Xử lý nền đất yếu Hải Phòng

Hải Phòng, với vị thế là cảng biển lớn nhất miền Bắc và cửa ngõ giao thương quan trọng của Vùng Kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đang phải đối mặt với những thách thức đáng kể liên quan đến chất lượng đất nền. Địa hình ven biển, cùng với hệ thống năm con sông lớn (Bạch Đằng, Cửu Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình) đã tạo nên điều kiện địa chất phức tạp, đặc biệt là sự tồn tại rộng rãi của đất yếu. Tính chất đất yếu này ảnh hưởng trực tiếp đến sức chịu tải và an toàn vận hành của các công trình xây dựng. Do đó, nghiên cứu và áp dụng các công nghệ xử lý nền đất yếu là vô cùng cần thiết để hạn chế tối đa những ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình thi công, chi phí, an toàn và tuổi thọ của công trình. Vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến các công trình quy mô lớn mà còn đến cả những công trình dân dụng nhỏ hơn, đòi hỏi một sự quan tâm và giải pháp toàn diện.

Hiện nay, tồn tại hai quan điểm khác nhau về đất yếu. Quan điểm tuyệt đối cho rằng đất yếu hoàn toàn không phù hợp làm nền móng cho bất kỳ công trình nào. Tuy nhiên, quan điểm phổ biến hơn dựa trên các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam và quốc tế, xem xét đất yếu dựa trên các thông số kỹ thuật trong hệ thống phân loại đất chung. Đất yếu thường có độ ẩm gần bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, góc ma sát trong nhỏ (φ < 10°), lực dính thấp (C < 0,15 G/cm2, Cu < 0,35 G/cm2). Các loại đất yếu thường gặp bao gồm đất sét bão hòa nước, bùn sét, và cát chảy, đặc biệt ở vùng ven biển. Đặc điểm chung của đất yếu là độ bền cắt thấp, biến dạng lớn, không thuận lợi cho xây dựng. Sự hiểu biết chính xác về đặc điểm kỹ thuật của đất yếu là nền tảng cho việc lựa chọn các giải pháp xử lý hiệu quả.

Việc lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo công trình và điều kiện kinh tế. Một số giải pháp được đề cập bao gồm: thay đổi kích thước và độ sâu chôn móng; lựa chọn loại móng phù hợp (móng bè, móng băng, móng cọc); gia cố nền bằng các loại cọc (cọc tre, cọc cừ tràm, cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc xi măng đất); thay thế lớp đất yếu bằng lớp đệm cát; gia tải trước; và sử dụng bấc thấm. Trên thực tế, tại Hải Phòng, nhiều công trình nhà ở 2-3 tầng sử dụng móng nông kết hợp cọc tre và đệm cát. Đối với nhà cao tầng (9-11 tầng), móng cọc tiết diện nhỏ (0.35x0.35m, sâu 36-40m) hoặc cọc khoan nhồi (đường kính 800-1200mm, sâu 60-70m) được sử dụng. Những ví dụ thực tế về các công trình đã được xây dựng trên nền đất yếu tại Hải Phòng cho thấy sự đa dạng trong việc áp dụng các giải pháp này, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn giải pháp phù hợp với từng điều kiện cụ thể.

Văn bản trình bày hai quan điểm khác nhau về đất yếu. Quan điểm đầu tiên cho rằng đất yếu tuyệt đối không thích hợp làm nền móng cho bất kỳ công trình nào. Tuy nhiên, quan điểm được nhiều nước trên thế giới, bao gồm cả Việt Nam, thừa nhận là đất yếu được phân loại và đánh giá trong hệ thống phân loại đất chung, chứ không có một phân loại riêng biệt. Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, đất yếu được định nghĩa là loại đất ở trạng thái tự nhiên có độ ẩm gần bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, góc ma sát trong nhỏ (φ < 10°), lực dính thấp (C < 0,15 G/cm2, Cu < 0,35 G/cm2). Điều này cho thấy sự phức tạp trong việc định nghĩa và phân loại đất yếu, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các thông số kỹ thuật để xác định chính xác loại đất và đưa ra giải pháp xử lý phù hợp. Việc không có phân loại riêng cho đất yếu trong các tiêu chuẩn quốc tế cho thấy cần phải đánh giá toàn diện các đặc tính của đất để xác định khả năng chịu tải của nó.

Văn bản mô tả chi tiết các đặc điểm của đất yếu thường gặp tại Hải Phòng. Đất yếu thường có thể chứa hoặc không chứa hữu cơ, với hàm lượng hữu cơ khác nhau. Chúng tồn tại ở các trạng thái từ chảy đến dẻo chảy, có khối lượng thể tích nhỏ, độ ẩm và độ rỗng rất cao, độ bền kháng cắt thấp, và độ biến dạng lớn. Đối với đất sét, được xem như một hệ phân tán bao gồm các hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi. Tuy nhiên, do đất sét yếu thường bão hòa nước, nên có thể xem chúng là một hệ hai pha: cột đất và nước lỗ rỗng. Đặc tính dẻo và sự tồn tại của gredien bão hòa, khả năng hấp thụ, và tính chất lưu biến là những đặc điểm riêng biệt của đất sét ảnh hưởng đến cường độ và tính biến dạng. Cát chảy, mặc dù có cường độ và khả năng chịu lực tương đối cao trong trạng thái tự nhiên, nhưng khi bị phá hủy kết cấu sẽ chuyển sang trạng thái lỏng, rất nguy hiểm cho các công trình. Tại Hải Phòng, cát chảy chủ yếu phân bố ở các vùng ven biển như Đồ Sơn, Kiến Thụy.

Đất yếu ở Hải Phòng có nguồn gốc khoáng vật, thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng châu thổ sông. Quá trình trầm tích có thể lẫn hữu cơ, tạo nên màu sắc đất đa dạng (nâu đen, xám đen) và có mùi. Đất yếu được xác định dựa trên các tiêu chí: độ ẩm gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy; hệ số rỗng lớn (bùn sét ε ≥ 1.5, bùn sét pha ε ≥ 1.2); lực dính thấp (C ≤ 0.15 dN/cm2); góc ma sát trong nhỏ (φ = 0-10°) hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.35 dN/cm2. Ngoài ra, ở các vùng thung lũng, đất yếu có thể hình thành dưới dạng bùn cát, với hệ số rỗng ε > 1.0 và độ bão hòa G >. Sự đa dạng về nguồn gốc và phân bố của đất yếu làm tăng thêm độ phức tạp trong việc khảo sát, thiết kế và thi công các công trình tại Hải Phòng, đòi hỏi phải có những đánh giá kỹ lưỡng để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu và đặc điểm cấu tạo công trình, việc lựa chọn loại móng phù hợp là rất quan trọng. Văn bản đề cập đến việc sử dụng các loại móng như móng bè, móng băng, móng băng giao thoa và móng cọc. Ngoài ra, việc điều chỉnh kích thước và độ sâu chôn móng cũng được xem xét, đặc biệt khi chiều dày các lớp đất phân bố không đồng nhất. Mục đích là làm cho chiều dày vùng chịu nén của lớp đất dưới đáy móng được đồng đều hơn. Thiết kế đáy móng có chiều rộng thay đổi cũng giúp điều chỉnh phân bố ứng suất dưới đáy móng. Đối với kết cấu có độ cứng giới hạn (ví dụ: dầm liên tục nhiều nhịp, vòm không khớp), cần có biện pháp xử lý phù hợp khi nền đất biến dạng không đều. Ngược lại, kết cấu mềm (ví dụ: đáy bể chứa, cống, âu thuyền) có khả năng chịu biến dạng tốt hơn và ít bị ảnh hưởng bởi biến dạng nền. Tóm lại, việc lựa chọn móng và kết cấu cần được tính toán kỹ lưỡng dựa trên điều kiện địa chất cụ thể để đảm bảo khả năng chịu tải và an toàn cho công trình.

Văn bản đề cập đến nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu, được phân loại dựa trên tính chất và hiệu quả. Phương pháp sử dụng cọc không thấm như cọc tre, cọc cừ tràm, cọc gỗ thường được áp dụng cho các công trình dân dụng nhỏ, tải trọng nhẹ. Cọc tiết diện nhỏ (đường kính hoặc cạnh từ 10 đến 25cm) có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép hoặc khoan phun, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Cọc khoan nhồi có độ an toàn cao trong thiết kế và thi công, thích hợp cho các công trình công nghiệp, nhà cao tầng và cầu giao thông quy mô nhỏ. Cọc vôi được đánh giá có hiệu quả đáng kể trong việc tăng cường độ và sức chịu tải, giảm độ lún nền. Tuy nhiên, hiệu quả này bị hạn chế với nền đất quá nhão (B > 1) hoặc bùn sét nhão yếu. Cọc xi măng đất được đánh giá cao nhờ khả năng thi công nhanh, kỹ thuật đơn giản, tiết kiệm chi phí và thời gian, phù hợp với điều kiện mặt bằng chật hẹp hoặc ngập nước. Các phương pháp khác như đệm cát, gia tải trước, và bấc thấm cũng được đề cập, mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng cần được xem xét kỹ lưỡng.

Văn bản phân tích kết quả thực tiễn áp dụng các giải pháp xử lý nền đất yếu tại Hải Phòng trên các công trình khác nhau. Đối với nhà 5 tầng, móng băng hoặc móng bè trên đệm cát hoặc cọc tre được sử dụng, tuy nhiên một số công trình vẫn bị lún quá mức cho phép. Nhà từ 9-11 tầng thường sử dụng móng cọc tiết diện nhỏ (0.35x0.35m, sâu 36-40m) hoặc cọc khoan nhồi (đường kính 800-1200mm, sâu 60-70m), cho thấy kết quả ổn định và độ lún nằm trong phạm vi cho phép. Các tuyến đường ô tô thường được xây dựng trên nền đất yếu, đòi hỏi các giải pháp xử lý nền yếu như gia cố nền bằng các phương pháp nêu trên. Nghiên cứu một số giải pháp xử lý nền móng đã được thực hiện tại Hải Phòng, cho thấy công trình nhà ở 2-3 tầng sử dụng móng nông, gia cố cọc tre và đệm cát có kết quả ổn định. Cuối cùng, văn bản đề xuất kết hợp các giải pháp xử lý nền đất yếu một cách hợp lý để đạt hiệu quả tốt nhất về mặt kỹ thuật, thời gian và kinh tế, đồng thời nhấn mạnh vai trò của việc khảo sát địa chất kỹ lưỡng cho từng công trình cụ thể tại Hải Phòng.

Cảng hàng không quốc tế Cát Bi, nằm tại Quận Hải An, Hải Phòng, có điều kiện địa chất phức tạp. Kết quả khảo sát cho thấy nền đất khu vực này gồm nhiều lớp đất không đồng nhất. Lớp đất số 2, phân bố toàn bộ khu vực khảo sát, có bề dày trung bình 19.3m (biến đổi từ 9.6m đến 30.8m), chủ yếu là sét pha màu xám đen, ghi đen, nâu đen, có lẫn mùn thực vật, vỏ sò, vỏ hến và xen kẹp các lớp mỏng cát hạt mịn. Trạng thái đất từ chảy đến dẻo chảy, một số chỗ dẻo mềm. Lớp đất số 3, phân bố không đều, chỉ gặp ở một số vị trí, có thành phần là sét pha màu xám nâu, xám vàng, nâu đen, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng. Lớp đất số 4, phân bố không đều, có thành phần chủ yếu là sét màu xám nâu, nâu vàng, nâu đỏ, trạng thái nửa cứng. Đặc biệt, lớp đất số 2 được đánh giá là đất yếu, không đảm bảo điều kiện làm nền móng công trình do mô đun tổng biến dạng nhỏ hơn 50 G/cm2, hệ số rỗng cao và bão hòa nước. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có giải pháp xử lý nền đất yếu cho các công trình xây dựng tại đây.

Sau khi nghiên cứu điều kiện địa chất tại Cảng hàng không quốc tế Cát Bi và tham khảo các giải pháp xử lý đất yếu trong và ngoài nước, văn bản đề xuất phương pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất như là giải pháp khả thi nhất. Phương pháp này được đánh giá cao vì tính khả thi trong điều kiện địa chất và thủy văn, đồng thời giúp giảm thời gian thi công và tiết kiệm chi phí. Sau tính toán sơ bộ, phương án gia cố nền công trình Cảng hàng không quốc tế Cát Bi bằng cọc xi măng đất có đường kính cọc D = 800mm được lựa chọn. Việc lựa chọn này dựa trên đánh giá tổng thể về tính khả thi, hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, cũng như sự phù hợp với điều kiện địa chất cụ thể tại khu vực Cảng hàng không quốc tế Cát Bi. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, việc khảo sát địa chất kỹ lưỡng và nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đất yếu một cách toàn diện là vô cùng quan trọng để đảm bảo sự an toàn và bền vững cho các công trình.

Khu vực Cảng hàng không quốc tế Cát Bi có nền đất gồm nhiều lớp đất tương đối đồng nhất. Tuy nhiên, lớp đất số 2, với độ dày trung bình 19.3m, được xác định là đất yếu. Lớp đất này có mô đun tổng biến dạng nhỏ hơn 50 G/cm², hệ số rỗng cao và bão hòa nước, không đảm bảo điều kiện làm nền móng công trình. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có giải pháp xử lý nền để đảm bảo an toàn và ổn định cho các công trình xây dựng tại Cảng hàng không Cát Bi nói riêng và khu vực Hải Phòng nói chung. Kết luận này dựa trên các kết quả khảo sát địa chất, bao gồm 161 lần thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT cho giá trị N30 = 3 bú/30cm và phân tích 163 mẫu đất. Các lớp đất khác (lớp 3 và lớp 4) cũng được mô tả chi tiết về thành phần, trạng thái và kết quả thí nghiệm, tuy nhiên lớp 2 là lớp đất yếu chính cần được quan tâm xử lý.

Dựa trên nghiên cứu điều kiện địa chất và các giải pháp xử lý nền đất yếu hiện có, văn bản đề xuất sử dụng cọc xi măng đất để gia cố nền cho Cảng hàng không quốc tế Cát Bi. Giải pháp này được lựa chọn do tính khả thi cao về mặt kỹ thuật và thủy văn, đồng thời tiết kiệm thời gian thi công và chi phí. Đường kính cọc được đề xuất là D = 800mm sau khi tính toán sơ bộ. Tuy nhiên, văn bản cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc khảo sát địa chất kỹ lưỡng, nghiên cứu điều kiện tự nhiên của từng công trình cụ thể, và lựa chọn giải pháp hợp lý nhất để đảm bảo an toàn cho công trình trong suốt quá trình thi công và vận hành. Việc kết hợp nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu một cách hợp lý cũng được khuyến nghị để đạt kết quả tốt nhất về kỹ thuật, thời gian và kinh tế. Cuối cùng, văn bản chỉ ra rằng thời gian nghiên cứu có hạn, số liệu khảo sát chưa đầy đủ, dẫn đến đánh giá về địa chất Hải Phòng mang tính chất tổng quát, chưa cụ thể và đầy đủ.