4.1. Khỏi niệm chung
Cần phải lưu ý rằng khỏi niệm về nền đất yếu là một khỏi niệm hết sức tương đối, đến nay chưa cú một tiờu chuẩn cú tớnh chất định lượng rừ rệt cho nền đất yếu. Bởi vỡ thực chất cú loại đất nền đối với cụng trỡnh này cú thể coi là nền đất yếu nhưng đối với cụng trỡnh khỏc lại khụng thể coi nú là nền đất yếu. Núi một cỏch nụm na thỡ đất yếu tạm chấp nhận là loại đất sột nhóo, đất cỏt rời rạc.
Khi xõy dựng cụng trỡnh trờn nền đất yếu, thường khụng thể dựng nền thiờn nhiờn được, vỡ hai trạng thỏi giới hạn của nền đều khụng thoả món: độ lỳn của múng lớn hơn độ lỳn cho phộp, khả năng chịu tải của nền cũng khụng đảm bảo. Cần phải ỏp dụng cỏc giải phỏp xử lý nền hoặc múng, cú khi phải tăng cường cả kết cấu bờn trờn.
- Theo bản chất, cú thể chia cỏc giải phỏp xử lý nền thành ba nhúm: cơ học, vật lý và hoỏ học.
+ Cỏc phương phỏp cơ học ba gồm: đầm chặt (nụng, sõu), nộn rung, thay thế đất yếu bằng vật lệu bền hơn (đệm cỏt, sỏi, đất...) nộn sõu bằng cọc cỏt, cọc tre, cọc vụi, trụ đỏ balat, năng lượng nổ v.v...
+ Cỏc phương phỏp vật lý, với mục đớch là tạo điều kiện để cho đất được nộn chặt trước, bao gồm: hạ thấp mực nước ngầm và thoỏt nước thẳng đứng cho đất nền, chất tải trước, xử lý bằng điện thẩm v.v...
+ Cỏc phương phỏp hoỏ học cũn gọi là hoỏ - lý bao gồm: phụt xi măng, phụt silicat, điện hoỏ, gia cố bằng phụt nhựa tổng hợp, phụt sột và bitum v.v...
- Những giải phỏp xử lý múng bao gồm: sử dụng múng cọc cỏc loại, giếng chỡm và cỏc kiểu múng sõu khỏc.
- Những biện phỏp xử lý, tăng cường phần kết cấu bờn trờn của cụng trỡnh thường là: chọn kiểu kết cấu ớt nhạy lỳn, làm khe lỳn, đai bờ tụng cốt thộp; dành sẵn độ cao dự trữ bằng độ lỳn dự kiến; lựa chọn độ sõu đặt múng và kớch thước múng thớch hợp; thay vật liệu; ngăn ngừa nước dõng theo cỏc khe hở mao dẫn trong đất; quy định nghiờm ngặt trỡnh tự đào đắp, xõy lắp.
Trong nội dung của chương này chỳng tụi chỉ đề cập đến một số giải phỏp xử lý nền, và cũng chỉ nờu vắn tắt những vấn đề chớnh về một số giải phỏp được ỏp dụng nhiều trong thực tiễn xõy dựng ở Việt nam.
Mục đớch của cỏc giải phỏp xử lý nền để nhằm cải thiện thành phần, trạng thỏi, và từ đú làm cho cỏc tớnh chất cơ lý của đất nền đỏp ứng được cỏc yờu cầu về xõy dựng.
4.2. Nộn chặt bằng phương phỏp cơ học
Nhúm giải phỏp nộn chặt cơ học được phõn thành nộn chặt nụng và nộn chặt sõu. Nộn chặt nụng bao gồm: đầm chặt, cố kết động, đệm cỏt. Nộn chặt sõu bao gồm: cọc cỏt, cọc tre, trụ đỏ, sử dụng năng lượng nổ.
4.2.1. Nộn chặt nụng
hoà nước, vỡ lực tỏc dụng nhanh khi đầm làm phỏt sinh ỏp lực lỗ rỗng cú trị số lớn; ỏp lực này khụng kịp tiờu tỏn và truyền cho đất (để thành ỏp lực cú hiệu); phần đất ở dưới bàn nộn trở lờn mất ổn định.
Độ sõu nộn chặt cú hiệu quả thay đổi trong phạm vi khỏ rộng từ 0,1
0,2m cho đến 2,7 3,5m, tuỳ thuộc vào kiểu loại thiết bị sử dụng và loại đất. Việc đầm nộn được tiến hành theo từng lớp; đất ở đỏy mỗi lớp phải đạt độ chặt thiết kế. Thụng thường đất được coi là đủ chặt, khi dung trọng đạt 1,6T/m3 đối với đất cỏt; 1,65
1,75T/m3 đối với đất loại sột (cỏt pha sột, sột pha cỏt, và sột). Trờn hỡnh 4.1 trỡnh bày sơ đồ bố trớ thi cụng đầm xung kớch để đầm chặt lớp mặt là ỏp dụng theo phương phỏp này.
4.2.1.2. Cố kết động
Cố kết động là phương phỏp tạo ra năng lượng xung kớch cực lớn tỏc dụng trực tiếp lờn bề mặt của đất yếu, bằng cỏch cho quả đầm cú trọng lượng từ 10 đến 20 tấn (cỏ biệt đến 40 tấn) rơi tự do từ độ cao 10 20m (cú khi từ 40m). Năng lượng xung kớch này tạo ra cỏc hiệu ứng của súng ứng suất khỏc nhau, cú tỏc dụng cải thiện cỏc đặc trưng cơ lý của đất yếu. Phương phỏp này do L.Menard đề xuất vào đầu những năm bảy mươi, cho phộp gia cố cả đất dớnh bóo hoà nước. Sau mỗi lần xung kớch, quỏ trỡnh gia cố cũn tiếp diễn theo thời gian, tựa như quỏ trỡnh nộn cố kết. Vỡ vậy thuật ngữ “cố kết động” được gọi tờn phương phỏp này.
Qỳa trỡnh gia cố đất bao gồm: hiệu ứng nộn chặt, phỏ vỡ một số liờn kết kiến trỳc của đất, tỏi tạo và phỏt sinh liờn kết mới.
Những hiệu ứng trong đất dớnh bóo hoà nước cũn phức tạp hơn nhiều, nờn vẫn cũn đang được nghiờn cứu tiếp. Tuy nhiờn hiệu quả của phương phỏp này là rừ rệt: làm tăng khả năng chịu tải của đất 3 5 lần, làm giảm độ lỳn (3 10% chiều dày đất gia cố), khắc phục được đỏng kể hiện tượng hoỏ lỏng của đất yếu trong vựng chịu ảnh hưởng của địa chấn.
Để gia cố đất bằng phương phỏp cố kết động, cần xỏc định một loạt thụng số cơ bản theo cụng thức thực nghiệm; thống kờ kinh nghiệm và kết quả thớ nghiệm hiện trường; năng lượng cần thiết cho mỗi lần xung kớch, kớch thước và mạng lưới cỏc điểm đầm, số lần xung kớch tối thiểu cho mỗi đợt đầm và thời gian nghỉ cần thiết giữa hai đợt đầm kế tiếp. Cỏc thụng số đú liờn quan chặt chẽ với loại đất, trạng thỏi và chiều dày tối thiểu của đất gia cố, trọng lượng và kớch thước quả đầm v.v...
Phương phỏp cố kết động được ỏp dụng khỏ rộng rói trờn thế giới để gia cố cỏc loại đất bựn bồi tớch để xõy dựng cỏc khu cụng nghiệp, nền đường, sõn bói, bến cảng v.v...
Ở Việt nam phương phỏp này lần đầu tiờn đó được ỏp dụng vào năm 1986 để xử lý nền bựn dày 5 6m trong khi xõy dựng một toà nhà hai tầng tại Ngọc Khỏnh - Hà Nội.
4.2.1.3. Đệm cỏt
Đệm cỏt là một lớp cỏt chọn lọc (hạt to, hạt vừa, chứa rất ớt hạt bụi, hạt sột), được nộn chặt tối đa, đắp trực tiếp lờn mặt đất thiờn nhiờn, hoặc đắp sau khi vột lớp mặt, nhằm mục đớch giảm độ lỳn của múng cụng trỡnh và tăng độ ổn định của nú, phõn bố lại ứng suất trong đất bờn dưới đệm để san bằng lượng chờnh lệch lỳn giữa cỏc múng lõn cận, giảm độ sõu đặt múng. Nhờ sự thoỏt nước ra của nước lỗ rỗng qua đệm cỏt, đất loại sột bóo hoà nước phõn bố bờn dưới đệm cũng được củng cố một phần. 1 4 3 ,5 4 m 3 2 Hỡnh 4.1 Sơđồ bố trớ thi cụng đầm xung kớch
1 - Hướng di chuyển ; 2 - Quảđầm ; 3 - Mặt đất sau khi đầm ; 4 - Mặt đất trước khi đầm
Chiều dày và chiều rộng lớp đệm phụ thuộc vào mục đớch và tỏc dụng của nú (để giảm độ lỳn hay là để đảm bảo độ ổn định của múng). Trong thực tế xõy dựng, đệm cỏt được thiết kế với chiều dày từ 0,5 đến 6,5m. Kớch thước mặt bằng của đệm cỏt phải đảm bảo được sự ổn định của đất xung quanh đệm do tỏc dụng của ứng suất nằm ngang và cỏc lực tiếp tuyến. Đệm cỏt phải tớnh toỏn ổn định trượt trong trường hợp cú thể xảy ra.
Nếu mục đớch làm đệm cỏt để giảm độ lỳn của múng, thỡ chiều dày của đệm phải đảm bảo điều kiện: tổng độ lỳn của bản thõn đệm và của cỏc lớp đất yếu nằm dưới khụng vượt quỏ phạm vi cho phộp.
Khi đất yếu dày khụng quỏ 3m, kề dưới cú đất tốt, nhưng lại chịu tỏc dụng của nước ỏp lực mạnh, phải dựng sỏi sạn thay cỏt để làm đệm. Sỏi sạn cũng phải được sắp xếp và đầm chặt đến mức tối đa.
Tớnh toỏn đệm cỏt theo sơ đồ trờn hỡnh 4.2 bao gồm: xỏc định chiều dày và bề rộng của đệm cỏt:
- Xỏc định bề dày tối thiểu của đệm cỏt.
Bề dày của đệm cỏt được xỏc định trờn cơ sở ỏp suất lờn tầng đất khụng vượt giỏ trị giới hạn. Như vậy phải thoả món điều kiện:
H + K0p RH ( 4.1 )
Trong đú: H - Ứng suất do trọng lượng khối đất ở độ sõu H.
K0 - Hệ số phõn bố ỏp lực ở trọng tõm đỏy múng phụ thuộc vào tỷ số
ba a và b z xỏc định theo Bảng 1 - 5. F N
p - Ứng suất bỡnh quõn dưới đỏy múng. RH - Cường độ tớnh toỏn của đất ở độ sõu H