Ứng dụng giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu nhà máy nhiệt điện sông Hậu 1 tỉnh Hậu Giang

Ứng dụng giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu nhà máy nhiệt điện sông Hậu 1 tỉnh Hậu Giang Ứng dụng giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu nhà máy nhiệt điện sông Hậu 1 tỉnh Hậu Giang luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

PHẠM ĐÀO VIỆT

ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1

Trang 2

-

PHẠM ĐÀO VIỆT

ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1

Trang 3

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ PHÁN (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

PGS.TS VÕ PHÁN Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM

ngày 03 tháng 05 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

2 PGS.TS Dương Hồng Thẩm Phản biện 1

5 TS Nguyễn Văn Giang Ủy viên, Thư ký

Trang 4

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP HCM, ngày.… tháng… năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : PHẠM ĐÀO VIÊT Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 24/07/1986 Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV:1441870021

I TÊN ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 – TỈNH HẬU GIANG

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÂC THẤM TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT YẾU KHI SỬ DỤNG BẤC THẤM CÓ GIA TẢI TRƯỚC BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHÁC NHAU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 – TỈNH HẬU GIANG

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG KHI THAY ĐỔI CHIỀU SÂU VÀ KHOẢNG CÁCH CẮM BẤC THẤM ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ………

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS VÕ PHÁN

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

Phạm Đào Việt

Trang 6

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin được cảm ơn Quý Thấy (Cô) trong khoa Xây dựng trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ, đã truyển đạt cho tôi những kiến thức quý báu và tâm huyết trong suốt 3 học

kỳ vừa qua Đó là những kiến thức nền tảng cho tôi hoàn thành cuốn luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Võ Phán, người thầy đã tận tình hướng dẫn, từ những bước đi sơ khai ban đầu, đến những kiến thức chuyên nghành đầy vô giá

Để rồi từ đó tôi bắt đầu sơ lược và kết nối những kiến thức đó lại với nhau để hoàn thành nên nội dung chính của đề tài mà tôi đã thực hiện Một lần nữa xin cảm ơn người Thầy đầy tâm huyết và tâm lý đã thường xuyên đôn đốc, nhắc nhở nhiều điều cho tôi, người Thầy không những truyền đạt những kiến thức trong sách vở mà còn cả những bài học cuộc sống Những điều đó đã tạo động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất

Xin cảm ơn các Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên của Phòng Quản Lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lời biết ơn sâu sắc nhất

Tôi xin chân thành cảm ơn

Học Viên Thực Hiên Luận Văn

Phạm Đào Việt

Trang 7

TÓM TẮT Hiê ̣n nay, có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu đã được nghiên cứu và ứng dựng thành công ta ̣i Viê ̣t Nam, trong đó gia tải trước kết hợp với bấc thấm là một phương pháp được áp dụng phổ biến nhất ở nước ta với nhiều ưu điểm nổi bâ ̣t mà các phương pháp khác không đáp ứng được

Bằng các nghiên cứu, tổng hợp các tài liê ̣u tác giả trı̀nh bày tổng quan về nguyên lý cấu ta ̣o, cơ chế hoạt đô ̣ng của phương pháp, trình tự thi công, cơ sở lý thuyết tı́nh toán độ lún của nền dưới tác dụng của việc gia tải trước kết hợp bấc thấm

Dựa trên số liê ̣u đầu vào của công trı̀nh thực tế, tác giả sử dụng phần mềm Plaxis 2D mô phỏng bà toán gia tải trước kết hợp bấc thấm theo phương pháp quy đổi tương đương vùng đất có bấc thấm và phương pháp sử dụng phần tử Drain mô phỏng sự làm viê ̣c nền đất yếu có cắm bấc thấm Đồng thời phân tı́ch ứng xử của nền đất yếu cho các trường hợp cắm bấc thấm theo các đô ̣ sâu và khoảng cách cắm bấc thấm khác nhau

Trang 8

ABSTRACT

In recent times, there are many methods of treatment soft soil has been studied and successfully applied in Viet Nam, surcharge preloading method in combination of used prefabricated vertical drain (PVD) is almost applied in our country with many advantages others cannot meet

In study, synthetic material the author presents an overview of principles of techniques, mechanism of method, order construction, the theoretical basis of calculating the ground settlement under the influence simultanneous fill load and set prefabricated vertical drains With geologic data of real contruction, I will use Plaxis 2D softwaer to simulate the problem of surcharge preloading with PVD by two methods: equivalence conversion of soil area that have PVD method and drains cell method to emulate behavior of soft with PVD In addition, I will analyse the respond of soft soil with different depth of in sert PVD distance in accordance with different preloading

Trang 9

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

TÓM TẮT

MỞ ĐẦU 1

I ĐẶT VẤN ĐỀ 1

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN 3

V PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ: 3

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM 4

1.1 CÁC ĐẶC TRUNG CƠ BẢN ĐẤT YẾU MIỀN NAM VIỆT NAM 4

1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu 4

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái vật lý đất yếu miền Nam Việt Nam 4

1.1.3 Đặc điểm cơ lý của đất yếu: 7

1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM. 8

1.2.1 Giới thiệu 8

1.2.2 Nguyên lý tổng quát của phương pháp gia tải đất đắp 8

1.2.3 Ưu nhược điểm của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 9

1.3 TỔNG QUAN VỀ BẤC THẤM 10

1.3.1 Lịch sử phát triển: 10

1.3.2 Tác dụng 13

1.3.3 Nhược điểm 13

1.3.4 Phương pháp thi công 16

1.4 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA PVD 18

1.4.1 Một số yêu cầu đối với bấc thấm 18

1.4.2 Tiêu chuẩn đối với bộ lọc 19

1.4.3 Kích thước lỗ rỗng của bộ lọc 19

1.4.4 Tiêu chuẩn về độ bền bấc thấm 20

1.5 CẤU TẠO HỆ BẤC THẤM 20

1.6 CẤU TẠO TẦNG ĐỆM CÁT THOÁT NƯỚC VÀ CHỊU LỰC. 22

1.6.1 Vai trò của tầng đệm cát thoát nước: 22

1.6.2 Yêu cầu chiều dày tầng đệm cát 22

1.6.3 Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng đệm cát 22

1.7 ẢNH HƯỞNG BIẾN DẠNG CỦA BẤC THẤM ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA 23

Trang 10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BẤC THẤM TRONG ĐIỀU

KIỆN GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 25

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 25

2.1.1 Các giả thiết của bài toán cố kết 25

2.1.2 Bài toán cố kết cơ bản 25

2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BẤC THẤM 27

2.2.1 Khái niệm cơ bản: 27

2.2.2 Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo 1981) 30

2.2.3 Chiều sâu cắm bấc thấm 33

2.2.4 Nguyên tắc tính toán gia tải đất đắp 34

2.3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỂ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN GIA TẢI TRƯỚC. 38

2.3.1 Lịch sử hình thành phương pháp phần tử hữu hạn 38

2.3.2 Giới thiệu phương pháp phần tữ hữu hạn 38

2.3.3 Mô phỏng bấc thấm trong phương pháp phần tử hữu hạn 39

2.3.4 Điều kiện biên trong phương pháp phần tửu hữu hạn 42

2.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG 2. 42

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG NỀN ĐẤT YẾU KHI SỬ DỤNG BẤC THẤM CÓ GIA TẢI TRƯỚC BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH KHÁC NHAU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 – HẬU GIANG 44

3.1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH. 44

3.1.1 Giới thiệu chung 44

3.1.2 Quy mô và các thông số kỹ thuật liên quan đến công trình 44

3.2 CÁC THÔNG SỐ ĐƯA VÀO BÀI TOÁN. 46

3.3 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PLAXIS 2D V8.5 47

3.3.1 Mô phỏng theo phương hướng 2 (quy đổi tương đương vùng đất có bấc thấm) 47

3.3.2 Mô phỏng bài toán theo phương hướng 1 (bấc thấm được mô phỏng như phần tử với vật liệu đàn hồi thoát nước) 54

3.4 TÍNH TOÁN LÚN CỦA ĐẤT NỀN THEO TCVN: 9355- 2012. 61

3.4.1 Tính độ lún cố kết Sc (Khi nền đất chưa có bấc thấm) 61

3.4.2 Xét trong trường hợp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước 64

3.4.3 Tính toán độ lún theo thời gian khi sử dụng bấc thấm 66

3.5 TỔNG HỢP SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. 67

3.6 NHẬN XÉT CHƯƠNG 3. 67

Trang 11

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG KHI THAY ĐỔI KHOẢNG

NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP 68

4.1 TƯƠNG QUAN GIỮA KHOẢNG CÁCH BẤC THẤM VÀ TỐC ĐỘ CỐ KẾT 68

4.1.1 Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 1.0m 70

4.1.2 Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 1,5m 72

4.1.3 Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 2.0m 74

4.1.4 Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp khoảng cách bấc thấm là 2,5m 76

4.1.5 Tổng hợp kết quả tính toán 78

4.2.TƯƠNG QUAN GIỮA CHIỀU SÂU BẤC THẤM VÀ ĐỘ CỐ KẾT 78

4.2.1 Tính toán thời gian cố kết nền đất trường hợp chiều sâu cắm bấc thấm là 8m (các thông số gia tải giống như trên) 79

4.2.6 Kết quả phân tích độ lún theo thời gian 89

4.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG 4 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

I KẾT LUẬN. 90

II KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

Trang 12

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phân loại dộ chặt của đất cát theo hệ số rỗng e 6

Bảng 1.2 Phân loại đất dính theo IP 7

Bảng 1.3 Đánh giá trạng thái đất dính theo độ nhão IL 7

Bảng 1.4 Một số loại bấc thấm đã được sử dụng ( Bo et al 2003) 11

Bảng 1.5 Kı́ch thước của mô ̣t số kiếm cắm dùng trong thi công 17

Bảng 3.1 Bảng chỉ tiêu cơ lý của đất 46

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuâ ̣t của bấc thấm 46

Bảng 3.3 Các thông số khai báo trong mô hình các lớp đất 48

Bảng 3.4 Các thông số khai báo trong mô hình các lớp cát 49

Bảng 3.5 Kết quả tính toán kwp và khplớp đất thứ 1 55

Bảng 3.6 Kết quả tính toán kwp và khplớp đất thứ 2 56

Bảng 3.7 Các thông số trong mô phỏng phương hướng 1 56

Bảng 3.8 Độ cố kết Uv đạt được tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv 63

Bảng 3.9 Kết quả tính toán độ cố kết chung U và độ lún theo thời gian St 65

Bảng 3.10 Tổng hợp kết quả tính lún nền đất bằng các phương pháp tính toán khác nhau 67

Bảng 4.1 Các trường hợp thay đổi khoảng cách bấc thấm 68

Bảng 4.2 Hệ số thấm ngang trong mô hình phẳng 69

Bảng 4.3 Hệ số thấm đứng trong mô hình phẳng 69

Bảng 4.4 Kết quả tính toán lún nền đất cho các trường hợp khoảng cách cắm bấc thấm khác nhau: 78

Bảng 4.5 Các trường hợp thay đổi chiều sâu cắm bấc thấm 78

Bảng 4.6 Kết quả tính toán lún nền đất cho các trường họp chiều sâu cắm bấc thấm khác nhau 89

Trang 13

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các loại bấc thấm 12

Hình 1.2 Thi công bấc thấm 12

Hình 1.3 Hệ thống cẩu (Rig system) tại hiện trường 15

Hình 1.4 Thi công bấc thấm dùng hệ thống cẩu (Rig system) ở hiện trường 15

Hình 1.5 Một số loại tiết diện kiếm cắm (Mandrel) [8] 17

Hình 1.6 Quy trình thi công bấc thấm 18

Hình 2.1 Mặt cắt điển hình của băng thoát nước (Theo Holtz và cộng sự, 1991) 29

Hình 2.2 Kiểu bố trí bấc thấm trên mặt bằng 30

Hình 2.3 Vật thoát nước đứng gồm vùng xáo trộn và vùng tăng sức cản 30

Hình 2.4 Đặc trưng vùng xáo trộn ( Rujikiatkamjorn and Indraratna 2007) 32

Hình 2.5 Chiều sâu cắm bấc thấm nhỏ hơn chiều sâu vùng tính lún 34

Hình 2.6 Mô hình chuyển đổi các thông số từ mô hình đối xứng (ĐXT) sang mô hình phẳng(MHP) 41

Hình 3.1 Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 44

Hình 3.2 Mặt bằng tổng thể khu nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1- Hậu Giang 45

Hình 3.3 Mặt cắt địa chất khu vực tính toán 47

Hình 3.4 Mô phỏng khối đất quy đổi vùng tương đương bấc thấm 50

Hình 3.5 Chia lưới phần tử trong mô hình 51

Hình 3.6 Biến dạng lún của đất nền sau khi kết thúc thời gian chất tải 51

Hình 3.7 Biến dạng lún của đất nền tại mỗi khu vực 52

Hình 3.8 Chuyển vị của các vị trí trên mặt cắt A- A’ 52

Hình 3.9 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất 53

Hình 3.10 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư trong nền 53

Hình 3.11 Sự phân bố ứng suất hữu hiệu theo phương đứng 54

Hình 3.12 Mô phỏng bấc thấm bằng vật liệu đàn hồi thoát nước Drain 57

Hình 3.13 Chia lưới phần tử mô hình 57

Hình 3.14 Biến dạng lún nền đất khi cố kết hoàn toàn 58

Hình 3.15 Chuyển vị cụ thể của đất tại cac khu vực khác nhau 58

Hình 3.16 Biến dạng của các vị trí theo phương ngang 59

Hình 3.17 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư trong nền sau 270 ngày chất tải 59 Hình 3.18 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư 60

Hình 3.19 Sự phân bố ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng 60

Hình 3.21 Toán đồ Osterberg 62

Hình 3.20 Biểu đồ cố kết theo thời gian sau 270 ngày 66

Hình 3.21 Biểu đồ độ lún theo thời gian sau 270 ngày 66

Hình 4.1 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm là 1m 70

Hình 4.2 Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm 1.0m 70

Hình 4.2a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm 1.0m 71

Trang 14

Hình 4.3 Ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm 1m 71

Hình 4.4 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm l,5m 72

Hình 4.5 Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm l,5m 72

Hình 4.5a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm l,5m 73

Hình 4.6 Ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm l,5m 73

Hình 4.7 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm 2.0m 74

Hình 4.8 Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm 2.0m 74

Hình 4.8a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm 2.0m 75

Hình 4.9 ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm 2.0m 75

Hình 4.10 Độ lún đất nền khi khoảng cách bấc thấm 2,5m 76

Hình 4.11 Áp lực nước lỗ rỗng khi khoảng cách bấc thấm 2,5m 77

Hình 4.11a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi khoảng cách bấc thấm 2,5m 77

Hình 4.12 ứng suất hữu hiệu khi khoảng cách bấc thấm 2,5m 77

Hình 4.13 Độ lún đất nền khi chiều sâu cắm bấc thấm là 8m 79

Hình 4.14 Áp lực nước lỗ rỗng khi chiều sâu cắm bấc thấm là 8m 79

Hình 4.14a Áp lực nước lỗ rỗng dư khi chiều sâu cắm bấc thấm là 8m 80

Hình 4.15 Ứng suất hữu hiệu khi chiều sâu cắm bấc thấm là 8m 80

Trang 15

MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

e Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu;

(Chưa đắp nền bên trên)

p

e Hệ số rỗng khi có tải trọng ngoài;

E (kPa) Modul biến dạng;

dd

h (m) Chiều cao đắp nền;

h (m) Chiều dài đường thấm trong đất;

H (m) Chiều dày lớp đất có giếng cát;

Trang 16

u Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất;

u Áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính toán t;

U Độ cố kết theo phương ngang;

R (m) Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;

Trang 17

MỞ ĐẦU

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Sự phát triển của nền kinh tế nước ta những năm gần đây gắn liền với sự phát triển nhah chóng của cơ sở hạ tầng Vì vậy dòi hỏi cấp thiết đặt ra cho ngành xây dựng

là phải cải tiến phát triển cả về kỹ thuật lẫn công nghệ để đáp ứng chất lượng, thời gian

mà nhu cầu xã hội đặt ra

Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiê ̣p hóa, hiện đa ̣i hóa các khu công nghiệp tâ ̣p trung, cơ sở ha ̣ tầng kỹ thuâ ̣t, khu đô thi ̣ mới… đang được xây dựng với tốc

độ ngày càng lớn Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và mô ̣t số công trı̀nh khác trên nền đát yếu thường đă ̣t ra hàng loa ̣t các vấn đề phải giải quyết như: Sức chi ̣u tải của đất nền thấp, độ lún lớn và đô ̣ ổn đi ̣nh của

cả diện tích lớn Việt Nam đươ ̣c biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, nhiều thành phố

và thị trấn quan trọng đươ ̣c hı̀nh thành trên nền đất yếu với những điều kiê ̣n rất phức

ta ̣p của đất nền, dọc theo các con sông, kênh ra ̣ch…Thực tế này đòi hỏi phải hı̀nh thành và phát triển các công nghê ̣ thı́ch hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu Viê ̣c xử lý nền đất yếu là vấn đề bức thiết và quan tro ̣ng hàng đầu trong nghành xây dựng hiê ̣n

đa ̣i

Lún cố kết gây ra rất nhiều thiệt hại về kinh tế, gây cản trở giao thông và có thể gây nguy hiểm tới tính mạng của người dân Tuy nhên guyên nhân gây lún vẫn chưa được nghiên cứu hệ thống hóa một cách đầy đủ các giải pháp bù lún, chờ lún, xử lý phần nền của kết cấu công trình là những giải pháp gây mất thời gian, tốn kém và hiệu quả không cao Vì vậy vấn đề đặt ra là phải có giải pháp xử lý nhằm tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, tăng nhanh độ lún cố kết và rút ngắn quá trình thi công, giảm

độ lún của nền trong quá trình khai thác

Hiện nay có nhiều phương pháp để xử lý đất yếu: Phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát; phương pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm…Các phương pháp này qua thử nghiệm đã có tác dụng tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng nhanh quá trình lún của nền, tạo độ lún trước, rút ngắn thời gian thi công và tăng sức chống cắt của đất từ đó làm tăng khả năng chịu tải của đất yếu

Trong các phương pháp nêu trên thì phương pháp xử lý đất yếu bằng gia tải trước kết hợp bấc thấm được dùng phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới bởi nó chứa đựng những ưu điểm

Trang 18

Cố kết của sét yếu trong kỹ thuật nền móng là vấn đề rất phổ biến Để rút ngắn thời gian cố kết, gia tăng cường độ chống cắt trong đất có tính nén lún cao và hệ số thấm bé, phương pháp sử dụng bấc thấm (PVD) cùng với gia tải trước mang lại lợi ích đáng kể để cải tạo đất yếu có chiều dày lớn và độ ẩm cao Nước trong đất thoát đến PVD theo phương ngang sau đó thoát tự do dọc theo PVD theo phương đứng Vì vậy, PVD giảm được chiều dài đường thoát nước trong đất, tăng nhanh quá trình cố kết PVD tận dụng tính thấm trong đất sét theo phương ngang cao hơn phương đứng để tăng độ cố kết và tăng độ ổn định của đất yếu Ngoài ra, bấc thấm được sử dụng rộng rãi vì thi công nhanh (tốc độ cắm khoảng 150-600 mm/s, (Rixner et al, 1986), cơ giớ hóa cao, thân thiện với môi trường

Tuy nhiên việc xử lý bằng phương pháp gia tải trước kết hơp bấc thấm còn một

số vấn đề tồn tại Việc tính toán thiết kế bấc thấm bằng lời giải giả tích như vẫn đang

sử dụng hiện nay thì việc dự báo ứng xử qua thời gian là khó khăn mà mất nhiều thời gian Còn vấn đề mô phỏng nền đất yếu được xử lý bằng gia tỉa kết hợp bấc thấm bằng các phần mềm chuyên dụng tại Việt Nam còn nhiều hạn chế và chưa được phổ biến rộng rãi Đối với nền đất yếu có bề dày lớn, việc xác định chiều sâu tắt lún, chiều sâu cắm bấc thấm vẫn còn đang tồn tại nhiều ý kiến khác nhau Việc xử lý bấc thấm đến hết phạm vi gây lún có thể không kinh tế hoặc nhiều khi không thực hiện được Nếu có thể đưa ra một chiều sâu cắm bâc thấm hợp lý thì phải vừa giảm giá thành xây dựng

mà vẫn đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật, thời gian, ổn định Ngoài ra hiệu quả của việc xử lý bấc thấm còn bị ảnh hưởng của các thông số tính toán (chiều sâu cắm bấc thấm, khoảng cách cắm bấc thấm, chiều cao đắp tải…)

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Những vấn đề tồn tại được trình bày như trên cũng là mục đích nghiên cứu của đề tài này Do đó, trong đề tài này tác giả sẽ tập trung nghiên cứu những nô ̣i dung cu ̣ thể như sau:

- Phân tích ảnh hưởng khi thay đổi chiều sâu và khoảng cách cắm bấc thấm đến tốc đô ̣ cố kết và tốc đô ̣ thoát nước lỗ rổng thẳng dư trong nền đất yếu

- Phân tı́ch hiê ̣u quả của viê ̣c sử du ̣ng và không sử du ̣ng bấc thấm đến tốc đô ̣ cố kết nền đất yếu

- Tính toán với một công trı̀nh cu ̣ thể ở khu vực Thành phố Hồ Chı́ Minh hay lân

câ ̣n

Trang 19

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Sử du ̣ng phương pháp phần tử hữu ha ̣n để mô phỏng bài toán gia tải trước kết

hơ ̣p bấc thấm

- Sử du ̣ng bài toán mô phỏng Plaxis 2D để khảo sát khoảng cách giữa hai bấc thấm và ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc thấm đến hiê ̣u quả sử du ̣ng bấc thấm

- Sử du ̣ng bài toán mô phỏng Plaxis 2D để khảo sát tốc đô ̣ gia tải tối đa để ổn

đi ̣nh nền đất đắp

- Mô hình tính toán vâ ̣t liê ̣u theo Morh- coulomb để tı́nh lún nền đất yếu sử du ̣ng bấc thấm kết hợp gia tải

IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN

- Viê ̣c xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước kết hợp cắm bấc thấm đã được sử dụng rộng rãi trong nước và trên thế giới Có rất nhiều tác giả trong nước và trên thế giới nghiên cứu về giải pháp gia cố nền đất yếu bằng gia tải kết hợp bấc thấm, tuy nhiên việc nghiên cứu chi tiết về hiệu quả kinh tế tối ưu khi sử du ̣ng bấc thấm chưa đươ ̣c quan tâm đúng mức

- Đề tài nghiên cứu này có thể tham khảo để nghiên cứu những yếu tố khác ảnh hưởng đến hiê ̣u quả kinh tế khi sử du ̣ng phương pháp gia tải đất đắp kết hợp cắm bấc thấm xử lý nền đất yếu như: Chiều sâu cắm bấc thấm, tốc đô ̣ thoát nước cần thiết của bấc thấm, kỹ thuâ ̣t thi công bấc thấm…

- Thông qua đề tài nghiên cứu này có thể gợi ra được những khía ca ̣nh chưa hợp

lý trong lý thuyết tính toán cũng như trong quy trı̀nh quy phạm đang được sử du ̣ng tính toán thiết kế hiê ̣n nay ở Viê ̣t Nam để nghiên cứu chỉnh sủa cho phù hợp

V PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ HẠN CHẾ:

- Chỉ sử dụng mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử 2D

- Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm ra được ảnh hưởng khoảng cách giữa hai bấc thấm đến đô ̣ cố kết của đất nền, tốc độ gia tải tối đa để ổn định nền đắp, những ảnh hưởng của chiều sâu bấc thấm đến hiệu quả sử dụng bấc thấm

- Áp dụng được cho vùng địa chất để tính toán và mô phỏng mà cụ thể là nền nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 – Tỉnh Hậu Giang

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu về độ lún, chuyển vị ngang của đất

và mức độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thẳng dư của nền đất

Trang 20

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP

GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM

1.1 CÁC ĐẶC TRUNG CƠ BẢN ĐẤT YẾU MIỀN NAM VIỆT NAM

1.1.1 Khái niệm và phân loại đất yếu

1.1.1.1 Khái niệm đất yếu

Đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có thể dùng làm nền cho móng công trình Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (Sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái nhão Những loại đất này thường có:

- Độ sệt lớn (IL>1)

- Hệ số rỗng lớn (e>1)

- Góc ma sát trong nhỏ (100)

- Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nươc c < 0,15daN/cm2

- Lực dính theo kết quả hiện trường cu < 0,35daN/cm2

- Sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0.1 Mpa

- Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5

1.1.1.2 Phân loại đất yếu

Những kết quả nghiên cứu của các tác giả trước đây cho thấy bề mặt ở Đồng bằng sông Cửu Long được bao phủ chủ yếu là các loại đất dính: sét, á sét, á cát trạng thái cứng đến chảy dẻo và các loại bùn sét, bùn a sét Ở điều kiện tự nhiên sức chịu tải của chúng rất yếu, tùy theo từng thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện địa lý và khí hậu mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như: đất sét mềm, cát hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích

1.1.2 Đặc trưng và trạng thái vật lý đất yếu miền Nam Việt Nam

1.1.2.1 Đặc trưng vật lý:

Tầng trầm tích mới thuộc miền Nam Việt Nam là đối tượng nghiên cứu chủ yếu

về mặt địa chất công trình Các lớp đất chính thường gặp là những loại đất sét hữu có

Trang 21

và sét không hữu cơ có trạng thái độ sệt khác nhau Ngoài ra còn gặp những lớp cát, sét bùn lẫn vỏ sò và sạn laterite Ngay trong lớp đất sét còn gặp các vệt cát nhỏ

Dựa vào hình trụ hố khoan trong phạn vi độ sâu 30m trở lại của những công trình thủy lợi ở Tỉnh Long An, Tiền Giang, Hậu Giang, Cà Mau và Thành phố Hồ Chí Minh

có thể phân chia các lớp đất nền như sau:

+ Lớp đất ở trên mặt: Dày khoảng 0,5 – 1,5m, gồm những loại đất sét, hạt bụi đến sét cát, có màu xám nhạt đến màu xám vàng Có nơi là bùn sét hữu cơ màu xám đen, lớp này nằm trên mực nước ngầm có nơi dưới mực nước ngầm

+ Lớp sét hữu cơ: Nằm dưới lớp mặt là lớp sét hữu cơ có chiều dày thay đổi từ 3m – 4m vùng Long An từ 9m - 10m vùng Thạch An - Hậu Giang từ 18m – 20m, vùng Long Phú – Hậu Giang chiều dày tăng dần về phía biển, từng có màu xám đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt có các đặc trưng vật lý sau:

Độ ẩm tự nhiên: W= 32% - 35%

Dung trọng tự nhiên: w = 16,9 đến 17,5 (kN/m3)

Góc ma sát trong: = 290 đến 300

Trang 22

+ Lớp sét không lẫn hữu cơ: Lớp đất sét này khá dày xuất hiện ở những độ sâu khác nhau Lớp đất ở trạng thái dẻo mền, dẻo chảy Đất chưa được nén chặt, hệ số rỗng lớn, dung trọng nhỏ, sức chống cắt thấp, có màu xám vàng hoặc vàng nhạt các chỉ tiêu vật lý của nó thay đổi trong phạm vi sau:

Trang 23

+ Theo [2], chỉ số dẻo IP được dùng làm chỉ tiêu phân loại đất dính; dùng độ nhão

IL làm chỉ tiêu đánh giá trạng thái của đất dính theo bảng 1.2 và 1.3

Bảng 1.2 Phân loại đất dính theo IP

1.1.3 Đặc điểm cơ lý của đất yếu:

Đất miền Nam Việt Nam được phân chia thành 7 lớp đất (6 lớp thuộc Haloxen và

1 lớp thuộc trầm tích Pleistoxen muộn), trong đó có 3 dạng bùn mền đất yếu

+ Lớp 1: Sét màu nâu, có chổ xám vàng, CL,CH

Trang 24

+ Lớp 2: Bùn sét (hoặc bùn á sét chứa hữu cơ) màu đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt MH (OH)

+ Lớp 3: Bùn á sét (hoặc bùn á sét chứa hữu cơ) màu đen, xám nhạt hoặc vàng nhạt ML (OL)

+ Lớp 4: Bùn á cát (hoặc bùn á cát chứa hữu cơ) màu đen, xám nhạt CL (ML) + Lớp 5: Đất sét chặt màu loang lổ đỏ vàng, có chổ màu vàng trắng CL

+ Lớp 6: Á cát xám xám SP

+ Lớp 7: Cát hạt bụi màu xám sậm, xám tối có khi vàng nhạt SW

1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ DỤNG BẤC THẤM

1.2.1 Giới thiệu

Lún cố kết gây ra nhiều vấn đề đối với nền móng công trình, hệ số thấm của sét yếu rất nhỏ cho nên độ lún cố kết chỉ kết thúc sau một thời gian khá lâu Để rút ngăn thời gian cố kết người ta dùng kỹ thuật bấc thấm kết hợp với phương pháp gia tải trước, dưới tác dụng của tải trọng gia tải, gradient thủy lực của nước trong lỗ rỗng gia tăng làm cho nước theo phương ngang vào bấc thám và sau đó di chuyển tự do một cách nhanh chóng theo bấc thấm lên trên bề mặt Như vậy dùng bấc thâm sẽ rút ngắn chiều dài đường thấm nên thời gian cố kết cũng rút ngăn một cách đáng kể Hơn nữa

hệ số thấm theo phương ngang lớn hơn hệ số thấm theo phương đứng vì vậy thời gian

cố kết sẽ rất nhanh

1.2.2 Nguyên lý tổng quát của phương pháp gia tải đất đắp

Tiến hành chất tải phân bố đều trên bề mặt của nền đất trước khi thi công công trình Việc gia tải sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố sau:

- Độ lún cố kết sơ cấp

- Độ lún cố kết thứ cấp

- Sức chống cắt khuôn thoát nước của đất

Kỹ thuật gia tải trước có hai dạng

- Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng công trình

Trang 25

- Chất tải trước theo từng cấp tải trọng

Trường hợp chất tải trước với gia tải lớn hơn tải trọng công trình thì gia tải sẽ được dỡ đi khi độ lún còn lại của nền dưới tải trọng của công trình bằng không hoặc không đáng kể Ở công trường, hình thức gia tải có thể có nhiều dạng có thể chính là tải trọng của đất đắp hoặc của bồn chứa

Trường hợp chất tải nhiều đợt thì theo thời gian nền sẽ cố kết và sức chống cắt gia tăng để chịu được cấp tải trọng lớn hơn sau đó, trong khi đó nếu chất tải một lần thì nền sẽ bị phá hoại

Tải trọng dùng để gia tải trước có 3 dạng

- Tốc độ thi công bấc thấm rất nhanh, mỗi máy có thể cắm bấc thấm 5000m/ngày

và số cọc bấc thấm cắm được trong 1 giờ trung bình là 300 cái

- Trong quá trình lắp đặt bấc thấm sẽ không xẩy ra hiện tượng đứt bấc thấm như đối với giếng cát;

- Trong quá trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xẩy ra hiện tượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra

- Bấc thấm có khả năng thấm nước cao, hệ số trung bình đạt từ 30 x 10-6 đến 9x10-6 m3/s

- Khi thi công bấc thấm phạm vi gây nên sự vấy bẩn và phá hoại kết cấu nền nhỏ hơn so với thi công cọc cát, giếng cát, hay là cọc đất gia cố xi măng

- Không yêu cầu nước khi thi công

- Chiều sâu cắm bấc thấm có thể rất sâu, có khi đạt đến 40m

- Dễ dàng kiểm tra chất lượng

Trang 26

- Thoát nước tốt trong các điều kiện khác nhau Không bị ảnh hưởng bởi nhiều điều kiện khác

- Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo trong nhà máy công nghệ và chất lượng ổn định

Ở Việt Nam bấc thấm được sử dụng vào thập niên 90, hiện nay được áp dụng rộng rãi để xử lý nền đất yếu cho các vùng đất yếu của Việt Nam đó là vùng đồng bằng châu thổ Sông Hồng, các khu vực ven biển và khu vực Đồng bằng sông Cửu Long Các dự án sử dụng xử lý đất nền bằng phương pháp bấc thấm đang được triển khai như cao tốc Cầu giẽ - Ninh Bình, cao tốc Sài Gòn – Long Thành – Dầu Giây, Nhiệt Điện Long Phú Sóc Trăng, Nhiệt điện Duyên Hải Trà Vinh…

Trang 27

Bảng 1.4 Một số loại bấc thấm đã được sử dụng ( Bo et al 2003)

Trang 28

Hình 1.1 Các loại bấc thấm

Hình 1.2 Thi công bấc thấm

Trang 29

1.3.2 Tác dụng

Dưới tác dụng gia tải, áp lực nước lỗ rỗng của đất tăng cao tạo chênh lệch cột áp (i- gradient thủy lực) nước sẽ chảy từ nơi có áp lực cao đến nơi có áp lực thấp Do đó, nước trong đất sẽ thoát đến PVD theo phương ngang (cự ly PVD thường từ 1,2 – 3,5 theo[6]) nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dày của lớp đất yếu (thường >10m) Sau đó nước thoát tự do dọc theo PVD theo phương đứng đến đệm cát dưới nền đường và thoát ra ngoài, tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giãm

độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt đến độ lún quy định trong thời gian cho phép Ngoài ra, bấc thấm còn mang lại nhiều ưu điểm như bảo vệ môi trường, thi công nhanh, giá vật liệu rẻ và nguồn cung cấp vật liệu ổn định Do bấc thấm được sản xuất từ vật liệu tổng hợp nên ổn định về chất lượng, không có tác dộng xấu đến môi trường khi thi công xong và giá rẻ hơn so với các vật liệu khác như thi công giếng cát Thiết bị thi công đơn giản và thi công tốc độ rất nhanh (150 – 600mm/s, [9])

1.3.3 Nhược điểm

Vùng xáo trộn, một trong những nguyên nhân cơ bản, làm ảnh hưởng đến tốc độ

cố kết của đất Bấc thấm cắm vào đất bởi kiếm cắm (mandrel) hình thành vùng xáo trộn xung quanh bấc thấm Mức độ xáo trộn tùy thuộc vào loại đất, độ nhạy, và cấu trúc vĩ mô của nó Hai thông số quan trọng mô tả vùng xáo trộn là kích thước vùng xáo trộn ds và hệ số thấm của nó ks

s= ds/dw: hệ số xáo trộn, được báo cáo từ 1,5 đên 5 căn cứ trên nghiên cứu lý thuyết, thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu tính toán ngược từ thí nghiệm hiện trường [3];

 = kh/ks: tỉ số thấm vùng xáo trộn, cũng được báo cáo với thay đổi lớn từ 1,0 đến 11,1[3]

Căn cứ vào [3] thì Holtz và Holm (1972) và Akagi (1977) đường kính vùng xáo trộn ds=2dm, trong đó dm: đường kính kiếm cắm Jamiolkowski et al (1981) cho rằng

ds = (2,5 – 3)dm Hansbo (1997,1981) cho rằng ds = (1,5 – 3)dw Theo nghiên cứu thiw nghiệm và phân tích ngược kết quả của Bergado et al (1991) ds = 2dw Nghiên cứu của Indraratna và Redana (1998) cho kết quả ds = (3 – 4)dw Theo kết quả của Barron (1948), Hansbo (1981), Hird et al (1992), Oncue (1991) thì hệ số thấm vùng

Trang 30

xáo trộn, ks=kh/3, Xiao(2000) cho rằng ks=kh/1,3 (theo nguồn từ Indraratna & Chu 2005)

Khả năng thoát nước của bấc thấm là thông số quan trọng nhất quyết định khả năng làm việc của bấc thấm Theo [6] khả năng của bấc thấm phụ thuộc vào những biến dạng của bấc thấm trong quá trình làm việc Lỏi của bấc thấm được làm từ nhựa cứng khi đất cố kết làm cho lỏi bấc thấm bị uốn cong hoặc gấp khúc có thể gây giảm khả năng thoát nước 1 phần hoặc toàn bộ[3]

Khả năng thoát nước của bấc thấm phụ thuộc vào độ cứng của bấc thấm, tùy từng loại bấc thấm mà khả năng thoát nước khác nhau [9] Chiều sâu cắm bấc thấm càng lớn thì khả năng thoát nước giảm theo nghiên cứu của Jamiolkowski et al (1983) Sự tích đọng bùn sét quanh bấc thấm ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng bấc thấm, kết quả nghiên cứu của Vreeken et al (1983) đã đưa ra kết luận: Sự tích đọng lớp sét quanh bấc thấm, sự tồn tại bọt khí ở dòng chảy trong bấc thấm Áp lực ngang, hình thành do gia tải thẳng đứng, ảnh hưởng đến lớn đến khả năng thoát nước của PVD do hai nhân

tố chính là giảm tiết diện ngang thoát nước và biến dạng từ biến Có nhiều nghiên cứu

về ảnh hưởng áp lực ngang đến khả năng thoát nước và thống nhất kết luận rằng khả năng thoát nước của PVD giảm khi áp lực ngang tăng theo [3]

Trang 31

Hình 1.3 Hệ thống cẩu (Rig system) tại hiện trường

Hình 1.4 Thi công bấc thấm dùng hệ thống cẩu (Rig system) ở hiện trường

Trang 32

Khoảng cách và cách bố trí của bấc thấm ảnh hưởng đến khả năng làm việc của bấc thấm Khi thiết kế bấc thấm phải chọn khoảng cách giữa hai bấc thấm sao cho khả năng thoát nước là tối ưu nhất, có nghĩa là lưu lượng nước trong đất chảy về bấc thấm

là nhiều nhất Theo [6] khoảng cách giữa hai bấc thấm s tiêu biểu từ 1,2 đến 3,5m Bố trí bấc thấm theo lưới tam giác cân tạo ra vùng ảnh hưởng thoát nước,De = 1,05.S, nhỏ hơn bố trí lưới hình vuông De = 1,13.S do vậy bố trí theo lưới tam giác cân sẽ tạo ra

cự ly thoát ngắn hơn Tuy nhiên thi công theo lưới tam giác cân sẽ khó hơn là lưới hình vuông

1.3.4 Phương pháp thi công

Bấc thấm thường được thi công bằng hệ thống cẩu (Rig system) mang kiếm cắm (mandrel) (hình 1.3) có tiết diện rỗng đa dạng như hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn hay hình thoi bằng thép (Hình 1.5)

Kiếm cắm mang bấc thấm bên trong và được hệ thống cẩu cắm vào đất bằng hệ thống thủy lực (tĩnh) hay rung (động) Kết quả nghiên cứu của Hansbo (1981) cho thấy

cả hai hệ thống tĩnh và động koong ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ cố kết mặc dù áp lực nước lỗ rỗng của jai trường hợp trên xuất hiện khác biệt trong quá trình thi công Kiếm cắm phải đủ cường độ để đảm bảo độ chính xác trong quá trình cắm bấc thấm đến độ sâu cần thiết và đủ nhỏ để giảm độ xáo trộn tự nhiên xung quang PVD Theo [8], kiếm cắm dạng hình thoi giảm thiểu độ xáo trộn trong quá trình thi công

Trang 33

Hình 1.5 Một số loại tiết diện kiếm cắm (Mandrel) [8]

Một số đặc trưng của kiếm cắm được thể hiện trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Kı́ch thước của mô ̣t số kiếm cắm dùng trong thi công

Hình

dạng

Kích thước ngoài Đường kính Tài liệu

tham khảo Dài(mm) Rộng(mm) Quy đổi(mm)

Quá trình thi công bấc thấm được thực hiện như sau (Hình 1.6)

Định vị tất cả các điểm sẽ cắm bấc thấm bằng máy đo đạc thông thường theo hàng dọc và hàng ngang theo đúng thiết kế, đánh dấu vị trí định vị Đưa máy cắm bấc thấm vào vị trí theo đúng hành trình đã vạch trước Xác định vách xuất phát trên trục

Trang 34

tâm để tính chiều dài bấc thấm để cắm được vào đất, kiểm tra độ thẳng đứng bằng dây dọi hoặc bằng thiết bị con lắc đặt trên giá máy ép

Lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đưa đầu trục tâm đến vị trí cắm bấc thấm Găn đầu neo vào đầu bấc thấm với chiều dài bấc thấm được gấp lại tối thiểu 0,3m và được ghim bằng ghim thép

Cắm trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế với tốc độ đều trong phạm vi 0,2 – 0,6 m/giây Sau khi cắm bấc thấm xong kéo trục tâm lên (lúc này đầu neo giữ bấc thấm lại trong lòng đất).Khi trục tâm đã được kéo lên hết, dùng kéo cắt đứt bấc thấm sao cho còn lại 0,2m đầu bấc thấm nhô lên trên lớp đệm cát và quá trình lại bắt đầu với vị trí cắm bấc thấm tiếp theo

Hình 1.6 Quy trình thi công bấc thấm

Bấc thấm được cắt ở cao trình mặt đất Chú ý rằng chiều dài của bấc thấm trên mặt đất được neo vào đệm cát Tốc độ thi công của hệ thống cẩu trung bình khoảng

150 – 600mm/s [9]

1.4 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA PVD

1.4.1 Một số yêu cầu đối với bấc thấm

Để tìm giải pháp cấu tạo hợp lý cho bấc thấm trong điều kiện địa chất của Việt Nam thì cần phải thí nghiệm trong phòng và hiện trường với các loại bấc thấm khác nhau Trên cơ sở đó rút ra được các loại bấc thấm và giải pháp cấu tạo hợp lý trong điều kiện địa chất Việt Nam Trên cơ sở kinh nhiệm của các tác giả nước ngoài và thông số của của một số loại bấc thấm thì về nguyên tắc các chỉ tiêu: đường kính

Trang 35

tương đương dw, khả năng chuyển nước qw, tính thấm của bộ lọc, cường độ phải thỏa mãn một số yêu cầu nhất định Dựa trên cá tiêu chuẩn này ta sẻ lựa chọn các loại bấc thấm thích hợp nhất Đồng thời dựa vào lý thuyết về cố kết về cố kết để xác định được khoảng cách hợp lý giữa lý giữa các bấc thấm.

1.4.2 Tiêu chuẩn đối với bộ lọc

Bộ lọc phải ngăn chặn sự tắc nghẽn gây ra bởi các hạt đất nhưng phải đảm bảo khả năng thấm tốt Bộ lọc vải địa cơ phải đạt yêu cầu cơ bản của tiêu chuẩn thấm là có

độ thấm cao hơn đất kề nó

Hiện nay các nhà sản xuất bấc thấm do cạnh tranh nhau để giảm giá thành sản phẩm, họ thường sản xuất bấc thấm có bộ lọc tương đối nhẹ bằng cách cán tráng bộ phận lọc (Nấu chảy sợi của bộ phận lọc ở đường kính nhỏ vây quanh bề mặt bộ lọc) để đạt tiêu chuẩn O95 kết quả của quá trình này làm giảm tính thấm bề mặt của bộ phận lọc, vì vậy yêu cầu với bộ phận lọc phải đảm bảo Kvỏ bọc ≥ (3-10) Kđất kề nó > 15.10-3m/s

1.4.3 Kích thước lỗ rỗng của bộ lọc

Theo phân tích trên bộ lọc bằng vỉa địa cơ phỉa có kích thước lỗ lọc lớn hơn nhưng vẫn phỉa chắn giữ được đất, tức là các hạt đất mang bởi dòng chảy không làm ghẹt bộ lọc hay là bị tích tụ lại ở các rãnh thiết bị thoát nước Để đánh giá chính xác khả năng chắn giữ đất của bộ lọc cần căn cứ vào các yếu tố: Lực điện hóa của vải địa

cơ, tính chất hóa học của hợp chất cấu trúc sợi, thành phần của đất Tuy nhiên do việc xác định các yếu tố này rất phức tạp, không thể làm được Vì vậy dựa vào các kết quả thực tế các tác giả đã đưa ra các số liệu theo kinh nghiệm:

Trang 36

Thông thường dùng O95 vì có thể đo được chính xác bằng phương pháp thủy ngân (Chen và Chen, 1986) còn để xác định O95 phỉa dùng phương pháp sàng khô với những hạt thủy tinh theo AMTS D4751 Phương pháp này không chính xác, cùng với một số loại vải lọc thì giá trị O95 xác định theo phương pháp sàng ướt ≤ 50% so với sàng khô Mặt khác các kiểu nghiên cứu ASTM chỉ cho phép đo đến cỡ 75µm vì dưới tác dụng của tịnh điện trên các hạt thủy tinh sẽ dẫn đến các kết quả khác nhau khá lớn Kamer (1983) phát hiện là các hạt sét nhỏ được kết tập lại có đường kính trung bình từ 50÷60µm Do đó kích thước lỗ rỗng trung bình của bộ phận lọc ≤ 50µm thì bộ phận lọc không bị tắc (đối với đất sét yếu như bùn thì O95 < 80µm) Như vậy muốn lựa chọn loại bấc thấm thích hợp phải căn cứ vào các phân tích ở trên và hiệu quả của một số loại bấc thấm đã được sủ dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam, kiến nghị: O95/D85 < 2, O90 < 80µm

1.4.4 Tiêu chuẩn về độ bền bấc thấm

Trong khi lắp đặt bấc thấm có thể xuất hiện các lực kéo trong bấc thấm (khi lõi

ấn di chuyển từ lớp đất cứng sang lớp đất mềm hơn) Vì vậy lõi và bộ phận lọc phải đảm bảo không bị vỡ khi chịu ứng suất trong quá trình vận chuyển và lắp đặt Đồng thời trong quá trình cố kết vải lọc không bị dính chặt vào các rãnh dẫn nước tức là lõi phải trượt tự do trong vải lọc nhằm làm giảm nguy cơ bị kẹt đất Để đảm bảo các yêu cầu đó theo [1] trong gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước, thì bấc thấm phải đạt các chỉ tiêu cơ lý sau:

- Cường độ chịu kéo (cặp hết chiều rộng bấc thấm) >1.6kN;

- Độ giãn dài (cặp hết chiều rộng bấc thấm) >20%;

- Khả năng thoát nước dưới áp lực 10kN/m2, gardien thủy lực i = 0.5 là (80 – 140)x10-6 (m3/sec);

- Khả năng thoát nước dưới áp lực 400kN/m2, gardien thủy lực i = 0,5 là ( 60 - 80)x10-6 (m3/sec);

1.5 CẤU TẠO HỆ BẤC THẤM

Nền đất có cắm bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng sẽ cố kết theo sơ đồ bài toán đối xứng trục Áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết U biến đổi theo thời gian t tùy thuộc vào khoảng cách bấc thấm S và các tính chất cơ lý của đất

Trang 37

Tính toán bấc thấm phải xuất phát từ yêu cầu đối với độ cố kết đạt được hoặc độ lún dự báo còn lại trước khi xây dựng

Tính toán bấc thấm theo nguyên tắc thử dần với các cự ly bấc thấm khác nhau

Để không làm xáo trộn đất quá lớn khoảng cách giữa các bấc thấm theo quy định tối thiểu 1,3m Để đảm bảo hiệu quả làm việc của mạng lưới bấc thấm, khoảng cách lớn nhất giữa các bấc thấm không quá 2,2m [4] Theo [6] khoảng cách tiêu bản từ 1,2m đến 3,5

Xác định chiều sâu cắm bấc thấm: chiều dài cắm bấc thấm phải bố trí hết chiều sâu nén cự hạn, dưới tải trọng công trình hoặc bề dày lớp đát yếu Phhair căn cứ vào việc phân tích biểu đồ phân bố áp lực tiền cố kết và áp lực có hiệu trong các lớp đất yếu theo chiều sâu để sao cho bấc thấm đạt hiệu quả

1) Phần đắp gia tải nén trước

2) Nền đắp

3) Đệm cát

4) Bấc thấm

5) Nền đất yếu 6) Vải địa kỹ thuật 7) Mốc đo lún 8) Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng Hình 1.7 Cấu tạo xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải

Trang 38

1.6 CẤU TẠO TẦNG ĐỆM CÁT THOÁT NƯỚC VÀ CHỊU LỰC

1.6.1 Vai trò của tầng đệm cát thoát nước:

Tầng đệm cát được bố trí giữa đất yếu và nền đắp để tăng nhanh khả năng thoát nước cố kết từ phía dưới đất yếu qua bấc thấm lên mặt đất tự nhiên và được dẫn ra khỏi phạm vi nền đường dưới tác dụng của tải trọng nền đắp

Tầng đệm cát tạo mặt bằng cho xe cơ giới đi lại phục vụ cho việc thi công và chịu lực cho lớp đất yếu trên mặt nền có sức chịu tải nhỏ, mà phải chịu các ứng suất của xe cơ giới thi công lớn hơn rất nhiều so với khả năng chịu tải của đất yếu

Tầng đệm cát cũng là một bộ phận của nền công trình nên nó cũng tham gia chịu tải trong quá trình khai thác công trình Vì vậy chất lượng tầng đệm cát không cao thì

có thể làm giảm hiệu quả của việc gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm

1.6.2 Yêu cầu chiều dày tầng đệm cát

Để đảm bảo thoát nước tốt từ nền đất yếu qua bấc thấm lên trên thì tầng đệm cát phải có đủ chiều dày cần thiết, mặt khác do đệm cát thường có hệ số thấm lớn

(k >8.64 m/ngày) và tải trọng gia tải lại tạo ra gradien lớn nên vận tốc nước chảy trong đệm cát lớn Theo [1] thì tầng đệm cát có chiều dày tối thiểu là 50cm và phải lớn hơn độ lún dự báo (0,2m đến 0,4m)

Nếu xét đến sự xâm thực của đất bùn vào đệm cát sẽ làm giảm chiều dày thoát nước của đệm cát Tuy nhiên việc chọn chiều dày đệm cát theo cách thức trên chưa tính đến trường hợp đất nền là nền đất yếu bỏa hòa nước có chỉ số CBR nhỏ thì sự xâm nhập của các hạt mịn (đất bùn) vòa đệm cát rất lớn do đó sẽ làm giảm chiều dày đệm cát đi rất nhiều thậm chí làm mất hẳn chiều dày tầng đẹm cát

Theo kết quả nghiên cứu của hãng Polyfelt cung cấp thì khi đất nền có trị số CBR < 0,5m thì lượng vật liệu mất đi có thể lên đến 100% Đồng thời theo quy trình công nghệ thi công bấc thấm phía trên tầng đệm cát phải có lớp phủ dày 0.2cm

1.6.3 Yêu cầu đối với vật liệu làm tầng đệm cát

Xuất phát từ yêu cầu đối với tầng đệm cát: thoát nước và chịu lực tốt, đồng thời giảm thiểu được hạt mịn từ nền đất yếu chui vào tầng đệm cát, phù hợp độ chặt yêu

Trang 39

cầu trong kết cấu nền đắp Theo quy định [1] thì cát để làm tầng đệm cát phải là cát thô hoặc trung, đạt yêu cầu sau:

+ Tỉ lệ cỡ hạt lơn hơn 0,5mm phải chiếm trên 50%,

+ Tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0,14mm không quá 10%,

+ Hàm lượng hữu cơ không quá 5%

1.7 ẢNH HƯỞNG BIẾN DẠNG CỦA BẤC THẤM ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA

Những biến dạng của bấc thấm như: gấp nếp, uốn cong, sự cong vênh, xoắn, hay gấp mép do quá trình đất nền lún cố kết lớn sẽ giảm đáng kể khả năng thoát nước của bấc thấm [3] Mức độ và đặc trưng biến dạng của bấc thấm là phụ thuộc vào sức chống biến dạng của bấc thấm, loại bấc thấm, tính nén lún của đất và tải trọng đứng lên nền đất Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về biến dạng của bấc thấm, nhưng ảnh hưởng của biến dạng lên khả năng thoát nước của bấc thấm vẫn chưa được xác định rõ ràng [3]

Có hai phương pháp được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu ảnh hưởng biến dạng của bấc thấm lên khả năng thoát nước của nó Phương pháp thứ nhất là biến dạng nhân tạo của bấc thấm được gấp nếp sẵn với hình thù mong muốn và thí nghiệm khả năng thoát nước của nó bằng cách đặt vào đất hay màng ngăn áp lực ngang Phương pháp thứ hai là bấc thấm được để biến dạng tự nhiên khi đất lún cố kết và khả năng thoát nước được do khi bấc thấm biến dạng đặt trong đất

Khả năng thoát nước của bấc thấm biến dạng nhân tạo khác nhau tùy thuộc vào loại bấc thấm và hình dạng của biến dạng Lawerence và Koerner (1988) nghiên cứu khả năng thoát nước của một số loại bấc thấm với độ dốc thuỷ lực i=1.0 với biến dạng xoắn thì khả năng thoát nước của bấc thấm giảm từ 9% đến 72% với góc xoắn là 900 Holtz et al (1989) cho rằng khả năng thoát nước của bấc thấm với độ dốc thủy lực i= 1.0 và biến dạng hình sin giảm 20% Chang et al (2004) sử dụng thiết bị thí nghiệm nén ba trục để đo khả năng thoát nước của PVD với biến dạng chữ U hay V với áp tối

đa 294 kPa, khả năng thoát nước của 6 mẫu PVD được thí nghiệm với độ dốc thủy lực là: i= 0.46, i=0.87, i=1.31, i=1.74 thay đổi từ 20% đến 92% Cline và Burns (2003) sử dụng các thiết bị đơn giản để tạo góc biến dạng thấm 900, với i=1.0, khả năng thoát nước của bấc thấm thay đổi từ 17% đến 34%

Trang 40

Với bấc thấm biến dạng tự nhiên thì những ảnh hưởng của nó đến khả năng thoát nước vẫn khác nhau, mặc dù số lượng các nhà nghiên cứu cho rằng khả năng thoát nước giãm đáng kể khi biến dạng đứng lớn hơn 15%, Sasaki (1981) và Hansbo (1983) ghi nhận sự cong vênh của bấc thấm ứng với biến dạng đứng của PVD là 15% thông qua thí nghiệm trong phòng thì không ảnh hưởng đến khả năng thoát nước của bấc thấm Muira et al (1998) ghi nhận độ cong vênh của bấc thấm không ảnh hưởng đến khả năng thoát nước khi biến dạng đứng lên đến 20% Ngược lại với những nghiên cứu trên, Kremer et al (1982), Kremer (1983) và Ostven (1984) cho rằng độ cong vênh của bấc thấm do biến dạng đứng làm giảm đáng kể khả năng thoát nước Kremer (1983) cho rằng những PVD có độ cong vênh lớn có thể mất luôn khả năng thoát nước

Việc giảm đáng kể khả năng thoát nước do biến dạng cố kết đứng vượt quá 15% được ghi nhận nhiều Ali (1991) sử dụng khối đất cố kết mẫu Kaolinite (d=0.5m) với chiều cao 0,5 m để tìm khả năng thoát nước của bấc thấm biến dạng tưng tự nhiên do lún cố kết Sau đó ông này thấy rằng khả năng thoát nước của các bấc thấm đó với i=0,5 dưới áp lực đứng lag 120kPa thực chất giảm từ 47% đến 99%, ứng với độ cứng khác nhau của PVD Màng chắn của PVD càng cứng, thì khả năng thoát nước của nó càng cao Aboshi (2001) sử dụng phân nửa mẫu đất cố kết có đường kính trong là 0,3m, với PVD đặt ở giữa mẫu đất để thí nghiệm mẫu đất không phá hoại Kết quả thu được là sự cong vênh hay biến dạng xoắn của PVD làm mất hoàn toàn khả năng thoát nước của bấc thấm Kim et al (2003) sử dụng mẫu đất có đường kính 0,5m với gradient thủy lực i = 0,6 thì khả năng thoát nước của PVD giảm 89% so với lưu lượng ban đầu của bấc thấm khi chịu tải thẳng đứng là 245 kPa, nhưng ông không ghi nhận là mẫu đất bị biến dạng bao nhiêu phần trăm Chu et al (2006) sử dụng mẫu đất cố kết có đường kính là 495mm, PVD được dặt trong mẫu đất chịu áp lực đứng 110 kPa, khả năng thoát nước của PVD giảm đến 84% khi mẫu đất biến dạng đứng là 46% khi kết thúc quá trình cố kết với i=0,5 Mẫu PVD của Chu và cộng sự bị cong hoàn toàn nhưng không bị xoắn khi kết thúc thí nghiệm Chu và cộng sự đã kết luận rằng với biến dạng đứng từ 20% trở lên khả năng thoát nước của bấc thấm bị ảnh hưởng đáng

kể

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	4,78 MB