Quality control and construction technologies for seadike on soft soil foundations

Sea dikes and estuary dikes of Vietnam have been constructed in a long time with different quality. Most of them had constructed on the natural lines in which the foundation is very complicated. When a land is increased, a new line of dike will be relocated, that a new dike will be laid on the soft soils. The safety and economic of new dike as well as short time of construction are depended on construction method.

Quality control and construction technologies for seadike on soft soil foundations Le Xuan Roanh1 Abstract: Sea dikes and estuary dikes of Vietnam have been constructed in a long time with different quality Most of them had constructed on the natural lines in which the foundation is very complicated When a land is increased, a new line of dike will be relocated, that a new dike will be laid on the soft soils The safety and economic of new dike as well as short time of construction are depended on construction method The construction method for sea dike on soft soils with high seepage, low strength and settlement will be presented and discussed in this paper In Vietnam, construction methods used for soft foundation will be sand- sub base, strengthening of foundation, control settlement referring to consolidation Key words: Soil, soft foundation, construction, sea dikes Khống chế chất lượng công nghệ xử lý thi công đê đất yếu Lê Xuân Roanh1 Tóm tắt: Nước ta có hệ thống đê sơng, đê biển hình thành tự nhiên xây dựng qua nhiều hệ với chất lượng khác Phần nhiều tuyến đê xây dựng tuyến tự nhiên, điều kiện địa chất khác Trong xây mới, nhu cầu sử dụng vùng đất mới, địa chất thường đất yếu Khi thi công đê đất yếu cần có giải pháp phù hợp nhằm đảm bảo đủ độ an toàn, giá thành hạ thời gian thi công cho phép Bài viết tập trung giải vần đề công nghệ xử lý xây dựng đê đất yếu, đất có hệ số thấm cao, sức chịu tải độ lún không nhỏ Công nghệ áp dụng hữu hiệu kể đến giải pháp sau: phương pháp xử lý đệm cát, gia cố vật liệu tăng khả chống trượt, chống lún đắp giai đoạn tăng cố kết Mở đầu Nước ta có đường bờ biển dài 3200km có nhiều sơng đổ biển cần phải có hệ thống đê bao, chắn nước Theo thống kê xây dựng hệ thống đê biển cửa sông tương đối ổn định với chiều dài khoảng 2700km [5] An toàn đê lại phụ thuộc vào chất lượng kết cấu đê, vật liệu thân đê đê quan trọng Trong trình quản lý đê điều cho thấy tượng thấm qua nền, tượng mực nước ngầm dâng cao thân đê, tượng lún, sạt, trượt [1,5,3] xảy số đoạn đê Điều gây nhiều khó khăn cho cơng tác quản lý an tồn đê Nội dung sau trình bày cơng nghệ phương pháp xử lý đê thi công đê đất yếu Phương pháp nguyên lý xử lý Hiện có nhiều giải pháp xử lý đắp đất yếu, lại có giải pháp sau [2,3] A/Prof., Dr.; Faculty of Marine and Coastal Engineering, Water Resources University; 175 Tay Son, Hanoi, Vietnam; E-mail: roanh.l.x@wru.edu.vn 264 - Cải thiện ổn định đắp (như làm thoải mái đắp, tăng chiều rộng đáy đê, làm bệ phản áp, giảm trọng lượng khối đắp, cho đắp chôn sâu vào đất yếu); - Tăng khả chịu tải thay đổi tiêu lý (tăng , C) đất yếu; - Tăng nhanh tốc độ cố kết giảm độ lún tổng cộng (như làm đệm cát, cọc cát, cột đất gia cố vơi, cọc) Nói chung biện pháp xử lý có liên quan vấn đề ổn định lún Mỗi trường hợp cụ thể có nhiều biện pháp xử lý thích hợp, việc chọn biện pháp cân phải phân tích kỹ, đầy đủ 2.1 Xử lý đê đệm cát [3] Trong trường hợp ta thay lớp đất yếu phần lớp đất yếu nằm móng cơng trình đệm cát, hiệu mang lại là: - Đệm cát đóng vai trò lớp chịu lực, có khả tiếp thu tải trọng cơng trình truyền tải trọng xuống lớp đất chịu lực phía Cường độ kháng cắt đất cát lớn tăng khả chịu tải - Cát có tính ép co thấp giảm độ lún cơng trình - Cát có tính thấm mạnh nên có tác dụng tăng nhanh q trình cố kết chịu tải trọng ngòai - Tăng khả ổn định cơng trình có tải trọng ngang cát lớp đệm sau đầm chặt có lực ma sát lớn làm tăng khả chống trượt Đệm cát có cấu tạo tương đối đơn giản, đê đào với chiều sâu d tương ứng với chiều dày đệm cát, hệ số mái đào phụ thuộc vào tính chất đất nền, chiều rộng đào L, sau đổ cát xuống đầm chặt, với đê bão hòa nước cần trải thêm lớp vải địa kỹ thuật ngăn khơng cho cát chìm lẫn vào đất Sau thi công xong đệm cát tiến hành đắp đê lên lớp đệm cát Mặt cắt ngang đê có chiều cao H, chiều rộng mặt đê b, hệ số mái m (xem hình) Hình1: Xử lý đê đệm cát Nguyên lý làm việc: đê đắp lớp đệm cát, đệm cát đóng vai trò mặt nước Dưới tác dụng tải trọng đất đắp nước lỗ rỗng thoát qua lớp đệm cát, đất nén chặt/ cố kết nhanh Đệm cát đóng vai trò bệ phản áp làm tăng sức chịu tải cho đất Phương pháp đệm cát sử dụng có hiệu qủa lớp đất yếu trạng thái bão hòa nước, chiều dày lớp đất yếu không lớn lắm, chênh lệch cột nước không cao gần nơi xây dựng có sẵn vật liệu cát 265 Kỹ thuật thi công đệm cát - Chuẩn bị mặt thi công tuyến đê - Dùng máy đào máy ủi đào móng đê với chiều sâu d thiết kế đệm cát - Trải lớp vải địa kỹ thuật xuống đáy hố móng Lớp vải địa kỹ thuật có tác dụng ngăn khơng cho cát chìm lẫn vào đất qúa trình thi cơng đệm cát đảm bảo chiều dày đệm cát thiết kế - Rải cát theo lớp thông qua việc đổ san Chiều dày lớp rải phụ thuộc vào thiết bị đầm nén Nếu đầm thủ công nặng 30kg, chiều dày lớp rải khoảng 20cm Nếu dùng đầm bàn rung chiều dày lớp rải khoảng 25cm Khi đầm bánh xích, chiều dày lớp rải khoảng 30 ÷ 40cm Còn đầm rung có phun nước U20, chiều dày lớp rải khoảng 100÷ 150cm Để khống chế chất lượng khối đắp, cần phải kiểm tra chiều dày lớp rải trước đầm Trong đầm cần điều chỉnh hướng máy đầm, quãng cách hai vệt đầm gần phải có độ trùng 10÷20 cm Để đảm bảo độ chặt đồng đều, hướng đầm nên thiết kế theo hai chiều vng góc nhau, ln phiên đầm theo hai hướng Vận tốc lăn đầm phụ thuộc vào trọng lượng đầm có cài thêm rung đầm hay không độ ẩm cát Nếu khơng có rung, tốc độ dịch chuyển máy đầm thường 1,5÷ 4km/h Trường hợp đầm cát bão hòa nước, mực nước ngầm xấp xỉ mặt đất tự nhiên việc sử dụng máy đầm lăn ép, đầm chấn động, đầm xung kích khơng kinh tế không thực Trong trường hợp này, người ta sử dụng đầm thủ công hiệu Công cụ đầm đơn giản ‘Đòn xỉa’ Thiết bị loại xỉa thép dài l,3m đến l,4 m có 4÷6 răng, xỉa dài 25÷30cm rộng 2÷4cm Trọng lượng tồn xỉa vào khoảng 4,4Kg Khi thi công, lớp cát rải dày vào khoảng 15÷20cm so với lớp cát Chiều dày trung bình lớp rải 30÷35cm Quá trình vận hành phương pháp xỉa sau: nâng xỉa lên cao khoảng 50cm, sau thả rơi tự tiến hành lắc xỉa ngập sâu dần vào đệm cát Mỗi lần xỉa lắc khoảng 16 lần, lượt dọc lại lượt ngang Theo kinh nghiệm thi công, lớp cát rải cần xỉa bốn lần đạt độ chặt trung bình Các tiêu đánh giá chất lượng đầm nén: Khi thi công đệm cát, việc trước tiên xác định tiêu đầm nén Để đánh giá chất lượng đầm nén người ta thường dựa vào hai tiêu quan trọng: độ chặt độ ẩm đầm nén[3] Để đánh giá độ chặt cát lớp đệm, dùng hệ số rỗng độ chặt tương đối D Dds  emax  e ds emax  e (1) Trong đó: Dds- Độ nén chặt tương đối thiết kế; eds - Hệ số rỗng nén chặt thiết kế; emax, eminHệ số rỗng cực đại cực tiểu đạt thí nghiệm tiêu chuẩn Độ nén chặt thân đê đất quy định Bảng sau Bảng 1: Quy định độ nén chặt thân đê đất Cấp cơng trình đê biển Đặc biệt I II III  6m III < 6m IV Dds  0,65  0,62  0,60 266 Đệm cát sau đầm nén xong áp dụng ba phương pháp sau để kiểm tra độ chặt: phương pháp cân, phương pháp dùng phao Kovalêv, phương pháp xuyên tiêu chuẩn Hình 2: Xử lý đệm cát cộng với bấc thấp Để tăng nhanh độ cố kết nền, tăng khả thoát nước lớp đất nền, giảm áp lực kẽ rỗng có giải pháp hữu hiệu sử dụng bấc thấm, nối liền dòng thấm lớp đất cần nước với lớp có hệ thấm cao Trong thi công đê, ta sử dụng bấc thấm lớp đất lớp đệm cát Trong trình chịu tải, nước lớp bấc thấm dẫn truyền lên lớp (cát đệm) Đất cố kết nhanh 2.2 Gia cố vật liệu có sức kéo, tăng khả chống trượt khối 2.2.1 Sử dụng vải địa kỹ thuật để gia cố đê Đối với đoạn đê có chiều cao tương đối, xây dựng đất yếu, cần thi công mùa khơ dùng vải địa kỹ thuật để gia cố thân đê Ta đặt lớp vải địa kỹ thuật lên bề mặt phân cách thân đê đê, đồng thời đặt lớp vải địa kỹ thuật cao trình khác thân đê nằm song song với mặt Lớp vải địa kỹ thuật đặt mặt có tác dụng phân cách đê thân đê, làm cho khối đất đắp khơng bị lún chìm vào nền, áp lực đất đắp đê phân bổ tương đối đồng vào mặt tạo điều kiện cho cố kết từ từ Lớp vải đặt nằm ngang thân đê có tác dụng phân bổ áp lực theo cao trình mặt cắt ngang đê, tăng độ bền chống trượt khối đất đắp giảm mặt cắt ngang đê Hình 3: Xử lý gia cố cốt Kỹ thuật thi cơng Chuẩn bị móng 267 Trước trải vải địa kỹ thuật, mặt phải san lấp để đạt độ cao thiết kế đầm đến độ chặt yêu cầu Bề mặt tiếp xúc với vải phải tương đối phẳng, đảm bảo cho vải tiếp xúc tốt với Những vật cứng sắc nhọn phải dọn để không làm hỏng vải Sau chuẩn bị xong, trải vải trực tiếp lên mặt đất chuẩn bị theo yêu cầu đặt vải Căng thảm vải làm lúc với việc san gạt, liên kết băng vải kỹ thuật với qua việc khâu đính Hai mép vải trùng lên từ 0,3m đến l,0m Khi thi công vật liệu đắp điều quan trọng ổn định lớp đắp này, không làm vải xê dịch hỏng vải Để đạt yêu cầu sử dụng xe đổ đất loại nhẹ thi công đổ san thủ công Khi đổ đất nên đổ giật lùi để tránh tiếp xúc bánh xe lên vải Áp dụng phương pháp đổ theo dải hẹp đối xứng từ đừơng trung tâm để giữ cho qúa trình thi cơng ln ln có dạng chữ U Việc thi cơng hạn chế dịch chuyển ngang lớp đất đắp Việc thi cơng mái dốc dùng khn có góc phù hợp với mái dốc thiết kế Sau thi công lớp đầu tiên, lại trải vải làm sau thi cơng tiếp, thi cơng đến cao trình thiết kế Lưu ý qúa trình thi cơng, người thi cơng phải chịu trách nhiệm đảm bảo vải không bị phá hoại trải vải, san cát đầm; trường hợp thiệt hại nhìn thấy vải, nhà thầu phải báo cho kỹ thiết kế để có biện pháp gia cố kịp thời lớp 2.2.2 Xử lý đê bè [6] Đắp đất bè làm gỗ, tràm, tàu dừa, bó cành phương pháp sử dụng lâu đời, sử dụng thành công xây dựng đê Khi sử dụng bè có tác dụng sau: - Mở rộng diện tích truyền tải trọng, làm cho thiên nhiên chịu tải trọng phân bố - Có thể ngăn không cho mặt trượt sâu xuyên qua đê - Ngăn khơng cho cát, đất chìm sâu vào đất yếu nước trôi đất đắp Các loại đất mềm yếu thường có tính nén lún lớn mực nước ngầm cao sau thời gian ngắn lún cố kết bè chìm xuống mực nước ngầm khó mục nát nên thời gian sử dụng kéo dài đến cố kết xong Dựa theo vật liệu sử dụng chia bè thành loại: Bè mềm bè cứng Bè mềm làm bó cành như: tràm, tre, tàu dừa, sú vẹt có đường kính 2÷5cm thường dùng để đắp đê lấn biển đê quai đầm lầy Ngoài bè mềm dùng làm lớp lót đất yếu trước làm lớp đệm cát thay cho lớp vải địa kỹ thuật Bè cứng thường làm tre gỗ có đường kính lớn ghép lại Phương pháp đắp đê bè có ưu điểm thi cơng đơn giản, trọng lượng nhẹ nơi có sẵn vật liệu làm bè phương án khả thi Đối với có mực nước ngập khơng cao đặt trực tiếp mảng liên kết xuống mặt thủ công Trường hợp mực nước ngập cao việc thi cơng đưa mảng liên kết vào phức tạp Người ta chế tạo mảng liên kết bãi, sau sử dụng sức kéo xà lan để lôi mảng vị trí cần hạ chìm Việc hạ chìm thực từ đầu mảng Đường biên mảng khóa lại dầm cứng nên người ta hạ đầu mảng xuống nhờ liên kết dầm biên, sau thả đá lên mảng đánh chìm hết mảng 268 Hình 4: Hạ mảng gia cố vào mặt Hình 5: Thi cơng mảng gia cố tre 2.3 Xử lý đệm cọc cát Nén chặt đất cọc cát phương pháp có hiệu để tăng tốc độ cố kết, bố trí đất mềm yếu thiết bị thoát nước dạng đường thấm thẳng đứng Hệ thống đường thấm thẳng đứng thường bố trí đất yếu trước đắp đất Cọc cát giải pháp tạo nên đường thấm thẳng đứng Cọc cát cọc tạo nên cát Đóng ống thép rỗng bịt đáy vào đất sau nhổ ống lên cho cát vào đầm chặt tạo nên cọc cát Hình 6: Nguyên lý thi công cọc cát Thi công cọc cát gồm bước sau đây: - Chuẩn bị mặt thi công tuyến đê; - Dùng chống lầy ray để vận chuyển máy đóng cọc; 269 - Dùng búa đóng cọc hai ống thép đường kính 40cm, dài 4,5m nặng 450kg, mũi nhọn ống thép có cánh lắp lề Để nén chặt cát cọc dùng chày đầm sắt dài 4m, đường kính 35cm, hai kích 50T để phòng rút ống khơng lên q trình thi cơng Trình tự thi công sau: - Trước tiên di chuyển máy đóng cọc đến vị trí thiết kế, kê đệm cho máy cân vững chắc, điều chỉnh cho tim búa trùng với tim cọc, dùng tời búa dựng ống lên để mũi nhọn ống thép với tim cọc - Hạ búa chặn đầu ống, điều chỉnh cho ống thép thẳng đứng rồi bắt đầu hạ búa đóng cọc tới cao trình thiết kế; kéo cọc lên 1m để cánh mũi cọc mở ra, đổ cát xuống, dùng tời búa kéo chày đầm lên cho vào ống thép hạ búa đóng lần lèn chặt cát, sau buộc chày đầm vào búa để kéo búa lên, tời dùng để kéo ống thép lên Tiếp tục kéo ống thép lên lm đổ cát vào ống thép; hạ chày đầm búa đóng lần để nén chặt cát Tiếp tục kéo ống lên lm nữa, đổ cát; hạ búa đóng trước, kéo ống lên, nhồi cát dùng chây đâm chặt cọc cát - Sau thực xong cọc cát, cần tiến hành kiểm tra xác định trọng lượng thể tích, hệ số rỗng đất, tiêu lý cần thiết khác khoảng cách cọc cát Những trị số yêu cầu phải phù hợp với số liệu tính tốn thiết kế Khoảng cách cọc cát: L = 1,904dc  (1 +eo)/ (eo –enc) (2) Trong đó: dc - đường kính cọc cát eo – Hệ số rỗng đất thiên nhiên trước nén cát enc – Hệ số rỗng cọc cát Chiều sâu chôn cọc cát: Chiều sâu ứng suất z  0,5 đn đn =  tn Z (3) Z - Chiều sâu tính ứng suất 2.4 Xử lý cố kết vật liệu Trong trường hợp yêu cầu thời gian thi công nhanh, sức chịu tải lớn giải pháp không đáp ứng u cầu người ta sử dụng phương pháp cố kết vật liệu dính kết Đặc điểm phương pháp cứng hóa vật liệu thơng qua gia cường chất keo kết Công nghệ đời từ năm 70 kỷ trước Công nghệ nâng cấp theo thời gian: công nghệ pha, pha pha; đến áp dụng hiệu xử lý đường, xử lý chống thấm, gia tăng khả chịu tải Nguyên lý phương pháp là: tác dụng áp lực dòng tia cao phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi hồ trộn với vữa phụt, sau đông cứng tạo thành khối đồng gọi Soilcrete [7] Cường độ chịu nén Soilcrete từ 20  250 kg/cm², phụ thuộc vào loại đất Nếu bùn sau gia cố đạt 20  50 kg/cm² Cơng nghệ gia cố keo kết vật liệu 270 nguyên có tên phương pháp trộn sâu Phạm vi áp dụng rộng Điều thể sơ đồ sau Hình 7: Phạm vi ứng dụng hiệu loại công nghệ khoan 2.5 Giải pháp thi công phân chia giai đoạn đắp hợp lý để tăng cố kết Đối với đê không cao, thời gian thi cơng cho phép kéo dài áp dụng giải pháp gia tăng dần cường độ nén để tăng dần tính ép co, tăng cố kết khối vừa đắp xong Thơng thường nên chia chiều cao đê thành giai đoạn thi công, giai đoạn lại chia đợt nhỏ năm để nâng dần chiều cao Có thể chia thành 2÷3 lớp mùa thi cơng Phương pháp áp dụng đồng sông Cửu Long hiệu Khống chế kiểm tra độ chặt 3.1 Khống chế chất lượng khối đắp Do u cầu phòng lún, yêu cầu thấm với trường hợp cá biệt, việc khống chế độ chặt khối đắp việc quan trọng Trong thiết kế cần chọn độ đầm chặt hợp lý Sau người thi cơng giám sát thực yêu cầu Độ chặt đất xác định thông qua hệ số đầm chặt Chỉ tiêu độ chặt phụ thuộc vào thành phần hạt cấu thành nên loại đất sử dụng Nếu đất dính thơng thường độ đầm chặt yêu cầu k > 0,95 Nếu đất cát độ chặt lấy theo Bảng 3.2 Kiểm tra độ đầm chặt khối đắp Kiểm tra độ đầm chặt khối đắp xác định thông qua dung trọng khô Việc xác định dung trọng khô khối đắp ổn định sử dụng phương pháp dao vòng cổ điển, phương pháp bình rót cát, phương pháp đo máy phóng xạ Nếu khối đắp độ ẩm cao, đặc biệt bão hòa nước, khối đắp sâu, trường hợp sử dụng đo xuyên tiêu chuẩn[3] 271 Kết luận Đê biển xây dựng theo tuyến, bám theo đường bờ tự nhiên, thông thường đặt đất mới, khả chịu tải Để kết cấu đê ổn định tác động tải trọng, cần xử lý chống lún, trượt chống thấm Phương pháp xử lý đệm cát sử dụng cho mà lớp bóc bỏ nơng, lớp đất yếu thay lớp tương đối khỏe Nếu tầng đất yếu sâu phương án cọc cát mang hiệu cao (thơng thường từ ÷10m sâu) Nền sét pha, chiều cao đê khơng q 5,0m sử dụng phương pháp gia cố vải địa kỹ thuật, gia cố bè mảng sát Trường hợp đất yếu, độ sệt B> 0,75 nên sử dụng phương pháp đắp phân đoạn thời gian hợp lý Trong trường hợp cần thi công nhanh, yêu cầu sức chịu tải cao, u cầu chống thấm áp dụng phương pháp vữa áp lực cao Tài liệu tham khảo [1] Ngơ Đình Tuấn & nnk, 1998 Quy hoạch tổng quan đê biển toàn quốc, Báo cáo chung, Hà nội 3-1998 [2] Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh, 2002 Xây dựng đê đập, đắp tuyến dân cư đất yếu đồng sông Cửu Long, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 2002; [3] 14TCN 130-2002, Hướng dẫn thiết kế đê biển, NXB NN, Hà Nội 2002; [4] Lê Xuân Roanh, 2007 Công nghệ xử lý thi công đê đất yếu, Chuyên đề sau đại học, Đại học Thủy lợi, Hà Nội 2007 [5] Nguyen Huu Phuc, 2006 Vietnam Seadikes, Existing Situations, Planning on Improving and Upgrading, Proceeding of Workshop 4-8/Dec 2006 Hanoi [6] Phạm Văn Quốc & nnk 2006 Cơng trình bảo vệ bờ đáy, Đại học Thủy lợi [7] Nguyên Quốc Dũng nnk 2005 Công nghệ khoan cao áp xử lý đất yếu, Nhà xuất Nông nghiệp 272 ... học, Đại học Thủy lợi, Hà Nội 2007 [5] Nguyen Huu Phuc, 2006 Vietnam Seadikes, Existing Situations, Planning on Improving and Upgrading, Proceeding of Workshop 4-8/Dec 2006 Hanoi [6] Phạm Văn... lên bề mặt phân cách thân đê đê, đồng thời đặt lớp vải địa kỹ thuật cao trình khác thân đê nằm song song với mặt Lớp vải địa kỹ thuật đặt mặt có tác dụng phân cách đê thân đê, làm cho khối đất đắp... lỗ khoan bị xói tơi hồ trộn với vữa phụt, sau đơng cứng tạo thành khối đồng gọi Soilcrete [7] Cường độ chịu nén Soilcrete từ 20  250 kg/cm², phụ thuộc vào loại đất Nếu bùn sau gia cố đạt 20 