Đất yếu là những lớp đất mềm, bão hoà nước, có sức chịu tải thấp và bị nén lún nhiều dưới tải trọng: bùn sét, sét dẻo chảy, cát bụi rời ngậm nước, than bùn và đất lẫn nhiều hữu cơ. Khi đắp một con đường lên trên, lớp đất này không chịu ngay mà bị ép dần, nước trong lỗ rỗng thoát ra chậm chạp, nên mặt đường lún không phải trong vài tuần mà kéo dài nhiều năm, có nơi hàng chục năm.
Ở Việt Nam, đất yếu không phải chuyện hiếm: phần lớn đồng bằng sông Cửu Long, nhiều vùng ven biển và trũng của đồng bằng sông Hồng, các bãi bồi cửa sông miền Trung đều có lớp đất yếu dày từ vài mét đến vài chục mét. Bài này giải thích đất yếu là gì theo cách người làm đường hiểu, vì sao nó lún lâu như vậy, cách nhận ra nó trước khi đổ tiền đắp nền và những câu nên hỏi đơn vị khảo sát.
Đất yếu theo cách người làm đường hiểu
Trong sách địa chất, đất yếu được mô tả bằng nhiều chỉ tiêu. Với người làm đường, có thể gom lại ba đặc điểm cùng xuất hiện: nhiều nước (độ ẩm tự nhiên cao, thường gần hoặc vượt giới hạn chảy, tức đất ở trạng thái dẻo mềm đến dẻo chảy), nhiều lỗ rỗng (hệ số rỗng lớn, đất nhẹ và xốp) và sức kháng cắt thấp (bóp bằng tay là nặn được, que thép ấn xuống dễ dàng). Ba thứ này đi với nhau vì đất hình thành từ phù sa lắng đọng chậm trong nước tĩnh, các hạt sét xếp lỏng lẻo và chưa từng bị nén bởi lớp phủ dày nào.
Có mấy loại hay gặp. Bùn sét và sét dẻo chảy màu xám xanh, xám đen ở đồng bằng sông Cửu Long là dạng điển hình. Than bùn và đất lẫn hữu cơ màu nâu đen, có mùi, còn thấy xác thực vật, là loại khó chịu nhất vì nén lún rất lớn và tiếp tục lún do phân huỷ. Cát mịn, cát bụi rời bão hoà nước tuy không mềm như bùn nhưng dễ hoá lỏng khi rung và bị cuốn trôi khi có dòng thấm, nên cũng được xếp vào nhóm cần xử lý trong một số tình huống.
Điều quan trọng là "yếu" mang tính tương đối với tải trọng. Một lớp sét dẻo mềm dày hai mét có thể chịu được đường bê tông xóm cho xe máy, nhưng sẽ là vấn đề lớn khi đặt lên đó một nền đắp cao ba mét cho xe container. Vì vậy người ta không hỏi "đất có yếu không" một cách chung chung, mà hỏi: lớp yếu dày bao nhiêu, nằm sâu bao nhiêu, và con đường định đắp cao bao nhiêu, chở xe nặng cỡ nào.
Ba kiểu lún xảy ra dưới một nền đường đắp
Lún tức thời. Xảy ra ngay khi đắp đất lên: đất yếu bị ép, biến dạng sang hai bên mà thể tích chưa kịp đổi. Phần này chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng độ lún nhưng nếu đắp quá nhanh, đất bị ép trồi ra hai bên chân taluy, mặt ruộng cạnh đường phồng lên và nền có thể trượt sụp. Hiện tượng "đắp tới đâu lún mất tới đó" ở vùng bùn sâu là biểu hiện của việc đất bị phá hoại do chịu cắt, không còn là lún bình thường nữa.
Lún cố kết sơ cấp. Đây là phần lớn nhất và lâu nhất. Tải trọng của nền đắp ban đầu do nước trong lỗ rỗng gánh, làm áp lực nước tăng lên. Nước chỉ thoát ra được bằng cách thấm chậm qua các lỗ rỗng li ti của đất sét, và khi nước đi tới đâu, khung hạt mới nhận tải tới đó, đất co lại tới đó. Lý thuyết cố kết của Karl Terzaghi công bố giữa thập niên 1920 mô tả đúng quá trình này: thời gian cố kết tăng theo bình phương chiều dài đường thấm, nên lớp sét dày gấp đôi thì thời gian lún kéo dài khoảng gấp bốn.
Lún cố kết thứ cấp, hay từ biến. Sau khi áp lực nước dư đã tiêu tán gần hết, khung hạt sét vẫn tiếp tục trượt, sắp xếp lại rất chậm dưới tải không đổi. Với sét hữu cơ và than bùn, phần lún này đáng kể và kéo dài nhiều năm sau khi đường đã thông xe. Đây là lý do một số tuyến đường vùng trũng dù đã xử lý vẫn cần bù lún mặt đường định kỳ, và vì sao người thiết kế quan tâm tới hàm lượng hữu cơ trong mẫu đất.
Tổng hợp lại. Đường đắp trên đất yếu lún không phải do "đắp ẩu" mà do vật lý của đất: nước phải ra thì đất mới chặt, và nước ra rất chậm. Mọi biện pháp xử lý nền đất yếu về bản chất đều thuộc một trong hai nhóm: làm cho nước thoát nhanh hơn để lún xong trước khi làm mặt đường, hoặc không cho tải trọng đè lên lớp đất yếu nữa bằng cách chuyển tải xuống sâu hay làm nhẹ nền đắp.
Nhận biết đất yếu ngoài hiện trường trước khi có kết quả khoan
Kết luận cuối cùng phải dựa vào khoan khảo sát và thí nghiệm, nhưng chủ đầu tư nhỏ hoặc kỹ thuật viên mới ra hiện trường có thể nhận ra dấu hiệu sớm để biết khi nào cần gọi đơn vị khảo sát:
| Dấu hiệu | Thấy ở đâu | Gợi ý điều gì |
|---|---|---|
| Ruộng lúa nước, ao đầm, vườn trũng ngập quanh năm | Địa hình xung quanh tuyến | Lớp mặt có thể là bùn, sét mềm; cần khoan để biết dày bao nhiêu |
| Đường cũ gần đó gợn sóng, lún võng, phải bù nhựa nhiều lần | Các tuyến hiện hữu trong vùng | Đất dưới đã từng gây lún kéo dài, tuyến mới sẽ gặp tương tự |
| Nhà dân cũ bị nghiêng, nứt chéo tường, sân lún tách khỏi nhà | Công trình lân cận | Đất yếu có thể dày và không đồng đều |
| Cọc tre, cừ tràm cắm xuống dễ, rút lên dính bùn xám đen | Kinh nghiệm thợ địa phương | Lớp yếu kéo dài theo chiều dài cọc, thường vài mét trở lên |
| Đào hố thấy đất màu nâu đen, xốp, còn rễ cây và có mùi | Hố đào thử | Có thể là than bùn hoặc đất hữu cơ, loại phải xử lý kỹ nhất |
| Mực nước ngầm rất nông, hố đào vài tấc đã đọng nước | Hố đào thử | Đất bão hoà, cố kết chậm, thi công nền cần biện pháp thoát nước |
Những dấu hiệu trên chỉ để đặt câu hỏi, không dùng để thiết kế. Có những vùng mặt đất trông khô ráo, đã san lấp cát vài năm, nhưng dưới lớp cát vẫn là bùn sét chưa hề cố kết, và ngược lại có ruộng trũng mà lớp sét chỉ mỏng phía trên tầng cát chặt.
Khảo sát địa chất cho nền đường: cần những gì và đọc ra sao
Với đoạn đường có nguy cơ đất yếu, báo cáo khảo sát địa chất là tài liệu quyết định cả phương án lẫn chi phí. Một báo cáo dùng được cho nền đường thường có các phần sau:
- Lỗ khoan đủ sâu: khoan qua hết lớp đất yếu, vào lớp đất tốt bên dưới một đoạn, không dừng ở độ sâu cố định cho tiện. Khoảng cách lỗ khoan dày hơn ở đoạn đầu cầu, cống, nơi nền đắp cao.
- Mẫu nguyên dạng: mẫu sét yếu phải lấy bằng ống thành mỏng và giữ kín, vì mẫu bị xáo động sẽ cho chỉ tiêu nén lún và sức kháng cắt sai lệch rất xa thực tế.
- Thí nghiệm cắt cánh hiện trường: cắm một cánh chữ thập vào đất rồi xoay để đo sức kháng cắt không thoát nước ngay tại chỗ, thích hợp cho sét rất mềm khó lấy mẫu.
- Xuyên tĩnh CPT hoặc CPTu: ép mũi côn liên tục xuống đất, cho một đường cong sức kháng theo độ sâu, thấy rõ ranh giới các lớp và các thấu kính cát kẹp giữa sét, thứ quyết định nước thoát nhanh hay chậm.
- Thí nghiệm nén cố kết trong phòng: cho ra các thông số dùng để tính độ lún tổng và thời gian lún. Đây là phần người thiết kế nền đất yếu cần nhất.
- Hàm lượng hữu cơ và mực nước ngầm: hai thông tin hay bị bỏ qua nhưng ảnh hưởng mạnh tới lún từ biến và cách tổ chức thi công.
Xuyên tiêu chuẩn SPT rất phổ biến nhưng với bùn sét, số búa thường gần bằng không, nên chỉ cho biết đất "rất yếu" mà không đủ để tính lún. Nếu báo cáo cho đoạn đất yếu chỉ có SPT, đó là dấu hiệu nên khảo sát bổ sung.
Vì sao đường trên đất yếu hỏng theo kiểu riêng
Mặt đường trên đất yếu không hỏng giống mặt đường trên đất tốt. Hư hỏng điển hình là lún không đều theo chiều dọc, tạo thành những đoạn võng dài vài chục mét, xe chạy nhanh thấy bồng bềnh; lún lệch theo chiều ngang, phần giữa nền lún nhiều hơn mép hoặc phần mở rộng lún khác phần đường cũ, sinh ra vết nứt dọc chạy theo tim đường; và lún chênh tại chỗ chuyển tiếp giữa nền đắp và công trình đặt trên cọc như cầu, cống hộp, gây cú nhảy quen thuộc.
Nhiều chủ đầu tư nhỏ nghĩ rằng cứ làm lớp mặt dày, cứng là chống được lún. Thực tế ngược lại: mặt đường bê tông xi măng cứng trên nền còn lún sẽ gãy tấm, còn mặt đường nhựa mềm hơn thì võng theo nền và dễ bù hơn. Ở những vùng lún còn tiếp diễn, người ta thường chọn kết cấu mặt đường cho phép sửa chữa, bù vênh dễ dàng trong những năm đầu, chờ nền ổn định rồi mới hoàn thiện lớp mặt cuối cùng. Chọn kết cấu mặt đường cụ thể là phần việc của danh mục mặt đường; ở đây chỉ cần nhớ rằng nền chưa ổn thì lớp mặt nào cũng không cứu được.
Một kiểu hỏng nữa ít người để ý là nền đường kéo theo công trình bên cạnh. Khi đắp nền cao trên đất yếu, đất bị ép trồi sang hai bên có thể làm nghiêng tường rào, nứt nhà dân sát chân taluy, đẩy lệch cống thoát nước. Vì thế đoạn đắp nền cao qua khu dân cư trên đất yếu cần được khảo sát hiện trạng công trình lân cận trước khi thi công.
Những câu nên hỏi trước khi đắp nền trên vùng nghi đất yếu
Dù là doanh nghiệp làm đường vào kho, khu dân cư góp tiền làm đường hay chủ trang trại, trước khi chốt phương án nên có câu trả lời rõ ràng cho các câu sau, bằng văn bản từ đơn vị tư vấn:
- Lớp đất yếu dày bao nhiêu, nằm từ độ sâu nào tới độ sâu nào, và có đồng đều dọc tuyến không?
- Nếu đắp nền như dự kiến, độ lún dự báo tổng cộng là bao nhiêu và cần bao lâu để lún phần lớn?
- Nền có nguy cơ trượt khi đắp không, cần đắp theo mấy giai đoạn và mỗi giai đoạn cao bao nhiêu?
- Có cần xử lý nền không, phương án nào được đề xuất và vì sao chọn phương án đó thay cho phương án khác?
- Chỗ nối với cầu, cống, đường hiện hữu được xử lý chuyển tiếp ra sao để tránh lún chênh?
- Có quan trắc lún trong lúc thi công không, đặt thiết bị gì, ở đâu, ai đọc số và ai quyết định khi số liệu xấu?
- Sau khi thông xe, độ lún còn lại dự kiến là bao nhiêu và kế hoạch bù lún mặt đường ra sao?
Câu trả lời không cần dài, nhưng phải có con số kèm giả định. Một đơn vị tư vấn nói "đất ở đây quen rồi, cứ đắp" mà không có khảo sát là rủi ro lớn nhất, vì sai lầm với đất yếu thường chỉ lộ ra sau một hai mùa mưa, khi tiền đã chi hết.
Câu hỏi thường gặp
Đất yếu có phải lúc nào cũng phải xử lý không?
Không. Nếu lớp yếu mỏng, nền đắp thấp, tải trọng nhẹ và độ lún dự báo nằm trong mức chấp nhận được, có thể chỉ cần đắp theo giai đoạn, chờ lún hoặc đào bỏ lớp yếu mỏng phía trên rồi thay bằng vật liệu tốt. Quyết định dựa vào tính toán lún và ổn định cho từng đoạn, không dựa vào cảm giác.
San lấp cát vài năm rồi thì đất bên dưới đã hết yếu chưa?
Chưa chắc. Lớp cát san lấp có tác dụng như một phần gia tải, nhưng nếu bên dưới là bùn sét dày mà không có đường thoát nước thẳng đứng, quá trình cố kết có thể mới đi được một phần nhỏ. Chỉ khảo sát hoặc số liệu quan trắc lún mới cho biết đất đã cố kết tới đâu.
Vì sao cùng một tuyến đường mà đoạn này lún, đoạn kia không?
Vì lớp đất yếu hiếm khi dày đều. Lòng sông cổ bị bồi lấp, ao cũ bị san lấp, thấu kính than bùn hay mạch cát kẹp giữa sét đều làm chiều dày và tính thoát nước thay đổi trong khoảng ngắn. Đó là lý do khoảng cách lỗ khoan và xuyên tĩnh dọc tuyến rất quan trọng.
Thí nghiệm xuyên tĩnh khác khoan lấy mẫu ở chỗ nào?
Xuyên tĩnh cho một đường số liệu liên tục theo độ sâu, nhanh và thấy rõ ranh giới lớp, nhưng không lấy được mẫu để nhìn và thí nghiệm nén cố kết. Khoan lấy mẫu chậm hơn nhưng cho mẫu vật thật. Hai cách thường dùng bổ sung cho nhau trên cùng một đoạn đất yếu.
Đường nhỏ trong xóm có cần khảo sát địa chất không?
Với đường bê tông hẹp cho xe máy và xe nhẹ, nền đắp thấp, thường không cần khoan sâu, nhưng nên đào thử vài hố để biết lớp mặt là gì và hỏi kinh nghiệm các tuyến lân cận. Khi đường phải chở xe tải nặng hoặc nâng cao độ nền nhiều, nên có khảo sát tối thiểu.
Than bùn khác bùn sét thế nào khi làm đường?
Than bùn chứa nhiều xác thực vật, rất nhẹ, giữ nước lớn và nén lún nhiều hơn bùn sét, lại tiếp tục lún do phân huỷ hữu cơ. Lớp than bùn nông thường được ưu tiên đào bỏ thay đất; lớp sâu và dày thì cần phương án riêng, người thiết kế sẽ thận trọng hơn nhiều so với bùn sét thông thường.