CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP LƯỚI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.2 Tổng quan về nghiên cứu cọc đất xi măng kết hợp lưới địa kỹ thuật để xử lý nền đất yếu
1.2.1 Mô tả giải pháp và ứng dụng
Cọc ĐXM ngày càng được sử dụng rộng rãi trong xử lý nền đất yếu với các ưu điểm là khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô đến bùn yếu), thi công cả trong điều kiện ngập sâu trong nước [17].
Tuy nhiên, một vấn đề lớn khi xử lý nền đất yếu bằng cọc ĐXM để xây dựng nền đắp là hiện tượng lún lệch lớn giữa cọc và nền đất giữa các cọc khi khoảng cách các cọc lớn [41], [52], [79]. Để giải quyết vấn đề trên, hiện tại có nhiều cách tạo ra lớp truyền tải (LTP - Load Transfer Platform) phía trên đỉnh cọc bằng cách tạo mũ cọc kích thước lớn, sử dụng lớp đất hay cát gia cố xi măng, hoặc sử dụng một hay nhiều lớp lưới ĐKT (hoặc vải ĐKT) (hình 1.2). Với lớp truyền tải, hiệu quả truyền tải vào cọc ĐXM tăng lên, giảm độ lún lệch giữa cọc và đất nền và từ đó tăng được khoảng cách cọc [24], [41], [46].
Hình 1.2 Các lớp truyền tải LTP để tăng hiệu quả truyền tải cọc (Abdullah 2006) [24]
(a)Sử dụng mũ cọc kích thước lớn; (b) Sử dụng lớp cát hoặc đất gia cố xi măng;
(c)Sử dụng một lớp lưới (hoặc vải) ĐKT cường độ cao; (d) dầm LTP (sử dụng hơn 2 lớp lưới ĐKT).
Việc sử dụng mũ cọc kích thước lớn hoặc tạo lớp đất hay cát gia cố xi măng có chiều dày khác nhau trên đỉnh cọc ĐXM, ngoài việc tăng chi phí, kéo dài thời gian xây dựng, trong một số trường hợp còn gặp nhiều khó khăn về nguồn vật liệu tại chỗ. Để giải quyết vấn đề lún lệch, thời gian thi công nhanh và nguồn vật liệu, giải pháp cọc ĐXM kết hợp lưới ĐKT được nghiên cứu và giải quyết các vấn đề còn tồn tại khi chỉ xử lý nền đất yếu bằng cọc ĐXM được áp dụng gần đây [42].
Giải pháp cọc đất xi măng (ĐXM) kết hợp với lưới địa kỹ thuật (ĐKT) xử lý nền đất yếu thuộc giải pháp cọc kết hợp với vật liệu ĐKT (GRPS - Geosynthetics Reinforced Pile Supported), thường được sử dụng trong các trường hợp chiều dày lớp đất yếu lớn, thời gian xây dựng và mặt bằng xây dựng bị hạn chế (hình 1.3). Khi đó vai trò chính của cọc là chịu và truyền tải trọng nền đắp cũng như tải trọng giao thông xuống tầng đất tốt hơn ở dưới mũi cọc. Còn lưới ĐKT có khả năng chịu kéo lớn được trải trên đỉnh cọc giúp tăng phần tải trọng truyền vào cọc và gánh đỡ phần tải trọng truyền xuống phần đất yếu giữa các cọc nhờ đó giảm được độ lún lệch giữa phần cọc và phần đất xung quanh cọc [42].
Giải pháp này được đánh giá là đơn giản trong thi công, rút ngắn thời gian xây dựng, vật liệu ĐKT thân thiện môi trường, do đó ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thực tế xây dựng đặc biệt tại các vị trí đắp cao và có yêu cầu nghiêm ngặt về độ lún cũng như yêu cầu tiến độ thi công gấp [47], [59] (hình 1.4).
Hình 1.3 Hệ cọc kết hợp vật liệu địa kỹ thuật
Ba ứng dụng chính của giải pháp cọc ĐXM kết hợp lưới ĐKT trong xử lý nền đất yếu (hình 1.5): hỗ trợ nền đường đắp cao, hỗ trợ nền đường mở rộng và giảm lún đường đầu cầu [30], [47], [78].
Từ những năm 1970 trở lại đây, giải pháp cọc ĐXM kết hợp lưới ĐKT trong xây dựng nền đắp trên đất yếu được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu được trình bày trong bảng 1.2.
16
Hình 1.4 Thi công cọc đất xi măng và lưới địa kỹ thuật tại Nhật Bản Bảng 1.2 Các nghiên cứu hệ cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật tiêu biểu
STT
1
2
3
4
5
6
17
Hình 1.5 Một số ứng dụng cọc đất xi măng kết hợp lưới Địa kỹ thuật [43]
Dựa vào kết quả điều tra các công trình áp dụng phương pháp sử dụng cọc kết hợp lưới ĐKT, theo [47] có đưa ra khuyến nghị về tỉ lệ diện tích cọc (mũ cọc) so với diện tích đáy nền đắp khi chiều cao nền đắp và vật liệu đắp thay đổi (hình 1.6). Khi diện tích cọc từ 8% đến 25%, nên sử dụng phương pháp cọc kết hợp vật liệu ĐKT để đảm bảo
yếu tố kinh tế - kỹ thuật.
Theo Han và Gabr (2002) [43] đã tổng kết về việc sử dụng công nghệ cọc kết hợp lưới ĐKT gia cường nền đường đắp với một số nét chính sau: khoảng cách cọc thông thường trong khoảng 2m - 3m, mũ cọc sử dụng hình vuông kích thước từ 0,75m đến 1,5m. Trên mặt bằng, cọc thường được bố trí dạng lưới ô vuông vì nếu bố trí dạng lưới tam giác thì rất phức tạp để phân tích cơ chế hình thành vòm đất.
Hình 1.6 Diện tích cọc (mũ cọc) phụ thuộc vào chiều cao nền đắp [47]
Như vậy, qua các kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tế, giải pháp cọc ĐXM kết hợp lưới ĐKT nói riêng đã chứng minh được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi xử lý đất đất yếu dưới nền đắp. Lớp truyền tải (LTP) - lưới ĐKT cho phép giảm số lượng cọc, giảm thời gian thi công và quan trọng là giảm được độ chênh lệch lún giữa cọc và phần nền nằm giữa hai cọc, do đó giảm được độ lún trên đỉnh nền đắp.