Trong một vài năm tới và cả ở tương lai, các công trình sẽ vẫn tiếp tục được xây dựng. Chúng có thiên hướng nghiêng về chiều cao hoặc đào sâu làm tầng hầm. Tuy nhiên, phần lớn đất ở đồng bằng đều là nền đất yếu. Nếu không được xử lý trước, công trình thi công và khai thác sử dụng có thể bị nghiêng, sụt lún, sập đổ, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn, thiệt hại tài sản. Dựa trên kiến thức và kinh nghiệm thực tế, KTS Kiến trúc Tây Hồ tổng hợp 15 phương pháp gia cố nền đất yếu phổ biến nhất, mời quý vị tham khảo.
Trước hết bạn có thể tìm hiểu qua định nghĩa thế nào là nền đất yếu tại bài viết này.
Yêu cầu khi thiết kế thi công công trình trên nền đất yếu
Mục đích của việc xử lý nền đất yếu là tăng độ chịu tải và giảm áp lực cho nền đất. Cải thiện các tính chất vật lý, cơ học cho nền đất. Giảm tính nén lún, hệ số rỗng, tăng trị số modun biến dạng, tăng độ kháng cắt của đất…
Khảo sát khu vực
Cần phải tiến hành điều tra, khảo sát để nắm được phạm vi phân bổ nền đất yếu. Kiểm tra độ sâu, loại đất, tính chất đất, khả năng thoát nước… Từ đó có phương án khắc phục hiệu quả.
Yêu cầu thiết kế thi công
Nền đất yếu phải được gia cố để đảm bảo độ ổn định, không bị trơn trượt, sụt lún khi thi công và khai thác sử dụng.
Tính toán độ lún hiện tại và độ lún dư sau khi thi công trước khi bắt đầu cải tạo nền.
Tính toán tải trọng của công trình và các tác động lân cận: xe cộ, động đất…
Những phương pháp gia cố nền đất yếu hiệu quả cao
Tùy vào loại đất, tính chất, đặc điểm và tình hình khảo sát thực tế, có nhiều biện pháp gia cố nền đất yếu khác nhau. Chủ nhà thầu phải xác định được các yếu tố trên để lựa chọn đúng phương pháp gia cố thích hợp. Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu được chia thành 3 biện pháp phổ biến:
- Biện pháp xử lý nền
- Biện pháp xử lý móng
- Biện pháp xử lý kết cấu công trình
Biện pháp xử lý nền
1, Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền đất yếu
Áp dụng cho trường hợp lớp đất yếu có có chiều dày không quá cao và nằm trực tiếp dưới móng công trình. Khi đó, nền đất có thể gia có bằng đệm cát, bệ phản áp, đệm đất, đệm sỏi… Lớp đệm này có thể thay thế đất yếu với chiều dày không quá 3m dưới móng tường, móng cột khi xây dựng.
+ Bệ phản áp
Phương pháp bệ phản áp là dùng các vật liệu địa phương như đất, cát, đá để đắp ở 2 bên công trình. Nó có tác dụng chống trượt khi nền đất bị biến dạng dẻo. Phương pháp này cũng có tác dụng chống thấm nước, chống lũ, chống sóng.
+ Đệm cát
Phương pháp đệm cát là thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng bằng một lớp đệm cát. Nó có vai trò là lớp chịu lực, giảm độ lún. Đồng thời làm tăng tính ổn định khi công trình phải chịu tải ngang. Đệm cát cũng có tác dụng ngăn nền đất yếu hòa lẫn với vật liệu đắp.
Phương pháp đệm cát thi công tương đối đơn giản. Kích thước và độ sâu của móng sẽ giảm vì áp lực tiêu chuẩn truyền lên lớp đệm cát tăng.
+ Đệm đất
Phương pháp đệm đất là đắp đất ở trạng thái ẩm, ít nước ngầm ở phía dưới móng. Đệm đất thay thế nền đất yếu, giúp móng vững chắc hơn. Phương pháp này có thể tận dụng đất ở địa phương nên giá thành tương đối hợp lý.
+ Đệm đá, sỏi
Phương pháp đệm đá, sỏi được áp dụng khi lớp đất yếu bên dưới móng ở trạng thái bão hòa nước, nước có áp lực cao. Phương pháp này sẽ thay thế cho đệm cát ở trên. Đệm đá, sỏi có độ cứng lớn. Do đó ứng suất không thay đổi theo độ sâu.
2, Tăng độ chặt của đất nền
Sử dụng cọc cát, cọc đất, cọc tre, giếng cát, cọc cừ tràm… để gia tải trước bằng tải trọng tĩnh. Từ đó nén chặt đất trên mặt và ở dưới sâu. Trong đó, cọc cát thường áp dụng cho trường hợp lớp đất yếu có chiều dày lớn hơn 2m. Cọc đất dùng cho nền đất có độ rỗng lớn, tính lún sập cao. Còn cọc vôi dùng để nén nền đất yếu là lớp sét bão hòa nước hoặc đất than bùn.
+ Đóng cọc tre
Đóng cọc tre là phương pháp gia cố nền đất yếu được sử dụng bên dưới móng với những công trình có độ chịu tải không quá lớn (nhà dân, móng dưới cống…. Mục đích của cọc tre là tăng độ chặt cho đất, giảm hệ số rỗng từ đó tăng khả năng chịu tải cho đất.
Tuy nhiên, cọc tre chỉ đóng dưới đất có ngập nước, nền đất sét có nước. Còn nếu đóng cọc tre trên nền đất khô, tre sẽ bị mục nát, phản tác dụng và làm cho đất yếu dần đi. Cũng không đóng cọc tre ở nền đất cát. Bởi vì cát không giữ được nước.
Trung bình sẽ sử dụng từ 16 – 25 cọc/m2. Tre làm cọc phải là tre già ít nhất từ 2 năm trở lên, tươi, thẳng, đường kính tối thiểu 6cm. Độ dày của ống tre từ 10mm, khoảng cách giữa các mắt dưới 40cm.
+ Cọc cừ tràm
Đóng cọc cừ tràm có khả năng chịu tải trọng cho công trình từ 3 – 5 tầng xây dựng trên nền đất yếu. Cừ tràm bằng gỗ nên khả năng truyền lực đẳng hướng. Trung bình cần khoảng 16 cọc/m2. Cừ tràm đóng rộng ra ngoài diện tích móng, mỗi cạnh khoảng 0,1 – 0,2m để 6 tầng khả năng chống cắt của cung trượt. Cọc cừ tràm đặt dưới mực nước ngầm thấp nhất.
+ Cọc cát
Cọc cát (cọc cát đầm) là phương pháp làm ổn định nền đất bằng cách thi công cọc cát được đầm kỹ với đường kính không quá lớn bằng quá trình lặp đi lặp lại rút hạ cọc ống thép được rung. Nó sẽ tạo ra các ống mao dẫn (cọc cát)để giảm bớt mực nước ngầm trong đất. Đồng thời làm chặt nền đất yếu.
Cọc cát áp dụng cho nền đất yếu có độ dày trên 3m, mực nước ngầm ở sâu. Khi đóng lỗ tạo cát, các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt.
+ Vải kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật được sản xuất bằng sản phẩm phụ của dầu mỏ. Cụ thể là một hoặc 2 trong các hợp chất: Polyester, polypropylene, polyamide, gọi chung là polymer. Mỗi loại vải khác nhau sẽ có hợp chất và cách cấu tạo khác nhau. Từ đó sức chịu kéo, độ dãn, độ thấm nước… cũng sẽ khác nhau. Chúng được chia thành 3 loại chính: Phân cách; Gia cường; Tiêu thoát, lọc nước.
| Sức chịu lực của đất | ||
| CBR | Vải không khâu | Vải khâu |
| < 1 | 120cm | 22cm |
| 1 – 2 | 91cm | 15cm |
| 2 – 3 | 76cm | 8cm |
| > 3 | 60cm | 8cm |
+ Bấc thấm
Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm là dùng ống xếp dẹp dưới nền đất yếu. Ống này gồm 2 lớp: vỏ bằng vải địa kỹ thuật không dệt sợi liên tục từ PP hoặc PE 100% và lõi thoát nước đùn bằng PP. Ống có rãnh 2 phía.
Bấc thấm có tác dụng giảm sự xáo trộn của lớp đất. Nó có thể đạt tới 95% độ ổn định khi thi công và khai thác sử dụng. Ưu điểm của bấc thấm là dễ thi công, hiệu suất cao, có thể đóng xuống độ sâu đến 40m.
Biện pháp xử lý móng
Một trong những biện pháp được tập trung là gia cố móng. Chi phí xử lý nền móng yếu trước khi xây nhà, công trình công cộng có thể chiếm từ 15 – 30% chi phí, thậm chí lên tới 40 – 50%.
1, Chọn độ sâu móng thích hợp
Móng càng nông thì càng tiết kiệm chi phí xây dựng. Tuy nhiên lớp đất mặt thường không ổn định, dễ co ngót, sụt lún, độ chịu tải thấp. Vì vậy, khi đào móng cho công trình, chủ đầu tư cần tính toán độ sâu móng thích hợp. Đảm bảo móng nằm trên lớp đất ổn định, tăng trị số chịu tải của nền. Có 3 yếu tố quyết định độ sâu của móng:
- Điều kiện địa chất
- Các động của khí tượng tới lớp đất trên cùng
- Đặc trưng của công trình và các dự án lân cận
Nếu trên cùng một khu vực mà chiều dày nền đất yếu chênh lệch quá nhiều, độ sâu của móng ở các khu vực cũng phải thay đổi linh hoạt.
2, Thay đổi kích thước và hình dáng móng
Biện pháp này có tác dụng thay đổi áp lực tác động lên mặt nền đất yếu. Từ đó, cải thiện được điều kiện chịu tải, biến dạng. Tuy nhiên, nếu nền đất yếu có tính lún tăng dần theo chiều sâu thì giải pháp này không phù hợp.
3, Thay đổi loại móng và độ cứng của nó
Tùy điều kiện địa chất và kết cấu của công trình, chủ đầu tư lựa chọn loại móng phù hợp. Với nền đất yếu, nếu dùng móng đơn thì độ lún chênh lệch lớn. Vì thế để giảm ảnh hưởng do đất lún, có thể thay thế bằng móng băng, móng bè, móng băng giao thoa hoặc móng hộp.
Nếu dùng móng băng mà nền đất yếu vẫn biến dạng, cần tăng cường độ móng bằng cách tăng độ cứng. Một số biện pháp áp dụng như: tăng chiều dày, tăng cốt thép dọc, bố trí sườn tăng cường khi móng có kích thước lớn.
Biện pháp xử lý kết cấu công trình
Biến dạng không thỏa mãn, lún không đồng đều có thể làm hư hại cục bộ hoặc toàn bộ kết cấu công trình. Các giải pháp kết cấu phù hợp có thể giúp giảm sức chịu tải. Từ đó, giảm tác động lên nền đất yếu. Một số giải pháp như:
- Dùng vật liệu xây dựng, trang trí có kết cầu nhẹ để giảm tổng trọng lượng công trình.
- Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình, từ đó khử được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu. Cụ thể dùng kết cấu tĩnh, hoặc phân cắt các bộ phận của dự án xây dựng bằng khe lún.
- Tăng cường độ của kết cấu để đảm bảo sức chịu tại phát sinh do lún sụt, lệch, lún không đồng đều. Thực hiện bằng cách dùng đai bê tông cốt thép; gia cố tại các vị trí dự đoán sẽ xuất hiện lún cục bộ.
Trên đây là 15 phương pháp gia cố nền đất yếu được áp dụng phổ biến hơn cả. Chủ nhà và đơn vị thi công cần xác định tính chất, đặc điểm của đất cũng như tính toán khả năng chịu tải của công trình để lựa chọn phương pháp phù hợp, đem lại hiệu quả sử dụng ổn định nhất.
Bài viết liên quan: Biện pháp chống xói mòn đất ở vùng đồi núi khi xây nhà