Từ các kết quả khảo sát này người ta mới đưa ra được các giải pháp về kết cấu cũng như xử lý cải tạo nền đất sao cho đảm bảo tối ưu nhất bài toán kính tế - kỹ thuật của mỗi công trình..
Trang 1LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả nêu trong Luận văn là trung thực, chƣa từng đƣợc công bố trong bất ký công trình nào khác
Tôi xin cam đoan rằng các tài liệu tham khảo, thông tin trích dẫn trong Luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc, đảm bảo sự đúng đắn, chính xác, trung thực và tuân thủ các quy định về bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ
Hải Phòng, ngày 10 tháng 9 năm 2015
Vũ Ngọc Minh
Trang 2LỜI CÁM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Phạm Văn Thứ đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các cán bộ của Viện Đào tạo sau đại học, các thầy cô khoa Công trình thủy trường Đại học Hàng Hải Việt Nam cùng các bạn đồng nghiệp đã cung cấp cho tôi những tài liệu tham khảo và chỉ dẫn cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn
Trân trọng cám ơn!
Trang 3MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CÁM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG iv
DANH MỤC CÁC HÌNH v
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP BƠM PHỤT DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN 4
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của phương pháp 4
1.2 Khái niệm, sơ đồ và nguyên lý hoạt động 6
1.3 Dung dịch đông kết (vữa phụt) 10
1.4 Một số tính toán trong thiết kế bơm phụt 21
1.5 Một số yêu cầu kỹ thuật của công tác phụt 26
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 30
2.1 Đặt vấn đề và phương pháp luận nghiên cứu 31
2.2 Thiết bị thí nghiêm và vật liệu thí nghiệm 32
2.3 Quy trình thí nghiệm 43
2.4 Kết quả một thí nghiệm điển hình 48
2.5 Kết quả thí nghiệm, đánh giá tác dụng của phương pháp bơm phụt đến các chỉ tiêu của đất 51
2.6 Các chỉ tiêu cơ học 51
2.7 Kết luận 56
Trang 4DANH MỤC CÁC BẢNG
2.1 Các giới hạn Atterberg và khối lƣợng riêng của đất 38 2.2 Thông số chính của sản phẩm Meyco MP320 41
2.4 Thời gian đông kết của nanosilice tinh khiết và pha
loãng 20%
42
2.5 Tốc độ cố kết của dung dịch Nanosilice nguyên chất
với các tỷ lệ A/N khác nhau
46
Trang 5DANH MỤC CÁC HÌNH
1.1 Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt 7 1.2 Phương pháp bơm theo hướng từ dưới lên 8 1.3 Phương pháp bơm theo hướng từ trên xuống 9 1.4 Phương pháp ống Măng - xông cho nền đất rời 10 1.5
Xu hướng hình thành các mặt phẳng phá hoại : vuông góc
với phương ứng suất chính bé nhất trong đất (Camberfort,
1967)
17
2.1 Hiện tượng lún sụt nền đất dọc theo tuyến đường sắt phía
2.4 Thiết bị Bender Elements tại trường Cầu đường Pháp 35
2.6 Biểu đồ biến thiên độ ẩm theo chiều sâu, Cui, Y.J
2.7 Đường cong cấp phối hạt ở các độ sâu khác nhau, Cui,
2.8 Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 2.2m ở trạng thái ban đầu 39 2.9 Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 2.2m sau khi bị phá hoại 39
Trang 62.15 Mẫu đất ngay sau khi gia cố 47 2.16 Biểu đồ biến thiên khối lượng của buồng bơm 49 2.17 Biểu đồ biến thiên khối lượng của buồng chứa vữa bơm 50
2.19 Biểu dồ kết quả thí nghiệm Bender Elements theo thời
2.20 Kết quả một thí nghiệm Bender Elements 53 2.21 Sự biến thiên của sóng tới theo thời gian đông kết của vữa 53 2.22 Sự biến thiên của TVs theo thời gian đông kết của vữa 54
2.23 Lực dính đơn vị của cát sau khi gia cố bằng vữa xi
2.24 Góc ma sát trong của cát sau khi gia cố bằng vữa xi măng,
2.25 Biểu đồ mối quan hệ giữa chiều sâu gia cố (h) và chiều
3.1 Phương án sửa chữa chống thấm cống D10 - Hà Nam 59 3.2 Kết cấu của đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La 60 3.3 Thi công đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La 61 3.4 Thi công tường chống thấm nền đập Đá Bạc (Hà Tĩnh) 62
Trang 7MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Như ta đã biết, nền đất là nơi tiếp nhận toàn bộ tải trọng của công trình, nó đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo sự làm việc ổn định và bền vững của một công trình xây dựng Chính vì vậy công việc đầu tiên khi bắt đầu một dự án xây dựng là khảo sát nền đất để có những hiểu biết rõ ràng và cụ thể nhất về các tính chất vật lý, cơ học của đất nằm dưới móng công trình Từ các kết quả khảo sát này người ta mới đưa ra được các giải pháp về kết cấu cũng như xử lý cải tạo nền đất sao cho đảm bảo tối ưu nhất bài toán kính tế - kỹ thuật của mỗi công trình
Ngày này, việc ứng dụng mạnh mẽ các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào xây dựng đang ngày một trở nên phổ biến, đã và đang cho ra đời hàng loạt các công trình xây dựng vĩ đại trên toàn thế giới Yêu cầu bắt buộc đối với nền đất dưới đáy móng công trình luôn là đảm bảo cho sự làm việc ổn định của công trình mặc cho kích thước, khối lượng của các công trình xây dựng đang tăng lên một cách chóng mặt theo sự phát triển của công nghệ xây dựng Để đáp ứng yêu cầu
đó, ngoài các giải pháp về kết cấu, một yêu cầu bắt buộc là phải có những nghiên cứu sâu hơn nữa về nền đất để tìm ra các giải pháp xử lý, cải tạo nền đất, mới hơn, hiệu quả hơn để đáp ứng được nhu cầu xây dựng ngày một phát triển
Hiện nay, đã có rất nhiều công nghệ xử lý nền được áp dụng một cách hiệu quả ở các nước trên thế giới và bắt đầu được triển khai áp dụng tại Việt Nam Người ta có thể chia các giải pháp xử lý nền đất phổ biến hiện nay như:
- Các biện pháp cơ học: gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi ), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ
Trang 8Trong các nhóm xử lý nền đất nói trên, các phương pháp cơ học ra đời từ rất sớm và cho đến nay, người ta đã xây dựng được quy trình, quy chuẩn đầy đủ để áp dụng trong thực tế Các phương pháp xử lý vật lý và hoá học ra đời muộn hơn nhưng đã bước đầu được ứng dụng tương đối rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế
kỹ thuật cao Đối với các phương pháp hoá học xử lý nền đất, tại các nước trên thế giới, người ta coi đây là những phương pháp có nhiều tiềm năng và đã tiến hành rất nhiều nghiên cứu chi tiết cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm Ở Việt Nam, do hạn chế về nhiều mặt đặc biệt là về khoa học kỹ thuật và công nghệ thi công nên chỉ bước đầu ứng dụng các công nghệ này trong một vài lĩnh vực mới mà các phương pháp truyền thống không giải quyết được Với những đánh giá nêu trên về các phương pháp hoá học xử lý nền đất, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp Cao
học với tên gọi: Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp bơm phụt dung dịch gia cố nền, đề xuất khả năng ứng dụng trong điều kiện địa chất Việt Nam
2 Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu các phương pháp gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết vào trong đất, tập trung nghiên cứu công nghệ khoan phụt thẩm thấu vào môi trường đất loại sét; từ đó đánh giá hiệu quả và đề xuất phạm vi ứng dụng của phương pháp trong gia cố nền đất ở nước ta
3 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
+ Nghiên cứu các phương pháp bơm phụt dung dịch đông kết vào trong đất đang ứng dụng trên thế giới và tại Việt Nam;
+ Nghiên cứu các loại dung dịch, phạm vi sử dụng của các loại dung dịch trong bơm phụt; một số tính toán trong công tác bơm phụt;
+ Nghiên cứu và diễn giải kết quả thí nghiệm về quá trình bơm phụt dung dịch đông kết vào trong đất loại sét;
+ Nghiên cứu, tính toán với một bài toán giả định để so sánh và đề xuất khả năng ứng dụng phương pháp bơm phụt dung dịnh đông kết gia cố nền trong điều
Trang 9kiện địa chất nước ta
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết vào trong đất, dùng phương pháp khoan phun thẩm thấu vào môi trường đất loại sét thông qua thí nghiệm trong phòng và thực tế về bơm phụt dung dịch đông kết vào trong đất; từ đó đề xuất khả năng ứng dụng trong điều kiện địa chất ở nước ta
4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài
- Lấy những mẫu đất nguyên dạng ngoài hiện trường mang về phòng thí nghiệm, sau đó dùng phương pháp phun dung dịch vào đất để làm thí nghiệm Từ kết quả thí nghiệm, đánh giá những mẫu đất sau khi đã phun dung dịch
- Áp dụng phương pháp gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết vào trong đất để chống thấm tại một số công trình thủy điện, thủy lợi
- Nhận xét, đánh giá kết quả thu được ngoài thực tế Đề xuất khả năng ứng dụng phương pháp thi công đại trà
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài đóng góp cho khoa học trong việc hoàn thiện công nghệ gia cố nền đất bằng phương pháp phun dung dịch vào đất nền
- Đề tài sẽ là nền tảng cho phép ứng dụng vào thực tế xử lý nền đất cho các công trình xây dựng trên nền phức tạp
Trang 10CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP BƠM PHỤT
DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của phương pháp
Phương pháp bơm phụt dung dịch đông kết gia cố nền được phát minh bởi
kỹ sư người Pháp Charles Berigny, và được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1802
khi tiến hành sửa chữa nền móng cho công trình cửa cống xả tại vùng Dieppe,
cộng hòa Pháp (theo Glossop, 1961) Nền đất tại khu vực này, chủ yếu là đất rời
với tính thấm cao, đã được gia cố bằng cách bơm phụt dung dịch vữa xi măng
Porland Việc gia cố như trên đã được hoàn tất năm 1809 cho toàn bộ công trình,
và được đánh giá là thành công trong mục đích tăng cường sức chịu tải và giảm
tính thấm cho nền
Sau đó, một số thử nghiệm nhằm phát triển các thiết bị bơm phụt dung dịch
cũng đã được tiến hành (theo Houlsby, 1990) Tiếp theo, người ta đã điều chỉnh
các quy trình bơm phụt dung dịch cho thích hợp với việc sửa chữa các khối xây,
và các vấn đề này đã được một kỹ sư người Pháp (Raynal) ghi lại trong một bài
báo khoa học năm 1837 Trong các năm tiếp theo, việc cải thiện thiết bị bơm phụt
đã cho phép áp dụng công nghệ này để bơm dung dịch vào các nứt vỡ có kích
thước rất nhỏ
Một trong những thành tựu của phương pháp là tác dụng lấp đầy các lỗ
rỗng, hang ngầm trong đất Một kỹ sư người Pháp, Beaudemoulin đã thành công
trong việc bơm phụt dung dịch vữa vôi tôi vào các lỗ rỗng có kích thước lớn bên
dưới móng của một cây cầu trong giai đoạn 1835 đến 1836 (theo Littlejohn, 2003)
Tại nước Anh, Kinipple đã tiến hành một loạt các thí nghiệm trong giai
đoạn 1856 đến 1858 nhằm chứng minh tính khả thi của phương pháp này trong
việc bịt các vết nứt và sửa chữa những hỏng hóc của các kết cấu trên biển (theo
Houlsby, 1990) Trong báo cáo của mình, Glossop (1961) đã trình bày việc sử
dụng vữa xi măng để bịt các khe nứt và lỗ rỗng trong nền đá tại hai đập thủy điện
của nước Anh trong các năm 1876 và 1877, cũng như việc bịt các khe nứt và lỗ
rỗng trong nền đá của các cầu tàu tại Malta và Alexandria trong giai đoạn từ 1882