Xây dựng công trình dân dụng không hiếm khi gặp nền đất yếu. Tùy thuộc vào tính chất, đặc điểm của đất nền mà áp dụng phương pháp gia cố nền đất yếu phù hợp.
Trong ngành xây dựng, khái niệm đất yếu được định nghĩa như sau:
Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi :
1/ ĐẤT SÉT YẾU
Đất sét gồm 2 thành phần: Hạt sét (phần phân tán thô) kích thước > 0,002mm, chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục địa như thạch anh, fenspat...; và Khoáng chất sét (phần phân tán mịn) kích thước rất bé từ 2 - 0,1µm và keo 0,1 – 0,001µm. Những khoáng chất này quyết định tính chất cơ lý của đất sét.
Đặc điểm nổi bật của đất sét tính kết dính. Cụ thể, đất sét có:
Hiện tượng hấp thụ:
Hiện tượng hấp thụ là khả năng hút nước từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau: cứng, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt keo. Sự hấp thụ của đất sét có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình sảy ra đồng thời.
Tính dẻo:
Tính dẻo là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét. Tính chất này biểu thị sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực và chứng tỏ rằng về mức độ biến dạng đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thế cứng và thể lỏng hoặc chảy nhớt. Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố: mức độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất, thành phần và độ khoáng hoá của dung dịch nước làm bão hòa đất.
Gradien ban đầu:
Đất sét có đặc tính thẩm thấu khác thường: chỉ cho nước thấm qua khi gradien cột nước vượt quá một trị số nhất định nào đó. Trị số đó gọi là gradien ban đầu. Gradien ban đầu là độ chênh lệch tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó tốc độ thấm giảm xuống nhiều, rất bé và có thể coi như không thấm nước.
Đặc điểm biến dạng:
Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của chúng quyết định. Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau đây:
Tính chất lưu biến:
Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt. Chúng có tính dão và có khả năng thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài. Khả năng này gọi là tính chất lưu biến.
Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự do khi nén chặt. Do vậy hiện tượng này liên quan với sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết quả chuyển dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự định hướng của các hạt và các khối đó với phương tác dụng của tải trọng.
2/ ĐẤT CÁT YẾU
Cát được hình thành tạo ở biển hoặc vũng, vịnh.
Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất. Cát gồm những hạt có kích thước 0,05 - 2mm.
Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét. Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy.
Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất lớn. Khi cát gồm những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này đôi khi rất nguy hiểm cho công trình và cho công tác thi công.
Cần lưu ý 2 hiện tượng nguy hiểm đối với cát yếu: biến loãng & cát chảy.
3/ BÙN, THAN BÙN & ĐẤT THAN BÙN
Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hoá học ở đáy biển, đáy hồ, bãi lầy...
Bùn chỉ liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Theo thành phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống.
Độ bền của bùn rất bé, vì vậy việc phân tích sức chống cắt (SCC) thành lực ma sát và lực dính là không hợp lý. SCC của bùn phụ thuộc vào tốc độ phát triển biến dạng. Góc ma sát có thể xấp xỉ bằng không. Chỉ khi bùn mất nước, mới có thể cho góc ma sát.
Việc xây dựng các công trình trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi đã tiến hành các biện pháp xử lý nền.
Than bùn là đất có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. Đất loại này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát.
Trong điều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao 85 - 95% hoặc cao hơn tùy theo thành phần khoáng vật, mức độ phân hủy, mức độ thoát nước...
Đất than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất. Hệ số nén lún có thể đạt từ 3 - 8, thậm chí 10 kg/cm2. Không thể thí nghiệm nén than bùn với mẫu có chiều cao thông thường là 15 - 20cm, mà phải từ 40 - 50cm.
Khi xây dựng ở những vùng đất than bùn, cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt thép, khe lún, cắt nhà thành từng đoạn cứng riêng rẽ, làm nền cọc, đào hoặc thay một phần than bùn.
4/ ĐẤT ĐẮP
Loại đất này được tạo nên do tác động của con người. Đặc điểm của đất đắp là phân bố đứt đoạn và có thành phần không thuần nhất.
Theo thành phần có thể chia thành 4 loại:
Xem thêm: Giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu
Khái niệm nền đất yếu là gì
Thông thường, đất yếu được hiểu là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập...Trong ngành xây dựng, khái niệm đất yếu được định nghĩa như sau:
Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0,5 - 1,0 kg/cm2), dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể.
Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi :
- Dung trọng: ⋎W ≤ 1,7 T/m3
- Hệ số rỗng: e ≥ 1
- Độ ẩm: W ≥ 40%
- Độ bão hòa: G ≥ 0,8
- Modun biến dạng: E0 ≤ 50 kg/cm2
- Hệ số nén: a ≥ 0,01 cm2/kg
- Góc ma sát trong: φ ≤ 100
- Lực dính (đối với đất dính): c ≤ 0,1 kg/cm2
Đặc điểm của một số loại đất yếu
Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp những loại đất yếu sau đây: đất sét yếu; đất cát yếu; bùn, than bùn và đất than bùn; đất đắp.1/ ĐẤT SÉT YẾU
Đất sét gồm 2 thành phần: Hạt sét (phần phân tán thô) kích thước > 0,002mm, chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục địa như thạch anh, fenspat...; và Khoáng chất sét (phần phân tán mịn) kích thước rất bé từ 2 - 0,1µm và keo 0,1 – 0,001µm. Những khoáng chất này quyết định tính chất cơ lý của đất sét.
Đặc điểm nổi bật của đất sét tính kết dính. Cụ thể, đất sét có:
- Liên kết mềm: lực liên kết chủ yếu là lực liên kết phân tử, từ tính. Liên kết này mềm dẻo và có thể hồi phục sau khi bị phá hoại (liên kết thuận nghịch).
- Liên kết cứng: lực liên kết chủ yếu là liên kết ion, đồng hóa trị. Liên kết này cứng, giòn, không hồi phục được khi bị phá hoại bằng cơ học (liên kết thuận nghịch).
Hiện tượng hấp thụ:
Hiện tượng hấp thụ là khả năng hút nước từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau: cứng, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt keo. Sự hấp thụ của đất sét có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình sảy ra đồng thời.
Tính dẻo:
Tính dẻo là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét. Tính chất này biểu thị sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực và chứng tỏ rằng về mức độ biến dạng đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thế cứng và thể lỏng hoặc chảy nhớt. Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố: mức độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất, thành phần và độ khoáng hoá của dung dịch nước làm bão hòa đất.
Gradien ban đầu:
Đất sét có đặc tính thẩm thấu khác thường: chỉ cho nước thấm qua khi gradien cột nước vượt quá một trị số nhất định nào đó. Trị số đó gọi là gradien ban đầu. Gradien ban đầu là độ chênh lệch tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó tốc độ thấm giảm xuống nhiều, rất bé và có thể coi như không thấm nước.
Đặc điểm biến dạng:
Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của chúng quyết định. Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau đây:
- Biến dạng khôi phục, gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
- Biến dạng dư, chỉ gồm biến dạng cấu trúc.
Tính chất lưu biến:
Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt. Chúng có tính dão và có khả năng thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài. Khả năng này gọi là tính chất lưu biến.
Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự do khi nén chặt. Do vậy hiện tượng này liên quan với sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết quả chuyển dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự định hướng của các hạt và các khối đó với phương tác dụng của tải trọng.
2/ ĐẤT CÁT YẾU
Cát được hình thành tạo ở biển hoặc vũng, vịnh.
Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu là thạch anh, đôi khi có lẫn tạp chất. Cát gồm những hạt có kích thước 0,05 - 2mm.
Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, đồng thời có kết cấu rời rạc, ở trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét. Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy.
Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất lớn. Khi cát gồm những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này đôi khi rất nguy hiểm cho công trình và cho công tác thi công.
Cần lưu ý 2 hiện tượng nguy hiểm đối với cát yếu: biến loãng & cát chảy.
3/ BÙN, THAN BÙN & ĐẤT THAN BÙN
Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hoá học ở đáy biển, đáy hồ, bãi lầy...
Bùn chỉ liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Theo thành phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống.
Độ bền của bùn rất bé, vì vậy việc phân tích sức chống cắt (SCC) thành lực ma sát và lực dính là không hợp lý. SCC của bùn phụ thuộc vào tốc độ phát triển biến dạng. Góc ma sát có thể xấp xỉ bằng không. Chỉ khi bùn mất nước, mới có thể cho góc ma sát.
Việc xây dựng các công trình trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi đã tiến hành các biện pháp xử lý nền.
Than bùn là đất có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. Đất loại này chứa các hỗn hợp vật liệu sét và cát.
Trong điều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao 85 - 95% hoặc cao hơn tùy theo thành phần khoáng vật, mức độ phân hủy, mức độ thoát nước...
Đất than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất. Hệ số nén lún có thể đạt từ 3 - 8, thậm chí 10 kg/cm2. Không thể thí nghiệm nén than bùn với mẫu có chiều cao thông thường là 15 - 20cm, mà phải từ 40 - 50cm.
Khi xây dựng ở những vùng đất than bùn, cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt thép, khe lún, cắt nhà thành từng đoạn cứng riêng rẽ, làm nền cọc, đào hoặc thay một phần than bùn.
4/ ĐẤT ĐẮP
Loại đất này được tạo nên do tác động của con người. Đặc điểm của đất đắp là phân bố đứt đoạn và có thành phần không thuần nhất.
Theo thành phần có thể chia thành 4 loại:
- Đất gồm hỗn hợp các chất thải của sản xuất công nghiệp và xây dựng.
- Đất hỗn hợp các chất thải của sản xuất và rác thải sinh hoạt.
- Đất của các nền đắp trên cạn và khu đắp dưới nước (để tạo bãi).
- Đất thải bên trong và bên ngoài các mỏ khoáng sản.
Xem thêm: Giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu
