nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext đình vũ - hải phòng

Hiện nay có một số phương pháp xử lý nền đất yếu như sau: Đào bỏ một phần đất yếu thay thế bằng cát thoát nước tốt; Gia tải trước làm chặt đất đồng thời đẩy nước ra khỏi đất, làm cọc cát

-Y Z -

Trương văn lung

Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập

và nghiên cứu tại trường

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS TRỊNH MINH THỤ

đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này

Cảm ơn các anh chị Phòng thí nghiệm địa chất Trường Đại Học Thủy Lợi, Thạc

sĩ, Nghiên cứu sinh Phạm Quang Đông là những người đã sát cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả

Trương Văn Lung

Họ và tên học viên: Trương Văn Lung

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử

lý nền đất yếu công trình PVTEXT Đình Vũ – Hải Phòng”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức

kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Học viên cao học

Trương Văn Lung

I Tớnh cấp thiết của đề tài 1

II Mục tiờu của đề tài 2

III Cỏch tiếp cận và phương phỏp nghiờn cứu 2

IV Nội dung luận văn 3

1.1 Tổng quan về nền đất yếu 4

1.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình 8

1.2.1 Nhóm các phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học 9

1.2.1.1 Làm chặt đất bằng đầm rơi 9

1.2.1.2 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm lăn 10

1.2.1.3 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm rung 10

1.2.2 Nhóm các phương pháp làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 11

1.2.2.1 Phương pháp nén chặt đất bằng chấn động 11

1.2.2.2 Phương pháp nén chặt đất bằng thuỷ chấn 11

1.2.3 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng 12

1.2.3.1 Phương pháp gia cố bằng giếng cát 12

1.2.3.2 Phương pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD) 13

1.2.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ 13

1.2.5 Phương pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm 14

1.2.6 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính 14

1.2.6.1 Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi 15

1.2.6.2 Gia cố nền bằng phương pháp trộn ximăng 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ XỬ Lí NỀN ĐẤT YẾU 4

1.2.7 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng dung dịch 16

1.2.7.1 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch vữa ximăng 17

1.2.7.2 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch silicát 17

1.2.7.3 Phương pháp gia cố nền bằng nhựa bitum 18

1.2.8 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu 19

1.2.8.1 Gia cố nền bằng phương pháp điện thấm 19

1.2.8.2 Gia cố nền bằng phương pháp điện hoá học 20

1.2.8.3 Gia cố nền bằng phương pháp nhiệt 20

1.2.9 Nhóm các phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc đất-vôi, cọc đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 21

1.2.9.1 Phương pháp gia cố bằng cọc cát 21

1.2.9.2 Phương pháp gia cố bằng cọc đất-vôi, đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 22

1.2.10 Bệ phản áp 22

1.2.11 Tăng hệ số mái 23

1.2.12 Phương pháp nén trước 23

1.2.13 Phương pháp cố kết chân không 24

1.3 Kết luận 26

2.1 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không 28

2.1.1 Các bước tiến hành gia cố hút chân không 28

2.1.2 Sự khác nhau giữa gia tải cổ điển và hút chân không 29

2.1.3 Nguyên tắc cơ bản của quá trình gia cố nền bằng công nghệ hút chân không 30

CHƯƠNG 2 cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết chân không 28

2.2.1 Lý thuyết cố kết một hướng theo phương đứng của Terzaghi 34

2.2.2 Lý thuyết cố kết 3 hướng của Biot 37

2.2.3 Lời giải cho bài toán cố kết chân không của Indraratna 38

2.2.3.1 Trường hợp đối xứng trục 39

2.2.3.2 Trường hợp bài toán biến dạng phẳng tương đương 40

2.2.4 Lời giải cho bài toán cố kết hút chân không B.Indraratna C.Rujikiatkamjorn và I.Sathananthan 41

2.2.4.1 Lời giải cho bài toán đối xứng trục 42

2.2.4.2 Lời giải cho bài toán phẳng 47

3.1 Mục tiờu thớ nghiệm 52

3.1.1.Xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý của đất cần cải tạo 52

3.1.2 Xỏc định độ lỳn và độ biến thiờn ỏp lực nước lỗ rỗng tại độ sõu nghiờn cứu 53

3.2 Giới thiệu mụ hỡnh vật lý 53

3.2.1 Mụ tả mụ hỡnh 53

3.2.2 Mụ tả thiết bị 54

3.2.2.1 Đầu đo ỏp lực nước lỗ rỗng (Piezometer) 54

3.2.2.2 Đầu đọc số liệu (Datalogger) 56

3.2.2.3 Thiết bị đo biến dạng 58

3.2.2.4 Màng làm kớn khớ 59

3.2.2.5 Bấc thấm và hệ thống ống đấu nối đến mỏy bơm 59

3.2.2.6 Mỏy bơm chõn khụng 60

3.2.3 Trỡnh tự thớ nghiệm 60

CHƯƠNG 3 Mễ HèNH VẬT Lí VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 52

p0=43kPa 64

3.4.1 Kết quả độ lỳn 64

3.4.2 Kết quả thớ nghiệm về ỏp lực nước lỗ rỗng 66

3.5 Kết quả cỏc chỉ tiờu đất sau thớ nghiệm 69

3.6 Kết luận 70

4.1Tính toán bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn 71

4.1.1 Mô hình toán học 71

4.1.2 Các bước giải bài toán bằng phần mềm SIGMA/W 74

4.1.3 Xác định điều kiện biên, lưới phần tử hữu hạn cho mô hình tính toán 75

4.2 Kết quả phân tích cố kết thấm, khi gia tải chân không po = 43kPa trên phần mềm tính toán 77

4.2.1 Kết quả phân tích áp lực nước lỗ rỗng 77

4.2.1.1 Đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng 77

4.2.1.2 Đường quan hệ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 80

4.2.2 Kết quả phân tích lún 82

4.2.2.1 Đường đẳng lún 82

4.2.2.2 Đường quan hệ lún theo thời gian 83

4.3 Phân tích đánh giá, so sánh kết quả trên mô hình thí nghiệm vật lý và mô hình phần mềm tính toán 85

4.3.1 So sánh kết quả đo lún tại 4 vị trí quan trắc 85

4.3.2 So sánh kết quả đo áp lực nước lỗ rỗng tại 3 vị trí quan trắc 88

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG 71

2 Một số vấn đề tồn tại 92

3 Kiến nghị 93

Tμi liệu tham khảo 94

Hình 1-2: Sơ đồ nền công trình phụt vữa ximăng 17

Hình 1-3: Biểu đồ để tra lượng vữa ximăng trong lỗ phụt 17

Hình 1-4: Sơ đồ thiết bị thi công phụt nhựa bitum 19

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí các điện cực: 20

Hình 1-6: Sơ đồ bố trí thiết bị gia cường đất bằng nhiệt 21

Hình 2-1: Đường ứng suất trong gia tải hút chân không 29

Hình 2-2: Mặt cắt ngang điển hình của hệ thống hút chân không Mernard 30

Hình 2-3: ống thoát nước ngang cho gia tải hút chân không 31

Hình 2-4: Thi công bấc thấm 32

Hình 2-5: Lắp đặt các ống tiêu nước dọc và ngang 32

Hình 2-6: Chi tiết đấu nối ở mép tấm bạt phủ 33

Hình 2-7: Mương đào có chứa vữa bentonite để làm kín mép biên 33

Hình 2-8: Hệ thống bơm nước và khí 33

Hình 2-9 : Mô hình cố kết thấm 34

Hình 2-10: Mô hình đất bão hoà nước 34

Hình 2-11: Quá trình cố kết thấm của đất bão hoà nước 36

Hình 2-12 Phân bố áp suất chân không 39

Hình 2-13: Sơ đồ bố trí và phạm vi ảnh hưởng của mỗi giếng 42

Hình 2-14: Sự giảm áp lực chân không theo chiều sâu ống 42

Hình 2-15 Sơ đồ tính toán cho bài toán đối xứng trục 42

Hình 2-16 Sơ đồ tính toán cho bài toán phẳng 47

Hỡnh 3.1 Sơ họa sơ đồ thớ nghiệm 53

Hỡnh 3-2 Sơ đồ bố trớ 3 vị trớ đo ỏp lực nước lỗ rỗng 54

Hỡnh 3-3 Sơ đồ bố trớ 4 đồng hồ đo lỳn 54

Hỡnh 3-6 Kết nối dõy của cỏc đầu đo piezometer với datalogger 56

Hỡnh 3-7 Kết nối với mỏy tớnh kớch hoạt datalogger 57

Hỡnh 3-8 Chọn kiểu ghi số liệu vào datalogger và định dạng kiểu xuất số liệu 57

Hỡnh 3-9 Đồng hồ đo lỳn và bộ gỏ đỡ 58

Hỡnh 3-10 Mặt bằng hệ thống thu nước 59

Hỡnh 3-11 Bấc thấm và hệ thống ống đấu nối 59

Hỡnh 3-12 Mỏy bơm chõn khụng 60

Hỡnh 3-13 Gia cụng chế bị mẫu 61

Hỡnh 3-14 Lắp đặt thiết bị quan trắc lỳn 61

Hỡnh 3-15 Làm kớn khu xử lý 62

Hỡnh 3-16 Lắp đặt cỏc đồng hồ đo lỳn và chõn khụng 62

Hỡnh 3-17 Chạy mỏy bơm và quan trắc số liệu lỳn và ỏp lực nước lỗ rỗng 63

Hỡnh 3-18 Biểu đồ quan hệ lỳn với thời gian trờn mụ hỡnh thớ nghiệm 65

Hỡnh 3-19 Biểu đồ quan hệ ỏp lực nước lỗ rỗng theo thời gian tại 3 vị trớ đo 67

Hình 4-1: Sơ đồ mô phỏng bài toán 76

Hình 4-2: Sơ đồ vị trí 3 điểm đo áp lực nước lỗ rỗng trên mô hình 76

Hình 4-3: Sơ đồ vị trí 4 điểm đo lún trên mô hình 77

Hình 4-4: Sơ đồ phân bố lưới phần tử hữu hạn và các điều kiện biên 77

Hình 4-5: Kết quả phân bố áp lực nước lỗ rỗng tại thời điểm t=0 (ngày) 78

Hình 4-6: Kết quả phân bố áp lực nước lỗ rỗng tại thời điểm t=1 (ngày) 78

Hình 4-7: Kết quả phân bố áp lực nước lỗ rỗng tại thời điểm t= 2(ngày) 79

Hình 4-11: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 1(ngày) 82

Hình 4-12: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 2(ngày) 83

Hình 4-8: Kết quả phân bố áp lực nước lỗ rỗng tại thời điểm t= 3(ngày) 79

Hình 4-13 Biểu đồ quan hệ lún với thời gian trên phần mềm tính toán 84

Hình 4-14 Biểu đồ so sánh quan hệ lún sâu với thời gian tại vị trí ĐH1 86

Hình 4-15 Biểu đồ so sánh quan hệ lún mặt với thời gian tại vị trí ĐH2 86

Hình 4-16 Biểu đồ so sánh quan hệ lún sâu với thời gian tại vị trí ĐH3 86

Hình 4-17 Biểu đồ so sánh quan hệ lún mặt với thời gian tại vị trí ĐH4 86

Hình 4-18 Biểu đồ so sánh quan hệ áp lực nước lỗ rỗng với thời gian tại vị trí VT1 88

Hình 4-19 Biểu đồ so sánh quan hệ áp lực nước lỗ rỗng với thời gian tại vị trí VT2 88

Hình 4-20 Biểu đồ so sánh quan hệ áp lực nước lỗ rỗng với thời gian tại vị trí VT3 89

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu xác định gồm 52

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của đất trước thí nghiệm 63

Bảng 3.3: Kết quả độ lún 65

Bảng 3.4: Kết quả áp lực nước lỗ rỗng tại 3 đầu đọc 67

Bảng 3.5: Các chỉ tiêu cơ lý của đất sau thí nghiệm 69

Bảng 4.1: Kết quả áp lực nước lỗ rỗng tại 3 vị trí quan trắc trên hình 4-2 81

Bảng 4.2: Kết quả đo lún mặt và lún sâu tại 4 vị trí trên hình 4-3 84

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta ngày nay đang đòi hỏi xây dựng hàng loạt các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi Để đáp ứng nhu cầu phát triển, hội nhập cũng như giảm nhẹ các ảnh hưởng của thiên tai, biến đổi khí hậu Nhiều công trình xây dựng ở vùng đồng bằng,ven sông biển có đất nền là mềm yếu, đòi hỏi phải được xử lý để đảm bảo điều kiện ổn định và độ bền dưới tác dụng của tải trọng ngoài Đối với một số công trình thuỷ lợi như đê, công trình dưới đê, kè ở ven sông, ven biển các trạm bơm và công trình xử lý nước thì còn yêu cầu chống thấm trong xử lý nền Tuy nhiên trong thời gian gần đây do yêu cầu về mặt tiến độ xử lý nền đất yếu đòi hỏi rất cao về thời gian nên có nhiều phương pháp được đưa vào áp dụng

Hiện nay có một số phương pháp xử lý nền đất yếu như sau: Đào bỏ một phần đất yếu thay thế bằng cát thoát nước tốt; Gia tải trước làm chặt đất đồng thời đẩy nước ra khỏi đất, làm cọc cát trong nền đất; Các giải pháp làm cứng (cứng hoá) đất yếu bằng các phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ; Các biện pháp gia cường nền đất yếu bằng các vật liệu như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, lưới sợi thủy tinh; Phương pháp cố kết đất bằng phương pháp điện thấm Tuy các phương pháp trên đã được áp dụng nhiều trong thực tế nhưng tính hiệu quả chưa cao, thời gian thi công chậm, không kinh tế đặc biệt là với đê biển, mặt cắt ngang lớn và đê rất dài

Trong các phương pháp xử lý thì phương pháp hút chân không được đánh giá hiệu đem lại hiệu quả cao, rút ngắn thời gian thi công, và đặc biệt có thể sử dụng trên một diên tích rông, đem lại hiệu quả kinh tế Phương pháp xử lý cố kết hút chân không đã được áp dụng ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới, ở Việt Nam cũng được đưa vào áp dụng như tại nhà máy điện Cà Mau;nhà máy Polyester Đình Vũ- Hải Phòng; nhà máy điện Nhơn Trạch-Đồng Nai Phương pháp này có những ưu điểm chính như sau:

- Thiết bị thực hiện đơn giản, giá thành rẻ và phổ thông

- Thời gian thực hiện ngắn vỡ theo phương phỏp này nước và khớ được thoỏt

ra khỏi cốt đất nhanh và triệt để

- Cú thể ỏp dụng trờn diện rộng, phự hợp với đờ biển

Vỡ vậy trong luận văn này lựa chọn đề tài:” Nghiờn cứu cụng nghệ cố kết

hỳt chõn khụng trong xử lý nền đất yếu cụng trỡnh PVTEXT Đỡnh Vũ – Hải Phũng”

II Mục tiờu của đề tài

- Làm rừ nguyờn lý, trỡnh tự và phạm vi ứng dụng cụng nghệ cố kết hỳt chõn khụng làm chặt đất nền

- Mục đớch chớnh của việc thớ nghiệm mụ hỡnh là nghiờn cứu quỏ trỡnh diễn biến của ỏp lực nước lỗ rỗng và biến dạng của nền trong quỏ trỡnh cố kết bằng bơm hỳt chõn khụng, ngoài ra cần phải xỏc định cỏc chỉ tiờu cơ lý của mẫu đất sau thớ nghiệm để đỏnh giỏ tớnh hiệu quả của phương phỏp

III Cỏch tiếp cận và phương phỏp nghiờn cứu

1 Cỏch tiếp cận

- Kế thừa cỏc kết quả nghiờn cứu đó cú trờn thế giới và ở trong nước

- Hướng ỏp dụng cho từng đối tượng cụ thể, ở đõy là xử lý nền đất yếu cho cụng trỡnh Pvtext Đỡnh Vũ – Hải Phũng

2 Phương phỏp nghiờn cứu

- Tổng hợp cỏc kết quả nghiờn cứu đó cú

- Sử dụng cơ sở lý thuyết của phương phỏp xử lý nền đất yếu bằng cố kết chõn khụng

- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm tính toán hiện đại Geoslope, phần mềm Sigma/W

- Kiểm tra lại việc tính toán và thí nghiệm thông qua việc so sánh kết quả tìm được của hai phương pháp trên

IV Nội dung luận văn

Lời cám ơn

Mở đầu

Chương I: Tổng quan về xử lý nền đất yếu

Chương II: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết chân không

Chương III: Mô hình vật lý và thiết bị thí nghiệm

Chương IV: Tính toán ứng dụng

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ XỬ Lí NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan về nền đất yếu

Trong những năm gần đây, từ yêu cầu thực tế ở Việt Nam cũng như trên thế giới phải tiến hành xây dựng một số công trình như đê, đường giao thông, cầu, bãi chứa vật liệu, sân bay, bãi đỗ xe trên nền đất trầm tích mềm yếu (công trình trên những vùng đầm lầy, gồm các loại đất bùn, đất sét yếu, đất hữu cơ có tính nén mạnh, chỉ tiêu kháng cắt nhỏ và thoát nước chậm, khó cố kết) và bị hạn chế về thời gian thi công đã thúc đẩy sự phát triển các biện pháp xử lý nền bằng các kỹ thuật mới mà các phương pháp truyền thống không thể giải quyết được Một trong các biện pháp truyền thống hay được áp dụng là nén trước bằng cách chất tải trên mặt nền, tuy nhiên, đối với loại đất nền quá yếu, tốc độ cố kết chậm, trong một số trường hợp yêu cầu chiều cao lớp đất chất tải trên mặt nền lớn, sẽ dẫn đến không đảm bảo yêu cầu

ổn định và mái đắp bị trượt Để khắc phục nhược điểm này, biện pháp nén trước bằng kỹ thuật hút chân trong nền là một giải pháp hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật, với giá thành rẻ hơn, rút ngắn thời gian cố kết, cải thiện sức chịu tải của nền, tăng nhanh tốc độ thi công công trình

Theo định nghĩa được trình bày trong các tiêu chuẩn ngành 22TCN

262-2000 (Bộ GTVT) và TCXD 245:262-2000 (Bộ Xây dựng), nền là đất yếu nếu ở trạng thái

tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống, góc nội

ma sát từ 0o đến 10o, hoặc lực dính từ kết quả cắt nhanh tại hiện trường Cu ≤ 0.35 daN/cm2

Hầu hết các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước, Su, và trị số xuyên tiêu chuẩn, N, như sau:

ư Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2

ư Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N≤ 4

Hiện tượng bất lợi của việc xây dựng công trình trên nền đất yếu là không khống chế được độ lún kéo dài sau khi thi công, dẫn đến hư hỏng hoặc mất ổn định của công trình, như đã từng xẩy ra ở một công trình đường cao tốc Pháp Vân – Cầu Gẽ (Hà Nội), kho cảng Thị Vải (Vũng Tầu), đường dẫn vào cầu vượt Nguyễn Hữu Cảnh, cầu Văn Thánh 2 ( TP Hồ Chí Minh)

Ở nước ta hiện nay, công tác khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu các công trình đắp trên nền đất yếu được thực hiện theo các tiêu chuẩn được ban hành trong thời gần đây như sau:

ư 22TCN 262-2000: Qui trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu do Bộ GTVT ban hành ngày 01/06/2000;

ư 22TCN 248:98: Tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nến đắp trên đất yếu do Bộ GTVT ban hành, có hiệu lực từ ngày 05/09/1998;

ư TCXD 245:2000: Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước do Bộ Xây dựng ban hành ngày 29/06/2000;

ư 22TCN 244-98: Qui trình thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đường do Bộ GTVT ban hành, có hiệu lực từ ngày 04/05/1998;

ư 22TCN 236-97: Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng nền đường trên đất yếu do Bộ GTVT ban hành ngày 17/05/1997; Việc ban hành các tiêu chuẩn trên có tác động tích cực cho việc ứng dụng công nghệ mới trong xử lý nền đất yếu ở nước ta Tuy nhiên, nhiều công trình xử lý nền theo các quy trình vừa nêu vẫn không khắc phục được sự cố, đặc biệt là việc kiểm soát độ lún dư sau khi thi công Với những công trình đắp trên nền đất yếu dày hơn 20m như thường gặp ở TP Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long, độ lún dư sau khi thi công có thể lớn hơn 50cm

Mục đích của việc xử lý nền đất yếu là nhằm nâng cao sức chịu tải, hạn chế độ lún dư và tăng nhanh tốc độ cố kết của nền Một số biện pháp xử lý nền đã và đang

được áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới như :

Đối với đê, đường được đắp trên nền đất yếu, ở Malaysia thường áp dụng các biện pháp xử lý sau (GUE et al., 2002) [10]:

ư Thay đổi hình dạng mặt cắt ngang đê, đường

ư Đào và thay thế lớp đất yếu

ư Chất tải để nén trước trên mặt nền (có hoặc không có ống thu nước đứng)

ư Thi công đất thành nhiều đợt

ư Đắp bằng vật liệu nhựa Polystyrence (SPS)

ư Gia cố bằng vật liệu địa tổng hợp

ư Sử dụng cột đá

ư Sử dụng cọc

Thay đổi hình dạng mặt cắt ngang của đất đắp bằng cách giảm độ nghiêng của mái hoặc đắp thêm tầng phản áp ở chân đê Đào đi và thay thế lớp đất yếu là một biện pháp cổ điển nhưng vẫn là giải pháp hợp lý và thông dụng trong trường hợp lớp

đất yếu không sâu lắm Tại Malaysia, với lớp đất yếu có chiều dày nhỏ hơn 4.5 m thì

đây là một giải pháp thực tế và cã hiệu quả kinh tế Biện pháp nén trước bằng chất tải trên mặt nền tạo ra một áp suất nén cao hơn áp suất thực tế mà nền phải chịu sau khi công trình đã hoàn thành, nhằm giảm độ lún ổn định của nền do tải trọng công trình Phương pháp này thường được kết hợp với các ống thu nước đứng được đặt trong nên nhằm tăng tốc độ thoát nước, giảm thời gian cố kết Vật liệu nhựa Polystyrene có thể áp dụng cho đất đắp ở hai bên trụ cầu để tạo ra sự thay đổi dần về

độ lún kết cấu cứng (cầu) và đất đắp Vải địa tổng hợp dưới dạng lưới hay vải lọc thường được đặt đưới đáy đất đắp để nâng cao sự ổn định của mái đắp, nhưng nói chung nó không giảm được độ lún do cố kết của nền Các cột đá được sử dụng để

tăng sức chịu tải của nền do đó tăng sự ổn đinh của đất đắp Biện pháp này dễ làm xuất hiện hiệu ứng “cây nấm”, tức là phần đất đắp ngay bên trên cột đá sẽ nhô lên như một cái gò Giải pháp dùng cọc khi đắp đất trên nền yếu đôi khi được áp dụng khi việc thi công bị khống chế về thời gian

Ở Ấn Độ (Nand Kishore, 2005) [15], các giải pháp xử lý nền đất yếu thường được

áp dụng là biện pháp nén trước, tiêu nước đứng, cột đá, sử dụng vật liệu địa tổng hợp, cố kết động Các kỹ thuật nén trước gồm có: chất vật liệu trên mặt nền, hạ thấp mực nước ngầm, phương pháp jacking, hút chân không Nén trước bằng cách chất tải trên mặt nền thường được kết hợp với việc sử dụng các ống thu nước theo phương đứng đặt trong nền Có 4 loại vật liệu làm ống tiêu nước theo phương đứng: cát, bấc thấm, giấy bồi, sợi tổng hợp Cố kết động là biện pháp sử dụng khối nặng có trọng lượng từ 10-40 tấn được thả rơi tự do từ độ cao từ 10-40m Biện pháp này làm giảm đáng kể độ rỗng của nền, do đó làm tăng cường độ và sức chịu tải Biện pháp

cố kết động thường được áp dụng cho nền là đất cát không chặt, sét mềm hoặc than bùn

ở Mỹ (Moore and Taber) [14], Các biện pháp xử lý nền sau đây thường được áp dụng:

ư Xử lý bằng vữa đặc (Compaction Grouting)

ư Xử lý bằng đầm nện (Rapid Impact Compaction)

ư Xử lý bằng đầm rung (Vibrocompaction)

ư Cột đá (Stone Column)

ư Thay đổi độ dốc mái đắp (Slope repair)

ư Jacking cơ học (Mechanical jacking)

ư Sử dụng cọc (Underpinning)

ư Phụt vữa (Permeation grouting)

ư Vữa hoá học (Chemical grouting)

ư Khoan phụt hoá chất lỏng vào trong nền (Subsealing)

ư Phương pháp Mudjacking

Tại Châu Âu (Dumas et al., 2003) [9], thường áp dụng các biện pháp xử lý nền như sau:

ư Biện pháp ổn định toàn khối (mass stabilization technique),

ư Cột xi-măng/vôi (Lime/cement columns),

ư Bê tông tự cố kết (Self-compacting concrete, SCC),

ư Cột túi vải địa kỹ thuật (Geotextile-encased columns, GEC),

ư Cọc AuGeoa (AuGeoa Piling), cưa đá (Rock saw),

ư Đầm nện (Rapid Impact compaction),

ư Cọc rung (Vibro-jet sheet pile Driving),

ư Cọc vít (Screw pile), cọc ống thép (Steel pipe piling),

ư Phương pháp cố kết bằng hút chân không

Có thể nói rằng hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nền khác nhau, việc lựa chọn biện pháp nào là tuỳ thuộc vào loại đất nền, đặc điểm công trình, yêu cầu về thời gian thi công, thông qua so sánh kinh tế và khả năng công nghệ

1.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình

* Mục đích của xử lý nền là:

- Làm giảm độ lún của nền

- Làm tăng khả năng chịu tải của nền

- Làm giảm tính thấm của nền

Bất kỳ biện pháp xử lý nào nếu làm tăng được cường độ liên kết giữa các hạt

đất và làm tăng được độ chặt của đất nền thì đều thoả mãn được ba mục đích trên

Hiện nay có rất nhiều phương pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu, nhưng nhìn

chung có thể xếp chung vào một số nhóm phương pháp sau:

1.2.1 Nhóm các phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học

Phương pháp làm chặt đất trên mặt là một phương pháp cổ điển, đó được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp là dùng các thiết bị cơ giới như

xe lu, búa đầm, máy đầm rung, làm chặt đất Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng làm chặt đất gồm: độ ẩm, công đầm, thành phần hạt, thành phần khoáng hoá, nhiệt độ của đất và phương thức tác dụng của tải trọng Để làm chặt đất cần phải xác

định được độ ẩm tốt nhất ứng với giá trị khối lượng thể tích khô lớn nhất

Đầm nén bề mặt là phương pháp đơn giản, có thể áp dụng cho cả công trình đất

đắp mới lẫn nền tự nhiên Khi tác dụng tải trọng lên nền đất, chỉ một phần đất ở độ sâu hạn chế tiếp nhận được ảnh hưởng này Một mặt, ảnh hưởng của tải trọng nhanh chóng tắt dần theo độ sâu, mặt khác tải trọng từ đầm nén là các tác động trong thời gian ngắn Giải pháp đầm nén trực tiếp bề mặt đất do đó được áp dụng chủ yếu trong nền đất nhân tạo (đất đắp mới), không phải là giải pháp thông dụng cho xử lý nền Trong một số trường hợp, hạng mục xây dựng chỉ chiếm diện tích nhỏ trên toàn bộ công trình thì lựa chọn giải pháp đầm nén cục bộ bề mặt là lựa chọn có tính khả thi cần xem xét Có thể nêu một số phương pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học sau

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp được sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới Chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đường kính, khối lượng và chiều cao rơi của vật đầm cũng như tính chất của đất Thông thường, độ chặt của đất tăng lên ở những lớp đất phía trên và giảm đi ở những lớp đất phía dưới

1.2.1.2 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm lăn

*Nội dung phương pháp

Dùng đầm lăn, xe lu để làm chặt đất Phương pháp này thường được sử dụng khi làm đường giao thông Tuỳ thuộc vào trọng lượng xe lu và số lần đầm mà chiều sâu làm chặt đất có thể đạt (0,5ữ0,6)m Khi dùng đầm lăn có mặt nhẵn, do chiều dày lớp đất được đầm nhỏ nên hiệu suất đầm thường thấp, chất lượng đầm không đều

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp được sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới, tận dụng được toàn bộ đất nền thiên nhiên Đối với các công trình đắp bằng đất có quy mô lớn dùng đầm lăn mặt nhẵn là không hiệu quả Đối với các loại đất dính dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu quả cao hơn, chất lượng đầm đều hơn và tạo ra mặt nháp liên kết tốt giữa các lớp đất đầm với nhau Hiện nay, người ta cũng dùng đầm lăn bánh hơi để đầm chặt cả đất dính và đất rời Mức độ đầm chặt phụ thuộc vào số lượt đầm, chiều dày lớp đất đầm, áp suất bánh xe, tải trọng đặt trên

xe, tốc độ di chuyển của xe cũng như độ ẩm và cấu tạo của đất Muốn đất được đầm chặt như nhau ở mọi nơi thì yêu cầu tải trọng đầm phải phân bố đều lên các bánh xe, không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải của đất tại các vị trí đầm

1.2.1.3 Làm chặt đất bằng phương pháp đầm rung

*Nội dung phương pháp

Dùng các chấn động tạo ra các dao động liên tục có tần số cao và biên độ nhỏ, làm cho tính toàn khối của đất bị phá hoại, các hạt cát di chuyển đến lấp những chỗ trống giữa các hạt có kích thước lớn hơn Tác dụng của đầm rung lớn nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng khi mà tần số dao động của máy trùng với tần số dao động của đất đầm

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp làm chặt đất bằng đầm rung chủ yếu dùng để nén chặt đất cát Nếu hàm lượng hạt sét trong đất nhỏ hơn 6% thì hiệu quả nén chặt thường gấp từ 4

đến 5 lần so với các phương pháp đầm nén khác

Chiều dày lớp đất được làm chặt bằng đầm rung thường thay đổi từ 0,3 đến 1,5m đôi khi đến 2,0m

1.2.2 Nhóm các phương pháp làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn

Đối với các loại đất hạt rời (đất cát và đất đắp), khi chiều sâu lớn hơn 1,5m có thể dùng phương pháp chấn động và thuỷ chấn để nén chặt

Phương pháp này hiện nay được ứng dụng ở nhiều nước và có hiệu quả kinh tế

Để nén chặt đất cát ở dưới sâu, người ta thường dùng các loại đầm chuỳ có tần

số (2900ữ3000) vòng/phút Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả nén chặt đất là gia tốc chấn động, độ ẩm của đất, khoảng cách giữa các vị trí đầm, tính đàn hồi của đất và bán kính máy chấn động

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Khi làm chặt đất cát ở độ sâu nhỏ hơn 3,0m thì bán kính làm chặt có thể đạt 1,5m Khi bán kính máy chấn động tăng thì gia tốc chấn động và hệ số nén chặt chấn động cũng tăng lên

1.2.2.2 Phương pháp nén chặt đất bằng thuỷ chấn

Để thi công nén chặt đất bằng phương pháp thuỷ chấn, người ta đóng vào trong

đất những ống thép đường kính (19ữ25)mm và có đầu nhọn, phần ống dưới dài

khoảng (50ữ60)cm, có đục lỗ xung quanh với đường kính (5ữ6)mm Lợi dụng sức nước cao áp để đưa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máy chấn

động làm việc, nén chặt đất từ dưới lên trên, mỗi đoạn làm chặt thường (30ữ40)cm trong khoảng thời gian (40ữ120) giây Sau khi làm chặt được lớp thứ nhất thì lại nâng máy đầm lên làm chặt lớp thứ hai và như vậy lần lượt cho đến khi lên đến mặt

đất

Hình 1-1: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Đối với nền cát nhân tạo có chiều dày cần nén chặt lớn thì người ta dùng

phương pháp thuỷ chấn

1.2.3 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng

Đối với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét nhỏ nên quá trình cố kết của nền ở điều kiện bình thường cần rất nhiều thời gian, trong khi đó, các công trình xây dựng lại đòi hỏi phải thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu Do vậy, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thăng đứng kết hợp với biện pháp gia tải trước để làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

1.2.3.1 Phương pháp gia cố bằng giếng cát

*Nội dung phương pháp

Nguyên lý làm việc của giếng cát là, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, trong

đất sẽ xuất hiện gradient thuỷ lực làm cho nước lỗ rỗng thoát ra theo phương ngang

về phía các thiết bị tiêu nước, sau đó chảy tự do theo phương đứng dọc theo thiết bị

về phía các lớp đất dễ thấm nước Như vậy, việc đặt các giếng cát có tác dụng làm

tăng tốc độ thoát nước của đất và dẫn đến giảm thời gian hoàn thành cố kết

Giếng cát đóng vai trò thoát nước là chính nên gia cố nền bằng giếng cát thường phải đi kèm với biện pháp gia tải để nước thoát ra nhanh

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Giếng cát được sử dụng rộng rãi để tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, làm cho nền có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún, rút ngắn thời gian chờ, thời gian thi công

1.2.3.2 Phương pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD)

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Giống như phương pháp cọc cát, giếng cát, phương pháp bấc thấm hiện nay

được sử dụng rộng rãi trong xử lý nền đất yếu để tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, làm cho nền nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún Tuy nhiên đòi hỏi thiết bị, công nghệ thi công kỹ thuật cao

1.2.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ

*Nội dung phương pháp

Phương pháp này đó được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương

pháp là dùng năng lượng của sóng nổ để nén chặt đất Người ta bố trí các quả mìn dài trong các giếng, phân bố theo mạng lưới tam giác đều và sâu hết chiều dày lớp

đất yếu Phía trên các quả mìn người ta đổ cát thành đống hoặc đặt các thùng đựng cát không đáy Khi mìn nổ, năng lượng được tạo ra sẽ nén đất ra xung quanh, cát sẽ rơi xuống lấp đầy vào giếng vừa được tạo ra Sau đó, người ta tiếp tục đổ thêm cát vào giếng và đầm tới độ chặt yêu cầu

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp đòi hỏi công nghệ thi công kỹ thuật cao, giá thành tương đối cao nên ít được áp dụng để xử lý nền đất yếu

1.2.5 Phương pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm

*Nội dung phương pháp

Trong những năm gần đây, việc kết hợp vải địa kỹ thuật và bấc thấm để xử lý nền đất yếu nhằm tạo ra biên thoát nước theo phương ngang đó được ứng dụng rộng rãi ở nước ta, nhất là trong gia cố nền đường giao thông, thủy lợi Tuỳ theo mục đích

sử dụng, vải địa kỹ thuật có thể được dùng để: Làm chức năng như một mặt phân cách nước, làm chức năng như một vật liệu tiêu thoát nước

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Khi xử lý nền là bùn hoặc than bùn quá yếu cần sử dụng lớp bọc vải địa kỹ thuật nằm dưới đệm cát thoát nước hoặc đất đắp để làm lớp bọc cho lớp lọc thoát nước và hạn chế xáo trộn đất nền làm ảnh hưởng đến khả năng thoát nước và làm tăng sức kháng chống trượt Phương pháp này hiện đang được áp dụng phổ biến trong xử lý nền đất yếu ở Việt Nam

1.2.6 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính như ximăng, vôi, bitum, nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình hóa lý và hóa học (Consolid) diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nền

1.2.6.1 Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi

*Nội dung phương pháp

Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm, làm giảm độ ẩm của đất và đóng vai trò là chất kết dính liên kết các hạt đất Khi tác dụng với nước, vôi chưa tôi có khả năng ngưng kết và đông cứng nhanh trong vòng (5ữ10) phút Khi hydrat hoá, vôi chưa tôi có khả năng hấp phụ một khối lượng nước lớn (từ 32% đến100% khối lượng ban

đầu) nên nhanh chóng làm nền đất khô ráo, dẫn đến đất nền được nén chặt

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Để gia cố nền đất yếu ở dưới sâu, người ta sử dụng cọc vôi hoặc cọc đất-vôi Vôi tác dụng với nước sẽ tăng thể tích nên tiết diện các cọc vôi sẽ tăng lên làm đất xung quanh cọc nén chặt lại Cọc đất-vôi, ngoài tác dụng làm tăng độ chặt của nền còn có độ bền nén, lực dính và góc ma sát trong khá lớn dẫn đến sức chịu tải tổng hợp của khối đất gia cố tăng lên

1.2.6.2 Gia cố nền bằng phương pháp trộn ximăng

*Nội dung phương pháp

Khi trộn ximăng vào đất sẽ xảy ra quá trình kiềm và sau đó là quá trình thứ sinh Quá trình kiềm là quá trình thuỷ phân và hydrat hoá ximăng, được coi là quá trình chủ yếu hình thành nên độ bền của đất gia cố Quá trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớn hydroxyt canxi, làm tăng độ pH của nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thúc đẩy quá trình thứ sinh

*Ưu nhược điểm của phương pháp

ở điều kiện bình thường, các khoáng vật sét có thành phần hoá học chính là các oxit nhôm và silic khá bền vững, khó bị hoà tan, song trong môi trường kiềm có độ

pH cao, chúng dễ bị hoà tan dẫn đến sự phá huỷ các khoáng vật Cỏc oxit nhôm và silic ở dạng hoà tan tạo nên một phần vật liệu gắn kết đông cứng và làm tăng cường

độ của hỗn hợp đất-ximăng Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài Đối với nền đất yếu ven biển xử lý theo phương pháp này là không phù hợp

1.2.6.3 Gia cố nền bằng phương pháp trộn bitum

*Nội dung phương pháp

Bitum là chất kết dính hữu cơ gồm các chất cacbuahydro khác nhau và các chất dẫn suất không kim loại như ôxy, lưu huỳnh và nitơ

Khi trộn bitum vào đất, bitum tác dụng chủ yếu với các hạt sét, còn các hạt bụi

và hạt cát nhờ có bitum mà được dính kết, tích tụ lại dưới dạng ổ hoặc thấu kính với hình dạng và kích thước khác nhau Bitum tác dụng với hạt sét tạo thành hỗn hợp hấp phụ lẫn nhau, có tính đàn hồi, có khả năng gắn chặt các hạt, kết quả là nhận

được vật liệu mới bitum-đất liên kết bởi màng đàn hồi vật chất sét-bitum, ổn định

đối với nước

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp gia cố đất bằng bitum thường được sử dụng gia cố nền đường giao thông có chiều dày gia cố nhỏ

1.2.6.4 Gia cố nền bằng keo polyme tổng hợp

*Nội dung phương pháp

Các chất polyme tổng hợp không có sẵn trong thiên nhiên, nó được tổng hợp từ dầu mỏ, khí đốt, than đá, Phân tử của chúng gồm rất nhiều khâu, nối với nhau bởi liên kết hoá học, tạo nên những chuỗi xích có cấu trúc thẳng, phân nhánh và mạng

ba chiều Keo polyme tổng hợp có tính bám dính cao, thời gian đông cứng nhanh Khi cho keo vào đất, các quá trình hoá lý, vật lý và hoá học phức tạp xảy ra giữa các hạt đất và keo, tạo thành chuỗi xích thẳng đi xuyên qua khối đất

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Keo polyme tổng hợp thường được sử dụng để gia cố nền làm móng hay mặt

đường giao thông với đất không chứa cacbonat và có độ pH nhỏ hơn 7

1.2.7 Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng dung dịch

*Nội dung phương pháp

Phương pháp phụt dung dịch có tác dụng đảm bảo cho nền ổn định về cường

độ khi công trình chịu tải trọng ngang lớn hoặc tạo màng chống thấm phía dưới các công trình thuỷ công, làm giảm tính thấm và áp lực đẩy nổi của nước ngầm vào móng công trình Các dung dịch thường được sử dụng để gia có nền là dung dịch ximăng, dung dịch bitum và dung dịch silicát

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp này đũi hỏi cụng nghệ thi cụng kỹ thuật cao, giá thành công trình cao nên ít được áp dụng phổ biến

1.2.7.1 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch vữa ximăng

*Nội dung phương pháp

Phun vào các lỗ rỗng của đất đá một lượng vữa ximăng cần thiết để sau khi

đông cứng có tác dụng làm giảm tính thấm và tăng sức chịu tải của nền

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi đối với công trình thuỷ lợi, thích hợp với các loại cát, đất sỏi và các nền đá nứt nẻ, đặc biệt hiệu quả khi kích thước khe nứt lớn hơn 0,15mm, tốc độ thấm lớn hơn 0,1cm/s nhưng không vượt quá 0,22cm/s

Hình 1-2: Sơ đồ nền công trình

phụt vữa ximăng

Hình 1-3: Biểu đồ để tra lượng

vữa ximăng trong lỗ phụt

1.2.7.2 Phương pháp gia cố nền bằng dung dịch silicát

*Nội dung phương pháp

Nếu nền đất và nền đá có độ lỗ rỗng và khe nứt nhỏ không thể sử dụng phương pháp phụt vữa ximăng thì người ta dùng phương pháp bơm hoá chất để gia cố Chất

hoá học thường dùng là natri silicát (thuỷ tinh lỏng Na2OnSiO2) và canxi clorua (CaCl2)

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp này sử dụng thích hợp nhất khi nền là:

- Cát khô và bão hoà nước, có hệ số thấm từ (2ữ80) m/ngày đêm;

- Cát nhỏ và cát bụi, có hệ số thấm từ (0,5ữ5) m/ngày đêm;

- Đất hoàng thổ có hệ số thấm từ (0,1ữ2) m/ngày đêm

Trường hợp đất có thấm ướt các loại dầu mỡ, tạp chất của dầu hoả và khi nước ngầm có độ pH lớn hơn 9 thì không được sử dụng phương pháp này

1.2.7.3 Phương pháp gia cố nền bằng nhựa bitum

*Nội dung phương pháp

Phương pháp phụt nhựa bitum lạnh còn gọi là phương pháp dùng nhũ tương bitum để gia cố nền đất cát và đá gốc có khe nứt nhỏ Thường dùng nhũ tương bitum lỏng gồm 65% bitum, 35% nước và chất gây ra nhũ tương Bitum được nấu chảy trong nồi hơi đến nhiệt độ theo yêu cầu, sau đó được bơm vào ống phụt và dưới áp lực phụt, bitum sẽ thấm vào các lỗ rỗng hoặc khe nứt của đất đá

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp này sử dụng thích hợp trên các nền đá dăm, cuội, sỏi hoặc trong nền đá có nhiều khe nứt Hiện nay, trên thế giới người ta thường dùng hai phương pháp phụt nhựa bitum: phụt nhựa bitum nóng và phụt nhựa bitum lạnh Phương pháp phụt nhựa bitum nóng dùng thích hợp trong đá cứng nứt nẻ, hang hốc và trong cuội, sỏi Nhược điểm của phương pháp này là thiết bị thi công cồng kềnh, phức tạp, nhựa bitum sau khi lạnh bị giảm thể tích nên hạn chế trong việc ngăn ngừabiến dạng

5 3

4

220V 12V

2 1

1 thiết bị làm nóng (lanh) bitum; 2 bơm; 3 lỗ khoan; 4 ống phụt; 5 ống bọc lỗ khoan; 6 chất nhét kín bằng ximăng; 7 biến thế điện; 8 dây điện

Hình 1-4: Sơ đồ thiết bị thi công phụt nhựa bitum

1.2.8 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu

1.2.8.1 Gia cố nền bằng phương pháp điện thấm

*Nội dung phương pháp

Cách tiến hành của phương pháp này là cắm vào trong đất dính bão hoà nước hai điện cực, cực dương là thanh kim loại, cực âm là ống kim loại có nhiều lỗ nhỏ Sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua, các hạt đất sẽ chuyển dịch về phía cực dương, còn nước trong đất sẽ chuyển dịch về phía cực âm Bố trí thiết bị hút nước tại cực âm thì lượng nước sẽ thoát ra đáng kể, làm tăng nhanh tốc độ cố kết, hạ thấp mực nước ngầm

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Nếu đất có chứa muối và độ dẫn điện đơn vị lớn thì phương pháp này không kinh tế, công nghệ thi công phức tạp nên ít được sử dụng

B ơ m h ú t n ư ớ c

5 3

1

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí các điện cực:

1 cực âm; 2 cực dương; 3 phần cực âm có đục lỗ; 4 mốc đo; 5 khối đất nén chặt; 6 ống dẫn nước; 7 nguồn điện một chiều có điện thế 120V-220V 1.2.8.2 Gia cố nền bằng phương pháp điện hoá học

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Nếu đất có hàm lượng muối lớn thì hiệu quả của phương pháp này sẽ cao Tuy nhiên đòi hỏi công nghệ thi công kỹ thuật cao nên ít được áp dụng

1.2.8.3 Gia cố nền bằng phương pháp nhiệt

*Nội dung phương pháp

Dùng nhiệt độ cao để gia cố đất bằng cách:

- Phụt qua lỗ khoan vào trong đất không khí nóng có nhiệt độ từ (600ữ800)0C

- Đưa nhiên liệu cháy vào trong đất qua lỗ khoan và đốt ở nhiệt

độ(1000ữ1100)0C

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Giống như phương pháp điện thấm và phương pháp điện hoá học phương pháp nhiệt yêu cầu thiết bị và công nghệ thi công phức tạp, chi phí lớn nên ít được ứng dụng vào thực tế

2 1

1 máy nén; 2 máy phụt; 3 bơm để chuyển khí nóng vào lỗ khoan;

4 đường ống dẫn khí; 5 bể chứa chất cháy lỏng; 6 thiết bị lọc Hình 1-6: Sơ đồ bố trí thiết bị gia cường đất bằng nhiệt

1.2.9 Nhóm các phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc đất-vôi, cọc

đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi

1.2.9.1 Phương pháp gia cố bằng cọc cát

*Nội dung phương pháp

Mục đích của phương pháp này là đưa một lượng cát vào nền đất nhằm cải tạo

đất nền, nâng cao sức chịu tải của nền, giảm độ lún công trình Hiệu quả của việc nén chặt phụ thuộc vào thể tích cát được đưa vào nền, nghĩa là phụ thuộc vào số lượng, đường kính, khoảng cách cũng như hình dạng bố trí cọc

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Kết quả khi áp dụng cho một số công trình cho thấy nếu bố trí hợp lý thì thời gian lún rút ngắn từ 20 năm xuống còn 1 năm, sức kháng cắt của đất tăng lên khoảng hai lần, sức chịu tải của đất tăng lên từ hai đến ba lần

Nhược điểm của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát là: Tuỳ theo cấu trúc nền và độ sâu gia cố mà cọc cát có thể bị phá hoại theo các dạng khác nhau như: phình ra hai bên, cọc bị cắt hay bị trượt Khi mực nước ngầm trong nền dao

động mạnh thì dưới áp lực của dòng thấm, cọc cát có thể bị gãy, trượt, các hạt cát di chuyển vào trong nền hoặc đi nơi khác làm rỗng chân cọc và thường sau một thời gian như vậy thì khả năng làm chặt đất của cọc cát bị giảm, cọc bị phá hoại dẫn đến khả năng chịu tải của đất nền bị giảm đi đáng kể

1.2.9.2 Phương pháp gia cố bằng cọc đất-vôi, đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi

*Nội dung phương pháp

Nguyên lý của phương pháp dùng cọc đất-vôi, đất-ximăng, cát-ximăng là dựa vào nguyên lý cọc cát tức là quá trình nén chặt cơ học Ngoài ra, còn có tác dụng làm tăng nhanh quá trình cố kết do vôi, ximăng hút nước làm tổn thất một lượng lớn nước chứa trong đất, gia tăng cường độ của cọc gia cố và sức kháng cắt của đất nền

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Cọc đất-vôi và đất-ximăng tuy có khả năng cải tạo đất nền tương đối tốt và tạo

ra được cọc hỗn hợp có cường độ chịu tải cao hơn đất xung quanh cọc, nhưng do hàm lượng vôi và ximăng đưa vào nền không lớn nên không có tác dụng nén chặt vùng đất xung quanh cọc

1.2.10 Bệ phản áp

*Nội dung phương pháp

Nội dung của phương pháp xử lý này là dựng các vật liệu địa phương như đất,

đá, cát đắp ở hai bên công trình để chống trượt do sự phát triển của vùng biến dạng dẻo gây ra

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Bệ phản áp là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả khi xây dựng các nền đường, đê, đập, khi có điều kiện về không gian đất sử dụng Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chống thấm nước trên vùng đất yếu So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất bằng nhau sẽ có lợi hơn

do giảm được momen của các lực trượt nhờ tập trung tải trọng ở chân taluy

Tuy nhiên muốn cho bệ phản áp phát huy được hiệu quả để có thể xây dựng

nền đắp một giại đoạn thì thể tích của nó phải rất lớn Nếu chiều dày lớp đất yếu lớn hoặc trong lớp đất yếu xuất hiện nước có áp lực cao thì việc áp dụng biện pháp này

sẽ bị hạn chế Vì vậy phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ và phạm vi đắp đất không bị hạn chế

1.2.11 Tăng hệ số mái

*Nội dung phương pháp

Trong thiết kế để đảm bảo an toàn cho công trình, cần phải tính toán, kiểm tra ổn định cho công trình trong mọi điều kiện làm việc Hệ số mái đê được xác định thông qua tính toán, kiểm tra ổn định chống trượt của mái đê với các trường hợp khác nhau

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Biện pháp tăng hệ số mái là một trong những biện pháp xử lý được áp dụng khi vật liệu đất đắp tại chỗ sẵn có, mặt bằng hay nền công trình đủ lớn để có thể mở rộng chân công trình

1.2.12 Phương pháp nén trước

Đối với nền đất có tính nén lớn và biến dạng không đồng đều vượt quá giới hạn cho phép, đồng thời biến dạng lại xảy ra trong một thời gian dài, thỡ để đảm bảo cho công trỡnh cú thể sử dụng được ngay sau khi thi công, người ta có thể chọn biện pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh

*Nội dung phương pháp

Trước khi xây dựng công trình dùng các loại vật liệu (cát, sỏi, gạch, đá v.v) chất

đống lên mặt đất trong phạm vi xây dựng móng để gây ra một áp lực nén (gọi là nén

áp lực nén trước) tác dụng lên mặt nền làm cho đá nền bị lún do đó đất được chặt lại Khi đất nền đạt độ chặt yêu cầu, người ta dỡ áp lực nén trước rồi tiến hành xây dựng công trình Lúc này nền công trình vừa có cường độ đạt yêu cầu vừa có tính nén lún nhỏ

Như vậy, phương pháp nén trước đó dựa trên quy luật giảm tính nén lún của đất dưới tác dụng của tải trọng

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Phương pháp thường được dùng đối với đất sét và sét pha cát ở trạng thái chảy hoặc cát nhỏ, cát bụi ở trạng thỏi bão hoà nước, phạm vi nền không lớn

Lớp gia tải được thi công theo từng lớp, thời gian và độ dày của mỗi lớp phải

đảm bảo để nền đất luôn trong điều kiện ổn định

Khi thi công gia tải cần phải có biện pháp tạo đường thoát thuận tiện cho nước

lỗ rỗng thoát lên từ nền đất yếu, nước được ép và đẩy ra ngoài phạm vi nền đắp Phải đặt các mốc đo rồi tiến hành quan trắc độ lún, độ chuyển vị ngang và áp lực nước trong lỗ rỗng

Công tác dỡ tải được tiến hành theo từng lớp sau khi hết thời gian gia tải và độ lún của nền đất đạt được tương ứng với độ lún thiết kế

1.2.13 Phương pháp cố kết chân không

*Giới thiệu

Kỹ thuật xử lý nền đất yếu bằng cố kết hút chân không là phương pháp được cải tiến từ phương pháp tiêu nước đứng kết hợp với gia tải trước bằng cách hút chân không trong các ống tiêu nước theo phương thẳng đứng bằng nhựa tổng hợp chế tạo sẵn Trước đây, người ta thường sử dụng các kiểu tiêu nước đứng khác nhau như: giếng cát, cọc cát chặt, ống tiêu nước bằng nhựa tổng hợp chế tạo sẵn, cọc sỏi Do cọc cát, cọc sỏi thường dễ bị hư hỏng do chuyển vị ngang, nên người ta thường dùng ống tiêu nước bằng nhựa tổng hợp chế tạo sẵn (PVD) ống tiêu nước đứng (PVD)

được cấu tạo bao gồm một lõi bằng nhựa có rãnh thoát nước chạy dọc theo lõi được bảo vệ bởi lớp lọc bằng sợi

Để lắp đặt các ống tiêu nước đứng (PVD) trong nền, người ta có thể dùng phương pháp tĩnh hoặc động lực Đối với phương pháp tĩnh, ống PVD được ấn xuống nền bằng cách tác dụng một lực tĩnh Đối với phương pháp động, ống PVD

được lắp đặt trong nền bằng cách đóng búa hoặc búa rung Phương pháp lắp đặt ống PVD bằng phương pháp nén tĩnh thường được được áp dụng hơn, bởi vì phương pháp dùng búa đóng hoặc rung có thể gây ra những xáo trộn của đất nền ở xung

quanh ống Quá trình lắp đặt ống xuống nền ít nhiều đều tạo ra một vùng đất xung quanh ống bị xáo trộn, vùng đất này được gọi là vùng “nhão”.Trong vùng nhão này,

hệ số thấm của đất giảm do đó nó làm giảm tốc độ cố kết của đất nền

Phương pháp cố kết hút chân không đã được sử dụng rộng rãi nhiều nước trên thế giới Phương pháp nén trước bằng cách tạo chân không trong các ống PVD lần đầu tiên được giới thiệu tại Thuỵ Điển bởi Kjellman (1952) với ống tiêu nước được làm bằng bìa các-tông cứng bên trong có bấc thấm Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi nhằm gia tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu, như nền các công trình sân bay quốc tế Philadelphia (Mỹ) và cảng Tianjin (Trung Quốc) (Holtan, 1965 and Yan and Chu,2003) Tại Việt Nam cũng được đưa vào áp dụng như tại nhà máy điện

Cà Mau, nhà máy Polyester Đình Vũ- Hải Phòng; nhà máy điện Nhơn Trạch-Đồng Nai…

*Nội dung phương pháp

Khi cần gia cố vị trí nền nào đó trước hết tạo một thảm cát dày khoảng (60ữ80)cm trên nền đất bão hoà để tạo mặt bằng làm việc sau đó thực hiện theo trình tự sau:

- Cắm bấc thấm (PVD) có đường kính tương đương khoảng 5cm, bấc thấm này

đóng vai trò là giếng giảm áp

- Lắp đặt hệ thống tiêu nước ngang ở khoảng cách gần nhau tại đáy của thảm cát và có dùng công nghệ la de đặc biệt để kiểm tra duy trỡ chúng theo phương ngang

- Các thiết bị tiêu nước ngang theo hướng dọc và theo hướng ngang lại được nối với nhau

- Đào một con mương xung quanh vùng gia cố nền với chiều sâu trung bình khoảng 50cm bên dưới mực nước ngầm và cho đầy vữa Bentonite để làm kín chỗ giáp nối giữa đất nền và lớp màng phủ bên trên

- Các mối nối ngang được nối ra cạnh của ngoài của mương, các nối ngang này được đấu nối với các bấc thấm trong nền để giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền khi tạo chân không sau này

- Phủ lớp vải bạt kín hay màng nhựa lên toàn bộ bề mặt của nền cần gia cố, các mép màng nhựa được nối với mương đó đổ đầy Bentonite với mục đích làm kín Chú ý các mối nối giữa các tấm màng nhựa phải kín Sau khi các mép màng nhựa nối với mép kênh ở biên đó kín, người ta lấp tuyến kênh này đồng thời cho ngập nước để tăng thêm độ kín của màng phủ

- Các máy bơm chân không được nối với các đầu bấc thấm, trạm bơm chân không được thiết kế với loại máy bơm chân không chỉ cho phép hút khí và cả loại máy bơm hút cả nước và khí

*Ưu nhược điểm của phương pháp

Thực tế cho thấy mỗi giải pháp đều có ưu và nhược điểm Trong đó, theo tổng kết hiện nay giải pháp sử dụng phương pháp cố kết hút chân không là một giải pháp cho hiệu quả cao trong xử lý nền yếu cho xây dựng công trình dân dụng, giao thông

và thủy lợi bởi nó có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp nêu trên như thiết

bị thực hiện đơn giản, giá thành rẻ và phổ thông, thời gian thực hiện ngắn và theo phương pháp này nước và khí được thoát ra khỏi cốt đất nhanh và triệt để, có thể áp dụng trên diện rộng đặc biệt là phù hợp với đê biển

1.3 Kết luận

Khi xây dựng các công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu, điều cần thiết

là phải kiểm tra khả năng chịu tải và độ lún của nó

Đặc điểm của những loại đất yếu là khả năng chịu tải kém và khả năng biến dạng lớn Đối với những loại đất này, góc ma sát trong j = (4ữ8)0, lực dính đơn vị

được ứng dụng nhiều trong thực tế, tuy nhiên thời gian gần đây công nghệ cố kết hút chân không để làm chặt nền đất yếu được ứng dụng thành công ở các nước tiên tiến

và Việt Nam lần đầu tiên ứng dụng thành công tại nhà máy điện Cà Mau bởi phương

pháp này có những ưu điểm hơn so với các phương pháp khác như đã nêu trên Vì

vậy, trong nội dung luận văn nghiên cứu chọn giải pháp xử lý nền đất yếu bằng công nghệ cố kết hút chân không

Chương 2 cơ sở lý thuyết của phương pháp

xử lý nền đất yếu bằng cố kết chân không 2.1 Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không

Cố kết chân không là một phương pháp hiệu quả để gia cố nền đất yếu bão hoà nước Khi cần gia cố vị trí nền nào đó, người ta dùng một lớp vải bạt hay màng nhựa phủ kín vùng đó không cho không khí lọt vào và tạo chân không ở bên dưới lớp màng này Để tạo chân không người ta dùng hệ thống ống hút và bơm chân không Công nghệ này có thể tạo ra một tải trọng nén trước tương đương với một khối đắp nén trước cao khoảng (4ữ5)m

Thay vì gia tăng ứng suất trong khối đất bằng cách tăng ứng suất tổng theo phương pháp chất tải thông thường, phương pháp cố kết chân không tạo ra tải trọng nén trước bằng cách giảm áp lực nước lỗ rỗng trong khi vẫn giữ nguyên ứng suất tổng

2.1.1 Các bước tiến hành gia cố hút chân không

1 Tạo một thảm cát dày khoảng (60ữ80)cm trên nền đất bão hoà để tạo mặt bằng làm việc

2 Cắm bấc thấm (PVD) có đường kính tương đương khoảng 5cm, bấc thấm này

đóng vai trò là giếng giảm áp

3 Lắp đặt hệ thống tiêu nước ngang ở khoảng cách gần nhau tại đáy của thảm cát và có dùng công nghệ la de đặc biệt để kiểm tra duy trì chúng theo phương ngang

4 Các thiết bị tiêu nước ngang theo hướng dọc và theo hướng ngang lại được nối với nhau

5 Đào một con mương xung quanh vùng gia cố nền với chiều sâu trung bình khoảng 50cm bên dưới mực nước ngầm và cho đầy vữa Bentonite để làm kín chỗ giáp nối giữa đất nền và lớp màng phủ bên trên

6 Các mối nối ngang được nối ra cạnh của ngoài của mương, các nối ngang này