T Ổ NG QUAN
M ở đầ u
Nền đất đắp là giải pháp hiệu quả để xử lý nền khi gặp địa chất xấu hoặc để đắp lại sau khi thi công các công trình ngầm, đảm bảo công trình phải được đặt trên móng tự nhiên.
Ngày nay, các công trình xây dựng trên nền đất đắp như nhà cửa, kênh mương, và đường giao thông ngày càng phổ biến do chi phí thấp, thi công đơn giản và nguyên liệu tự nhiên sẵn có Tại Nhật Bản, nơi có nhiều đảo nhỏ, việc xây dựng trên nền đất đắp trở nên phổ biến, điển hình là sân bay quốc tế Kansai ở Osaka, được xây dựng trên một hòn đảo nhân tạo hình thành từ việc đắp đất và đá.
Tại Việt Nam, sự phát triển công nghiệp đã dẫn đến sự bùng nổ của các khu công nghiệp, chủ yếu được xây dựng trên đất nông nghiệp cũ sau khi đã xử lý nền đất chắc chắn Các nhà xưởng được xây dựng nhằm phục vụ cho quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Đồng thời, việc xây dựng nông thôn mới cũng đã tạo ra nhiều con đường xuyên qua các khu dân cư, giúp giao thông trở nên thuận tiện hơn.
Các công trình thường được xây dựng trên nền đất đắp, với các kênh dẫn nước được thiết kế để phục vụ nhu cầu của người dân Những kênh này có thể là kênh nổi hoặc kênh chìm, nhưng thường nằm trên nền đất đắp.
Hiện nay, các công trình xây dựng trên nền đất đắp đang gia tăng về quy mô và kích thước, dẫn đến tải trọng tác dụng lên nền cũng tăng lên Để đáp ứng nhu cầu này, cần áp dụng các công nghệ thi công tiên tiến nhằm cải thiện khả năng chịu tải của nền và giảm thiểu khả năng thấm Vấn đề này đòi hỏi quy trình thi công và nghiệm thu cần được hoàn thiện hơn để bắt kịp với sự phát triển của các công nghệ mới.
Đặc điể m và yêu c ầ u n ền đất đắ p
Nền công trình đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định và an toàn của toàn bộ công trình Tải trọng từ phần trên của công trình tác động trực tiếp lên nền, do đó nền cần có sức chịu tải lớn để đảm bảo an toàn Mọi hư hỏng của nền đều có thể ảnh hưởng đến các phần khác của công trình.
Nền công trình có thể được xây dựng từ nhiều loại vật liệu khác nhau như đá, đất, cát Trong đó, nền đất có hai loại chính: nền đất đắp và nền đất tự nhiên Nền đất đắp được hình thành bằng cách đắp đất lên các khu vực trũng thấp để đạt được độ cao cần thiết cho công trình Ngược lại, nền đất tự nhiên là nền hình thành từ lớp đất sẵn có hoặc bằng cách bóc bỏ một lớp đất trên bề mặt.
Nền đất đắp, hay còn gọi là nền đất mượn, được sử dụng khi nền đất tự nhiên thấp hơn yêu cầu thiết kế Phần nền đất đắp có thể mỏng hoặc dày tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của công trình Vì là phần đất đắp thêm và không liên kết chặt chẽ với đất tự nhiên, nền đất đắp có những đặc điểm và yêu cầu khác biệt so với nền đất tự nhiên.
1.2.1 Đặc điể m c ủ a n ền đất đắ p
Nền đất đắp được hình thành trên nền đất cũ hoặc sau khi thi công các công trình ngầm, có thể sử dụng đất tự nhiên hoặc loại đất khác Khối đắp thường nằm trên nền tự nhiên đã được xử lý, bao gồm việc bóc bỏ lớp đất yếu Độ đầm chặt của khối đất đắp phụ thuộc vào khả năng chịu lực của nền tự nhiên; nếu nền yếu mà không được xử lý, khối đắp sẽ không đạt được sức chịu lực tối ưu Đất để đắp nền được đào lên và các tính chất như khả năng chịu lực, độ cố kết, và hệ số đầm chặt phụ thuộc vào loại đất sử dụng và quy trình thi công Tính đồng nhất của vật liệu đắp ảnh hưởng đến độ đầm chặt, khả năng chịu lực và tính lún của nền.
Nền đất đắp được chia thành hai loại chính: nền chịu lực và nền vừa chịu lực, vừa chống thấm Nền chịu lực thường được áp dụng cho các công trình có tải trọng lớn tác động xuống, như nhà, nền xưởng hoặc một số công trình đơn giản Trong khi đó, nền vừa chịu lực và vừa chống thấm được sử dụng cho các công trình yêu cầu chịu lực thấp hơn, như đường giao thông và các công trình thủy lợi như đê, kênh, đập.
- Kh ả năng chị u l ự c c ủ a b ộ ph ậ n n ền đượ c x ử lý đạ t yêu c ầ u ch ị u t ả i c ủ a thi ế t k ế đả m b ả o an toàn cho công trình phía trên, tránh hi ện tượ ng lún, lún không đề u, n ứ t, gãy,…
M ộ t s ố yêu c ầ u c ủ a n ền đất đắ p theo m ục 4.3 (Đào và đắp đấ t) trong
TCVN 4447 : 2012 Công tác đấ t – Thi công và nghi ệ m thu:
Khi đắp đất trên nền đất ướt hoặc có nước, cần phải tiêu thoát nước và vét bùn trước khi tiến hành Nếu cần thiết, cần áp dụng biện pháp chống đùn đất sang hai bên trong quá trình đắp Lưu ý không sử dụng đất khô trộn lẫn với đất ướt để đảm bảo độ đầm nén.
Trước khi tiến hành đắp đất, cần thực hiện thí nghiệm tại hiện trường để xác định các yếu tố quan trọng như chiều dày lớp rải, số lần đầm lèn và độ ẩm tối ưu cho từng loại đất và máy móc sử dụng.
Trong thiết kế công trình thủy lợi, nếu không quy định rõ ràng việc sử dụng đất đắp, thì đất có hệ số thấp phải được đắp ở phía thượng lưu, trong khi đất có hệ số cao hơn cần được đắp ở phía hạ lưu của công trình.
- Trước khi đắp đấ t ho ặ c r ả i l ớp đấ t ti ếp theo để đầ m, b ề m ặ t l ớp trướ c ph ả i được đánh xờ m
Trên bề mặt nền đắp, cần chia thành các ô có diện tích bằng nhau để cân bằng giữa đầm và rải đất, nhằm đảm bảo dây chuyền hoạt động liên tục.
Khi rải đất để đầm, cần tiến hành từ mép biên tiến dần vào giữa Đối với nền đất yếu hoặc nền bão hòa nước, cần phải rải đất từ giữa trước khi tiến ra mép ngoài biên Khi đạt đến độ cao 3 mét, công tác rải đất sẽ thay đổi từ mép biên tiến vào giữa.
Chỉ được rải lớp tiếp theo khi lớp dưới đã đạt khối lượng thể tích khô thiết kế Không được phép đắp nền những công trình dạng tuyến theo cách đổ tự nhiên, đối với tất cả loại đất.
- Đất đắ p ở mái d ố c và mép biên ph ả i r ả i r ộng hơn đườ ng biên thi ế t k ế t ừ
Đối với mái dốc, chiều cao thiết kế cần đạt 20 cm ở phần đế và 40 cm theo chiều thẳng đứng Phần đất không đạt khối lượng thể tích khô cần phải loại bỏ và tận dụng cho phần đắp công trình Nếu trồng cỏ để gia cố mái đất, không cần phải bạt bỏ phần đất tơi đó.
- Công c ụ đầ m lèn ph ả i ph ụ thu ộ c vào lo ại đấ t, di ệ n tích và chi ề u dày c ủ a n ề n
- C ầ n ph ải đắp đấ t b ằ ng lo ại đất đồ ng nh ấ t v ề ch ỉ tiêu cơ lý.
- Công tác thay đổ i độ ẩ m c ủ a lo ại đấ t dính ph ả i ti ế n hành bên ngoài m ặ t b ằ ng thi công.
Đấ t xây d ựng và đặc trưng cơ bả n c ủ a nó
1.3.1 Đấ t xây d ự ng Đấ t là s ả n ph ẩ m phong hóa t ừ đá gốc (đá trầm tích, đá mác ma, đá biế n ch ất), do đó đấ t t ồ n t ạ i r ấ t nhi ề u trong t ự nhiên, trên kh ắ p b ề m ặ t c ủa trái đấ t Đấ t g ồ m các h ạt đấ t (h ạ t khoáng v ậ t) t ổ h ợ p thành, gi ữ a các h ạ t hình thành l ỗ r ỗ ng, trong l ỗ r ỗng thườ ng ch ứa nướ c và khí Ch ỗ ti ế p xúc gi ữ a các h ạt đấ t ho ặ c không có liên k ết (đấ t r ờ i) ho ặ c có liên k ết (đất dính) nhưng cường độ liên k ế t r ấ t bé so v ới cường độ b ả n thân h ạt đất Như vậy đất có đặ c tính rõ r ệ t là v ậ t th ể r ờ i r ạ c, phân tán và có nhi ề u l ỗ r ỗng, do đó đấ t có tính th ấm nướ c, tính ép co và nén lún; tính ma sát, tính kháng c ắ t và có kh ả năng đầ m ch ặt Đó là những đặ c điể m khác bi ệ t so v ớ i các v ậ t li ệ u liên t ụ c khác
Lớp đất trên bề mặt vỏ quả đất, thường được sử dụng để trồng trọt, có độ dày từ 0,5 m đến 1 m, bao gồm đất lẫn nhiều chất mùn hữu cơ Loại đất này thường được gọi là đất nông nghiệp hay "thổ nhưỡng".
Lớp đất nằm dưới lớp đất thổ nhưỡng hoặc sâu hơn được sử dụng cho mục đích xây dựng, gọi là đất xây dựng Đất xây dựng thường được dùng để làm nền cho các công trình như đê, đường, hoặc xây dựng cống ngầm Các loại đất này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra môi trường xây dựng vững chắc và an toàn cho các công trình hạ tầng.
Tính chất và độ bền của đất xây dựng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, quy mô và hiệu quả kinh tế kỹ thuật của công trình.
1.3.2 Đặc trưng của đấ t xây d ự ng
Theo Đặng Bình Minh thì đấ t là m ộ t th ự c th ể phúc t ạ p g ồ m ba thành ph ầ n chính:
- Các h ạ t khoáng t ạ o nên c ốt đấ t ta g ọ i là pha r ắ n
- Ph ầ n d ị ch th ể l ỏng (nướ c) l ấp đầ y trong c ốt đấ t ta g ọ i là pha l ỏ ng
- Ph ầ n khí xem k ẽ trong các ch ỗ r ỗ ng c ủ a c ốt đấ t ta g ọ i là pha khí
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo 3 pha của đất
W s Tr ọng lượ ng c ủ a h ạt đấ t, T
W w Tr ọng lượ ng c ủa nướ c, T
W T ổ ng tr ọng lượ ng c ủa đấ t, T
V w Th ể tích c ủa nước trong đấ t, m 3
V a Th ể tích khí trong đấ t, m 3
V r Th ể tích r ỗng trong đấ t, m 3
V Th ể tích toàn b ộ c ủa đấ t, m 3
Vr V dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai hoc thuy loi dai
1.3.2.1 Các ch ỉ s ố cơ lý của đấ t a Tr ọng lượ ng riêng G (T/m 3 )
Trọng lượng riêng của đất là tỷ số giữa trọng lượng của đất và trọng lượng của nước cùng thể tích ở nhiệt độ 4°C Trong đó, γw là trọng lượng đơn vị thể tích của nước ở nhiệt độ 4°C.
Tr ọng lượ ng riêng c ủa đấ t l ớ n hay nh ỏ tùy thu ộ c vào thành ph ầ n h ạ t c ủ a đất và thườ ng ở gi ớ i h ạ n t ừ 2,6 – 2,8 T/m 3 Đấ t h ữu cơ có trọng lượ ng riêng 2,4 –
Đất than bùn có trọng lượng riêng dao động từ 1,5 đến 1,8 T/m³, với sự thay đổi trọng lượng riêng của đất cùng loại là không đáng kể Trọng lượng riêng của đất được xác định thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Bảng 1.1 Tr ọng lượng riêng của một số loại đất
Lo ại đấ t Đơn vị Giá tr ị Đấ t cát T/m 3 2,65 – 2,69 Á sét nh ẹ T/m 3 2,70 – 2,71 Á sét T/m 3 2,72 – 2,73
Sét T/m 3 2,74 – 2,76 b Lượ ng ng ậm nướ c c ủa đấ t ω (%)
Lượ ng ng ậm nước trong đấ t là t ỷ s ố gi ữa lượng nước trong đấ t và tr ọ ng lượ ng c ủa đất, đượ c tính theo t ỷ l ệ ph ần trăm
Lượng ngậm nước là chỉ tiêu vật lý quan trọng phản ánh độ ẩm của đất Sự biến đổi của lượng ngậm nước trong đất phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên Khi lượng ngậm nước trong đất tăng cao, cường độ chịu lực của đất sẽ giảm.
Đại học Thủy Lợi là một cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, nổi bật trong lĩnh vực kỹ thuật và quản lý tài nguyên nước Trường cung cấp nhiều chương trình đào tạo chất lượng, nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững của đất nước Một trong những nghiên cứu quan trọng tại đây là việc sử dụng phương pháp sấy khô đất trong phòng thí nghiệm để xác định lượng ngậm nước của chúng Kết quả nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của đất mà còn đóng góp vào việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước hiệu quả hơn.
Dung tr ọ ng c ủa đấ t là tr ọng lượng đơn vị th ể tích c ủa đất, đơn vị là kg/m 3 , T/m 3
Dung tr ọng đất trong thiên nhiên nói chung không đề u d Dung tr ọ ng khô γ d (T/m 3 )
Dung tr ọ ng khô là dung tr ọ ng ph ầ n r ắn trong đơn vị th ể tích c ủa đấ t
Dung tr ọ ng khô chính là ch ỉ tiêu dùng để đánh giá độ ch ặ t c ủa đất đắ p e Dung tr ọ ng bão hòa γ sat (T/m 3 )
Dung tr ọ ng bão hòa c ủa đấ t là tr ọng lượng đơn vị th ể tích c ủ a đất khi đấ t ch ứ a đầy nướ c trong l ỗ r ỗ ng
Trong công th ứ c trên thì γ w = 10 kN/m 3 f Dung tr ọ ng n ổ i γ ’ (T/m 3 )
Dung tr ọ ng n ổi được xác đị nh theo công th ứ c: g H ệ s ố r ỗ ng e
H ệ s ố r ỗ ng là t ỷ s ố gi ữ a th ể tích r ỗ ng trong đấ t và th ể tích h ạt đấ t
H ệ s ố r ỗng đượ c th ể hi ệ n b ằ ng s ố th ậ p phân H ệ s ố r ỗ ng th ể hi ện độ ch ặ t c ủa đấ t trong thiên nhiên
Khi e < 0,6 : Đấ t ch ặ t – co nén ít e > 1,0 : Đấ t t ớ i x ố p – co nén cao γ = W
Tỷ lệ rỗng của đất (n%) là một chỉ số quan trọng trong lĩnh vực xây dựng và địa chất, phản ánh khả năng chứa nước và không khí trong đất Việc xác định tỷ lệ này giúp các kỹ sư và nhà khoa học đánh giá tính chất cơ lý của đất, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp cho công trình xây dựng Đại học Thủy Lợi cung cấp nhiều chương trình đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực này, giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết để áp dụng vào thực tiễn.
T ỷ l ệ r ỗ ng là t ỷ s ố gi ữ a th ể tích r ỗ ng chi ế m ch ỗ và th ể tích c ủ a toàn b ộ h ạt đấ t
Độ bão hòa của đất, được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm (%), là tỷ số giữa thể tích rỗng chứa đầy nước và thể tích rỗng toàn bộ có trong đất Tỷ lệ này giúp đánh giá mức độ bão hòa nước trong đất.
D ự a vào ch ỉ s ố S r người ta xác định đấ t cát ở ba tr ạ ng thái như sau:
Bảng 1.2 Tr ạng thái của đất cát
Tr ạ ng thái Độ bão hòa S r
Căn cứ vào hàm lượng sét trong đất mà ngườ i ta phân thành hai lo ạ i: đấ t không dính và đấ t dính a Đấ t không dính
Độ chặt của đất không dính có mối liên hệ mật thiết với đất công trình Đất không dính có độ chặt cao sẽ dẫn đến cường độ chịu lực của nền cao hơn và ngược lại Trong cùng một loại đất, nếu hệ số rỗng nhỏ thì độ chặt sẽ lớn hơn Tùy thuộc vào giá trị của hệ số rỗng, đất có thể được phân loại thành các trạng thái khác nhau: chặt, chặt vừa, hơi chặt và tơi xốp.
Trường Đại học Thủy Lợi là một trong những cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo các ngành liên quan đến thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại, trường cam kết cung cấp cho sinh viên kiến thức và kỹ năng cần thiết để đáp ứng yêu cầu của thị trường lao động Chương trình học tại Đại học Thủy Lợi được thiết kế đa dạng, giúp sinh viên phát triển toàn diện và có cơ hội thực hành thực tế thông qua các dự án và nghiên cứu Học tập tại đây, sinh viên không chỉ được trang bị kiến thức chuyên môn mà còn có cơ hội tham gia vào các hoạt động ngoại khóa phong phú, góp phần nâng cao khả năng giao tiếp và làm việc nhóm.
Bảng 1.3 Các tr ạng thái độ chặt của cát
Lo ạ i cát Độ ch ặ t c ủ a cát
Ch ặ t Ch ặ t v ừ a Hơi chặ t Tơi xố p
Trong cu ố n Thi công đất c ủa Đặ ng Bình Minh (2011) có nêu:
• Lượ ng ng ậm nướ c gi ớ i h ạn trong đấ t dính
Đất dính có thể ở nhiều trạng thái khác nhau như cứng, nửa cứng, dẻo hoặc chảy lỏng, tùy thuộc vào lượng nước ngậm trong đất Sự chuyển đổi giữa các trạng thái này diễn ra khi lượng nước trong đất dính thay đổi.
Lượng ngậm nước giới hạn là khái niệm mô tả sự chuyển đổi của đất từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy, được ký hiệu là ωL Khi lượng nước trong đất đạt đến giới hạn này, đất sẽ bắt đầu có khả năng chảy, điều này ảnh hưởng đến tính chất cơ học và khả năng sử dụng của đất trong xây dựng và nông nghiệp.
Nh ữ ng s ự c ố có th ể x ả y ra v ớ i công trình xây d ự ng trên n ền đất đắ p
“N ề n móng v ữ ng ch ắc là cơ sở cho s ự an toàn c ủ a nhà và công trình V ề m ặ t kinh t ế , ph ầ n n ền móng thườ ng chi ế m t ừ 30%, có khi đế n 40% giá thành
XDCT nói chung, vì v ậ y m ộ t gi ả i pháp n ề n móng t ố t s ẽ có ý nghĩa kinh tế - k ỹ thu ậ t quan tr ọng Ngượ c l ạ i n ế u x ả y ra m ộ t sai l ầm nào đó trong khâu nề n móng
(kh ả o sát, thi ế t k ế , thi công, s ử d ụ ng) s ẽ d ẫn đế n r ấ t t ốn kém để kh ắ c ph ụ c và có khi không th ể s ử a ch ữ a đượ c
Những dấu hiệu biểu hiện sự hư hỏng nền móng thường phát hiện rất chậm và lại xuất hiện ở những bộ phận kết cấu bên trên như nứt, nghiêng, võng, trượt cục bộ hoặc sụp đổ Do đó, khi gặp sự cố, cần xem xét công trình toàn diện, chuẩn đoán theo các loại biến dạng quan trắc được và tìm ra nguyên nhân.
(trong đó có thể có nguyên nhân n ề n móng) và thi ế t k ế phương án sử a ch ữ a.” [8, tr 3]
Các s ự c ố ph ổ bi ế n có th ể x ả y ra v ớ i n ền đất đắ p:
Hi ện tượ ng lún n ền công trình theo quan điể m c ủa Cao Văn Chí và Trị nh
Đại học Thủy Lợi là một trong những cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo các ngành liên quan đến kỹ thuật thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Trường cung cấp chương trình học đa dạng, giúp sinh viên phát triển kỹ năng và kiến thức cần thiết cho sự nghiệp trong lĩnh vực này Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại, Đại học Thủy Lợi cam kết mang đến môi trường học tập chất lượng cao cho sinh viên.
Đất là môi trường rời rạc, có tính rỗng cao, nên khi chịu lực ứng suất nén lún từ tải trọng công trình và trọng lượng bản thân, đất sẽ bị ép co và biến dạng Hiện tượng này dẫn đến việc mặt nền bị hạ thấp, kéo theo sự hạ thấp đáy móng công trình so với vị trí ban đầu, được gọi là hiện tượng lún của nền công trình Độ lún của nền được định lượng bằng độ ép co và biến dạng thẳng đứng của khối đất do ứng suất nén lún gây ra.
Trong thực tế, hiện tượng lún của nền đất không xảy ra ngay lập tức, mà thường diễn ra trong một khoảng thời gian nhất định trước khi kết thúc Độ lún của nền khi quá trình lún hoàn tất được gọi là độ lún ổn định hay độ lún hoàn toàn Ngược lại, độ lún tại một thời điểm cụ thể trong quá trình lún được xem là độ lún chưa ổn định hay độ lún theo thời gian.
Hiện tượng lún xảy ra nhanh hay chậm phụ thuộc vào tính chất đất nền và tải trọng công trình Đối với nền đất dính, lún diễn ra chậm và kéo dài, thường chỉ đạt 50-60% độ lún ổn định sau khi thi công Ngược lại, với nền đất rời, lún xảy ra nhanh hơn và thường kết thúc ngay khi công trình hoàn thành Do đó, việc xác định độ lún theo thời gian đối với nền đất rời không có ý nghĩa thực tiễn đáng kể.
Hình 1.3 Độ lún và chênh lệch lún của nền công trình
Tải trọng công trình phân bố không đều và cấu tạo đất nền không đồng chất sẽ dẫn đến hiện tượng lún không đều Chênh lệch lún của nền được xác định bằng hiệu số của hai độ lún tại hai điểm khác nhau ở mặt nền và đáy móng Hình 1.3 minh họa độ lún và chênh lệch lún của nền công trình, trong đó hình (a) thể hiện chênh lệch lún giữa hai móng đơn, còn hình (b) là chênh lệch lún giữa hai điểm mép móng Chênh lệch lún càng lớn sẽ càng bất lợi đối với hoạt động bình thường của công trình Nếu chênh lệch lún vượt quá phạm vi cho phép, công trình sẽ bị nghiêng lệch và có nguy cơ hư hỏng Do đó, trong nhiều trường hợp, mặc dù tải trọng ngoài không lớn, công trình vẫn có thể bị nghiêng đổ hư hỏng do lún và chênh lệch lún quá lớn.
Hiện nay, người dùng thường áp dụng hai phương pháp để xác định độ lún ổn định của nền: phương pháp tổng cộng độ lún từ từng lớp và phương pháp lý thuyết đàn hồi Cả hai phương pháp này dựa trên giả thiết đất nền là vật thể bán không gian biến dạng tuyến tính, cho phép áp dụng định luật ép co, định luật Hooke và lý thuyết đàn hồi để tính toán độ lún ổn định của nền, với điều kiện tải trọng công trình nhỏ hơn hoặc bằng tải trọng giới hạn tuyến tính p0 (p ≤ p0).
Hi ện tượ ng lún n ề n đất đắ p x ả y ra do m ộ t s ố nguyên nhân sau:
Quá trình thi công nền và phần công trình phía trên gây ra tác động lên đất phía dưới, dẫn đến hiện tượng phá vỡ liên kết của đất Khi các hạt đất không còn liên kết và bị đẩy sang hai bên, nền công trình sẽ bị lún xuống.
Quá trình di chuyển các hạt và thu hẹp lỗ rỗng xảy ra khi đất được đào lên để vận chuyển đi đắp, dẫn đến sự thay đổi trật tự của nó và làm mất đi trạng thái ổn định ban đầu.
Khi đắp đất, quá trình đầm lèn và trọng lượng của bản thân đất cùng công trình phía trên khiến các hạt đất tự sắp xếp lại vị trí, thu hẹp lỗ rỗng giữa chúng Điều này dẫn đến việc thể tích đất bị thu lại, trong khi diện tích bề mặt không thay đổi, do đó chiều dày khối đắp sẽ giảm xuống hoặc có thể gây ra hiện tượng lún.
Quá trình cố kết thấm và cố kết từ biến của đất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trọng lượng bản thân và trọng lượng của công trình phía trên Điều này xảy ra trong điều kiện môi trường thủy lợi, nơi mà nước trong lỗ rỗng thoát ra ngoài dẫn đến sự giảm thể tích của khối đất Sự thay đổi này làm giảm độ rỗng của đất, ảnh hưởng đến tính chất cơ học và khả năng chịu tải của nền đất.
Quá trình đắp đất gặp khó khăn khi sử dụng đất có độ ẩm quá cao, vì áp lực nước lớn khiến việc đầm chặt không thực hiện được Lượng nước trong lỗ rỗng cao gây khó khăn trong việc sắp xếp lại trật tự của đất Theo thời gian, nước thoát ra ngoài qua quá trình thấm và bốc hơi, làm giảm áp lực nước Khi áp lực nước giảm, trọng lượng bản thân nén khiến lỗ rỗng giảm, đất chặt lại và làm giảm chiều cao khối đắp.
Phần đáy nền của khối đắp có địa chất yếu, khi chịu tác động của trọng lượng khối đắp sẽ xảy ra biến dạng lún, dẫn đến tình trạng khối đắp lún xuống.
Đất có tính co ngót cao sẽ trải qua quá trình cố kết, dẫn đến việc nước thoát ra và làm giảm thể tích đáng kể theo thời gian.
Khi thi công, việc không thực hiện đúng quy trình đầm lèn, như đầm với tải trọng, số lượng hoặc phạm vi không đủ yêu cầu, sẽ dẫn đến hiện tượng đất bị lún không đồng đều ở các khu vực khác nhau.
T ấ t c ả đề u di ễ n ra trong m ộ t th ờ i gian ch ứ không ph ả i x ả y ra t ứ c th ờ i
Thí nghi ệm đầ m nén và l ự a ch ọ n công c ụ
Dưới tác dụng của áp suất do đầm, lực ma sát giữa các hạt đất làm cho chúng di chuyển, hạt nhỏ chui vào khe kẽ giữa các hạt lớn Quá trình này khiến khoảng trống bị thu hẹp lại, các hạt đất được sắp xếp chặt chẽ, dẫn đến việc tăng mật độ đất và làm cho đất được đầm chặt hơn.
1.5.1.2 T ầ m quan tr ọ ng c ủa đầm đấ t Đất đào xong đắ p l ạ i, chúng s ẽ ổn đị nh ở tr ạ ng thái t ự nhiên, đặc điể m dung tr ọ ng khô t ự nhiên th ấp Độ r ỗ ng c ủa đấ t cao d ẫn đế n kh ả năng chố ng th ấ m kém, kh ả năng kháng cắ t kém, kh ả năng phát sinh ra lún gây trượ t d ễ dàng Để đả m b ả o nh ữ ng yêu c ầ u c ủ a n ề n thì đất đắ p c ầ n kh ắ c ph ục đượ c các nhược điểm trên hay nói cách khác là đấ t c ần được đầ m ch ặ t
1.5.1.3 Đánh giá độ ch ặ t c ủa đấ t
Việc đánh giá độ chặt của đất là yếu tố quyết định đến chất lượng thi công đất đắp Đất đạt độ chặt cần thiết sẽ đảm bảo các yêu cầu thiết kế như khả năng chống thấm, chống lún và chống trượt.
Độ chặt của đất được đánh giá thông qua việc kiểm tra dung trọng khô tự nhiên của đất Việc này rất quan trọng trong lĩnh vực xây dựng và nông nghiệp, giúp xác định khả năng chịu lực và độ ổn định của nền đất Các phương pháp kiểm tra hiện đại được áp dụng để đảm bảo tính chính xác trong việc đánh giá chất lượng đất, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp cho việc sử dụng đất hiệu quả.
1.5.2 Các nhân t ố t ự nhiên ảnh hưở ng t ớ i hi ệ u qu ả đầ m nén
1.5.2.1 Lượ ng ng ậm nướ c
Lượng nước ngậm trong đất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng nén chặt của đất Nước giúp làm trơn các hạt đất, giảm lực ma sát và lực kết dính giữa chúng Khi đất có độ ẩm thấp, lượng nước không đủ để làm trơn các hạt, dẫn đến lực ma sát cao và yêu cầu công đầm nén lớn, hiệu quả không cao Ngược lại, đất có độ ẩm cao chứa nhiều nước trong các lỗ rỗng, khiến lực đầm tác động vào hạt đất và phần nước thừa, làm giảm hiệu quả của công tác đầm nén Lượng ngậm nước tối ưu được xác định thông qua thí nghiệm đầm nén đất trong phòng thí nghiệm hoặc thực địa.
1.5.2.2 Lo ại đấ t Đố i v ới đấ t có tính dính (sét, th ị t) l ự c keo k ế t cũng l ớ n, l ự c ma sát nh ỏ , dướ i tác d ụ ng c ủ a l ực đầm nén đấ t d ễ b ị co ép, giãn n ở nhưng do tính thoát nướ c y ếu nên quá trình co ép tương đố i ch ậ m Hi ệ u qu ả đầ m nén th ấp, đấ t khó ch ặ t Đố i v ới đấ t không dính thì ngượ c l ạ i
Hạt càng nhỏ thì độ phân tán càng cao và tỷ lệ rỗng càng lớn Thường thì γ K của đất dính sau khi đầm nén nhỏ hơn γ K của đất không dính Cụ thể, đối với đất dính, γ K dao động từ 1,5 đến 1,76, trong khi đối với đất không dính, γ K từ 1,77 đến 1,92 Đất có cấu tạo hạt to nhỏ khác nhau sẽ có cấp phối hạt phân bố không đều, khiến cho khi đầm nén, các hạt nhỏ dễ dàng chui vào khe rỗng giữa các hạt lớn, làm giảm tỷ lệ rỗng và tăng độ chặt Kết quả là, γ K sẽ tăng lên và ngược lại.
Hình 1.4 Mô ph ỏng ba pha và cấp phối hạt đất
Mỗi loại công cụ đầm nén có tác dụng và khả năng đầm chặt khác nhau Sử dụng đúng loại đầm kết hợp với loại đất phù hợp sẽ mang lại hiệu quả đầm chặt cao nhất, giúp giảm thời gian và chi phí thi công.
D ự a vào ngo ạ i l ự c tác d ụ ng c ủ a công c ụ đầm ngườ i ta phân ra các lo ạ i đầ m sau:
Bảng phân loại đầm bao gồm các loại như đầm lăn ép, đầm lăn phẳng, đầm chân dê, đầm bánh hơi, đầm xung kích (đầm nén), đầm thủ công, đầm nâng hạ bằng máy, đầm gắn máy tự hành, đầm chấn động, đầm chạy điện và đầm chạy dầu Các loại đầm này được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng và công trình, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với từng yêu cầu công việc cụ thể.
1.5.3 L ự a ch ọ n công c ụ đầm nén đấ t khi thi công n ền đất đắ p
Lựa chọn công cụ đầm nén đất cần đảm bảo các yêu cầu thiết kế như độ đầm chặt, không phá hoại kết cấu hạ tầng và các công trình liền kề, đồng thời phải có giá thành thi công hợp lý và phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất khu vực đắp.
1.5.3.2 Các lo ại đầm thườ ng dùng khi thi công kh ối đất đắ p a Đầm lăn phẳ ng Đầ m xong t ạ o m ặ t nh ẵ n Đầm lăn phẳng thường đượ c dùng đầ m n ề n đườ ng, m ặt đường, đấ t l ẫn đá dăm và cố t li ệ u b Đầ m chân dê Đặc điể m: Áp l ực đơn vị l ớ n, áp l ự c phân b ố đề u theo chi ều sâu, khi đầ m xong t ạ o l ớ p x ờ m b ề m ặ t có tác d ụ ng t ố t chi l ớp đất đầ m sau , năng suấ t cao Đầ m chân dê đượ c s ử d ụ ng r ộ ng rãi trong xây d ự ng c Đầm bánh hơi Đặc điể m làm vi ệ c: áp su ấ t nén truy ền cho đất thay đổ i theo s ự bi ế n d ạ ng c ủa đấ t; áp su ất điể m có th ờ i gian kéo dài hơn; thay đổ i t ả i tr ọ ng và áp su ấ t p 1 làm thay đổ i su ố t nén; t ạ o m ặ t nh ẵn sau khi đầ m; m ọ i ch ỗ m ấ p mô m ấy đề u có th ể đầ m đượ c Đầ m đượ c s ử d ụ ng r ộ ng rãi trong xây d ự ng, hi ệ u qu ả nh ấ t đố i v ớ i lo ạ i đầm này là đấ t r ờ i x ố p d Đầ m ch ấn độ ng Đượ c s ử d ụ ng v ới đấ t r ờ i x ốp, đầ m ch ỗ ti ế p giáp mà máy l ớ n không vào được như lề đường, chân khay, đáy kênh, mang c ố ng, cánh c ố ng,…
Trong quá trình thi công, việc đầm đất dính yêu cầu sử dụng các thiết bị như đầm bánh hơi, đầm chân dê và máy đầm nệm Để đảm bảo đất không dính, cần áp dụng các máy đầm rung, đầm nệm chấn động và đầm bánh hơi Những phương pháp này rất quan trọng để đạt được độ chặt cần thiết cho nền móng công trình.
1.5.4 Thí nghi ệm đầ m nén
Thí nghiệm đầm nén được thực hiện để xác định các chỉ tiêu quan trọng như tải trọng đầm nén, số lần đầm nén, chiều dày đầm nén và độ ẩm tối ưu.
Thí nghi ệ m v ới đấ t t ạ i hi ện trường đượ c các ch ỉ tiêu, ti ế n hành tính toán và phân tích k ế t qu ả
1.5.4.3 Các phương pháp thí nghiệ m a Thí nghi ệ m xuyên tiêu chu ẩ n SPT – Standard Penetration Testing
Thí nghi ệ m xuyên tiêu chu ẩn SPT đượ c trình bày trong giáo trình Cơ học đất c ủ a t rường Đạ i h ọ c th ủ y l ợi như sau:
Nguyên lý thí nghiệm liên quan đến việc ống lấy mẫu tiêu chuẩn hóa được chôn vào lòng đất Năng lượng đóng, bao gồm trọng lượng quả tạ và chiều cao rơi, cũng được tiêu chuẩn hóa Quá trình này đo đếm số nhát đập để ống mẫu ngập vào trong đất ở một chiều sâu đã được quy định.
Để thực hiện thí nghiệm SPT, thiết bị cần sử dụng là ống lấy mẫu tiêu chuẩn với đường kính 51 mm (2”) và đường kính trong 38 mm (1,5”) Quả tạ nặng 63,5 kg (140 lbs) sẽ được thả rơi từ độ cao 76 cm (30”).
