Tài liệu Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho dự án cải tạo sông tích

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN HỮU HOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO, ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẢI TẠO LÒNG DẪN SÔNG TÍCH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN HỮU HOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO, ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH CẢI TẠO LÒNG DẪN SÔNG TÍCH Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN HỮU HUẾ Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho dự án cải tạo sông Tích” học viên đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trường Đại Học Thủy Lợi, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Nguyễn Hữu Huế. Đến nay tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ theo đúng kế hoạch đã đề ra. Mong muốn của học viên là góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu đưa giải pháp xử lý hố móng trong điều kiện địa chất yếu mà cụ thể là nền cát và mực nước ngầm cao. Tuy nhiên vì sự hiểu biết của bản thân và thời gian thực hiện luận văn có hạn nên nội dung của luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cô để nâng cao sự hiểu biết và có điều kiện phát triển thêm nội dung nghiên cứu của luận văn sau này. Học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hữu Huế, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, cung cấp các kiến thức khoa học cho tôi trong suốt thời gian qua. Qua đây tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong trường Đại học Thủy Lợi, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn Thạc sĩ này. Hà nội, ngày…….tháng…….. năm 2014 Học viên Nguyễn Hữu Hoàn LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Hữu Hoàn, học viên cao học lớp 20C21 - Trường Đại học Thủy lợi. Tôi là tác giả của bài luận văn này, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu là trung thực, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Hữu Hoàn MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài ...................................................................................................... 2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................... 2 4. Kết quả dự kiến đạt được ............................................................................................ 2 5. Nội dung của luận văn ................................................................................................. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THI CÔNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU .......................................................................... 4 1.1. Nền đất yếu và đặc điểm cơ bản của nền đất yếu..................................................... 4 1.2. Các giải pháp kỹ thuật thi công công trình trên nền đất yếu. ................................. 6 1.3. Phân tích đánh giá các sự cố hố móng công trình trong điều kiện nền yếu ........ 13 CHƯƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO ............................................................................ 18 2.1. Hố móng và các phương pháp thi công hố móng................................................... 18 2.2. Các giải pháp công nghệ xử lý hố móng trong điều kiện địa chất yếu. ............... 23 2.3. Nghiên cứu giải pháp tường cọc ván thép giữ ổn định mái đào trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao. ...................................................................................... 42 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐƯỢC CHỌN CHO DỰ ÁN CẢI TẠO LÒNG DẪN SÔNG TÍCH ............................................................................................... 55 3.1. Giới thiệu về dự án cải tạo lòng dẫn sông Tích ...................................................... 55 3.2. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu cho đoạn kênh bê tông kênh từ K0÷K2+700 thuộc dự án sông Tích. ............................................................................... 61 3.3. Đánh giá biện pháp thi công hố móng sâu .............................................................. 77 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Sơ đồ bố trí khe lún ................................................................................... 7 Hình 1. 2 Thay đổi chiều sâu và kích thước móng ......................................................... 8 Hình 1. 2 Xử lý nền bằng phương pháp đệm cát ...................................................... 9 Hình 1. 3 Cọc bê tông xử lý nền trạm bơm tiêu Bình Phú – Hà Nội ........................ 10 Hình 1. 3 Thi công xử lý nền bằng bấc thấm nhà máy xơ sợi Đình Vũ .................... 12 Hình 1. 4 Cát chảy vào hố móng công trình và biện pháp xử lý ................................. 15 Hình 1. 5 Xói ngầm tại đập Tắc Giang .......................................................................... 15 Hình 2. 1 Các bước thi công Top-Down ...................................................................... 20 Hình 2. 2 Thi công hố móng sâu theo phương thức đào mở ...................................... 21 Hình 2. 3 Thi công hố móng không có chắn giữ ......................................................... 21 Hình 2. 4 Chắn giữ vách hồ đào bằng cọc ván thép .................................................... 22 Hình 2. 5 Thi công cọc xi măng đất dự án nâng cấp sân bay Cát Bi – Hải Phòng . 26 Hình 2. 6 Cọc xi măng đất được đào lên ...................................................................... 26 Hình 2. 7 Các loại chắn giữ bằng cọc hàng .................................................................. 27 Hình 2. 8 Cọc ván thép bảo vệ hố móng dự án kênh La Khê – Hà Nội ................... 28 Hình 2. 9 Bảo vệ hố móng bằng cừ bê tông cốt thép .................................................. 29 Hình 2. 10 Thi công tường trong đất ............................................................................ 31 Hình 2. 11 Cấu tạo neo trong đất ................................................................................. 33 Hình 2. 12 Tường neo cọc ván thép ............................................................................. 34 Hình 2. 13 Kết hợp neo và cọc xi măng đất bảo vệ hố móng chợ Đà Lạt .............. 34 Hình 2. 14 Phương pháp tháo nước nằm ngang ......................................................... 36 Hình 2. 15 Hình dạng cọc ván thép ............................................................................. 43 Hình 2. 16 Chống giữ thanh nén 1 nhịp ...................................................................... 47 Hình 2. 17 Chống giữ kiểu thanh nén nhiều nhịp ...................................................... 48 Hình 2. 18 Neo giữ bằng khối bê tông ....................................................................... 48 Hình 2. 19 Neo giữ bằng hàng cừ phụ ......................................................................... 49 Hình 2. 20 Neo giữ bằng thanh neo trong đất .............................................................. 49 Hình 2. 21 Sơ đồ tính theo phương pháp cân bằng tĩnh cho tường có neo .............. 50 Hình 2. 22 Phương pháp đường đàn hồi ...................................................................... 52 Hình 2. 23 Quy luật biến đổi của hệ số nền ................................................................ 53 Hình 3. 1 Hệ văng chống gia cường cho hàng cừ thép ............................................... 63 Hình 3. 2 Chuyển vị của hố móng U = 8,76cm ........................................................... 64 Hình 3. 3 Hệ số ổn định hố móng ................................................................................. 65 Hình 3. 4 Chuyển vị hố móng U = 8,83cm .................................................................. 65 Hình 3. 5 Hệ số ổn định hố móng ................................................................................. 66 Hình 3. 6 Nội lực trong thanh neo ................................................................................. 66 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu của lòng dẫn sông Tích .............................. 56 Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của đất nền lòng dẫn sông Tích ............................................. 61 Bảng 3.3 Kết quả tính toán chuyển vị và ổn định hố móng ........................................ 67 Bảng 3.4 Kết quả tính toán nội lực trong tường cừ ...................................................... 67 Bảng 3.5 Đơn giá chi tiết cho từng phương án ............................................................. 68 Bảng 3.6 Chi phí lắp dựng cho các phương án ............................................................. 76 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong quá trình thi công công trình xây dựng công tác hố móng là công việc quan trọng và chiếm nhiều thời gian. Công tác hố móng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện địa chất cũng như địa chất thủy văn của khu vực xây dựng. Từ đó dẫn đến hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng cần có những biện pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố và công nghệ thi công thích hợp về mặt kỹ thuật – kinh tế cũng như đảm bảo an toàn về môi trường và không gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận. Sự cố thi công hố đào móng công trình luôn song hành với việc lựa chọn giải pháp thi công hố đào không thích hợp với điều kiện địa chất - thuỷ văn công trình. Sự chuyển dịch đất nền quanh hố đào có thể xảy ra ngay trong quá trình đào móng hay sau thời gian hố đào đã lấp đất. Đây là vấn đề khó tránh khỏi, một khi nhà thầu kém năng lực, ít kinh nghiệm, hoặc thiếu thông tin tin cậy về số liệu khảo sát. Vấn đề đào hố luôn luôn là chủ đề thời sự, nó tiềm ẩn trong nghề và nghiệp của một kỹ sư xây dựng nền móng công trình. Hình ảnh gia cố hố đào tại một công trình trong thành phố Hồ Chí Minh 2 Hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, đã có rất nhiều biện pháp bảo vệ thành vách hố móng, gia cố nền móng được đưa ra và áp dụng thành công trong thực tế. Tiêu biểu như hệ thống cọc xi măng đất, công nghệ khoan phụt Jet-Grouting, cừ thép… Trên thực tế có những công trình có hố móng đặt sâu vào tầng cát mịn có hệ số thấm lớn nên công tác hố móng trở nên khá phức tạp, do đó việc nghiên cứu đề xuất biện pháp thi công phù hợp với đặc thù công trình và điều kiện địa chất nhằm tiết kiệm chi phí, đẩy nhanh tiến độ thi công, đảm bảo an toàn lao động… là hết sức quan trọng và cần thiết. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho công trình cải tạo lòng dẫn sông Tích” là một hướng nghiên cứu mới về lĩnh vực xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Luận văn chủ yếu sử dụng kết hợp các phương pháp: – Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; – Phương pháp quan sát trực tiếp; – Phương pháp kế thừa những kết quả đã tổng kết, nghiên cứu. 4. Kết quả dự kiến đạt được – Phân tích các phương pháp xử lý hố móng trong điều kiện địa chất nền yếu – Đề xuất biện pháp thi công cho hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao. Áp dụng tính toán cho dự án tiếp nước Sông Tích 3 5. Nội dung của luận văn Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được các mục tiêu đó. Luận văn gồm 3 chương chính, phụ lục và danh mục tài liệu tham khảo. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THI CÔNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1. Nền đất yếu và đặc điểm cơ bản của nền đất yếu 1.1.1. Nền đất yếu Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên nhiên cho công trình xây dựng [1]. Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. Nền đất yếu có một số đặc điểm chung như sau [1]: – Khả năng chịu lực vào khoảng 0,5 – 1 kG/cm2. – Đất có tính nén lún lớn ( a > 0,1 cm2/kG); – Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0); – Độ sệt lớn ( B > 1); – Mo đun biến dạng bé (E < 50kG/cm2); – Khả năng chống cắt (ϕ, c) nhỏ; – Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8, dung trọng nhỏ; 5 1.1.2. Đặc điểm của một số loại đất yếu Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp một số loại đất yếu sau: Đất sét yếu; đất cát yếu; than bùn và đất than bùn [1]. 1.1.2.1. Đất sét yếu Đặc điểm biến dạng: Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của chúng quyết định. Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau đây: + Biến dạng khôi phục, gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ. + Biến dạng dư: chỉ gồm biến dạng cấu trúc. Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến dạng các màng hấp phụ của nước liên kết gây nên. Các loại biến dạng chủ yếu của đất sét yếu là biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ. Tính chất lưu biến: Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt, chúng có tính từ biến và khả năng thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài. Khả năng này gọi là tính chất lưu biến. Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự do khi nén chặt. Do vậy hiện tượng này liên quan tới sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết quả chuyển dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự định hướng của các hạt và các khối đó với phương tác dụng của tải trọng. 1.1.2.2. Đất cát yếu Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống đồng thời có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét. Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy [5]. 6 Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất lớn. Khi cát gồm những hạt nhỏ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này rất nguy hiểm cho công trình và công tác thi công. 1.1.2.3. Bùn, than bùn và đất than bùn Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hóa học ở đáy sông hồ, bãi lầy. Bùn chỉ liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Thành phần của bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống. Độ bền của bùn rất bé, góc ma sát có thể bằng 0 và chỉ khi mất nước mới có thể cho góc ma sát. Việc xây dựng công trình trên nền bùn chỉ có thể được thực hiện sau khi đã tiến hành các biện pháp xử lý nền. Than bùn có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. Trong điều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao (85÷95%). Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất. Khi xây dựng công trình tại những khu vực than bùn cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt thép, khe lún, làm nền cọc hoặc thay thế một phần than bùn. 1.2. Các giải pháp kỹ thuật thi công công trình trên nền đất yếu. Với những đặc điểm của đất yếu nêu trên thì muốn đặt móng công trình xây dựng trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý. Có thể chia thành ba nhóm biện pháp sau [1]: – Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình – Các biện pháp xử lý về móng 7 – Các biện pháp xử lý nền 1.2.1. Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình. Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng do các điều kiện biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé. Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm 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 [1]: Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng chịu lực của công trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân công trình, 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 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. Hình 1. 1 Sơ đồ bố trí khe lún 1.2.2. Các 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 thường dùng như [1]: 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 8 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. Hình 1. 1 Thay đổi chiều sâu và kích thước móng 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. 1.2.3. Các biện pháp xử lý nền Khi các biện pháp về kết cấu công trình và móng mà vẫn không đáp ứng yêu cầu thiết kế thì mới sử dụng các biện pháp xử lý nền. Xử lý nền là cải thiện các chỉ 9 tiêu cơ lý, hóa học của nền nhằm tăng cường khả năng chịu lực, phòng lún, phòng thấm, chống trượt và chống lật cho nền công trình [1]. Phương pháp thay nền. Đây là một phương pháp ít được sử dụng, nhà thầu xây dựng thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất. Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp. Khi sử dụng phương pháp này thường sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng cường khả năng chịu lực giữa các lớp đất mới. Hình 1. 2 Xử lý nền bằng phương pháp đệm cát Các phương pháp cơ học. Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi...), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát...để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học. 10 Đây là một trong những giải pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tại Việt Nam, đã có nhiều công trình áp dụng giải pháp như: - Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc xi măng đất có đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô. - Tại Hà Nội, hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất yếu, nhất là khu vực phía đuờng Đào Duy Anh, nền đất dưới hầm đã được cải tạo bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1,5-6m. Việc gia cố đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà chỉ với mục đích chống trượt trồi khi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng không phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu vực, có nơi gia cố, có nơi không. - Dự án nâng cấp cảng hàng không Cát Bi – Hải Phòng sử dụng cọc xi măng đất để gia cố nền, chiều sâu cọc 13 ÷ 15m, đường kính 0,8m. - Dự án nâng cấp, cải tạo trạm bơm tiêu Bình Phú – Thạch Thất, Hà Nội sử dụng cọc bê tông cốt thép để gia cố nền trạm bơm và khu vực nhà trạm, chiều dài mỗi cọc 10m, kích thước cọc 30x30cm, mật độ 1÷1,2m/cọc. Hình 1. 3 Cọc bê tông xử lý nền trạm bơm tiêu Bình Phú – Hà Nội 11 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 đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan. 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 xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến. Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ. 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. Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế. Các phương pháp thủy lực. Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm. Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế. Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để 12 gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể. Tại Việt Nam, công trình đầu tiên được áp dụng giải pháp này là dự án cụm khí điện đạm Cà Mau (2002), tuy nhiên do nhà thầu Pháp thi công nên giá thành còn khá cao. Đến năm 2008, Công ty Fecon của Việt Nam đã trực tiếp thi công tại dự án nhiệt điện Nhơn Trạch 2 (giá bằng 40%), sau đó đã áp dụng rộng rãi và thành công tại nhà máy xơ sợi tổng hợp polyester Đình Vũ (Hải Phòng), nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 (Sóc Trăng), khu liên hợp thép Formosa (Hà Tĩnh), nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 (Trà Vinh)… Hình 1. 2 Thi công xử lý nền bằng bấc thấm nhà máy xơ sợi Đình Vũ Nhận xét chung: Nền đất yếu có nhiều tác hại và nguy cơ gây mất an toàn cho các công trình xây dựng. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc nghiên cứu nền đất yếu cũng như các giải pháp xử lý nền đất yếu ngày càng hoàn thiện hơn. Trong thực tế thiết kế cũng như thi công, cần căn cứ vào điều kiện địa chất công trình cụ thể để lựa chọn các biện pháp xử lý. Có thể sử dụng một giải pháp hoặc sử dụng kết hợp nhiều biện pháp, giải pháp để xử lý nhằm mang lại hiệu quả cao nhất, đảm bảo an toàn cho công trình xây dựng. 13 1.3. Phân tích đánh giá các sự cố hố móng công trình trong điều kiện nền yếu Khi thi công hố móng trên nền đất yếu, việc xảy ra sự cố là khó tránh khỏi. Các sự cố hố móng thường rất đa dạng và ứng với mỗi sự cố lại có những cách để xử lý khác nhau. Dưới đây là một số sự cố thường gặp cũng như biện pháp xử lý khi thi công hố đào trong vùng đất yếu [1], [5]: – Sạt trượt thành hố đào – Xói ngầm – Cát chảy 1.3.1. Sạt trượt thành hố đào Đây là sự cố thường xảy ra nhất khi thi công hố móng sâu trong điều kiện nền đất yếu. Sạt trượt xảy ra khi điều kiện cân bằng của khối đất bị phá hủy. Các nguyên nhân gây trượt chính thường là: tăng cao độ dốc của sườn dốc khi cắt xén, xói lở, khi thi công mái quá dốc; giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lí khi tẩm ướt, trương nở, giảm độ chặt, phong hoá, phá huỷ kết cấu tự nhiên, các hiện tượng từ biến trong đất đá; tác động của áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động lên khối nền, gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trôi, biến thành trạng thái cát chảy .v.v.); các tác động bên ngoài như chất tải trên sườn dốc, dao động địa chấn và vi địa chấn, v.v. Mỗi một nguyên nhân riêng biệt kể trên đều có thể làm mất cân bằng của các khối đất đá ở sườn dốc, nhưng thông thường là do tác động đồng thời của một số trong những nguyên nhân đó. Biện pháp xử lý sạt trượt. Sạt trượt làm biến dạng thành vách hố móng, tăng khối lượng đào và đặc biệt gây nguy hiểm cho con người và máy móc thi công dưới hố móng. Để phòng ngừa sạt trượt có thể áp dụng một số phương án sau [5], [6]: - Sử dụng tường cừ cùng như các biện pháp khác để bảo vệ thành vách - Hạ các cơ khi chiều sâu hố đào lớn