Phân tích lựa chọn hệ số ch trong xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết chân không cho dự án cao tốc tp hồ chí minh long thành dầu giây

TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HỆ SỐ Ch TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG CHO DỰ ÁN CAO TỐC TP.. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục đích của đề tài này là phân tích, đánh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ THỊ THÙY DƯƠNG

ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG CHO DỰ ÁN CAO TỐC TP HỒ CHÍ MINH –

LONG THÀNH – DẦU GIÂY

Chuyên ngành: Kỹ thuật địa chất

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Võ Đại Nhật

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS Đậu Văn Ngọ

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Phan Chu Nam

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 7 năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1) ………

2) ………

3) ………

4) ………

5) ………

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ THỊ THÙY DƯƠNG MSHV: 12184757

Ngày, tháng, năm sinh: 25/12/1982 Nơi sinh: QUẢNG NAM Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT Mã số: 62520501

I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN HỆ SỐ Ch TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG CHO DỰ ÁN CAO TỐC TP HỒ CHÍ MINH – LONG THÀNH – DẦU GIÂY

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Mục đích của đề tài này là phân tích, đánh giá và đề xuất lựa chọn thông số Chđầu vào hợp lý khi thiết kế gia cố nền đất yếu bằng cố kết chân không dựa vào kết quả quan trắc tại thực địa cho các dự án tại khu vực dọc tuyến đường cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây

Nhiệm vụ chính của luận văn nhằm giải quyết các vấn đề sau:

 Khảo sát ảnh hưởng của thông số Ch;

 Phân tích ngược giá trị Ch thông qua mức độ phù hợp với số liệu quan trắc thực tế;

 Kiểm chứng thông số Ch dựa theo phương pháp Asaoka (1978);

 So sánh, đối chiếu và đề xuất giá trị Ch đầu vào hợp lý khi thiết kế bấc thấm tại khu vực nghiên cứu

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/6/2015

TP HCM, ngày 02 tháng 7 năm 2015

TRƯỞNG KHOA ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cám ơn đến Quý thầy cô trong khoa Địa chất & Dầu khí - Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường

Đặc biệt, xin gửi lời tri ân đến TS Võ Đại Nhật – người thầy đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc, cùng toàn thể anh chị em đồng nghiệp thuộc Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ và Thiết bị Công nghiệp trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành được khóa học của mình

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã luôn ở bên động viên, chia sẻ, tạo động lực tinh thần rất lớn cho em trong học tập cũng như đời sống

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng vì trình độ năng lực, kinh nghiệm về lý thuyết và thực tiễn còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót,

em rất mong nhận được những lời góp ý chân thành của quý thầy cô trong khoa Địa chất – Dầu khí, cũng như bạn bè để giúp đề tài của em được hoàn thiện hơn

Tp.HCM, tháng 7 năm 2015 Học viên

Lê Thị Thùy Dương

TÓM TẮT

Cao tốc Tp HCM- Long Thành- Dầu Giây là dự án đặc biệt quan trọng thuộc

dự án xây dựng đường cao tốc Bắc – Nam Dự án sau khi hoàn thành sẽ là tiền đề cho sự phát triển kinh tế – xã hội, an ninh quốc phòng các tỉnh có tuyến đường đi qua nói riêng và khu tam giác kinh tế trọng điểm Đông Nam Bộ nói chung

Cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây có tổng chiều dài 51,9km, điểm bắt đầu từ Km4+000, điểm cuối tại Km55+983, trong đó có 9,8km (từ Km14+100 đến Km23+900) đi qua nền địa chất đặc biệt yếu, đòi hỏi phải xử lý bằng phương pháp cố kết chân không

Hệ số cố kết ngang Ch là một thông số rất quan trọng trong công tác thiết kế xử

lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết chân không Ở Việt Nam, khi ứng dụng phương pháp này, các kỹ sư thiết kế thường sử dụng hệ số Ch bằng cách thiết lập tỷ

số Ch/Cv dựa vào kinh nghiệm Kinh nghiệm cho thấy rằng, tỷ số này không thống nhất: thay đổi từ 1 đến 3 cho những lớp đồng nhất; từ 2 đến 4 với những lớp kém đồng nhất, xen kẹp thấu kính thoát nước tốt Một số ít các trường hợp đặc biệt, dị hướng tỷ lệ này có thể trên 15 Biên độ từ 1 đến 3 cũng đã là rất lớn, vì thế việc phân tích lựa chọn Ch đầu vào phù hợp cho thiết kế là cấp thiết

Sự phù hợp của tỷ lệ trên có thể được đánh giá thông qua mức độ tương quan với số liệu quan trắc thực tế Do đó, việc sử dụng số liệu quan trắc đối với các dự án

đã thi công để phân tích ngược và xác định tỷ số Ch/Cv đầu vào phù hợp sẽ cho kết quả thiết kế tối ưu hơn, từ đó làm cơ sở tham khảo cho các xử lý nền đất yếu tương

ABSTRACT

Ho Chi Minh - Long Thanh - Dau Giay Expressway is part of the North – South Expressway, located in southern major economic area It is one of most active developed areas and the most contributive to the economy

of the country This major economic area is a center for overland traffic, seaways, inland waterways, airways, major international exchanges and an attractive place for foreign investment in the whole country Therefore, development of this area is very important for the development of Delta area, South – Center area and Mountains area in particular, as well as development of the country as a whole The Project starts at Km4+000 and ends at KM54+983 with a total length of about 51km long expressway, including 9,8km (from Km14+100 to Km23+900) pass to soft ground, must to treat by the prefabricated vertical drains combined with vacuum consolidation method

In this method, coefficient of horizontal consolidation Ch is important parameter in evaluating consolidation and design vacuum preloading with PVDs Many project using PVDs in Vietnam almost used Ch which is estimated by ratio

of coefficient of vertical and horizontal consolidation Ch/Cv from experience suggested The experience shown that the value of this ratio is changed from 1 to

3 for basically uniform soil, from 2 to 4 for sedimentary clays with discontinuous lenses and layers of more permeable material In some case, this ratio can be up to

15 for the deposits containing embedded and more or less continuous permeable layers (PVD manual) The rank of 1 to 3 is still quite large, that’s why in the period of applying preloading we use the monitoring data to back calculate Ch and predict ultimate settlement, degree of consolidation, after that using the new data to validate the design and have some correction if it is necessary

The result of research is excellent agreement between the back calculated

Ch/Cv obtained from settlement (Ch /Cv =5) and Asaoka’s method (approximately 5) The degree of consolidation were found by 2 methods ranging from 80% to 99%

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này hoàn toàn do tôi thực hiện Các đoạn trích dẫn

và số liệu trong luận văn đều được dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm qui chế đào tạo, hay gian trá tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH HÌNH VẼ ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2

3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 3

4 MỤC TIÊU 3

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC 4

7 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 4

8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU THÔNG DỤNG 6

1.1 KHÁI NIỆM 6

1.1.1 Định nghĩa đất yếu 6

1.1.2 Các loại nền đất yếu thường gặp 6

1.2 SỰ PHÂN BỐ CÁC TẦNG ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM 8

1.2.1 Các tầng đất yếu ở đồng bằng Bắc bộ 8

1.2.2 Đồng bằng Thanh – Nghệ - Tĩnh 9

1.2.3 Miền đồng bằng ven biển miền Trung 9

1.2.4 Đồng bằng Nam bộ 9

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU PHỔ BIẾN 10

1.3.1 Xử lý bằng cọc xi măng đất 10

1.3.2 Phương pháp gia tải trước 13

1.3.3 Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng 15

1.3.4 Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu 17

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU 22

2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 22

2.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC 22

2.3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN 27

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN DỰ ÁN ĐƯỜNG CAO TỐC TP HỒ CHÍ MINH – LONG THÀNH – DẦU GIÂY 29

3.1 ĐẶC ĐIỂM DỰ ÁN 29

3.2 CÁC VỊ TRÍ KHẢO SÁT 32

3.3 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU QUAN TRẮC TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG XỬ LÝ NỀN 37

3.3.1 Độ lún mặt, tốc độ lún 37

3.3.2 Áp lực trong bấc 42

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỐ KẾT CHÂN KHÔNG 44

4.1 HIỆN TƯỢNG CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT DƯỚI TÁC DỤNG CỦA LỰC HÚT CHÂN KHÔNG 44

4.2 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CƠ BẢN 45

4.3 TÍNH TOÁN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT KHI XỬ LÝ BẲNG

PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG 47

4.3.1 Tính độ lún cố kết Sc (khi nền chưa có cắm bấc) 47

4.3.2 Dự báo độ lún cố kết theo thời gian của nền khi dùng bấc thấm 48

4.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN 52

4.4.1 Hệ số cố kết theo phương đứng Cv 52

4.4.2 Hệ số cố kết theo phương ngang Ch 55

4.4.3 Ảnh hưởng của vùng xáo động đất nền khi đóng bấc, Fs 56

4.4.4 Ảnh hưởng do sức cản của bấc thấm, Fr 57

4.5 QUI TRÌNH THIẾT KẾ 58

4.5.1 Chiều dày lớp kín khí 58

4.5.2 Tính toán bố trí bấc thấm 59

4.5.3 Máy bơm và hệ thống ống nối 60

4.5.4 Thiết kế các loại quan trắc 60

CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH NGƯỢC HỆ SỐ C h 63

5.1 PHÂN TÍCH NGƯỢC Ch DỰA TRÊN MỨC ĐỘ PHÙ HỢP GIỮA ĐỘ LÚN TÍNH TOÁN VÀ ĐỘ LÚN QUAN TRẮC 63

5.1.1 Lập sơ đồ tính 63

5.1.2 Tính toán tải trọng thiết kế theo tải trọng đắp 63

5.1.3 Thông số bấc thấm và các nhân tố ảnh hưởng đến độ cố kết của nền 70

5.1.4 Xác định độ lún cố kết của đất nền 71

5.1.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ số cố kết theo phương ngang 73

5.2 PHÂN TÍCH NGƯỢC Ch THEO PHƯƠNG PHÁP ASAOKA (1978) 76

5.2.1 Cơ sở lý thuyết 76

5.2.2 Ứng dụng và kết quả 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 84

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Trang

Hình 1 1 Sơ đồ thiết kế cọc xi măng đất 11

Hình 1 2 Sơ đồ thi công trộn khô 12

Hình 1 3 Sơ đồ thi công trộn ướt 12

Hình 1 4 Nguyên lý phương pháp gia tải trước 14

Hình 1 5 Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng 15

Hình 1 6 Cấu tạo bấc thấm thoát nước thẳng đứng 16

Hình 1 7 Nguyên lý phương pháp hút chân không dùng màng kín khí 20

Hình 1 8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp thi công không có màng kín khí 21

Hình 3 1 Bản đồ vị trí dự án 29

Hình 3 2 Sơ đồ vị trí các khu vực khảo sát tính toán 32

Hình 3 5 Mặt cắt dọc các hố khoan khu vực C 35

Hình 3 6 Mặt cắt dọc các hố khoan khu vực D 36

Hình 3 7 Mặt cắt dọc các hố khoan khu vực E 37

Hình 3 8 Biểu đồ quan hệ chiều dày đất đắp và độ lún theo thời gian, khu vực A38 Hình 3 9 Biểu đồ quan hệ chiều dày đất đắp và độ lún theo thời gian, khu vực B 39 Hình 3 10 Biểu đồ quan hệ chiều dày đất đắp và độ lún theo thời gian, khu vực C 39

Hình 3 11 Biểu đồ quan hệ chiều dày đất đắp và độ lún theo thời gian, khu vực D 39

Hình 3 12 Biểu đồ quan hệ chiều dày đất đắp và độ lún theo thời gian, khu vực E 40

Hình 3 13 Biểu đồ quan hệ tốc độ lún theo thời gian, khu vực A 40

Hình 3 15 Biểu đồ quan hệ tốc độ lún theo thời gian, khu vực B 41

Hình 3 16 Biểu đồ quan hệ tốc độ lún theo thời gian, khu vực C 41

Hình 3 17 Biểu đồ quan hệ tốc độ lún theo thời gian, khu vực D 41

Hình 3 18 Biểu đồ quan hệ tốc độ lún theo thời gian, khu vực E 42

Hình 3 19 Biểu đồ áp lực nước trong bấc theo thời gian 42

Hình 4 1 Cố kết thấm bằng hút chân không 44

Hình 4 2 Lý giải tác dụng của hút cố kết với việc cố kết nền 45

Hình 4 3 Cố kết do thoát nước theo phương đứng và hướng tâm 47

Hình 4 4 Sơ đồ bố trí bấc thấm 50

Hình 4 5 Sơ đồ thí nghiệm cố kết một chiều tiêu chuẩn 53

Hình 4 6 Phương pháp căn bậc hai thời gian để xác định Cv 54

Hình 4 7 Phương pháp logarit thời gian để xác định Cv 55

Hình 4 8 Sơ đồ thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm có vùng kháng thấm và vùng đất bị xáo động 56

Hình 4 9 Đường kính tương đương của giếng tiêu nước thẳng đứng bằng PVD 57

Hình 4 10 Thiết bị đo lún 61

Hình 5 1 Sơ đồ tính toán 63

Hình 5 1 Sơ đồ chất tải theo thời gian, khu vực A 64

Hình 5 2 Sơ đồ chất tải theo thời gian, khu vực B 65

Hình 5 4 Sơ đồ chất tải theo thời gian, khu vực D 68

Hình 5 5 Sơ đồ chất tải theo thời gian, khu vực E 69

Hình 5 7 Biểu đồ tổng lún tính toán theo thời gian, khu vực B 72

Hình 5 8 Biểu đồ tổng lún tính toán theo thời gian, khu vực C 72

Hình 5 9 Biểu đồ tổng lún tính toán theo thời gian, khu vực D 72

Hình 5 10 Biểu đồ tổng lún theo thời gian, khu vực E 73

Hình 5 11 Biểu đồ tổng độ lún tính toán ứng với Ch/Cv khác nhau, khu vực A 73

Hình 5 12 Biểu đồ tổng độ lún tính toán ứng với Ch/Cv khác nhau, khu vực B 74

Hình 5 13 Biểu đồ tổng độ lún tính toán ứng với Ch/Cv khác nhau, khu vực C 74

Hình 5 14 Biểu đồ tổng độ lún tính toán ứng với Ch/Cv khác nhau, khu vực D 74

Hình 5 15 Biểu đồ tổng độ lún tính toán ứng với Ch/Cv khác nhau, khu vực E 75

Hình 5 16 Biểu đồ tính độ lún cuối cùng theo Asaoka 77

Hình 5 17 Biểu đồ tính độ lún cuối cùng theo Asaoka, khu vực A 78

Hình 5 18 Biểu đồ tính độ lún cuối cùng theo Asaoka, khu vực B 78

Hình 5 19 Biểu đồ tính độ lún cuối cùng theo Asaoka, khu vực C 78

Hình 5 20 Biểu đồ tính độ lún cuối cùng theo Asaoka, khu vực D 78

Hình 5 22 Biểu đồ tính độ lún cuối cùng theo Asaoka, khu vực E 78

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng1 1 Một số công trình ứng dụng MVC giai đoạn 1989 – 2001 18

Bảng1 2 Một số công trình xử dụng phương pháp Beaudrain - S 19

Bảng 3 1 Khối lượng khảo sát 30

Bảng 3 2 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 32

Bảng 3 3 Bảng tổng hợp một số chỉ tiêu quan trọng các khu vực tính toán 33 Bảng 5 1 Tải trọng tính toán khi xử lý nền theo từng giai đoạn, khu vực A 64 Bảng 5 2 Tải trọng tính toán khi xử lý nền theo từng giai đoạn, khu vực B 66 Bảng 5 3 Tải trọng tính toán khi xử lý nền theo từng giai đoạn, khu vực C 67 Bảng 5 4 Tải trọng tính toán khi xử lý nền theo từng giai đoạn, khu vực D 68 Bảng 5 5 Tải trọng tính toán khi xử lý nền theo từng giai đoạn, khu vực E 69 Bảng 5 6 Bảng độ cố kết của các khu vực nghiên cứu trong trường hợp Ch/Cv=5 75

Bảng 5 7 Kết quả phân tích theo phương pháp Asaoka 77

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là một quốc gia đang phát triển với nhiều khu vực kinh tế trọng điểm trong cả nước, vì thế việc giao thông đi lại cũng như vận chuyển hàng hóa giữa các khu vực này ngày càng đòi hỏi phải thuận tiện, nhanh chóng hơn Do

đó, việc xây dựng tuyến đường cao tốc Bắc Nam là một việc làm cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng trở nên cấp thiết này

Tuyến đường cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây là một dự án đặc biệt quan trọng thuộc dự án xây dựng đường cao tốc Bắc Nam, nằm trong vùng kinh

tế trọng điểm của khu vực phía nam, là khu vực phát triển năng động nhất và góp phần lớn vào nền kinh tế cả nước Khu vực này cũng là một nút giao thông đường

bộ, đường biển, đường thủy nội địa, đường hàng không, là nơi tập trung nhiều sự trao đổi quốc tế lớn và thu hút hầu hết sự đầu tư của nước ngoài vào Việt Nam Vì vậy, phát triển khu vực này là quan trọng đối với sự phát triển của khu vực đồng bằng sông Cửu Long, khu vực Nam Trung bộ, khu vực Tây Nguyên nói riêng và sự phát triển của cả nước nói chung

Cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây có tổng chiều dài 51,9km, điểm bắt đầu từ Km4+000, điểm cuối tại Km55+983, trong đó có 9,8km (từ Km14+100 đến Km23+900) đi qua nền địa chất đặc biệt yếu, đòi hỏi phải xử lý bằng phương pháp cố kết chân không

Phương pháp cố kết chân không đang được đánh giá là phương pháp hiệu quả

so với những phương pháp thông thường Bởi nó đáp ứng được cùng lúc bốn tiêu chí quan trọng là rút ngắn thời gian thi công, giảm giá thành, đảm bảo chất lượng và bảo vệ môi trường

Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới như: Pháp (trạm kiểm tra sân bay Ambes, bể chứa dầu Ambes…); Đức (kho hàng sân bay Hamburg, cảng Wismar,…); Hà Lan (khu dân cư Steiger Eiland Ijburg, Railway Betuwelijn Gorinchem,…); Hàn Quốc (Nhà máy xử lý nước thải Jangyoo

STP, nhà máy xử lý nước thải Khimae STP, nhà máy điện nguyên tử Singori, ); Trung Quốc (sân bay quốc tế Phố Đông Thượng Hải, Cảng Tân Thành,…); Thái lan (sân bay quốc tế Suvarnabhumi, đường vào nhà máy điện Bang Bo,…); Malaysia (đường cao tốc Jpoh Gopeng, cầu tàu Kuching,…),…

Tại Việt Nam, phương pháp cố kết chân không lần đầu được áp dụng tại cụm công trình khí điện đạm Cà Mau vào năm 2002 bởi một nhà thầu Pháp với giá thành khá cao Chỉ đến năm 2008, khi mà Công ty đầu tiên của Việt Nam là Công ty CP

Kỹ thuật nền móng và Công trình ngầm FECON trực tiếp thi công, đưa công nghệ này vào dự án nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 2 với giá chỉ bằng 40% của nhà thầu Pháp thì bài toán giá thành cho phương pháp thi công này mới được giải quyết, phù hợp với điều kiện Việt Nam Sau khi thành công dự án này thì nhiều dự án trọng điểm khác đã được áp dụng và triển khai thành công như: Nhà máy xơ sợi tổng hợp Polyester Đình Vũ (Hải Phòng), Công trình kho lạnh LPG Thị Vải (Bà Rịa – Vũng Tàu), Nhà máy nhiệt điện Long Phú 1 (Sóc Trăng), Nhà máy nhiệt điện Duyên Hải

1 (Trà Vinh), Nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2, Khu liên hợp thép Formosa Hà Tĩnh, Nhà máy điện Nhơn Trạch – Đồng Nai, …

2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hệ số cố kết ngang Ch là một thông số rất quan trọng trong công tác thiết kế xử

lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết chân không Ở Việt Nam, khi ứng dụng phương pháp này, các kỹ sư thiết kế thường sử dụng hệ số Ch bằng cách thiết lập tỷ

số Ch/Cv dựa vào kinh nghiệm Kinh nghiệm cho thấy rằng, tỷ số này không thống nhất: thay đổi từ 1 đến 3 cho những lớp đồng nhất; từ 2 đến 4 với những lớp kém đồng nhất, xen kẹp thấu kính thoát nước tốt Một số ít các trường hợp đặc biệt, dị hướng tỷ lệ này có thể trên 15 Biên độ từ 1 đến 3 cũng đã là rất lớn, vì thế việc phân tích lựa chọn Ch đầu vào phù hợp cho thiết kế là cấp thiết

Sự phù hợp của tỷ lệ trên có thể được đánh giá thông qua mức độ tương quan với số liệu quan trắc thực tế Do đó, việc sử dụng số liệu quan trắc đối với các dự án

đã thi công để phân tích ngược và xác định thông số Ch đầu vào phù hợp sẽ cho kết quả thiết kế tối ưu hơn, từ đó làm cơ sở tham khảo cho các xử lý nền đất yếu tương

tự trong khu vực

Vì vậy tác giả lựa chọn đề tài “Phân tích lựa chọn hệ số Ch trong xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết chân không cho dự án cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây” với mục đích phân tích, khảo sát, đánh giá các số liệu đầu vào thiết kế và đề xuất hệ số Ch phù hợp cho công tác thiết kế xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không dựa vào phân tích độ lún, cũng như tốc độ lún quan trắc thực tế trong quá trình xử lý nền thuộc dự án Cao tốc Tp HCM - Long Thành- Dầu Giây

Trong luận văn này, số liệu quan trắc đã được thu thập từ hạng mục xử lý nền trong gói thầu số 3 (Km14+100 đến Km23+900) thuộc tuyến cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây Đây là dự án đang thi công gian đoạn 1 (4 làn xe) Thiết

kế tuyến cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây là 8 làn xe Giai đoạn 2 sẽ tiếp tục thi công trong thời gian tới Khu vực đường cao tốc còn đi qua huyện Long Thành, Dầu Giây tỉnh Đồng Nai, nơi sẽ tập trung nhiều khu đô thị và khu công nghiệp thuộc vùng kinh tế thành phố Hồ Chí Minh trong tương lai như: Cảng hàng không quốc tế Long Thành, Khu dân cư Đại Phước Lotus, Khu đô thị suối Son – Giang Điền – Trảng Bom,… Tuyến đường cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây, đã được thi công giai đoạn 1 và có số liệu quan trắc thực tế

3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Mục đích của đề tài này là phân tích, đánh giá và đề xuất lựa chọn thông số Ch

đầu vào hợp lý khi thiết kế gia cố nền đất yếu bằng cố kết chân không dựa vào kết quả quan trắc tại thực địa cho các dự án tại khu vực dọc tuyến đường cao tốc Tp HCM – Long Thành – Dầu Giây

4 MỤC TIÊU

 Khảo sát ảnh hưởng của thông số Ch;

 Phân tích ngược giá trị Ch thông qua mức độ phù hợp với số liệu quan trắc thực tế;

 Kiểm chứng thông số Ch dựa theo phương pháp Asaoka (1978);

 So sánh, đối chiếu và đề xuất giá trị Ch đầu vào hợp lý khi thiết kế bấc thấm tại khu vực nghiên cứu

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu là tầng đất yếu tuyến đường cao tốc thành phố Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây đi qua;

 Phạm vi nghiên cứu là tầng đất yếu thuộc gói thầu số 3 (Km14+100 đến Km23+900) trong dự án đường cao tốc Bắc Nam, đoạn TP Hồ Chí Minh - Dầu Giây Đoạn đường thuộc gói thầu này nằm toàn bộ trên nền đất yếu cầnxử lý

 Đề xuất thông số Ch phù hợp khi thiết kế bấc thấm cho khu vực;

 Là sản phẩm đáng tin cậy cho các nhà thiết kế tham khảo, lựa chọn khi ứng dụng vào công tác cải tạo nền đất yếu

8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Phương pháp thu thập số liệu: số liệu khảo sát địa chất, số liệu thiết kế, trình

tự thi công cũng như số liệu quan trắc của khu vực nghiên cứu;

 Phương pháp phân tích và tổng hợp số liệu: Từ các số liệu đã có, tiến hành kiểm tra, chọn ra các số liệu cần thiết phục vụ cho đề tài nghiên cứu (lực dính C, góc ma sát trong , hệ số thấm k, hệ số cố kết Cv, ) Tổng hợp các

báo cáo số liệu quan trắc để làm cơ sở so sánh đối chiếu (qui trình gia tải, độ lún, áp lực nước lỗ rỗng, );

 Tính toán thiết kế xử lý nền theo các tiêu chuẩn hiện hành, phân tích ngược các thông số thiết kế đầu vào dựa vào mức độ phù hợp giữa kết quả tính toán

và số liệu quan trắc

 Phương pháp chuyên gia: Để hoàn thành luận văn này, tác giả đã tham khảo

ý kiến của các chuyên gia: TS Võ Đại Nhật, PGS TS Đậu Văn Ngọ, KS Võ Thanh Long, cùng các anh chị bạn bè đồng nghiệp

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

Như vậy, không thể đưa ra một khái niệm tuyệt đối về nền đất yếu mà khái niệm đó phải được xét trên mối tương quan phụ thuộc giữa trạng thái vật lý, khả năng chịu lực của đất và tải trọng mà công trình truyền lên

1.1.1 Định nghĩa đất yếu

Định nghĩa và đặc trưng của nền đất yếu trình bày trong 22TCN 262-2000 và TCVN 9355-2012 “là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn” Các đặc trưng khác như sau:

 Độ sệt lớn B > 1

 Hệ số rỗng lớn e > 1

 Góc ma sát trong nhỏ < 150

 Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C < 0,15 daN/cm2

 Lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường Cu< 0,35 daN/cm2

 Sức chống mũi xuyên tĩnh pc< 0,1 MPa

 Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5

1.1.2 Các loại nền đất yếu thường gặp

1 Loại có nguồn gốc khoáng vật

Thường là sét hay á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu: loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể 10 – 12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có mùi

Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên:

 Độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy

 Hệ số rỗng lớn (e ≥ 1.5, á sét e ≥ 1)

 Lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống

 Góc nội ma sát từ 0 – 100

 Lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.35 daN/cm2

Ngoài ra ở vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1.0, độ bão hòa G > 0.8)

2 Loại có nguồn gốc hữu cơ

 Thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích động thường xuyên, 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 các trầm tích khoáng vật

 Loại này thường được gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20-80%, thường có màu đen hoặc nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật)

 Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt trị số giống với loại có nguồn gốc khoáng vật

 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

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt là ở các lưu vực sông lớn Nhiều thành phố, thị trấn được hình thành và phát triển dọc theo các dòng sông

và bờ biển trên nền đất yếu với những điều kiện địa chất vô cùng phức tạp Tại các khu vực này, với điều kiện đất yếu phân bố trên diện rộng, hầu hết nền móng của các công trình xây dựng: nhà cửa, đường sá, đê, cống đập… và một số công trình khác đặt ra hàng loạt vấn đế cần phải giải quyết: sức chịu tải của đất nền thấp, độ lún lớn, tính thấm cao… Chính thực tế này đòi hỏi việc hình thành và phát triển những công nghệ phù hợp để xử lý nền đất yếu cho các khu vực này

1.2 SỰ PHÂN BỐ CÁC TẦNG ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM

Đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là các tầng trầm tích mới được thành tạo trong kỷ thứ tư, chủ yếu là trầm tích tam giác châu, thường gặp ở các miền đồng bằng, trong

đó hai miền đồng bằng lớn nhất là: Đồng bằng Bắc bộ và đồng bằng Nam bộ Nhìn chung sơ bộ về các tầng đất yếu ở Việt Nam như sau:

Về mặt địa hình, địa mạo đây là miền đồng bằng thuộc loại địa hình bồi tụ

Do điều kiện địa chất, địa hình như trên, tầng trầm tích kỷ thứ tư của miền rất dày,

từ vài mét đến hơn một trăm mét, trong đó các vùng châu thổ và các vùng ven biển trong miền có tầng trầm tích này lớn nhất

1.2.2 Đồng bằng Thanh – Nghệ - Tĩnh

So với đồng bằng Bắc bộ, đồng bằng Thanh – Nghệ - Tĩnh có bề ngang hẹp,

có nhiều đồi núi sót

Trong miền vào đầu và cuối kỷ thứ tư có những vận động kiến tạo nâng lên,

hạ xuống không đều hình thành trong miền những khu vực bồi tụ và mài mòn xen

kẽ nhau

Tầng trầm tích kỷ thứ tư trong miền không dày lắm, các trầm tích ở đây cũng đa dạng, có trầm tích bồi tụ tam giác châu, có trầm tích bồi tụ ven biển

1.2.3 Miền đồng bằng ven biển miền Trung

Miền được hình thành trên kiến trúc uốn nếp của dãy Trường Sơn, giống đồng bằng Thanh – Nghệ - Tĩnh, đồng bằng Bình Trị Thiên có bề ngang hẹp Những dòng chảy trong miền nhỏ, đặc tính chung của các con sông trong miền là ít phù sa, năng lượng yếu

Miền là đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình

Trầm tích kỷ thứ tư trong miền thường thấy ở vùng thung lũng các sông và thuộc loại phù sa bồi tích Vùng duyên hải thuộc loại trầm tích phát triển trên các đầm phá cạn dần (bồi tích trong điều kiện lắng đọng tĩnh)

1.2.4 Đồng bằng Nam bộ

Khu vực có lớp đất yếu dày từ 1 – 30 m bao gồm các vùng ven TP.Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi cho tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá, rìa đông Bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa

Khu vực có lớp đất yếu dày từ 15 – 100 m bao gồm tỉnh Bến Tre, vùng duyên hải các tỉnh Tiền Giang, Cần Thơ, Hậu Giang, Trà Vinh, Cà Mau v.v…

Tại đồng bằng Nam bộ các tầng đất yếu đều thuộc các loại trầm tích châu thổ (sông, bãi bồi, tam giác châu), trầm tích bờ, vũng vịnh Các trầm tích đó đều

thuộc trầm tích kỷ thứ tư, các loại đất yếu thường gặp là các loại bùn, đất dính có trạng thái từ dẻo mềm đến chảy và cát hạt nhỏ bão hòa nước Ngoài ra còn gặp các loại đất lầy, đất mặn sú vẹt ở ven biển, than bùn ở vùng rừng ngập mặn Các vỉa đất yếu ở đây thường gồm nhiều lớp

Ở miền đồng bằng cấu tạo của vỉa đất yếu khá phức tạp, các lớp đất yếu thường nằm xen kẽ nhau, hoặc xen kẽ giữa các lớp có khả năng chịu lực tốt hơn, chiều dày vỉa đất yếu lớn

Ở các vùng đồng bằng ven biển và các vùng đồng bằng có nhiều đồi núi sót, cấu tạo của vỉa đất yếu đơn giản hơn, có ít lớp đất yếu hơn

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU PHỔ BIẾN

Hiện nay, ở nước ta phát triển nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu khác nhau, tùy vào điều kiện địa chất, đặc điểm, vị trí công trình… mà người thiết kế chọn phương pháp phù hợp cho từng công trình

1.3.1 Xử lý bằng cọc xi măng đất

 Nguyên lý

Cọc xi măng đất được gia cố là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố với hỗn hợp xi măng được phun xuống thông qua thiết bị khoan trộn Cột gia cố tạo thành bởi hỗn hợp đất tại chỗ và chất kết dính, mà thông thường là vôi và xi măng Mũi trộn được đưa xuống đất bằng cách khoan xoay, khi tới độ sâu thiết kế, mũi trộn đảo chiều ngược lại và đồng thời rút dần lên, trộn đất tại chỗ với chất gia cố Trong suốt quá trình rút lên, hỗn hợp chất gia cố được phun vào bằng khí nén ở đầu mũi trộn, tới cao độ đầu cột thì dừng lại

Việc hình thành cường độ xảy ra thông qua quá trình ninh kết của hỗn hợp đất – xi măng Khi xi măng được trộn với đất, xi măng phản ứng với nước tạo ra Canxi hyđrôxit Ca(OH)2, từ đó kết hợp với đất nền tạo ra keo ninh kết CSH, đây là quá trình Hydrat hoá Phản ứng này diễn ra nhanh và mạnh toả ra một nhiệt lượng lớn

và giảm bớt lượng nước có trong đất gia cố Hợp chất Hydrat này tạo ra một hỗn

hợp liên kết các thành phần hạt trong đất gia cố hình thành lên khoáng chất nền bền vững, cứng

Xi măng + H2O → Keo CSH + Ca(OH)2

 Phương pháp thiết kế

Hình 1 1 Sơ đồ thiết kế cọc xi măng đất

 Biện pháp thi công

Hiện nay phổ biến hai biện pháp thi công cọc xi măng đất là công nghệ trộn khô (dry jet mixing) và công nghệ trộn ướt (wet mixing hay còn gọi là jet-grouting) Trong phương pháp trộn khô, không khí dùng để dẫn xi măng bột vào đất (độ ẩm của đất cần phải không nhỏ hơn 20%) Trong phương pháp trộn ướt, vữa xi măng là chất kết dính Trộn khô chủ yếu dùng cải thiện tính chất của đất dính, trong khi phun ướt thường dùng trong đất rời

 Công nghệ thi công trộn khô: nguyên tắc chung của phương pháp trộn khô được thể hiện trên hình 1.2 Khí nén sẽ đưa xi măng vào đất Quy trình thi công gồm các bước sau:

+ Định vị thiết bị trộn ;

+ Xuyên đầu trộn xuống độ sâu thiết kế đồng thời phá tơi đất;

+ Rút đầu trộn lên, đồng thời phun xi măng vào đất ;

+ Đầu trộn quay và trộn đều xi măng với đất ;

+ Kết thúc thi công

Hình 1 2 Sơ đồ thi công trộn khô

 Công nghệ thi công trộn ướt: nguyên tắc chung của phương pháp trộn ướt được thể hiện trên hình 1.3

Hình 1 3 Sơ đồ thi công trộn ướt

Trộn ướt dùng vữa xi măng Khi cần có thể cho thêm chất độn (cát và phụ gia) Khối lượng vữa thay đổi được theo chiều sâu Khi chế tạo trụ trong đất rời dùng khoan guồng xoắn liên tục có cánh trộn và cánh cắt hình dạng khác nhau, có

đủ công suất để phá kết cấu đất và trộn đều vữa

Cường độ và tính thấm phụ thuộc vào thành phần và đặc tính của đất (hàm lượng hạt mịn, hàm lượng hữu cơ, loại sét, thành phần hạt…), khối lượng và chủng loại vữa và quy trình trộn

Có thể ngưng trộn khi vữa chưa bắt đầu đông cứng, khởi động trộn lại tại độ sâu ít nhất 0,5 m trong đất đã xử lý

Bơm để chuyển vữa đến lỗ phun cần phải có đủ công suất (tốc độ truyền và áp lực) để truyền lượng vữa thiết kế an toàn

+ Làm chặt các nền đất yếu phục vụ các công trình giao thông, các công trình thủy lợi ;

+ Gia cố mái taluy công trình: khi mái dốc công trình có độ ổn định kém, đất chịu ứng suất cắt lớn, hệ số an toàn về phá hoại có thể được cải thiện bằng cách gia cố các lớp đất có sự chịu tải phù hợp thông qua cọc đất xi măng; + Làm móng vững chắc cho công trình nhà cao tầng, công trình công nghiệp, làm tường chắn, làm bờ kè;

+ Gia cố thành hố đào, đặc biệt là những hố đào sâu, yêu cầu chống thấm cao

1.3.2 Phương pháp gia tải trước

 Nguyên lý

Gia tải trước được xem như một quá trình nén nền đất dưới tác dụng của ứng suất thẳng đứng trước khi xây dựng công trình Gia tải trước là một trong những biện pháp gây lún đơn giản và kinh tế nhất để giảm thiểu lún cho công trình xây dựng sau đó đến mức có thể chấp nhận được Đất được gia cường trở nên có sức chịu tải cao hơn và bị nén lún ít hơn (hình 1.4)

Hình 1 4 Nguyên lý phương pháp gia tải trước

Công trình xây dựng trên nền đất yếu sẽ chịu lún đáng kể Do vậy trước khi xây dựng người ta đã chất tải để buộc nền đất lún xuống đến mức cần thiết, sau đó

dỡ tải và tiến hành thi công công trình Khi dỡ tải sẽ xảy ra hiện tượng bùng nền, nhưng sau đó nền đất sẽ lại lún xuống một khoảng tương đương với phần bùng nền

do tải trọng của công trình Tất nhiên công trình vẫn tiếp tục lún do đất có tính dẻo cao, nhưng biên độ lún khi đó sẽ chỉ bằng một phần nhỏ, khoảng 5 - 10% so với trường hợp không gia tải trước Tải trọng do công trình gây ra có tính lâu dài, đến hết tuổi thọ của công trình, trong khi gia tải trước chỉ kéo dài trong một thời gian ngắn Tuy nhiên do gia tải trước khá lớn nên mặc dù nền đất chưa đạt tới cố kết hoàn toàn nhưng cũng để đạt độ lún yêu cầu

 Biện pháp thi công

Gia tải trước được tiến hành ngoài hiện trường bằng cách đổ đất, đắp các bao cát, chất gạch, đá và các loại vật liệu xây dựng khác, trong đó bao cát là giải pháp phổ biến nhất Tuy nhiên không dễ đạt được một tải trọng lớn, đạt độ cao tới 5 – 6m Do vậy cường độ gia tải trước thường chỉ đạt khoảng 80 – 100kPa, tức là thích hợp với các công trình vừa và thấp tầng Các công trình cao tầng hoặc các công trình nặng đòi hỏi phải gia tải trước lớn hơn nhiều và do vậy khó thực hiện Gia tải trước cũng có thể thực hiện theo một số giai đoạn để nền đất có thể gia tăng sức bền đáng kể trước khi tiếp tục chất tải

 Ưu, nhược điểm

 Cần nhiều thời gian để đạt tới độ cố kết yêu cầu

 Vật liệu sử dụng gia tải khó tập trung để đạt được tải trọng yêu cầu

 Nền đất dễ mất ổn định do tải trọng đắp lớn

1.3.3 Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng

 Nguyên lý

Hình 1 5 Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng

Phương pháp gia tải trước mất khoảng thời gian khá dài để đạt được độ lún cố kết yêu cầu Trong những trường hợp cần rút ngắn thời gian cố kết, người ta có thể

bố trí hệ thống thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước Hệ thống thoát nước thẳng đứng sẽ tạo ra các đường thoát nước trong lớp đất yếu Khi đó nước trong các

lỗ rỗng có thể di chuyển theo phương ngang để tiến về các giếng thoát nước thẳng đứng, vì trong điều kiện thực tế tính thấm theo phương ngang sẽ cao hơn tính thấm

này, ở Thụy Điển, Kjellman

hoàn hoàn bằng các tông

đứng được chế tạo sẵn, cấu tạo cơ bản g

tròn, bên ngoài được bọc v

gắn kết bằng biện pháp cơ h

Hình 1 6

Bản nhựa được dùng đ

Thiết bị và công nghệ c

nghệ cho phép tăng cường đ

Tại ven sông Sài Gòn

tải trọng: đường kính 43m, chi

đất yếu có chiều dày lớn đư

hợp với gia tải bằng hút chân không Đ

thực tế sau 2 lần gia tải là 3,26m (l

ậy, việc lắp đặt hệ thống thoát nước thẳng đứ

ng thoát nước, tăng nhanh quá trình cố kết và tăng khhình 1.5)

ớc thẳng đứng có thể là các giếng cát tiêu nưTrong những năm 1930, hệ thống thoát nước thẳ

ng ở Califonia và bước đầu đã đem lại kết quảKjellman đã giới thiệu mẫu thoát nước thẳng đứng đhoàn hoàn bằng các tông Sau đó, xuất hiện một số mẫu bấc thấm thoát nư

cấu tạo cơ bản gồm lõi nhựa, có tiết diện d

c vỏ lọc bằng vải địa kĩ thuật không dệt tạo thành t

n pháp cơ học, hóa học hoặc gia nhiệt… (hình 1.6)

6 Cấu tạo bấc thấm thoát nước thẳng đứng

c dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ nhcủa Thụy Điển được sử dụng để thi công b

ng độ đất nền và giảm thời gian cố kết

i ven sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thư

ng kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000 tấn Nề

n được xử lý nền bằng bản nhựa thoát nước th

ng hút chân không Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m K

i là 3,26m (lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau đ

ứng sẽ làm giảm

và tăng khả năng chịu tải

là các giếng cát tiêu nước hoặc bấc

i các kích thước hình học và

ền công trình là

c thẳng đứng kết 1,0m Kết quả độ lún

n sau độ lún bằng

0,86m), ở đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính Sự khác nhau có thể do quá trình tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt ven sông

Trong công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng rất cần việc đặt hệ quan trắc lún

1.3.4 Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu

 Lược sử phát triển

Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu (HCK) lần đầu tiên được giới thiệu là vào năm 1952 bởi tiến sĩ W Kjellman Sau đó bài toán cố kết hút chân không được nghiên cứu lại bởi giáo sư Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới Đến những năm 70, HCK được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là ở Nga và Nhật Vào thời điểm bấy giờ HCK được bổ sung một lớp tường chống thấm bao quanh khu vực xử lý nhằm hạn chế nước ngầm từ khu vực xung quanh, đồng thời gia tăng áp lực nén đứng của dòng thấm Tuy nhiên cách bố trí này sớm bộc lộ khuyết điểm là khá tốn kém

Năm 1989 hãng xây dựng Menard (Pháp) dựa trên nghiên cứu và phát minh của giáo sư J.M Cognon lần đầu tiên áp dụng phương pháp cố kết Menard Vacuum Consolidation (MVC) trên diện tích 390 m2 của một trường huấn luyện phi công ởAmbes, Pháp Việc bố trí tường chống thấm không còn nữa mà thay vào đó là lớp gia tải bằng đất và sự chênh lệch giữa áp suất khí quyển với áp suất chân không dưới màng kín khí bao phủ bề mặt diện tích xử lý Từ sau đó phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới (Bảng 1.1)

Từ năm 1997 đến năm 2004, công ty xây dựng Cofra (Hà Lan) nghiên cứu cải tiến HCK theo hướng giản hóa, bỏ đi lớp màng bảo vệ thi công phức tạp và dễ bị hư hại, tuy nhiên phải đắp thêm gia tải để bù cho sự chênh lệch áp suất khí quyển bị gỡ

bỏ Hướng cải tiến mới này nhanh chóng được chấp nhận và thi công tại nhiều công trình lớn trên thế giới (Bảng 1.2)

Bảng1 1 Một số công trình ứng dụng MVC giai đoạn 1989 – 2001

Năm

Tên công

trình Quốc gia

Loạicông trình

Đơn vị tư vấn

Phạm vi (m2)

2001 Hamburg Đức Kho hàng sân

bay

IGB – Dr Maybaum 238.000

2001 Bang Bo Thái Lan Đường vào nhà

máy điện Seatac 30.000

1999 Jangyoo STP Hàn Quốc Nhà máy xử lý

nước thải KECC 70.000

1997 Wismar Đức Cảng Steinfeld &

6.150

1995 Khimae STP Hàn Quốc Nhà máy xử lý

nước thải KECC 83.580

1993 A837 - Phase1 France Đường cao tốc LCPC 44.500

1992 Ipoh Gopeng Malaysia Đường cao tốc Zaidun

Leeng 2.600

1991 Lamentin Pháp quốc

Hải ngoại Sân bay CEBTP 17.692

1990 Eurotunnel Pháp Đường SETEC 56.909

1990 Ambes Pháp Bể chứa dầu Mecasol 17.550

Bordeaux 21.106

1989 Ambes Pháp Trạm kiểm tra

sân bay Test area 390.000

Bảng1 2 Một số công trình xử dụng phương pháp Beaudrain - S

2004 Railway BetuwelijnGorinchem Hà Lan 4.400

 Giới thiệu nguyên lý một số phương pháp thi công HCK

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công ty xây dựng triển khai HCK, mỗi một công ty lại có những cải tiến riêng, có những thiết bị riêng để phù hợp với các công trình xây dựng mà công ty đó thực hiện, chính vì vậy mà hiện nay có rất nhiều biện pháp thi công HCK Tuy nhiên các phương pháp này đều dùng gia tải để hỗ trợ quá trình rút nước khỏi nền để giảm hệ số rỗng Về bản chất có thể phân thành hai loại chính là thi công có màng kín khí và không có màng kín khí

+ Phương pháp thi công có màng khí

Màng kín khí thông thường là màng địa kỹ thuật (geo-membrane) bao kín toàn

bộ khu vực thi công Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí cũng được rút ra, tạo một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó hình thành một tải trọng do sự chênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng kín khí (hình 1.7)

Hình 1 7 Nguyên lý phương pháp hút chân không dùng màng kín khí

Khi thi công phương pháp này

công Hơn nữa, phương pháp này không sử dụng hóa chất vào trong đất nền

phương pháp thân thiện với môi trường

+ Phương pháp thi công không có màng kín khí

Nguyên tắc của phương pháp này đơn giản hóa phương pháp thi công có màng kín khí, bỏ đi màng kín khí, c

vào đó, phương pháp này yêu c

Nguyên lý phương pháp hút chân không dùng màng kín khí

Khi thi công phương pháp này, cần chú ý yêu cầu kỹ thuật sau:

thống thoát nước hoạt động có hiệu quả n

m để thoát nước và khí trong suốt quá trình b

c hở;

cho vùng đất dưới màng kín khí không bão hòa nước;

nh áp suất chân không dưới màng kín khí;

kín khí trên toàn bộ diện tích màng phủ, đặc biệt đobơm và màng kín khí;

và kín khí toàn bộ hệ thống tại biên khu vực xử dòng thấm của nước ngầm đi vào khu vực xử lý

Ưu điểm của phương pháp này là giảm khối lượng gia tải, rút ngắn thời gian

ít gây mất ổn định nền, không cần tập trung nhiều máy móc

phương pháp này không sử dụng hóa chất vào trong đất nền

ng pháp thân thiện với môi trường

Phương pháp thi công không có màng kín khí

Nguyên tắc của phương pháp này đơn giản hóa phương pháp thi công có màng

đi màng kín khí, cũng là bỏ đi sự trợ giúp của áp suất khí quy

o đó, phương pháp này yêu cầu đắp lớp gia tải cao hơn để bù đắp s

Nguyên lý phương pháp hút chân không dùng màng kín khí

Nguyên tắc của phương pháp này đơn giản hóa phương pháp thi công có màng

t khí quyển Thay

p sự thiếu hụt về

áp lực gia tải Lớp gia tải có thể cao thêm tới 2m, tuy nhiên không phải thi công hào vây và màng kín khí Nhìn chung, phương pháp này đơn giản, nhưng khối lượng gia tải lại tương đối lớn (hình 1.8)

Hình 1 8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp thi công không có màng kín khí

Để gia tăng hiệu quả bơm hút chân không trên diện rộng, cả hai nhóm phương pháp đều có thể áp dụng các biện pháp cải tiến như là nối ống kín trực tiếp với bấc thấm

Về bản chất, tính hiệu quả của các phương pháp vertical drain và các biện pháp thi công khác của HCK có thể coi là tương đương nhau Sự khác nhau tập trung chủ yếu vào thiết bị thi công, cách bố trí và thời gian cố kết

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN

Gói thầu số 3 (km14+100 đến km 23+900) nằm trên địa bàn huyện Nhơn Trạch và Long Thành, tỉnh Đồng Nai, là khu vực bằng phẳng với cao độ tăng dần

về phía Long Thành Thuộc vùng hạ lưu sông Sài Gòn – Đồng Nai Đây là khu vực chịu ảnh hưởng thường xuyên của chế độ thủy triều và chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước sông Đồng Nai (đoạn từ km14+100 đến km22+600) Cao độ địa hình thay đổi không nhiều và bị phân cắt mạnh bởi các hệ thống kênh, rạch, ao hồ Thành tạo nên địa hình này bao gồm các trầm tích: sét, á sét, á cát và cát Đất đai ở đây chủ yếu là đất nông nghiệp trồng lúa nước

2.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT KHU VỰC

Theo bản đồ địa chất khu vực lân cận tỉnh Đồng Nai, tờ bản đồ thành phố Hồ Chí Minh có bao trùm cả khu vực của huyện Long Thành và tờ bản đồ địa chất tỉnh Đồng Nai tỉ lệ 1/200.000, cấu trúc địa chất khu vực nghiên cứu bao gồm các hệ tầng được mô tả từ dưới lên trên như sau:

 Hệ tầng Châu Thới (T2a ct): Trên tờ Tp HCM, hệ tầng Châu Thới chỉ gặp ở

Châu Thới và Bửu Long Mặt cắt của hệ tầng bao gồm các lớp sét kết, sét bột kết, cát kết màu xám đen phân lớp mỏng xen kẻ nhau; dày 160m

 Hệ tầng Đray Linh(J1đl): Hệ tầng này lộ ra thành các dải hẹp ở hạ lưu sông Bé

và sông Đồng Nai Mặt cắt địa tầng gồm 2 tập:

+ Tập 1: Cát bột kết chứa vôi, đá phiến sét, bột kết màu xám đen, phân lớp vừa; dày 70m

+ Tập 2: Đá phiến sét vôi màu đen, rắn chắc bị nén ép mạnh xen cát kết, phân lớp dày Ở đây phát hiện được thành tạo Anđesit của hệ tầng Long Bình phủ lên trên Bề dày hệ tầng theo mặt cắt là 150m

 Hệ tầng Long Bình (J3lb): hệ tầng này phân bố ở phần Đông tờ Tp HCM Mặt

cắt địa tầng bao gồm 4 tập sau:

+ Tập 1: Các thành tạo phun trào Anđesit, ở phần trên xen các lớp mỏng trầm tích silic-sét, sét vôi, silic-vôi; dày 117m

+ Tập 2: Tuf dung nham với các lớp xen (chủ yếu ở phần trên) của trầm tích silic-sét than, vôi-silic than; dày 120m

+ Tập 3: Tuf aglomerat thành phần anđesitobazan, anđesit, đacit, riođacit chuyển lên các trầm tích sét vôi, sét than phân dải mỏng; dày 115m + Tập 4: Tuf bột kết màu đỏ, chuyển lên đacit, riolit; dày 65-75m

 Miocen thượng, hệ tầng Bình Trưng (N13bt): Hệ tầng này không lộ ra trên mặt

mà chỉ gặp ở các lỗ khoan sâu khoảng 100m trở xuống Mặt cắt hệ tầng được chia làm 3 tập:

+ Tập 1: Cát, sạn, sỏi chứa các mảnh dăm gắn kết yếu bởi bột sét màu xám lục Bề dày chung của hệ tầng khoảng 3,3m

+ Tập 2: Cát bột kết màu xám, dày khoảng 7,6m

+ Tập 3: Sét bột kết màu xám, phân lớp mỏng (0,5-4cm), giữa mặt lớp có

di tích thực vật hoá than màu đen Bề dày tầng khoảng 8m

 Pliocen hạ, hệ tầng Nhà Bè (N21nb): Trên tờ bản đồ TP Hồ Chí Minh, mặt cắt

hệ tầng Nhà Bè được chia thành 2 tập:

+ Tập 1: Cuội kết, cát kết thạch anh, các mảnh dăm vụn phong hoá từ đá gốc nằm không chỉnh hợp trên các đá phun trào Anđesit thuộc hệ tầng Long Bình Bề dày của hệ tầng khoảng 17m

+ Tập 2: Cát bột kết màu xám sẫm chứa tàn tích thực vật, cát kết hạt vừa

đa khoáng, bột kết màu xám nâu phân lớp mỏng Bề dày của hệ tầng

khoảng 17m

 Pliocen thượng, hệ tầng Bà Miêu (N22bm): Hệ tầng Bà Miêu phân bố khá rộng

rãi trên mặt các gò đồi sót (vùng xóm Bà Miêu, Long Bình, Thủ Đức) dạng sườn xâm thực Mặt cắt hệ tầng bao gồm 2 tập:

+ Tập 1: Cuội, sạn, cát chọn lọc kém gắn kết yếu bởi sét bột Bề dày thay đổi từ 6-20m

+ Tập 2: Cát lẫn ít sạn sỏi, các lớp sét màu nâu vàng, loang lổ, phân lớp vừa, được gắn kết bởi keo ôxyt sắt Bề dày của hệ tầng Bà Miêu thay đổi

từ 10-90m

 Hệ tầng Đất Cuốc (aQ13đc) phân bốdạng dải hẹp (rộng 3-8km) kéo dài theo

phương Tây Bắc-Đông Nam, từ Bắc Bến Cát đến Hố Nai với bề mặt địa hình khá bằng phẳng, tương đương thềm bậc III Hệ tầng này bao gồm: cát, cuội sỏi đa khoáng chuyển lên cát, bột, sét, sét Kaolin chứa ít mảnh tectit nguyên dạng Bề dày của trầm tích này thay đổi từ 4-10m

 Hệ tầng Thủ Đức (aQII-III tđ) phân bố dạng dải kéo dài theo hướng Tây Bắc -

Đông Nam, tạo nên bề mặt địa hình khá bằng phẳng ở bậc địa hình 20-30m (tương đương thềm bậc II) Lộ ra và phân bố kéo dài từ Dầu Tiếng, Bến Cát tới vùng Thủ Đức Chúng tồn tại ở dạng thềm sông với chiều ngang thay đổi

từ vài ba chục mét tới hàng trăm mét, cá biệt tới 1km Hệ tầng bao gồm: cát, cuội sỏi, sạn chứa caolin Bề dày trầm tích thay đổi từ 4-30m

 Hệ tầng Thuỷ Động (aQII-III tđg): chỉ gặp trong các hố khoan phân bố ở phía

Tây Nam đứt gãy sông Vàm Cỏ Đông ở độ sâu 20-30m trở xuống, thuộc đới chuyển tiếp từ tướng lục địa sang tướng biển Hệ tầng bao gồm cát lẫn ít cuội, sạn xen kẹp các thấu kính bột sét chứa mùn thực vật hoá than, chuyển lên trên

là sét bột màu vàng dạng khối Bề dày trầm tích thay đổi từ 20-60m

 Hệ tầng Củ Chi (aQIII3cc): Phân bố thành một dải kéo dài từ vùng Hoà Thành

-Tây Ninh, qua Trảng Bàng về tới Củ Chi, Hóc Môn và cho tới tận Long Thành, Đồng Nai Thành phần trầm tích gồm cát, cuội, sỏi, sét caolin, có nơi tập trung thành các thấu kính Bề dày của trầm tích thay đổi từ 2-25m

 Hệ tầng Mộc Hoá, trầm tích sông biển (amQIII3mh): trên tờ Tp HCM, hệ tầng

Mộc Hoá phân bố chủ yếu ở phía Tây Nam đứt gãy sông Vàm Cỏ Đông Chúng lộ trên mặt ở dạng gò nổi sót không liên tục với hình dạng, kích thước khác nhau Hệ tầng này được xác lập để chỉ tất cả các trầm tích bột sét màu nâu vàng, loang lổ Chúng phân bố ở bậc địa hình 5-10m tại vùng Mộc Hoá -Vĩnh Hưng, tỉnh Long An Bề dày trầm tích thay đổi từ 10-30m

Trên vùng đo vẽ, các thành tạo Holocene chiếm diện tích không nhiều, chúng thường phân bố ở phía Nam và Tây Nam của tờ dưới dạng đồng bằng thấp (2-4m)

bị chia cắt bởi mạng lưới sông, kênh rạch hiện đại Các trầm tích Holocene bao gồm các hệ tầng dưới đây:

 Holocene hạ trung – trầm tích sông (aQIV1-2): Lộ ra ở các bãi bồi cao, phân bố dọc thung lũng sông Đồng Nai, Nhà Bè và sông Sài Gòn thành dải hẹp ở độ cao 3-4m Thành phần trầm tích dưới là cát lẫn ít sạn, phía trên là sét, bột Bề dày trầm tích thay đổi từ 2-10m

 Holocene giữa – Bao gồm 3 hệ tầng chủ yếu:

+ Hệ tầng Hậu Giang, trầm tích biển (mQIV2hg): Lộ ra ở dạng thềm biển

cổ, phân bố dọc đường đi Vũng Tàu, đoạn từ Long Thành tới Bà Rịa hoặc vòng quanh khối nhô Nhơn Trạch Ngoài ra còn gặp phổ biến trong các lỗ khoan vùng Bình Chánh, Hóc Môn, ở độ sâu 2-3m trở xuống Thành phần bao gồm chủ yếu là cát xen ít bột, sét Bề dày trầm tích thay đổi 2-12m

+ Trầm tích sông biển (amQIV2): Lộ ra rộng rãi ở các vùng cửa sông Đồng Nai, Sài Gòn, Vàm Cỏ Đông Thành phần chính của tầng là bột, sét, màu

xám vàng, đôi chỗ có lẫn mùn thực vật màu xám đen Bề dày của tầng thay đổi từ 3-4m

+ Trầm tích sông biển (amQIV2-3): Các trầm tích này lộ ra một vài nơi thuộc khu vực Bắc Nhà Bè, Bình Chánh dưới dạng vùng đồng bằng thấp (1-2m) và bị ngập vào mùa mưa Thành phần bao gồm cát, sét pha, sét đôi chỗ lẫn bùn hữu cơ Bề dày của tầng thay đổi từ 2-3m, cá biệt đôi chỗ từ 4-5m

 Holocene thượng (QIV3): Holocene thượng được chia thành 2 phần: Phần dưới

 Trầm tích sông - đầm lầy (abQIV31) : Phân bố thành dải hẹp lấp đầy các trũng thấp hình thành trên bề mặt hệ tầng Củ Chi hoặc các bồn trũng phân bố dọc theo sông Sài Gòn và sông Vàm Cỏ Đông Thành phần trầm tích bao gồm: sét, bột, mùn thực vật đôi chỗ gặp cát mịn ở phần đáy Bề dày của tầng thay đổi từ 0,7m đến 1,5m có chỗ lên tới 3m đến 4m

+ Phần trên: Thành phần là trầm tích sông (aQIV32): Phân bố dọc các sông, trầm tích đầm lầy (abQIV32) – phân bố ở Nhà Bè, và trầm tích biển đầm lầy (mbQIV32) – lộra ở cửa sông Thị Vải Thành phần chính là cuội, sỏi,