nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ở Việt Nam và khu vực TP Hồ Chí Minh

Ở Việt Nam, những nghiên cứu về thành phần và tính chất của đất yếu chủ yếuđược đề cập dưới dạng các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học trong nước Năm1971-1972, Lê Huy Hoàng có công trình nghiên cứu tính chất của đất sét rìa Bắc đồngbằng Bắc Bộ Năm 1973, Hoàng Văn Tân cùng tập thể tác giả [6] đã đưa ra quan điểmnghiên cứu về đất yếu và tổng kết các đặc trưng cơ lý của chúng, trong đó có đất yếucủa khu vực nghiên cứu Năm 1984, Tạ Hồng Quân [5] đã đưa ra các kết quả về tínhchất cố kết của một số loại đất yếu chính ờ Hà Nội Năm 1984, Đỗ Trọng Đông vàĐoàn Thế Tường [2] đã đi sâu nghiên cứu các đặc điểm biến dạng của đất bùn, thanbùn hệ tầng Giảng Võ trước đây, nay được xếp vào hệ tầng Hải Hưng, phụ hệ tầngdưới Năm 1990, Nguyễn Vũ Tùng [13], đã nêu lên các phương pháp thí nghiệm hiệntrường áp dụng thích hợp khi tiến hành khảo sát ĐCCT cho vùng có đất yếu Năm

1994, Lê Trọng Thắng [10] đã đưa ra quan điểm phân chia thể địa chất và đưa ra cáckết quả xử lý tài liệu xuyên tĩnh của các thành tạo đất đá tham gia trong cấu trúc nềnđất yếu ở khu vực Hà Nội Năm 1994, Nguyễn Viết Tình và Phạm Văn Tỵ [11] đã đưa

ra kết luận về tính biến đổi thành phần và tính chất cơ lý của loại đất yếu phổ biến nhấttrong khu vực nghiên cứu Năm 2014, Nguyễn Thị Nụ [4] đã làm sáng tỏ đặc tínhĐCCT của đất loại sét yếu amQ22-3 phân bố ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông CửuLong, từ đó phân tích, đề xuất về các vấn đề khảo sát ĐCCT, kiến nghị các biện pháp

xử lý và sử dụng các chỉ tiêu cơ lý trong tính toán xử lý nền đất yếu

Thành phố Hồ Chí Minh là nằm trên đồng bằng sông Cửu Long là đồng bằngtrũng thấp, do đó nền địa hình thành phố Hồ Chí Minh tồn tại các trầm tích biển, venbiển, đầm lầy, có bề dày lớn, đất yếu phân bố trong các hệ tầng Bình Chánh và CầnGiờ Tại thành phố Hồ Chí Minh nhiều công trình giao thông đã phải áp dụng các giảipháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu như cao tốc thành phố Hồ Chí Minh – Long Thành –

Dầu Giây, cao tốc thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương Tại những tuyến đườngtrên, đã áp dụng các giải pháp xử lý nền đường như: bấc thấm kết hợp gia tải trước,giếng cát, cọc cát,… có những đoạn gặp nhiều khó khăn trong xử lý nền đất yếu vàphải xử dụng phương án xây dựng cầu cạn.

1.4 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu đã và đang áp dụng trên thế giới, ở Việt Nam và khu vực nghiên cứu

Việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng các công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố:đặc điểm của công trình, cấu trúc nền đất, nước dưới đất, điều kiện thi công, hiệu quảkinh tế…Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra những giải pháp xử lý phùhợp

Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải, giảm tính biếndạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền và công trình; cụ thể cảithiện một số tính chất cơ lý của các lớp đất yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt,giảm tính nén lún,…

Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm củađất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp

Trên mặt Đầm chặt, đầmrung, xe lu… Sử dụng nhiều trong lĩnh

vực giao thông , nhà dân

dụng,…

Dưới sâu Cọc cát, nổ mìn,

thủy chấn…

Các phương

pháp sử dụng

chất kết dính

Trên mặt Trộn vôi, xi măng,bitum… Sử dụng nhiều trong lĩnh

vực thuỷ công, đường,

Sử dụng nhiều trong lĩnhvực giao thông, nền nhàcông nghiệp, chiều sâu xử

Hạ thấp mực nướcdưới đất…

Việt Nam:

Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một vấn đềtồn tại và một bài toán khó đối với người xây dựng Do đó khi xây dựng công trình trênnền đất yếu thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của nền đất

đó, để đưa công trình vào sử dụng lâu dài và bền vững Từ bảng 1.1, một số biện phápcải tạo đã và đang sử dụng ở nước ta:

- Các phương pháp làm chặt cơ học: đầm rung, đầm chặt, cọc cát,…

- Các phương pháp sử dụng chất kết dính: cọc đất- xi măng, cọc đất- vôi: ápdụng trong xây dựng đường, thuỷ lợi ở một số tỉnh ở khu vực đồng bằng sông CửuLong như Bạc Liêu, Sóc Trăng,…

- Các phương pháp thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải hoặc hút chânkhông:

+ Giếng cát thoát nước thẳng đứng: đã áp dụng ở tuyến đường Thăng Long- NộiBài ( Hà Nội), đoạn Km93 QL5 (đoạn Cảng Chùa Vẽ, Hải Phòng), đường Láng – HoàLạc, Pháp Vân- Cầu Giẽ

+ Bấc thấm kết hợp gia tải trước, hút chân không: đã xử lý cho dự án nâng cấpQL5 trên đoạn Km47-Km62 ( năm 1993), QL51 ( thành phố Hồ Chí Minh đi VũngTàu), Láng- Hoà Lạc, QL1A, QL18,…

Một số phương pháp xử lý đất yếu ứng dụng ở thành phố Hồ Chí Minh:

Thành phố Hồ Chí Minh là Trung tâm kinh tế lớn nhất nước và đây cũng là đầumối giao thông của nhiều tuyến đường lớn đi qua như QL1A, QL21, QL38,… Tại cáctuyến đường này đã sử dụng các phương pháp xử lý đất yếu như cọc cát, giếng cát, bấcthấm kết hợp gia tải trước,…

Dưới đây, tác giả trình bày một số phương pháp xử lý nền đất yếu chủ yếu đã sửdụng trong xây dựng đường tại Việt Nam nói chung và khu vực vùng nghiên cứu nóiriêng:

*Giải pháp đào thay đất (xây dựng lớp đệm cát hay đệm đất)

Đây là giải pháp thường được sử dụng với những đoạn nền đường đắp trực tiếptrên nền đất yếu có chiều cao nền đắp thấp, chiều dày lớp đất yếu bên dưới không lớn

và mực nước ngầm ở dưới sâu

Trong những trường hợp như vậy, người ta đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu phía trên(từ 2-3m) hoặc một phần lớp đất yếu và thay thế bằng các lớp cát hoặc đất đắp cócường độ chống cắt lớn hơn Có thể sử dụng vật liệu địa phương tại chỗ để cải thiệntính chất của nền đất yếu

Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:

-Giải pháp thay đất thi công đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp, khárẻ; tuy nhiên chỉ áp dụng khi bề dày lớp đất yếu mỏng (<3m) và không chịu ảnh hưởngcủa nước có áp.

Giải pháp này đã được áp dụng trong xây dựng giao thông ở nước ta, như tuyếnN2, QL1A, đường cao tốc TP HCM - Trung Lương,…

*Cọc cát

Cọc cát xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc được cấu tạo từ vật liệu rời đặttrong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trong công trình, đã gọi là cọc, nên bảnthân cọc cát phải được tạo thành từ những loại cát đồng nhất, tiết diện liên tục theochiều sâu, sức chịu tải của cát được chọn phải lớn hơn nhiều lần so với đất nền tựnhiên Vật liệu làm cọc không thể hòa lẫn vào đất (chìm dần vào đất yếu) Do đó,không phải loại đất yếu bất kỳ nào cũng có thể sử dụng cọc cát để xử lý

Cần phải phân biệt cọc cát với các cọc cứng khác như cọc bê tông cốt thép, cọcthép Cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng làm nhiệm vụ truyền tải trọng côngtrình xuống nền đất còn cọc cát làm nhiệm vụ lèn chặt và thoát nước cho nền đất làmtăng sức chịu tải cho nền

Việc sử dụng cọc cát được nhà bác học Nga M.X.Voikov đề nghị đầu tiên vàonăm 1840 và sau đó là giáo sư V.I.Kurdyumov năm 1886 Qua hơn một thập kỷphương pháp này đã được tiếp tục nghiên cứu, bổ sung và được ứng dụng ở nhiều nướctrên thế giới như Liên Xô trước đây, Trung Quốc, Anh, Pháp, Hà Lan và Mỹ

Hình 1.1: Quy trình thi công cọc cát

Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:

- Khi dùng cọc cát, ngoài nhiệm vụ chính là làm chặt đất, quá trình cố kết củanền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọccứng Bởi vì lúc này cọc cát làm việc như các giếng thoát nước, nước trong đất có điềukiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài Phần lớn độlún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều kiệncho công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định

- Sử dụng cọc cát về mặt kinh tế rẻ hơn so với khi sử dụng các phương án cọckhác như: cọc bêtông, cọc bêtông cốt thép Vật liệu làm cọc cát rẻ hơn nhiều so vớithép, bêtông cốt thép dùng trong cọc cứng và không bị ăn mòn nếu nước ngầm có tínhxâm thực Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản, không đòi hỏi những thiết bịphức tạp

-Nén chặt bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các côngtrình có tải trọng lớn trên nền đất yếu Khi chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 10m có thểdùng cọc cát nén chặt được

Một số công trình áp dụng hiệu quả phương pháp này như: đường Bắc ThăngLong – Nội Bài, đường hành lang ven biển phía Nam đi qua Đồng Tháp và KiênGiang,…

từ đó tăng cường độ và modun biến dạng của đất nền

Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát đầm và vùng đất được nén chặt xung quanhcọc cùng làm việc đồng thời đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc

So với phương pháp cọc cát, phương pháp cọc cát đầm chặt có những ưu nhượcđiểm:

- Khi dùng cọc cát đầm, đường kính cọc được thiết kế lớn hơn (từ 600- 800mm),

do đó hiệu quả nén chặt sẽ cao hơn Chiều sâu xử lý lớn, có thể tới 40m

- Tuy nhiên kỹ thuật thi công cọc cát đầm khá phức tạp, đòi hỏi phải có thiết bịchuyên dụng và có thể gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận

Kinh nghiệm xây dựng cũng như những kết quả đã nghiên cứu cho thấy rằng:phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm có phạm vi áp dụng khá lớn, có thể

áp dụng cho các loại đất yếu có chiều dày lớn như các loại đất cát nhỏ, cát bụi rời ởtrạng thái bão hòa nước, các đất cát có xen kẽ những lớp bùn mỏng, các loại đất dínhyếu (sét, sét pha cát và cát pha sét) cũng như các loại đất bùn và than bùn

Phương pháp cọc cát đầm đã được sử dụng ở dự án đường cao tốc Hà Nội – HảiPhòng với chiều sâu xử lý đến 40m và nền đắp cao 9m

*Giếng cát

Biện pháp thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát được áp dụng phổ biến để xử lýđất yếu có bề dày lớn Giếng cát thường có đường kính từ 20 - 60cm, bằng cát hạt

trung hoặc thô Áp dụng biện pháp xử lý bằng giếng cát đạt được hai mục đích chínhsau:

-Tăng nhanh độ cố kết, làm cho nền đất có khả năng biến dạng đồng đều do đógiảm được thời gian lưu tải;

-Tăng cường độ của đất nền, đảm bảo độ ổn định của nền đường đắp trên cácđoạn đất yếu

Cần lưu ý rằng, khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạt được

độ đồng đều của cát trong suốt chiều dài giếng cát, tránh hiện tượng đứt đầu giếng cátdưới tác dụng các loại tải trọng

Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàmlượng hữu cơ không lớn (thường <10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cố kết củađất yếu Khi ứng dụng giếng cát cũng cần chú ý rằng, nếu nền đất có trị số độ dốc thủylực ban đầu và độ bền cấu trúc lớn thì phải đi kèm với biện pháp gia tải trước để nướcthoát ra nhanh hơn

*Bấc thấm (PVD)

Bấc thấm là thiết bị tiêu nước thẳng đứng chế tạo sẵn Giải pháp xử lý đất yếubằng bấc thấm cần thiết áp lực đất đắp đủ lớn để nước trong đất yếu thoát ra ngoài, làmtăng tốc độ cố kết và cường độ đất nền

Hình 1.2: Hình ảnh bấc thấm sau cắm

Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:

+Tốc độ lắp đặt bấc thấm nhanh, vì thế giảm giá thành công trình;

+Trong quá trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy ra hiệntượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra;

+Không yêu cầu nước phục vụ thi công;

+Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo trong nhà máy với chất lượng và công nghệ

Phương pháp PVD kết hợp với gia tải trước được sử dụng ở Việt Nam lần đầutiên trong dự án nâng cấp đường Quốc lộ 51 (đoạn từ TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu)sau đó được áp dụng rộng rãi: nâng cấp Quốc lộ 5, đường Láng-Hòa Lạc,

Phương pháp PVD kết hợp với hút chân không: đây là một trong những phươngpháp gia cố nền đất sét yếu bão hòa nước Bản chất của phương pháp là sử dụng áp lựcchân không truyền vào trong đất thông qua một hệ thống tiêu thoát nước đứng (thôngthường là bấc thấm) được bố trí trong nền đất, nhờ đó mà nước và khí ở các lỗ rỗngtrong đất được bơm thoát ra khỏi nền, đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất Khi đấtđược cố kết thì các tính chất cơ lý của chúng được biến đổi theo chiều hướng có lợi:tính biến dạng giảm, tính thấm giảm, sức chịu tải và tính ổn định của đất tăng,

Phương pháp cố kết hút chân không được ứng dụng tại nhiều nước trên thế giớinhư Nga, Đức, Canada, Pháp, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Malaysia, Thái Lan,

… Năm 2008, công nghệ này bắt đầu được ứng dụng trong xử lý nền đất yếu tại Việt

Nam cho một số công trình Nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy DAP, nhà máysợi Polyeste Đình Vũ, nhà máy điện Nhơn Trạch II, cảng Đình Vũ Hải Phòng, dự ánđường cao tốc Long Thành – Dầu Giây, dự án nâng cấp mạng lưới giao thông đồngbằng sông Mê Kông – tuyến nối cầu Cao Lãnh – cầu Vàm Cống… đã đạt hiệu quả cốkết trong thời gian ngắn, đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật Sơ đồ công nghệ như hình1.3.

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ của phương pháp bấc thấm kết hợp hút chân không

Hiện nay, các công nghệ thi công phương pháp hút chân không, gồm:

Công nghệ thi công có màng kín khí (phương pháp cố kết MVC – Menard)Công nghệ thi công không có màng kín khí (phương pháp Beaudrain)

Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:

- Ưu điểm:

+ Giảm thời gian cố kết của nền đất trong phạm vi được xử lý một cách đáng kể,+ Do thời gian xử lý nền đất được rút ngắn nên tổng thời gian thi công của côngtrình giảm đi, sớm đưa công trình vào sử dụng;

+ Đây là công nghệ xanh, thân thiện với môi trường

- Nhược điểm:

+ Trong quá trình thi công, rất khó làm kín khí;

+ Có giới hạn về chiều sâu gia cố, thông thường chỉ đạt tối đa gần 10m;

+ Hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát có hệ số thấm lớn nằm xen kẹp;+ Gây ra chuyển vị ngang làm cho các công trình lân cận có thể gặp sự cố;

+ Yêu cầu trình độ thi công cao

Hiện nay, việc áp dụng công nghệ cố kết hút chân không ở Việt Nam chủ yếuđược áp dụng cho các công trình trọng điểm quốc gia (nhà máy điện Nhơn Trạch II–Đồng Nai; dự án đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây, Nhà máy Khí-Điện CàMau…), còn ít công ty phát triển công nghệ này trong thi công

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐOẠN TUYẾN ĐƯỜNG

2.1 Điều kiện địa chất công trình

2.1.1 Đặc điểm địa hình, địa mạo

Đặc điểm địa hình - khí hậu

Đoạn tuyến đường R4 thuộc khu đô thị mới Thủ Thiêm có địa hình tự nhiêntương đối bằng phẳng, cao độ địa hình thay đổi từ +0.15m đến +1,5m Trong khu vựcđoạn tuyến đường đi qua chủ yếu là đồng cỏ và dừa nước cùng với hệ thống kênh rạchdày đặc Do cao độ địa hình thấp nên đoạn tuyến đường R4 thiết kế với nền đường đắp,

độ cao đắp thay đổi từ 3 đến 5m Địa hình khu vực bằng phằng nên rất thuận lợi chocông tác thi công Ngoài ra, tuyến đường R4 chạy dọc theo bờ sông Sài Gòn nên vậnchuyển vật liệu thi công bằng đường thủy là rất thuận lợi

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, nhiệt

độ cao đều, có hai mùa mưa – khô rõ ràng, mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5 đếncuối tháng 11 với hướng gió chính là gió mùa Tây Nam, có lượng mưa chiếm khoảng85% tổng lượng mưa hàng năm của thành phố, mùa khô thường bắt đầu từ tháng 12

đến tháng 4 năm sau, hướng gió chính là gió mùa Đông Bắc, lượng mưa thấp và trongmột số tháng thậm chí không có mưa

2.1.2 Địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền

Căn cứ đề cương khảo sát địa chất công trình đã được chủ đầu tư phê duyệt,Công ty TNHH Thế giới kỹ thuật đã tiến hành khảo sát địa chất công trình tuyến đườngR4 với khối lượng như bảng 2.1

Bảng 2.1: Khối lượng khảo sát tuyến đường R4

2 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) Vị trí 6

3 Thí nghiệm cắt cánh hiện trường Vị trí 7

Căn cứ vào các kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng, địa tầngkhu vực dọc tuyến khảo sát có thể chia thành các lớp đất chính như sau:

1 Lớp K: Đất lấp

Lớp này gặp ở tất cả các lỗ khoan trừ LKR4-1 Cao độ mặt lớp biến đổi theo cao

độ địa hình và thay đổi từ +0.545m (LKR4-1) đến +1.820m (LKR4-4) Bề dày lớp biếnđổi từ 0.80m (LKR4-3) đến 1.00 m (LKR4-2, LKR4-4) Thành phần của lớp bao gồm:cát, sét, hữu cơ Lớp này chủ yếu là đất đắp bờ, đắp đường, nền nhà, đất ruộng

2 Lớp 1a: Sét rất dẻo lẫn hữu cơ (CH)

Lớp có phạm vi phân bố rộng, gặp ở tất cả các hố khoan Lớp này nằm ngaydưới lớp đất san lấp Cao độ đáy lớp biến đổi từ -15,67m (LKR4-2) đến -10,46m(LKR4-1) Bề dày lớp thay đổi từ 11,00m (LKR4-1) đến 27,0m (LKCC-24) Lớp cóthành phần là SÉT RẤT DẺO (CH) lẫn hữu cơ, đôi chỗ lẫn các lớp cát mỏng, màu xám

xanh, xám đen, xám nâu, trạng thái chảy Trong lớp đã thí nghiệm 24 mẫu, các chỉ tiêu

cơ lý của được thể hiện ở bảng 2.2

Bảng 2.2: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 1a

STT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị trung bình

Bảng 2.3: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 1b

STT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị trung bình

Bảng 2.4: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 3

STT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị trung bình

Bảng 2.5: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp 4a

STT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị trung bình

6 Thấu kính TK-2: Cát bụi, cát sét (SM-SC)

Trong khu vực khảo sát bắt gặp lớp thấu kính TK-2 tại các lỗ khoan LKR4-1,LKCC-1, LKCC-2, lớp nằm dưới lớp 1a, cao độ mặt lớp thay đổi từ -10,46m (LKR4-1)đến -21,92m (LKCC-2) Bề dày thấu kính chưa xác định do chưa khoan hết độ sâu lớp,gặp ở hố khoan LKR4-1 Thành phần của lớp bao gồm: cát bụi, cát sét, màu xám xanh,xám đen, trạng thái chặt vừa Trong lớp đã thí nghiệm 3 mẫu, các chỉ tiêu cơ lý đặctrưng của lớp được thể hiện ở bảng 2.6

Bảng 2.6: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp thấu kính TK-2

Xtb XII

tt

STT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị trung bình

2.1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn

Quan sát tại các hố khoan khảo sát, mực nước ngầm chịu ảnh hưởng của thủytriều, mực nước ngầm biến đổi từ 0,10m đến 2,0m, nước tồn tại trong lớp1a Trong các

lỗ khoan khảo sát còn bắt gặp nước dưới đất tại lớp 4a, đây là nước có áp tuy nhiêntrong quá trình khảo sát chưa lấy mẫu nghiên cứu và chưa đo được áp lực nước trongtầng này

Lấy mẫu nước tại hố khoan LKR4-4 và hố khoan LKCC-10, LKCC-21 thínghiệm ăn mòn bêtông Kết quả thí nghiệm như sau:

+ Mẫu nước mặt tại LKR4-4:

Công thức Kurlov:

M5.13Cl80HCO 312

¿¿

Tên nước: Clorua Natri

Đánh giá ăn mòn bê tông theo TCVN 3994 – 1985: nước ăn mòn bê tông yếutheo SO4-2 ( hệ số thấm lớn hơn 0,1m/ ngày đêm)

+ Mẫu nước mặt tại lỗ khoan LKCC-2:

Công thức Kurlov:

M3.05Cl89

¿¿

Tên nước: Clorua Natri

Đánh giá ăn mòn bê tông theo TCVN 3994 – 1985: nước không ăn mòn bê tông( hệ số thấm lớn hơn 0,1m/ ngày đêm)

+ Mẫu nước mặt tại lỗ khoan LKCC-10:

Công thức Kurlov:

M3.55Cl86SO 410

¿¿

Tên nước: Clorua Natri

Đánh giá ăn mòn bê tông theo TCVN 3994 – 1985: nước ăn mòn bê tông yếutheo CO2-2 xâm thực và SO4-2 (hệ số thấm lớn hơn 0,1m/ ngày đêm)

Đá xây dựng

Đá xây dựng sử dụng cho thành phố chủ yếu là các đá phun trào andezit, phân

bố chủ yếu ở Quận 9, Quận Thủ Đức Đá có độ cứng cao, được sử dụng làm đá dămtrải mặt đường và sử dụng để sản xuất bê tông xi măng và bê tông nhựa Trữ lượng đátương đối phong phú và hiện tại vẫn đang được khai thác