Nghiên cứu phương pháp hút chân không kết hợp sử dụng bấc thấm xử lý nền đất yếu

Nguyên lý làm vi c c a ph ng pháp thi công có màng kín khí ..... Tính toán d báo lún..... đo lún th c ph ng pháp ba đi m.. Ki m tra tính toán lún theo ph ng pháp gi i tích ..... Khai báo

PH N M U 1

1 Tính c p thi t c a đ tài 1

2 M c đích c a đ tài 1

3 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u 2

4 K t qu d ki n đ t đ c 3

CH NG 1: T NG QUAN V PH NG PHÁP HÚT CHÂN

KHÔNG VÀ C S LÝ THUY T 4

1.1 Khái ni m quá trình c k t 4

1.2 Khái ni m ph ng pháp gia t i tr c b ng hút chân không 4

1.2.1 Ti n trình gia t i tr c b ng chân không 5

1.2.2 ng d ng th c t c a ph ng pháp c k t chân không trong các công trình xây d ng hi n nay 8

1.3 Ph ng pháp c k t chân không 10

1.3.1 Nguyên lý làm vi c c a ph ng pháp thi công có màng kín khí 10

1.3.2 Nguyên lý làm vi c c a ph ng pháp thi công không có màng kín khí 11

1.3.3 N i dung ph ng pháp c k t chân không 12

1.4 Nguyên lý làm vi c, ng d ng và ph ng pháp thi công b c th m trong quá trình x lý n n đ t y u 15

1.4.1 Khái ni m 15

1.4.2 ng d ng c a b c th m trong ph ng pháp gia t i tr c 17

1.4.3 Ph ng pháp thi công b c th m 19

1.5 ng d ng c a vi c s d ng b c th m trong ph ng pháp gia t i tr c và hút chân không 20

1.6 K t lu n Ch ng 1 21

CH NG 2: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN C K T CHÂN KHÔNG 22

2.1 N i dung c a phân tích bài toán CKCK 22

2.1.1 nh h ng v t ng quan và ki m toán bài toán CKCK 22

2.1.2 Các ph ng pháp nghiên c u x lý n n đ t y u b ng CKCK 22

2.1.2.2 Ph ng pháp ph n t h u h n 24

2.1.2.3 Ph ng pháp th c nghi m 24

2.2 Các ph ng pháp gi i bài toán CKCK 24

2.2.1 M c đích c a CKCK 24

2.2.2 Các tác nhân t o nên c k t th m 25

2.2.3 Các bài toán c k t th m 25

2.2.4 Các ph ng pháp gi i bài toán c k t th m. 25

2.2.4.1 Ph ng pháp c k t lún nén t ng đ ng 25

2.2.4.2 Ph ng pháp c k t th m có c c th m (Barron - Terzaghi) 27

2.2.4.2.1 c k t toàn ph n so v i đ c k t theo ph ng đ ng và 27

2.2.4.2.2 Kho ng cách và đ ng kính c a c c th m 30

2.2.4.3 Ph ng pháp gi i cho bài toán c k t chân không 32

2.3 Tính toán thi t k x lý n n b ng gia t i b m hút chân không 33

2.3.1 Tính toán thi t k các thông s k thu t 33

2.3.1.1 Chi u dày l p gia t i kín khí 33

2.3.1.2 B c th m 33

2.3.1.2.1 Chi u dài b c th m 34

2.3.1.2.2 ng kính b c th m 34

2.3.1.2.3 L u l ng b c th m 35

2.3.1.2.4 Vùng nh h ng và cách c m b c th m 35

2.3.1.2.5 Máy b m, h th ng ng n i và đ ng h đo áp l c 37

2.3.2 Tính toán d báo lún 38

2.3.2.1 L a ch n các ph n m m tính toán 38

2.3.2.2 D báo lún b ng ph ng pháp Asaoka 39

2.3.2.3 Ph ng pháp d báo truy n th ng 41

2.3.2.4 Ph ng pháp d đoán đ lún c k t cu i cùng v i gi thi t đ ng cong lún là đ ng cong hypecbôn 41

đo lún th c (ph ng pháp ba đi m) 43

K T LU N CH NG 2 44

CH NG 3: NG D NG PH NG HÚT CHÂN KHÔNG ………45

3.1 Gi i thi u chung v công trình 45

3.1.1 Ph m vi d án 45

3.1.2 Các h ng m c chính c a công trình 45

3.1.3 Quy mô – tiêu chu n k thu t chính c a d án 46

3.2 i u ki n t nhiên 47

3.2.1 V trí đ a lý, đi u ki n đ a hình, đ a m o 47

3.2.2 a ch t công trình (báo cáo kh o sát đ a ch t đính kèm Ph l c 1) 48

3.2.3 Khí t ng, th y v n công trình, sông 48

3.3 Ph ng án m t c t ngang 51

3.4 Các tiêu chí thi t k 51

3.5 Yêu c u thi t k 55

3.6 Tính toán n đ nh 56

3.7 K t qu tính toán khi ch a x lý 58

3.8 Ki m tra tính toán lún theo ph ng pháp gi i tích 61

3.9 Ki m tra tính toán n đ nh b ng ph n m m GEO-SLOPE/W 70

3.9.1 L a ch n ph n m m tính toán 70

3.9.2 K t qu tính toán n đ nh b ng GEO- SLOPE/W 71

3.10 Tính toán c k t chân không b ng ph n m m Plaxis 8.2 74

3.10.1 Gi i thi u chung v ph n m m Plaxis 8.2 74

3.10.2 M t s v n đ trong vi c ng d ng ph n m m Plaxis 8.2 đ tính toán n n đ ng đ p trên đ t y u 75

3.10.2.1 Mô hình bài toán 75

3.10.2.2 Lo i ph n t 75

3.10.2.3 Mô hình ti p xúc 76

3.10.2.4 L i (Mesh) 77

3.10.3 Tính toán n n đ ng đ p trên đ t y u khi s d ng bi n pháp

c k t chân không theo ph ng pháp ph n t h u h n b ng ph n m m Plaxis 80

3.10.3.1 Khai báo các y u t hình h c c a bài toán 80

3.10.3.1.1 S đ tính toán c a bài toán 80

3.10.3.1.2 Khai báo mô hình tính toán trong Plaxis 82

3.10.3.1.3 Khai báo đi u ki n biên 83

3.10.3.2 Xu t k t qu tính toán 87

3.10.3.3 Xét nh h ng t kho ng cách c m c a b c th m 90

3.10.3.3.1 Khi kho ng cách gi a các b c th m thay đ i 90

3.10.3.3.2 T ng h p nh h ng c a kho ng cách c m b c th m 93

3.10.3.4 Xét nh h ng chi u dài c m b c th m thay đ i 15m; 20 m; 25m khi kho ng cách c m b c th m 1m không thay đ i 94

3.10.3.4.1 Khi chi u dài b c th m là 15m (Lbt = 15m) 94

3.10.3.4.2 Khi chi u dài b c th m là 20 m (Lbt =20m) 96

3.10.3.4.3 T ng h p nh h ng c a chi u dài b c th m 98

3.11 K t lu n Ch ng 3 98

K t lu n và ki n ngh 100 Tài li u tham kh o 102 - 103

Ph l c 104 - 106

Hình 1.1 Bù lún trên đ ng cao t c Trung L ng – Tp H Chí Minh 2

Hình 1.2 Ph ng pháp c k t chân không cách ly b ng v i 6

Hình 1.3 Ph ng pháp c k t chân b ng ng hút tr c ti p 7

Hình 1.4 Ph ng pháp c k t chân khi đ p n n đ ng đ n 4m 7

Hình 1.5 Ph ng pháp c k t chân khi đ p n n đ ng cao h n 4m 8

Hình 1.6 Sân bay Qu c t Ph ông Th ng H i 8

Hình 1.7 S đ nguyên lý ph ng pháp MVC 11

Hình 1.8 S đ nguyên lý ph ng pháp thi công không có màng kín khí 12

Hình 1.9 Thi công b c th m đ ng t i đ ng cao t c Long Thành – D u Giây 12

Hình 1.10 L p đ t các ng tiêu n c d c và ngang 13

Hình 1.11 ào rãnh có ch a v abentonite đ làm kín mép biên 13

Hình 1.12 u n i mép t m b t ph t i công trình: Khí đi n đ m Cà Mau 14

Hình 1.13 Hình nh BHCK t i nhà máy đi n Nh n Tr ch - ng Nai 15

Hình 1.14 Hình nh c a m t s b c th m 16

Hình 1.15 Hình nh c m b c th m t i c ng Cái Mép - Bà R a - V ng Tàu 20

Hình 2.1 L trình ng ng su t trong quá trình c k t chân không 23

Hình 2.2 Quan h Uv – Tv theoTerzaghi 29

Hình 2.3 Bi u đ phân b đ c k t Uz (Z/Hdr, Tv) 29

Hình 2.4 Quan h Ur (Tr) theo Barron 31

Hình 2.5 th quan h F(n) 31

Hình 2.6 Bi u đ quan h đ c k t Uv và Tv 33

Hình 2.7 ng kính chuy n đ i c a b c th m 35

Hình 2.8 Giá tr x p x c a vùng xáo tr n xung quanh lõi b c th m 36

Hình 2.9 Các hình th c b trí b c th m thông d ng trên th c t 36

Hình 2.10 ng h đo áp l c khi đ c ti n hành CKHCK 38

Hình 2.11 th mô hình tính lún c a đ ng th ng Asaoka 40

Hình 2.12 th quan tr c lún và di n bi n tình hình gia t i đ p theo th i gian 42 Hình 2.13 th đ xác đ nh các thông s α và β. 43

Hình 3.2 M t c t ngang theo h s thi t k 51

Hình 3.3 Tâm và bán kính m t cung tr t c a đ t n n 57

Hình 3.4 L c kháng huy đ ng t v i đ a gia c ng 58

Hình 3.5 K t qu tính toán n đ nh c a n n đ ng khi ch a x lý 60

Hình 3.6 ng cong bi u di n quan h gi a t i tr ng và đ lún n n đ t 70

Hình 3.7 H s an toàn khi đ p n n cao nh t FS = 1,35. 73

Hình 3.8 H s an toàn khi đ a công trình vào khai thác, FS=1,445 73

Hình 3.9 V trí c a nút và đi m ng su t trong ph n t đ t 76

Hình 3.10 S th xác đ nh E0 và E50 78

Hình 3.11 Khai báo các tham s c a đ t theo mô hình Morh - Colomb trong Plaxis 80

Hình 3.12 M t c t ngang đi n hình x lý đ t y u b ng c k t chân không 81

Hình 3.13 Mô hình tính toán c k t chân không trong Plaxis 82

Hình 3.14 L i ph n t h u h n khi x d ng bi n pháp c k t chân không 85

Hình 3.15 Chuy n v c a l i ph n t 88

Hình 3.16 Bi u đ h s n đ nh dài h n 88

Hình 3.17 Bi u đ đ lún c a n n đ t t i v trí 89

Hình 3.18 Bi u đ tiêu tán áp l c n c l r ng 89

Hình 3.19 Bi u đ đ lún c a n n đ t t i v trí tim đ ng – KCbt =1.5m 91

Hình 3.20 Bi u đ áp l c n c l r ng d – KCbt =1.5m 91

Hình 3.21 Bi u đ h s an toàn – KCbt =1.5m 92

Hình 3.22 Bi u đ đ lún c a n n đ t t i v trí tim đ ng – KCbt =2.0m 92

Hình 3.23 Bi u đ áp l c n c l r ng d – KCbt =2.0m 93

Hình 3.24.Bi u đ h s an toàn – KCbt =2.0m 93

Hình 3.25 Bi u đ đ lún c a n n đ t t i v trí tim đ ng – Lbt =15m 95

Hình 3.26 Bi u đ áp l c n c l r ng d – Lbt =15m. 95

Hình 3.27 Bi u đ h s an toàn – Lbt = 15m 96

Hình 3.28 Bi u đ đ lún c a n n đ t t i v trí tim đ ng – Lbt =20m. 96

Hình 3.30 Bi u đ h s an toàn – Lbt =20m 97

B ng 3.1.Các ch tiêu c lý c a l p đ t 53

B ng 3.2 Th ng kê các thông s đ a ch t c a n n đ t 54

B ng 3.3 Quy đ nh lún d cho n n đ ng theo tiêu chu n Vi t Nam [4] 55

B ng 3.4 Thông s ban đ u c a n n ch a x lý 58

B ng 3.5 B ng t ng h p s li u k t qu tính lún n n đ t khi ch a x lý 59

B ng 3.6 B ng phân tích và l a ch n tr s m và Co c a l p đ t 60

B ng 3.7 K t qu tính chi ti t đ lún n n đ ng khi đ p 1m 62

B ng 3.8 T ng h p k t qu tính đ lún n n đ ng khi đ p 1m 63

B ng 3.9 S li u ban đ u khi c k t chân không 63

B ng 3.10.T ng h p k t qu tính đ lún c k t chân không n n đ ng t i giai đo n đ p 1m 64

B ng 3.11 T ng h p k t qu tính đ lún c k t chân không n n đ ng t i giai đo n đ p 1m 65

B ng 3.12 S li u ban đ u khi gia đ p thêm 65

B ng 3.13 K t qu tính chi ti t đ lún n n đ ng khi đ p 1,33m 66

B ng 3.14 T ng h p k t qu tính đ lún n n đ ng khi đ p 1,33m 67

B ng 3.15 S li u ban đ u c a gia đo n 4 67

B ng 3.16 K t qu tính chi ti t đ lún n n đ ng khi đ p 1,33m 68

B ng 3.17 T ng h p k t qu tính đ lún n n đ ng khi đ p 1.33m 69

B ng 3.18 K t qu d báo s c kháng c t theo th i gian 72

B ng 3.19 Thông s đ u vào c a mô hình trong Plaxis 83

B ng 3.20 Các giai đo n tính toán 86

B ng 3.21 T ng h p s li u tính toán khi c m b c th m là 1.0m 90

B ng 3.22 K t qu so sánh khi thay đ i kho ng cách c m b c th m 94

B ng 3.23 T ng h p nh h ng c a chi u dài b c th m 98

B ng 3.24 B ng so sánh k t qu gi a các ph ng pháp tính 98

NGUY N QU C AN

CÁC CÔNG TRÌNH T I THÀNH PH TÂN AN – T NH LONG AN

Mã s : 60.58.0204

TP H CHÍ MINH – 2014

Tác gi

Nguy n Qu c An

Tác gi xin g i l i c m n sâu s c đ n quí th y cô đã giúp đ Tác gi trong su t th i gian qua Tác gi xin g i l i c m n chân thành đ n PGS.TS.TR NH MINH TH đã t n tình h ng d n, chia

s và ch b o Tác gi trong su t quá trình làm lu n v n Bên c nh đó, cho Tác gi chân thành cám n quí Th y ph n bi n khoa h c đã đóng góp ý ki n khoa h c đ lu n v n phong phú và th c ti n h n

Tác gi xin chân thành c m n đ n Ban Giám hi u, khoa Công trình, các th y và cô giáo t b môn a k thu t c a

Tr ng i h c Th y l i đã t o nh ng đi u ki n thu n l i, đóng góp ý ki n quý báu cho tác gi trong quá trình nghiên c u

M c dù Tác gi đã c g ng r t nhi u trong quá trình nghiên c u

và th c hi n vi t lu n v n, tuy nhiên do th i gian có h n, ki n th c

nh t đ nh nên lu n v n không th thi n r ng h n n a Kính mong quí

th y cô, các b n đ ng nghi p h tr thêm ki n th c đ Tác gi đ c

ch p n i trí tu nhi u h n và ti n b h n trong l nh v c nghiên c u khoa h c xây d ng công trình

Cu i cùng, Tác gi xin chân thành c m n đ n gia đình,

b n bè, đ ng nghi p đã giúp đ , đ ng viên, ng h , chia s trong quá trình tác gi hoàn thành lu n v n c a mình

Long An, tháng 10 n m 2014 Tác gi

N guy n Qu c An

B: B r ng phân b ngang c a các xe

p : Áp su t chân không trong đ t, có giá tr không đ i duy trì

pvac: Áp su t chân không d i l p gia t i kín khí

∆Su: S gia t ng s c kháng c t không thoát n c

U(p+f): c k t kh có kh i gia t i đ t lên công trình

y u nh : Gi m h s r ng, gi m tính nén lún, t ng đ ch t, t ng tr s modun bi n

d ng, t ng c ng đ ch ng c t c a đ t… đ m b o đi u ki n khai thác bình th ng cho công trình

Hi n nay có r t nhi u ph ng pháp đ gia c n n đ t y u nh : đ m cát, c c cát,

c c đ t tr n xim ng khô ho c t … Tuy nhiên, b m hút chân không (BHCK) và

áp d ng cho các công trình

Vì v y, đ tài “Nghiên c u và ng d ng ph ng pháp b m hút chân không k t

h p s d ng b c th m x lý n n đ t y u trong quá trình xây d ng công trình t i thành ph Long An” là c n thi t và c p bách c a đ a ph ng Long An

2 M c đích c a đ tài

Tìm hi u nguyên lý, trình t và ph m vi ng d ng công ngh c k t hút chân không đ làm ch t đ t n n

Nghiên c u các thí nghi m trong phòng đ xác đ nh các thông s k thu t BHCK cho m t lo i đ t c th (m t đ , đ ng kính, áp l c b m hút, th i gian c k t, đi u

- T ng h p m t s công trình xây d ng, đ a hình, đ a ch t công trình, s li u t

- ánh giá t ng quan hi n tr ng đ t y u thành ph Long An

- ng d ng tính toán và thi công BHCK k t h p b c th m

- Gi i quy t các y u t nh h ng t i các công trình n n đ t y u

CH NG 1

T NG QUAN V PH NG PHÁP C K T HÚT CHÂN KHÔNG VÀ

C S LÝ THUY T

1.1 Khái ni m quá trình c k t

C k t đ t là quá trình n n đ t lún xu ng theo th i gian và d n theo th i gian

n n đ t ch t l i Có th coi quá trình c k t chia làm hai giai đo n chính là:

- C k t s c p: Quá trình n c trong đ t thoát ra ngoài, l r ng trong đ t thu

h p l i, làm cho đ t d n ch t l i

- C k t th c p: Quá trình n c trong n n đ t đã thoát h t ra ngoài nh ng các phân t đ t v n ti p t c d ch chuy n tr t lên nhau đ n v trí n đ nh h n

1.2 Khái ni m ph ng pháp gia t i tr c b ng hút chân không

Gia t i tr c đ c ti n hành ngoài hi n tr ng b ng cách ch t kh i t i kéo dài

th i gian trên n n

- Ti n trình gia t i tr c b ng chân không:

+ Ti n trình này đ c th c hi n thông qua vài hay nhi u l n làm áp l c b ng chân không sao cho thích h p đ x lý n n, t đó h th p t l ch a n c trong n n

đ t, nâng cao m t đ n n đ t, s c ch u t i c a n n đ t, gi m s s t lún sau khi thi công và s s t lún sai khác trong n n đ t y u

+ Theo các chuyên gia k thu t trong l nh v c x lý n n đ t y u thì ph ng pháp này s t o ra đ c m t áp l c kh ng ch s c t i c a n n m t đ t, t o đ dày

c n thi t theo yêu c u k thu t, kh ng ch đ c đ lún và t o đ lún đ ng đ u cho

40% c a nhà th u Pháp thì bài toán giá thành cho ph ng pháp thi công này m i

đ c gi i quy t, phù h p v i đi u ki n kinh t Vi t Nam

+ Sau khi thành công v i d án này thì nhi u d án tr ng đi m khác đã áp

d ng đ c và tri n khai thành công nh : Nhà máy x s i t ng h p polyester ình

V (H i Phòng), công trình Kho l nh LPG Th V i (Bà R a - V ng Tàu), nhà máy Nhi t đi n Long Phú 1 (Sóc Tr ng), nhà máy Nhi t đi n Duyên H i 1 (Trà Vinh),

nhà máy Nhi t đi n Thái Bình 2, Khu liên h p thép Formosa Hà T nh và g n đây

nh t là d án đ ng cao t c H Chí Minh Long Thành - D u Giây…

1.2.1 Ti n trình gia t i tr c b ng chân không

gi m thi u b dày n n đ p s d ng trong h thoát n c đ ng, c n ph i

áp d ng l c hút chân không tr c ti p đ n h th ng thoát n c đ ng nh m t o ra

m t gradient th y l c l n h n đ t ng t c quá trình thoát n c và c k t c a n n

đ t y u.L c hút chân không th c t t ng t nh s tác d ng c a vi c gia t i trên

n n đ t y u.Ph ng pháp này thông th ng đ c xem nh ph ng pháp c k t chân không

Ph ng pháp c k t chân không đ c gi i thi u trong khu v c trong th p niên v a qua và m t vài d án Vi t Nam đã áp d ng trong công tác x lý đ t y u

có b dày khá sâu t ng đ i thành công Trong ph ng pháp b c th m PVD thông

th ng, vi c gia t i t ng c p c n ki m soát đ n đ nh thông qua s gia t ng s c kháng c t do c k t, tuy nhiên trong ph ng pháp c k t chân không ng su t có

hi u t ng trong khi ng su t c t t ng r t ít, t o ra s t ng ng su t có hi u v i đ n

đ nh t t h n Thông th ng, l c hút chân không đ t 6 t n/m2

hay 60 kPa có thêm tác d ng lên vùng gi m áp có x lý b c th m đ c trình bày nh Hình 1.7

Hi u qu c a ph ng pháp ph thu c r t l n vào vi c cách ly vùng chân không trong khu v c gi m áp và s phân b chân không trong các đ ng thoát

n c Do đó, đ ng thoát n c đ c thi t k sao cho có th ch u đ c áp l c chân không; b t k đ ng thoát n c nào b h ng c ng kéo theo h u qu r t x u, nh s phá ho i n n đ ng hay đ c k t không đ t yêu c u

M i công ty x lý n n s ch n ra h th ng chân không riêng cho mình t

ki u thoát n c đ n các ki u k t n i vào h th ng chân không Do đó, vi c thi công thông th ng đ c ti n hành theo các h ng d n c b n t ch đ u t

Ngoài vi c tác d ng l c hút chân không, c n ph i gia t i trên vùng gi m áp

nh m gia t ng ng su t t ng trên n n đ t y u, k t qu s t ng t c quá trình c k t và

gi m th i gian c k t Tuy nhiên c ng l u ý r ng, vi c gia t i c ng có gi i h n vì đ

n đ nh c a n n đ p c ng nh trong ph ng pháp PVD gia t i tr c Do đó, đ gia

t i l n c n ph i đ p theo giai đo n hay đ t thêm b ph n áp nh m t ng đ n đ nh trong quá trình c k t nh trên Hình 1.2 -:- Hình 1.5 Do b dày n n đ p gi m (do

l c hút), b ph n áp (n u c n) có th nh h n, ng n h n so v i trong tr ng h p s

d ng ph ng pháp b c th m thông th ng

Hình 1.2: Ph ng pháp c k t chân không cách ly b ng v i

Hình 1.3 Ph ng pháp c k t chân b ng ng hút tr c ti p

M t c t tiêu bi u ph ng pháp c k t chân không v i các b dày đ p khác nhau:

Hình 1.4 Ph ng pháp c k t chân khi đ p n n đ ng đ n 4m

Hình 1.5 Ph ng pháp c k t chân khi đ p n n đ ng cao h n 4m

1.2.2 ng d ng th c t c a ph ng pháp c k t chân không trong các công

trình xây d ng hi n nay

Công ngh này đã đ c U ban Khoa h c Th ng H i (Trung Qu c) giám

đ nh “đ t tiêu chu n tiên ti n qu c t ”, hi n đang đ c áp d ng t i nhi u công trình xây d ng c ng bi n, đ ng b và đ ng hàng không, đ c nhi u qu c gia đón nh n trong đó có Vi t Nam

Nh t B n, ph ng pháp này đ c s d ng th ng xuyên trong xây

d ngcông trình t nh ng n m 1960 đ n 1980

Hình 1.6 Sân bay Qu c t Ph ông Th ng H i

Trung Qu c, công trình s a ch a, m r ng đ ng b ng s 2 Sân bay Qu c

t Ph ông Th ng H i (Hình 1.6) là m t ph ng án “sân bay h ng ra đ i

d ng” Sau khi s d ng công ngh này không ch gi i quy t đ c v n đ lún sâu

c a n n đ t trên b bi n mà còn ti t ki m đ c ti n v n đ u t H n n a ch t l ng công trình đ c các chuyên gia đánh giá “t t nh t, v t xa yêu c u thi t k ” Công trình C ng Tân Thành khi s d ng công ngh m i này đã ti t ki m đ c 360 tri u nhân dân t Ngoài ra còn nhi u công trình khác nh : công trình x lý n n đ t

c ng Tam K , Ninh Ba, Chi t Giang (Trung Qu c) c ng dùng công ngh hút chân không, ti t ki m đ c 73 tri u nhân dân t Trong g n 3 n m, riêng khu v c

Th ng H i đã ti t ki m đ c 1 t nhân dân t khi s d ng ph ng pháp này

Vi t Nam, t i nhà nhà máy khí đi n đ m Cà Mau, nhà máy DAP, d án Long Thành - D u Giây, nhà máy Soil Polyester ình V , nhà máy đi n CTHH

Nh n Tr ch ng Nai, c ng ình V H i Phòng đã dùng công ngh b m hút chân không đ hút n c trong đ t làm cho đ t c k t r t nhanh ch trong th i gian r t

ng n T c là thay cho vi c đ t các v t li u thoát n c, ch t t i đ c ng b c cho

n c thoát ra ta ph i m t th i gian r t dài t 6 tháng đ n 2 n m, đ t m i c k t đ c

m t ph n và có th đ t công trình lên đ c Th i gian d tính k t thúc 90% c k t là

5 tháng t i nhà nhà máy khí đi n đ m Cà Mau Trong khi thi t b thi công không

ph c t p

Tuy nhiên, ng x th c s c a ph ng pháp này trong xây d ng ch a t t vì

m t s nguyên nhân d i đây:

Sau Thái Lan, Hàn Qu c, Malaysia, Vi t Nam có th n m vào danh sách

nh ng n c châu Á có s d ng thành công công ngh b m hút chân không Gi i pháp này là l a ch n lý t ng cho ph ng pháp tiêu n c th ng đ ng và gia t i đ i

v i công trình đòi h i t c đ thi công nhanh, đ c bi t đ i v i đ t y u khi mà n đ nh

c a kh i đ t đ p gi m m nh khi đ p

V i di n tích r t l n có đ t y u cùng v i nhu c u phát tri n không gian đô th ,

s c n ki t ngu n v t li u làm t ng gia ch t t i, ph ng pháp c k t chân không đ c

bi t phù h p v i đi u ki n Vi t Nam

Ph ng pháp c k t hút chân không (g i t t là CKHCK) là ph ng pháp gia c

n n đ t y u b ng chân không, đ c áp d ng trên m t di n tích n n đ t đ c bao b i các t m màng (ho c không có) và k t h p v i b c th m nh m b m thoát n c l

r ng t n t i trong n n đ t, làm gi m h s l r ng, t ng liên k t gi a các phân t đ t

nh m t ng s c ch u t i c a n n đ t khi xây d ng các công trình

1.3.1 Nguyên lý làm vi c c a ph ng pháp thi công có màng kín khí

Màng kín khí thông th ng là màng đ a k thu t (geo-membrane), màng này có tác d ng bao kín toàn b m t b ng khu v c c n gia c Trong quá trình b m hút, m c n c ng m h xu ng và không khí trong n n đ t đ c rút ra, t o m t vùng

áp su t nh h n áp su t khí quy n trong l p đ t gia t i n m d i màng, t đó hình thành m t gia t i ph do s chênh l ch v áp su t không khí trên và d i màng kín khí (Hình 1.7) i di n c a nhóm ph ng pháp thi công HCK có màng kín khí

là ph ng pháp Menard Vacuum Consolidation có khi g i t t là ph ng pháp MVC

Khi thi công MVC c n l u ý các yêu c u k thu t sau:

- Duy trì h th ng thoát n c sao cho ho t đ ng có hi u qu n m d i màng

ch ng th m nh m đ thoát n c và khí trong n n trong su t quá trình b m hút, không đ t t ho c h

- T o cho vùng n n đ t d i màng kín khí không b bão hòa n c, đ c bi t

đo n n i máy b m và màng

- T o n đ nh áp su t chân không d i màng

- Ph i neo gi và kín khí toàn b h th ng t i các mép biên khu v c x lý

-Ph i ki m soát ng n ho c h n ch dòng th m c a n c ng m đi vào khu

v c x lý

Hình 1.7 S đ nguyên lý ph ng pháp MVC [1]

Tóm l i, ph ng pháp MVC có:

 u đi m là có th gi m kh i l ng ch t gia t i

 Nh c đi m: Công tác chu n b ph c v cho thi công rát ph c t p do

ph i hàn n i màng sao cho kín khí và ki m soát ch t ch kh n ng kín khí c a màng

1.3.2 Nguyên lý làm vi c c a ph ng pháp thi công không có màng kín khí

Nguyên t c chung c a nhóm ph ng pháp thi công không có màng kín khí

là d a trên vi c đ n gi n hóa ph ng pháp MVC b ng cách b đi màng kín khí, t c

là b đi s tr giúp c a áp su t khí quy n Thay vào đó, nhóm ph ng pháp này yêu

c u đ p l p gia t i cao h n đ bù đ p s thi u h t v áp l c gia t i (Hình 1.8) Nhìn chung nhóm ph ng pháp này thi công đ n gi n, nh ng đ i l i là kh i l ng ch t gia t i l i t ng đ i l n và làm t ng t ng kinh phí thi công

i di n cho nhóm thi công BHCK không có màng kín khí là ph ng pháp Beaudrain (h th ng ng t p trung n c đ c thi công l p đ t ng m d i m t đ t)

và ph ng pháp Beaudrain-S (h th ng ng t p trung n c đ c thi công l p đ t

n i trên m t đ t, sau đó đ p l p gia t i ph lên trên)

gia t ng hi u BHCK trên di n r ng, c hai nhóm ph ng pháp đ u có

th áp d ng các bi n pháp c i ti n nh là n i ng kín tr c ti p v i b c i u này làm cho áp su t chân không trong b c đ t t i đ sâu l n h n, t ng l u l ng n c

b m hút đ c

Hình 1.8 S đ nguyên lý ph ng pháp thi công không có màng kín khí

1.3.3 N i dung ph ng pháp c k t chân không

- T o m t l p cát dày kho ng 60 ÷ 80cm trên n n đ t bão hoà đ t o m t

b ng;

- C m b c th m (PVD) có đ ng kính t ng đ ng thích h p, b c th m này đóng vai trò là gi ng gi m áp

Hình 1.9 Thi công b c th m đ ng t i đ ng cao t c Long Thành – D u Giây

- L p đ t h th ng thoát n c ngang kho ng cách (h p lý) g n nhau t i đáy

c a th m cát và có dùng công ngh lade đ c bi t đ ki m tra duy trì chúng theo

ph ng ngang

- Các thi t b thoát n c ngang theo h ng d c và theo h ng ngang đ c

n i v i nhau

Hình 1.10 L p đ t các ng tiêu n c d c và ngang

- ào m t rãnh xung quanh vùng gia c n n v i chi u sâu trung bình kho ng

50 - 70cm n m bên d i m c n c ng m và cho đ y dung d ch Bentonite đ làm kín ch giáp n i gi a đ t n n và l p màng ph bên trên

Hình 1.11 ào rãnh có ch a v a bentonite đ làm kín mép biên

- Các m i n i ngang đ c n i ra c nh c a ngoài c a m ng, các n i ngang này đ c đ u n i v i các PVD trong n n đ gi m áp l c n c l r ng trong n n khi

t o chân không v sau này

Hình 1.12 u n i mép t m b t ph t i công trình: Khí đi n đ m Cà Mau

- Trãi ph l p v i b t kín (hay màng nh a) lên toàn b b m t c a n n đ t

c n gia c , các mép màng nh a đ c n i v i m ng đã đ đ y dung d ch Bentonite

v i m c đích làm kín Chú ý các m i n i gi a các t m màng nh a ph i kín Sau khi các mép màng nh a n i v i mép kênh biên đã kín, ng i ta l p tuy n rãnh này

đ ng th i cho ng p n c đ t ng thêm đ kín c a màng ph

- Các máy b m chân không đ c n i v i các đ u b c th m, tr m b m chân không đ c thi t k v i lo i máy b m chân không ch cho phép hút khí và c lo i máy b m hút c khí và n c

Hình 1.13 Hình nh BHCK t i nhà máy đi n Nh n Tr ch - ng Nai

Nh n xét t ng k t t hai ph ng pháp nêu trên:

Theo t ng k t hi n nay gi i pháp s d ng ph ng pháp CKHCK là m t gi i pháp cho hi u qu cao trong x lý n n y u cho xây d ng công trình dân d ng, giao thông, th y l i, công nghi p b i nó có nhi u u đi m h n so v i các ph ng pháp khác vì thi t b th c hi n đ n gi n, giá thành th p và ph d ng, ti n trình th c hi n

ng n vì theo ph ng pháp này n c và khí đ c thoát ra kh i c t đ t nhanh và tri t

đ , có th áp d ng trên di n r ng đ c bi t là m t s công trình c n đ y nhanh ti n

đ đ p đ t

quá trình x lý n n đ t y u

1.4.1 Khái ni m

B c th m là v t li u đ a k thu t dùng đ thoát n c đ ng và ngang nh m gia

t ng kh n ng n đ nh c a n n móng, đ c ch t o đ c bi t, c u t o t hai l p: L p

áo l c b ng v i đ a k thu t không d t, s i liên t c PP ho c PET 100%, không thêm

b t c ch t k t dính nào và l p lõi thoát n c đ c đùn b ng nh a PP

Hình 1.14: Hình nh c a m t s b c th m

C u t o và tính ch t v t lý đ c tr ng:

+ B c th m đ c c u t o b i 2 l p: Lo i ch t d o (hay bìa c ng) đ c bao ngoài b ng lo i v t li u t ng h p (th ng là v i đ a k thu t polypropylene hay polyesie không d t)

+ B c th m có các tính ch t v t lý đ c tr ng sau: Cho n c trong l r ng c a

đ t th m qua l p v i đ a k thu t b c ngoài vào lõi ch t d o Lõi ch t d o chình là

đ ng t p trung n c và d n chúng thoát ra ngoài kh i n n đ t y u bão hòa n c Phân lo i b c th m: có r t nhi u lo i b c th m khác nhau, tu m c đích s

d ng vào đi u ki n th c t mà l a ch n lo i b c th m khác nhau v i các ch tiêu:

h th ng PVD và thay th v t li u thoát n c ng m S n ph m có đ b n cao, d thi công và giá c c nh tranh

Tác d ng c a vi c s d ng b c th m:

- Gia c n n đ t y u: B c th m đ c s d ng đ x lý gia c n n đ t y u, trong th i gian ng n có th đ t đ c t i 95% n đ nh dài h n, t o kh i đ ng cho quá trình n đ nh t nhiên giai đo n sau Quá trình gia c có th đ c t ng t i b ng gia t c

- X lý môi tr ng: B c th m đ c dùng đ x lý n n đ t y u, đ t nhão

th ng các khu v c chôn l p rác th i Nó c ng đ c s d ng đ t y r a các khu

v c đ t ô nhi m, b ng công ngh hút chân không, hút n c ng m th m qua các l p

đ t b ô nhi m, mang theo các ch t ô nhi m lên b m t đ x lý

- n đ nh n n: Các công trình có th ng d ng b c th m đ x lý n n đ t y u

r t đa d ng, bao g m các đ ng cao t c, đ ng d n đ u c u, đ ng b ng sân bay,

đ ng s t, b n c ng, kho bãi… xây d ng trên n n đ t y u có t i tr ng đ ng

1.4.2 ng d ng c a b c th m trong ph ng pháp gia t i tr c

T nh ng n m 1960 đ n nay, ph ng pháp s d ng v i đ a k thu t đ c các n c trên th gi i áp d ng r ng rãi trong x lý đ t y u c bi t t nh ng n m

1990 tr l i đây, các n c trong kh i ASEAN đã áp d ng ph bi n v i đ a k thu t

v i 6 ch c n ng c b n là: ng n cách, l c n c, gia c ng đ t y u đ t ng kh n ng

ch u t i c a đ t n n, làm l p b o v và ng n n c

T nh ng n m 90 c a th k 20, c nh ph ng pháp c đi n, l n đ u tiên công ngh x lý đ t y u b ng ph ng pháp b c th m thoát n c th ng đ ng (PVD)

k t h p gia t i tr c đã đ c s d ng r ng rãi trên th gi i

T i Vi t Nam, công ngh m i b c th m này đã đ c s d ng trong x lý

n n đ t y u cho D án Nâng c p QL.5 trên đo n Km 47 – Km 62 vào n m 1993, sau đó dùng cho QL.51 (TP H Chí Minh đi V ng Tàu) và đ ng Láng – Hòa L c

T 1999 - 2004, ph ng pháp này đã đ c s d ng r ng rãi đ x lý đ t y u trong các d án nâng c p và c i t o QL.1A, QL.18, QL.60, QL.80…

S d ng b c th m trong gia t i tr c là ph ng pháp k thu t thoát n c

th ng đ ng b ng b c th m k t h p v i gia t i tr c Khi chi u dày đ y y u r t l n

ho c khi đ m c a đ t r t nh thì có th b trí đ ng th m th ng đ ng đ t ng t c

đ c k t Ph ng pháp này th ng đ c s d ng đ x lý n n đ ng đ p trên n n

đ t y u Ph ng pháp b c th m (PVD) có tác d ng th m th ng đ ng đ t ng nhanh quá trình thoát n c trong các l r ng c a đ t y u, làm gi m đ r ng, đ m, t ng dung tr ng K t qu là làm t ng nhanh quá trình c k t c a n n đ t y u, t ng s c

ch u t i và làm cho n n đ t đ t đ lún quy đ nh trong gi i h n cho phép Ph ng pháp b c th m có th s d ng đ c bi t nh ng trong tr ng h p c n t ng nhanh t c

đ c k t, ng i ta có th s d ng đ ng th i bi n pháp x lý b ng b c th m v i gia

t i t m th i, t c là đ p cao thêm n n cho v i chi u dày thi t k 2 - 3m trong vài tháng r i s l y ph n gia t i đó đi th i đi m mà n n đ t đ c đ lún cu i cùng

nh tr ng h p n n đ p không gia t i B c th m đ c c u t o g m 2 ph n: Lõi ch t

d o (hay bìa c ng) đ c bao ngoài b ng v t li u t ng h p (th ng là v i đ a k thu t Porypropylene hay polyesie không d t…) B c th m có các tính ch t v t lý

đ c tr ng sau: cho n c trong l r ng c a đ t th m qua l p v i đ a k thu t b c ngoài vào lõi ch t d o Lõi ch t d o chình là đ ng t p trung n c và d n chúng thoát ra ngoài kh i n n đ t y u bão hòa n c

B c th m đ ng (PVD) k t h p v i gia t i tr c đ c xem là bi n pháp x

lý đ t y u mang tính kh thi cao cho các công trình xét v chi u sâu x lý, chi phí,

th i gian đ gia t i và các y u t khác.M c đích c a vi c s d ng b c th m đ ng k t

h p v i bi n pháp gia t i tr c nh m đ y nhanh t c đ c k t và h n ch đ lún trong t ng lai c a khu v c x lý d i t i tr ng t nh và t i tr ng đ ng

L p v i đ a k thu t b c ngoài là Polypropylene và Polyesie không d t hay

v t li u gi y t ng h p, có ch c n ng ng n cách gi a lõi ch t d o và đ t xung quanh,

đ ng th i là b ph n l c, h n ch cát h t m n chui và làm t c thi t b Lõi ch t d o

có 2 ch c n ng: v a đ l p bao b c ngoài và t o đ ng cho n c th m d c chúng ngay c khi áp l c ngang xung quanh l n N u so sánh h s th m n c gi a b c

th m PVD v i đ t sét bão hòa n c cho th y r ng, b c th m PVD có k s th m K=1 10-4 m/s l n h n nhi u l n so v i h s th m n c c a đ t sét K = 10 10-

ti n hành gia t i tr c ho c hút chân không B c th m có b r ng kho ng 100 – 200 mmm, b dày 5 -10mm, đ c cu n trong các rulo thành t ng cu n v i chi u dài

200 - 300mm, n ng t 14 - 40kg, đ c c m vào sâu trong đ t v i chi u sâu 10 - 20

m ho c sâu t i 50m có tác d ng x lý n n đ t y u

Chi u dài b c th m còn th a l i trên m t đ t là 15cm Sau khi ép h t m i

cu n b c, cu n m i đ c n i v i ph n c b ng cách n i m ng sông, ph n m ng sông là 30cm và đ c k p l i ch c ch n b ng ghim b m đ m b o cho quá trình thi công đ c liên t c ta gi cho cu n b c không b x c x ch, tr t ra ngoài b ng d n

b c Tr c khi b c đ c ép xu ng, b c đ c neo vào m t t m thép có kích th c 1,2 80 160 t m thép này có tác d ng gi b c l i trong lòng đ t

Hình 1.15 Hình nh c m b c th m t i c ng Cái Mép - Bà R a - V ng Tàu

hút chân không

nh ng d án l n, yêu c u ti n đ nhanh v t li u gia t i và di n tích chi m

d ng c a d án b h n ch thì ph ng pháp thi công b c th m k t h p v i gia t i

tr c v n còn t n t i nhi u b t c p Trên th gi i hi n nay ph bi n hai công ngh

b m hút chân không đó là:

+ Dùng màng t o vùng chân không k t h p v i thu n c t nh ng rãnh

x ng cá;

+ T o chân không tr c ti p b ng vòi và cút n i vào đ u PVD đã thi công

Trong khi ph ng pháp b m hút chân không b ng cách t o màng ra đ i tr c tuy nhiên l i có nh ng nh c đi m nh khó t o vùng chân không b ng màng ch ng

th m, thi công h th ng ph c t p, yêu c u k thu t cao đ ng th i khó ki m soát ch t

l ng khi màng b th ng, rách thì ph ng pháp b m hút chân không theo ph ng pháp t o ng hút tr c ti p b ng vòi vào cút n i vào đ u PVD l i d dàng trong vi c thi công c ng nh ki m soát ch t l ng

Khi áp d ng bi n pháp gia t i c đi n, ng su t hi u qu trong kh i đá t ng lên

b i ng su t t ng t ng do t i tr ng C k t chân không gia t i tr c cho toàn b

kh i đ t b ng cách gi m áp l c n c l r ng trong khi gi nguyên ng su t t ng, hút n c d i màng th m, gi pha khí không đ i gi a màng th m và m c n c

ng m h th p Sau khi l p đ t thi t b tiêu n c th ng đ ng và l p cát, các thi t b

tiêu n c n m ngang đ c đ t, ti p theo là màng ch ng th m b ng nh a t ng h p Màng ch ng th m đ c b c bên ngoài đ n t n l p sét y u đ đ m b o không

th m n c Các thi t b thoát n c ngàn đ c đ t xuyên qua l p màng ch ng th m

n i t i máy b m hút s đ m b o duy trì đi u ki n chân không d i l p v i ch ng

th m và trong t t c các kh i đá mà v t tiêu n c th ng đ ng đ c l p đ t

Các nguyên lý c b n c a ph ng pháp nén tr c b ng chân không đ c Kjellman gi i thi u vào đ u nh ng n m 1950

Ph ng pháp này đ c th a nh n là hi u qu nh m gia c đ t r t y u, đ c bi t khi thi u v t li u gia t i Công ngh này đã đ c U ban Khoa h c Th ng H i (Trung Qu c) giám đ nh “đ t tiêu chu n tiên ti n qu c t ”, hi n đang đ c áp d ng

t i nhi u công trình xây d ng c ng bi n, đ ng b và đ ng hàng không, đ c nhi u qu c gia đón nh n trong đó có Vi t Nam

ng d ng tính toán r ng rãi cho n n đ t y u có các ch tiêu t ng đ ng

CH NG 2

PHÂN TÍCH BÀI TOÁN C K T CHÂN KHÔNG

2.1 N i dung c a phân tích bài toán CKCK

2.1.1 nh h ng v t ng quan và ki m toán bài toán CKCK

có m t cách nhìn và n m b t đ c v n đ CKCK, tác gi c n ph i hi u

rõ v lý thuy t c k t và ki n th c C h c đ t làm sáng t các v n đ c s và mang tính lý thuy t này Nh v y, ti n trình ph i làm là tìm ki m thông tin, t p h p, nghiên c u ng d ng, k th a có ch l c quá trình tính toán c a ph ng pháp CKCK đ i v i các công trình th c t đã thành công trong và ngoài n c, t c s

đó có s t ng h p ph ng pháp lu n và tính toán logic phù h p v i khoa h c

Trong ph ng pháp CKCK, áp l c chân không danh đ nh là 80 kPa dùng khi thi t k nh ng th c t đôi khi áp l c này đ t đ n 90 kPa Khi t i l n trên 80 kPa, thông th ng dùng h n h p ph ng pháp hút chân không và gia t i Khi hút chân không nh áp su t chân không t o s chênh l ch áp su t gi a các vùng trong đ t

n n, t đó sinh ra áp l c c ng b c đem dòng th m n c ng m trong đ t rút ra bên ngoài Vi c tái s p x p l i c u trúc liên k t gi a các ph n t đ t đ c ti n hành b ng

tr ng l ng b n thân c a các phân t đ t và có th đ c h tr nh gia t i khi mà

ph n l n các phân t n c trong l r ng đ c thoát ra ngoài Vì v y, vi c gi i bài toán CKCK th c ra là gi i quy t bài toán v c k t th m

Hình 2.1: L trình ng su t trong quá trình c k t chân không [2]

Trong t ng th , đ t là m t t h p c a ba pha chính là th r n, th l ng và

th khí V m t thuy t, c ba pha này đ u tham gia vào quá trình ch u t i c a đ t v i các m c đ khác nhau Khi có t i, ba pha c a đ t ng x nh sau:

- C u trúc l r ng là thành ph n ch u t i nhi u nh t là do các h t đ t x p

ch ng lên nhau M t khi các phân t đ t n đ nh, ng su t tác d ng lên h t đ t b ng

ng su t l n nh t mà t i tr ng và tr ng l ng b n thân c a kh i đ t có th gây ra,

g i là ng su t t ng

- N c n m trong l r ng là thành ph n ch u t i th hai Khi gi i bài toán

c k t th m, có th coi n c trong l r ng là không ch u nén.Ph n ng su t mà

n c trong l r ng ch u g i là ng su t l r ng d , còn ph n ng su t mà các h t