1.3.1. Địa tầng khu vực
Trên cơ sở các tài liệu địa chất đã thu thập được, địa tầng khu vực từ trên xuống dưới như sau:
- Trầm tích Holocene
- Trầm tích Pleistocene gồm: trầm tích Pleistocene sớm – giữa (QI-II) và trầm tích Pleistocene muộn (QIII).
- Trầm tích Pliocene (N2).
1.3.2. Địa chất công trình khu vực
Căn cứ vào các tài liệu đã thu thập được và trong phạm vi nghiên cứu từ mặt đất tự nhiên xuống 20m thì các lớp đất được khảo sát thuộc 2 tầng trầm tích Holocene và Pleistocene.
a. Trầm tích Holocene:
Tầng đất này phủ lên toàn bộ diện tích khu vực khảo sát. Đất có màu xám đen lẫn nhiều rễ cây, xác bả động, thực vật đã và đang phân hủy. Đất có nguồn gốc trầm tích sông – đầm lầy. Bề dầy tầng bắt gặp khoàng 5m.
Đây là lớp phù sa mới thuộc loại đất yếu, do điều kiện chưa nén dẽ lại chứa nhiều hữu cơ, độ ngậm nước cao nên phần lớn ở trạng thái chảy, dẻo chảy (nhão, dẻo nhão), khả năng chịu tải thấp, dễ xảy ra các hiện tượng gây mất ổn định như co ngót, trương nở, sạt lở, sụt lún, trượt…
b. Trầm tích Pleistocene:
Tầng này bị phủ bởi trầm tích Holocene. Kết quả quan sát cho thấy là các nhóm đất sét, sét pha và cát pha có màu xám trắng, nâu vàng, nâu đỏ. Trạng thái đất từ dẻo cứng đến nửa cứng. Trong đất không có hoặc có rất ít hữu cơ. Đất có khả năng chịu tải tương đối cao, độ rỗng vừa phải, hệ số nén lún nhỏ.
1.4. Kết luận chƣơng
Đầu tư cho ngành giao thông trong thời gian qua không ngừng tăng lên qua các năm. Tuy nhiên việc sử dụng các phương pháp thi công còn qui cũ. Chưa áp dụng những công nghệ mới để cập nhật, nhằm tìm ra những phương pháp có giá trị kinh tế tốt nhất. Nâng cao được chất lượng và đảm bảo ổn định cho phù hợp với địa chất công trình tại địa bàn huyện.
CHƢƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY DỰNG NỀN ĐƢỜNG TRÊN ĐẤT YẾU
2.1. Tổng quan về việc xây dựng nền đƣờng trên đất yếu
Trong thời đại ngày nay, cùng với quá trình đô thị hoá và sự phát triển của dân số thì các công trình xây dựng nói chung và các công trình giao thông nói riêng cũng phát triển không ngừng. Do điều kiện hạn chế về quỹ đất nên đòi hỏi các công trình này phải đặt trên những vị trí (vùng đất yếu) mà trước đây được xem là không thích hợp. Những vùng đất yếu có sức chịu tải thấp và thể hiện tính nén lún cao khi chịu tác dụng tải trọng. Do đó, để đảm bảo điều kiện ổn định của nền và điều kiện bền vững của công trình trong quá trình khai thác thì không thể tránh khỏi việc xử lý nền đất nhằm kiểm soát việc lún lệch và những thiệt hại gây ra cho công trình.
Nền đường là bộ phận quan trọng của đường ôtô. Bảo đảm ổn định nền đường là điều kiện tiên quyết để bảo đảm ổn định của kết cấu áo đường. Hai vấn đề quan trọng nhất đối với nền đường là ổn định và lún. Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đường ôtô hiện hành, nền đường đắp trên nền thiên nhiên phải đảm bảo các yêu cầu sau đây:
- Nền đường phải đảm bảo ổn định toàn khối, không bị sụt trượt mái taluy; trượt trồi, lún sụt nền đắp trên đất yếu; trượt phần đắp trên sườn dốc,…
- Nền đường phải đảm bảo đủ cường độ, không xuất hiện vùng biến dạng dẻo nguy hiểm có thể gây cho kết cấu mặt đường bị lượn sóng, thậm chí gây phá hoại kết cấu mặt đường bên trên.
Các biện pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu là một trong những công trình xây dựng thường gặp. Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là một bài toán khó đối với người xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của công trình.
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể xây dựng các công trình. Đất yếu là một loại đất không có khả năng chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên.
Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
Trong thực tế, có rất nhiều nền đường bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền phù hợp. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.
2.1.1. Một số đặc điểm của nền đất yếu
Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ; sức chịu tải bé (0,5 – 1kg/cm2); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kg); hệ số rỗng e lớn (e > 1,0); độ sệt lớn (B>1); mô đun biến dạng bé (E<50kg/cm2); khả năng chống cắt (C) bé, khả năng thấm nước bé; hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8; dung trọng bé Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp:
– Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp;
– Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;
– Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có 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 chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy;
– Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt.
2.1.2. Các biện pháp xử lý nền đất yếu
Kỹ thuật cải tạo đất yếu thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau.
Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn tạo nền đường trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo.
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất…Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế
đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có nhiều biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như các biện pháp xử lý nền.
Trong vài thập niên gần đây, công cuộc xây dựng và phát triển nông thôn ở Việt Nam là những vấn đề quốc sách, nằm trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội của quốc gia. Để hiện thực hoá định hướng chương trình Nông thôn mới theo Chương trình mục tiêu Quốc Gia về xây dựng Nông thôn mới giai đoạn 2016-2020, Thủ Tướng Chính Phủ ban hành Quyết định số 1600/QĐ-TTg ngày 16/8/2016.
Trên toàn huyện còn 4 tuyến đường với chiều dài khỏang 40 km đường nối từ Quốc lộ, Tỉnh lộ đến trung tâm 4 xã chưa được nhựa hóa (hiện nay là kết cấu mặt đường đá 0x4 và cấp phối sỏi đỏ). Bên cạnh đó, huyện Tân Thạnh phấn đấu xây dựng thị trấn Tân Thạnh thành đô thị lọai IV đến năm 2020, vì vậy cần đầu tư mới một số tuyến đường trên địa bàn thị trấn để hòan chỉnh tiêu chí về hạ tầng kỹ thuật.
2.2. Các giải pháp xử lý nền đƣờng trên đất yếu 2.2.1. Xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp đệm cát
Lớp đệm cát có tác dụng phân bố lại ứng suất lên nền đất yếu bên dưới công trình đắp, do ứng suất tập trung vào lớp đệm cát có khả năng chịu tải cao hơn. Đệm cát làm tăng độ ổn định của công trình, đẩy nhanh tốc độ cố kết của nền đất.
Xử lý bằng đệm cát thường dùng khi tải trọng đắp không lớn, lớp đất yếu dưới công trình không quá dày và có sẵn vật liệu cát tại địa phương.
Chiều dày đệm cát thường chọn theo kinh nghiệm, theo độ lún công trình và phải có giá trị lớn hơn 0,5m. Độ chặt đầm nén của tầng đệm cát phải đạt ít nhất là 90% độ chặt đầm nén tiêu chuẩn.
Bề rộng lớp đệm cát phải bao phủ hết bề rộng ảnh hưởng của tải trọng nền tác dụng lên đất nền.
• Ƣu điểm: Sử dụng vật liệu địa phương, thi công đơn giản nên rất hay được sử dụng, giảm việc lún không đều cho công trình, đồng thời làm tăng quá trình cố kết của đất nền.
• Nhƣợc điểm: Biện pháp sử dụng đệm cát chỉ phù hợp với nền có chiều cao đất đắp nhỏ hoặc cho công trình nhỏ, bề dày lớp đất yếu không quá, với chiều cao nền đắp lớn thì nên sử dụng kết hợp đệm cát với các biện pháp xử lý khác.
• Phạm vi áp dụng: đệm cát áp dụng tốt nhất cho nền đất yếu dày không quá 3m, không nên sử dụng phương pháp này cho nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp
vì sẽ tốn kém chi phí hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định, cần có biện pháp ngăn ngừa hiện tượng cát chảy.
Hình 2.1: Sơ đồ xử lý nền bằng đệm cát
2.2.2. Xử lý nền đất yếu bằng phƣơng pháp cọc cát
Đất nền được cải tạo bằng cọc cát trở thành nền hỗn hợp.Khi chịu tải trọng tác dụng, cọc vật liệu rời có khuynh hướng phình ngang và truyền ứng suất qua phần đất nền ở phía trên. Cường độ và khả năng chịu tải của đất nền hỗn hợp có thể gia tăng và tính nén lún giảm. Ngoài ra, cọc cát có hệ số thấm lớn nên nó cũng có chức năng làm tăng nhanh tốc độ cố kết và giảm độ lún còn lại khi sử dụng công trình.
Điều kiện là cọc cát phải chịu được tải trọng đứng và chất lượng làm cọc phải ổn định và đồng nhất.
• Ƣu điểm: cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên tiết kiệm chi phí hơn so với các biện pháp gia cố khác.
• Nhƣợc điểm: Cần hết sức cảnh giác đối với nền có mực nước ngầm lên xuống, thay đổi nhiều. Một số bài học cho việc sử dụng cọc cát cho nền có mực nước ngầm biến đổi nhiều,nước đã rút cát dưới móng làm công trình bị lún rất nguy hiểm.
• Phạm vi áp dụng: Cọc cát thích hợp để xử lý các loại đất yếu như cát nhỏ, cát bụi rời bão hoà nước, các lớp đất xen kẽ lớp bùn lỏng, các loại đất dính yếu cũng như các loại bùn và bùn sét. Biện pháp gia cố nền bằng cọc cát được sử dụng cho các công trình chịu tải trọng không lớn trên nền đất yếu như: gia cố nền nhà kho, gia cố nền đường, gia cố đoạn đường dẫn vào cầu, gia cố các nền bến bãi...
Hình 2.2: Sự phân bố ứng suất lên cọc cát
2.2.3. Xử lý nền hạ bằng phƣơng pháp giếng cát kết hợp với gia tải trƣớc
Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng thiết bị tiêu nước thẳng đứng, một trong những phương pháp đặc trưng là giếng cát.
Với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi bố trí giếng cát trong nền đất và kết hợp gia tải, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, nước lổ rỗng trong đất nền thấm về hướng giếng cát rồi sau đó thoát nhanh theo phương đứng ra khỏi nền đất. Áp lực nước lổ rỗng thặng dư tiêu tán và đất nền nhanh đạt đến độ lún ổn định để khi công trình được đưa vào sử dụng thì độ lún còn lại không đáng kể.
Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước thường có ba bộ phận chính: lớp đệm cát, giếng cát, tải trọng tạm (đất đắp hoặc hút chân không).
- Lớp đệm cát
+ Ngoài chức năng phân bố lại ứng suất trong đất nền do ứng suất tập trung vào lớp cát thay thế, lớp đệm cát đóng vai trò như lớp đệm thoát nước. Nước lỗ rỗng trong đất bị nén ép bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thoát hướng về giếng cát, từ các giếng cát nước lỗ rỗng này theo môi trường cát trong giếng (có tính thấm tốt) thoát về phía đệm cát, đệm cát dẫn nước thoát ngang và tiêu tán ra ngoài.
Hình 2.3: Nền được xử lý bằng giếng cát
• Ƣu điểm:
+ Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền + Tăng nhanh khả năng chịu tải của đất nền + Nền được lún trước do thoát nước và gia tải
+ Giảm mức độ biến dạng và biến dạng không đồng đều của đất nền + Tăng khả năng chống trượt khi công trình chịu tải ngang
• Nhƣợc điểm:
+ Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình có tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất yếu không lớn.
+ Thời gian thi công (gia tải) lâu
+ Không hiệu quả cho đất nền có hệ số thấm k < (8÷10)cm/s
• Phạm vi áp dụng: sử dụng cho các công trình như nền đường, nền nhà xưởng, nền nhà kho khi có thời gian chờ cố kết.
2.2.4. Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trƣớc
Tương tự như giếng cát bấc thầm đứng có hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét. Khi bố trí bấc thấm trong nền đất và kết hợp gia tải, nhờ tải trọng ngoài, nước lỗ rỗng trong đất nền thấm về hướng bấc thấm rồi sau đó thoát nhanh theo phương đứng ra khỏi đất nền.
Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước cũng gồm ba phần chính như hình 2.4.
- Lớp đệm cát và tải trọng tạm tương tự như hệ thống xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước.
Hình 2.4: Xử lý nền bằng bấc thấm
• Ƣu điểm:
+ Bấc thấm có khả năng thoát nước tốt + Dễ dàng công nghiệp hoá trong sản xuất + Đảm bảo tính liên tục của đường thoát nước
+ Thi công nhanh, giảm sự phá hoại của kết cấu đất nền
• Nhƣợc điểm:
+ Bấc thấm có thể bị tắc do màng lọc chất lượng kém + Bấc bị đứt trong quá trình thi công cắm bấc.
• Phạm vi áp dụng: sử dụng cho các công trình như nền đường, nền nhà xưởng, nền nhà kho khi có thời gian chờ cố kết.
2.2.5. Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất trộn xi măng.
Trước đây biện pháp xử lý đất trộn vôi đã được sử dụng nhiều trong nước. Thời gian gần đây, với công nghệ, thiết bị thi công du nhập từ nước ngoài vào, cộng thêm việc nghiên cứu được chú trọng nên cọc đất gia cố ximăng được sử dụng phổ biến hơn trong xây dựng công trình đắp.
Cọc đất gia cố ximăng thường dùng cho các công trình chịu tải trọng lớn (đường lăn, bãi đỗ trong sân bay, bến cảng); các công trình đòi hỏi độ ổn định cao (đường đắp cao đầu cầu, bãi đúc các cấu kiện lớn, nền kho bãi,...); các công trình gia cố nền trong phạm vi nhỏ hẹp (nhà móng nông bị nghiêng lún...).
Mô hình cấu tạo của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vôi cho đường đắp cao đầu cầu.
Hình 2.5: Mô hình xử lý nền bằng cọc đất trộn xi măng
Hiệu quả của việc xử lý nền bằng xi măng hoặc vôi sẽ kém khi độ ẩm và hàm lượng hữu cơ gia tăng. Chỉ số dẻo của đất càng lớn thì khả năng cải tạo nền càng kém.