|
1.1. Sơ lược các giải pháp xử lý đất yếu:
Khi xây dựng công trình đường bộ hoặc các công trình khác trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng, thậm chí gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý đất yếu mục đích làm tăng độ bền của đất, giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Theo báo cáo về các sự cố công trình nền đường ôtô xây dựng trên vùng đất yếu trong những năm gần đây, các vấn đề mắc phải của nền đường đắp trên đất yếu trong thời gian qua ở Việt Nam chủ yếu dưới dạng nền đường bị lún sụt - trượt trồi và ở dạng lún kéo dài ảnh hưởng lớn đến chất lượng khai thác đường. Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu. Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao đòi hỏi phải có kinh nghiệm thiết kế và bề dày xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý.
Dưới đây là một số giải pháp xử lý nền đất yếu ở nước ta hiện nay:
1.1.1. Đệm vật liệu rời (đệm cát, đá, sỏi):
Đệm vật liệu rời mà phổ biến là đệm cát. Đây là phương pháp thay thế lớp đất yếu bằng lớp đất tốt nhằm tạo ra lớp đệm chịu lực bên trên, thay thế toàn bộ hoặc một phần của lớp đất yếu và chỉ giới hạn chiều dày 4 m đến 5 m.
Lớp đệm cát có tác dụng tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu dưới nó sau khi đắp đất, để tăng cường độ chống cắt của đất yếu dẫn đến tăng sức chịu tải của đất nền và tăng khả năng ổn định của công trình. Lớp đệm cát còn có tác dụng cải tạo sự phân bố ứng suất lên đất yếu, để tăng tốc độ cố kết nền đất yếu có thể kết hợp gia cố nền bằng cừ tràm. Tại sân đỗ máy bay của sân bay Rạch Giá cũng đã sử dụng giải pháp này, cừ tràm đóng 16 cọc/m2, chiều sâu đóng 4,5m. Trên đỉnh cừ tràm sau khi đã đắp một lớp 30 cm rải một lớp vải địa kỹ thuật để thuận lợi cho việc thi công và tạo điều kiện phân bố đều tải trọng đắp trên các cừ tràm.
Cát được sử dụng làm đệm cát thoát nước phải là cát sạch có độ thấm cao và phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo quy định.
Ưu điểm: đây là biện pháp gia cố nền được sử dụng rộng rãi nhất do phương pháp thi công đơn giản, sử dụng vật liệu địa phương.
Khuyết điểm: biện pháp này chỉ được sử dụng trong điều kiện tải trọng công trình không quá lớn và lớp đất yếu không quá dày (Hđy < 3m). Bên cạnh đó, việc khai thác cát ngày càng gặp nhiều khó khăn, giá vật liệu tăng cao cũng gây ảnh hưởng đến giá thành công trình.
Hình 1.1. Giải pháp xử lý nền bằng lớp đệm cát
1.1.2. Giếng cát:
Khi xây dựng công trình trên những vùng có lớp đất dính bão hòa nước không thể dùng lực tác dụng nhanh để ép nước ra khỏi đất. Nếu tác dụng tải trọng lớn đột ngột thì nền sẽ bị phá hoại vì trượt hoặc đẩy trồi ra xung quanh, muốn cho đất trở nên chặt hơn, giảm biên độ lún thì chỉ có thể ép và chờ trong thời gian nhất định cho nước thấm thoát ra. Phương pháp cổ điển dùng giếng cát thoát nước thẳng đứng kết hợp với việc chất tải tạm thời là phương pháp đơn giản nhất nhưng vẫn đạt hiệu quả cao cả về kỹ thuật, thời gian và kinh tế. Theo phương pháp này, người ta thường dùng giếng cát đường kính 50 ÷ 60 cm, được nhồi vào nền đất yếu bão hòa nước đến độ sâu thiết kế, có chức năng như những kênh thoát nước thẳng đứng, nhằm đẩy nhanh quá trình cố kết nền đất yếu. Do đó, phương pháp này luôn phải kèm theo biện pháp gia tải trước để tăng nhanh quá trình cố kết. Lớp đất yếu bão hòa nước càng dày thì phương pháp giếng cát càng hiệu quả về độ lún tức thời. Trong thực tế, phương pháp này đã được ngành giao thông vận tải áp dụng phổ biến từ năm 1990 để xử lý nền đất yếu. Công trình có quy mô lớn đầu tiên áp dụng giếng cát để xử lý nền đất yếu được triển khai trên đường Thăng Long - Nội Bài (Hà Nội) sau này được áp dụng đại trà trên nhiều tuyến quốc lộ khác nữa, trong đó có đường Láng - Hòa Lạc (Hà Nội),... Giải pháp giếng cát kết hợp với bệ phản áp sẽ tăng khả năng chống trượt trồi của nền đường.
Hình 1.2. Giải pháp xử lý nền bằng giếng cát
Ưu điểm: khi dùng giếng cát, trị số môđun biến dạng của vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau, vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất xử lý đồng đều hơn. Giải pháp này nền đất yếu có tốc độ cố kết nhanh hơn so với phương án sử dụng bấc thấm, thời gian chờ lún cũng ngắn hơn. Thường sử dụng trong trường hợp nền đất yếu có chiều sâu 10m đến 30m.
Khuyết điểm: khi thi công giếng cát có thể bị đứt đoạn dẫn đến vai trò thoát nước không được đảm bảo. Tại các vùng có mực nước ngầm cao thì sau một thời gian thi công cát trong giếng sẽ theo nước lẫn vào trong đất vì vậy tốc độ cố kết của đất sẽ có sự sai lệch đáng kể so với tính toán.
1.1.3. Bấc thấm:
Việc thi công giếng cát có nhược điểm là tốn công, máy móc nặng, tốc độ thi công chậm, khi nền bị cố kết và biến dạng có thể cắt đứt đường thấm và giá thành công trình cao.
Để giảm bớt khối lượng công việc, đẩy nhanh tốc độ thi công và tốc độ cố kết thì giải pháp được tính đến là sử dụng vật liệu dễ thấm và hút nước. Từ những năm 90 của thập kỷ trước, cạnh phương pháp cổ điển, lần đầu tiên công nghệ mới xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm thoát nước thẳng đứng (PVD) kết hợp gia tải trước đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trên thế giới. Tại Việt Nam, công nghệ mới này đã được sử dụng trong xử lý nền đất yếu cho Dự án nâng cấp Quốc lộ 5 trên đoạn Km 47 ÷ Km 62 vào năm 1993, sau đó dùng cho Quốc lộ 51 (Tp. Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu) và đường Láng - Hòa Lạc. Từ 1999 ÷ 2004, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để xử lý đất yếu trong các dự án nâng cấp và cải tạo Quốc lộ 1A, Quốc lộ 18, Quốc lộ 60, Quốc lộ 80, đường Nguyễn Hữu Cảnh (TPHCM) ...
Bấc thấm là vật liệu địa kỹ thuật dùng để thoát nước đứng và ngang nhằm gia tăng khả năng ổn định của nền móng, được cấu tạo từ hai lớp: lớp áo lọc bằng vải địa kỹ thuật không dệt, sợi liên tục PP hoặc PET 100% không thêm bất cứ chất kết dính nào và lớp lõi thoát nước bằng nhựa PP, có tác dụng:
+ Ổn định nền: các công trình có thể ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đất yếu rất đa dạng, bao gồm đường cao tốc, đường dẫn đầu cầu, đường băng sân bay, đường sắt, bến cảng, kho bãi,... xây dựng trên nền đất yếu và có tải trọng động.
+ Xử lý môi trường: Bấc thấm được sử dụng để xử lý nền đất yếu, đất nhão, thường ở các khu vực chôn lấp rác thải. Nó cũng được sử dụng để tẩy rửa các khu vực đất ô nhiễm, bằng công nghệ hút chân không, hút nước ngầm thấm qua các lớp đất bị ô nhiễm, mang theo các chất ô nhiễm lên bề mặt để xử lý.
Đặc tính chính
-
Giảm thiểu tối đa sự xáo trộn các lớp đất.
-
Khả năng tương thích cao của lõi cũng như vỏ bấc thấm với nhiều loại đất.
-
Dễ dàng thi công, hiệu suất có thể đạt tới 8.000md/ngày.
-
Không cần cấp nước khi thi công.
-
Có thể đóng bấc tới độ sâu 40m hoặc hơn.
Lợi thế thi công
-
Chi phí thấp để xử lý nền đất yếu.
-
Tiết kiệm được khối lượng đào đắp.
-
Rút ngắn được thời gian thi công.
-
Giảm được chi phí vận chuyển, chi phí thi công.
Hình 1.3. Mặt bằng thi công bấc thấm
1.1.4. Gia tải trước bằng phương pháp hút chân không:
Đây là phương pháp gia cố nền hiện đại nhất hiện nay, đặc biệt thích hợp cho những công trình không có mặt bằng rộng để gia tải bằng đệm cát và cần thời gian cố kết nhanh. Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia tải trước bằng hút chân không là nếu cách ly được mặt đất với lớp không khí bên trên và hút chân không khu vực cô lập, trong khu vực này áp lực trong lỗ rỗng gồm áp lực khí và áp lực nước sẽ hạ thấp, ứng suất hữu hiệu gia tăng lượng tương ứng gây biến dạng co khối đất, mặt đất lún xuống. Nhìn góc cạnh khác, toàn khu vực bị hạ áp lực lỗ rỗng chịu một áp lực nén bằng với trọng lượng cột không khí tương ứng với tỷ lệ hút chân không, nếu như hút chân không được 80% thì áp lực nén tương ứng với 80% trọng lượng không khí tức là 80 kPa. Vì áp lực khí trong lỗ rỗng giảm giống nhau theo mọi phương nên trong khối đất bị hút chân không không xuất hiện ứng suất lệch nên không có hiện tượng trượt ở khu vực biên chịu tải. Tại Việt Nam, giải pháp này được áp dụng để xử lý nền móng nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch - Đồng Nai...
Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp hút chân không
Ưu điểm: khắc phục được khuyết điểm lớn của phương pháp đệm cát là thường sử dụng bệ phản áp (tránh gây trượt công trình) chiếm nhiều diện tích hoặc phải gia tải từng cấp tốn rất nhiều thời gian và đảm bảo vệ sinh môi trường.
Khuyết điểm: lượng nước từ khu vực xung quanh sẽ thấm vào vùng có áp lực nước lỗ rỗng thấp, điều này dẫn đến lượng nước bơm sẽ lớn hơn nhiều lần độ giảm lỗ rỗng của khu vực cần nén chặt; thi công phức tạp và chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay.
1.1.5. Cọc đất trộn ximăng:
Với đất yếu bùn sét và bùn á sét có độ thấm bé hơn 10-6 cm/s, khả năng ứng dụng cọc vật liệu rời không hiệu quả vì đất không nén chặt được trong quá trình thi công, nước trong lỗ rỗng của bùn đất khó thoát đi để lỗ rỗng có thể giảm nhỏ lại. Mặt khác, vật liệu rời có thể chìm dần trong bùn nên không giữ được hình dạng cọc sau khi thi công.
Cọc đất trộn ximăng là phương pháp gia cố nền đất yếu, sử dụng vật liệu là ximăng làm chất đóng rắn nhờ vào cần khoan xoắn và thiết bị bơm phụt vữa vào trong đất để trộn cưỡng bức đất yếu với chất đóng rắn (dạng bột hoặc dung dịch), lợi dụng chuỗi phản ứng hóa học - vật lý xảy ra giữa chất đóng rắn với đất, làm cho đất mềm yếu đóng rắn lại thành một thể cột. Quá trình ninh kết hỗn hợp đất ximăng sẽ phát nhiệt, một phần nước xung quanh bị hút vào do quá trình thủy hóa, một phần khác bị bốc hơi do nhiệt. Hiện tượng này làm đất xung quanh cọc tăng độ bền hơn trước.
Ưu điểm: thi công nhanh, đơn giản, thích hợp với đất có độ ẩm cao (>75%); môi trường trong quá trình thi công không bị ảnh hưởng do chỉ cần đưa vật liệu ximăng vào gia cố nền; không phải huy động một khối lượng lớn vật liệu địa phương như các phương án khác.
Khuyết điểm: giá thành cao; công nghệ thi công mới mẻ trong lĩnh vực giao thông; máy thi công hiện nay trong nước chưa nhiều, huy động máy móc khó khăn hơn các phương án khác.
|