Bài giảng Nền móng: Chương 4 - TS. Đỗ Thanh Hải

Chương này trình bày tổng quan về các phương pháp xử lý và gia cố đất nền, một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật xây dựng nhằm cải thiện các tính chất cơ lý của đất yếu. Các kỹ thuật chính được đề cập bao gồm đệm vật liệu rời, cọc vật liệu rời, gia tải trước, giếng cát gia tải trước, bấc thấm và cừ tràm.

Tài liệu này hướng đến sinh viên, kỹ sư xây dựng, kỹ sư địa kỹ thuật và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực nền móng và xử lý đất nền, cung cấp kiến thức chuyên sâu và các phương pháp tính toán thực tiễn về các kỹ thuật gia cố đất nền.

Chương 4 tập trung vào các phương pháp xử lý và gia cố đất nền, cung cấp cái nhìn chi tiết về nguyên lý, ưu nhược điểm, và các bước tính toán thiết kế cho từng kỹ thuật. 1. Đệm vật liệu rời (đệm cát): Phương pháp này được áp dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu có chiều dày nhỏ (thường dưới 5m), giúp tăng cường sức chịu tải của nền đất, giảm thiểu độ biến dạng và nâng cao khả năng chống trượt khi có tải trọng ngang. Ưu điểm nổi bật là khả năng tận dụng vật liệu địa phương và quy trình thi công tương đối đơn giản. Tuy nhiên, cần đặc biệt lưu ý đến các vấn đề như hiện tượng cát chảy khi thi công gần nguồn nước hoặc mực nước ngầm cao. Chương này cũng trình bày chi tiết các phương pháp tính toán thiết kế lớp đệm cát. 2. Cọc vật liệu rời (cụ thể là cọc cát): Kỹ thuật này có tác dụng làm nén chặt đất nền, từ đó tăng sức chịu tải, giảm biến dạng, đặc biệt là biến dạng không đồng đều, và cải thiện khả năng chống trượt. Cọc cát được ưa chuộng nhờ khả năng sử dụng vật liệu sẵn có tại chỗ, thiết bị thi công đơn giản và thời gian xử lý nền nhanh chóng. Tuy nhiên, phương pháp này không thực sự hiệu quả đối với các công trình có tải trọng quá lớn hoặc trên các vùng đất yếu có quy mô rộng. Các nội dung tính toán bao gồm xác định diện tích cần nén chặt, hệ số rỗng sau nén, khoảng cách và số lượng cọc, cùng với kiểm tra các điều kiện ổn định và biến dạng của nền. 3. Gia tải trước: Phần này tập trung vào việc tính toán tải trọng gia tải cho phép nhằm đảm bảo đất nền không bị phá hoại dưới tác dụng của tải trọng. Đồng thời, chương cũng đề cập đến các nguyên tắc cơ bản trong tính toán độ cố kết của đất nền khi áp dụng phương pháp gia tải. 4. Giếng cát gia tải trước: Đây là giải pháp tối ưu cho các công trình có kích thước bản đáy lớn như móng băng, móng bè, hoặc nền đắp trên các loại đất yếu bão hòa nước (cát mịn, bùn, than bùn). Giếng cát giúp tăng tốc quá trình cố kết, nâng cao sức chịu tải, tạo ra độ lún trước và giảm thiểu biến dạng không đồng đều. Mặc dù có nhiều ưu điểm, phương pháp này đòi hỏi thời gian thi công kéo dài và không hiệu quả với đất có hệ số thấm quá thấp (k < 10^-8 cm/s). Nội dung bao gồm cấu tạo giếng cát, cách xác định chiều dày lớp đệm, đường kính, khoảng cách, chiều sâu giếng, và các lời giải tính toán độ cố kết tổng hợp (thấm đứng và thấm ngang) từ Carrillo và Barron, cùng với các phương pháp tính toán độ lún theo thời gian. 5. Bấc thấm: Là một dạng cải tiến của giếng cát, bấc thấm (hay bản nhựa thấm) là thiết bị thoát nước thẳng đứng được sử dụng để đẩy nhanh quá trình cố kết của đất yếu. Chương này giới thiệu lời giải của Hansbo (1979) để đánh giá hiệu quả của bấc thấm, bao gồm các yếu tố như khoảng cách giữa các thiết bị, đường kính tương đương của vùng đất bị xáo trộn và sức cản thấm của bản thân bấc thấm. 6. Cừ tràm: Được ứng dụng rộng rãi như một loại cọc có tiết diện nhỏ để gia cố nền đất yếu. Phần này cung cấp hướng dẫn về việc lựa chọn chiều dài và đường kính cừ, các phương pháp tính toán sức chịu tải của cừ dựa trên đặc tính vật liệu và đất nền, cũng như cách xác định số lượng và mật độ cừ cần thiết cho công trình. Việc tính toán độ lún khi sử dụng cừ tràm cũng được đề cập, tương tự như đối với cọc bê tông cốt thép.