Thi công xử lý nền đất yếu có vai trò hết sức quan trọng đối với các công trình xây dựng ở mọi quy mô. Xử lý tốt nền đất yếu là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, độ bền của công trình xây dựng và giao thông.
Tại Việt Nam do cáu tạo đia chất đặc thù nên việc các công trình xây dựng, các cong trình giao thông thi công xây dựng trên nền đất yếu là khá thường xuyên. Mặc dù vậy hiện nay việc xây dựng các công trình xây dựng giao thông trên nền đất yếu vẫn là một bài toán khó cho những người làm ngành xây dựng tại Việt Nam. Đây vẫn là vấn deef quan trọng được đặt ra để đảm bảo chất lượng cho công trình, các tiêu chuẩn kỹ thuật đảm bảo độ lún phù hợp cho các công trình xây dựng và giao thông.
Một số đặc điểm quan trọng của nền đất yếu:
Nền đất yếu là một nền đất có cấu tạo địa chất không bền vững, khỏng đủ độ lún, độ chịu lực, dễ dàng biến dạng khi gặp lực tác động tới. Nếu không được xử lý đúng kỹ thuật thì nền đất yếu không đủ khả năng xây dựng các công trình có trọng lượng lớn: các công trình xây dựng dân dụng, các công trình giao thông…
Nếu vẫn có tnhf tiến ahnfh xây dựng các công trình lên những khu vực có nền đất yếu thì công trình sẽ gặp phải sự cố sụt lún, hỏng kết cấu…do kết cấu của đất yếu không đủ sức chịu lực tác động từ trọng lượng của công trình xây dựng phía bên trên.
Có rất nhiều công trình xây dựng khi hoàn thiện đã gặp phải ác sự cố lún, sụt, nứt diện rộng, thậm chí nghiêng và sụp đổ…là do công tác thi công xử lý nền đất yếu không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Do vậy để thi công đảm bảo chất lượng cho các công trình xây dựng phía trên thì việc xử lý tốt nền đất yếu bằng các biện pháp phù hợp là hết sức quan trọng.
Xử lý nền đất yếu rất quan trọng khi thi công các công trình giao thông
Thực tế thi công các công trình xây dựng và giao thông cho thấy việc xử lý nền đất yếu là một công việc phức tạp đòi hỏi những kiến thức khoa học chuyên sâu cùng với những kinh nghiệm phong phú trong việc thi công để đưa được loại vật liệu cũng như giaiir pahps phù hợp đối với các công trình xây dựng.
Tổng hợp những kiến thức khoa học đến từ các viện nghiên cứu, các rường đại học chuyên ngành cũng nhiều kinh nghiệm trong thực tế chúng tôi xin liệt kee một số đặc tính của nền đất yếu bạn cần quan tâm để đưa ra biện pháp xử lý tốt nhất:
Nền đất sét: Do lẫn nhiều loại vật liệu hữu cơ nên đất sét là loại đất yếu khá phổ biến tại Việt Nam. ; Sức chịu tải bé (0,5 – 1kg/cm2); Đất có tính nén lún lớn (a>0,1 cm2/kg); Hệ số rỗng e lớn (e > 1,0); Độ sệt lớn (B>1); Mô đun biến dạng bé (E<50kg/cm2); Khả năng chống cắt (C) bé, khả năng thấm nư¬ớc bé; Hàm l¬ượng n¬ước trong đất cao, độ bão hòa nước G>0,8, dung trọng bé. Một số lại đất sét phổ biến thường gặp khi thi công các công trình xây dựng và giao thông tại Việt Nam:
– Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp;
– Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;
– Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%);
– Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy;
– Đất bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt.
Một số biện pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả thường gặp:
Như trên chúng tôi đã trình bày vấn đề xử lý hiệu quả nền đất yếu là ehets sức quan trọng và ảnh hưởng tới chất lượng chung của công trình. Đây là một công việc tương đối phức tạp đòi hỏi kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế mới có thể đưa ra giải pháp phù hợp.
Các kỹ thuật xử lý nền đất yếu khi thi công ây dựng thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật với mục tiêu đưa ra lý thuyết cũng như các biện pháp cụ thể để nâng cao khả năng chịu tải của đất cho phù hợp với yêu cầu của từng công trình xây dựng cụ thể.
Để có thể đặt nền móng của các công trình xây dựng lên trên những bề mặt đất có kết cấu chịu lực yếu đòi hỏi phải nghiên cứu kỹ đặc điểm về kết cấu đất, giairi pháp chống đất yếu. Với từng trường hợp được nghiên cứu kỹ thì người thiết kế sẽ đưa ra các giải pháp nghiên cứu phù hợp nhất. Có nhiều phương án để có thể xử lý enenf đất yếu như sau:
– Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình
– Các biện pháp xử lý về móng
– Các biện pháp xử lý nền.
- Biện pháp xử lý về kết cấu công trình:
Khi thi công các công trình xây dựng trên nền đất yếu thay đổi , tăng cường xử lý về mặt kết cấu công trình là phương án chủ động mang tới những hiệu quả nhất định. Tuy vậy các phương án này không phải có thể áp dụng được cho mọi công trình cũng như mọi nền đất và hiệu quả thực tế cũng chỉ ở mức giới hạn.
Sử dụng các giairi pháp về kết cấu công trình chỉ góp phần làm giảm trong lực của công trình tác đọng lên bề mặt đất yếu chứ không giúp cho đất tăng cường khả năng chịu lực. Do vậy chỉ áp dụng với những công trình cụ thể như trọng lượng hạn chế, đất không quá yếu. Một số giải pháp thường được sử dụng như sau:
- Sử dụng các loại vật liệu nhẹ, kết cấu nhẹ, kết cấu thanh mảnh: đều này có thể làm giảm đáng kể khối lượng thực tế của công trình. Tuy nhiên yêu cầu đối với các loại vật liệu này lại phải đảm bảo được độ vững chắc cho công trình, không ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình. Với sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới, vật liệu nhẹ thì đây là phương án hiện cũng được khá nhiều công trình xây dựng sử dụng.
– Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình bằng các khe lún để khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều.
– Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng suất cục bộ lớn.
- Các biện pháp xử lý về móng:
Một trong những biện pháp thường dùng khi xử lý nền đất yếu là thay đổi kết cáu về móng công trình. Móng là nền tảng cho mọi công trình xây dựng do vậy cải theienj được tính năng chịu lực từ móng nhà có thể giảm thiểu những ảnh hưởng của nền đất yếu với công trình xây dựng. Một số giairi pháp thường dùng với móng của các công trình xây dựng trên nền đất yếu:
– Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải của nền; Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; Đồng thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2 yếu tố kinh tế và kỹ thuật.
– Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiện biến dạng của nền. Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của công trình. Tuy nhiên đất có tính nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này không hoàn toàn phù hợp.
– Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất công trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé và độ lún sẽ bé. Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi móng bản có kích thước lớn.
- Biện pháp xử lý nền đất yếu:
Nếu như 2 biện pháp trên thường chỉ sử dụng được cho các công trình xây dựng là chủ yếu thì với phương án xử lý nền đất yếu này có thể áp dụng được cho mọi công trình kể cả các công trình xây dựng đường giao thông.
Tại các công trình thi công đường bộ nói chung và các dự án thi công đường cao tốc nói riêng thì việc phải xử lý nền đất yếu để tăng cường khả năng chịu tải cho công trình là việc thường xuyên phải làm. Các dự án đường giao thoongbg tại Việt Nam đặc biệt khu vực đồng bằng sông Hồng và đòng bằng sông Cửu Long việc xử lý nền đất yếu thường là công việc bắt buộc.
Mục đích của xử lý nền đất yếu là nhằm cải theienj khả năng chịu lực của nền đất, cải tạo một số đặc tính cơ lý của đất yếu như hệ số rỗng, , giảm tính nén lún, tăng cường độ chống cắt của đất, tăng cường trị số biến dạng… để nền đất có thể đáp ứng được yêu cầu chịu lực của công trình xây dựng.
Riêng đối với các công trình thủy lợi việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm nước của đất qua đó tăng cường sự ổn định cho khối lượng đất đã đào đắp.
Một số biện pháp xử lý nền đất yếu thường áp dụng hiện nay:
– Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…
– Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…
– Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa…
Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc tre…) là một bộ phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát.
Việc sử dụng cọc cát rong xử lý nền đất yếu mang tới nheieuf ưu điểm vượt trội: Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn; Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với dùng các loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m.
Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi và cọc đất – ximăng
Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão.
Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau:
– Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại.
– Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt.
– Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất giảm 5 – 8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5 – 3lần.
Việc chế tạo cọc đất – ximăng cũng giống như đối với cọc đất – vôi, ở đây xilô chứa ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Lưu ý sàng ximăng trước khi đổ vào xilô để đảm bảo ximăng không bị vón cục và các hạt ximăng có kích thước đều < 0,2mm, để không bị tắc ống phun.
Hàm lượng ximăng có thể từ 7 – 15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét.
Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền tăng lên từ 4 – 5 lần so với khi chưa gia cố.
Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất – ximăng này để xử lý gia cố một số công trình và hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất – ximăng này để gia cố nền là rất tốt.
Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát
Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m.
Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:
– Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới.
– Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát.
– Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng.
– Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được.
– Làm tăng khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt.
Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng nhanh thời gian ổn định về lún cho công trình.
– Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rãi.
Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định.
Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt
Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt để làm cường độ chống cắt của đất và làm giảm tính nén lún.
Lớp đất mặt sau khi được đầm chặt sẽ có tác dụng như một tầng đệm đất, không những có ưu điểm như phương pháp đệm cát mà cón có ưu điểm là tận dụng được nền đất thiên nhiên để đặt móng, giảm được khối lượng đào đắp.
Để đầm chặt lớp đất mặt, người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau, thường hay dùng nhất là phương pháp đầm xung kích: Theo phương pháp này quả đầm trọng lượng 1 – 4 tấn (có khi 5 – 7 tấn) và đường kính không nhỏ hơn 1m. Để hiệu quả tốt khi chọn quả đầm nên đảm bảo áp lực tĩnh do quả đầm gây ra không nhỏ hơn 0,2kg/ cm2 với loại đất sét và 0,15kg/cm2 với đất loại cát.
Phương pháp gia tải nén trước
Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước.
Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:
– Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất;
– Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian.
Các biện pháp thực hiện:
– Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng công trình.
– Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian.
Tuỳ yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên.
Phương án xử lý nền đất yếu sử dụng giải pháp thoát nước thẳng đứng sử dụng vật liệu là bấc thấm kết hợp với gia tải trước. Phương án sử dụng bấc thấm thường được áp dụng khi thi công các dự án giao thông đường bộ trên nền đất yếu. Kh độ thấm của đất yếu nhỏ hoặc chiều dày lớp đất yếu rất lớn thì phương án sử dụng bấc thấm đặt theo chiều thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết.
Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép.
Mặc dù có thể sử dụng độc lấp nhưng phương án xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm nưng để tăng cường hiệu quả cố kết người ta có thể kết hợp với phương án gia tải tạm thời. Phương án gia tải tạm thời là tăng chiều dày của lớp đào đắp nền đường hơn so với thiết kế từ 2-3 m. sau một thời gian nhất định khi nền đường đã đạt được độ chịu lực theo yêu cầu thì lớp đất đào đắp thêm sẽ được lấy đi.
Sản phẩm bấc tấm có cấu tạo chủ yếu gồm 2 phần là phần lõi là chất dẻo hoặc bìa cứng, bao phủ xung quaanh là lớp vật liệu tổng hợp thường là vải địa kỹ thuật làm từ loại Polyester, hoặc Polypropylen khoongdeetj. Bấc thấm có một số tính năng vật lý như sau:
– Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẽo.
– Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước.
Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị.
Lõi chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài, và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn.
Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số thấm (K = 1 x 10-4m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét ( k = 10 x 10-5m/ngày đêm). Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài.
Như vậy trên đây công ty Phú Sơn chúng tôi đã trình bày với các bnj cấc biện pháp nhằm xử lý hiệu quả nền đất yếu thường được áp dụng khi thi công các công trình xây dựng và giao thông. Mọi ý kiến đóng góp và thắc mắc vui lòng liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và hỗ trợ.
Công ty Phú Sơn chúng tôi chuyên cungcaaps các loại vật liệu chuyên dụng trong xử lý nền đất yếu như vải địa kỹ thuât, bấc thấm, rọ đá… hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được cung cấp tới tận chân công trình xây dựng.
