Nghiên cứu giải pháp xử lý nền zone 1 nhà máy nhiệt điện sông hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải

Phạm Quang Tú, cùng sự giúp đỡ của các Chuyên gia và Kỹ sư thực hiện dự án, Sau 6 tháng tiến hành, tác giả đã hoàn thành Luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền z

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN PHÚ CƯỜNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ZONE 1

KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN PHÚ CƯỜNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ZONE 1

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 BẰNG BẤC THẤM

KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHẠM QUANG TÚ

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Chữ ký

Trần Phú Cường

LỜI CẢM ƠN

Được sự hướng dẫn tận tình của TS Phạm Quang Tú, cùng sự giúp đỡ của các Chuyên gia và Kỹ sư thực hiện dự án, Sau 6 tháng tiến hành, tác giả đã hoàn thành Luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền zone 1- Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải” theo đúng yêu cầu và kế hoạch được giao

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa sau đại học, các thầy cô Bộ môn Địa kỹ thuật đã hết lòng giảng dạy nhiệt tình giúp đỡ trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn này

Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã cố gắng nghiên cứu, vận dụng kiến thức đã học, tham khảo các tài liệu liên quan, các quy trình, quy phạm hiện hành học hỏi những kinh nghiệm quý báu của Nhiều Giáo Sư, Tiến sĩ của Trường Đại học Thủy Lợi hướng dẫn để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao Tuy nhiên do kiến thức chưa vững, kinh nghiệm của bản thân còn ít nên việc vận dụng kiến thức tính toán một công trình

cụ thể còn hạn chế và không tránh khỏi những sai sót Kính mong các Giảng viên tận tình chỉ bảo, bổ sung những kiến thức cần thiết

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Quang Tú – Người đã rất tận tình trực tiếp chỉ bảo, đôn đốc, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn, cùng toàn thể giảng viên trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, những người đã truyền đạt kiến thức chuyên môn và thực tế cho em Đồng thời em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè luôn ủng hộ giúp đỡ em trong quá trình em làm Luận văn tốt nghiệp

M ỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Kết quả đạt được 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 4

1.1 Tổng quan về đất yếu 4

1.1.1 Khái niệm về đất yếu 4

1.1.2 Các loại đất yếu thường gặp và đặc điểm của chúng 4

1.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu 8

1.2.1 Nhóm giải pháp cơ học 8

1.2.2 Nhóm giải pháp vật lí ( thoát nước) 15

1.2.3 Nhóm các giải pháp hóa học 18

1.3 Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI 22

2.1 Nguyên lý tính toán 22

2.1.1 Kiểm tra sức chịu tải của nền: 22

2.1.2 Kiểm tra tính ổn định của mái dốc nền đắp: 22

2.1.3 Kiểm tra lún (biến dạng) của nền: 23

2.2 Thiết kế bấc thấm và xác định độ cố kết của nền 25

2.2.1 Dự báo tốc độ lún trong giai đoạn khai thác 26

2.2.2 Quan trắc trong quá trình thi công 27

2.3 Kết luận chương 2 30

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VỚI GIA TẢI TRƯỚC 32

3.1 Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 32

3.1.1 Quy mô công suất nhà máy 32

3.1.2 Vị trí nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1 32

3.2 Nội dung thiết kế 33

3.2.1 Yêu cầu phải xử lý nền và phạm vi xử lý nền 34

3.2.2 Xác định tải trọng tính toán 35

3.2.3 Điều kiện địa chất đặt trưng 37

3.2.4 Kiểm tra độ ổn định của nền 38

3.2.5 Tính toán độ lún cố kết của đất nền 40

3.2.6 Tính toán độ lún theo thời gian khi có xử lý nền bằng bấc thấm 42

3.2.7 Ứng dụng Mô hình GEO SLOPE tính toán thiết kế bấc thấm 54

3.2.8 Kết quả tính toán xuất từ mô hình 54

3.3 Kết luận chương 3 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH M ỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Thi công cọc cát bằng cách hạ ống thép 9

Hình 1.2 Quy trình thi công cọc đá dăm 10

Hình 1.3 Sơ đồ bố trí đệm cát 11

Hình 1.4 Robot ép cọc 13

Hình 1.5 Công tác khoan đào đất và hạ lồng thép 14

Hình 1.6 Cấu tạo bấc thấm 15

Hình 1.7 Thi công bấc thấm 16

Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động giếng Cát 17

Hình 1.9 Thi công giếng Cát 18

Hình 1.10 thi công cọc ximăng đất 19

Hình 1.11 Sơ họa công nghệ Jet- Grouting 20

Hình 2.1 Mô hình bài toán ổn định 23

Hình 3.1 Bản đồ vị trí nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 33

Hình 3.3 Biểu đồ gia tải theo giai đoạn thi công 37

Hình 3.4 Kết quả tính ổn định khi đắp và gia tải 39

Hình 3.5 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA1 44

Hình 3.6 Biểu đồ độ lún trong quá trình hút chân không và gia tải PA1 46

Hình 3.7 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2 48

Hình 3.8 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2 49

Hình 3.9 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3 52

Hình 3.10 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3 53

Hình 3.11 Mô hình khi cắm bấc thấm 54

Hình 3.12 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y 55

Hình 3.12 Biểu đồ lún theo thời gian theo phương Y 55

Hình 3.13 Kết quả chuyển vị thời gian hút chân không 120 ngày 56

Hình 3.14 Kết quả chuyển vị thời gian hút chân không từ 1 đến 120 ngày 56

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Tọa độ các điểm khống chế và diện tích tương ứng của Zone 1 34

Hình 3.2 Vị trí nhà máy chính 35

Bảng 3.2 Tải trọng tính toán trong trường hợp không có xử lý nền 36

Bảng 3.3 Tải trọng tính toán trong giai đoạn khai thác 36

Bảng 3.4: Tải trọng tính toán trong giai đoạn bơm hút chân không kết hợp với gia tải trước 37

Bảng 3.5 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 được lựa chọn đưa vào tính toán 38

Bảng 3.6 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 (tiếp theo) 38

Bảng 3.7 Bảng tính lún khi chưa xử lý nền 40

Bảng 3.8 Bảng tính lún trong quá trình xử lý nền 41

Bảng 3.9 Bảng tính lún trong quá trình khai thác 42

Bảng 3.10 Các tham số bấc thấm phương án 1 43

Bảng 3.11 Các tham số thoát nước phương án 1 43

Bảng 3.12 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm – PA1 44 Bảng 3.13 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA1 45

Bảng 3.14 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA1 45

Bảng 3.15 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA1 46

Bảng 3.16 Các tham số của bấc thấm PA2 46

Bảng 3.17 Các tham số thoát nước của bấc thấm PA2 47

Bảng 3.18 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm PA2 47

Bảng 3.19 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA2 48

Bảng 3.20 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA2 48

Bảng 3.21 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA2 49

Bảng 3.22 Các tham số bấc thấm PA3 50

Bảng 3.23 Các tham số thoát nước của bấc thấm PA3 50

Bảng 3.24 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm PA3 51

Bảng 3.25 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA3 51

Bảng 3.26 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA3 52

M Ở ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, các nhà máy công nghiệp, các khu công nghiệp tập trung, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới đang được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn Nền móng của các công trình xây dựng công trình chính, công trình phụ, đường sá, đê điều, đập chắn nước .trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như: sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông nói chung và đồng bằng sông Cửu long nói riêng Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề bức thiết

và quan trọng hàng đầu trong ngành Xây dựng hiện đại Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Một số các phương pháp như: gia tải trước, tầng đệm cát, gia cố nền đường, bệ phản

áp, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia cố nền đất, nền đất bằng vật liệu nhẹ); thay bằng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều dày lớp bùn không sâu); thoát nước cố kết (bấc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm, dự ép chân không, chân không chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức tạp (hạ cọc bê tông, hạ cọc bằng chấn động, cọc xi măng đất, cọc đất - vôi - xi măng, cọc bê tông có lẫn bột than); cọc cứng (cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre

Hiện nay có 2 phương pháp cố kết trước được dùng và phổ biến hơn cả đó là: Phương pháp gia tải trước truyền thống, Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm còn mới áp dụng kỹ thuật cao

Từ những phân tích nêu trên, xuất phát từ nhu cầu thực tế, việc nghiên cứu giải pháp

xử lý nền zone 1- Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải là cần thiết, đáp ứng được các yêu cầu của thực tế đặt ra

Đánh giá khả năng áp dụng giải pháp bấc thấm kết hợp hút chân không gia tải và để xử

lý nền cho Zone 1, nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1

Ứng dụng nghiên cứu cho Zone 1, nhà máy xử lý khí Sông Hậu 1

3 Nội dung nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thực tế tại một số công trình đã xây dựng ở trong nước;

Tập hợp, phân tích ý kiến của các chuyên gia;

Kế thừa các nghiên cứu trong và ngoài nước trong thiết kế xử lý nền đất yếu cho các công trình xây dựng;

Nghiên cứu lý thuyết trong thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải và hút chân không;

6 Kết quả đạt được

Có được kết quả khảo sát địa chất và điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 cũng như các vấn đề phát sinh khi xây dựng công trình;

Nắm vững lý thuyết, tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải

và hút chân không, dùng excel tính toán chi tiết có thể áp dụng vào thực tiển cho các công trình khác

So sánh các giải pháp xử lý nền từ đó lựa chọn để tìm được giải pháp xử lý nền phù hợp cho phạm vi dự kiến xây dựng nhà máy chính của nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1;

Sử dụng mô hình bằng phần mềm GEO LOPE để mô phỏng bài toán ổn định để đề tài thêm phong phú và thuyết phục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ

N ỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

1.1 Tổng quan về đất yếu

Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ vào khoảng 0,5 - 1,0 kg/cm2 ít khi lơn hơn, tính nén lún mạnh, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (thường thì Eo < 50 kg/cm2) lực chống cắt nhỏ, Nếu không có biện pháp

xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được

Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vùng vịnh hoặc biển Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, nước,

lũ bùn đá, do con người gây ra Nguồn gốc vũng, vịnh có thể ở cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu vực nước nông (không quá 200m), khu vực thềm lục địa (200 - 3000m) hoặc khu vực biển sâu (trên 3000m)

Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện vật lý và khí hậu, mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, các hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa,

Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước Loại đất này có những tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có các tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếu nói chung Nguồn gốc địa chất của đất sét yếu thuộc đời cận đại, vì chúng mới hình thành vào khoảng 20.000 năm nay Các hạt tạo thành đất sét được phong hóa từ đá mẹ,

có tính chất thay đổi theo tính chất của đá mẹ, điều kiện khí hậu, sự vận chuyển và trầm lắng Sau sự vận chuyển của sông ngòi, việc hình thành các hạt sét chỉ có thể xảy

ra trong các môi trường trầm tích yên tĩnh Tùy theo môi trường trầm tích khác nhau

mà có thể có các loại đất sét khác nhau

- Thường là đất sét có lẫn hữu cơ (nhiều hoặc ít)

- Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ

- Độ thấm nước rất nhỏ

- Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn

Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn và than bùn Ngoài ra ở một số vùng còn gặp loại đất có ít nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất bazan ở Tây Nguyên và thỉnh thoảng còn gặp các loại cát chảy là những loại đất yếu có những đặc điểm riêng biệt

1.1.2.1 Đất sét mềm

Theo quan điểm địa kỹ thuật thì không có sự phân biệt rõ ràng giữa đất sét mềm và bùn Tuy nhiên ở đây ta hiểu đất sét mềm là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, bão hòa nước và có cường độ cao so với bùn Đất sét mềm có những đặc điểm riêng biệt nhưng cũng có nhiều tính chất chung của các đất đá thuộc loại sét, đó là sản phẩm của giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét

Đất sét gồm chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, felspar (phần phân tán thô) và các khoáng vật sét (phần phân tán mịn) Các khoáng vật sét này là các silicate alumin có thể chứa các ion Mg2+

, K+, Ca, và Fe chia thành ba loại chính là ilite, kaolinite và montmorlonite Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó Ilite là một khoáng vật đại biểu của nhóm hydromica Hydromica được thành tạo chủ yếu là ở môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung bình và axit yếu, luôn chứa khá nhiều kali trong dung dịch Về cấu tạo mạng tinh thể, ilite chiếm vị trí trung gian giữa kaolinite

và montmorilonite

Kaolinite được thành tạo do phong hóa đá magma, đá biến chất và đá trầm tích trong điều kiện khí hậu ẩm khác nhau Đặc điểm của mạng tinh thể kaolinite là tương đối bền, ổn định

Montmorilonite phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm, cấu tạo mạng tinh thể gần giống như kaolinit nhưng kém bền vững, nước dễ xuyên vào gây trương nở mạnh

Montmorilonite được thành tạo chủ yếu trong quá trình phong hóa đất magma trong điều kiện môi trường kiềm (pH= 7 – 8,5), khí hậu khô, ôn hòa và ẩm Montmorilonite cũng có thể phát sinh ở biển trong điều kiện môi trường kiềm

Các khoáng vật sét là dấu hiệu biểu thị các điều kiện môi trường mà nó thành tạo và có ảnh hưởng quyết định đến các tính chất cơ – lý của đất sét Vì vậy, khi đánh giá đất sét

về mặt địa chất công trình cần nghiên cứu thành phần khoáng vật sét (phần phân tán mịn) của nó Trong trường hợp chung, đất sét là một hệ phân tán ba pha (hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi), tuy nhiên do đất sét yếu thường bão hòa nước nên nó xem là một

hệ hai pha cốt đất và nước lỗ rỗng

Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét mang những tính chất mà những loại đất khác không có: Tính dẻo và sự tồn tại của gradient ban đầu, khả năng hấp thụ, tính chất lưu biến, từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về cường độ, tính biến dạng

Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét mềm là tính dẻo Nhân tố chủ yếu chi phối độ dẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0,002 mm

và hoạt tính của chúng đối với nước

Trong thực tế xây dựng thường dùng các giới hạn Atterberg để đánh giá độ dẻo của đất loại sét Theo cách phân loại đó thì đất sét mềm có độ sệt từ dẻo chảy đến chảy Một trong những tính chất quan trọng nữa của đất sét là độ bền cấu trúc (hay cường độ kết cấu) của chúng Nếu tải trọng truyền lên đất nhỏ hơn trị số cường độ kết cấu thì biến dạng rất nhỏ, có thể bỏ qua, còn khi vượt quá cường độ kết cấu thì đường cong quan

hệ giữa hệ số rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc lớn Trị số cường độ kết cấucủa đất sét mềm vào khoảng 0,2 – 0,3 daN/cm2

Tính chất lưu biến cũng là một tính chất quan trọng của đất sét yếu Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt Chúng có tính từ biến và có khả năng thay đổi độ bền khi chịu tác dụng lâu dài của tải trọng Khả năng đó gọi là tính lưu biến Trong tính chất lưu biến của đất sét còn có biểu hiện giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi,

2,7183 lần gọi là chu kỳ chùng ứng suất Ở đất sét yếu chu kỳ chùng ứng suất thường rất ngắn

Hiện tượng hấp thụ là khả năng đất sét yếu hút từ môi trường chung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau (cứng, lỏng, hơi), những ion phân tử và các hạt keo Người ta dùng nó để giải thích nhiều hiện tượng và tính chất đặc biệt của đất sét

1.1.2.2 Bùn

Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc trong môi trường nước biển, gồm các hạt rất mịn (nhỏ hơn 200µm) với

tỷ lệ phần trăm các hạt < 2µm cao, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu

tổ ong Tỷ lệ phần trăm các chất hữu cơ nói chung dưới 10%

Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy biển, vũng, vịnh, hồ hoặc các bãi bồi của sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy triều Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực Theo quy phạm Liên Xô SNIP II – 1,62 thì bùn là trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quy trình hình thành đất đá loại sét, được thành tạo trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật Độ ẩm của bùn luôn cao hơn giới hạn chảy, còn hệ số rỗng e > 1 (với á cát và á sét) và e > 1,5 (với sét)

Trong thành phần hạt, bùn có thể là á cát, á sét, sét và cũng có thể là cát mịn và đều có chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đôi khi đến 10 – 12%), càng xuống sâu hàm lượng này càng giảm

Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn (bùn có đặc tính là nén chặt không hạn chế kèm theo sự thoát nước tự do), môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1 – 5 daN/cm2

(với bùn sét) và 10 – 25 daN/cm2(với bùn á sét, bùn á cát), còn hệ số nén lún thì có thể đạt tới 2 – 3 cm2/daN Như vậy, bùn là những trầm tích nén chưa chặt và dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện được sau khi áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt

1.1.2.3 Than bùn

Than bùn là đất yếu nguồn gốc hữu cơ, được thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ (chủ yếu là thực vật) tại các đầm lầy Than bùn có dung trọng khô rất thấp (3 –

9 kN/m3), hàm lượng hữu cơ chiếm 20 – 80%, thường có màu đen hoặc màu nâu sẫm, cấu trúc không mịn, còn thấy tàn dư thực vật

Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình 85 – 95% và có thể đạt hàng trăm phần trăm Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất,

hệ số nén lún có thể đạt 3 – 8 – 10cm2/daN, vì thế phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40 – 50cm Than bùn thường được phân loại theo địa chất công trình và theo tính chất cơ – lý của đất

1.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu

1.2.1 Nhóm giải pháp cơ học

Nhóm giải pháp cơ học được sử dụng rất phổ biến trong việc xử lí, gia cố nền đất yếu bởi tính hiệu quả rõ rệt mà nó mang lại trong việc ổn định nền về trượt cũng như biến dạng Sau đây là một số giải pháp tiêu biểu

1.2.1.1 Cọc cát

chỗ mà đất xung quanh dọc theo chiều dài cọc được lèn chặt lại

Hình 1.1 Thi công cọc cát bằng cách hạ ống thép

• Cọc cát làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm và góc ma sát trong tăng lên

Vì đất nền được nén chặt lại do đó sức chịu tải của nền tăng lên, biến dạng và sự chênh lệch biến dạng của nền công trình gảm đi đáng kể

• Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hoặc nền đất được gia cố bằng cọc cứng

• Dễ xuất hiện co ngót trong quá trình thi công và khai thác

• Cần trang bị thiết bị thi công nặng, ống vách dài

• Khó kiểm soát được chất lượng cọc

1.2.1.2 Cọc đá dăm

yếu, nhờ thể tích cọc chiếm chỗ mà đất xung quanh dọc theo chiều dài cọc được lèn

chặt lại

• Khác với cọc cát, việc tạo lỗ khi thi công cọc đá dăm bằng cách đưa thanh thép

(đầu thanh cấu tạo dạng trụ xoắn) khoan sâu vào trong đất nền Đất bị phá hủy được

trụ xoắn nâng lên đưa ra bên ngoài, tạo thành lỗ khoan có đường kính từ 0.3 – 0,5 m

• Sau khi khoan đến độ sâu thiết kế, ta tiến hành đổ đá dăm vào trong lỗ khoan Nguyên tắc khi đổ đó là đổ từng lớp đồng thời đầm chặt từng lớp cho đến khi đá dăm

• Khó kiểm soát chất lượng cọc

• Giá thành cao hơn so với cọc cát

1.2.1.3 Đệm cát

lớn bằng một đệm cát để đủ sức chịu tải trọng mà vẫn tận dụng được khả năng làm việc của lớp đất yếu nằm dưới Phương pháp này thường được áp dụng khi đất yếu là sét chảy có chiều dày tương đối mỏng (3-5m)

• Hiệu quả của tầng đệm cát phụ thuộc phần lớn vào độ chặt của nó Khi thi công đệm cát phải đảm bảo độ chặt lớn nhất đồng thời không làm phá hoại kết cấu đất thiên nhiên dưới tầng đệm cát, thường gặp hai trường hợp sau:

• Khi hố đào khô: cát được đổ từng lớp dày 20 cm và đầm chặt (bằng đầm lăn, xung kích, chấn động )

• Trường hợp mực nước ngầm cao (mà không dung biện pháp hạ mực nước

ngầm) : thì nên dung biện pháp thi công trong nước bằng xỉa thép ( xỉa lắc cát, D= 0,7)

hoặc bằng máy rung hình dùi

Hình 1.3 Sơ đồ bố trí đệm cát

• Tăng sức chịu tải của nền

• Giảm độ lún của móng công trình vì cát có modun biến dạng E0 lớn hơn đất sét

• Giảm độ chênh lún của móng vì có sự phân bố lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong phần đất nền nằm dưới tầng đệm cát,

• Giảm chiều sâu chôn móng

• Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, rút ngắn quá trình lún

• Thi công đơn giản

• Đòi hỏi khối lượng cát lớn

• Đất thải đổ ra ngoài gây tốn diện tích

• Giá thành tương đối cao

• Chỉ áp dụng với công trình có lớp đất yếu mỏng và gần đất mặt

• Trường hợp mực nước ngầm cao rất dễ xảy ra hiện tượng cát chảy

1.2.1.4 Cọc bê tông cốt thép

• Cọc bê tông cốt thép là sự kết hợp giữa bê tông và thép, chúng có mối tương quan về sự giãn nở do nhiệt, ngoài ra “bê tông” và “thép” mối quan hệ bổ trợ lẫn nhau

• Nhờ thể tích mà cọc chiếm chỗ, cường độ chịu nén của vật liệu làm cọc tốt hơn

hẳn so với đất nền mà đất nền được lèn chặt lại, sức chịu tải của nền tăng lên rõ rệt

• Khả năng làm việc tốt khiến cho cọc bê tông cốt thép là sự lựa chọn hàng đầu

nhằm gia cố nền đất yếu cho nhiều công trình dân dụng và công nghiệp; công trình

giao thông

+ Thi công cọc ép

• Chiều dài và tiết diện cọc phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế Nếu chiều dài cọc quá

lớn có thể chia cọc thành những đoạn cọc ngắn để phù hợp cho việc chế tạo và thi công

• Chiều dày lớp bảo vệ tối thiểu là 3cm

• Đổ bê tông phải liên tục,khuôn đúc cọc phải phẳng, dùng đầm dùi để đầm từ đỉnh cọc đến mũi cọc tránh khuyết tật bên trong cọc

• Cọc được hạ vào trong đất nền theo hai phương pháp chính đó là: “ Ép cọc” và

“ Đóng cọc” tùy thuộc vào điều kiện đất nền cũng như điều kiện dân sinh, môi trường quanh khu vực thi công

Hình 1.4 Robot ép cọc + Thi công cọc khoan nhồi

• Định vị, tạo lỗ cọc ( có thể bằng máy đào guồng xoắn, thiết bị thùng đào, máy khoan cọc nhồi kiểu bơm phản tuần hoàn, )

• Xử lí cặn bã lần thứ nhất, sau khi khoan đến cao trình thiết kế ta bơm nước để

thải đất lên

• Dùng cẩu nâng và hạ lồng thép xuống vị trí lỗ cọc đã đào, định vị phương của

lồng thép Thành lồng thép có gắn bánh lăn để hạ xuống được thuận lợi

• Sau khi đã hạ lồng thép xuống, ta tiến hành xử lí mùn khoan lần thứ hai bằng cách đưa một ống dẫn khí vào trong lồng ống đổ bê tông tới cách đáy đài 2m dùng khí nén bơm ngược dung dịch khoan ra ngoài bằng đường ống đổ bê tông, phôi khoan có

xu hướng lắng xuống sẽ bị hút vào trong ống đổ bê tông đẩy ngược lên và thoát ra ngoài miệng cho đến khi không còn cặn lắng lẫn lộn là đạt yêu cầu

• Cuối cùng, tiến hành phun vữa vào lỗ khoan bằng ống đổ bê tông theo phương pháp vữa dâng, ống đổ bê tông còn đóng vai trò là 1 máy đầm giúp vữa chặt và đều hơn trong lỗ

Hình 1.5 Công tác khoan đào đất và hạ lồng thép

• Đối với thi công cọc đúc sẵn: Khả năng chịu nén tốt, tránh được sự xâm thực, quá trình đúc cọc dễ dàng, dễ dàng thi công, có khả năng áp dụng khi chiều dày lớp đất

yếu lớn

• Đối với cọc khoan nhồi: Sức chịu tải tốt do đường kính cọc mà chiều sâu mũi

cọc lớn, thi công dễ dàng không đòi hỏi máy móc cồng kềnh, tính liên tục cao do cọc

liền khối không phải chắp nối từng đoạn cọc, độ nghiêng lệch của cọc nằm trong giới

hạn cho phép

• Đối với cọc đúc sẵn: Xử lí nền đất yếu có chiều dày lớp đất yếu lớn cần chắp

nối các đoạn cọc lại do đó tính liên tục của cọc bị giảm đi

• Đối với cọc khoan nhồi: Môi trường thi công sinh lầy,dơ bẩn Chiều sâu chôn

cọc giới hạn trong khoảng 120- 150 lần đường kính cọc

1.2.2 Nhóm giải pháp vật lí ( thoát nước)

Mục đích chính của nhóm giải pháp này là đẩy nhanh tốc độ cố kết cho nền khi độ ẩm của nền giảm và độ chặt của nền tăng lên Vì thế, các biện pháp thoát nước là sự lựa chọn hợp lí trong việc xử lí nền đất yếu.Hiện nay, biện pháp được sử dụng nhiều ở Việt Nam có thể kể đến là “Bấc thấm” và” Giếng cát”

1.2.2.1 Bấc thấm

• Bấc thấm là một băng tiết diện hình chữ nhật, được dùng để dẫn nước từ trong

nền dất yếu lên tầng đệm cát rồi đi ra bên ngoài, nhờ đó đẩy mạnh tốc độ cố kết, tăng

khả năng chịu tải, đẩy nhanh tốc độ lún của nền đất

• Bấc thấm cấu tạo gồm hai phần: Phần lõi và phần vỏ bọc Lõi được làm từ polypropylene/ polyester có cường độ chịu kéo tốt, tiết diện hình chữ nhật, tác dụng chính là luân chuyển nước lỗ rỗng ra bên ngoài Vỏ được làm từ polyester mỏng tác

dụng là ngăn bẩn cho nước thoát ra dễ dàng

Hình 1.6 Cấu tạo bấc thấm

• Thiết kế sơ đồ di chuyển làm việc của máy ấn bấc thấm trên mặt bằng tầng đệm

cát

• Tổ chức thi công thí điểm trên một phạm vi đủ để máy di chuyển 2-3 lần trước khi thực hiện thao tác ấn bấc thấm, thi công thí điểm đạt yêu cầu mới được phép thi

công đại trà

• Chuẩn bị mặt bằng và thi ông tầng đệm cát

• Thi công cắm bấc thấm: Định vị chỗ cắm, đưa máy cắm bấc thấm vào vị trí theo đúng sơ đồ, lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đưa đầu trục tâm đến vị trí cắm bấc,ấn trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế Sau khi cắm xong kéo trục tâm lên rồi dùng kéo cắt bấc thấm sao cho còn lại 20cm bấc thấm nhô lên lớp đệm cát

Hình 1.7 Thi công bấc thấm

- Ưu điểm:

• Công nghệ thi công phổ biến, thiết bị thi công đơn giản,thời gian thi công tương đối ngắn;

• Giá thành thấp, có thể kết hợp gia tải và hút chân không để nâng cao hiệu quả

xử lý nền

• Hiệu quả thoát nước kém khi lớp đất yếu dày;

• Không làm chặt đất trong quá trình thi công bấc thấm

• Bấc thấm làm từ nhựa tổng hợp, sau nhiều năm có thể gây ô nhiễm môi trường đất

1.2.2.2 Giếng cát

Việc xử dụng giếng cát là cách làm tăng độ lún cố kết của nền đất yếu bởi áp lực nước

lỗ rỗng trong đất sẽ tiêu tán theo cả phương ngang và phương đứng về các giếng cát tiêu nước

Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động giếng Cát

• Thi công lớp đệm cát ( nếu có), lớp đệm cát này có vai trò gia tải trước cho nền

• Định vị giếng cát

• Vận chuyển cát có hệ số thấm lớn (cát hạt trung trở lên) đến vị trí giếng

• Tạo lỗ cho giếng cát ( giống như với cọc cát)

• Sau khi ống vách cắm đến cao trình thiết kế, tiến hành đổ cát vào trong ống, rút

đồng thời rung để cát ở lại trong lỗ

Hình 1.9 Thi công giếng Cát

• Đẩy nhanh tốc độ cố kết cho nền

• Giếng cát được bố trí hợp lí còn có tác dụng lèn chặt đất, tăng sức chịu tải cho

nền

• Thi công không quá phức tạp

• Đòi hỏi một khối lượng cát rất lớn

• Khó kiểm soát độ liên tục của cát trong giếng

• Thời gian thi công lâu hơn bấc thấm

Tận dụng chính đất yếu trong nền kết hợp các phụ gia, chất hóa học để gia cố, cải tạo đất thông qua các phản ứng hóa học để xử lí nền Có nhiều phương pháp xử lí nền như: Cọc vôi, cọc đất xi măng, silicat hóa, điện hóa, Tuy nhiên, biện pháp sử dụng

Dùng các thiết bị trộn sâu chuyên dụng ( Cement Deep Mixing Method- CDM) để trộn đất yếu tại chỗ với xi măng và tạo ra các cột đất gia cố xi măng dẻo cứng hoặc nửa cứng Các cột này vừa thay thế một phần đất yếu lại vừa lèn chặt đất yếu hạn chế nở hông, tạo lực ma sát giữa cột với đất nền; khi đó cột với đất cùng làm việc với nhau theo nguyên lí nền phức hợp

- Thi công c ọc: Hiện nay có hai công nghệ thi công được sử dụng phổ biến đó là: CDM và Jet Grouting

+ Công nghệ thi công cọc xi măng đất CDM (Trộn cơ khí):

• Đặt máy khoan phun tại vị trí tim cọc

• Máy khoan bắt đầu khoan xuống vị trí dự kiến, vừa khoan vừa bơm vữa

• Khi đã khoan, bơm, trộn đều đất xi măng đến cao trình thiết kế cho quay ngược chiều mũi khoan để rút lên

• Như vậy là kết thúc chu trình thi công một cọc

Hình 1.10 thi công cọc ximăng đất + Công nghệ thi công Jet- Grouting (Trộn tia):

• Đặt máy khoan phun tại vị trí tim cọc

• Máy khoan bắt đầu khoan xuống vị trí dự kiến (chưa phụt vữa), đầu mũi khoan

dạng hình trụ có lỗ để phụt vữa vào trong nền đất

• Sau khi khoan đến độ sâu thiết kế, ta tiến hành xoay đầu mũi khoan phụt vữa áp

lực lớn vào trong đất, vừa phụt vữa vừa rút ống lên

Hình 1.11 Sơ họa công nghệ Jet- Grouting

• Phạm vi ứng dụng rộng, thích hợp cho mọi loại đất từ bùn, sét đến sỏi cuội

• Thi công được trong điều kiện ngập nước

• Khả năng xử lí sâu

• Có thể là tường chống thấm bằng việc tạo các cột sát lại gần nhau

• Giá thành cao hơn so với các giải pháp cơ học hoặc thoát nước

• Thi công nhanh, Kỹ thuật thi công không phức tạp, tiết kiệm thời gian thi công

• Có thể xử lí đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến lớp đất tốt

• Kích thước cọc khó đảm bảo sự đồng đều

• Hạn chế khả năng thi công trong lớp sét

• Dễ sinh ra khuyết tật bên trong cọc

• Đòi hỏi công nghệ thi công cũng như máy móc hiện đại

• Độ lún dư lớn

1.3 Kết luận chương 1

Đất yếu là loại đất có khả năng chịu lực thấp thường gặp các miền đồng bằng Bắc Bộ, đồng bằng ven biển Trung Bộ và đồng bằng Sông Cửu Long Việc nghiên cứu và xử lý

hợp đối với từng trường hợp để đảm bảo rằng các công trình xây dựng trên nền đất yếu đảm bảo ổn định trong quá trình vận hành sử dụng

Trong những năm qua hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng gia tăng Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp và hạn chế cơ sở vật chất của nước ta Trong những năm tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ không ngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng đường, cảng biển, lấn biển và công trình hạ tầng cơ

sở khác

Từ các phương pháp xử lý nền đất yếu phổ biến được ứng dụng rộng rãi hiện nay, qua phân tích đánh giá phạm vi áp dụng, ưu nhược điểm từng phương pháp ta có thể kết luận như sau: Nhóm xử lý bằng cọc bê tông cốt thép, cọc xi măng đất áp dụng cho công trình có sức chịu tải lớn tập trung tại móng công trình, chí phí xử lý cao các phương pháp xử lý nền bằng đệm cát, cọc cát, hạ mực nước ngầm, giếng cát, bấc thấm được áp dụng cho công trình có tải trọng loại nhỏ và tải trọng phân bố đều Đối với đề tài bản thân viên nghiên cứu là công trình chính nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 : Nghiên cứu giải pháp xử lý nền zone 1- Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải thì chọn phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp kết hợp hút chân không và gia tải là giải pháp tối ưu nhất vì mặt bằng cần xử

lý có diện tích lớn, tải trọng tác dụng lên công trình là tải trọng phân bố đều, tầng đất yếu có chiều dày nhỏ phù hợp với phạm vi áp dụng đảm bảo tối ưu về thời gian xử lý nền, đồng thời vẫn đảm bảo tính khả thi cho dự án

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC

TH ẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

2.1 Nguyên lý tính toán

Trình tự thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cần phải tính toán như: khả năng chịu tải, kiểm tra ổn định và kiểm tra lún

Khi tính toán xử lý nền cần phải tính kiểm tra ổn định và kiểm tra lún trường hợp chưa

xử lý nền, trong quá trình thi công và trong quá trình khai thác sử dụng

Sức chịu tải của nền sau khi được xử lý sẽ được kiểm chứng dựa vào kết quả của khảo sát địa chất sau khi xử lý Tuy nhiên có thể kiểm tính sức chịu tải của nền dựa vào sức kháng cắt của nền đất sau khi được xử lý như sau:

cu t

z fc

fc f

τ τ

=

Trong đó: τf0 : Sức kháng cắt của nền tự nhiên ban đầu (kPa); Δτfc : Độ gia tăng sức kháng cắt do độ cố kết của nền tăng lên (kPa); η : Hệ số hiệu chỉnh, thường chấp nhận trong khoảng 0.75～0.90, nền đất tốt chọn giá trị nhỏ hơn, nền đất yếu chọn giá trị lớn hơn Trong tính toán η = 0.8

Trong giai đoạn thi công lớp đệm cát và cát đắp san nền, mái đất đắp có khả năng bị mất ổn định do trượt

Độ ổn định nền đất được phân tích theo phương pháp Bishop với các thông số sức kháng cắt tương ứng là tốt nhất, xấu nhất và trung bình Khi đó, hệ số an toàn ổn định trượt được xác định theo phương pháp phân mảnh như sau:

(2.1)

Trong đó: c: Lực dính, (kPa); ϕ: Góc ma sát trong (°); b: Bề rông của một mảnh trượt, (m); u: Áp lực nước lỗ rỗng tác động vào mảnh trượt (kPa); W: trọng lượng một

mảnh（kN/m3); α: Góc nghiêng ở đáy mảnh trượt (°)

Hình 2.1 Mô hình bài toán ổn định

(2.3) (2.2)

(2.4)

2.1.3.2 Độ lún cố kết của nền

Theo qui phạm kỹ thuật xử lí nền móng công trình và Tiêu chuẩn xây dựng 22TCN

262 – 2000, độ lún ổn định của nền dưới một cấp tải trọng phụ thêm ∆p được tính theo phương pháp cộng lún từng lớp theo công thức sau:

hệ số rỗng ban đầu của lớp đất phân tố i

2.1.3.3 Độ lún cố kết theo thời gian

( )

t

S = S∞× U t (2.8) Trong đó: St: độ lún cố kết của nền dưới tải trọng tính toán tại thời điểm t; S∞: độ lún

ổn định của nền dưới tải trọng tính toán p; U(t): độ cố kết của nền tại thời điểm t

được hiệu chỉnh theo kinh nghiệm; hi là chiều dày lớp đất được dự tính độ lún từ biến (m); t0 là thời điểm bắt đầu dự báo độ lún từ sau khi kết thúc giai đoạn xử lý nền; t là thời gian tính

(Độ lún từ biến gây ra rất nhỏ so với độ lún cố kết nên phạm vi nghiên cứu đề tài không xét)

đứng; Uh độ cố kết theo phương ngang;

2

4 2

8(1 T v )

v

ππ

−

= − (2.11)

2

tb v v

tb v

i

vi

L C

h C