Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn (thường nhỏ hơn 3m) nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đá hoặc bệ phản áp… để gia cố đất nền. Việc thay thế lớp đất yếu bằng đệm cát, đệm đá… có tác dụng tăng khả năng chịu lực của nền, giảm bớt độ lún toàn bộ và lún không đều, đồng thời tăng nhanh quá trình cố kết, giảm kích thước và chiều sâu chôn móng.
a) Lớp đệm cát co chiều dày không đổi. áp dụng ở nơi có lớp đất yếu mỏng nhưng
tương đối chặt, cường độ không quá thấp
b) Lớp đệm cát ở giữa dày, hai bên mỏng. Được áp dụngở nơi có lớp bùn tương
đối dày. Ơ giữa chịu ứng suất lớn, hai bên chịu ứng suất nhỏ
c) Lớp đệm cát ở giữa mỏng, hai bên dày. Được áp dụng ở nơi có lớp đất yếu thay
đổi. Làm dày ở hai bên có tác dụng để không cho bùn bị đẩy sang và nếu nằm trên
đất cứng thì có thể đắp bằng đá.
Hình 1.19 Xử lý nền đất yếu dùng đệm cát
(Phạm Quang Tuấn, 2003)
Dùng lớp đệm cát việc thi công đơn giản hơn nhưng thời gian đắp đất tương đối lâu (vì thường kết hợp với giải pháp xây dựng theo từng giai đoạn).
Phương pháp này thích hợp được sử dụng trong các điều kiện sau: - Chiều cao nền đất đắp từ (6,09,0) mét và lớp đất yếu không quá dày - Có nguồn khai thác cát ở gần và dễ vận chuyển
Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn hơn 3,0 mét hoặc nước ngầm có áp lực tác dụng trong phạm vi lớp đệm cát, không nên áp dụng các biện pháp xử lý này.
Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn thì khối lượng đào đất hoặc nạo vét chuyển đi sẽ tăng lên. Còn khi nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng di động, đồng thời gây ra độ lún phụ thêm dưới móng công trình. Lớp đệm cát được thi công sau khi đã đào bỏ một phần lớp đất yếu. Có thể bố trí theo các dạng mặt cắt như Hình 1-19
Chiều dày của lớp đệm cát trong trường hợp trên phụ thuộc vào ứng suất của nền đất đắp tác dụng lên trên mặt lớp cát. Cát làm đệm được thi công trải ra thành từng lớp, chiều dày của mỗi lớp phụ thuộc vào thiết bị đầm nén.
Cát để dùng làm lớp đệm tốt nhất là dùng các hạt lớn và các hạt vừa, không lẫn đất bụi. Với một số nền không quan trọng lắm và không có mực nước ngầm ở cao thì có thể sử dụng đệm cát đen để hạ giá thành.
Cát sau khi đầm nén xong phải kiểm tra độ chặt tại hiện trường bằng phao Kôvalep, phương pháp cân trong nước hoặc phương pháp xuyên.
Việc thi công lớp đệm cát rất đơn giản. Chỉ cần dùng mái ủi san lấp, không cần các thiết bị thi công đặc biệt khác. Cần khống chế cẩn thận chuyển vị ngang và độ lún khi thi công. Trước khi đắp lớp cát đầu tiên, nếu không vét được bùn thì cần lót một lớp bó cành cây (hoặc vải Địa kỹ thuật) để cát hoặc đá khỏi bị chìm vào lớp bùn. Chuyển vị ngang trung bình mỗi ngày không quá 4,06,0mm, khống chế trong khoảng 1,0 cm/ngày là có thể đảm bảo nền đường ổn định.
Đối với nền đường, nền đất đắp nằm trên vùng bùn lầy thì việc áp dụng bệ phản áp để khống chế khả năng phát triển của vùng biến dạng dẻo do lớp đất yếu gây ra, chống trượt hai bên l một trong những biện php xử lý có hiệu quả nhất.
Bệ phản áp đóng vai trò như một đối trọng: tăng độ ổn định, cho phép đắp nền đường với chiều cao lớn hơn. Do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn, có tác dụng phòng lũ, chống sóng và chống thấm nước.
Giải pháp này không làm rút bớt được thời gian lúc đất cố kết và không giảm được độ lún, còn tăng thêm khả năng nén lún (do phụ thêm tải trọng của bệ phản áp ở hai bên đường). Nó có nhược điểm là khối lượng đất đắp lớn và diện tích chiếm đất
nhiều. Phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ cũng như khối lượng quỹ đất dồi dào, khoảng cách vận chuyển không bị hạn chế về phạm vi.
Giải pháp này cũng không thích hợp với các loại đất yếu là than bùn loại III và bùn sét. Vật liệu dùng là các loại đất hoặc cát thông thường. Trong trường hợp khó khăn có thể sử dụng cả đất lẫn hữu cơ.
Xác định kích thước là vấn đề mấu chốt trong việc tính toán và thiết kế bệ phản áp. Nhiều phương pháp dựa vào giả thiết khác nhau nhưng chỉ gần đúng. Có tác giả dựa vào sự hình thành vùng biến dạng dẻo phát triển ở hai bên công trình. Người khác dựa vào giả thiết mặt trượt của đất nền có dạng hình trụ tròn. Cũng có tác giả tính toán dựa theo lý luận cân bằng giới hạn để xác định mặt trượt và suy ra trạng thái giới hạn của đất nền. Để đơn giản hơn trong tính toán, một số tác giả dựa vào điều kiện khống chế ứng suất ngang để quyết định kích thước của bệ phản áp.
Với các công trình nền đường, nền đất đắp,… phương pháp tính toán kích thước bệ phản áp dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo được áp dụng nhiều hơn. Tăng chiều rộng của bệ phản áp, hệ số an toàn sẽ tăng lên.
Theo kinh nghiệm của Trung Quốc thì:
- Chiều cao bệ phản áp Hpa > 1/3 lần chiều cao nền đường Hnđ - Bề rộng của bệ phản áp Lpa = (2/33/4) lần chiều dài truồi đất Theo toán đồ của Pilit thì:
- Chiều cao bệ phản áp Hpa = (4050)% chiều cao nền đường Hnđ
- Bề rộng của bệ phản áp Lpa = (23) lần chiều dày lớp đất yếu D.
a) Bệ phản áp làm tăng độ chôn sâu của nền đường hay công trình đất đắp, được
áp dụng khi nền đường hay công trình đất đắp có dạng hình thang.
- Chiều cao bệ phản áp Hpa =(1/31/2) lần chiều cao nền đất đắp Hnđ
- Bề rộng của bệ phản áp Lpa mỗi bên nhất thiết phải vượt quá phạm vi của cung
b) Bệ phản áp làm xoải mái dốc taluy của nền đường hay công trình đất đắp,
được áp dụng khi nền đường hay nền công trình đất đắp có dạng hình tam giác
hay gần với hình tam giác.
- Chiều cao bệ phản áp Hpa = (1/52/5) lần chiều cao nền đất đắp Hnđ
- Bề rộng của bệ phản áp bpa = 1/3 b
Hình 1-20 Sơ đồ các dạng bệ phản áp thường được áp dụng
(Phạm Quang Tuấn, 2003)
Bệ phản áp được đắp cùng một lúc với việc xây dựng nền đất đắp chính. Nếu xe máy thường xuyên đi lại trên đó, phần dưới của bệ phản áp phải được đắp bằng vật liệu thấm nước và cần đầm lèn cho cẩn thận.
Chiều cao của bệ phản áp không được quá lớn để có thể lại gây trượt trồi (mất ổn định) đối với chính phần đất đắp. Khi thiết kế thường giả thiết chiều cao bệ phản áp bằng chiều cao của nền đất đắp rồi nghiệm toán ổn định theo phương pháp mặt trượt trụ tròn. Chiều cao trung bình bệ phản áp lấy từ (1,52,0)mét. Độ chặt đất đắp nên đạt K 0,9 (đầm nén tiêu chuẩn).
Ưu điểm của phướng pháp là thi công đơn giản, nhanh gọn, tận dụng được nguồn quỹ đất khai thác ngay tại địa phương
Nhược điểm là khối lượng đất đắp lớn, chiếm nhiều diện tích đất tự nhiên, không phù hợp đối với các loại đất yếu là than bùn và bùn sét. Đồng thời hoàn toàn không phù hợp với những khu vực thi công phải vận chuyen đất đắp từ nơi khác đến; Giải pháp này không làm giảm được thời gian lún cố kết mà còn làm tăng thêm độ lún của công trình do tăng thêm tải trọng do bệ phản áp ở hai bên đường.
Giải pháp này chỉ nên dùng khi đắp đường trực tiếp trên nền đất với tác dụng chính làm tăng cường mức ổn định chống trượt trồi cho nền đường, nhằm đạt được yêu cầu về ổn định cả trong quá trình đắp và quá trình khai thác lâu dài; Tầng đất yếu có
chiều dày không lớn lắm và nền đường đắp cao trung bình; Quỹ đất để xây dựng thật dồi dào và dễ khai thác, gần khu vực thi công; Khi độ lún còn lại của công trình 30,0cm.