CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU, CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
1.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu
1.2.6 Giải pháp cọc cát đầm chặt
Hiện nay ở Việt Nam chưa có Tiêu chuẩn về thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt và cũng mới chỉ có dự án đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng áp dụng giải pháp cọc cát đầm chặt để xử lý nền đất yếu, chính vì vậy trong phần này, chúng tôi sẽ đưa ra những nội dung chi tiết về thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt theo tài liệu tham khảo của dự án Hà Nội – Hải Phòng theo công nghệ Hàn Quốc và kết hợp với một số nội dung trong tiêu chuẩn của Nhật Bản về thiết kế thi công cọc cát đầm chặt.
a) Cơ sở lý thuyết
Khi xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt, có 2 quá trình xảy ra là:
- Quá trình nén chặt cơ học;
- Quá trình cố kết thấm.
Nén chặt cơ học.
Gia cố nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt là phương pháp dùng một thiết bị chuyên dụng để đưa một lượng cát vào nền đất yếu dưới dạng cọc cát nhằm cải tạo tính chất cơ lý của đất nền, nâng cao sức chịu tải của đất nền, giảm độ lún công trình, đảm bảo công trình hoạt động bình thường và ổn định.
Có thể biểu thị sự thay đổi thể tích khối đất thông qua sự thay đổi hệ số rỗng của đất, khi đó trong quá trình nén chặt đất, có thể coi biến thiên thể tích đất tỷ lệ bậc nhất với biến thiên hệ số rỗng.
Khi gia cố nền đất yếu bằng cọc cát đầm chặt, quá trình nén chặt đất yếu cơ học đã xảy ra, kết quả làm tăng sức chịu tải của nền, tăng mức độ ổn định và làm giảm tính lún của nền đất.
Cố kết thấm.
Khi cọc cát được hình thành trong nền đất, đã tạo thành giếng thu nước
thẳng đứng, tạo điều kiện thuận lợi cho nước trong đất yếu thoát ra ngoài qua cọc cát. Dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài (tải trọng đất đắp), theo thời gian, ứng suất có hiệu trong nền đất tăng lên, áp lực nước lỗ rỗng giảm đi, nước trong lỗ rỗng của đất yếu sẽ thấm chủ yếu theo phương ngang vào cọc cát, sau đó thoát ra ngoài theo chiều dài cọc cát.
Ngoài ra, khi đưa cát vào nền đất yếu để hình thành cọc cát, do độ ẩm của cát trong cọc cát nhỏ hơn độ ẩm của nền đất yếu rất nhiều lần, đã tạo điều kiện cho nước trong đất yếu được thấm tập chung về phía cọc cát rất nhanh, làm cho quá trình cố kết ban đầu của đất yếu tăng nhanh.
Dưới tác dụng của quá trình cố kết nêu trên, sức kháng cắt của đất yếu tăng lên, độ lún giảm, sức chịu tải của đất nền được cải thiện rõ rệt.
b) Ưu nhược điểm của công nghệ cọc cát đầm chặt
- Công nghệ cọc cát đầm chặt đảm bảo thời gian thi công nhanh, không sử dụng giải pháp thay đất bằng vật liệu cát mới mà vẫn có thể đảm bảo tăng cường độ kháng cắt của đất yếu, do vậy nền đất không bị lún và nút.
- Hiện nay đường kính cọc cát được ứng dụng là từ 1.5 ÷ 2.0m, do vậy sẽ đẩy nhanh quá trình thoát nước từ đất yếu ra ngoài bằng cọc cát, giảm bớt độ cố kết của riêng phần đất yếu đi rất nhiều lần. Do đó, nếu ứng dụng công nghệ cọc cát đầm chặt này thì độ lún cố kết thứ cấp của đất yếu sẽ giảm nhiều.
- Công nghệ cọc cát đầm chặt không gây ảnh hưởng đến môi trường và trong tương lai, công nghệ này sẽ trở thành công nghệ xử lý nền đất yếu rất hiệu quả.
Hình 1.5. Quy trình thi công cọc cát
- Có thể kiểm soát về khối lượng và chất lượng công trình trong quá trình thi công cọc cát đầm chặt.
- Các điều kiện
về thời tiết sẽ không ảnh hưởng quá nhiều đến tiến trình thi công cọc cát đầm chặt.
Công nghệ thi công cọc cát đầm chặt vừa có tác dụng thoát nước cố kết, vừa có tác dụng làm chặt đất và bổ sung những cọc cát có đường kính lớn, sức chịu tải cao. Do đó đây là phương pháp đem lại nhiều lợi ích nên có thể áp dụng đối với tất cả các công trình giao thông có tuyến đi qua khu vực nền đất yếu.
c) Phạm vi áp dụng
Căn cứ vào các nội dung phân tích, tính toán về cọc cát xử lý nền đất yếu đã nêu trên, nhận thấy cọc cát có thể áp dụng trong một số trường hợp:
Bề dày đất yếu cần xử lý tương đối lớn ~20-30m;
Chiều cao nền đất đắp tương đối lớn >6m;
Cọc cát làm tăng cường sự ổn định nền đắp, giảm thiểu độ lún còn lại;
Khi nền đất yếu cần sử lý có sức chống cắt nhỏ mà việc cải thiện tính chất cơ lý của đất yếu này bằng cố kết thấm đơn thuần thì hiệu quả đạt được sẽ không cao;
Khi thời hạn yêu cầu đưa đường vào khai thác, sử dụng là ngắn;
Chỉ tiêu kỹ thuật của cát sử dụng trong phương pháp cọc cát đầm chặt yêu cầu không cao như đối với phương pháp giếng cát, có thể sử dụng vật liệu
-
- Hình 1.6. Tổ chức thi công cọc cát
sãn có tại khu vực đồng bằng Sông Cửu Long. Mặt khác, giải pháp này không cần thời gian chờ cố kết của đất yếu.