Nghiên cứu giải pháp xử lý nền kho than – nhà máy nhiệt điện sông hậu 1

Mục đích của đề tài: Nghiên cứu này nhằm mục đích: tổng kết lại phần lý thuyết tính toán nền đất yếu vàgiải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải, tìm ra các giải pháp tối ưu nhất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

HUỲNH TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN KHO THAN

– NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60-58-02-04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Quang Tú

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu,hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lặp với bất kỳ nghiên cứunào trước đây Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thíchnguồn tài liệu theo đúng quy định

Hà Nội, ngày … tháng … năm ……

Tác giả luận văn

Huỳnh Tuấn Anh

LỜI CẢM ƠNLuận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài: “Nghiên

cứu giải pháp xử lý nền kho than – nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1” được hoàn

thành với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật,Khoa Công trình, Trường đại học Thủy lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp

Học viên xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè & Đồng nghiệp

đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp

Đặc biệt em xin trân thành cám ơn đến Thầy TS Phạm Quang Tú đã tận tình hướng

dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Học viên xin chân thành cảm ơn đến Quý Thầy: GS.TS Trịnh Minh Thụ, PGS.TS

Nguyễn Hữu Huế, PGS.TS Hoàng Việt Hùng, PGS.TS Bùi Văn Trường, PGS.TS Nguyễn Hữu Thái, TS Đỗ Tuấn Nghĩa, TS Nguyễn Văn Lộc và Quý Thầy cô

trong Bộ môn Địa Kỹ thuật rất nhiều tâm huyết và lòng yêu nghề, đã tạo điều kiện tốtnhất cho tôi và các bạn học viên của lớp học tập và nghiên cứu Quý Thầy cô luôn tậntâm giảng dạy và cung cấp cho học viên nhiều tư liệu quan trọng và cần thiết, giúp họcviên giảm bớt rất nhiều khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

Học viên xin chân thành cảm ơn đến Quý Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên của PhòngĐào tạo Đại học & Sau Đại học thuộc Trường Đại học Thủy Lợi và bạn bè, gia đình đãgiúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiệnluận văn này

Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, bản thân tôi nhận thấy trình độ còn nhiều hạnchế, vì vậy trong luận văn này ít nhiều vẫn còn nhiều thiếu sót Bản thân tôi kính mongquý Thầy, Cô giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để em có thể tiếp tục học tập vànghiên cứu hoàn thiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3

1.1 Khái niệm về nền đất yếu 3

1.2 Một số đặc điểm của nền đất yếu 3

1.3 Các giải pháp cải tạo đất yếu 4

1.3.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý nền đất yếu 4

1.3.2 Các giải pháp cải tạo nền đất yếu 4

1.4 Phân tích ưu, nhược điểm của từng giải pháp .4

1.4.1 Các giải pháp cơ học: 4

1.4.2 Các giải pháp vật lý: .12

1.4.3 Các giải pháp hóa học: 17

1.5 Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI 22

2.1 Cơ sở lý thuyết 22

2.1.1 Kiểm tra tính ổn định: 22

2.1.2 Độ lún của nền 23

2.2 Các vấn đề liên quan đến công tác thi công .27

2.2.1 Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm: 27

2.2.2 Thi công cắm bấc thấm: 27

2.2.3 Đắp vật liệu gia tải và dỡ tải: 29

2.3 Các vấn đề liên quan đến công tác nghiệm thu .29

2.3.1 Kiểm tra, nghiệm thu chất lượng bấc thấm: 29

2.3.2 Kiểm tra nghiệm thu chất lượng đệm cát: .30

2.3.3 Kiểm tra nghiệm thu chất lượng thi công bấc thấm: 30

2.4 Các vấn đề liên quan đến đánh giá chất lượng .31

iii

2.5 Kết luận chương 2 .32

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN KHO THAN .34

3.1 Giới thiệu về công trình 34

3.2 Các số liệu đầu vào 36

3.2.1 Yêu cầu xử lý nền: 36

3.2.2 Tài liệu địa chất 36

3.2.3 Tài liệu địa hình 37

3.3 Tính toán so sánh các phương án xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải 38

3.3.1 Các trường hợp tính toán 38

3.3.2 Các tham số tính toán: 39

3.4 Mô phỏng bài toán ổn định bằng phần mềm GEOSTUDIO 2007 (SLOP/W CONTOUR) .62

3.4.1 Tính toán ổn định 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Thi công cọc cát [3] 5

Hình 1.2 Thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 7

Hình 1.3 Thi công máy đóng cọc 8

Hình 1.4 Thi công đổ bê tông cọc khoan nhồi [4] 9

Hình 1.5 Thi công máy đầm 11

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động giếng cát 14

Hình 1.7 Nguyên lý hoạt động bấc thấm 15

Hình 1.8 Thi công cắm bấc thấm [6] 16

Hình 1.9 Phương pháp thi công trộn khô 19

Hình 1.10 Phương pháp thi công Jetgrouting 19

Hình 2.1 Phân mảnh khối theo phương pháp Bishop 23

Hình 3.1 Mặt bằng tổng thể 35

Hình 3.2 Mặt bằng phối cảnh tổng thể 35

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất của hố khoan đại diện .37

Hình 3.4 Sơ đồ tính lún cố kết của đất nền 37

Hình 3.5 Hình minh họa chất tải kho than 40

Hình 3.6 MC thiết kế bấc thấm 62

Hình 3.7 Tính toán ổn định khi chưa xử lý nền 63

Hình 3.8 Tính toán ổn định sau khi xử lý nền 64

Hình 3.9 Mô hình hóa bài toán bằng phần mềm Geostudio 65

Hình 3.10 Lưới biến dạng thấm sau 240 ngày 65

Hình 3.11 Áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán dưới nền công trình 65

Hình 3.12 Độ lún của mặt nền tại các thời điểm khác nhau 66

Biểu đồ 1 Lún trong quá trình gia tải và cắm bấc thấm (phương án 1) 48

Biểu đồ 2 Lún trong quá trình gia tải và cắm bâc thấm (phương án 2) 51

Biểu đồ 3 Lún trong quá trình gia tải và cắm bấc thấm (phương án 3) 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các trường hợp tính toán 38

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu cơ lý 39

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu cơ lý (tiếp theo) 39

Bảng 3.4 Tính toán tải trọng khi chưa xử lý nền 40

Bảng 3.5 Tính toán tải trọng trong quá trình xử lý nền 40

Bảng 3.6 Tính toán tải trọng trong quá trình khai thác 41

Bảng 3.7 Tính toán tải trọng trong quá trình xử lý nền (pa 3) 41

Bảng 3.8 Tính toán tải trọng trong quá trình xử lý nền (pa 4) 41

Bảng 3.9 Bảng độ lún dư còn lại sau khi gia tải (phương án không xử lý nền) 44

Bảng 3.10 Bảng độ lún dư còn lại sau khi gia tải (phương án1) 48

Bảng 3.11 Bảng độ lún dư còn lại sau khi gia tải (phương án 2) 51

Bảng 3.12 Bảng độ lún dư còn lại sau khi gia tải (phương án 3) 54

Bảng 3.13 Bảng độ lún dư còn lại sau khi gia tải (phương án 4) 57

Bảng 3.14 Kết quả tính toán phương án 0 (khi không xử lý nền) 58

Bảng 3.15 Kết quả tính toán phương án 1 58

Bảng 3.16 Bảng kết quả tính toán phương án 2 .58

Bảng 3.17 Bảng kết quả tính toán phương án 3 .59

Bảng 3.18 Bảng kết quả tính toán phương án 4 .59

Bảng 3.19 Bảng kết quả tính toán phương án kinh tế (phương án 2) .59

Bảng 3.20 Bảng kết quả tính toán phương án kinh tế (phương án 3) .60

Bảng 3.21 Bảng tổng hợp so sánh các phương án: 62

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

c: Lực dính (kPa);

: 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;

: Góc nghiêng ở đáy mảnh trượt (°)

p : Ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây ra Do diện chịu tải lớn, nên xem như ứng suất phụ thêm không thay đổi theo chiều sâu

z : Ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân của các lớp đất

pc: Áp lực tiền cố kết của lớp đất tương ứng

Cc : Chỉ số nén của lớp đất tương ứng

Cs: Chỉ số nén lại của lớp đất tương ứng

hi: chiều dày của lớp đất tương ứng

e0i: hệ số rỗng ban đầu của lớp đất phân tố i

Uv độ cố kết theo phương đứng

Uh độ cố kết theo phương ngang

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

- Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật,đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng giao thông, các cụm khu công nghiệp, các cụm cảng,các công trình thủy lợi…, tuy nhiên ở một số công trình vẫn còn những sự cố liên quanđến nền móng công trình, gây thiệt hại về người và kinh tế

- Vùng đồng bằng sông Cửu Long cũng như cả nước hiện đang phát triển kinh tế nênviệc đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng ngày càng mạnh mẽ Bên cạnh đó, sự tiếp cận cáccông nghệ mới trong xây dựng đặc biệt là trong lĩnh vực xử lý nền được phát triểnvượt bậc với các công nghệ từ các nền kinh tế phát triển Đây là nhân tố thuận lợi đểcán bộ kỹ thuật trong nước có điều kiện tiếp cận, nâng cao trình độ

- Trong sơ đồ quy hoạch điện VII – sửa đổi, mạng lưới các nhà máy nhiệt điện cầnđược xây dựng mới trong giai đoạn đến 2020 là nhà máy trong đó có Nhà máy Nhiệtđiện Sông Hậu 1 Khu vực xây dựng nằm ven sông Hậu – nơi có các lớp đất yếu phân

bố ngay trên bề mặt, có nguy cơ gây mất ổn định và lún nền công trình Việc lựa chọngiải pháp xử lý nền phù hợp, đáp ứng được các yêu cầu về tiến độ, chất lượng và giáthành là yêu cầu cấp thiết cho dự án

2 Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu này nhằm mục đích: tổng kết lại phần lý thuyết tính toán nền đất yếu vàgiải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải, tìm ra các giải pháp tối ưu nhất đểứng dụng vào xử lý nền kho than của nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1, đảm bảo yêucầu về kỹ thuật nhưng vẫn đảm bảo về mặt kinh tế và thời gian xử lý nền

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Tiếp cận theo hướng kế thừa, thu thập, tập hợp các số liệu khảo sát cơ bản, phân tíchtổng hợp sử dụng ý kiến của các chuyên gia để tham vấn

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán.

- Nghiên cứu bằng mô hình số lựa chọn giải pháp thiết kế tối ưu

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: xử lý nền kho than của nhà máy nhiệt điện SôngHậu 1

Nội dung nghiên cứu:

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

1.1 Khái niệm về nền đất yếu

Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các lớp đất yếu có khả năng chịu lực kém, nằm ởbên dưới móng công trình và chịu tác dụng của tải trọng công trình truyền xuống Xét

về mặt cấu trúc, tầng đất nền này có thể được hợp thành do một hay nhiều lớp đất yếuxen kẽ nhau hoặc xen giữa các lớp đất khác có khả năng chịu lực tốt hơn Khi xâydựng công trình trên nền đất yếu, người ta thường phải áp dụng những biện pháp xử lý

để làm tăng khả năng chịu lực của chúng

Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc trầm tích, thuộc các giai đoạn đầu củaquá trình hình thành đá sét; các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc; than bùn; các loại trầmtích bị mùn hóa, than bùn hóa, Chúng rất đa dạng về thành phần khoáng vật, nhưngthường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng [1]

Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong khônggian, điều kiện địa lý và khí hậu, những biến đổi sau khi được tạo nên, mà tồn tại cácloại đất khác nhau hiện nay

Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước Loại đất này cónhững tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có các tính chất tiêu biểu cho các loại đất yếunói chung Các hạt tạo thành đất sét được phong hóa từ đá mẹ, được vận chuyển vàtrầm 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

1.2 Một số đặc điểm của nền đất yếu

Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm2), tínhnén lún mạnh (a>0.1 cm2/kG), hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), độ sệt

B lớn (B>1), mô đun biến dạng thấp (thường thì Eo < 50 daN/cm2) lực chống cắt nhỏ,hàm lượng nước trong đất cao, độ bảo hòa nước G>0.8, khối lượng trầm tích bé Nếukhông áp dụng các biện pháp xử lý thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rấtkhó khăn hoặc không thể thực hiện được [2]

1.3 Các giải pháp cải tạo đất yếu

1.3.1 Mục đích của việc cải tạo và xử lý nền đất yếu

Mục đích làm tăng sức chịu tải của đất nền, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đấtyếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biếndạng, tăng cường độ chống cắt của đất…

1.3.2 Các giải pháp cải tạo nền đất yếu

Gồm có 03 nhóm giải pháp, cụ thể như sau:

- Các giải pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấnđộng, các loại cọc (cọc cát, cọc BTCT, cọc khoan nhồi ), phương pháp thay đất,phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…

- Các giải pháp vật lý (thoát nước): Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm,phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…

- Các giải pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa ximăng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa…

1.4 Phân tích ưu, nhược điểm của từng giải pháp.

1.4.1 Các giải pháp cơ học:

Nhóm giải pháp này được sử dụng nhiều và phổ biến cho các công trình dân dụng, cầuđường, thủy lợi có yêu cầu tải trọng thiết kế lớn như: nhà cao tầng, cầu đường giaothông, đập thủy lợi vì giải pháp này xử lý chủ yếu bằng cách sử dụng các vật liệu đểlèn ép vào đất nền như cát, đá dăm, bê tông cốt thép xuyên qua các tầng đất yếu, tảitrọng được truyền qua lớp đất tốt làm tăng khả năng chịu lực của móng công trình.Giải pháp này được sử dụng rộng rãi vì công nghệ xử lý đơn giản, vật liệu xử lý có sẵn

ở thiên nhiên Nhóm giải pháp này gồm có các phương pháp sau:

1.4.1.1 Cọc cát.

■ Nguyên lí làm việc: Thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ trong nền đất, đất xung quanh dọc

theo chiều dài cọc được lèn chặt lại, do đó sức chịu tải của nền được tăng lên, độ lún

và biến dạng không đồng đều của đất nền dưới đế móng của công trình giảm đi

+ Khi thi công bằng phương pháp chấn động: thì sau khi hạ ống thép tới chiều sâu thiết

kế, người ta nhấc máy lên và đổ cát vào khoảng 1m, sau đó đặt máy chấn động vàorung trong khoảng 15-20s, tiếp theo bỏ máy chấn động ra và rút ống lên khoảng 0.5mrồi lại đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 10-15s để cho đầu nhọn của ống mở

ra, cát tụt xuống Sau đó rút ống lên dần với tốc độ đều, vừa rút ống vừa rung và khinào ống chỉ còn lại trong đất khoảng chừng 0.5-0.8m, lúc đó mới bỏ máy chấn động ra

Hình 1.1 Thi công cọc cát [3]

■ Ưu điểm:

- Cọc cát làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm và góc ma sát trong tăng lên Vìđất nền được nén chặt lại do đó sức chịu tải của nền tăng lên, biến dạng và sự chênhlệch biến dạng của nền công trình giảm đi đáng kể

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

- Giá thành xây dựng rẻ hơn nhiều so với cọc gỗ, cọc BTCT và đồng thời không bị ănmòn khi nước ngầm có tính xâm thực

■ Nhược điểm:

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

- Khó kiểm soát được chất lượng cọc trong quá trình thi công

- Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m

- Các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt khi đóng lỗ tạo cọc cát (không xuất hiệntình huống gia tăng áp lực nước lổ rổng khi tạo lổ và giảm áp lực này khi kéo ống váchlên, đầm cát tạo cọc cát) Do đó, nếu nước trồi lên mặt đất thì đây là quá trình tiêu tán

áp lực nước lỗ rỗng và hiệu quả nén chặt đất không cao Khi đó, đất đang cố kết, màvới đất dính thì cần thời gian, không thể có hiệu quả tức thời

■ Phạm vi áp dụng:

- Phương pháp này được áp dụng để gia cố nền ở vùng đất yếu đầm lầy, khu vực nền

ẩm ướt và nền đất yếu có chiều dày>3m

- Mực nước ngầm (tại thời điểm thi công) phải ở sâu (nếu lớn hơn độ sâu đỉnh cọc cátthì tốt nhất)

■ Thi công cọc bê tông cốt thép:

Việc đổ bê tông cọc phải liên tục tránh làm phân tầng, rỗng bê tông, khuôn đúc cọcphải phẳng, dùng đầm dùi để đầm từ đỉnh cọc đến mũi cọc tránh khuyết tật bên trongcọc

Hình 1.2 Thi công cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

Hình 1.3 Thi công máy đóng cọc

■ Thi công cọc khoan nhồi:

- Kiểm tra chất lượng của cọc: kiểm tra chất lượng đổ bê tông, cốt thép và kiểm tra khảnăng chịu tải trọng của cọc (bằng phương pháp nén tĩnh, siêu âm)

Hình 1.4 Thi công đổ bê tông cọc khoan nhồi [4]

■ Ưu điểm: Sức chịu tải tốt, tuổi thọ của cọc cao.

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

- Đối với cọc khoan nhồi: Sức chịu tải tốt do đường kính cọc mà chiều sâu mũi cọclớn, tính liên tục cao do cọc liền khối không phải nối từng đoạn cọc, độ nghiêng lệchcủa cọc nằm trong giới hạn cho phép, đặc biệt là thi công rất tốt trong khu vực đô thị

vì hạn chế ảnh hưởng đến kết cấu các công trình xung quanh

■ Nhược điểm: Chi phí khá lớn, đòi hỏi kĩ thuật cao trong thiết kế và thi công.

- Đối với cọc đúc sẵn:

+ Xử lý nền đất yếu có chiều dày lớp đất yếu lớn cần nối các đoạn cọc lại do đó tínhliên tục của cọc có thể bị giảm đi

+ Khi thi công cọc trong đô thị rất dễ ảnh hưởng đến kết cấu các công trình lân cận

- Đối với cọc khoan nhồi:

+ Bê tông cọc được thi công trong môi trường bùn đất nên khó kiểm soát được chấtlượng bê tông

+ Cọc rất dễ bị biến dạng bởi sạt lở các thành vách hố khoan do đó tiết diện thi côngcọc thực tế có thể sai khác so với thiết kế

+ Do ảnh hưởng của mặt nước ngầm cũng có thể ảnh hưởng đến chất lượng cọc.

+ Do ảnh hưởng về tính chất lý, hóa học của nước ở khu vực bị ô nhiểm cũng ảnhhưởng không ít đến chất lượng bê tông

+ Ma sát thân cọc và sức chống mũi đáy cọc giảm khi dung dịch bùn khoan bám vàothành vách và lắng đọng xuống đáy hố khoan

■ Nguyên lí hoạt động: Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công

trình, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọngcủa công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới, giảm bớt độlún toàn bộ và độ lún không đồng đều, làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền

Hình 1.5 Thi công máy đầm

■ Ưu điểm:

- Thi công đơn giản, không ảnh hưởng đến ô nhiểm môi trường như các phương phápkhác

- Vật liệu để thi công là vật liệu có từ thiên nhiên dễ khai thác

- Phù hợp với những công trình đặt trên lớp đất yếu có chiều dày <3m

■ Thi công hạ mực ngầm:

Hiện nay người ta thường dùng các phương pháp hạ mực nước ngầm bằng giếng thấmqua các ống kim lọc hoặc bằng điện thấm tùy theo tính chất của đất nền, tốc độ thấm,diện tích và chiều sâu hố móng cũng như chiều sâu hạ mực nước ngầm cần thiết màlựa chọn phương pháp thi công thích hợp

Đối với diện tích hố móng nhỏ, hệ số thấm k lớn và chiều sâu hạ mực nước ngầmkhông quá 4-5m thì nên dùng phương pháp hạ mực nước ngầm bằng giếng thấm Trênmỗi giếng thấm bố trí một máy bơm ly tâm để bơm hút nước ra bên ngoài, còn mựcnước ngầm ở xung quanh giếng sẽ hạ thấp xuống

Trường hợp đất nền là loại đất cát, đất cát lẫn sỏi hoặc đất cát pha sét có hệ số thấm k

= 4-40 m/ng.đêm thì thường dùng phương pháp hạ mực nước ngầm bằng các ống kimlọc hút nông Số lượng các ống kim lọc bố trí ở xung quanh hố móng phụ thuộc vàolưu lượng nước cần hút đi và kích thước hố móng

Khi đất nền có hệ số thấm nhỏ k<1m/ng.đêm nên sẽ kết hợp hạ mực nước ngầm vớibiện pháp hút chân không hoặc điện thấm

Nếu đất nền có hệ số thấm k<0.1 m/ng.đêm (đất dính), người ta dùng phương phápđiện thấm để hạ mực nước ngầm, phương pháp này cũng như phương pháp tạo chânkhông, không chỉ có tác dụng hạ mực nước ngầm mà còn có tác dụng gia cố nền đất

■ Khuyết điểm:

Khi xử lý cho công trình ở đô thị thì dễ ảnh hưởng đến công trình lân cận vì khi đào hạmực nước ngầm thì dễ dẫn đến hiện tượng xói ngầm, mao dẫn các hạt cát từ các côngtrình bên, do đó khi thi công cần phải kết hợp với nhiều biện pháp khác như đóng cừ lásen để hạn chế xói ngầm

■ Phạm vi áp dụng:

Áp dụng cho các công trình thi công có mực nước ngầm cao như: công trình giaothông, đào hố móng sâu của công trình dân dụng

1.4.2.2 Phương pháp giếng cát.

■ Nguyên lí hoạt động: việc sử 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 phươngđứng về các giếng cát tiêu nước

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động giếng cát

■ Thi công 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

- Tạo lỗ cho giếng cát

- Đổ cát (cát hạt trung hoặc hạt to) vào trong lỗ khoan và rung lắc bằng máy rung tần

số thấp để nén chặt cát

- Rút ống thép lên

■ Ưu điểm:

- Đẩy nhanh tốc độ cố kết cho đất nền

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

- Thi công không quá phức tạp

■ Nhược điểm:

- Thời gian thi công lâu hơn bấc thấm

- Khi hệ số thấm của đất K <1.10-7 cm/s hoặc hệ số cố kết Cv <1.10-4 m2/ng.đêm thì tác dụng của giếng cát sẽ bị hạn chế

- Khi đất có hệ số thấm nhỏ (đất dính) thì cần phải kết hợp nhiều biện pháp để xử lý,chẳng hạn kết hợp đào giếng với điện thấm dẫn đến thi công phức tạp.

■ Phạm vi áp dụng:

Giếng cát được sử dụng đối với các loại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dínhbão hòa nước, có tính biến dạng lớn… xây dựng các công trình có kích thước và tảitrọng lớn thay đổi theo thời gian như nền đường, sân bay, bản đáy các công trình thủylợi…

1.4.2.3 Phương pháp bấc thấm.

■ Nguyên lý hoạt động:

- Bấc thấm là một băng tiết diện hình chữ nhật có chiều dài bất kỳ, được dùng để dẫnnước từ trong nền đất yếu lên tầng đệm cát rồi đi ra bên ngoài, nhờ đó đẩy nhanh tốc

độ cố kết, tăng khả năng chịu tải của đất nền, tăng tốc độ lún của nền đất và tạo độ lún

ổn định tự nhiên bởi giai đoạn sau

- Bấc thấm cấu tạo gồm hai phần: Phần lõi và phần vỏ bọc Lõi được làm từpolypropylene/ polyester có cường độ chịu kéo tốt, tiết diện hình chữ nhật, tác dụngchính là đưa nước lỗ rỗng ra bên ngoài Vỏ được làm từ polyester mỏng tác dụng làngăn bẩn cho nước thoát ra dễ dàng

Hình 1.7 Nguyên lý hoạt động bấc thấm

■ Thi công bấc thấm: [5]

- 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 khithực hiện thao tác ấn bấc thấm, thi công thí điểm đạt yêu cầu mới được phép thi côngđại trà.

- Chuẩn bị mặt bằng và thi công tầng đệm cát

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

Hình 1.8 Thi công cắm bấc thấm [6]

■ Ưu điểm:

- Công nghệ thi công phổ biến so với thị trường hiện nay, thiết bị thi công đơn giản,thời gian thi công tương đối ngắn;

- Phù hợp với những vị trí có chiều dày lớp đất yếu lên đến 30m;

- Khả năng thoát nước tốt, quá trình cố kết có thể đạt hiệu quả tối ưu;

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

- Thời gian thi công nhanh hơn so với phương pháp giếng cát.

■ Nhược điểm:

- 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

- Tốc độ cố kết và thời gian chờ cố kết chậm hơn so với phương pháp giếng cát

- Độ lún dư sau khi xử lý lớn hơn so với biện pháp giếng cát

- Không cải thiện tính chất cơ lý của đất

■ Phạm vi áp dụng:

- Phương pháp này được áp dụng trên nền đất yếu có yêu cầu tăng nhanh tốc độ cố kết

và tăng nhanh cường độ của đất yếu để đảm bảo ổn định nền đắp và hạn chế độ lúntrước khi làm kết cấu bên trên

- Phương pháp này còn áp dụng có công trình có chiều dày san lấp lớn để làm mặtbằng chứa vật liệu, để xây dựng các kho chứa một tầng, để xây dựng các công trìnhdân dụng và công nghiệp loại nhỏ có tải trọng phân bố đều trên diện rộng (sau khi nền

đã lún đến ổn định)

- Ngoài ra phương pháp này còn có thể để xử lý nguồn nước trong lòng đất bị ô nhiểmmôi trường bằng công nghệ hút chân không, hút nước ngầm thấm qua các lớp đất bị ônhiểm lên bề mặt để xử lý [7]

1.4.3 Các giải pháp hóa học:

Mục đích của nhóm giải pháp này sử dụng các vật liệu có các thành phần hóa học nhưkeo, xi măng, các chất phụ gia để xử lý nền, các thành phần hạt của đất sẽ cố kết vớicác thành phần trên tạo thành hợp chất có độ kết dính tốt, làm tăng độ chặt của đất,giảm hệ số rỗng, giảm áp lực nước lỗ rỗng từ đó khả năng chịu lực của đất nền tănglên Trong đó được kể đến phổ biến nhất là phương pháp cọc đất – xi măng

Phương pháp Cọc đất - xi măng.

■ Nguyên lí hoạt động:

Cọc đất – xi măng là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu, đặc biệt là trongđiều kiện nền đất yếu quá dày, mực nước ngầm cao hoặc nền ngập nước và hiệntrường thi công chật hẹp Mục đích gia cố của công nghệ là làm tăng cường độ, khốngchế biến dạng, giảm tính thấm của đất yếu hoặc đất co ngót hoặc để vệ sinh các khunhiễm độc Tức là cải thiện các đặc trưng của đất như nâng cao khả năng chịu tải củađất bằng cách cứng hóa tại chỗ

Khả năng ứng dụng của công nghệ này tương đối rộng rãi như: làm tường hào chốngthấm cho đê đập, gia cố nền móng công trình xây dựng, chống thấm mang cống và đáycống, ổn định tường chắn, chống trượt mái, gia cố đất yếu xung quanh đường hầm, gia

■ Ưu điểm của phương pháp này là:

- Thiết bị thi công đơn giản

- Hàm lượng xi măng sử dụng ít hơn

- Quy trình kiểm soát chất lượng đơn giản hơn công nghệ trộn ướt

■ Nhược điểm:

- Do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp hạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá, hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng

- Không thi công được nếu phần bề mặt ngập nước.

- Chiều sâu xử lý trong khoảng từ 20 - 30m

Hình 1.9 Phương pháp thi công trộn khô

* Công nghệ trộn ướt (Jet Grouting)

Phương pháp này dựa vào nguyên lý trộn vữa xi măng vào đất bằng dòng vữa có áplực Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợpkim vào tới độ sâu phải gia cố với áp lực khoảng 20MPa từ vòi bơm phun xả phá vỡtầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực sẽ trộn lẫn dungdịch vữa

Hình 1.10 Phương pháp thi công Jetgrouting

- Thiết bị thi công phức tạp, đòi hỏi người điều khiển phải thành thạo.

- Hàm lượng xi măng sử dụng nhiều hơn so với phương pháp trộn khô

- Kích thước cọc có thế không đồng đều, khó kiểm soát được chất lượng cọc, hệ số antoàn khi thiết kế cần phải lớn mới đảm bảo an toàn trong quá trình thi công, dẫn đếnchi phí để xử lý cao hơn so với phương pháp bằng bấc thấm

■ Phạm vi áp dụng:

Được áp dụng cho cả công trình mang tính tạm thời như: ngăn chặn nâng đáy hố đào,

ổn định mái dốc cho các công trình giao thông, tường hào bao quanh hố móng, côngtrình ngầm và công trình vĩnh cửu: xử lý tăng cường độ cho nền đất yếu như mố cầugiao thông, chống thấm dưới nền công trình thủy lợi, đê đập, cống lấy nước, kè chốngxói lở bờ sông, ổn định tường chắn, gia cố neo chống trượt cho mái dốc

1.5 Kết luận chương 1

Từ các phương pháp xử lý nền đất yếu nêu trên, đánh giá về phạm vi áp dụng, phântích ưu, nhược điểm của từng phương pháp thì phương pháp xử lý nền bằng cọcBTCT, cọc đất – xi măng áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối lớn và chủ yếu

là tải trọng tập trung từ móng truyền xuống nền, chi 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 dụngcho các trường hợp có tải trọng loại nhỏ và tải trọng phân bố đều Tuy nhiên đối với

phương pháp xử lý nền bằng đệm cát thì chỉ phù hợp cho lớp đất yếu có chiều dày

<3m, khi lớp đất yếu có chiều dày lớn thì phương pháp này không phù hợp, còn đốivới phương pháp xử lý nền bằng cọc cát, giếng cát thì thời gian thi công rất dài và chiphí thực hiện cao hơn so với phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm

Trong đề tài học viên nghiên cứu xử lý nền kho than - nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1với diện tích xử lý nền là 20,8ha nên diện tích xử lý nền là rất lớn nên lựa chọnphương pháp xử lý nền tối ưu nhất là giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp vớigia tải

Về cơ sở và phương pháp tính toán xử lý nền đất yếu bằng giải pháp bấc thấm kết hợpvới gia tải được cụ thể hóa ở chương 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI

2.1 Cơ sở lý thuyết.

Trình tự thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cần phải kiểm tra các bước như:kiểm tra khả năng chịu tải, kiểm tra về biến dạng, thường là lún, và kiểm tra ổn địnhthường là ổn định trượt sâu

Trong đó

c: Lực dính (kPa);

: 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;

: Góc nghiêng ở đáy mảnh trượt (°)

(2.1)

(2.2)

f f

0

Hình 2.1 Phân mảnh khối theo phương pháp Bishop

- Trong giai đoạn sử dụng:

Sức chịu tải của nền sau khi được xử lý sẽ được kiểm chứng dựa vào kết quả của khảosát 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:

fc

fc z U t tan f cu

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

2.1.2 Độ lún của nền

Độ lún dư của nền được xác định như sau:

Trong đó:

Sr : độ lún dư của công trình sau giai đoạn gia cố nền;

S1 : độ lún cố kết ổn định của nền dưới tải trọng làm việc thực tế của nền (kể cả tải trọng bù lún)

S2 : độ lún cố kết dưới tải trọng gia cố nền;

Sc : độ lún do từ biến trong một khoảng thời gian nhất định

(TH3)Trong đó:

+ p : Ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây ra Do diện chịu tải lớn, nên xem như ứng suất phụ thêm không thay đổi theo chiều sâu

+ z : Ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân của các lớp đất

+ pc: Áp lực tiền cố kết của lớp đất tương ứng

+ Cc : Chỉ số nén của lớp đất tương ứng

+ Cs: Chỉ số nén lại của lớp đất tương ứng

+ hi: chiều dày của lớp đất tương ứng

+ e0i: hệ số rỗng ban đầu của lớp đất phân tố i

Độ lún cố kết theo thời gian:

+ St: độ lún cố kết của nền dưới tải trọng tính toán tại thời điểm t;

24

tb - hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất yếu trong phạm

vi bấc thấm; và được tính theo công thức:

+ H- chiều dài đường thấm cố kết theo phương đứng Nếu chỉ có một biên thoát nước

ở trên thì H = L, còn nếu có hai biên thoát nước cả trên và dưới (dưới có lớp cát hoặcthấu kính cát) thì H = L/2 (L- chiều dài tính toán của bấc thấm);

(b) Uh Độ cố kết theo phương ngang:

2 2

s

r

+ D- đường kính hữu hiệu của bấc thấm; D =1.13d (với lưới ô vuông), D =1.05d (với lưới tam giác)

+ d- khoảng cách giữa tim các bấc thấm;

+ Ch -hệ số cố kết theo phương ngang;

+ Fn -nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bấc thấm:

a, b - chiều dày và chiều rộng của bấc thấm;

- Fs : nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động đất nền khi đóng bấc thấm:

k d

F h 1 ln s

(8)

k s d w

+ kh-hệ số thấm của đất theo phương ngang khi chưa đóng bấc thấm;

+ ks- hệ số thấm của đất theo phương ngang trong vùng xáo động (smear zone);

+ ds- đường kính tương đương của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm;

- F r nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm được xác định theo công thức:

F 2 L2 k h

(9)

3 qw

+ L- chiều dài tính toán của bấc thấm (m)

+ qw- tính bằng m3/s, là khả năng thoát nước của bấc thấm tương đương với gradient thủy lực bằng 1

+ Sc- độ lún từ biến của nền dưới tải trọng gây lún của công trình tính đến thời điểm

dự báo;

+ C- hệ số lún từ biến, nếu không có kết quả thí nghiệm có thể được tính theo côngthức kinh nghiệm

theo kinh nghiệm;

C 0.045C s 1 e0 (Ladd and DeGrood, 2003) và được hiệu chỉnh

+ hi- chiều dày lớp đất được dự tính độ lún từ biến (m);

+ t0- thời điểm bắt đầu dự báo độ lún từ sau khi kết thúc giai đoạn xử lý nền;

+ t- thời gian tính

2.2 Các vấn đề liên quan đến công tác thi công.

2.2.1 Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm:

- Phải thi công tầng đệm cát trước khi thi công bấc thấm Tầng đệm cát này thường làm bằng cát thô hoặc cát hạt trung và có chiều dày từ 0.5 đến 0.6m

- Việc thi công tầng đệm cát phải tuân theo các quy định và quy trình đắp nền (mỗi lớp

từ 25cm đến 30cm) Độ chặt đầm nén của đệm cát phải thỏa mãn 02 điều kiện:

+ Máy thi công di chuyển và làm việc ổn định

- Lớp phủ bảo vệ tầng đệm cát phía mái dốc nền đắp (nếu có) được thi công trước khi bắt đầu dỡ tải

2.2.2 Thi công cắm bấc thấm:

- Thiết kế cắm bấc thấm có các đặc trưng kỹ thuật sau:

+ Trục tâm để lắp bấc thấm có tiết diện 60x120mm, dọc trục có vạch chia đến centimet

để theo dõi chiều sâu cắm bấc thấm và phải có quả dọi để thường xuyên kiểm tra độthẳng đứng khi cắm bấc thấm vào lòng đất

+ Máy phải có lực đủ lớn để cắm bấc thấm đến độ sâu thiết kế

- Thiết kế trước sơ đồ di chuyển làm việc của máy cắm bấc thấm trên mặt bằng củađệm cát theo nguyên tắc:

+ Khi di chuyển, máy không được đè lên những bấc thấm đã thi công

+ Hành trình máy di chuyển là ít nhất

- Trước khi thi công chính thức, đơn vị thi công cần tổ chức thi công thí điểm trên mộtphạm vi đủ để máy di chuyển hai lần đến ba lần khi thực hiện các thao tác cắm bấcthấm

- Trình tự thi công cắm bấc thấm như sau:

+ Đinh vị tất cả các điểm sẽ phải cắm bấc thấm bằng máy đo đạc thông thường theohàng dọc và ngang đúng với thiết kế, đánh dấu vị trí định vị, công việc này cần làmcho từng ca máy;

+ Đưa máy cắm bấc thấm vào vị trí theo đúng hành trình đã vạch trước Xác định vạchxuất phát trên trục tâm để tính chiều dài thấm bấc được cắm vào đất, kiểm tra độ thẳngđứng của trục tâm bằng dây dọi hoặc bằng thiết bị con lắc đặt trên giá máy ép

+ Lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đưa đầu trục tâm đến vị trí cắm bấcthấm

+ Gắn đầu neo vào đầu bấc thấm với chiều dài bấc thấm được gấp lại tối thiểu 30cm

và được ghim bằng ghim thép Các đầu neo phải có kích thước phù hợp với bấc thấm.Kích thước đầu neo thường là 85mm x 150mm bằng tôn dày 0.5mm

+ Cắm trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế với tốc độ đều trong phạm vi

từ 0.2 m/s đến 0.6m/s Sau khi cắm bấc thấm xong, kéo trục tâm lên (lúc này đầu neo

sẽ giữ bấc thấm lại trong lòng đất) Khi trục tâm đã được kéo lên hết, dùng kéo cắt đứt