Tổng quan nền đất yếu

Chương 1: Tổng quan
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN NỀN ĐẤT YẾU
1.1.1. Khái niệm đất yếu
Đất yếu là các loại đất có nguồn gốc khoáng vật hoặc hữu cơ và điều kiện hình thành
trầm tích ven biển, vịnh biển, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu thổ hoặc hình thành do
đất tại chỗ ở những vùng đầm lầy có mực nước ngầm cao…
Định nghĩa và đặc trưng của nền đất yếu trình bày trong 22TCN 262-2000:
 Đối với loại có nguồn gốc khoáng vật (sét hoặc á sét trầm tích trong nước có thể
lẫn hữu cơ). Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự
nhiên, độ ẩm tự nhiên Wtn gần bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy Wch, hệ số rỗng
lớn (sét có e ≥ 1.5, á sét có e ≥ 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát
nước từ 15kPa trở xuống, góc nội ma sát từ 00 ÷ 100 hoặc lực dính từ kết quả cắt
cánh hiện trường Cu ≤ 35kPa. Sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0.1Mpa. Ngoài ra
ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát
mịn (hệ số rỗng e > 1, độ bão hòa G > 0.8)
 Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn), hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 ÷ 80%,
được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của
chúng cũng đạt trị số như loại có nguồn gốc khoáng vật nói trên.
1.1.2. Các nguyên nhân gây ra đất yếu
Đất yếu có thể quy về ba nhóm nguyên nhân chính:
 Yếu vì kết cấu: Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi, đá
cuội, đá tảng. Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn khi chịu tải
trọng nhỏ công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn
hơn xảy ra đứt gẫy hoặc lún lệch làm công trình đổ.
 Yếu do độ ẩm: Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất
tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết. Đây là các tác nhân chính gây
ra tính nén của đất. Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông,
ven biển, các vùng rừng lâu năm và là yếu tố chính đối với các công trình thi công trên vùng ven biển.
 Yếu do đặc tính sinh hóa: Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất
đã được gia cố. Trải qua thời gian, do các tác động sinh hóa, như phản ứng hóa
học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi
sinh vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi. 11
Chương 1: Tổng quan
1.1.3. Cách phân biệt nền đất yếu
1.1.3.a) Theo nguyên nhân hình thành
 Loại có nguồn gốc khoáng vật: thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở
ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, thung lũng.
 Loại có nguồn gốc hữu cơ: hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường
xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa phân
huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật.
1.1.3.b) Phân biệt theo chỉ tiêu cơ lý
Thông thường phân biệt theo trạng thái tự nhiên và tính chất cơ lý của chúng như độ
ẩm, hệ số rỗng, lực dính, góc nội ma sát, sức kháng xuyên không thoát nước…
1.1.4. Vài nét về đất yếu tại Việt Nam
1.1.4.a) Vị trí nền đất yếu
Nền đất yếu thường gặp ở khu vực miền duyên hải (bãi bồi ven sông, biển) hoặc ở các
thung lũng thuộc vùng núi…có chung đặc tính là độ ẩm W lớn (≥ 35%), sức kháng cắt
không thoát nước Cu thấp (< 35Kpa), hệ số rỗng e lớn (e≥1,0)… khi xây dựng công
trình trên loại đất này dễ bị lún sụt. Từ các khu vực châu thổ Bắc bộ, ven biển Trung
bộ, đến đồng bằng Nam Bộ đều có những vùng đất yếu. Đặc biệt là khu vực đồng bằng
sông Cửu Long. Phân vùng đất yếu ở Việt Nam xem Hình 1-1, Hình 1-2, Hình 1-3.[1] Hình 1-1
Các vùng đất yếu đặc trưng của Việt Nam 12
Chương 1: Tổng quan Hình 1-2
Phân bố đất yêu ở Đồng Bằng Sông Hồng Ghi chú:  Khu 1: khu ven rìa 13
Chương 1: Tổng quan
 Phụ khu 1a: cuội, sỏi, sạn lẫn cát pha sét của thềm sông, thềm biển
 Phụ khu 1b: đá ong latêrit
 Phụ khu 1c: sét lẫn dăm sạn đá gốc phong hóa  Khu 2: Khu trung tâm
 Phụ khu 2a: sét biển Pleixtoxen muộn – tầng Vĩnh Phú
 Phụ khu 2b: bùn và than bùn đầm lầy ven biển – Lớp Giảng Võ
 Phụ khu 2c: sét biển Holoxen giữa – Lớp Đống Đa
 Phụ khu 2d: cát pha sét hay sét pha cát của phù xa sông hoặc châu tam giác  Khu 3: Khu ven biển
 Phụ khu 3a: phụ sông – biển hỗn hợp
 Phụ phu 3b: cát biển hiện đại Hình 1-3
Phân bố đất yếu ở Đồng Bằng sông Cửu Long 14
Chương 1: Tổng quan
1.1.4.b) Các loại nền đất yếu thường gặp
Các loại nền đất yếu thường gặp ở nước ta gồm một số các loại sau:
 Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét bão hòa nước.
 Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn
(<200μm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn.
 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.
 Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc.
 Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé,
khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập.
Hình 1-4 mô tả một số loại nền đất yếu thường gặp. Đất sét Đất cát yếu ` Đất than bùn Đất bùn Hình 1-4
Các loại nền đất yếu thường gặp 15
Chương 1: Tổng quan
1.1.4.c) Ảnh hưởng của đất yếu đến công trình xây dựng
Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thủy lợi trên các nền đất yếu. Nếu
thiếu hiểu biết và đánh giá không đúng về đất công trình có thể xảy ra các sự cố sau:
 Lún quá lớn: độ lún công trình vượt quá giới hạn cho phép 8cm.
 Lún lệch: Gây nứt, gây bất bình thường cho việc sử dụng công trình.
 Trượt mái đất, trượt trồi, lật: gây phá hoại công trình.
Do vậy việc hiểu biết và đánh giá đúng về đất là cơ sở đề ra các giải pháp xử lý nền
móng phù hợp để giảm các sự cố, hư hỏng cho công trình khi xây dựng. Một số hình
ảnh sự cố công trình xem Hình 1-5.
Sự cố cầu cần thơ trong
Sự cố lật móng công trình (Shang hai) quá trình thi công
Lún lệch khu tập thể Thành Công Sự cố lún lệch Hình 1-5
Công trình bị phá hỏng do nền đất yếu 16
Chương 1: Tổng quan
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.2.1. Khái niệm
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số
tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt,
tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất...
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào: Đặc điểm công
trình, đặc điểm của nền đất...Tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế
đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Các biện pháp xử lý nền đất yếu:
 Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình
 Các biện pháp xử lý về móng
 Các biện pháp xử lý nền
1.2.2. Các biện pháp xử lý
1.2.2.a) Biện pháp xử lý về kết cấu công trình
Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm làm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc
làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình. Người ta thường dùng các biện pháp sau:
 Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh để làm giảm trọng lượng bản
thân công trình, tức là giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng.
 Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu công trình kể cả móng bằng cách dùng kết
cấu tĩnh định hoặc dùng khe lún để khử 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.
1.2.2.b) Biện pháp xử lý về móng
Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương pháp xử lý về móng như:
 Thay đổi chiều sâu chôn móng
 Tăng kích thước, thay đổi hình dạng móng nhằm giảm được áp lực tác dụng lên
mặt nền và làm giảm độ lún cho công trình.
 Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất
công trình: có thể sử dụng các giải pháp về móng như móng đơn, móng băng, mòng bè, móng cọc... 17
Chương 1: Tổng quan
1.2.2.c) Các biện pháp xử lý về nền
 Phương pháp thay nền: Thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi
chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính chất cơ lý tốt hơn như sử dụng lớp đệm cát...
 Phương pháp cơ học: Dùng lực cơ học (tĩnh hoặc động) để bổ xung vật liệu vào
đất. Như phương pháp gia cố nền đất bằng cọc cát, cọc xi măng đất, cọc tre, cọc
tràm, phương pháp đầm chặt lớp đất mặt...
 Phương pháp vật lý: Phương pháp hạ thấp mực nước ngầm, điện thấm...
 Phương pháp nhiệt học: Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp
với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí
nóng trên 800o để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu. Phương pháp
này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn.
 Phương pháp hóa học: Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong
vòng 40 năm trở lại đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như
xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa…hoặc một số hóa chất đặc biệt
phục vụ mục đích điện hóa.
 Phương pháp sinh học: Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh
vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình.
1.2.3. Các biện pháp xử lý nền thường dùng ở Việt Nam
Về nguyên tắc, mỗi một phương pháp xử lý đất yếu đều có phạm vi áp dụng thích hợp,
đều có những ưu điểm và nhược điểm nói riêng. Do đó, căn cứ vào điều kiện cụ thể
của nền đất yếu, địa hình, điều kiện địa chất, phương pháp thi công và kinh nghiệm
của tư vấn thiết kế mà có thể lựa chọn ra phương pháp hợp lý nhất. Sau đây là một số
các phương pháp xử lý đất yếu ở Việt Nam.
1.2.3.a) Phương pháp đắp theo giai đoạn
Đất đắp gia tải trước trực tiếp trên nền đất yếu có khống chế tốc độ đắp (đắp theo giai
đoạn). Việc đắp lớp gia tải trước trên nền đất yếu chỉ đảm bảo ổn định được khi chiều
cao lớp đất đắp (bao gồm phần đắp dự phòng lún) ≤ chiều cao đắp giới hạn Hgh. Vì vậy
đắp dần theo giai đoạn (vừa đắp vừa chờ) là lợi dụng tối đa quãng thời gian thi công
cho phép để tăng chiều cao đất đắp trực tiếp lên Hgh.
1.2.3.b) Phương pháp gia tải trước
Tải trọng gia tải trước (cát, đá, sỏi…) 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 18
Chương 1: Tổng quan
đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra. 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 ưu điểm là rút ngắn thời gia cố kết,
tăng nhanh độ cố kết nền đất.
1.2.3.c) 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…).Biện pháp tiến hành là đào bỏ một phần hoặc
toàn bộ lớp đất yếu và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô sau đó đầm chặt.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng sau:
 Tăng sức chịu tải của nền đất do đã thay thế lớp đất yếu bằng lớp đất tốt hơn.
 Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bố lại ứng
suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát.
 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.
1.2.3.d) 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 tăng 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 còn 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.
1.2.3.e) Phương pháp chất tải trước kết hợp 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, khi đó sử dụng cọc cát hoặc bấc thấm để tăng nhanh tốc độ cố kết:
 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, chiều
sâu cọc cát có thể đến 6-9m.
 Bấc thấm có tác dụng tăng nhanh quá trình thoát nước trong lỗ rỗng của đất 19
Chương 1: Tổng quan
theo phương đứng và theo phương ngang. Phương pháp bấc thấm có thể sử
dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có
thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm
thời. Hình 1-6 mô tả quá trình thi công cọc cát và bấc thấm. Hình 1-6
Xử lý đất yếu kết hợp với cọc cát hoặc bấc thấm
1.2.3.f) Phương pháp xử lý nền đất yếu 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.
1.2.3.g) Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc tre
Cọc tre là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền cho công trình có
tải trọng nhỏ trên nền đất yếu, nền đất luôn luôn ở trạng thái ẩm ướt. Cọc tre có chiều
dài từ 2.5-6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải
và giảm độ lún. Theo kinh nghiệm thường 25-30 cọc tre được đóng cho 1m2. Hình 1-7
Xử lý đất yếu bằng cọc tre 20
Chương 1: Tổng quan
1.2.3.h) Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát
Phương pháp này là tạo ra một cọc cát đường kính 30-40cm được đầm chặt trong nền
đất yếu cần gia cố. Việc sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm sau:
 Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng
nhanh quá trình cố kết nền đất.
 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. Hình 1-8
Xử lý đất yếu bằng cọc cát 1.2.3.i)
Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất
Cọc xi măng đất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun
xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. Nguyên lí cơ bản của việc gia cố xi măng đất là
xi măng sau khi trộn với đất sẽ sinh ra một loạt phản ứng hóa học rồi dần dần đóng rắn
lại. Tỷ lệ pha trộn trong cọc xi măng đất [2]:  Tỉ lệ N/X = 0.4 - 0.5
 Lượng xi măng trộn vào đất gia cố aw = 7% - 15%
 Lượng xi măng dùng từ 180 – 250 kg/m3 đất gia cố
Kết quả thí nghiệm cọc xi măng đất ở trong phòng cho thấy [2]:
 Dung trọng cọc xi măng đất lớn hơn đất mềm khoảng 0.7 - 2.3%
 Lực dính kết c = (0.2 – 0.3)qu
 Góc ma sát trong  = 20 – 300
 Hệ số thẩm thấu k = 10-7 – 10-6 cm/s 21
Chương 1: Tổng quan
Công nghệ thi công cọc xi măng đất hiện nay trên thế giới phát triển hai công nghệ:
công nghệ trộn ướt và công nghệ trộn khô minh họa trong Hình 1-9. Hình 1-9
Xử lý đất yếu bằng cọc xi măng đất
1.2.3.j) Phương pháp điện thấm
Trong phương pháp này, hai điện cực được đưa vào đất và khi nối với nguồn điện một
chiều thì nước lỗ rỗng từ cực dương tới cực âm. Do hiệu ứng vật lý này, khu vực gần
cực dương có áp lực nước lỗ rỗng thấp sẽ mở rộng dần theo thời gian và độ bền của
đất tăng do hệ quả của sự cố kết của đất nền còn độ nén lún của đất thì giảm đi.
1.2.3.k) Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng hút chân không
Phương pháp nén trước bằng chân không là một trong những phương pháp gia cố nền
đất sét yếu, theo đó áp suất chân không được áp dụng lên một diện tích nền được bao
bởi các tấm (màng) vật liệu kín khí (airtight membrane), để bơm thoát nước lỗ rỗng
chứa trong nền làm cho đất cố kết nhanh. Hình 1-10
Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không 22
Chương 1: Tổng quan
1.3. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT TRƯỚC BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG
1.3.1. Sơ lược về quá trình phát triển phương pháp hút chân không.
Từ năm 1952, Kjellman đã đề xuất ý tưởng dùng phương pháp gia tải chân không để
xử lý nền đất yếu khi làm công trình bên trên. Đã có một số tác giả công bố về phương
pháp này như Holtz (1975)[14], Chen và Bao (1983)[15], Chu và cộng sự (2000)[16].
Bằng phương pháp kết hợp thiết bị mới với công nghệ mới, phương pháp này đã có
những cải thiện rõ rệt. Áp lực chân không dùng khi thiết kế 70kPa nhưng thực tế đôi
khi áp lực này đạt đến 80kPa. Khi tải lớn trên 80kPa thường dùng kết hợp phương
pháp hút chân không và gia tải.
Trong vài thập niên gần đây phương pháp hút chân không đã được ứng dụng thành
công vào một số công trình ở Việt Nam và trên thế giới. Ưu điểm của phương pháp
này là đẩy nhanh thời gian thoát nước bằng cách sử dụng áp lực chân không kết hợp
với phương tiện thoát nước thẳng đứng.
Phương pháp hút chân không là một phương pháp phụ trong phương pháp thoát nước
thẳng đứng, nó thay thế cho công tác đắp đất gia tải trước. Trong thực tế, người ta kết
hợp phương pháp hút chân không với đắp đất gia tải trước để làm giảm áp lực nước lỗ
rỗng và làm giảm thời gian cố kết của nền đất, sau khi nền đã đạt được độ ổn định thì
người ta tiến hành dỡ tải.
1.3.2. Cơ chế hút chân không
Nguyên tắc và cơ chế của sự gia tải chân không đã được phân tích trong các tài liệu
như của Chen và Bao (1983)[15], Chu và cộng sự (2000)[16]. So sánh với phương
pháp gia tải bằng cách chất tải đơn thuần, áp lực lỗ rỗng của nước và ứng suất thay đổi
trong quá trình tạo chân không được phân tích qua Hình 1-11 sau đây. Hình 1-11
Mô hình tương tự hóa kiểu lò so cho quá trình cố kết 23
Chương 1: Tổng quan
Áp lực ghi trong hình 1-11 là các giá trị tuyệt đối và pa là áp suất khí quyển. Tại hình
1-11a, thời điểm khi tác động chất tải đơn thuần, ∆p là áp lực nước lỗ rỗng khi chịu tải.
Khi đất bão hòa nước, áp lực nước lỗ rỗng lớn trội ban đầu ∆uo tương tự như ∆p khi
chất tải đơn thuần. Dần dần áp lực nước lỗ rỗng lớn trội và tải trọng chuyển từ nước
sang dạng lò xo (cốt liệu đất) như được mô tả trong hình 1-11a. Lượng tăng ứng suất
có hiệu quả bằng lượng áp lực nước lỗ rỗng bị mất giảm, ∆p - ∆u (hình 1-11a). Tại
thời điểm kết thúc giai đoạn cố kết, ∆u = 0 và tổng ứng suất hữu hiệu đạt được giống
như trường hợp chất tải đơn thuần, ∆p (hình 1-11a). Điều này nói lên rằng quá trình
trên không phải do tác động của áp suất khí quyển, pa .
Cơ chế gia tải chân không cũng được minh họa bằng cách tương tự sử dụng mô hình lò
xo trong hình 1-11b. Khi tải trọng chân không được sử dụng như hình 1-11b, áp lực
nước lỗ rỗng trong đất giảm. Ứng suất tổng sử dụng không đổi nhưng ứng suất hữu
hiệu trong đất lại tăng. Thời điểm khi có tải chân không, -∆u , tác động thì áp lực nước
lỗ rỗng trong đất là pa. Dần dần áp lực lỗ rỗng giảm và bắt đầu lò xo bị nén, điều này
có nghĩa là cốt liệu đất tạo ra ứng suất hữu hiệu. Lượng ứng suất hữu hiệu tăng lên
bằng lượng áp lực nước lỗ rỗng giảm đi.
Như vậy khi áp dụng biện pháp gia tải cổ điển, ứng suất hiệu quả trong khối đất tăng
lên bởi ứng suất tổng tăng do tải trọng. Còn khi áp dụng biện pháp gia tải bằng chân
không thì ứng suất hiệu quả trong khối đất tăng lên do việc giảm áp lực nước lỗ rỗng
trong khi giữ nguyên ứng suất tổng.
Áp lực chân không được tạo ra khi vận hành máy bơm. Áp lực này sẽ truyền đến các
cọc bấc thấm đứng trong lớp đất yếu làm giảm áp lực nước trong các bấc thấm và các
lỗ rỗng biên, tạo thành áp lực gây rò rỉ nước từ đất ra ngoài đường biên, làm giảm các
khe rỗng tồn tại bởi áp lực nước.
Về mặt lý thuyết, thiết bị bơm hút có thể làm giảm áp suất không khí, do đó giá trị tối
đa cho phép tương đương 100kPa (trên lý thuyết) cho dự án bơm hút chân không. Tuy
nhiên, dựa vào trình độ kỹ thuật hiện tại ta có thể sử dụng giá trị thông thường từ 75 ÷
80kPa. Khi được sử dụng độc lập, bơm hút chân không thích hợp cho khu vực đất yếu
rộng lớn yêu cầu khả năng chịu lực không quá 85kPa.
Khi gia tải trước yêu cầu lớn hơn 80kPa, ta có thể sử dụng phương pháp gia tải đất kết
hợp bơm hút chân không cùng lúc để làm cho cường độ yêu cầu vượt lên trên 80kPa.
Điều đó chứng tỏ rằng: áp lực kết hợp xuất hiện trong khối đất mới tạo thành thông
qua áp lực gia tải tạm thời có thể đồng bộ hóa với quá trình giảm lỗ rỗng áp lực nước
trong suốt quá trình gia tải. Chúng có cường độ cao hơn so với cường độ tạo thành
dưới tác dụng của phương pháp hút chân không. Do đó phương pháp kết hợp này tăng
tốc độ cố kết và tăng cường độ cho đất. Cùng một thời điểm, khối đất mới tạo ra bị co
ngót và bị nén bởi áp suất chân không được tạo ra bởi phương pháp bơm hút chân 24
Chương 1: Tổng quan
không, đất sẽ ổn định hơn dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài. Cùng một lúc, áp lực
chân không sẽ thay thế một phần áp lực đất trong biện pháp gia tải tạm thời, chiều dày
của lớp gia tải có thể nhỏ xuống, và thời gian gia tải cũng được rút ngắn, vì vậy thời
gian thi công sẽ rút ngắn so với các phương pháp gia tải thoát nước thông thường.
1.3.3. Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng
1.3.3.a) Ưu điểm
 Giảm thời gian cố kết của nền đất yếu trong phạm vi được xử lý một cách đáng
kể, thời gian cố kết khoảng 120 ÷ 180 ngày nếu như kết hợp giữa phương pháp
gia tải bằng hút chân không và gia tải trước.
 Giảm chiều cao gia tải do đó làm tăng độ ổn định cho nền, tránh được các hiện
tượng trượt sâu, trượt cục bộ gây phá hoại nền đất.
 Do thời gian xử lý nền đất được rút ngắn nền tổng thời gian thi công của công
trình do vậy được rút ngắn, sớm đưa công trình vào sử dụng.
 Đây là công nghệ xanh, thân thiện với môi trường do không thải các chất độc hại ra môi trường.
1.3.3.b) Nhược điểm  Rất khó làm kín khí
 Có giới hạn về chiều sâu gia cố
 Hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát có hệ số thấm cao nằm xen kẹp
 Gây ra chuyển vị ngang làm cho các công trình lân cận có thể gặp sự cố
 Yêu cầu trình độ thi công cao
1.3.3.c) Phạm vi áp dụng
 Đất nền cần xử lý dưới chân công trình phải là đất sét bão hòa hoặc quá bão hòa
 Xử lý nền móng yêu cầu phải hoàn thành trong một thời gian rất ngắn.
1.3.4. Phương pháp và dây chuyền thi công phương pháp hút chân không.
1.3.4.a) Phương pháp hút chân không cách khí bằng vải 3.4.1.a.1)
Sơ đồ phương pháp
Phương pháp cách khí bằng vải được mô tả trong Hình 1-12 dùng một loại vải kín khí
HDPE phủ lên trên các lớp thoát nước có cắm bấc thấm PVD. Vải HDPE cách ly lớp
thoát nước và PVD để nước từ các bấc thấm có thể được bơm trực tiếp đến các bơm kế
tiếp và đến nền đường. Để giảm sự tiêu hao thủy lực trong lớp thoát nước, thiết bị 25
Chương 1: Tổng quan
thoát nước bổ sung (ống đục lỗ hay bấc thấm thoát nước ngang) được sử dụng. Hình 1-12
Phương pháp hút chân không cách khí bằng vải 3.4.1.a.2)
Dây chuyền thi công phương pháp hút chân không cách khí bằng vải 1. Dọn dẹp mặt bằng 2. Thi công đệm cát 3. Lắp đặt PVD 5. Thoát nước ngang 4. Lắp ống chân không 6. Lắp bấc thấm ngang thứ cấp 26
Chương 1: Tổng quan 7. Lắp vải bảo vệ 8. Lắp lớp chống thấm 9. Đắp gia tải Hình 1-13
Dây chuyền thi công phương pháp hút chân không cách khí bằng vải
1.3.4.b) Phương pháp hút chân không bằng ống hút trực tiếp 3.4.1.b.1)
Sơ đồ của phương pháp
Phương pháp ống hút trực tiếp được trình bày trong Hình 1-14, các bấc thấm được nối
trực tiếp vào các ống nhựa PE dẻo và dẫn đến các bơm chân không. Hình 1-15 thể hiện
công tác lắp các bấc thấm PVD và các đầu nối vào ống. Dây chuyền thi công như trên Hình 1-16. Hình 1-14
Sơ đồ phương pháp hút chân không bằng ống hút trực tiếp 3.4.1.b.2)
Lắp đặt bấc thấm đứng PVD trong phương pháp hút chân không bằng ống hút trực tiếp 27
Chương 1: Tổng quan 1. Mặt đất tự nhiên 2. Định vị tấm neo 3. Lắp ống dẻo 4. Lắp PVD 5. Lắp đặt đầu mối 6. Khóa đầu nối 7. Nối PVD vào 8. Đắp lớp gia tải chữ T chữ T bơm chân không Hình 1-15
Sơ đồ lắp đặt bấc thấm đứng PVD 3.4.1.b.3)
Dây chuyền thi công phương pháp hút chân không bằng ống hút trực tiếp 28
Chương 1: Tổng quan 1. Dọn dẹp mặt bằng 2. Lắp PVD 3. Nối PVD vào bơm 4. Đắp lớp gia tải 5. Giảm áp Hình 1-16
Dây chuyền thi công PP hút chân không bằng ống hút trực tiếp
1.3.4.c) So sánh hai phương pháp
Phương pháp ống hút trực tiếp có thuận lợi là giảm thiểu sự tiêu hao chân không do
bơm trực tiếp từ PVD. Việc kiểm tra rò rỉ từ các đầu nối có thể được tiến hành sau khi
chất tải. Phương pháp này cũng giảm được việc sử dụng các lớp thoát nước và các hố
dung dịch nhằm cách ly không khí trong phương pháp cách khí bằng vải. Mặt khác,
phương pháp cách khí bằng vải cũng có ưu điểm riêng là lớp cát thoát nước sau khi hút
chân không được xem là một thành phần gia cường. Do sự giảm áp lực nước lỗ rỗng
trong lớp thoát nước trong quá trình hút chân không, ứng suất có hiệu của lớp cát thoát
nước gia tăng theo áp lực chân không. Sự gia tăng ứng suất hiệu quả từ hút chân không
và gia tải dẫn đến sự gia tăng sức kháng cắt của lớp thoát nước.
1.3.5. Ứng dụng thực tế của phương pháp hút chân không trong các công trình
xây dựng trên Thế Giới và ở Việt Nam.
Tại Nhật Bản, phương pháp này được sử dụng thường xuyên trong xây dựng công
trình từ những năm 1960 đến 1980. Tại Trung Quốc, công trình sửa chữa, mở rộng
đường băng số 2 Sân bay Quốc tế Phố Đông Thượng Hải là một phương án "Sân bay
hướng ra Đại Dương". Sau khi sử dụng công nghệ này không chỉ giải quyết được vấn
đề lún sâu của nền đất trên bờ biển mà còn tiết kiệm được rất nhiều vốn đầu tư. Đồng
thời chất lượng công trình cũng được các chuyên gia đánh giá "tốt nhất, vượt xa yêu 29
Chương 1: Tổng quan
cầu thiết kế". Ngoài ra còn nhiều công trình khác như : công trình xử lý nền đất ở
Cảng Tam Kỳ, Ninh Ba, Chiết Giang (Trung Quốc) cũng dùng công nghệ bơm hút chân không.
Ở Việt Nam, với đặc tính của đất yếu chủ yếu là no nước, lượng lỗ rỗng tồn tại nhiều,
dựa vào nguyên lý của phương pháp bơm hút chân không ta có thể khẳng định điều
kiện áp dụng phương pháp bơm hút chân không ở Việt Nam là vô cùng khả thi. Trên
thực tế, việc sử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không khá mới mẻ này
đã và đang được áp dụng tại một số công trình ở Việt Nam: kho chứa LPG lạnh Thị
Vải – KCN Cái Mép, nhà máy Khí – Điện – Đạm Cà Mau, Dự án Long Thành – Dầu
Giây, nhà máy sợi Polyester Đình Vũ – Hải Phòng, nhà máy Điện CTHH Nhơn Trạch
2 – Đồng Nai, Nhiệt điện Long Phú 1…đã làm cho đất cố kết nhanh trong thời gian ngắn.
Sân bay quốc tế Thượng Hải - TQ
Nhà máy sợi Polyester Đình Vũ
Nhà máy điện CTHH Nhơn Thạch 2 Khu công nghiệp Cái Mép Hình 1-17
Các công trình xử lý nền đất yếu bằng PP hút chân không 30
Chương 1: Tổng quan
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Để đảm bảo độ ổn định cho công trình, đặc biệt là ổn định theo thời gian của công
trình trên các nền đất yếu thì cần thiết phải cải thiện sức chịu tải của nền đất. Hiện nay
có rất nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu đã được đề cập ở trên. Về nguyên tắc, mỗi
một phương pháp xử lý đất yếu ở trên đều có phạm vi áp dụng thích hợp, đều có
những ưu điểm và nhược điểm nói riêng. Do đó, căn cứ vào điều kiện cụ thể của nền
đất yếu, địa hình, điều kiện địa chất, phương pháp thi công và kinh nghiệm của tư vấn
thiết kế mà có thể tính toán để lựa chọn ra phương pháp hợp lý nhất.
Cùng với tốc độ phát triển nền kinh tế đất nước, việc đầu tư xây dựng các công trình
trên đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Mê Kông ngày càng nhiều. Các công trình
này chủ yếu xây dựng trên nền đất yếu, việc áp dụng các phương pháp cổ điển xử lý
nền đất yếu trong một số trường hợp cụ thể dường như không còn phù hợp. Vì vậy
việc cần thiết là phải sử dụng giải pháp kỹ thuật mới đảm bảo thời gian thi công xây
dựng công trình ngắn, đảm bảo chất lượng tốt, giá thành xây dựng hợp lý. Một trong
các giải pháp kỹ thuật mới đó là giải pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút
chân không. Ở nước ta công nghệ này đã được áp dụng cho một số các dự án: Nhà
máy LPG lạnh Thị Vải – Cái mép, nhà máy Khí – Điện – Đạm Cà Mau, Dự án Long
Thành – Dầu Giây, nhà máy sợi Polyester Đình Vũ - Hải Phòng, nhà máy Điện CTHH
Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai, nhà máy nhiệt điện Long Phú 1…đã làm cho đất cố kết
nhanh trong thời gian ngắn.
Do vậy việc nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử nền đất yếu bằng phương pháp hút chân
không là một việc làm hết sức cần thiết và cấp bách. Nó ghóp phần giúp chúng ta hiểu
hơn về công nghệ mới này đồng thời giúp chúng ta có thể dự báo, đánh giá được hiệu
quả quá trình xử lý nền đất yếu cho các công trình sử dụng công nghệ hút chân không
để xử lý nền sau này.
Trong chương tiếp theo tác giả sẽ trình bày lý thuyết tính toán tốc độ cố kết nền đất
yếu khi sử dụng phương pháp hút chân không. Từ đó áp dụng lý thuyết tính toán này
để tính toán cho một số công trình cụ thể ở Việt Nam như: nhà máy LPG lạnh Thị Vải
– Cái Mép, nhà máy Khí – Điện – Đạm Cà Mau, nhà máy sợi Polyester Đình Vũ - Hải Phòng. 31