NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG

Công nghệ xử lý nền đất yếu ở Việt Nam

01/07/2013 - 11:07 SA

Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông. .

Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển. Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu

Bài viết này trình bày một số đặc tính tiêu biểu của nền đất yếu, các vấn đề do nền đất đặt ra và một số công nghệ xử lý nền. Đồng thời trình bày và đề cập đến các giải pháp xử lý nền đất đã được dùng ở Việt Nam. Một số công nghệ xử lý nền mới được trình bày và thảo luận. Một số giải pháp xử lý nền móng trên nền đất yếu thích hợp với điều kiện Việt Nam và hướng phát triển

Một số công nghệ xử lý nền sau đây được đề cập

+ Xử lý bằng cọc tràm và cọc tre.

+ Xủ lý bằng bệ phản áp để tăng độ ổn định và chống trượt lở công trình đường giao thông và đê điều.

+ Gia tải trước với mục đích tăng cường độ và giảm độ lún của nền.

+ Gia tải trước đất nền với thoát nước thẳng đứng: công nghệ cho phép tăng nhanh quá trình cố kết, rút ngắn quãng đường và thời gian dịch chuyển của nước trong đất dưới tác dụng của tải trọng có thể là lớp đất đắp hoặc hút chân không.

+ Cọc đất vôi và cọc đất xi măng: trộn vôi hoặc xi măng với đất bằng hình thức bơm phun và quấy trộn tại chỗ. Công nghệ cho phép tạo được các cọc đất vôi, đất xi măng với cường độ thấp hơn các loại cọc thông thường. Đây là giải pháp thích hợp để xử lý sâu nền đất yếu, phục vụ cho việc xây dựng đường, cảng, khu công nghiệp, sửa chữa và cải tạo đê điều, đập chắn nước...

+ Cọc cát xi măng: sử dụng công nghệ thi công cọc cát để tạo lỗ, cát trộn xi măng được đầm với hệ thống máy rung và ống chống tạo lỗ.

+ Cọc đá và cọc cát đầm chặt: Công nghệ cho phép làm tăng cường độ, sức chịu tải của đất nền và giảm độ lún của công trình. Đây là giải pháp gia cố nền sâu. Thích hợp cho những công trình có diện tích xây dựng lớn, đường quốc lộ, bến cảng, đất mới san lấp và lấn biển.

+ Cố kết động: Quả tạ bê tông có trọng lượng từ 10 - 15 tấn, rơi ở độ cao 10-15m bằng cẩu, cho phép đầm chặt đất nền và bổ sung thêm cát thông qua các hố đầm. Công nghệ thích hợp để xử lý nền cho cùng đất mới san lấp.

+ Công nghệ xử lý nền bằng cọc nhỏ: Cọc có đường kính từ 100-200mm được thi công bằng công nghệ đóng, ép hoặc khoan phun. Công nghệ cho phép truyền tải trọng xuống công trình sâu hơn với chi phí vật liệu bê tông cốt thép tối ưu. Đây là giải pháp công nghệ thích hợp để xử lý nền đất yếu phục vụ cho việc xây dựng nhà, đường, công trình đất và cưú chữa công trình bị hư hỏng do nền móng.

1. Mở đầu

Những thành phố ở Việt Nam như Hà Nội, Hải Phòng, TP. Hồ Chí Minh đều nằm trên lưu vực đồng bằng sông Hồng và sông Mê Kông. Đây là khu vực có tầng đất phù sa khá dày và tập trung đất sét yếu. Với mục tiêu phát triên các đô thị, rất cần thiết lựa chọn các giải pháp và công nghệ xử lý nền thích hợp cho điều kiện của Việt Nam.

Đặc tính của đất yếu cần phải được cải thiện để phục vụ các yêu cầu thực tế trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Đất yếu thường có độ ẩm cao và sức kháng cắt không thoát nước thấp. Đất thuộc dạng cố kết bình thường và có khả năng thấm nước thấp. Mực nước ngầm trong nền đất thường nằm gần bề mặt, cách từ 0,5 đến 2,5m. Một số trường hợp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả lớp than bùn. Đối với một vài loại đất, do lún thứ cấp chiếm từ 10-25% độ lún tổng cộng. Trong một số khu vực của các thành phố, mặt cắt địa kỹ thuật cho thấy nền đất bao gồm các lớp đất với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau.

Nói chung đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. Một vài chỉ số tiêu biểu của đất yếu được trình bày dưới đây để tham khảo:

- Độ ẩm: 30% hoặc lớn hơn cho đất cát pha

50% hoặc lớn hơn cho đất sét.

100% hoặc lớn hơn cho đất hữu cơ.

- Chỉ số N của xuyên động tiêu chuẩn 0 - 5

- Sức kháng cắt không thoát nước: 20 - 40kPa

- Nén một trục có nở hông: 50kPa hoặc nhỏ hơn.

Việc xác định công trình trên đất yếu ngoài các đặc tính của đất nền còn phụ thuộc vào các loại công trình (nhà, đường, đập, đê, đường sắt...) và quy mô công trình.

2. Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu

Móng của đường bộ, đường sắt, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết:

+ Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất.

+ Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn.

+ Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của áp lực nước.

+ Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hoả, ô tô và động đất.

Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được quan tâm:

- Xây dựng công trình đường giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công trình cơ sở trên nền đất yếu

- Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu.

- Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều.

- Lấn biển và xây dựng các công trình trên biển.

- Xử lý nền cho các khu công nghiệp được xây dựng ven sông, ven biển.

- Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu Long.

3. Một số phương pháp xử lý nền đất yếu

3.1. Cọc tre và cọc tràm

Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3 - 6m được đóng để gia cường nền đất với mực đích làm tăng khả năng chịu tải và giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho 1m2 . Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ. Việc sử dụng cọc tràm trong điều kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện nhỏ.

3.2. Bệ phản áp

Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường hoặc nền đê trên nền đất yếu. Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản áp. Chiều cao và chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất yếu, chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp. Bệ phản áp cũng được sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi và cát sủi.

3.3. Gia tải trước

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền đất yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra. Phương pháp gia tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại phía Nam.

Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng.

3.4. Gia tải trước với thoát nước thẳng đứng

Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần thiết được rút ngắn để xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng do sử dụng cọc cát hoặc bằng thoát nước. Cọc cát được đóng bằng công nghệ rung ống chống để chiếm đất, sau đó cát được làm đầy ống và rung để đầm chặt. Cọc cát có đường kính 30-40cm. Có thể được thi công đến 6-9m. Giải pháp cọc cát đã được áp dụng để xử lý nền móng một số công trình ở TP. Hồ Chí Minh, Vũng Tàu, Hải Phòng, Hà Nội.

Bản nhựa được dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ thập kỷ 1980. Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được sử dụng để thi công bản nhựa. Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết.

Tại ven sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thước hình học và tải trọng đường kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000tấn. Nền công trình là đất yếu có chiều dày lớn được xử lý nền bằng bản nhựa thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải bằng hút chân không. Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m. Kết quả độ lún thực tế sau 2 lần gia tải là 3,26m(lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau độ lún bằng 0,86m), ở đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính. Sự khác nhau có thể do quá trình tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt ven sông.

Trong công nghệ xử lý nền bằng gia tải trước với thoát nước thẳng đứng rất cần thiết đặt hệ quan trắc lún.

3.5. Cọc đất vôi và đất xi măng

Thiết bị và công nghệ của Thuỵ Điển được dùng để chế tạo cùng đất xi măng và đất vôi. Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và áp dụng hiện trường cho thấy:

- Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nước và gia cường nền. Đây là giải pháp công nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu.

- Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền, hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng.

- Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện Việt Nam so với vôi. Tỷ lệ phần trăm thường dùng là 8 – 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 – 15% trọng lượng khô của đất.

- Thiết bị Thuỵ Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng.

- Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc.

- Cọc đất xi măng được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công nghiệp, nền đê...

-Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ đất vôi.

3.6 Cọc cát xi măng

Thiết bị thi công cọc cát có thể được dùng để thi công cọc cát xi măng, ống thép được đóng và rung xuống nền đất và chiếm chỗ đất yếu. Cát và xi măng được trộn lẫn để đổ vào ống chống. Cát xi măng được đầm chặt bằng ống chống và đầm rung.

3.7. Cọc đá và cọc cát đầm chặt

Nhằm giảm độ lún và tăng cường độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đã đầm chặt được sử dụng.Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng công nghệ đầm trong ống chống. Đã sử dụng công nghệ cọc cát và cọc đá để xây dựng một số công trình tại Tp, Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng và Vũng Tàu. Sức chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc. Theo Broms (1987) áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có sức chịu tải tới hạn là 60KN. Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể được sử dụng.

3.8. Cố kết đóng

Cố kết đóng cho phép tăng cường độ và sức chịu tải và giảm độ lún của nền. Công nghệ được dùng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phòng và TP. HCM. Quả đấm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10-15m để đầm chặt nền. Khoảng cách giữa các hố đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m. Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt cố kết động được tính bằng:

D = 0,5 √WH

Trong do: D - độ sâu hữu hiệu được đầm chặt

W - Trọng lượng quả đấm, tấn

H - Chiều cao rơi quả đấm, m

Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần cát và đá được đổ đầy hố đầm. Phương phá cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giản và kinh tế, thích hợp với hiện tượng mới san lấp và đất đắp. cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố khoan.

3.9. Gia cường nền đất uếu bằng cọc tiết diện nhỏ

Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến 25cm. Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun. Cọc nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho các công trình nhà, đường sá, đất đắp và các dạng kết cấu khác. Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất yếu hơn, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình.

4. Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu Trong trường hợp gia cố nền phải thoả mãn điều kiện về sức chịu tải, độ lún cho phép, ổn định. Cần thiết quan trắc địa kỹ thuật và so sánh kết quả dự báo, thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm hiện trường.

5. Kết luận

+ Trong hơn 10 năm qua hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam. Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng gia tăng. Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp và hạn chế cơ sở vật chất của nước ta. trong những năm tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ không ngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng đường, cảng biển, lấn biển và công trình hạ tầng cơ sở khác;

+ Sai sót chủ yếu của các công trình bị hư hỏng có nguyên nhân từ nền móng là do người thiết kế lựa chọn sai giải pháp xử lý đất nền và thiết kế móng.

+ Phương pháp thông dụng để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam là dùng cọc tre và cọc tràm. Đây là giải pháp kinh tế cho công trình có điều kiện đất nền và tải trọng tương đối thuận lợi. Do sự giới hạn của chiều dài cọc, nên khả năng áp dụng thực tế cũng bị hạn chế. Cần thiết đánh giá sức chịu tải và độ lún của nền được gia cố bằng cọc ngắn theo các phương pháp thông thường. Các giải pháp thông thường. Các giải pháp này chỉ có tác dụng cho công trình nhà ở độc lập. Không nên sử dụng với chiều rộng đất đắp lớn.

+ Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp kinh tế để xử lý nền đất yếu. Cần thiết đánh giá ổn định của nền dưới tải trọng tác dụng. Nên tiến hành quan trắc độ lún và áp lực nước. Không nên sử dụng khái niệm chờ lún và bù lún. Phải kiểm soát được độ lún. Cần quan tâm đến độ lún thứ phát và dự tính.

+ Gia tải trước kết hợp với thoát nước bằng bản nhựa hoặc giếng cát. Tải trọng tác động có thể thay thế bằng công nghệ hút chân không. Hiện nay các thiết bị có thể cắm bản nhựa xuống độ sâu trên 20m. Cần thiết phải quan trắc độ lún, áp lực nước lỗ rộng, dịch chuyển ngang để so sánh với dự tính

+ Cọc đất vôi, đất xi măng nên được dùng rộng rãi để gia cố sâu đất nền. Đây là giải pháp hữu ích, không cần thời gian chất thải, tăng cường độ ổn định của nền.

+ Cọc cát đầm chặt cho phép tăng sức chịu tải và rút ngắn thời gian cố kết của đất nền. Thiết bị cọc cát hiện nay cho phép thi công cọc có đường kính 40-70cm và chiều dài 25m. Đây là giải pháp công nghệ thích hợp, kinh tế và cho phép xử lý sâu. Việc đầm chặt cọc cát ở vị trí mũi cọc cho phép tăng hiệu quả gia cố.

+ Cố kết động là giải pháp ít tốn kém để xử lý nền. Diện tích gia cố lớn có thể được thi công xử lý trong thời gian ngắn. Hiệu quả của giải pháp cần được kiểm tra bằng các thiết bị khảo sát. Đây là công nghệ thích hợp để gia cố các lớp đất đắp chưa được đầm chặt.

+ Rất cần thiết thực hiện công tác khảo sát, đo đạc, thiết kế, kiểm tra chất lượng và thiết lập hệ thống quan tắc để phục vụ cho công tác xử lý nền đất yếu. Có thể tham khảo dự thảo về Quy trình tôn nền trên đất yếu.

+ Nên hình thành các chương trình quốc gia về nghiên cứu, tổng kết, chuyển giao công nghệ, xây dựng quy trình, quy phạm trong lĩnh vực xử lý nền đất yếu. Cần thiết học tập kinh nghiệm quốc tế và đúc rút kinh nghiệm trong nước để thông tin rộng rãi. hội Cơ học đất và Địa Kỹ thuật công trình Việt Nam (VSSMGE) và Công ty Tư vấn AA (được sự bảo trợ của VSSMGE) mong muốn nhận được nhiều tài liệu, báo cáo khảo sát, đo đạc, thiết kế, quan trắc, thí nghiệm xử lý nền móng các công trình trên đất yếu của các dự án/công trình cụ thể (case histories) để làm tài liệu chung.

+ Hình thành mạnh lưới Địa Kỹ thuật, tập hợp các chuyên gia địa kỹ thuật của Việt Nam và quốc tế nhằm cùng phối hợp giải quyết các bài toán cơ học đất và địa kỹ thuật phức tạp chất.

Nguồn: xaydungvietnam tổng hợp