Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu zone 5, nhà máy xử lý khí cà mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI QUÁCH ĐỨC HÒA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ZONE 5, NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

QUÁCH ĐỨC HÒA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ZONE 5, NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU BẰNG BẤC THẤM KẾT

HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS PHẠM QUANG TÚ

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

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

Tác giả luận văn

Quách Đức Hòa

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập, nghiên cứu luận văn thạc sĩ cùng với sự hướng dẫn tận tình củathầy Tiến sĩ Phạm Quang Tú và sự động viên giúp đỡ của gia đình, bạn bè em đã hoàn

thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu Zone

5, nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải”

theo đúng yêu cầu và kế hoạch được giao

Luận văn này có ý nghĩa quan trọng đối với bản thân và đã giúp em cũng cố lại kiếnthức trong suốt quá trình học tập, đây là một dịp rất tốt để làm quen với công tác thiết

kế tổ chức thi công một công trình cụ thể

Trong quá trình làm luận văn , em đã cố gắng nghiên cứu, vận dụng kiến thức đã học,tham khảm các tài liệu liên quan, các quy trình, quy phạm hiện hành học hỏi nhữngkinh nghiệm quý báu của thầy hướng dẫn để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao Tuynhiên do trình độ có hạn, kinh nghiệm của bản thân còn ít nên việc vận dụng kiến thứctính toán một công trình cụ thể còn hạn chế và không tránh khỏi những sai sót Kínhmong các thầy, cô giáo chỉ bảo và giúp em bổ sung những kiến thức cần thiết

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Phạm Quang Tú người đã rất tận tìnhchỉ bảo, đôn đốc, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận án Cùng toàn thể thầy

cô giáo trong bộ môn Địa Kỹ Thuật trường Đại học Thủy Lợi đã truyền đạt kiến thứcchuyên môn và thực tế cho em Đồng thời em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè luônủng hộ giúp đỡ em trong quá trình em làm luận văn tốt nghiệp

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Học viên

Quách Đức Hòa

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về nền đất yếu 4

1.1.1 Khái niệm về đất yếu 4

1.1.2 Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp: 5

1.1.3 Nhận biết đất yếu 5

1.1.4 Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu 6

1.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình 7

1.2.1 Giải pháp cơ học: 7

1.2.2 Các giải pháp thủy lực học (Vật lý): 14

1.2.3 Các giải pháp hóa học: 19

1.3 Kết luận chương 1 21

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI 23

2.1 Các nguyên lý tính toán và thiết kế bấc thấm 23

2.1.1 Các nguyên lý tính toán 23

2.1.2 Thiết kế bấc thấm 23

2.2 Qui trình, thiết bị và kỹ thuật thi công bấc thấm 30

2.3 Kiểm soát chất lượng 32

2.4 Thiết bị quan trắc hiện trường 33

2.5 Quy trình thi công 34

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ZONE 5, NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU 35

3.1 Giới thiệu về dự án 35

3.1.1 Mục tiêu đầu tư: 35

3.1.2 Vị trí địa lý: 36

3.1.3 Điều kiện địa chất: 37

3.1.4 Phạm vi xử lý nền: 40

3.1.5 Yêu cầu thiết kế xử lý nền: 40

3.2 Tính toán thiết kế chi tiết: 41

3.2.1 Phân tích các số liệu đầu vào .41

3.2.2 Lựa chọn chỉ tiêu cơ lý của đất nền 42

3.2.3 Tính toán và bố trí bấc thấm: 43

3.2.4 Tổng hợp kết quả tính toán: 54

3.3 Mô phỏng bằng phần mềm Geo-studio 56

3.3.1 Giới thiệu phần mềm 56

3.3.2 Các bước giải bài toán 57

3.3.3 Mô tả bài toán và nhập số liệu 58

3.4 Mô phỏng bài toán 59

3.4.1 Phân tích: 59

3.4.2 Các bước thực hiện 59

3.4 Quan trắc quá trình thi công 65

3.4.1 Kiểm tra độ cao mặt bằng 65

3.4.2 Quan trắc độ lún bề mặt 65

3.4.3 Quan trắc áp suất chân không 66

3.4.4 Quan trắc độ lún từng lớp 66

3.4.5 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 67

3.4.6 Quan trắc ổn định nền 67

3.4.7 Khảo sát lại đánh giá hiệu quả gia cố nền 68

3.5 Thi công và nghiệm thu 68

3.5.1 yêu cầu về vật liệu 68

3.6 Thiết kế thi công chi tiết 71

3.6.1 Nghiệm thu tọa độ chỉ giới, cao độ và phạm vi xử lý nền .71

3.6.2 San lấp mặt bằng 72

3.6.3 Thi công lớp đệm cát 72

3.6.4 Thi công bấc thấm 72

3.6.5 Thi công tường sét 74

3.6.6 Lắp đặt hệ thống thiết bị quan trắc 75

3.6.7 Thi công hệ thống thoát nước ngang 75

3.6.8 Thi công các lớp vải địa kỹ thuật 76

3.6.9 Thi công 2 lớp màng chân không 77

3.6.10 Nối màng ra và lắp đặt hệ thống hút chân không 77

3.6.11 Vận hành hệ thống bơm chân không 78

3.6.12 Thi công gia tải cát 79

3.6.13 Dỡ tải chân không 80

3.6.14 San gạt mặt bằng và lu lèn 81

3.7 Thoát nước 81

3.7.1 Thoát nước nền 81

3.7.2 Thoát nước hút chân không trước gia tải 81

3.8 Ảnh hưởng của công tác xử lý nền đối với các khu vực xung quanh 82

3.9 An toàn và bảo vệ môi trường trong thi công 82

3.9.1 Quy định chung 82

3.9.2 Công tác an toàn lao động 83

3.10 Bảo vệ môi trường 84

3.10.1 Phòng ngừa ô nhiễm đất, nguồn nước và xói lở đất 84

3.10.2 Phòng ngừa ô nhiễm khí thải và tiếng ồn .85

3.11 Kiểm tra và nghiệm thu 85

3.11.1 Lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách 85

3.11.2 Tầng đệm cát thoát nước ngang và hệ thống thoát nước bề mặt 85

3.11.3 Thi công cắm bấc, hào kín khí hoặc tường kín khí 85

3.11.4 Hệ thống thiết bị quan trắc .86

3.11.5 Hệ thống ống hút nước ngang, ống hút chân không và bản thoát nước ngang 86 3.11.6 Kiểm tra màng kín khí 86

3.11.7 Độ kín khí khi gia tải hút chân không 87

3.11.8 Lớp bù lún và đắp gia tải thêm 87

3.11.9 Bảng tiến độ thi công 87

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 88

1 Những kết quả đạt được 88

2 Một số điểm còn tồn tại 88

3 Hướng nghiên cứu tiếp theo 88

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Xác định độ cố kết Uv 26

Bảng 3.1: Tổng hợp tọa độ của các điểm định vị khu vực xây dựng của dự án .36

Bảng 3.2: Tổng hợp thông số kỹ thuật của các hạng mục thuộc nhà máy 40

Bảng 3.3: Các yêu cầu kỹ thuật và tiền độ thi công xử lý nền 40

Bảng 3.4: Tải trọng khai thác trong trường hợp nếu không xử lý nền 42

Bảng 3.5: Tải trọng trong quá trình khai thác .42

Bảng 3.6: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán (Zone 5) 42

Bảng 3.7: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán 42

Bảng 3.8: Độ cố kết của nền dưới tải trọng khai thác: 43

Bảng 3.9: Thông số của bấc thấm 44

Bảng 3.10: Tải trọng khi thi công cắm bấc thấm 44

Bảng 3.11: Độ lún dưới tải trọng thi công khi cắm bấc thấm 45

Bảng 3.12: Độ cố kết trung bình theo phương đứng và phương ngang trong quá trình cắm bấc thấm 45

Bảng 3.13: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải trọng khi cắm bấc thấm 46

Bảng 3.14: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 1 47

Bảng 3.15: Bảng kết quả tính toán lún phương án 1 47

Bảng 3 16: Độ lún ổn định của nền khi xử lý theo phương án 1 48

Bảng 3.17: Độ cố kết trung bình theo phương đứng và theo phương ngang theo phương án 1 48

Bảng 3 18: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương án 1 49

Bảng 3.19: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 2 50

Bảng 3.20: Bảng kết quả tính toán lún phương án 2 50

Bảng 3.21: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương án 2 51

Bảng 3.22: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 3 52

Bảng 3.23: Bảng kết quả tính toán lún phương án 3 52

Bảng 3 24: Độ lún ổn định của nền khi xử lý theo phương án 3 53

Bảng 3.25: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương

án 3 53

Bảng 3.26: Bảng so sánh kết quả phân tích lựa chọn khoảng cách bấc thấm 54

Bảng 3 27: Tổng hợp khối lượng xử lý nền theo các phương án 55

Bảng 3 28: Các yêu cầu kỹ thuật của bấc thấm 69

Bảng 3.29: Yêu cầu kỹ thuật màng chân không cần đạt 70

Bảng 3.30: Tiến độ thi công dự kiến 87

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Thi công cọc cát 9

Hình 1.2: Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn 11

Hình 1.3: Máy đóng cọc 12

Hình 1.4: Máy ép cọc 12

Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động giếng cát 15

Hình 1.6: Máy cắm bấc thấm Doosan 370, FS16, chiều sâu cắm bấc max: 32m 18

Hình 2.1: Toán đồ xác định nhân tố xáo động Fs 27

Hình 2.2: Toán đồ xác định sức cản Fr 28

Hình 2.3: Toán đồ xác định độ cố kết theo phương ngang Uh 29

Hình 2.4: Thi công bấc thấm a) Thiết bị cắm bấc thấm; b) Ống lồng bấc thấm 31

Hình 3.1: Mặt bằng nhà máy và khu vực xử lý nền (Zone 5) 36

Hình 3.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của nền theo độ sâu các lớp đất 38

Hình 3.3: Mặt cắt địa chất khu vực nhà máy 39

Hình 3.4: Độ lún theo thời gian khi cắm bấc thấm 46

Hình 3.5: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 1 49

Hình 3.6: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 2 51

Hình 3.7: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 3 54

Hình 3.8: So sánh giá thành xây dựng giữa 03 phương án 55

Hình 3.9: Giao diện phần mềm GEOSTUDIO 57

Hình 3.10: Các bước giải bài toán bằng phần mềm Geostudio 57

Hình 3.11: Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào nền 63

Hình 3.12: Tính toán ứng suất và biến dạng khi xử lý nền 64

Hình 3.13: Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào 64

: 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

Dự án đầu tư xây dựng công trình Nhà máy xử lý Khí Cà Mau (GPP Cà Mau) là mộtphần trong kế hoạch thực hiện mục tiêu trong chiến lược phát triển ngành khí ViệtNam giai đoạn đến năm 2015, định hướng đến năm 2025

Khi Dự án Nhà máy GPP Cà Mau được triển khai và đưa vào vận hành sẽ giúp cân đốicung cầu về khí tại khu vực Tây Nam Bộ, đa dạng hóa các sản phẩm dầu khí có giá trịcao, đáp ứng như cầu sản phẩm khí hóa lỏng và hóa dầu tại tỉnh Cà Mau, khu vực TâyNam Bộ và trên toàn quốc, góp phần vào việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia,đồng thời góp phần giải quyết các vấn đề về kinh tế xã hội: tạo việc làm cho lực lượnglao động địa phương, tăng nguồn thu cho ngân sách nhà nước cho khu vực miền TâyNam bộ, đặc biệt là tỉnh Cà Mau

Dự án Nhà máy GPP Cà Mau được thực hiện trong thời gian 23 tháng và dự kiến hoànthành vào cuối năm 2017.Trong khu vực xây dựng xuất hiện tầng đất yếu đến độ sâu

từ 16.2m đến 17.2m từ mặt đất tự nhiên Với điều kiện địa chất yếu, chiều dày đất yếulớn, mặc dù các kết cấu chính về sau sẽ có thiết kế móng riêng (móng cọc), tuy nhiênvẫn cần phải tiến hành xử lý nền trước khi xây dựng để đảm bảo các kết cấu của khuvực sau này làm việc an toàn dưới ảnh hưởng của lớp đất đắp san nền trên diện rộng

và tải trọng khai thác Nếu không được xử lý, các tải trọng này sẽ gây ra độ lún lớncho nền trên phần không có cọc, có thể gây ra ma sát âm làm giảm sức chịu tải củacọc, làm sụt lún các công trình phụ trợ Qua đó, có ba giải pháp xử lý nền được xemxét cho dự án gồm: giải pháp đắp gia tải trước kết hợp bấc thấm; giải pháp hút chânkhông kết hợp bấc thấm; giải pháp cọc xi măng đất Trong ba giải pháp trên thì giảipháp hút chân không kết hợp bấc thấm có nhiều ưu điểm hơn cả như: thời gian thicông nhanh do thời gian gia tải ngắn; giảm khối lượng cát đáng kể do không cần cátchất tải, giảm chi phí cho thi công đắp và dỡ tải, tiết kiệm tài nguyên và thân thiện vớimôi trường; hiệu quả xử lý nền cao, kiểm soát chất lượng thi công tốt; đã được ápdụng khá nhiều trong các dự án trong khu vực; giá thành ưu việt đặc biệt là khi diện

tích xử lý rộng Từ những phân tích nêu trên, việc đề tài nghiên “Nghiên cứu giải pháp

xử lý nền đất yếu Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chânkhông và gia tải” là cần thiết, làm sáng tỏ cơ sở lý luận và thực tiễn của giải pháp xử lýnền cho nhà máy xử lý khí Cà Mau, đáp ứng được các yêu cầu của thực tế đặt ra

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu ổn định của công trình trên nền đất yếu và đề xuất giải pháp tăng ổn địnhcho công trình: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu Zone 5, nhà máy xử lý khí CàMau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải” thông qua việc:

- Nghiên cứu các loại đất yếu ở Việt Nam và các giải pháp xử lý nền đất yếu và lựachọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho công trình Nhà máy xử lý khí Cà Mau

- Cơ sở lý thuyết tính toán giải pháp xử lý nền bằng đất yếu kết hợp hút chân không vàgia tải

- Tính toán thiết kế chi tiết xử lý nền đất yếu cho Nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấcthấm kết hợp hút chân không và gia tải

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: nguyên lý tính toán thiết kế, phương pháp xử lýnền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải

Phạm vi nghiên cứu là công tác xử lý nền cho Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà Mau

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thực tế tại một số công trình đã xây dựng ởtrong 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 trinh xây dựng

- Phương pháp mô hình toán để so sánh, lựa chọn giải pháp xử lý nền

5 Kết quả dự kiến đạt được

- Tổng quan về các loại đất yêu và các giải pháp xử lý móng công trình trên nền đấtyếu trên lãnh thổ Việt Nam

- Nguyên lý tính toán thiết kế xử lý nền Nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kếthợp hút chân không và gia tải

- Tính toán thiết kế chi tiết xử lý nền đất yếu cho công trình Nhà máy xử lý khí CàMau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải theo từng giải pháp xử lý và đềxuất giải pháp xử lý cho công trình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về nền đất yếu.

1.1.1 Khái niệm về đất yếu

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, dovậy không thể xây dựng các công trình Đất yếu là một loại đất không có khả năngchống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên.Đất mềm yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng0,5 - 1,0 daN/cm2); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kg); hệ số rỗng lớn (e > 1); độsệt lớn (B > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2); khã năng chống cắt nhỏ;khã năng thấm nước nhỏ, hàm lượng nước trong đất cao độ bảo hoà nước G > 0,8dung trọng nhỏ

Đất yếu là loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạnchảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thínghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2),góc nội ma sát φ < 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu< 0,35daN/cm2

Đất yếu có thể được phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B:

Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy

Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn vềsức kháng cắt không thoát nước su và hệ số xuyên tiêu chuẩn như sau:

- Đất rất yếu (trạng thái chảy): su (kPa) ≤ 12,5 và N30 ≤ 2

- Đất yếu (trạng thái dẻo chảy): su (kPa) ≤ 25 và N30 ≤ 4

(N: số búa đóng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn)

1.1.2 Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp:

– Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòanước, có cường độ thấp

– Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ởtrạng

thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu

> 1,0, độ bão hòa G > 0,8)

Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thườngxuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy,tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất

đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâusẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định làđất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng có các trị số như nói

ở mục 1.1.1

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

- Lượng hữu cơ có từ 20 - 30%: Đất nhiễm than bùn

- Lượng hữu cơ có từ 30 - 60%: Đất than bùn

- Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn

Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một sốtính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt,tăng trị số môdun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất, Đối với công trìnhthủy lợi, còn yêu cầu làm giảm/ngăn chặn hiện tượng thấm qua nền và thân công trình,bảo vệ khối đắp chống tác động của sóng và dòng chảy

Như vậy, nền đất yếu sẽ không đáp ứng được yêu cầu xây dựng công trình Tùy theoquy mô tải trọng công trình cần xây dựng sẽ cần các biện pháp xử lý khác nhau Phầndưới dây sẽ trình bày về các biện pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng công trình

1.1.4 Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặcđiểm công trình, đặc điểm của nền đất, Tùy điều kiện cụ thể mà người thiết kế phảiđưa ra các biện pháp xử lý hợp lý về kinh tế, kỹ thuật

Về nguyên tắc, khi gặp nền đất yếu phải xem xét cân nhắc các biện pháp sau:

- Giải pháp xử lý kết cấu công trình

+ Chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún, làm giằng BTCT, dự trữ độ cao bằng độlún dự kiến của công trình

+ Lựa chọn độ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớpcách nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo các khe hở trong đất

+ Quy định và chấp hành nghiêm ngặt về quy trình đào đắp đất.

- Các biện pháp xử lý nền

Cải thiện thành phần, trạng thái của đất, từ đó làm cho các tính chất cơ học, vật lý củađất nền đáp ứng được yêu cầu trong xây dựng Để làm tăng độ bền và làm giảm độ nénlún của đất, có thể chọn những giải pháp làm giảm độ rỗng hoặc tăng lực dính Trongmột số trường hợp khác, mục đích của gia cố là làm cho đất đá từ chỗ thấm nước trởthành cách nước

- Các biện pháp xử lý về móng

Lựa chọn các giải pháp cho phù hợp như: Móng đơn, móng băng (1 hoặc 2 phương),móng bè, móng cọc, … tùy theo tải trọng tác dụng và đặc điểm của công trình, từngloại đất cụ thể

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

1.2.1 Giải pháp cơ học:

Gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước),

sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc (cọc cát, cọc xi măng đất,cọc tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc vôi, ), phương pháp vải địa kỹ thuật, phươngpháp đệm cát, để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học Được sử dụng rộng rãi và phổbiến trong việc xử lý nền, gia cố nền đấ yếu bở hiệu quả mà nó mang lại rất rõ rệt vàtăng sức chịu tải của nền, ổn định về cường độ, biến dạng,

1.2.1.1 Đệm cát

- 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

- Thi công đệm cát:

+ Khi thi công đệm cát, việc trước tiên là phải xác định các chỉ tiêu đầm nén Để đánh

giá chất lượng đầm nén người ta thường dựa vào hai chỉ tiêu quan trọng: độ chặt và độ

ẩm đầm nén

+ Khi thi công đầm nén đệm cát thì thường thi công theo từng lớp, chiều dầy đầm tùy

thuộc vào trọng lượng của máy đầm mà tính toán và thi công cho phù hợp

- Ưu điểm:

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

khác

+ 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.

- Khuyết điểm:

+ Chiều dày lớp đất yếu >3m thì khối lượng đào đắp để thay thế lớp cát sẽ lớn, không

hiệu quả về mặt kinh tế vì chi phí lớn

+ Nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng di động, xáo trộn

các thành phần hạt, đồng thời gây ra độ lún tăng thêm dưới móng công trình

- Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối nhỏ và diện tích để

xây dựng công trình không quá lớn, tải trọng công trình tác dụng lên nền dưới dạngphân bố đều, chiều dày lớp đất yếu nhỏ

1.2.1.2 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

- Thi công cọc cát:

+ Chuẩn bị hố móng, đóng ống thép xuống đất, nhồi cát và đầm chặt, đồng thời rútống thép lên

+ Ống thép được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc bằng phương pháp chấnđộng.

+ Khi thi công bằng phương pháp đầm nện: đóng những cọc lõi bằng thép xuống tớicao trình thiết kế, sau đó rút lên vầ nhồi cát vào lỗ cọc, đồng thời đầm từng lớp bằngbúa treo, mỗi lớp có chiều dày từ 1m đến 1,2m

+ 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 độngra

Hình 1.1: Thi công cọc cát

- 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 nền thiên 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 ăn mòn 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 cát thì tốt nhất)

1.2.1.3 Cọc bê tông cốt thép

- Nguyên lí làm việc: Khi hạ cọc xuống đất nền, thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ đất lỗ

rỗng của đất nền từ đó làm tăng khả năng chịu lực của đất nền

+ Cọc bê tông cốt thép làm việc tốt trong môi trường đất, do đó người ta thường sử

dụng cọc bê tông cốt thép để gia cố nền đất yếu, đặc biệt là các công trình chịu tảitrọng lớn như các công trình dân dụng và công nghiệp, công trình giao thông, thủy lợi

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: Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn

- 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).

- 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 kỹ thuật cao trong thiết kế và thi công.

- Đối với cọc khoan nhồi:

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

+ 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

1.2.2.1 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 1.5: 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 thìtác 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,… khi 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,…

1.2.2.2 Hạ mực nước ngầm:

- Nguyên lí hoạt động: Khi hạ thấp mực nước ngầm sẽ làm cho đất nền chặt lại, khả

năng chịu lực của đất nền tăng lên, đây cũng là một giải pháp để nhằm tăng thêm khảnăng chịu lực của đất nền

- Thi công hạ mực ngầm:

+ Hiện nay người ta thường dùng các phương pháp hạ mực nước ngầm bằng giếngthấm qua các ống kim lọc hoặc bằng điện thấm tùy theo tính chất của đất nền, tốc độthấm, diện tích và chiều sâu hố móng cũng như chiều sâu hạ mực nước ngầm cần thiết

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

+ Khi đất nền có hệ số thấm nhỏ k<1m/ng.đ 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.đ (đất dính), người ta dùng phương pháp điệnthấm để hạ mực nước ngầm, phương pháp này cũng như phương pháp tạo chân không,không chỉ có tác dụng hạ mực nước ngầm mà còn có tác dụng gia cố nền đất.

- Ưu điểm:

+ Rất hiệu quả cho công trình xây dựng dân dụng khi đào để thi công hố móng lớn cómực nước ngầm cao vì về hình thức thi công là đơn giản, thời gian thi công nhanh.+ Đối với công trình giao thông: rất hiệu quả cho trường hợp hạ mực ngầm bằng cáchđào rãnh dọc hai bên đường, gia tải nền đường để vắt ép thoát ra bên ngoài làm tăngnhanh tốc độ cố kết, thi công đơn giản và tiết kiệm

- Khuyết điểm:

+ Khi xử lý cho công trình ở đô thị thì dễ ảnh hưởng đến công trình lân cận vì khi đào

hạ mực nước ngầm thì dễ dẫn đến hiện tượng xói ngầm, mao dẫn các hạt cát từ cáccông trình bên, do đó khi thi công cần phải kết hợp với nhiều biện pháp khác như đóng

+ 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

- Thi công bấc thấm:

+ 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 1.6: Máy cắm bấc thấm Doosan 370, FS16, chiều sâu cắm bấc max: 32m

- Ưu điểm:

+ Công nghệ thi công phổ biến, 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

- 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

- 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)

1.2.3 Các giải pháp hóa học:

Một trong những nhóm phương pháp được chú ý nhất trong vòng 40 năm trở lại đây

Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, phương pháp Silicathóa, hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa Phương pháp xi mănghóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến

1.2.3.1 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, khống

chế 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

+ 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

- Công nghệ trộn ướt: Phương pháp này dựa vào nguyên lý trộn vữa xi măng vào đấtbằng dòng vữa có áp lực Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm cóvòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố với áp lực khoảng 20MPa từ vòi

bơm phun xả phá vỡ tầng đất Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọnglực sẽ trộn lẫn dung dịch vữa.

+ 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

- Phạm vi áp dụng: Được áp dụng cho cả công trình mang tính tạm thời như: ngănchặn nâng đáy hố đào, ổn định mái dốc cho các công trình giao thông, tường hào baoquanh hố móng, công trình ngầm, và công trình vĩnh cửu: xử lý tăng cường độ chonền đất yếu như mố cầu giao thông, chống thấm dưới nền công trình thủy lợi, đê đập,cống lấy nước, kè chống xói lở bờ sông, ổn định tường chắn, gia cố neo chống trượtcho mái dốc

1.3 Kết luận chương 1

Từ những phương pháp xử lý nền đất yếu nêu trên phương pháp xử lý nền bằng cọcBTCT, cọc đất – xi măng được áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối lớn vàchủ yếu là tải trọng tập trung từ móng truyền xuống nền; chi phí xử lý cao hơn

Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát, cọc cát, giếng cát, bấc thấm được áp dụng chocác trường hợp có tải trọng loại nhỏ và tải trọng phân bố trên diện rộng, cần thời giandài cho đất nền cố kết và gia tải phải đủ lớn

Đối với luận văn này, việc nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu cho Zone 5 nhà máy

xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải là giải pháp tối ưunhất, do mặt bằng cần xử lý là khu vực phụ trợ có diện tích lớn, thời gian gia tải ngắn

đáp ứng được tiến độ gấp rút của nhà máy đặt ra Trong các chương tiếp theo, học viêntiếp tục trình bày cơ sở lý thuyết chi tiết của giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kếthợp hút chân không và gia tải và ứng dụng cho Zone 5.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

2.1 Các nguyên lý tính toán và thiết kế bấc thấm

Sau đây tác giả sẽ trình bày cơ sở lý thuyết của từng nội dung

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

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

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

Ss là độ lún do từ biến trong một khoảng thời gian nhất định

Độ lún ổn định của nền

Theo tiêu chuẩn xử lý nền đất yếu TCVN 9355:2012, TCVN 9842:2013 và 22TCN262:2000, độ lún ổn định của nền dưới một cấp tải trọng phụ thêm p được tính theophương pháp cộng lún từng lớp theo công thức sau:

+ Nếu p + z < pc:

n h p