Giới thiệu phương pháp Gia tải trước bằng biện pháp hút chân không là một trong những phương pháp phổ biến dùng để cải tạo nền đất yếu.. Sự khác biệt chủ yếu giữa phương pháp gia tải kh
Trang 1VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM
BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG
THUỘC ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN
NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM”
Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂY
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Nguyễn Quốc Dũng
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam
7579-14
22/12/2009
Hà Nội 2009
Trang 2MỤC LỤC
Chuyên đề 22 2
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 2
6.11 PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM 2
6.11.1 Giới thiệu phương pháp 2
6.11.2 Mô hình và nguyên lý làm việc 4
6.11.3 Phạm vi ứng dụng 5
6.11.3 Lắp đặt cố kết chân không 5
6.11.4 Tính toán thiết kế 10
6.11.5 Quan trắc thi công 10
Trang 3Chuyên đề 22 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 6.11 PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM
6.11.1 Giới thiệu phương pháp
Gia tải trước bằng biện pháp hút chân không là một trong những phương pháp phổ biến dùng để cải tạo nền đất yếu Phương pháp này đã được xử dụng thành công ở nhiều nước để cải tạo thổ nhưỡng và cải tạo đất nền (Holtz 1975, Choa
1990, Jacob 1994, Bergado và nnk 1998, 2002, Chu và nnk 2000) Giếng cát và vật thoát nước đứng đúc sẵn được chế tạo gần đây (PVD) thường được dùng để phân bố gia tải chân không và làm tiêu thoát nước lỗ rỗng Các nguyên lý và cơ chế của gia tải trước bằng hút chân không đã được thảo luận trong các tài liệu, ví dụ của Kjellman (1952) và Holtz (1975) Một tải trọng do hút chân không bằng 80kPa hoặc lớn hơn có thể duy trì lâu tuỳ ý So với phơng pháp gia tải khối đắp, đối với một tải trọng tương đương, thì phương pháp gia tải chân không rẻ và nhanh hơn (Chu 2000)
Sự khác biệt chủ yếu giữa phương pháp gia tải khối đắp và gia tải trước bằng chân không là ở biến thiên áp suất nước lỗ rỗng (ASLR) Trong phương pháp gia tải khối đắp, ASLR dư đầu tiên sẽ được hình thành từ trạng thái ban đầu (thường là áp suất thuỷ tĩnh) có cùng độ lớn của siêu tải, rồi tiêu tan dần như nêu trong Hình1a Mặt khác ở phương pháp hút chân không, ASLR trong đất sẽ giảm dần từ trạng thái ban đầu (thường là áp suất thuỷ tĩnh) có cùng độ lớn với áp suất chân không tác dụng như nêu Hình 1b Khi ASLR có thể đạt tới giá trị âm, thì biến đổi ASLR do tải trọng chân không càng phức tạp, đặc biệt trong trường hợp sử dụng kết hợp phương pháp gia tải khối đắp và phương pháp hút chân không Do vậy, đối với các công trình gia tải trước bằng chân không, phải thường xuyên kiểm soát biến thiên ASLR trong quá trình cố kết
Cùng với ASLR, độ lún của đất cũng thường được kiểm soát và dùng để tính
độ cố kết (ĐCK) ĐCK là một thông số quan trọng trong việc đánh giá tính hiệu quả của cải tạo đất Nó cũng thường được dùng như một chi tiết kỹ thuật trong hợp đồng cải tạo đất nền ĐCK thường được tính bằng tỷ số của độ lún hiện tại và độ lún cuối cùng Tuy nhiên, đối với một công trình xử lý nền đất, độ lún cuối cùng chưa biết
và phải dự tính Có nhiều phương pháp dự tính độ lún cuối cùng Trong số đó, các phương pháp sau đây thường được dùng như phương pháp của Asaoka (1978) và phương pháp hypecbolic (Shidharan và Rao 1981) Trong phương pháp Asaoka, một dãy các số liệu quan trắc lún (S1, , Si-1, Si, Si+1, SN) tại các khoảng thời gian không đổi được vẽ trên đồ thị quan hệ Sn Sn-1 (n =1, ,N) (đường A) Độ lún ổn
định, Sult, được xác định tại giao điểm của đường lún lập được với đường thẳng làm góc 45o với phương ngang (Asaoka 1978), như minh hoạ trên hình 2 (đường B) Tuy nhiên, độ lún ổn định Sult nhận được từ phương pháp Asaoka chịu ảnh hưởng
Trang 4của khoảng thời gian lựa chọn Matyas và Rothenburg (1996), Bo và nnk (1999) và Goi (2004) đã chỉ ra rằng khoảng thời gian chọn càng dài thì Sult dự tính càng nhỏ Trong phương pháp hypecbolic, Shidharan và Rao lập đường quan hệ độ lún theo thời gian (1981)
u 0 (z) = mặt cắt áp suất nước lỗ rỗng tĩnh; ú v (z)’ = ứng suất hiệu quả tại thời điểm t; u t (z)= áp suất nước lỗ rỗng dư tại thời điểm t; us(z) = đường độ hút; ú0’ = ứng suất tầng phủ hiệu quả ban đầu;
Hình 1 Minh hoạ sơ đồ hoá biến thiên áp suất nước lỗ rỗng và biến thiên ứng suất
hiệu quả theo (a) gia tải khối đắp và (b) gia tải chân không
Hình 2 Mô hình hóa biểu đồ theo PP Asaoka
Trang 5Độ lún ổn định Sult được tính theo nghịch đảo của độ dốc tuyến tính của đường lập được Tuy nhiên, Sult nhận được theo phương pháp này còn phụ thuộc vào giá trị cuối cùng của ĐCK Theo quan sát của Matyas và Rothenburg (1996), Bo và nnk (1999) và Goi (2004), ĐCK của đất đạt càng cao, thì Sult nhận được càng nhỏ Goi (2004) cũng chỉ ra rằng đồ thị quan hệ S t không hoàn toàn thẳng nên độ dốc tuyến tính có thể khác nhau nếu độ dốc lấy theo các đoạn khác nhau trên đường cong Sult càng nhỏ khi lấy độ dốc tại cuối đường cong Do vậy các phương pháp tính khác nhau sẽ cho ĐCK khác nhau Ngoài ra, các số liệu về ASLR cũng có thể dùng để đánh giá độ cố kết Hệ số tiêu tan ASLR có thể dễ dàng tính theo tỷ số giữa lượng tiêu tan ASLR với ASLR ban đầu, [ui - u (t)]/ui, trong đó ui = ASLR ban đầu
và u(t) = ASLR tại thời điểm t Tuy nhiên, tỷ số này chỉ cho ĐCK của một phân tố đất không phải là ĐCK bình quân Để tính ĐCK bình quân, cần lập được phân bố ASLR trên toàn chiều sâu tầng đất Trong nội dung trình bày này chỉ nêu một phương pháp dự tính ĐCK dựa trên phân bố ASLR Hai nghiên cứu điển hình được giới thiệu để khảo sát đặc tính tiêu tan ASLR dưới tác dụng của gia tải trước bằng hút chân không ĐCK đạt được trong mỗi trường hợp được đánh giá bằng cách dùng số liệu ASLR và được so sánh với ĐCK dự tính bằng cách dùng số liệu đo lún
Hình 3 Minh họa biểu đồ phân bố ASLR
6.11.2 Mô hình và nguyên lý làm việc
Hệ thống tiêu nước chân không gồm thiết bị tiêu nước thẳng đứng (PVD) và lớp thoát nước (cát), các thiết bị tiêu nước nằm ngang, một màng chống thấm bằng nhựa tổng hợp hoặc màng HDPE (Geomembrane), hệ thống máy bơm hút chân không và nước
Cố kết chân không gia tải trước cho toàn bộ khối đắp bằng cách giảm dần áp lực nước lỗ rỗng trong khi giữ nguyên ứng suất tổng Giải pháp này được thực hiện bằng việc hút nước dưới màng không thấm, giữ phá khí không đổi (áp suất hút chân
Trang 6không bằng 80kPa hoặc lớn hơn có thể duy trì lâu tuỳ ý) giữa màng không thấm và mực nước ngầm hạ thấp
Hình 4 Mô hình - Sơ đồ cố kết bằng hút chân không
6.11.3 Phạm vi ứng dụng
- Ứng dụng để xử lý tầng đất yếu (có thể xử lý tầng đất yếu chứa hữu cơ nhưng không phải đất dạng than bùn) Độ sâu xử lý hiệu quả nhất đối với bấc thấm thường nhỏ hơn 15m kết hợp với gia tải trước;
- Làm tăng nhanh tốc độ cố kết sớm đạt được cố kết mong muốn; cải thiện nền đất tăng sức chịu tải; cho phép xây dựng công trình ổn định về sức chịu tải và kiểm soát lún cho phép của công trình;
- Để bấc thấm phát huy hiệu quả thì:
η =
vz z
vz
pz z
vz
σ σ
σ
σ σ
σ
lg ) lg(
lg ) lg(
− +
− +
> 0,60
σvz + σz ≥ (1,2 ÷ 1,5)σpz
Trong đó:
σvz- Áp lực bản thân của tầng đất yếu;
σz- Áp lực do tải trọng ngoài;
σpz- Áp lực tiền cố kết
- Để thiết bị tiêu nước thẳng đứng phát huy được hiệu quả, giải pháp phải được kết hợp giữa PVD + hút chân không, tốt hơn nữa là PVD + hút chân không kết hợp với gia tải trước
6.11.3 Lắp đặt cố kết chân không
Trang 7Hình 5 mô tả chi tiết mặt bằng và cắt ngang một hệ thống cố kết bằng thoát nước thẳng đứng + hút chân không kết hợp với gia tải
12
Hình 5 Bố cục sơ đồ phương pháp gia tải trước bằng áp suất chân không 1- Hệ thống thoát nước; 2- Đường ống lọc; 3-đường bảo vệ; 4- Đường thoát nước; 5- Van khoá; 6- Đồng hồ đo áp suất âm; 7- Bơm áp lực cao; 8- Máy bơm ly tâm; 9- Rãnh đào; 10-
Đường ống ngang; 11- Màng chống thấm; 12- Khối đắp gia tải (nếu cần)
Trình tự thực hiện PVD + bơm hút chân không:
Bước 1: Rải đệm cát thoát nước khu vực xử lý:
Bước 2: Thi công thiết bị thoát nước thẳng đứng (có thể sử dụng loại PVD-Prefabricated Vertical Drain hoặc PSD - Packed Sand Drain) Hình 6 thể thiện trình
tự thi công bấc thấm PVD
Trang 8Thiết bị thi công cắm bấc
PVD Cắm PVD có mũi dẫn hướng
Giữ PVD và rút mũi dẫn
Đệm
cát Nền đất
Hình 6 Trình tự thi công cắm bấc thấm
Hình 7 Mặt bằng hoàn thiện thi công hệ thống thoát nước thẳng đứng
Bước 3: Đặt ống lọc nước và ống dẫn nước trong tầng đệm cát
Trang 9Hình 8 Mặt bằng lắp đặt hệ thống ống lọc và ống dẫn nước trong tần đệm cắt
Bước 4: Lắp đặt thiết bị quan trắc trong phạm vi xử lý
Hình 10 Lắp đặt thiết bị quan trắc ASLR, lún,
Bước 5: Bao phủ toàn bộ phạm vi xử lý bằng màng chống thấm và chôn vào đất tại đáy rãnh để bảo đảm cách ly hoàn toàn với không khí; rãnh được lấp đầy bằng đất sét hoặc bentonite
Trang 10Hình 11 Thi công phủ màng chống thấm
Bước 6: Lắp đặt hệ thống máy bơm hút chân không
Hình 12 Ống thoát nước chính được nối với máy bơm hút chân không
Bước 7: Kết hợp giữa bơm hút chân không với gia tải trước
Trang 11Hình 13 Đắp lớp gia tải trước
6.11.4 Tính toán thiết kế
6.11.5 Quan trắc thi công
