Nghiên cứu phương pháp tính toán, phân tích mô phỏng cho một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện hút chân không

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Phân t ch ứng xử của một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện thi công xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp với gia tải Sử dụng phươn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

VÕ THÀNH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH,

MÔ PHỎNG CHO MỘT LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN HÚT CHÂN KHÔNG

CHU N NG NH ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC S

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013

-

VÕ THÀNH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH,

MÔ PHỎNG CHO MỘT LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN HÚT CHÂN KHÔNG

CHU N NG NH ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ : 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC S

TP Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS TRẦN TUẤN ANH

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG

TP H Ch Minh ng y tháng năm

Th nh phần Hội đ ng đánh giá luận văn thạc sĩ: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch hội đ ng đánh giá LV v Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

PHÕNG Đ O TẠO SĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC S

Ng y tháng năm sinh : 13/10/1988 Nơi sinh : TP.HCM Chuyên ng nh : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số ng nh : 60.58.60

I T N ĐỀ T I

Nghiên cứu phương pháp tính toán, phân tích, mô phỏng cho một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện hút chân không

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

Phân t ch ứng xử của một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện thi công xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp với gia tải Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn v phương pháp giải tích có xét đến sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian Đối chiếu với kết đo đạc về giá trị áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, độ lún bề mặt v độ lún theo độ sâu trong suốt quá trình thi công Từ đó, đánh giá các kết quả đạt được

II NG GIAO NHIỆM VỤ 21/01/2013

LỜI CẢM ƠN

Thấm thoát đã gần 2 năm khi tác giả học tập cao học và gần 7 năm học tại ngôi trường này Bằng tất cả sự tôn trọng và biết ơn, tác giả xin được gửi lời biết ơn đến những người đã trao cho mình h nh trang để bước v o con đường ph a trước

Đầu tiên, tác giả xin cảm ơn ba mẹ đã nuôi dạy con khôn lớn, luôn động viên, khuyến khích con cố gắng học tập Ch nh điều đó, đã giúp ch con rất nhiều

Tiếp đến, tác giả xin gửi lời cám ơn đến Thầy Trần Tuấn Anh Bằng tất cả tâm huyết của Thầy vào từng bài giảng, vào từng bài báo thuộc chuyên ng nh cơ học đất – nền móng, đã giúp cho tác giả và nhiều học viên khác học hỏi được nhiều tri thức của các giáo sư, tiến sĩ đầu ngành thông qua các kết quả nghiên cứu khoa học được công bố Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc bởi sự định hướng, nhiệt tình

và tận tụy của Thầy đã giúp đỡ tác giả rất nhiều trong quá trình thực hiện Luận văn

Tác giả xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy Cô trong bộ môn Địa cơ – Nền móng: Thầy Châu Ngọc Ẩn, Thầy Võ Phán, Thầy Lê Bá Vinh, Thầy Bùi Trường Sơn, Thầy Nguyễn Minh Tâm, Thầy Đỗ Thanh Hải, Thầy Trần Xuân Thọ và Thầy

Lê Trọng Nghĩa đã truyền đạt kiến thức của mình giúp cho tác giả có được một nền tảng kiến thức cơ sở về lĩnh vực ngành nghề

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cám ơn đến các bạn trong lớp Địa kỹ thuật Xây dựng khóa 2011 đã hỗ trợ tác giả rất nhiều trong quá trình học tập

Xin chân th nh cám ơn !

TP.HCM, ngày 21 tháng 6 năm 2013

Học viên thực hiện

VÕ THÀNH

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC S

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH, MÔ PHỎNG CHO MỘT LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN

HÚT CHÂN KHÔNG TÓM TẮT: Đề tài luận văn tập trung nghiên cứu ứng xử của một lăng trụ cố

kết đối xứng trục có tâm là một bấc thấm trong điều kiện hút chân không kết hợp với gia tải Lăng trụ này nằm ở đường đối xứng trục bên dưới nền đất đắp Dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) v phương pháp giải tích có xét đến sự thay đổi tải trọng theo thời gian, tác giả tiến hành so sánh kết quả áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, độ lún bề mặt, độ lún theo độ sâu của các điểm trong nền cho hai công trình Nhà máy nhiệt điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2 và Kho dự trữ Cảng Thiên Tân (Trung Quốc)

Mặc dù luận văn còn một số hạn chế, nhìn chung kết quả từ hai phương pháp trên khá tốt với kết quả quan trắc thực tế, do đó cho thấy tính khả thi Phương pháp

có thể được áp dụng để thiết kế và dự đoán cho các công trình xử lý đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không

STUDY ON COMPUTATION, ANALYSIS, MODELING OF AN

AXISYMMETRIC UNIT CELL UNDER VACUUM CONDITION ABSTRACT: The thesis concentrates on researching of an axisymmetric unit

cell under vacuum-preloading condition An axisymmetric unit cell is under the embankment at the centerline Based on the finite element method (FEM) and the calculation method by considering change of increasing load in many stages during time construction, the author compared those with the results of excess pore water pressure, surface settlement, depth settlement of Nhon Trach 2 Combined Cycle Power Plant project and Tianjin port (China)

Although the thesis had some disadvantages, the results of two methods showed a good applicability with the field data The methods can be applied to design and predict for soft soil improvement by vacuum – preloading method

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tôi xin cam đoan: Bản Luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức,

số liệu đo đạc thực tiễn v dưới sự hướng dẫn của:

TS Trần Tuấn Anh

Các số liệu, mô hình tính toán và những kết quả trong Luận văn l ho n to n trung thực Nội dung của bản Luận văn n y ho n to n tuân theo nội dung của đề cương Luận văn đã được Hội đ ng đánh giá đề cương Luận văn Cao học ng nh Địa

Kỹ Thuật Xây Dựng, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng thông qua

Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam đoan trên

MỤC LỤC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO i

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN iv

DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix

DANH SÁCH HÌNH ẢNH x

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC – Ý NGHĨA THỰC TIỄN 3

4 BỐ CỤC LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI 4

1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BẤC THẤM 4

1.2 THI CÔNG VÀ QUAN TRẮC 5

1.2.1 Quan trắc chuyển vị ngang 6

1.2.2 Quan trắc lún mặt v lún theo độ sâu 6

1.2.3 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 6

1.3 ĐẶC TÍNH CỦA BẤC THẤM 6

1.3.1 Đường k nh tương đương của bấc thấm 6

1.3.2 Khả năng thoát nước của bấc thấm 7

1.2.3 Đường kính vùng ảnh hưởng 9

1.2.4 Sự cản thấm 10

1.2.5 Vùng xáo trộn 10

1.3 PHÁT TRIỂN LÝ THUYẾT BẤC THẤM 12

2.3.1 Lời giải của Kjellman (1948) 14

2.3.2 Lời giải của Hansbo (1981) 16

1.4 ỨNG DỤNG CỦA CHẤT TẢI BẰNG CHÂN KHÔNG 19

1.4.1 Nguyên tắc hoạt động của bơm hút chân không 20

1.4.2 Phân t ch ưu khuyết điểm của phương pháp gia tải trước bơm hút chân

không so với phương pháp giả tải trước thông thường 21

1.4.3 Kết hợp gia tải trước bằng đất đắp v bơm hút chân không 22

1.4.4 Một số công trình thực tế áp dụng phương pháp thi công gia tải kết hợp bơm hút chân không 22

1.5 TÓM TẮT CHƯƠNG 1 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26

2.1 TỔNG QUAN 26

2.2 LỜI GIẢI CHO LĂNG TRỤ CỐ KẾT ĐỐI XỨNG TRỤC TRONG ĐIỀU KIỆN BƠM HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP GIA TẢI ĐẤT ĐẮP 26

2.2.1 Lời giải của Tuan Anh Tran & Mitachi (2008) 27

2.2.2 Lời giải của Mẫn và Tuấn Anh (2010) 29

2.2.2.1 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 29

2.2.2.2 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng và hàm cố kết trung bình cho toàn nền 32 a) Trường hợp tải trọng đất đắp xem như l tức thời 32

b) Trường hợp tải trọng đất đắp phụ thuộc vào thời gian 33

2.2.2.3 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng và hàm cố kết trong điều kiện hút chân không nhiều giai đoạn 34

a) Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng theo sơ đ gia tải nhiều giai đoạn 35

b) Xây dựng hàm cố kết U theo sơ đ gia tải nhiều giai đoạn 38

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) 41

2.3.1 Mô hình đất 42

2.3.1.1 Mô hình Cam-clay 42

2.3.1.2 Mô hình Modified Cam-clay 44

2.3.1.3 Mô hình Mohr – Coulomb 45

2.3.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐẤT CHO PHÂN TÍCH PTHH 48

2.3.2.1 Mối quan hệ giữa M và Su 48

2.3.2.2 Sức chống cắt không thoát nước của đất Su 48

2.3.2.3 Hệ số áp lực ngang Ko 49

2 3 2 4 K ch thước mặt dẻo ' c p 49

2.3.2.5 Hệ số rỗng tới hạn ecs 50

2.3.2.6 Hệ số poisson 51

2.3.2.7 Chỉ số nén  và chỉ số nở  51

2.4 TÓM TẮT CHƯƠNG 2 51

CHƯƠNG 3 KIỂM CHỨNG LỜI GIẢI CỦA PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH VÀ PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 52

3.1 CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CHU TRÌNH HỖN HỢN NHƠN TRẠCH 2 52

3.1.1 Giới thiệu về công trình 52

3.1.2 Điều kiện địa chất công trình 54

3.1.3 Trình tự thi công 54

3.1.4 Kiểm chứng lời giải phương pháp giải tích và phân tích PTHH 59

3.1.4.1 Kết quả quan trắc hiện trường 59

a) Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 59

b) Quan trắc lún mặt v lún theo độ sâu 61

3 1 4 2 Phương pháp phân t ch PTHH 64

a) Kết quả mô phỏng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 68

b) Kết quả mô phỏng lún bề mặt v lún theo độ sâu 71

3 1 4 3 Phương pháp t nh toán giải tích 75

a) Kết quả tính toán giải tích áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 76

b) Kết quả tính toán giải tích lún bề mặt v lún theo độ sâu 79

3.1.1.4 So sánh lời giải phương pháp giải tích và phân tích PTHH với kết quả quan trắc hiện trường 83

a) Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 83

b) Lún bề mặt v lún theo độ sâu 85

3.2 CÔNG TRÌNH KHO DỰ TRỮ CẢNG THIÊN TÂN, TRUNG QUỐC (TIANJIN PORT, CHINA) 86

3.2.1 Giới thiệu về công trình 86

3.2.2 Điều kiện địa chất 87

3.2.3 Trình tự thi công 88

3.2.4 Kiểm chứng lời giải phương pháp giải tích và phân tích PTHH 88

3.2.4.1 Kết quả quan trắc hiện trường 88

a) Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng 90

b) Quan trắc lún mặt v lún theo độ sâu 93

3 2 4 2 Phương pháp phân t ch PTHH 95

a) Kết quả mô phỏng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 99

b) Kết quả mô phỏng lún bề mặt v lún theo độ sâu 102

3 2 4 3 Phương pháp t nh toán giải tích 106

a) Kết quả tính toán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 106

a) Kết quả tính toán giải tích lún bề mặt v lún theo độ sâu 113

3.2.4.4 So sánh lời giải phương pháp giải tích và phân tích PTHH với kết quả quan trắc hiện trường 118

a) Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư 118

b) Lún bề mặt v lún theo độ sâu 120

3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 122

1 KẾT LUẬN 122

2 KIẾN NGHỊ 123

3 ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 123

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 126

TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC 128

PHỤ LỤC 129

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Giá trị lưu lượng thoát nước tham khảo 8

Bảng 1.2: Thông số đề nghị cho vùng xáo trộn 11

Bảng 1.3: Một số công trình xử lý bằng công nghệ gia tải hút chân không tại Việt Nam 22

Bảng 3.1: Thông số địa chất 54

Bảng 3.2: Lộ trình gia tải công trình Nhơn Trạch 2 55

Bảng 3.3: Thông số cho bấc thấm 64

Bảng 3.4: Thông số đất phân tích PTHH 66

Bảng 3.5: Thông số trạng thái ứng suất ban đầu 67

Bảng 3.6: Thông số tính toán theo lời giải giải tích 75

Bảng 3.7: Sai số áp lực nước lỗ rỗng thặng dư so với kết quả quan trắc 84

Bảng 3.8: Sai số độ lún so với kết quả quan trắc 85

Bảng 3.9: Thông số địa chất 87

Bảng 3.10: Lộ trình gia tải công trình Thiên Tân 89

Bảng 3.11: Thông số cho bấc thấm 96

Bảng 3.12: Thông số đất phân tích PTHH 96

Bảng 3.13: Thông số trạng thái ứng suất ban đầu 97

Bảng 3.14: Thông số đầu vào cho tính toán lời giải giải tích 108

Bảng 3.15: Thông số đầu vào cho tính toán lời giải giải tích 110

Bảng 3.16: Thông số dùng để t nh toán tương đương 113

Bảng 3.17: Sai số áp lực nước lỗ rỗng thặng dư với kết quả quan trắc 118

Bảng 3.18: Sai số độ lún với kết quả quan trắc 120

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Thi công cắm bấc thấm 5

Hình 1.2: Các thiết bị quan trắc tiêu biểu cho công trình đắp 5

Hình 1.3: Bấc thấm hình chữ nhật và đường kính giếng qui đổi 7

Hình 1.4: Đường kính tương đương của bấc thấm 7

Hình 1.5: Sự uốn – gập của bấc thấm 8

Hình 1.6: Ảnh hưởng của áp lực ngang lên khả năng thoát nước của bấc thấm 9

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí bấc thấm 9

Hình 1.8: Vùng đất bị xáo trộn xung quanh ống Madrel (Bergado, 1996) 12

Hình 1.9: Mô hình lăng trụ thấm đối xứng trục 12

Hình 1.10: Lát cắt phân tố chiều dày dz 14

Hình 2.11: Lát cắt phân tố dz có xét vùng xáo trộn và sự cản giếng 17

Hình 1.12: Minh họa chuyển vị ngang của nền đất dưới tác dụng của tải đất đắp kết hợp với áp lực chân không 20

Hình 1.13: Sơ đồ hoạt động của phương pháp hút chân không 20

Hình 1.14: Ứng suất trong phương pháp gia tải chân không và đắp đất 21

Hình 1.15: Nhà máy sản xuất xơ sợi Polyester Đình Vũ 23

Hình 1.16: Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2 24

Hình 1.17: Kho chứa LPG lạnh Thị Vải 24

Hình 2.1: Phân bố áp lực chân không theo chiều sâu 27

Hình 2.2: Tải trọng phụ thuộc vào thời gian 30

Hình 2.3: Sơ đồ gia tải đất đắp nhiều cấp 34

Hình 2.4: Biểu đồ gia tải và áp lực nước lỗ rỗng 35

Hình 2.5: Biểu đồ gia tải và quá trình cố kết 38

Hình 2.6: Các loại phần tử trong CRISP 41

Hình 2.7: Vị trí của đường trạng thái tới hạn 43

Hình 2.8: Vị trí của hệ số rỗng ban đầu trên đường trạng thái tới hạn 43

Hình 2.9: Mặt dẻo của mô hình Cam-clay và Modified Cam-clay 45

Hình 2.10: Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng của mô hình đàn hồi tuyến tính 46

Hình 2.11: Xác định chỉ tiêu cơ học về cường độ của đất nền qua thí nghiệm nén 3 trục 47

Hình 2.12: Mặt giới hạn biến dạng dẻo mô hình Morh-Coulomb khi không có lực dính 48

Hình 3.1: Nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 2 52

Hình 3.2: Phân vùng khu vực cần xử lý nền 53

Hình 3.3: Mặt bằng bố trí các thiết bị quan trắc 53

Hình 3.4: Quá trình chất tải của khu vực II 55

Hình 3.5: Thi công cắm bấc thấm 56

Hình 3.6: Thi công ống hút chân không 56

Hình 3.7: Thi công màng kín khí 57

Hình 3.8: Lắp đặt bơm chân không 57

Hình 3.9: Vận hành hệ thống chân không 58

Hình 3.10: Thi công cát gia tải, bù lún 58

Hình 3.11: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư quan trắc tại các độ sâu: -4.1; -6.8; -9.5m 61

Hình 3.12: Độ lún quan trắc bề mặt 63

Hình 3.13: Độ lún quan trắc tại các độ sâu: -1.3; -3.7; -6.1m 63

Hình 4.: Lưu đồ nội suy thông số đầu vào phân tích PTHH 65

Hình 3.14: Lưu đồ nội suy thông số đầu vào 65

Hình 3.15: Lưới PTHH cho một nửa lăng trụ thấm đối xứng trục 68

Hình 3.16: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được mô phỏng tại các độ sâu: -4.1; -6.8; -9.5 m 70

Hình 3.17: Biểu đồ tổng hợp áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được mô phỏng 71

Hình 3.18: Độ lún bề mặt được mô phỏng 72

Hình 3.19: Độ lún mô phỏng tại các điểm ở độ sâu: -3.8; -7.0; -10.5; -12.5m 73

Hình 3.20: Kết quả mô phỏng độ lún 74

Hình 3.21: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tính toán bằng giải tích ở các độ sâu 78

Hình 3.22: Độ lún bề mặt tính toán từ lời giải giải tích 82

Hình 3.23: Biểu đồ độ lún theo thời gian ở các độ sâu: -3.8; -7.0; -10.5; -12.5 m được tính toán từ lời giải giải tích 83

Hình 3.24: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư – tính toán, mô phỏng và quan trắc 84

Hình 3.25: Độ lún bề mặt - quan trắc, mô phỏng và tính toán giải tích 85

Hình 3.26: Biểu đồ độ lún theo độ sâu - quan trắc, mô phỏng và tính toán giải tích 86

Hình 3.27: Công trình Cảng Thiên Tân, Trung Quốc 86

Hình 3.28: Sơ đồ khu vực xử lý và bố trí thiết bị quan trắc 87

Hình 3.29: Qui trình hút chân không và gia tải 89

Hình 3.30: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư quan trắc tại các độ sâu -5; -8; -11; -12.5m 92

Hình 3.31: Biểu đồ tổng hợp áp lực nước lỗ rỗng thặng dư quan trắc tại hiện trường 93

Hình 3.32: Độ lún quan trắc bề mặt nền theo thời gian 94

Hình 3.33: Độ lún quan trắc theo thời gian tại các độ sâu: -3.8; -7.0; -10.5; -12.5m 95

Hình 3.34: Lưới PTHH một nửa lăng trụ thấm đối xứng trục 98

Hình 3.35: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo các giai đoạn thi công được mô phỏng tại các độ sâu: -5; -8; -11; -12.5 m 101

Hình 3.36: Biểu đồ tổng hợp áp lực nước lỗ rỗng thặng dư được mô phỏng 102

Hình 3.37: Độ lún bề mặt được mô phỏng theo thời gian 104

Hình 3.38: Biểu đồ độ lún theo các giai đoạn thi công tại các điểm ở độ sâu: 3.8; 7.0; -10.5; -12.5 m 104

Hình 3.39: Kết quả mô phỏng độ lún 105

Hình 3.40: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo thời gian tại độ sâu -5 và -8m 110

Hình 3.41: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo thời gian tính toán bằng lời giải giải tích ở các độ sâu: -5; -8; -11; -12.5 m 112

Hình 3.42: Độ lún bề mặt được tính toán từ lời giải giải tích theo thời gian 117

Hình 3.43: Biểu đồ độ lún theo độ sâu được tính toán từ lời giải giải tích 117

Hình 3.44: Biểu đồ so sánh áp lực nước lỗ rỗng thặng dư từ kết quả quan trắc, mô phỏng và lời giải giải tích 119

Hình 3.45: Biểu đồ độ lún bề măt từ kết quả quan trắc, mô phỏng và lời giải giải tích 121

Hình 3.46: Biểu đồ so sánh độ lún từ kết quả quan trắc, mô phỏng và lời giải giải tích 121

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong suốt vài thập niên gần đây, cùng với sự gia tăng dân số và sự phát triển khoa học kỹ thuật khắp nơi trên thế giới, các hoạt động xây dựng ngày nay chủ yếu tập trung ở những khu vực có địa hình thấp, khu vực đầm lầy, nơi có h m lượng chất hữu cơ v than bùn với bề dày lớn Đất yếu l đất có hệ số rỗng cao, sức chịu tải kém, độ lún lớn Do đó, trước khi xây dựng công trình chúng ta phải tìm cách giảm thiểu độ lún

Phương pháp gia tải trước l phương pháp phổ biến để xử lý nền đất yếu, được

sử dụng thành công tại những khu vực đầm lầy có địa hình thấp Phương pháp n y dùng để cải thiện đặc t nh cơ học của đất yếu Hiện nay, có ba cách phổ biến để gia tải trước là:

- Gia tải bằng khối đất đắp

- Gia tải bằng áp lực chân không

- Gia tải bằng áp lực chân không kết hợp với đất đắp

Việc gia tải bằng áp lực chân không có nhiều ưu điểm hơn gia tải đất đắp như: không cần vật liệu đất đắp, thời gian thi công ngắn hơn v không cần những thiết bị máy móc nặng Về vấn đề chuyển vị ngang, phương pháp hút chân không gây ra ứng suất đẳng hướng trong nền đất, do đó gây ra chuyển vị ngang về phía bên trong nền Trong khi đó, phương pháp gia tải đất đắp có khuynh hướng gây chuyển vị ngang ra phía ngoài Trong thực tế thi công, để tăng nhanh quá trình cố kết mà vẫn đảm bảo tính ổn định, hai phương pháp n y đã được kết hợp lại với nhau Một số lượng lớn ứng dụng phương pháp n y trong việc xử lý nền đất yếu đã được báo cáo rộng rải bởi Bergado (1998), Tang và Shang (2000), Chu (2000), Chai (2008), Saowapakpiboon (2010),

Năm 1948, Kjellman một nhà khoa học người Thụy Điển đã tiến hành nghiên cứu v đưa ra lời giải giải tích cho một lăng trụ cố kết đối xứng trục Sau đó,

Hansbo (1981), Indraratna (1997) đã phát triển lời giải bằng cách xét đến sự cản giếng, vùng xáo trộn và chuyển bài toán từ đối xứng trục sang biến dạng phẳng Indraratna (2005) đã phát triển b i toán trong điều kiện hút chân không

Tuy nhiên các lý thuyết nêu trên đều xét đến việc tải trọng đặt một cách tức thời v không xét đến sự thay đổi tải trọng trong quá trình thi công Chính vì thế, Mẫn & Tuấn Anh (2010) đã phát triển b i toán có xét đến sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, từ đó tìm ra độ cố kết cho nền, giúp cho việc xác định độ lún theo thời gian khi tải trọng thay đổi

Luận văn “Nghiên cứu phương pháp tính toán, phân tích, mô phỏng cho một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện hút chân không” sẽ phân tích

bài toán bằng phương pháp giải tích, và mô phỏng phần tử hữu hạn (PTHH) để so sánh với kết quả đo đạc thực tế

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu của Luận văn dựa trên:

- Phương pháp giải tích tính toán sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo các giai đoạn thi công Từ đó xác định mức độ cố kết của nền v độ lún theo từng giai đoạn

- Phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng cho một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện hút chân không

- Dựa trên số liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng, độ lún bề mặt, độ lún theo độ sâu tại hiện trường

Từ ba phương pháp trên, tác giả tiến hành so sánh và phân tích ứng xử của một lăng trụ cố kết đối xứng trục trong điều kiện bơm hút chân không cho công trình nh máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2 và công trình kho dự trữ Cảng Thiên Tân (Trung Quốc) nhằm kiểm chứng lời giải giải tích và mô phỏng phần tử hữu hạn

3 Ý NGH A KHOA HỌC – Ý NGH A THỰC TIỄN

Những kết quả đạt được từ luận văn có thể giúp cho các kỹ sư thiết kế, thi công có thể thiết kế và đánh giá t nh hiệu quả của phương pháp xử lý nền đất yếu không chỉ bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp với đất đắp mà còn cho phương pháp bấc thấm kết hợp với gia tải một cách nhanh chóng Từ đó, lựa chọn biện pháp xử lý và thi công cho phù hợp

4 BỐ CỤC LUẬN VĂN

Phần: Mở đầu Trình bày mục tiêu nghiên cứu, đặt vấn đề, nội dung nghiên cứu, ý

nghĩa khoa học v ý nghĩa thực tiễn của luận văn

Chương 1: Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với gia tải Trình bày lịch sử hình thành và phát triển của giếng thấm, thi công và

quan trắc, đặc tính của bấc thấm, lời giải của Kjellman và Hansbo cho một lăng trụ

cố kết đối xứng trục, cũng như giới thiệu ứng dụng của việc chất tải bằng chân không

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày lời giải của Indraratna&Redana và

Mẫn&Tuấn Anh cho lăng trụ cố kết đối xứng trục, phương pháp phân t ch phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Sage Crisp, các mô hình đất v cách xác định các thông số cho mô hình

Chương 3: Kiểm chứng lời giải của phương pháp giải tích và phân tích phần tử hữu hạn cho công trình thực tế Trình b y các điều kiện địa chất công trình, kết

quả đo đặc thực tế, tính toán bằng phương pháp giải tích và mô phỏng phần tử hữu hạn cho công trình nh máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2 & công trình kho

dự trữ Cảng Thiên Tân (Trung Quốc) Từ đó, đánh giá t nh hiệu quả của hai phương pháp nêu trên

Phần: Kết luận và kiến nghị Trình bày các kết luận rút ra được từ luận văn, từ đó

đưa ra kiến nghị v đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT ẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BẤC THẤM

Daniel D Moran l người đầu tiên đề nghị sử dụng giếng cát v o năm 1925 v được thi công thử nghiệm một v i năm sau đó tại California, Mỹ Cát được sử dụng trong giếng cát phải được chọn lựa kỹ lưỡng để có hệ số thấm tốt nhất cho nên phải vận chuyển cát từ những ngu n th ch hợp xa vị tr công trường Ngo i ra, trong khi thi công rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn không bảo đảm được vai trò thoát nước do lỗi trong thi công hoặc do chuyển vị ngang của nền lớn Người ta đã bắt đầu nghĩ ra cách thay thế vật liệu thuận lợi hơn để thi công

Nửa sau thập niên 1930, Kjellman đã tiến h nh thử nghiệm PVD hoàn toàn bằng các tông Tuy nhiên với vật liệu n y, vấn đề nảy sinh l sự phá hoại nhanh chóng khi thi công v o nền đất

Năm 1971, Wager sử dụng PVD có lõi l m bằng chất dẻo (polyethylene) nhằm thay thế lõi bằng các tông Một thời kì mới mở ra đối với PVD, khi một số lượng lớn được chế tạo sẵn đã xuất hiện Thi công cắm PVD được cải thiện về tốc

độ v chiều sâu cắm (Holtz, 1991) Ngày nay, thoát nước với PVD được xem l phương pháp ch nh phổ biến dùng để xử lý nền đất có độ sâu lớn v được áp dụng rộng rãi

Thông thường, PVD có bề rộng 100mm, dày 4mm Lõi thấm l một loại chất dẻo, có nhiều rãnh nhỏ để l m khe thoát nước hoặc để đỡ lớp vỏ bọc khi có áp lực ngang ép vào Bao quanh lõi l lớp vải địa kỹ thuật bằng nhựa tổng hợp hoặc được dệt từ sợi nhựa tổng hợp Vỏ có tác dụng l m bộ lọc nước, hạn chế các hạt đất đi qua l m tắc nghẽn khe thoát nước Với kỹ thuật hiện nay, lưu lượng tháo nước của PVD có thể đạt 80m3  140m3/năm cao hơn rất nhiều so với độ thấm của đất yếu

1.2 THI CÔNG VÀ QUAN TRẮC

Trước khi thi công cắm bấc thấm cần chuẩn bị mặt bằng, bấc thấm sẽ được cắm xuống nền đất thông qua ống cắm đến độ sâu thiết kế Bấc thấm được giữ lại trong nền nhờ neo với tấm thép

Hình 1.1: Thi công cắm bấc thấm

Khi thi công các công trình lớn, việc lắp đặt các thiết bị quan trắc là rất quan trọng, chúng cho biết ứng xử của đất khi chịu tải trọng tác dụng, từ đó giúp cho người thiết kế dự đoán được tính hiệu quả v điều chỉnh lại thiết kế Thông thường, các thiết bị quan trắc được dùng là quan trắc chuyển bị ngang, độ lún, và áp lực nước lỗ rỗng

Hình 1.2: Các thiết bị quan trắc tiêu biểu cho công trình đắp

1.2.1 Quan trắc chuyển vị ngang

Thiết bị dùng để đo chuyển vị ngang có tên l Inclinometer dùng để đo chuyển

vị ngang của mặt trượt tự nhiên hay công trình đắp đất Ống vách được l m từ kim loại hay bằng nhựa được thi công v o trong nền đất nhờ lỗ khoan Để quan trắc chuyển vị ngang, thông thường thiết bị đo được lắp đặt tại chân khối đất đắp

1.2.2 Quan trắc lún mặt và lún theo độ sâu

Thiết bị đo lún mặt v lún theo độ sâu được lắp đặt tại vị tr cần xem xét tốc

độ lún dưới tác dụng của tải trọng, do đó chúng cần được lắp đặt sau khi thi công bấc thấm

1.2.3 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng

Thiết bị đo mực nước ngầm hay áp lực nước lỗ rỗng được gọi l piezometer Các thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng được lắp đặt bên dưới nền đất, tại nhiều độ sâu khác nhau

1.3 ĐẶC TÍNH CỦA BẤC THẤM

1.3.1 Đường kính tương đương của bấc thấm

Trong lý thuyết cố kết thấm theo phương ngang giếng thấm có hình trụ tròn, trong khi đó bấc thấm có tiết diện hình chữ nhật, do đó chúng ta cần phải quy đổi

th nh tiết diện tròn với đường k nh tương đương sao cho khả năng thoát nước bằng nhau

Hansbo (1981) đề nghị đường k nh tương đương bấc thấm có thể xác định theo công thức sau:



)(

d w 



(1.2)

Hình 1.3: Bấc thấm hình chữ nhật và đường kính giếng qui đổi

Một nghiên cứu khác của Long v Covo (1994) tìm ra cách xác định dw có thể được t nh toán bằng công thức: d w  0 , 5a 0 , 7b (1.3)

Với a l bề rộng của bấc thấm; b l bề d y của bấc thấm

Hình 1.4: Đường kính tương đương của bấc thấm

1.3.2 Khả năng thoát nước của bấc thấm

Mục đ ch của việc sử dụng bấc thấm l l m tiêu tán nhanh áp lực nước lỗ rỗng

v tháo nước lỗ rỗng trong nền đất yếu ra ngo i Vì vậy khả năng thoát nước của bấc thấm c ng cao thì hiệu quả của bấc thấm c ng lớn Khả năng thoát nước phụ

thuộc v o nhiều lý do: áp lực ngang của đất, sự uốn cong – gập ch ng bấc thấm, sự tắt đường thoát nước, thời gian,

Hình 1.5: Sự uốn – gập của bấc thấm

Bảng 1.1: Giá trị lưu lượng thoát nước tham khảo

Hình 1.6: Ảnh hưởng của áp lực ngang lên khả năng thoát nước của bấc thấm

1.2.3 Đường kính vùng ảnh hưởng

Thời gian để đạt được độ cố kết l h m số phụ thuộc v o bình phương đường

k nh có hiệu de của giếng thấm Thông số n y có thể được khống chế theo ý muốn

vì nó phụ thuộc v o khoảng cách giữa các giếng thấm v sơ đ bố tr giếng thấm Giếng thấm thường được bố tr theo sơ đ lưới ô vuông hoặc lưới tam giác đều

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí bấc thấm

Đường k nh vùng ảnh hưởng của giếng thấm được xác định như sau:

 lưới ô vuông

 lưới tam giác

Bố tr giếng thấm theo lưới hình vuông thuận tiện cho việc thi công hơn v thường được chọn, tuy nhiên lưới tam giác cho sự cố kết thấm giữa các giếng đ ng đều hơn

1.2.4 Sự cản thấm

Ở hiện trường, khả năng l m việc của bấc thấm có hiệu quả hay không phụ thuộc chủ yếu v o khả năng thoát nước của bấc thấm Nếu bấc thấm thoát nước kém thì quá trình cố kết diễn ra rất chậm, đặc biệt trong trường hợp bấc thấm cắm quá sâu Về lý thuyết t nh toán lời giải của Hansbo (1981) đã xét đến ảnh hưởng của độ cản thấm lên độ cố kết bằng cách đưa hệ số thấm hữu hạn v o phương trình liên tục của dòng thấm ở trong giếng Hansbo cũng giả thiết rằng tốc độ thấm tại bất kỳ mặt cắt n o của giếng cũng bằng với tốc độ lớn nhất của dòng thấm ở trong giếng

1.2.5 Vùng xáo trộn

Một yếu tố cần xét đến trong quá trình tính toán sự làm việc của bấc thấm, đó

là ảnh hưởng của vùng xáo trộn do công tác thi công cắm bấc thấm gây ra Vùng xáo trộn (smear zone) này sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình thấm thoát nước do l m thay đổi

hệ số thấm nguyên dạng của đất, dẫn đến thay đổi tốc độ cố kết của nền Thông thường bấc thấm được thi công bởi một ống thép chuyên dùng, ống thép được thiết kế sao cho giảm tối đa sự xáo trộn cho nền đất Vì vậy tiết diện ngang của ống thép có tiết diện hình oval hoặc hình chữ nhật với k ch thước vừa đủ để tránh hiện tượng ma sát giữa bấc thấm

và ống thép Tuy nhiên ống thép tiết diện tròn cũng khá phổ biến

Đường k nh vùng đất bị xáo trộn tùy thuộc vào ống thép được sử dụng thi công bấc thấm v k ch thước bộ phận neo bấc thấm trong đất Từ thí nghiệm, Bergado (1991) chỉ ra rằng, với ống thép thi công có đường kính nhỏ hơn thì nền sẽ

cố kết nhanh hơn (vùng đất xáo trộn cũng nhỏ hơn)

Với mục đ ch thiết kế, Jamiolkowski v Lancellotta (1981) đưa ra công thức

t nh đường kính vùng đất xáo trộn như sau:

) 6 5

√ (1.5)

Với là bề rộng, chiều dài của tiết diện ống thép

Bergado đã tiến hành thí nghiệm hiện trường và nhận xét với

là phù hợp

Bảng 1.2: Thông số đề nghị cho vùng xáo trộn

Nguồn Phạm vi Hệ số thấm Chú thích

Barron (1948) r s 1.6r m k h /k s  3 Giả thiết

Hansbo (1979) r s 1.53r m Dựa trên bài báo cùng thời

gian

Hansbo (1981) r s 1.5r m k h /k s  3 Giả thiết trong trường hợp

nghiên cứu Bergado et al (1991) r s  2r m k h /k s 1 Thí nghiệm trong phòng và

phân t ch nhược cho đất sét mềm Bangkok

Onoue (1991) r s 1.6r m k h /k s  3 Từ thí nghiệm

Almeida et al (1993) r s  1 5  2r m k h /k s 36 Dựa trên kinh nghiệm

Indraratna et al (1998) r s  4  5r m k h /k s  1 15 Thí nghiệm trong phòng cho

sét mềm Sydney Chai và Miura (1999) r s 23r m k h /k s C f(k h/k s) C là tỉ số giữa giá trị trong f

phòng và hiện trường Hird et al (2000) r s 1.6r m k h /k s  3 Đề nghị cho thiết kế

Xiao (2000) r s 4r m k h/k s  1 , 3 Thí nghiệm trong phòng cho

sét Kaolin

Hình 1.8: Vùng đất bị xáo trộn xung quanh ống Madrel (Bergado, 1996)

1.3 PHÁT TRIỂN LÝ THUYẾT BẤC THẤM

Hình 1.9: Mô hình lăng trụ thấm đối xứng trục

Trong đó :

S (m) : Khoảng cách bố trí lỏi thấm đứng

d w , r w (m) : Đường k nh, bán k nh tương đương của lỏi thấm (giếng)

d s , r s (m) : Đường kính, bán kính vùng xáo trộn

d e , R (m) : Đường k nh, bán k nh lăng trụ thấm Khi tiến h nh nghiên cứu quá trình cố kết của nền đất trong đó dùng lỏi thấm đứng, người ta phải tiến h nh giải quyết b i toán cố kết thấm ba chiều

2 2 2

2 2

2

z

u C y

u C x

u C t

u

z y

Năm 1935, L Rendulic đã đề nghị phương trình vi phân cố kết đối xứng trục

để xác định trị số áp lực nước lỗ rỗng khi dùng giếng cát như sau :

2 2 2

2

)

1(

z

u C r

u r r

u C t

u

v h

a

e k C

a

e k C

Những giả thiết ban đầu:

- Đất nền l đ ng nhất và bão hòa nước hoàn toàn

- Dòng chảy trong đất thành từng lớp v tuân theo định luật Darcy

- Tính thấm của đất được giả thiết l không đổi trong quá trình cố kết

- Lý thuyết biến dạng thẳng đều của Kjellman được áp dụng

- Chuyển vị tại các biên ngoài phần tử thấm và các ô là chuyển đứng, không cho phép chuyển vị ngang

- Sự thay đổi thể t ch tương ứng với sự thay đổi hệ số rỗng và hệ số nén thể tích

mv là hằng số trong quá trình cố kết

2.3.1 Lời giải của Kjellman (1948)

i (rad) : radian thủy lực (i= h/l = u/γ w l)

A(m2) : diện t ch bề mặt thấm qua phân tố đang xét, A= 2..r.dz

Xét một lát cắt ngang của lăng trụ thấm với chiều d y phân tố dz:

Hình 1.10: Lát cắt phân tố chiều dày dz

Trên phân tố đang xét, tại điểm cách trục một khoảng r, lƣợng thấm xuyên

tâm đƣợc xác định nhƣ sau:

dz r r

u k t q

t dz r r

u k t A i k t q q

w

h r

w

h h

o r

2

2

.

Lưu lượng thấm xuyên tâm qua mặt cắt r trong một đơn vị thời gian :

dz r r

u k t

q w

h r

2

Với : q r (m3/day): lượng nước thấm xuyên tâm trong khối đất

u (m3/day): áp lực nước lỗ rỗng tại điểm đang xét

k h (m3/day): hệ số thấm ngang (xuyên tâm)

w (m3/day): dung trọng của nước

Tốc độ giảm thể t ch do nước thoát ra được xác định:

t dz r r t

V t

V t

V t

V

e v

.(

)

(1.11)Trong đó V (m3) và  là thể tích và biến dạng đứng tương đối của khối đất Lưu lượng nước thoát ra phải bằng lượng giảm thể tích:

t r

r R k r

2

2 2

(1.12)Giải phương trình (1.12), ta được

t

r r r

r r k

w e h

2ln

2

2 2

(1.13)Trung bình hóa u theo r, ta được hàm áp lực nước lỗ rỗng trung bình tại độ sâu

z như sau:

t

R k

u r

R

udr r u

h w w

(

) 2 (

2 2

2

Trong đó: )

4

114

3(ln

2 2

n n

n n

u u

8 8

1

h h

e

h h

m

k c r

t c T



.

, 4

.

2 



2.3.2 Lời giải của Hansbo (1981)

Hansbo đã phát triển lời giải cho lăng trụ cố kết đối xứng trục bằng cách xét thêm tính cản giếng và vùng xáo trộn từ lời giải của Kjellman

Từ lời giải của Kjellman, ta thu được:

dz r r

u k t

q w

h r

2

V t

V t

V t

.(

)

(1.19)Lưu lượng nước thoát ra phải bằng lượng giảm thể tích:

t r

r R k r

2

2 2

Hình 2.11: Lát cắt phân tố dz có xét vùng xáo trộn và sự cản giếng

Phân tích sự thấm trong lỏi thấm đứng, xét mặt cắt ngang của lát cắt chiều dày dz của lỏi thấm tròn với bán kính r w , sự thay đổi dòng thấm đứng của nước theo thời gian,

theo phương z , từ mặt v o đến mặt ra của lát cắt có thể diễn giải như sau :

dt dz z

u q

dq

dt dz z

u z

r k dt dz z

i r k dq

w

w z

w

w w w

w z

.)

.(

.)

(

2 2

2 2

u k dt A i r k dq

w

w r

w w

r R k r

2

2 2

Trong vùng nguyên dạng, r s rR, ta có phương trình:

t r

r R k

2

2 2

(1.24)Trong vùng xáo trộn, r w rr s, ta có phương trình:

t r

r R k

2

2 2

(1.25)Trong đó :

Với : u s (kPa): áp lực nước lỗ rỗng trong vùng xáo trộn

k s (m/day): hệ số thấm ngang (xuyên tâm) trong vùng xáo trộn

Hàm áp lực nước lỗ rỗng trong lõi thấm:

t

z lz n

k

u w

w w

1 (

2 2

r R

z lz n

k

k k

w w

s s

.()2).(

1(

2.2

2 2 2

2 2

(1.27)

T ch phân phương trình (1.24) với điều kiện khi r = rs thì u = us:

t

r r r

r R r r r

r R k

k z lz n

w s

h w

)2ln

.()2).(

1(

2

2

2 2 2

2 2 2

2 2

(1.28)Trung bình hóa theo u, ta có phương trình sau:

) 2 (

2 ln 4

3 ln

2 )

(

) 2 ( )

2 (

2

2 2

2

z lz q

k s k

k s

n

t

R k

u r

R

udr r dr

u r u

w h s

h z

z h

w w

R r r

r

s

s s

Với

w r

R

n và

w

s r

1

h h

h h

m

k c R

t c T



.

, 4

.

2 



1.4 ỨNG DỤNG CỦA CHẤT TẢI BẰNG CHÂN KHÔNG

Đặc t nh cơ học của đất được xử lý bằng phương pháp gia tải áp lực chân không v gia tải bằng khối đất đắp l rất khác nhau Với phương pháp gia tải bằng khối đất đắp, quá trình cố kết l kết quả của sự thay đổi thể t ch trong đất cũng như ứng suất cắt gây ra chuyển vị đất nền, chuyển vị ngang có xu hướng ra ngo i khối đất đắp gây mất ổn định Trong khi đó, phương pháp bơm hút chân không chỉ gây ra

sự gia tăng ứng suất đẳng hướng trong nền đất, vì thế nó gây ra độ lún v xu hướng chuyển vị v o bên trong nền đất

Phương pháp kết hợp gia tải đất đắp và áp lực chân không có rất nhiều ưu điểm vượt trội như: gia tăng áp lực cố kết trong nền đất yếu, gia tăng hệ số an toàn của khối đất đắp trong quá trình thi công, cũng như l m giảm chuyển vị ngang của

nền Hình 1.12, tải trọng do khối đất đắp gây ra sự gia tăng ứng suất cắt trong nền

đất v do đó gây ra chuyển vị ngang ra phía ngoài khối đắp Trong khi đó, áp lực chân không là áp lực cố kết đẳng hướng, có khuynh hướng gây chuyển vị bên trong nền trong suốt quá trình thi công Do đó, để giảm thiểu chuyển vị ngang, ta có thể kết hợp hai phương pháp n y lại với nhau

Hình 1.12: Minh họa chuyển vị ngang của nền đất dưới tác dụng của tải đất đắp kết

hợp với áp lực chân không

1.4.1 Nguyên tắc hoạt động của bơm hút chân không

- Loại bỏ áp lực không kh trong đất nền, thành một môi trường đóng k n (bao

g m ph a trên l m ng k n kh , bên dưới v xung quanh l môi trường đất độ thấm nhỏ bão hòa nước)

- Duy trì hệ thống thoát nước hiệu quả dưới m ng để tống nước v không kh ra khỏi đất trong suốt thời gian bơm

- Giữ cho môi trường không bão ho nước bên dưới m ng

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

- Neo chặt v bịt k n hệ thống ở chu vi ngoại biên của vùng xử lý

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

Hình 1.13: Sơ đồ hoạt động của phương pháp hút chân không

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

- Nếu kết hợp gia tải sau khi hút chân không, do t nh chất bù trừ áp lực nở hông

do hút chân không (co đất) v 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

Nhược điểm

- Yêu cầu máy móc v kỹ thuật thi công cao, dẫn đến giá th nh đắt

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

- Rất khó l m k n kh nên gây thất thoát áp lực hút

Tuy nhiên với kỹ thuật ng y c ng ho n thiện công nghệ hút chân không đã v đang dần trở nên phổ biến trên thế giới

Hình 1.14: Ứng suất trong phương pháp gia tải chân không và đắp đất

1.4.3 Kết hợp gia tải trước bằng đất đắp 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 có nhược điểm l áp lực gia tải hạn chế bởi hiệu suất bơm hút (chỉ đạt 70 - 80 kPa), nên thường được kết hợp với biện pháp gia tải trước đất đắp

Thông thường, giai đoạn bơm hút chân không sẽ được áp dụng trước l m cho đất nền tăng sức chịu tải, sau đó mới triển khai giai đoạn gia tải đất đắp theo nhiều cấp tiếp theo

Ngo i ra, để giảm các chuyển vị ngang nằm ở chu vi khu vực xử lý khi tiến

h nh hút chân không, việc gia tải bằng đất đắp phải được cân nhắc sao cho có khuynh hướng l m triệt tiêu chuyển vị n y

1.4.4 Một số công trình thực tế áp dụng phương pháp thi công gia tải kết hợp bơm hút chân không

Việc nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ gia tải bơm hút chân không đã được triển khai v th nh công ở nhiều nước trên thế giới Trung Quốc l nước đã tiến h nh 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 n y như cảng Xingang, Tianjing Tại Nhật Bản, phương pháp n y 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 đang được phổ biến Một số công trình tiêu biểu đã v đang xử lý:

Bảng 1.3: Một số công trình xử lý bằng công nghệ gia tải hút chân không tại

Việt Nam

Công trình Năm Địa điểm Diện tích xử lý

(m 2 )

Nh máy kh điện đạm C Mau 2006 Cà Mau 130.000

Nhà máy sản xuất sợi tơ Polyster

Đình Vũ

Nh máy nhiệt điện chu trình hỗn

hợp Nhơn Trạch 2

Kho chứa LPG lạnh Thị Vải 2010 B Rịa – Vũng T u 49.720

Nh máy nhiệt điện Thái Bình 2011 Thái Bình 95.000

Nh máy nhiệt điện Long Phú 1 2011 Sóc Trăng 700.000

Nh máy nhiệt điện Duyên Hải 1 2011 Trà Vinh 560.000 Khu liên hợp gang thép Formosa 2012 H Tĩnh 2.900.000

Hình 1.15: Nhà máy sản xuất xơ sợi Polyester Đình Vũ

Hình 1.16: Nhà máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2

Hình 1.17: Kho chứa LPG lạnh Thị Vải