Nghiên cứu phương pháp gia tải hiệu quả cho công trình nền đắp kết hợp bơm hút chân không

 Chương 1 : Tổng quan  Chương 2 : Xây dựng lời giải giải tích cho bài toán lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện gia tải trước đắp đất kết hợp bơm hút chân không  Chương 3 : S



NGUYỄN VĨNH TOÀN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI HIỆU QUẢ CHO CÔNG TRÌNH NỀN ĐẮP

KẾT HỢP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG

CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ & ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại :

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH,

Ngày ……… tháng ……… năm 20…

- -oOo -

Tp.Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên : NGUYỄN VĨNH TOÀN Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 17  3  1975 Nơi sinh : Bình Dương Chuyên ngành : Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

MSHV : 00107512

1 TÊN ĐỀ TÀI :

“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI HIỆU QUẢ CHO CÔNG TRÌNH NỀN ĐẮP KẾT HỢP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG”

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :

 Mở đầu : Đặt vấn đề nghiên cứu, ý nghĩa  mục tiêu của đề tài, phương

hướng  phạm vi nghiên cứu của đề tài

 Chương 1 : Tổng quan

 Chương 2 : Xây dựng lời giải giải tích cho bài toán lăng trụ cố kết đối xứng

trục trong điều kiện gia tải trước đắp đất kết hợp bơm hút chân không

 Chương 3 : So sánh kiểm chứng kết quả của lời giải giải tích với số liệu quan

trắc hiện trường từ một công trình thực tế

 Chương 4 : Phân tích hiệu quả của các phương pháp xử lý nền đất yếu bằng

gia tải đắp đất và bơm hút chân không

 Kết luận và đề xuất phương hướng nghiên cứu tiếp theo

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02  02  2009

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30  11  2009

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRẦN TUẤN ANH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Trần Tuấn Anh, với vai trò là giáo viên hướng dẫn đã dành nhiều thời gian quý báo hướng dẫn tận tình, giúp tôi hoàn thành nội dung luận văn Thạc sĩ này

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS TS Võ Phán và thầy TS Lê Bá Vinh đã có những đóng góp ý kiến phản biện quan trọng trong nội dung Luận văn thạc sĩ Các ý kiến

đó đã giúp cho đề tài đi đúng hướng và đạt được yêu cầu mà tôi mong muốn đồng thời đảm bảo được các nội dung của một luận văn

Xin gửi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô giảng viên của khoa Xây dựng, bộ môn Cầu đường, bộ môn Địa cơ nền móng, trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích trong chương trình đào tạo, giúp tôi hoàn thiện kiến thức làm nền tảng cho việc thực hiện và hoàn thành tốt Luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã chăm lo và động viên tinh thần

để tôi yên tâm học tập Xin cảm ơn tất cả các anh chị, các bạn học viên, các đồng nghiệp

ở cơ quan đã ủng hộ trong suốt quá trình học tập để tôi có thể hoàn tất được chương trình học cũng như hoàn thành Luận văn thạc sĩ này

NGUYỄN VĨNH TOÀN

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài:

“Nghiên cứu phương pháp gia tải hiệu quả cho công trình nền đắp kết hợp bơm hút chân không”

Tóm tắt đề tài:

Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng rộng rãi công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phương

pháp gia tải kết hợp bơm hút chân không vào việc thi công công trình trên nền đất yếu ở Việt nam, trong Phần mở đầu, tác giả đã đặt ra vấn đề, mục tiêu và phương hướng nghiên cứu của đề tài với các nội dung chủ yếu sau :

Giới thiệu tổng quan về đất yếu và một số phương pháp xử lý đất yếu truyền thống

ở Việt Nam Giới thiệu tổng quan về công nghệ gia tải bơm hút chân không, qua đó nêu bật các đặc tính ưu việt của phương pháp này (Chương 1);

Từ ý muốn phân tích, so sánh, đánh giá tính hiệu quả của việc gia cố nền đất yếu thông qua các thông số đầu vào như : chiều cao đắp gia tải, cường độ hút chân không, cự

ly bố trí lõi thấm, … tác giả đã nghiên cứu, đề xuất một công cụ tính toán bằng lời giải toán học giải tích để tính toán các thông số áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, độ cố kết của nền trong trường hợp gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không (Chương 2);

Việc nghiên cứu được dựa trên cơ sở lý thuyết của các tác giả trong và ngoài nước,

và các quy trình, quy phạm hiện hành Số liệu tính toán từ lời giải giải tích được tác giả kiểm chứng so sánh với số liệu quan trắc của một công trình thực tế, để làm cơ sở đánh giá tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu (Chương 3); Tác giả cũng đã sử dụng công cụ là lời giải giải tích tìm được để tính toán, phân tích tính hiệu quả của các phương án gia tải khác nhau của một công trình cụ thể để minh họa tính ứng dụng của đề tài (Chương 4); Qua kết quả nghiên cứu, tác giả nhận xét thấy sự cần thiết của đề tài trong thực tiễn thiết kế, thi công công trình đất yếu sử dụng công nghệ bơm hút chân không, đồng thời cũng có nhìn nhận các mặt tồn tại, hạn chế của đề tài và đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo cho các tác giả khác có quan tâm (Phần kết luận)

MỤC LỤC

TÓM TẮT LUẬN VĂN 5

MỤC LỤC 6

MỞ ĐẦU 10

0.1 Đặt vấn đề nghiên cứu 10

0.2 Mục tiêu  Ý nghĩa của đề tài 11

0.3 Phương hướng nghiên cứu của đề tài 11

0.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 13

1.1 Tổng quan về đất yếu và các phương pháp xử lý đất yếu truyền thống 14

1.1.1 Sơ lược về đất yếu ở vùng đồng bằng Việt Nam 13

1.1.2 Giới thiệu một số phương pháp xử lý đất yếu truyền thống 14

a Phương pháp đệm cát thoát nước 14

b Phương pháp bố trí lõi thấm đứng 16

c Giới thiệu một số đặc tính kỹ thuật của bấc thấm chế tạo sẳn (PVD) 17

1.1.3 Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về tính toán sự cố kết của nền trong điều kiện gia tải trước kết hợp giếng cát, bấc thấm 21

1.1.4 Một số công trình tiêu biểu sử dụng phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát, bấc thấm ở Việt Nam 23

1.2 Tổng quan về phương pháp gia tải trước bơm hút chân không 24

1.2.1 Giới thiệu công nghệ gia tải trước bơm hút chân không 24

a Nguyên tắc hoạt động của hệ thống bơm hút chân không 25

b Phân tích ưu khuyết điểm của phương pháp gia tải trước bơm hút chân không so với phương pháp giả tải trước thông thường 26

c Một số công trình thực tế áp dụng phương pháp thi công gia tải trước bơm hút chân không 27

1.2.2 Cơ sở lý thuyết 29

1.2.3 Giới thiệu công nghệ thi công bơm hút chân không 33

a Mô tả trình tự lắp đặt hệ thống bơm hút chân không 33

b Mô tả quá trình bơm hút chân không 37

1.2.4 Sự kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không 37

CHƯƠNG 2 : XÂY DỰNG LỜI GIẢI GIẢI TÍCH CỦA BÀI TOÁN LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TẢI TRƯỚC ĐẮP ĐẤT KẾT HỢP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 38

2.1 Xây dựng mô hình lăng trụ cố kết đối xứng trục 38

2.2 Những giả thuyết cơ bản ban đầu 39

2.3 Xây dựng lời giải giải tích 40

2.3.1 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 39

2.3.2 Xây dựng hàm cố kết 52

2.3.3 Xây dựng hàm cố kết trung bình cho toàn bộ nền đường 53

2.4 Ứng dụng hàm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư và hàm cố kết trong tính toán công trình gia tải hút chân không kết hợp gia tải đắp đất nhiều giai đoạn 55

2.4.1 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong điều kiện gia tải nhiều cấp 55

2.4.2 Xây dựng hàm cố kết U trong điều kiện gia tải nhiều cấp 58

2.5 Tóm tắt kết quả thực hiện trong chương 2 64

2.6 Kết luận chương 2 66

CHƯƠNG 3 : SO SÁNH KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ CỦA LỜI GIẢI GIẢI TÍCH VỚI SỐ LIỆU QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG TỪ MỘT CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

67

3.1 Tổng quan về công trình thực tế được nghiên cứu 67

3.2 Mô tả quá trình xử lý nền 70

3.3 Các thiết bị và các phép quan trắc hiện trường 73

3.4 Tổng hợp số liệu kết quả quan trắc 74

4.1.1 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 74

4.1.2 Độ lún bề mặt 77

4.1.3 Độ lún từng lớp trong đất 80

3.5 Tính toán bằng lời giải giải tích và so sánh với số liệu quan trắc hiện trường 83

3.5.1 Xử lý thông số đầu vào 83

3.5.2 Tải trọng 84

3.5.3 Kết quả tính toán từ lời giải giải tích 86

a Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 86

b Độ lún bề mặt 93

c Độ lún từng lớp 102

3.6 Nhận xét về số liệu tính toán bằng lời giải giải tích so với số liệu quan trắc hiện trường 113

3.6.1 Số liệu áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 113

3.6.2 Số liệu về độ lún 115

3.7 Kết luận chương 3 117

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN

ĐẤT YẾU BẰNG GIA TẢI ĐẮP ĐẤT VÀ BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 118

4.1 Phân tích hiệu quả của các phương pháp gia tải đắp đất và bơm hút chân không 118

4.1.1 Mô tả trường hợp được phân tích 118

4.1.2 Phân tích hiệu quả xử lý về yếu tố thời gian 120

4.1.3 Phân tích hiệu quả xử lý về yếu tố cự ly bố trí bấc thấm 126

4.1.4 Phân tích hiệu quả các phương án gia tải về yếu tố kinh tế 130

4.2 Kết luận chương 4 134

KẾT LUẬN & ĐỀ XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 135

5.1 Kết luận 135

5.2 Đề xuất phương hướng nghiên cứu tiếp theo 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 138

PHỤ LỤC : CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 141

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 143

MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU, MỤC TIÊU  Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI, PHƯƠNG HƯỚNG  PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

0.1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU :

Cùng với sự phát triển kinh tế ở nước ta trong những năm gần đây, việc đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng được chú trọng và đẩy mạnh, các công trình giao thông, dân dụng, công nghiệp được xây dựng với quy mô ngày càng lớn hơn Phạm vi xây dựng không chỉ tập trung tại các đô thị mà ngày càng mở rộng phạm vi đến tận các vùng đồng bằng nông thôn

Ở Nam bộ có hai vùng đồng bằng thuộc lưu vực sông Đồng Nai (Đông Nam bộ)

và lưu vực sông Cửu Long (Tây Nam bộ) Đây là vùng đồng bằng rộng lớn có nền địa chất là đất yếu, vấn đề kỹ thuật thường xuyên gặp phải đối với xây dựng công trình tại đây chính là vấn đề xử lý nền đất yếu tại khu vực công trình

Có nhiều phương pháp xử lý gia cố nền đất yếu đã được áp dụng và thành công như gia tải trước bằng nền đắp trên lớp đệm cát kết hợp cắm bấc thấm, giếng cát, cọc cát, cọc đất,… Tuy nhiên, với nhu cầu cần đẩy nhanh tiến độ thi công công trình nói riêng, tiến độ đầu tư cơ sở hạ tầng nói chung của cả nước, việc tìm ra một phương pháp xử lý đất yếu vừa nhanh vừa hiệu quả là hết sức cần thiết

Phương pháp gia cố đất nền bằng gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không là một phương pháp đã được triển khai thành công ở nhiều nước trên thế giới, gần đây đã được đưa vào ứng dụng ở một số công trình ở Việt Nam (Nhà máy khí điện đạm Cà Mau

và nhà máy khí điện đạm Hiệp Phước  Thành phố Hồ Chí Minh) Đây là công nghệ thi công mới với nhiều ưu điểm nổi trội như : hiệu quả cao, thời gian xử lý rất nhanh, không tốn nhiều đất đắp gia tải, ít ảnh hưởng các công trình lân cận do hạn chế được chuyển vị ngang, … nên chắn chắn sẽ là trở thành một công nghệ phổ biến trong lĩnh vực xử lý đất yếu ở nước ta trong tương lai

Do đây là công nghệ còn khá mới mẻ đối với nước ta, nên việc nghiên cứu để hiểu rõ về nguyên lý làm việc và tìm ra một công cụ tính toán để ứng dụng một cách

có hiệu quả phương pháp gia cố nền đất bằng gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không là rất cần thiết Đó chính là vấn đề được đặt ra cho đề tài luận văn này

0.2 MỤC TIÊU  Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI :

Nguyên cứu sự làm việc của nền được xử lý bằng, giếng cát, bấc thấm (PVD), … gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không

Xây dựng lời giải giải tích cho hàm cố kết của mô hình lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện gia tải kết hợp bơm hút chân không

Ứng dụng lời giải giải tích vào việc trên tính toán độ cố kết, độ lún của nền Bằng việc thay đổi các thông số đầu vào như : áp lực bơm hút chân không, áp lực gia tải đắp đất, độ sâu gia tải, kích thước và cự ly bố trí bấc thấm, … tính toán tìm ra phương án gia tải để mang lại hiệu quả xử lý cao và kinh tế nhất

Mục tiêu cuối cùng được kỳ vọng là tìm được lời giải giải tích để làm công cụ tính toán độ cố kết cho nền đất yếu được xử lý bằng gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không Kết quả tính toán của lời giải sẽ làm cơ sở so sánh, xác định phương án gia tải hiệu quả nhất, phục vụ nhu cầu của các kỹ sư thiết kế, thi công công trình bằng công nghệ tiên tiến này

0.3 PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI :

Nguyên cứu các cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nền bằng gia tải trước đắp đất, gia tải trước đắp đất kết hợp cọc cát, giếng cát, bấc thấm, …(PVD) ;

Nguyên cứu các cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không, gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không ;

Nguyên cứu các lời giải cố kết thấm trong các điều kiện nêu trên, đặc biệt các lời giải với mô hình lăng trụ cố kết đối xứng trục Xây dựng lời giải giải tích cho mô hình lăng trụ cố kết trong điều kiện gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không ;

Kiểm chứng tính chính xác của lời giải với số liệu quan trắc hiện trường của một công trình thực tế sử dụng công nghệ thi công bơm hút chân không ;

Dùng lời giải tính toán, phân tích hiệu quả của các phương án gia tải khác nhau của một công trình cụ thể để minh họa tính ứng dụng của đề tài

0.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI :

Với khuôn khổ của một luận văn Thạc sĩ, thời gian nghiên cứu có hạn, phạm vi của đề tài được giới hạn trong phạm vi sau :

 Chỉ xây dựng mô hình của một (01) lăng trụ cố kết đối xứng trục, và bình quân cho toàn bộ nền;

 Nền đất yếu là đồng nhất, không nghiên cứu trong trường hợp nền nhiều lớp;

 Chỉ nghiên cứu các vấn đề liên quan đến áp lực nước lỗ rỗng, độ cố kết của nền, chuyển vị đứng (độ lún), không nghiên cứu các yếu tố liên quan đến sức chịu tải, chuyển vị ngang, …;

 Với những hạn chế liên quan đến việc đặt các giả thuyết ban đầu, lời giải được ghi nhận với tính chính xác với sai số dưới 10%, tác giả đề xuất sử dụng trong công tác thiết kế, thi công để dự đoán độ cố kết, độ lún của nền công trình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRUYỀN THỐNG :

1.1.1 Sơ lược về đất yếu ở vùng đồng bằng Việt Nam :

Đất yếu nói chung là những loại đất có khả năng chịu tải thấp hay không có khả năng chịu tải, sức chống cắt nhỏ, tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước Theo quan điểm định lượng về chỉ tiêu cơ lý, ta có thể phân biệt đất yếu bởi các đặc trưng sau :

 Trọng lượng riêng  16 kN/m3

 Sức chịu tải R = 0.5 ÷ 1.0 daN/cm2

 Sức kháng cắt không thoát nước Su 25 kPa

 Modul biến dạng E0 < 50 daN/cm2

có thể tạo thành tại các vùng nước nông, thềm lục địa, hoặc vùng biển sâu

Tùy theo thành phần vật chất, điều kiện hình thành, vị trí địa lý, khí hậu, … mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như sét mềm, cát mịn, than bùn, các loại trầm tích mùn hóa, than bùn hóa, v.v… (22TCN 262  2000 [3], Hoàng Văn Tân et al 1973 [4], Lê Bá Lương et al 1989 [5])

Đất yếu tại vùng đồng bằng Việt Nam nói riêng và vùng Đông Nam Á nói chung

đã được nhiều tác giả nghiên cứu Nhìn chung các vĩa đất yếu này là đất sét mềm, yếu và đều là loại trầm tích biển và được hình thành trong vòng 15.000 năm Đặc biệt ở vùng đồng bằng sông Cửu Long các lớp sét biển này đều được phủ một lớp đất sét châu thổ phì nhiêu, chiều dày có thể đạt tới 300m Đặc điểm chủ yếu của đất sét khu vực này là có

độ dẻo rất lớn (chỉ số dẻo Ip = 80  100), cường độ chống cắt nhỏ, độ nén lún lớn, gây rất nhiều khó khăn trong việc xây dựng nền móng công trình

1.1.2 Giới thiệu một số phương pháp xử lý nền đất yếu truyền thống :

Một số phương pháp phổ biến để xử lý đất yếu có sức chịu tải thấp là ép nước ra khỏi đất nền đường bằng chính tải trọng của nền công trình (thường là công trình nền có đắp đất), qua đó nền cố kết lại, tăng sức chịu tải để có thể xây dựng công trình trên đó

Đối với đất bảo hòa, thể tích nước trong đất cũng chính là thể tích lỗ rỗng, nên việc lấy nước ra khỏi đất cũng chính là việc làm lỗ rỗng trong đất nhỏ lại, độ chặt và sức chịu tải của đất sẽ tăng lên Các kết quả thí nghiệm đều cho thấy mối liên hệ giữa việc giảm độ ẩm (W%) làm gia tăng các đặc trưng độ bền và sức chịu tải (Cw, w) của đất (22TCN 262  2000 [3], Hoàng Văn Tân et al 1973 [4], Lê Bá Lương et al 1989 [5])

a Phương pháp đệm cát thoát nước :

Hình 1.1 : Nền đường được xử lý bằng phương pháp đệm cát

Đây là biện pháp đơn giản nhất, đệm cát đóng vai trò là một lớp tiếp xúc với nền đất yếu ngăn cách lớp đất dính và lớp đất đắp nền bên trên Do đệm cát có tính thấm thoát tốt, nên dưới tải trọng nền đắp của công trình bên trên, nền đất bị nén ép làm nước trong đất yếu thoát ra theo lớp đệm cát thoát ra ngoài

Để đảm bảo thoát nước tốt, cát dùng làm tầng đệm cần phải bảo đảm được các yêu cầu sau :

: Kích thước hạt mà lượng hạt có cở nhỏ hơn chiếm 60%

: Kích thước hạt mà lượng hạt có cở nhỏ hơn chiếm 30%

: Kích thước hạt mà lượng hạt có cở nhỏ hơn chiếm 10%

Lớp đệm cát có chiều dày tối thiểu 0,5m và lớn hơn hoặc bằng tổng độ lún của nền, nên còn có tác dụng làm lớp chịu lực tạm thời trong quá trình thi công trên nền đất yếu Bề rộng lớp đệm cát phải rộng hơn đáy nền đắp mỗi bên 0.5  1.0m

Máy dốc và phần mở rộng hai bên của tầng cát đệm phải đảm bảo cấu tạo tầng lọc ngược để nước cố kết thoát ra không lôi theo cát

Cần bố trí đầy đủ các rãnh biên thoát nước để dẫn nước từ đệm cát ra khỏi khu vực nền nhằm tăng hiệu quả của công tác xử lý nền, nhất là khi tầng đệm cát bị chìm vào lớp đất yếu vẫn đảm bảo thoát nước tốt

Phương pháp tầng đệm cát này khá đơn giản và phù hợp để xử lý các lớp đất có chiều dài nhỏ H < 6m

b Phương pháp thoát nước cố kết theo phương đứng bằng cách bố trí lõi thấm đứng (giếng cát, bấc thấm) :

Đối với các lớp đất yếu có chiều dài lớn (H6m), phương pháp đệm cát sẽ kém hiệu quả do đường thấm thoát của nước xa, dẫn đến thời gian xử lý kéo dài Để giảm cự

ly của đường thoát nước, phương pháp bố trí lõi thấm đứng được áp dụng Có thể sử dụng các loại lõi thấm đứng như : giếng cát, cọc bản nhựa, bấc thấm được chế tạo sẳn (PVD), đã và đang được sử dụng rất phổ biến hiện nay Thông thường phương pháp bố trí lõi thấm đứng được kết hợp với gia tải trước để tăng áp lực nén ép nhanh chóng đưa nước thoát ra khỏi nền, giảm thời gian xử lý

Hình 1.2 : Nền đường được xử lý bằng phương pháp giếng cát, PVD

Tùy theo chủng loại của lõi thấm đứng mà ta có cự ly sơ đồ bố trí một cách thích hợp Thông thường, đối với giếng cát, đường kính giếng từ 35cm  45cm, cự ly bố trí từ 2.5m  4.5m (8  10 lần đường kính), đối với bấc thấm khoảng cách bố trí từ 1.0m  2.5m

Sơ đồ bố trí thường có dạng lưới ô vuông hoặc lưới tam giác đều

Nếu dùng giếng cát thì đỉnh giếng cát phải tiếp xúc trực tiếp với tầng đệm cát, nếu dùng bấc thấm thì bấc thấm phải cắm xuyên qua tầng đệm cát và cắt dư thêm tối thiểu là 20cm cao hơn mặt trên của tầng đệm cát

Cát dùng cho giếng cát phải là cát hạt trung và cũng có yêu cầu như cát của tầng đệm cát đã nêu ở phần trên Đối với bấc thấm dùng làm lõi thấm đứng phải đạt các tiêu chuẩn như được giới thiệu ở phần c bên dưới

c Giới thiệu một số đặc tính kỹ thuật của loại bấc thấm chế tạo sẳn (PVD):

Hình 1.3 : Một số loại bấc thấm thông dụng

Hình 1.4 : Kích thước một số loại bấc thấm thông dụng

Bấc thấm thường có bề rộng 100mm, dày 3  5mm (Hình 1.4) Lõi bấc thấm là một loại chất dẻo, có nhiều rãnh nhỏ để làm khe thoát nước hoặc để đỡ vỏ lớp bọc khi có

áp lực ép vào bấc thấm Bao quanh lõi là lớp vỏ bằng vải địa kỹ thuật bằng nhựa tổng hợp hoặc dạng dệt từ sợi nhựa tổng hợp Vỏ có tác dụng làm bộ lọc nước, hạn chế các hạt đất đi qua làm tắc nghẽn khe thoát nước Với kỹ thuật sản xuất bấc thấm hiện nay, lưu lượng tháo nước của bấc thấm có thể đạt 60m3  150m3/năm (Holtz et al 1991 [15]) cao hơn rất nhiều so với độ thấm của đất yếu

Bấc thấm thường được bố trí theo sơ đồ hình tròn hoặc tam giác đều (Hình 1.5)

Hình 1.5 : Sơ đồ bố trí bấc thấm trên bề mặt nền Các yêu cầu kỹ thuật của bấc thấm (22TCN 236  97 [1], 22TCN 244  98 [2], 22TCN 262  2000 [3]) :

 Khả năng thoát nước của bấc thấm dưới áp lực 350 kPa và gradien thủy lực i = 0.5, qw60.106 m3/s (ASTM D4716);

 Vỏ bọc của bấc thấm bằng vải địa kỹ thuật không dệt phải vừa có hệ số thấm cao hơn lớp đất liền kề từ 3  10 lần, kvỏ1.4 x 10-4 m/s (ASTM D4491), nhưng phải

có kích thước ngăn được các hạt đất chui qua O9575m (ASTM D4571);

 Cường độ chịu kéo ứng với độ giản dài dưới 10% R1.6 kN/bấc (ASTM D4595) ; Độ giản dài với lực 0.5 kN <10% (ASTM D4632);

Thiết bị thi công cắm bấc thấm là loại máy chuyên dùng nên tốc độ thi công rất nhanh, tốc độ cắm bấc thấm có thể đạt 5.000m/ngày/thiết bị (Hình 1.6)

Ống cắm bấc thấm Hình 1.6 : Thiết bị thi công cắm bấc thấm

Để tính toán khả năng làm việc của bấc thấm, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều cách quy đổi bấc thấm từ kích thước thật sang dạng lõi thấm hình trụ tròn với đường kính tương đương (Hình 1.7)

Nghiên cứu của Rixner, năm 1986 đề nghị đường quy đổi của bấc thấm là :

Với : a, b là chiều rộng và chiều dày của bấc thấm

Long và Covo, năm 1994 :

Tương tự, người ta cũng quy đổi diện tích vùng xáo trộn sang dạng hình tròn Cách tính thường được sử dụng như sau :

Gọi a m , b m (m) là chiều rộng và chiều dày ống cắm bấc thấm, đường kính ống cắm bấc thấm thường được quy đổi tương đương bằng công thức :

Đường kính vùng xáo trộn được tính :

1.1.3 Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về tính toán sự cố kết của nền trong điều kiện gia tải trước kết hợp giếng cát, bấc thấm :

Khi tiến hành nghiên cứu quá trình cố kết của nền đất trong đó dùng lõi thấm đứng, người ta phải tiến hành giải quyết bài toán cố kết thấm ba chiều

Năm 1935, L Rendulic [6] đã đề nghị phương trình vi phân cố kết đối xứng trục để xác định trị số áp lực nước trong lỗ rỗng khi dùng giếng cát như sau :

Với : C r , C z là hệ số cố kết hướng tâm và hệ số cố kết đứng

Năm 1942, N Carrilo [7] đã nêu lên một định lý, phân bài toán cố kết thấm

ba chiều thành tổng hợp của bài toán cố kết thấm theo chiều thẳng đứng và bài toán

cố kết thấm theo hướng xuyên tâm Phương trình (1.2) có thể được phân thành hai thành phần :

Phần thấm xuyên tâm :

Phần thấm đứng :

K Terzaghi, năm 1948 [11], đã dùng phương pháp giải tích để giải bài toán

cố kết thấm theo chiều thẳng đứng :

Với :

u i áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ban đầu

u t áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại thời điểm t

Từ phương trình tổng quát (1.6), đối với những trường hợp sơ đồ hàm áp

lực nước lỗ rỗng thặng dư u t , u i Terzaghi và một số tác giả đã xây dựng được các

hàm U ứng với các trường hợp cụ thể tương ứng

R.A Barron, năm 1948 [13], đã xây dựng lời giải giải tích cho trường hợp thấm xuyên tâm :

Với :

Năm 1981, S Hanbo [14] phát triển từ lời giải của W Kjellman 1948 [12] xây dựng lời giải của bài toán cố kết theo hướng xuyên tâm khi xét đến độ dốc thủy lực ban đầu và độ bền cấu trúc đất, trong đó có xét đến sự xáo trộn và sự cản thấm của lõi thấm

Với :

k h , k s (m/day) hệ số thấm xuyên tâm và hệ số thấm vùng xáo trộn

q w (m3/day) lưu lượng tháo của lõi thấm

Ở nước ta, bài toán cố kết thấm đối xứng trục dùng cho giếng cát, các tác giả Nguyễn Công Mẫn và Hoàng Văn Tân nghiên cứu giải quyết

GS Nguyễn Công Mẫn đã đưa khái niệm “cố kết tương đương” để chuyển bài toán cố kết 3 chiều về bài toán tương đương cố kết 1 chiều và dùng lời giải của R.A Barron để xác định các trị số áp lực nước lỗ rỗng thặng dư và độ cố kết theo thời gian

GS Hoàng Văn Tân đã giải bài toán cố kết thấm 3 chiều trong trường hợp tải trọng thay đổi theo thời gian, có xét đến sự thay đổi tính thấm trong quá trình cố kết, sự ảnh hưởng từ biến đối với nền đất dùng giếng cát

1.1.4 Một số công trình tiêu biểu sử dụng phương pháp gia tải trước kết hợp giếng cát, bấc thấm ở Việt Nam :

- Quốc lộ 1A: sử dụng cọc cát, bệ phản áp (đầu cầu Phù Đổng), bấc thấm, vải địa kỹ thuật (đoạn Cà Mau – Năm Căn)

- Quốc lộ 5: bấc thấm kết hợp vải địa kỹ thuật, tầng đệm cát, vét bùn …

- Dự án đường Hồ Chí Minh (giai đoạn 1): thay đất yếu, làm rãnh ngầm hạ mực nước ngầm, thả đá hộc (Km89 – Km92)

- Quốc lộ 18, QL10: cọc cát, tầng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật, bấc thấm

- QL5 trên đọan Km 47 – Km62, QL51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu), đường Láng – Hòa Lạc: Dùng bấc thấm đứng

- Dự án đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương: cầu cạn, vét bùn thay đất, giếng cát, bấc thấm, sàn giảm tải

- Những công nghệ mới như cọc xi măng - đất áp dụng để xử lý nền móng sân bay Trà Nóc (TP Cần Thơ), đường vào khu khí điện đạm Cà Mau

- Đường Thăng Long - Nội Bài (Hà Nội), Đoạn Km93+000  QL5 ( đoạn Cảng Chùa Vẽ, Hải Phòng ), Láng - Hòa Lạc (Hà Nội), đường Pháp Vân – Cầu Giẽ: xử lý bằng Giếng cát thoát nước thẳng đứng và cọc cát làm chặt đất kết hợp gia tải tạm thời

- Dự án cải tạo nâng cấp QL5, đoạn Km0+000 – Km47+000 từ Hà Nội – Hải Dương: Tại vị trí nền đất yếu xử lý bằng cắm bấc thấm và đắp gia tải

- Dự án cầu đường Nguyễn Tri Phương nối dài từ Quận 5 sang Quận 8 TP.HCM: Xử lý bằng cắm bấc thấm và đắp gia tải

- Dự án Nam sông Hậu: Xử lý bằng cọc cát, bấc thấm

- Cảng thị Vải - Vũng Tàu: xử lý bằng phương pháp bấc thấm

- Dự án Nhơn Trạch - Đồng Nai: xử lý bằng phương pháp bấc thấm

1.2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC BƠM HÚT CHÂN KHÔNG :

1.2.1 Giới thiệu công nghệ gia tải trước bơm hút chân không :

Mặc dù những phương pháp xử lý gia cố nền đất yếu bằng giếng cát, bấc thấm với gia tải trước đã trở nên phổ biến và được áp dụng thành công ở nhiều công trình Tuy nhiên, cùng với sự khang hiếm vật liệu đất đắp (nhất là ở các vùng đô thị), việc yêu cầu ngày càng cao về rút ngắn thời gian thi công, … đã làm nẩy sinh nhu cầu cần có một phương pháp xử lý mới

Ý tưởng xử lý đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân đã được đặt ra từ thập niên 60, nhưng chỉ trong thời gian gần đây, khi công nghệ thi công bằng phương pháp

này được áp dụng và thành công trong các công trình lớn thì nó mới được ghi nhận và đánh giá như một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực xử lý đất yếu

Sơ đồ hoạt động của hệ thống bơm hút chân không được mô tả trong Hình 1.8

Hình 1.8 : Sơ đồ hoạt động của hệ thống bơm hút chân không

Từ khi được giới thiệu bởi Tiến sĩ W Kjellman vào năm 1952, sau đó là nhiều thử nghiệm tại Trung Quốc, kể cả ở Mỹ, nhằm tiến hành thực nghiệm hiện trường Đến bây giờ, phương pháp gia tải trước hút chân không đã phát triển thành một công nghệ đáng tin cậy GS JM Cognon là người đã có công giải quyết những vấn đề theo phương pháp luận, kết hợp với ứng dụng kỹ thuật bằng nguồn gốc lý thuyết căn bản (Menard Soltraitement, Menard Inc 2001 [8], J.M Cognon 1991 [9])

a Nguyên tắc hoạt động của hệ thống bơm hút chân không :

 Loại bỏ áp lực không khí trong đất nền, từ một môi trường đóng kín (bao gồm phía trên là màng kín khí, bên dưới và xung quanh là môi trường đất độ thấm nhỏ bảo hòa nước)

 Duy trì hệ thống thoát nước hiệu quả dưới màng để tống nước và không khí ra khỏi đất trong suốt thời gian bơm

 Giữ cho môi trường không bảo hoà nước bên dưới màng

 Duy trì áp suất chân không liên tục trong suốt quá trình xử lý

 Neo chặt và bịt kín hệ thống ở chu vi ngoại biên của vùng xử lý

Kết quả cuối cùng nước sẽ được hút ra khỏi nền và đất sẽ cố kết lại

b Phân tích ưu khuyết điểm của phương pháp gia tải trước bơm hút chân không so với phương pháp gia tải trước thông thường :

Việc xử lý nền đường bằng phương pháp lõi thấm đứng kết hợp gia tải đắp đất tuy

đã đem lại hiệu quả nhất định, song bên cạnh đó vẫn tồn tại một số nhược điểm rất cơ bản như sau :

 Do phụ thuộc vào sức chịu tải tự nhiên của đất, chiều cao đắp gia tải bị khống chế ở một cao độ nhất định Để khắc phục điều này, nền đắp phải được phân kỳ thành từng lớp, có thời gian chờ nền cố kết để tăng sức chịu tải của đất, mới tiếp tục đắp lớp tiếp theo Vì vậy, khi gia tải đạt đến tải trọng cần thiết và chờ nền cố kết ổn định, thì thời gian gia tải thường kéo rất dài;

 Trong quá trình gia tải nền đất yếu bị cắt trượt gây chuyển vị ngang lớn, ảnh hưởng đến công trình lân cận;

 Sử dụng lượng đất đắp lớn, đặc biệt là đối với công trình đường làm tăng giá thành công trình

Phương pháp gia tải trước hút chân không có thể khắc phục được những yếu tố

trên với những ưu điểm nổi bật như sau :

 Việc hút chân không tạo ra áp lực gia tải lớn (tối đa đến 80kPa) và gần như tức thời Thời gian gia tải được rút ngắn đáng kể,

 Không sử dụng nhiều vật liệu gia tải (hiện đang dần khang hiếm, nhất là khu vực thành thị) làm giảm được giá thành,

 Áp lực hút chân không là đẳng hướng nên không phát sinh lực cắt trượt, không gây chuyển vị ngang nên an toàn đối với công trình lân cận,

 Nếu kết hợp gia tải sau khi hút chân không, do tính chất bù trừ áp lực nở hông

do hút chân không (co đất) và áp lực do gia tải đắp đất (nở đất), nên áp lực gia tải tổng cộng đạt được lớn hơn rất nhiều so với gia tải thông thường

Một số nhược điểm còn tồn tại của phương pháp này như sau :

 Yêu cầu máy móc và kỹ thuật thi công cao, dẫn đến giá thành đắt,

 Bị giới hạn về áp lực hút chân không và độ sâu gia cố, hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát với hệ số thấm cao nằm xen kẹp,

 Rất khó làm kín khí nên gây thất thoát áp lực hút

Tuy nhiên với kỹ thuật ngày càng hoàn thiện công nghệ bơm hút chân không đã

và đang dần trở nên phổ biến trên thế giới

c Một số công trình thực tế áp dụng phương pháp thi công gia tải trước bơm hút chân không :

Việc nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ gia tải bơm hút chân không đã được triển khai và thành công ở nhiều nước trên thế giới Trung Quốc là nước đã tiến hành thử nghiệm đầu tiên do thiếu vật liệu đắp gia tải trước Một số công trình quy mô lớn đã được sử dụng công nghệ này như cảng Xingang, Tianjing, Trung Quốc (480.000m2) Tại Nhật Bản, phương pháp này được sử dụng thường xuyên trong xây dựng công trình từ những năm 1960 đến 1980

Tại Việt Nam, công nghệ gia tải hút chân không chưa được phổ biến Công trình đầu tiên áp dụng phương pháp này là nhà máy khí điện, đạm Cà Mau (diện tích xử lý 130.000m2) nằm ở điểm cực nam Việt Nam, gần thành phố Cà Mau, bao gồm hai nhà máy, mỗi nhà máy có công suất 720MW Sau đó, công trình nhà máy khí điện đạm Hiệp Phước, Cần Giờ  TP HCM có quy mô nhỏ hơn (diện tích xử lý 90.000m2), cũng được

áp dụng công nghệ thi công này

Bảng 1.1 : Một số công trình ở các nơi trên thế giới

Year Name Country Structure Consultant Owner Size (m 2 ) SPT

2001 Hamburg Germany Airplane

warehouse

IGB - Dr.Maybaum

City of Hamburg 238.000 0

2001 Bang Bo Thailand Powerplant

access road Seatac

ABB Alstom 30.000 0

1999 Jangyoo STP South

Korea

Sewage Treatment Plant

1996 Khimae PS South

Korea

Pumping station KECC

City of Pusan 20.000 -

1996 RN1 French

Indies By-pass

CETE Fort de France

City of Khimae 83.580 0-4

1994 A837-Phase 2 France Expressway SCETAURO

UTE ASF 10.000 -

1994 Lubeck Germany Terminal Port

Container INROS

City of Lubeck 22.500 0-1

1993 A837-Phase 1 France Expressway LCPC ASF 44.500 -

1992 Ipoh Gopeng Malaysia Expressway ZAIDUN

LEENG PLUS 2.600 0-1

1992 Lamentin French

Indies Expressway BRGM DOT 7.805 1-3

1991 Lamentin French

Indies Airport apron CEBTP CCI 17.692 1-4

1990 Ambes France Oil tanks Mecasol SAEPG 17.550 2

1990 Eurotunnel France Road

development SETEC

Euro Tunnel 56.909 -

1990 Ambes France Road CETE

Bordeaux DOT 21.106 0-2

1990 Lomme France Warehouse Fondasol Danzas 8.130 -

1989 Ambes France Pilot test Test area Test area 390 0-2

Công trình ở Việt Nam

Year Name Country Structure Consultant Owner Size (m 2 ) SPT

2007 Hiệp Phước

TPHCM Việt Nam Nhà máy khí điện đạm Menard Lilama 90.000 0-4

2006 Cà Mau Việt Nam Nhà máy khí điện đạm Menard Lilama 130.000 0-4

1.2.2 Cơ sở lý thuyết :

Ở trạng thái tự nhiên, khối đất trong nền luôn chịu các tác động của các yếu tố : Áp suất khí quyển có giá trị không đổi là 100Kpa, áp lực bản thân khung hạt đất và áp lực nước lỗ rỗng thủy tĩnh (đối với đất bảo hòa nước)

 Áp lực do tải trọng bản thân của khung hạt : ’ = ’z

 Áp suất khí quyển : p a = 100 kPa

 Áp lực nước thủy tỉnh (đất bảo hòa nước) : w z

 Áp lực lỗ rỗng trong đất : u = w z + p a

Hình 1.9 Trạng thái tự nhiên của đất Khi bơm hút tạo áp lực chân không, áp lực khí quyển bị hạ thấp, thông qua hệ thống lõi thấm đứng, tạo sự chênh lệch giữa làm áp lực lỗ rỗng của đất với môi trường

bên ngoài Nước trong đất sẽ thấm và thoát ra ngoài theo hệ thống lõi thấm đứng và các ống dẫn để thoát ra khỏi nền Đất sẽ được cố kết lại

Trong các phương pháp gia tải trước thông thường, áp suất khí quyển p a không được đề cập trong tính toán ứng suất đất Sự giản lược này nói chung không ảnh hưởng đến kết quả tính toán với phương pháp gia tải trước thông thường vì áp lực khí quyển là đại lượng không thay đổi trong các vấn đề địa kỹ thuật Nhưng đối với phương pháp gia tải trước hút chân không, áp lực không khí cần phải được tính đến Với tác dụng của áp lực không khí, trạng thái ứng suất trong đất được mô tả như Hình 1.10 :

Δp = k.p a

(c) Kết thúc quá trình cố kết

Với :

Áp lực bơm hút chân không

k hệ số hiệu suất máy bơm (thông thường k 0.8) Gọi : là áp lực khí quyển còn lại sau khi hút chân không Vậy sau khi hút chân không ta có :

Áp lực lỗ rỗng sau khi hút chân không là :

Sự gia tăng ứng suất hữu hiệu lên hạt đất được mang tính chất đẳng hướng do

số gia này bản chất được tạo ra do việc giảm áp suất khí quyển dẫn đến tiêu tán áp lực

lỗ rỗng thặng dư thông qua pha nước :

Hình 1.11 Sự gia tăng ứng suất lên khung hạt qua quá trình cố kết

Lộ trình ứng suất của đất nền trong quá trình bơm hút chân không và gia tải đắp đất

Lộ trình ứng suất của quá trình gia tải đất yếu được mô tả trong Hình 1.12

Trong trường hợp gia tải trước đắp đất : giai đoạn đắp gia tải, ứng suất theo lộ

trình đường cong AB trên biểu đồ (p', q'), nền có khả năng phá hoại nếu điểm B chạm

vào đường phá hoại (Hình 1.11) Từ đó, quá trình cố kết theo đường BC

Trường hợp gia tải trước chân không : ứng suất đơn giản theo đường AE bên dưới

đường K 0 là đường ứng suất hữu hiệu đẳng hướng

Hình 1.12 Lộ trình ứng suất của đất

So sánh 2 lộ trình ứng suất ABC, AE ứng với 2 trường hợp gia tải đắp đất và gia

tải hút chân không và đường AD trên đường K 0 cho ta thấy đường AE có ưu điểm hơn vì

ngày càng xa đường phá hoại K f Còn lộ trình theo đường ABC ở giai đoạn đắp đất,

đường cong AB có khuynh hướng tiến vào đường K f nên bị hạn chế tải trọng để không

bị phá hoại Biện pháp khắc phục là phải phân nhỏ lớp đắp thành nhiều lớp, vừa đắp vừa chờ đất cố kết theo đường BC

Qua sự phân tích về mặt lý thuyết nêu trên, cho ta thấy sự khác nhau cơ bản của 2 phương pháp gia tải hút chân không so với gia tải đắp đất Đồng thời mô tả được một số

ưu điểm đặc trưng của phương pháp tiên tiến này

1.2.3 Giới thiệu công nghệ thi công bơm hút chân không :

a Mô tả trình tự lắp đặt hệ thống bơm hút chân không :

Trình tự lắp đặt hệ thống bơm hút chân không được chia thành nhiều giai đoạn được tóm tắt trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 : Các bước chủ yếu của phương pháp gia tải hút chân không

Giai đoạn Mô tả công việc Mục đích

Chuẩn bị

mặt bằng

Trải vãi địa kỹ thuật dạng dệt (cường độ 10 T/m2) Tạo sức chịu tải của nền ban đầu Trải lớp cát phủ (chiều dày h ~ 1m) Tạo lớp thoát nước đồng thời làm nền

phục vụ thi công trong thời gian đầu

và ngang hướng tới máy bơm chân không

Truyền chân không tới VTP

sự kín khí ở biên ngoài Duy trì sự kín khí ở mép lớp màng

Duy trì ổn định pha khí để hệ thống hút chân không làm việc hiệu quả, đồng thời cũng có tác dụng tăng khối lượng gia tải suốt quá trình hút chân không

Một số hình ảnh minh họa trình tự thi công hệ thống bơm hút chân không :

 Cắm bấc thấm vào nền đất, bấc thấm làm nhiệm vụ ống truyền lực hút đứng (Vertical Vacuum Transmission Pipes) đồng thời làm ống thoát nước đứng cho nền (Hình 1.13a)

Hình 1.13a : Thi công cắm bấc thấm

 Lắp bấc thấm ngang hoặc ống thoát nước ngang (Horizontal Drains) nối vào

các đầu bấc thấm đứng, bấc thấm ngang làm nhiệm vụ truyền áp lực hút chân không theo

phương ngang Lắp đặt các ống thu nước chính (Hình 1.13b)

Hình 1.13b : Thi công hệ thống bấc thấm ngang và ống thu nước

 Liên kết bấc thấm đứng và các bấc thấm ngang (Hình 1.13c) :

Hình 1.13c : Liên kết bấc thấm ngang và bấc thấm đứng

 Thi công lớp đệm cát làm lớp thoát nước bên trên (draining layer), sau đó thi công lớp vật liệu xốp bên trên, tầng này sẽ được hút khí để tạo môi trường chân không

 Phủ màng kín khí (airtight membrane) và không thấm (Impervious membrane) lên trên cùng

 Rãnh biên (Peripheral trenches) được đào xung quanh khu vực xử lý lấp đầy bằng dung dịch bentonite and polyarcrylate Rãnh biên có tác dụng giữ mép màng kín khí (airtight membrane) để tạo vùng chân không bên trong màng

 Lắp đặt máy bơm và ống bơm

Hình 1.13d

b Mô tả quá trình bơm hút chân không :

 Giai đoạn đầu tiên là bơm hút không khí trong lớp đệm cát (hoặc vật liệu xốp) bên dưới màng kín khí,

 Chênh lệch do áp lực do bơm hút chân không làm nước theo lõi thấm đứng dâng lên trong lớp cát,

 Bơm hút nước thông qua hệ thống ống thoát nước ngang, duy trì ổn định mực nước ngang (bên dưới lớp vật liệu xốp), để hệ thống hút chân không làm việc hiệu quả,

 Xử lý nước và tiêu thoát nước ra khỏi khu vực xử lý thông qua hệ thống rãnh biên Sau một thời gian bơm hút chân không, ta có thể kết hợp gia tải đắp đất lên trên để gia tăng ứng suất nén trong nền

1.2.4 Sự kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không :

Thông thường phương pháp hút chân không được lựa chọn cho công trình cần độ gia tải lớn, yêu cầu về thời gian thi công nhanh Phương pháp hút chân không thuần túy với nhược điểm cố hữu của nó là áp lực gia tải hạn chế bởi hiệu suất bơm hút (chỉ đạt 70

 80 kPa), nên thường được xem xét kết hợp với biện pháp gia tải trước đắp đất

Khi sự gia tải đắp đất được liên kết với bơm hút chân không, sự cộng tác dụng của các trạng thái diễn ra Thông thường, giai đoạn bơm hút chân không sẽ được áp dụng trước trong thời gian từ 4  8 tuần, sau đó triển khai giai đoạn gia tải đắp đất theo nhiều cấp tiếp theo

Sự cố kết đẳng hướng diễn ra do hút chân không trong thời gian 4  8 tuần làm cho đất nền tăng sức chịu tải, tạo điều kiện ổn định cho việc đắp đất gia tải ở các giai đoạn sau, như mô tả trong lộ trình ứng suất tại Hình 1.12

Ngoài ra, các yếu tố chuyển vị ngang do tính nở hông của đất cũng sẽ được triệt tiêu do đất có khuynh hướng co lại ở giai đoạn hút chân không và nở hông ở giai đoạn gia tải đắp Điều này làm giảm thiểu sự ảnh hưởng đối với các công trình lân cận như đã phân tích ưu điểm của phương pháp này ở mục 1.2.1.b

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG LỜI GIẢI GIẢI TÍCH CỦA BÀI TOÁN LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG

ĐIỀU KIỆN GIA TẢI ĐẮP ĐẤT KẾT HỢP

BƠM HÚT CHÂN KHÔNG

2.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC :

Khảo sát nền đất yếu được lắp hệ thống thoát nước đứng (PVD), các lõi thấm đứng được thi công cắm vào nền đường như cọc cát, giếng cát, cọc sỏi, sạn, … hoặc các thiết bị chế tạo sẳn như bấc thấm, thường được bố trí theo sơ đồ hình vuông hoặc hình tam giác đều

Phần tử lăng trụ cố kết cho mỗi lõi thấm đơn (Hình 2.1) có vùng tác dụng được xác định bằng cách quy đổi cân bằng diện tích từ hình vuông hoặc lục giác đều sang hình tròn (Holtz et al 1991 [15], 22 TCN 24498 [2]), được mô tả trong Hình 2.2

Hình 2.1 : Phần tử lăng trụ cố kết đối xứng trục

Bố trí sơ đồ hình vuông Bố trí sơ đồ hình tam giác đều Hình 2.2 : Vùng tác dụng của phần tử lăng trụ cố kết

2.2 NHỮNG GIẢ THUYẾT CƠ BẢN BAN ĐẦU :

1 Đất nền đồng nhất và bảo hòa hoàn toàn;

2 Dòng chảy trong đất thành từng lớp và tuân theo định luật Darcy;

3 Tải trọng được đặt tức thời;

4 Tính thấm của đất không đổi trong suốt quá trình cố kết và hệ số nén thể tích

m v không đổi trong quá trình cố kết;

5 Tại biên ngoài của phần tử lăng trụ cố kết vận tốc dòng chảy bằng không (biên ngoài không thấm, các lăng trụ cố kết đơn làm việc độc lập);

6 Lõi thấm tương đối dài, dòng thấm theo phương đứng được bỏ qua, giả thuyết chỉ có thấm xuyên tâm xảy ra (thấm ngang hướng từ biên ngoài vào trong lõi);

7 Lý thuyết cố kết hướng tâm (theo Barron 1948 [13], Hansbo 1981 [14]) được

áp dụng

8 Trên cơ sở giả thuyết biến dạng cân bằng (của Kjellman 1948 [12], Barron

năm 1948 [13]), tất cả biến dạng đứng tại chiều sâu z trong quá trình cố kết

được giả định là cân bằng và biến dạng nén chỉ xảy ra theo phướng đứng

2.3 XÂY DỰNG LỜI GIẢI GIẢI TÍCH :

2.3.1 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư :

Phân tích điều kiện làm việc của phần tử lăng trụ đối xứng trục trong điều kiện gia tải trước đắp đất kết hợp bơm hút chân không

Ở điều kiện tự nhiên, lỗ rỗng tại một điểm bất kỳ trong đất bảo hòa nước chịu tác động của các áp lực sau :

 Áp lực khí trời p a = 100 kPa

 Áp lực thủy tỉnh của nước w z , đất luôn trong trạng thái bảo hòa nước, áp

lực này trước và sau không thay đổi trong quá trình xử lý, nên có thể không cần xét đến

Khi bơm hút chân không, áp lực khí trời tự nhiên bị mất đi một lượng bằng đúng

áp lực hút chân không k 1 p a , với k 1 là hệ số hiệu suất bơm hút chân không Hiện nay với

kỹ thuật hiện đại người ta có thể tạo ra máy bơm công suất lớn, k 1 ≈ 0.8 , áp lực bơm hút đạt đến ≈ 80 kPa

Áp lực hút tác dụng vào nền đất thông qua lõi thấm sẽ bị mất mát áp lực hút nên hiệu suất hút chân không càng sâu trong nền càng bị tổn thất Theo các nhà nghiên cứu (Chu et al 2000 [16], Bo et al 2003 [17]) áp lực hút chân không sẽ giảm đều tuyến

tính dọc theo chuyền dài của lõi thấm Gọi k 2 là hệ số tổn thất áp lực hút chân không,

chiều dài lõi thấm càng lớn, k 2 càng lớn Sơ đồ tác dụng của áp lực lên lăng trụ cố kết biểu diễn trong Hình 2.3

Lời giải tổng quát của lăng trụ cố kết đối xứng trục có xét đến các yếu tố :

 Có sự ảnh hưởng của vùng xáo trộn trong quá trình thi công lõi thấm,

 Có sự ảnh hưởng của sự cản thấm trong quá trình tháo nước của lõi thấm