Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát ở đường liên tỉnh 25A, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai

ª TS. Nguyễn Thống Nhất Trường Đại học Tôn Đức Thắng ª KS. Phan Tô Anh Trâm Công ty TNHH MTV Dịch vụ công ích Thủ Đức  Người phản biện: TS. Nguyễn Kế Trường

Tóm tắt: Dự án nâng cấp, mở rộng đường liên tỉnh 25A, nối từ QL51, tỉnh Đồng Nai đến Cát Lái, TP. Hồ Chí Minh. Có 3 đoạn điều chỉnh tuyến, đi qua vùng đất bùn sét yếu có chiều dày 12m - 17m. Bài báo trình bày nghiên cứu xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát. Sử dụng hai cách tính toán: Lập bảng tính Excel và sử dụng phần mềm Plaxis 2D, qua đó có so sánh và rút ra các kết luận cần thiết, phù hợp với thực tế.

Từ khóa: Giếng cát ở đường liên tỉnh 25a.

Abstract: In the innovation and expansion project for Inter-municipal 25A Street, connecting National Route 51, Dong Nai Province and Cat Lai Port, Ho Chi Minh City, there are three adjusted routes, crossing mud clay zones 12m to 17m thick. The article present several researches on soft soil treatment using sand well technique. Two caculating methods are employed, which are creating Excel spreadsheets and using Plaxis 2D software, from which comparisons and necessary, practical conclusions can be made.

Keywords: Sand wells in intercity road 25a.

1. Đặt vấn đề

Đồng Nai là một trong những tỉnh có tốc độ phát triển công nghiệp nhanh chóng hàng đầu cả nước. Nhu cầu vận chuyển từ các nhà máy, khu công nghiệp đến các bến cảng để xuất - nhập hàng hóa là rất lớn. Tuyến đường liên tỉnh 25A là một tuyến đường trọng điểm trên địa bàn huyện Nhơn Trạch, đi về cảng Cát Lái, có yêu cầu cao, kể cả về lưu lượng và tải trọng trục xe.

Tuyến đường đi trên nền đường cũ, nhưng có một số đoạn chỉnh sửa tuyến, phải qua vùng địa chất có nền đất yếu bùn sét, với chiều dày trung bình từ 12m đến 17m, cần phải được xử lý để đảm bảo ổn định và độ lún đạt tiêu chuẩn cho phép. So sánh nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu khác nhau, đã lựa chọn phương pháp giếng cát cho công trình này.

2. Đặc điểm địa chất công trình

Hồ sơ khảo sát địa chất bổ sung chủ yếu khoan tại những vị trí xuất hiện đất yếu, những đoạn nền đường đi qua đất đồi ổn định không khoan bổ sung mà sử dụng hồ sơ tài liệu khoan trước đây. Địa chất công trình có đặc điểm các lớp đất như sau: [1]

- Đất đắp: Đất san lấp nền đường hiện hữu và đất đắp bờ kênh, bờ ruộng, bờ ao...Đây là lớp đất nền đường hiện hữu và đất đắp bờ kênh, bờ ruộng và bờ ao trong khu vực tuyến khảo sát, có chiều dày từ 0,70m ÷ 1,20m. Lớp đất này có chiều dày mỏng và phân bố gián đoạn trong khu vực tuyến khảo sát. Do vậy, chỉ mô tả chi tiết lớp đất này trong phiếu hình trụ các hố khoan, không thể hiện trên mặt cắt địa chất công trình.

- Lớp 1: Bùn sét lẫn ít mùn thực vật màu xám đen; trạng thái chảy đến dẻo chảy.

+ Lớp bùn sét nằm trên cùng khu vực nghiên cứu. Lớp có chiều dày lớn 12,70 ÷ 17,00m và phân bố gián đoạn trong nền đất tuyến khảo sát.

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (27 thí nghiệm) có giá trị N = 1 ÷ 3. Giá trị này cho thấy đây là tầng đất yếu tại những vị trí khoan khảo sát.

- Lớp 2: Sét màu xám vàng, xám tro, trạng thái dẻo cứng.

+ Lớp sét phân bố tại khu vực hố khoan (HK3-BS) và theo tài liệu địa chất khu vực, lớp này phân bố giãn đoạn và lộ ra trên bề mặt tuyến khảo sát nơi địa hình cao chân sườn đồi. Chiều dày tại hố khoan HK3-BS là 5,80m.

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (3 thí nghiệm) có giá trị N = 6 ÷ 15.

- Lớp 3: Sét pha màu xám vàng, xám trắng, đốm tím, trạng thái dẻo cứng.

+ Lớp sét pha phân bố tại khu vực hố khoan (HK3-BS) và theo tài liệu địa chất khu vực, lớp này phân bố giãn đoạn trên tuyến khảo sát nơi địa hình cao chân sườn đồi. Chiều dày tại hố khoan HK3-BS là 4,20m.

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (2 thí nghiệm) có giá trị N = 5 ÷ 7.

- Lớp 4:Cát hạt mịn đến thô lẫn bụi sét màu xám trắng, xám vàng, nâu đỏ, chặt vừa.

+ Lớp này nằm dưới lớp 3, chiều dày >1,00 ÷ 7,00m phân bố rộng khắp trong nền đất khảo sát cầu, bắt gặp tại tất cả các hố khoan.

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (10 thí nghiệm) có giá trị N = 7 ÷ 17.

- Lớp 5: Sét màu xám trắng, xám tro, trạng thái dẻo cứng.

+ Lớp sét nằm dưới lớp 4 và là lớp dưới cùng của chiều sâu nghiên cứu, chiều dày lớn chưa xác định, khoan vào lớp này được 1,50m, bắt gặp tại hố khoan HK5-BS.

+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (1 thí nghiệm) có giá trị N = 11.

Bảng 2.1. Thống kê một số chỉ tiêu cơ - lý của các lớp đất

 

Hình 2.1: Ảnh chụp đoạn 1 chỉnh tuyến đi qua vùng đất yếu

 

Hình 2.2: Ảnh chụp đoạn 2 và 3 chỉnh tuyến đi qua vùng đất yếu

 

3. Tính toán xử lý gia cường nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát

- Bố trí giếng cát: Sử dụng giếng cát D = 0,3m, bố trí lưới tam giác cạnh đều @ = 2,5m, kết hợp với 1 lớp vải địa kỹ thuật và hệ thống rãnh thoát nước ở chân ta-luy đắp.

- Chiều dài mỗi giếng dự kiến: Tùy vào địa chất từng vị trí cầu thiết kế chiều sâu khác nhau, từ 11 đến 15m [2].

Hình 3.1: Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát

 

3.1. Tính toán xử lý nền

Sử dụng hai phương pháp tính để so sánh kết quả: Tính bằng bảng tính Excel và tính bằng phần mềm Plaxis 2D (Version 8.5).

3.1.1. Tính bằng bảng tính Excel

Công thức tính: [3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Trong đó:

H_i - Chiều dày lớp đất;

e_oi - Hệ số rỗng của lớp đất tính toán;

Cⁱ_c - Chỉ số nén lún (trong phạm vi σⁱ_bt > σⁱ_p);

Cⁱ_r - Chỉ số nén lún (trong phạm vi σⁱ_bt < σⁱ_p);

σⁱ_bt - Áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i, σ_btⁱ= γ_i.h_i +σ_bt^i-1;

σⁱ_p - Áp lực tiền cố kết ở lớp i;

σⁱ_dap - Áp lực do tải trọng đắp gây ra ở lớp i;

 

 

 

 

 

 

 

3.1.2. Tính bằng phần mềm Plaxis 2D Ver 8.5

3.2. Một số kết quả tính toán

Bảng 3.1. Kết quả tính toán xử lý giếng cát bằng phần mềm Plaxis - Đoạn 1

 

 Bảng 3.2. So sánh kết quả tính toán giữa lập bảng tính Excel và phần mềm Plaxis - Đoạn 1

 

4. Một số hình ảnh quá trình thi công

 

5. Kết luận

- Xử lý đất yếu bùn sét dưới nền đường đắp bằng giếng cát là một phương pháp khá phổ biến, có thể thi công đơn giản và giá thành rẻ hơn nhiều so với giải pháp xử lý bằng cọc xi măng đất, đặc biệt ở những nơi có sẵn nguồn cát sông dồi dào như ven sông Đồng Nai của công trình đường liên tỉnh 25A này.

 - Kết quả tính toán bằng phương pháp lập bảng tính Excel và sử dụng phần mềm Plaxis 2D khá tương đồng. Tuy nhiên, Plaxis cho thấy kết quả tổng quát hơn, bao gồm cả về biến dạng, độ lún, độ ổn định, đường đồng mức chuyển vị và thể hiện cung trượt nguy hiểm.

- Khi tính toán xác định độ lún cố kết cuối cùng của nền đất yếu nên sử dụng cách tính theo 22TCN 262-2000 vì cách tính này có xét đến đặc trưng quá cố kết của đất yếu, sẽ cho kết quả phù hợp hơn với thực tế. Trong tính toán cần chia các bước phù hợp với điều kiện thi công và phải xét đến thời gian tác dụng của tải trọng đắp khi tính độ lún và độ cố kết theo thời gian.

Tài liệu tham khảo

[1]. Hồ sơ Khảo sát địa hình, địa chất Gói thầu số 51, Thiết kế bản vẽ thi công, dự toán xây dựng đoạn từ Km12 + 395 đến Km23 + 543,56 thuộc Dự án cải tạo, nâng cấp tỉnh lộ 25A (ĐT769 đoạn từ Phà Cát Lái đến ngã 3 QL51).

[2]. Hồ sơ Thiết kế bản vẽ thi công Gói thầu số 51, Thiết kế bản vẽ thi công, dự toán xây dựng đoạn từ Km12 + 395 đến Km23 + 543,56 thuộc Dự án cải tạo, nâng cấp tỉnh lộ 25A (ĐT769 đoạn từ Phà Cát Lái đến ngã 3 QL51).

[3]. Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực, Công trình trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam, Trường Đại học Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.