Luận văn Dự báo độ lún của nền đất yếu khi xử lý bằng phương pháp hút chân không có màng kín khí (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Dự báo độ lún của nền đất yếu khi xử lý bằng phương pháp hút chân không có màng kín khí (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VAN A DỰ BÁO ÐỘ LÚN CỦA NỀN ÐẤT YẾU KHI XỬ LÝ BẰNG PHUONG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG CÓ MÀNG KÍN KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP : 60.58.02.08 S K C0 0 5 0 6 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN A DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU KHI XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG CÓ MÀNG KÍN KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 /2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN A DỰ BÁO ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU KHI XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG CÓ MÀNG KÍN KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN VŨ TỰ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 /2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Văn A Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 27/07/1986 Nơi sinh: Cần Thơ Quê quán: Cần Thơ Dân tộc: Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 15/1, P.Hiệp Bình Chánh, Q.Thủ Đức, Tp.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0996.08.9192 Fax: E-mail: nguyenvanatccs@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2004 đến 03/2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Cần Thơ, Tp.Cần Thơ Ngành học: Xây dựng dân dựng và công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế kết cấu “Nhà công vụ Công an Tỉnh Sóc Trăng” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 20/11/2008 – Đại học Cần Thơ Người hướng dẫn: Trần Vũ An III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH Kiến Trúc Hậu 10/2009-12/2010 Thiết kế kết cấu, dự toán Giang 01/2010 - nay Trường Cao đẳng CSND II Quản lý dự án i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 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 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii
6. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin chân thành cám ơn chân thành đến thầy TS. Trần Vũ Tự. Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy Ths. Nguyễn Trọng Nghĩa, giảng viên Khoa Xây Dựng Trường Đại học Mở Tp.Hồ Chí Minh, đã tạo những điều kiện thuận lợi, đóng góp ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình nghiên cứu. Tác giả tỏ lòng biết ơn đến anh em ở công ty FECON đã tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả thu thập tài liệu, số liệu, cung cấp những thông tin cần thiết liên quan đến quá trình nghiên cứu, thực hiện luận án, giúp tác giả khảo sát, tham quan và tiếp cận công trình nơi xử lý nền bằng phương pháp mà tác giả đang nghiên cứu. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến đơn vị nơi tác giả đang công tác là Trường Cao đẳng Cảnh sát nhân dân II, đã tạo điều kiện tài chính, động viên để tác giả yên tâm tập trung nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình. Để hoàn thành được luận văn của mình tác giả nhận được sự động viên, ủng hộ, chia sẻ kịp thời từ gia đình trong những lúc khó khăn nhất, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chia sẻ những thành công có được của bản thân đến gia đình. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên, ủng hộ, chia sẻ trong quá trình tác giả hoàn thành luận văn của mình. iii
7. TÓM TẮT Luận văn này xây dựng mô hình tính toán dự báo lún trong xử lý nền đất yếu bằng phương pháp hút chân không có màng kín khí. Đối tượng khảo sát nghiên cứu là công trình “Nhà máy chế biến gỗ MDF” ở Huyện Châu Thành, Tỉnh Kiên Giang. Thông qua kết quả nghiên cứu, luận văn đưa ra được một số đóng góp cho công tác tính toán dự báo lún, cụ thể như sau: • Đề xuất tính toán dự báo lún bằng phương pháp quy đổi ứng suất tương đương, trong đó áp lực chân không theo độ sâu lấy trung bình là 60kPa. • Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố hệ số cố kết ngang Ch , tỷ số ds kr kr Rd , tỷ số Rs , tỷ số f đến sai số độ lún dự đoán. dw ks qw • Chứng minh vai trò vượt trội của kết quả thí nghiệm CPTu so với thí nghiệm ODE trong việc tính giá trị áp lực tiền cố kết theo độ sâu. Qua đó đề xuất sử dụng thí nghiệm này trong công tác thí nghiệm khảo sát địa chất cho công trình xử lý nền bằng phương pháp hút chân không. • Đề xuất kinh nghiệm xác định giá trị chỉ số nén Cc trong trường hợp số liệu địa chất cho kết quả kém tin cậy hoặc để đối chiếu với kết quả thí nghiệm. iv
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt vi Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt viii Danh sách các hình x Danh sách các bảng xiii Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Một số phương pháp xử lý nền đất yếu 1 1.1.1. Khái niệm nền đất yếu 1 1.1.2. Một số phương pháp xử lý nền đất yếu 2 1.2. Tổng quan về ứng dụng và nghiên cứu cố kết chân không 4 1.2.1. Tình hình ứng dụng phương pháp cố kết chân không 4 1.2.2. Tình hình nghiên cứu cố kết chân không ở ngoài nước 10 1.2.3. Tình hình nghiên cứu cố kết chân không ở Việt Nam 14 1.3. Ý nghĩa của đề tài 18 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1. Nguyên lý hút chân không 19 2.2. Bài toán cố kết thấm 21 2.2.1. Bài toán thấm 1 chiều 21 2.2.2. Bài toán cố kết thấm 3 chiều 22 2.3. Tính toán dự báo lún trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 26 2.4. Đường cố kết lún theo thời gian 30 2.5. Phương pháp phân tích hồi quy tuyến tính 31 2.5.1. Khái niệm về hồi quy 31 v
9. 2.5.2. Phương pháp bình phương tối thiểu trong phân tích hồi quy 31 2.5.3. Hệ số xác định bội và hệ số xác định bội đã điều chỉnh 31 2.5.4. Kiểm định độ tin cậy của thang đo (kiểm định Cronbach’s Alpha) 33 2.5.5. Phân tích tương quan 33 2.5.6. Mô hình hồi quy tuyến tính đơn 34 2.5.7. Mô hình hồi quy tuyến tính đa biến 35 2.5.8. Kiểm định giả thuyết trong hồi quy bội 36 2.5.9. Hiện tượng đa cộng tuyến trong phân tích hồi quy 39 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 3.1. Phương pháp tổng hợp, phân tích, dự báo số liệu đầu vào 40 3.1.1. Khu vực nghiên cứu 40 3.1.2. Điều kiện địa chất của công trình 41 3.1.3. Dự báo số liệu đầu vào để tính toán dự báo lún 45 3.2. Đề xuất mô hình tính toán dự báo lún, các nhân tố ảnh hưởng đến bài toán lún 53 3.2.1. Mô hình tính toán dự báo độ lún cố kết theo phương pháp quy đổi tương đương 53 3.2.2. Mô hình đánh giá các nhân tố ảnh hưởng trong tính toán dự báo lún cho phương pháp hút chân không có màng kín khí thông qua phương pháp hồi quy 60 Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined.65 4.1. Đóng góp 1: Đề xuất mô hình tính toán dự báo lún bằng phương pháp quy đổi ứng suất tương đương 65 4.2. Đóng góp 2: Mức độ ảnh hưởng của các nhân tố đến tính toán dự báo lún 84 4.2.1.Số liệu đầu vào 85 4.2.2.Tạo dữ liệu cho mô hình hồi quy 88 4.2.3. Kiểm định độ tin cậy thang đo Cronbach's Alpha 89 4.2.4. Phân tích tương quan các nhân tố ảnh hưởng 91 4.2.5. Phân tích hồi quy mô hình 92 4.2.6. Đánh giá độ nhạy của các nhân tố 94 vi
10. 4.3. Đóng góp 3: Vai trò vượt trội của kết quả thí nghiệm CPTu so với thí nghiệm ODE trong việc tính giá trị áp lực tiền cố kết theo độ sâu 97 4.4. Đóng góp 4: Kinh nghiệm xác định giá trị chỉ số nén Cc 99 Chương 5: KẾT LUẬN 102 5.1. Kết luận 102 5.2. Hướng phát triển của đề tài 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 108 vii
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU a - Hệ số nén lún của đất Cc - Chỉ số nén lún Ch - Hệ số cố kết theo phương ngang Cs - Chỉ số nở Cv - Hệ số cố kết theo phương thẳng đứng C - Chỉ số nén lún thứ cấp De - Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm ds - Đường kính tương đương của vùng đất bị xáo trộn xung quanh bấc thấm dw - Đường kính tương đương của bấc thấm e0 - Hệ số rỗng ban đầu của đất ep - Hệ số rỗng tương ứng với điểm cuối của đoạn cố kết sơ cấp F(n) - Hệ số khoảng cách bấc thấm Fr - Hệ số sức cản của bấc thấm Fs - Hệ số vùng xáo trộn Gs - Tỷ trọng hạt H, Hdr - Chiều sâu thoát nước theo phương thẳng đứng Hi - Chiều dày lớp đất thứ i Ip - Chỉ số dẻo kh - Hệ số thấm phương ngang kr - Hệ số thấm phương bán kính ks - Hệ số thấm vùng xáo trộn kv - Hệ số thấm phương đứng Pa - Áp suất khí quyển pvac - Áp suất chân không PVD - Vật liệu thoát nước thẳng đứng viii
12. qw - Khả năng thoát nước của bấc thấm R2 - Hệ số xác định bội Si - Độ lún tức thời Sc - Độ lún cố kết S - Độ lún thứ cấp t - Thời gian Th, Tv - Nhân tố thời gian u - Áp lực nước lỗ rỗng Uh - Độ cố kết theo phương ngang Uv - Độ cố kết theo phương đứng VIF - Thừa số tăng phương sai w - Độ ẩm wL - Giới hạng lỏng sat - Trọng lượng riêng đất bão hòa unsat - Trọng lượng riêng đất chưa bão hòa embankment - Trọng lượng riêng của đất đắp w - Trọng lượng riêng của nước p - Áp lực tiền cố kết vz - Áp lực trọng lượng bản thân ở giữa lớp đất đang tính lún p - Ứng suất gia tăng do tải trọng ngoài ix
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý phương pháp MVC 7 Hình 1.2. Thi công phương pháp MVC 8 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý phương pháp không có màng kín khí Beaudrain-S 9 Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý phương pháp không có màng kín khí Beaudrain 10 Hình 1.5. Sự cố kết có kết hợp hút chân không và gia tải 11 Hình 1.6. Các trường hợp phân phối áp suất chân không theo 2 phương 11 Hình 1.7. Mô hình tính toán vật liệu thoát nước 12 Hình 1.8. Tổng hợp tính toán lún theo thời gian ở mô hình 2D và 3D 13 Hình 1.9. Lắp đặt hệ thống hút nước, thiết bị đo biến dạng và gia tải 14 Hình 1.10 Kết quả quan trắc lún bằng MVC và Beaudrain 15 Hình 1.11 Thi công hệ thống thu nước, lớp kín khí 16 Hình 1.12 Lắp đặt quan trắc, vận hành bơm hút chân không 16 Hình 1.13 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư dự đoán – quan trắc 17 Hình 2.1. Bản chất của cố kết thấm 19 Hình 2.2. Lộ trình ứng suất ứng gia tải thông thường và hút chân không 20 Hình 2.3. Sơ đồ thấm 1D 21 Hình 2.4. Xác định H50 và t50 theo phương pháp Casagrande 24 Hình 2.5. Mô hình tải phân bố dạng hình thang 27 Hình 2.6. Biểu đồ Osterberg tính ứng suất chịu tải băng dạng hình thang 28 Hình 2.7. Sơ đồ xác định hệ số Cα 29 Hình 2.8. Đường điểu chỉnh lún cố kết theo quá trình thi công 30 Hình 2.9. Kiểm định giả thuyết theo phương pháp p-value 37 Hình 3.1. Vị trí địa lý KCN Thạnh Lộc, Tỉnh Kiên Giang 40 Hình 3.2. Mặt bằng các khu xử lý của công trình “Nhà máy chế biến gỗ MDF Tỉnh Kiên Giang 41 Hình 3.3. Mặt bằng hố khoan khảo sát địa chất công trình “Nhà máy chế biến gỗ MDF- Tỉnh Kiên Giang” 42 Hình 3.4. Mặt bằng cắt địa chất khu 3 (hố khoan HK3-HK4) 43 x
14. Hình 3.5. Phương pháp xác định áp lực tiền cố kết 45 Hình 3.6. Biểu đồ CPTu của lớp đất (2) 47 Hình 3.7. So sánh chất lượng “mẫu” trong thí nghiệm nén cố kết 49 Hình 3.8. So sánh đường cong nén lún giữa hộp nén thương mại (IL-Tedi) với hộp cố kết Nhật Bản (IL-Paris) 50 Hình 3.9. Quan hệ giữa chỉ số nén Cc và độ ẩm 52 Hình 3.10. Sơ đồ quy đổi gia tải hút chân không thành gia tải đất đắp tương đương 54 Hình 3.11. Sơ đồ quy đổi áp lực hút chân không thành ứng suất thẳng đứng do tải trọng ngoài tương đương 55 Hình 3.12. Thông số của lớp đất 56 Hình 3.13. Biểu đồ độ chênh áp lực trong PVD ở độ sâu 3,5m thuộc Dự án “Đường cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây” 58 Hình 3.14. Biểu đồ độ chênh áp lực trong PVD ở độ sâu 7m thuộc Dự án “Đường cao tốc Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây” 59 Hình 3.15. “Miền” sai số được đề xuất giữa đường cong lún quan trắc với đường cong lún tính toán 60 Hình 3.16. Sơ đồ mô hình đánh giá các nhân tố ảnh hưởng đến tính toán dự báo lún bằng phương pháp hồi quy 61 Hình 3.17. Biểu đồ thi công gia tải theo thời gian 62 Hình 3.18. Phân tích Cronbach’s Alpha trong SPSS v.20 63 Hình 3.19. Phân tích tương quan (Correlations) trong SPSS v.20 64 Hình 3.20. Phân tích hồi quy bội trong SPSS v.20 64 Hình 4.1. Các trường hợp quy đổi áp lực hút chân không thành gia tải đất đắp 65 Hình 4.2. Các trường hợp quy đổi áp lực hút chân không thành ứng suất tương đương 66 Hình 4.3. Đường cong lún theo phương pháp quy đổi đất đắp tương đương với số liệu quan trắc 67 Hình 4.4. Đường cong lún theo quy đổi đất đắp cao 3m 68 Hình 4.5. Đường cong lún theo quy đổi đất đắp cao 3,5m 69 Hình 4.6. Đường cong lún theo quy đổi đất đắp cao 4m 70 xi
15. Hình 4.7. Đường cong lún theo quy đổi đất đắp cao 4,5m 71 Hình 4.8. Đường cong lún theo phương pháp quy đổi ứng suất tương đương với số liệu quan trắc 72 Hình 4.9. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 80kPa 73 Hình 4.10. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 70kPa 74 Hình 4.11. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 60kPa 75 Hình 4.12. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 800kP 76 Hình 4.13. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 8010kP 77 Hình 4.14. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 8020kP 78 Hình 4.15. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 8030kP 79 Hình 4.16. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 8040kP 80 Hình 4.17. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 8050kP 81 Hình 4.18. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD là 8060kP 82 Hình 4.19. Đường cong lún theo quy đổi ứng suất tương đương, áp suất chân không dọc PVD từ 010m là 800kPa 83 Hình 4.20. Sơ đồ thuật toán tạo dữ liệu mô hình hồi quy trong Matlab 89 Hình 4.21. Biểu đồ phân tích độ nhạy hệ số cố kết ngang Ch 94 Hình 4.22. Biểu đồ phân tích độ nhạy hệ số cố kết ngang Rd 95 Hình 4.23. Biểu đồ phân tích độ nhạy hệ số cố kết ngang Rs 96 Hình 4.24. Biểu đồ giá trị áp lực tiền cố kết theo độ sâu của thí nghiệm CPTu và thí nghiệm nén cố kết 98 xii
16. Hình 4.25. Biểu đồ so sánh độ lún tính toán theo thí nghiệm cố kết với số liệu quan trắc thực tế (SP8) 100 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1. Một số công trình ứng dụng phương pháp có màng kín khí do công ty Menard thực hiện từ năm 1989 5 Bảng 1.2. Một số công trình ứng dụng phương pháp không có màng kín khí 6 Bảng 3.1. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ở khu 3 44 Bảng 3.2. Bảng tổng hợp giá trị áp lực tiền cố kết của lớp đất (2) theo độ sâu 46 Bảng 3.3. Một số biểu thức thực nghiệm để tính Cc và Cs 50 Bảng 4.1. Bảng tổng hợp sai số độ lún dự đoán – quan trắc theo quy đổi đất đắp tương đương 67 Bảng 4.2. Bảng tổng hợp sai số độ lún dự đoán – quan trắc theo quy đổi ứng suất tương đương 72 Bảng 4.3. Bảng tính toán giá trị áp lực tiền cố kết của lớp đất (2) theo độ sâu thông qua thí nghiệm CPTu 97 Bảng 4.4. Bảng tính giá trị Cc tham khảo thông qua quan hệ trung gian với các chỉ tiêu cơ lý 99 xiii
17. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Một số phương pháp xử lý nền đất yếu 1.1.1. Khái niệm nền đất yếu Ở Việt Nam hiện nay, việc xây dựng các công trình có trọng tải lớn trên nền đất yếu là việc khá phổ biến do nước ta có địa hình, địa chất khá phức tạp. Việc làm sao để xử lý, gia cố nền móng cần được nghiên cứu chi tiết, cẩn thận, nghiêm túc để có thể đảm bảo được độ an toàn cho công trình thi công. “Nền đất yếu” là khái niệm được nhắc đến khá nhiều. Có rất nhiều tiêu chí khác nhau để giá nền đất được gọi là “đất yếu”: • Theo Terzaghi và Peck [7] đất rất yếu khi cường độ nén đơn nhỏ hơn 25 kPa và yếu khi nó lớn hơn 25 kPa và nhỏ hơn 50 kPa. • Trong TCVN 9355:2012 [10] quy định các loại đất yếu thường gặp là bùn, các loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo nhão. Những loại đất này có một số chỉ tiêu đặc trưng như: Độ sệt lớn (IL>1), Hệ số rỗng lớn (e>1), Góc ma sát trong nhỏ (φ <100), Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C< 15 kPa, Lực dính theo kết quả cắt cánh hiện trường Cu < 35 kPa, Sức kháng mũi xuyên tĩnh qc < 0,1 MPa, Chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N<5. Tóm lại, nền đất yếu là nền đất không đáp ứng đủ độ bền và sức chịu tải của tải trọng công trình đặt trên nó. Khi xây dựng có thể đất sẽ bị biến dạng nhiều khiến công trình không thể xây dựng hoặc không đáp ứng yêu cầu về mặt kĩ thuật. Vì vậy khi chịu một lực tải bên trên đất yếu sẽ bị lún. Khi tiến hành thi công công trình trên nền đất yếu, người thiết kế cần nghiên cứu kĩ về loại đất nền. Tùy thuộc vào tính chất, đặc 1
18. điểm của đất nền mà áp dụng phương pháp gia cố nền đất yếu phù hợp. Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số chỉ tiêu cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất 1.1.2. Một số phương pháp xử lý nền đất yếu Để đạt được những yêu cầu nêu trên, hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu, trong đó có một số biện pháp xử lý được áp dụng phổ biến như sau: 1.1.2.1. Phương pháp làm chặt lớp đất mặt Phương pháp làm chặt lớp đất mặt là phương pháp đã được sử dụng từ lâu trên thế giới, trong đó thiết bị cơ giới là thiết bị chính để làm chặt đất. Để làm chặt đất cần xác định được giá trị độ ẩm tốt nhất cho nền đất, do chỉ đầm nén bề mặt nên khi tải trọng tác dụng lên nền thì chỉ một phần đất ở độ sâu hạn chế tiếp nhận được ảnh hưởng này. Do đó giải pháp đầm nén trực tiếp bề mặt được áp dụng chủ yếu cho nền đất đắp mới. Một số phương pháp đầm chặt lớp đất mặt hiện nay như: • Làm chặt đất bằng đầm rơi: dùng vật nặng có khối lượng từ 2 đến 4 tấn rơi từ độ cao 4 m đến 5 m, chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đường kính, khối lượng và chiều cao rơi của vật đầm cũng như tính cơ lý của đất. • Làm chặt đất bằng đầm lăn: dùng xe lu để đầm chặt đất, chủ yếu được dùng trong công trình giao thông, tuỳ thuộc vào trọng lượng xe và số lần đầm mà chiều sâu đầm chặt có thể đạt từ 0,3 m đến 0,5 m. • Làm chặt đất bằng đầm run: dùng chấn động tạo ra dao động liên tục làm cho các hạt đất, cát di chuyển lấp vào khoảng trống, giữa các hạt có kích thước lớn hơn, phương pháp này chủ yếu dùng để nén chặt đất cát, chiều sâu đầm chặt lớn hơn so với đầm lăn. 1.1.2.2. Phương pháp làm chặt lớp đất dưới sâu Phương pháp này được ứng dụng cho việc đầm chặt đất hạt rời (đất cát, đất đắp) có chiều sâu lớn hơn 1,5m, biện pháp thực hiện phổ biến làm làm chặt đất bằng thủy chấn. 2
19. Ưu điểm của phương pháp này là làm chặt nền cát nhân tạo có chiều lớn bằng cách vừa phun nước vừa tạo chấn động tác dụng vào trong cát. Khi đó các hạt sẽ sắp xếp lại ở trạng thái nén chặt nhanh hơn. Trong thi công thường sử dụng các ống thép có đầu nhọn, có đục lỗ xung quanh thân ống, đóng vào trong đất đến độ sâu cần xử lý. 1.1.2.3. Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát Phương pháp này sử dụng hiệu quả cho lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3 m. Trong thi công sẽ thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đât yếu bằng cát hạt trung hoặc hạt thô đầm chặt. Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng và làm tăng khả năng ổng định của công trình. Biện pháp thi công đơn giản nên được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên cần xem xét khi nền đất có mực nước ngầm cao vì đệm cát sẽ kém ổn định, tốn kém chi phí hạ mực nước ngầm. 1.1.2.4. Phương pháp xử lý nền bằng cọc vôi – đất, cọc xi măng đất, cọc cát Cọc vôi thường được xử lý các lớp đất yếu như than bùn, bùn sét, sét pha ở trạng thái dẻo nhão. Khi hydrat hóa, vôi chưa tôi có khả năng hấp thụ lượng nước lớn nên làm giảm độ ẩm và tăng quá trình nén chặt. Vôi đóng vai trò làm chất kết dính liên kết các hạt đất, vôi tác dụng với nước sẽ tăng thể tích nên làm đất nén chặt lại, làm tăng lực dính lên khoảng 2 đến 3 lần dẫn đến sức chịu tải của nền đất tăng theo. Cọc xi măng khi trộn vào đất sẽ xảy ra quá trình thủy phân và hydrat hóa xi măng, quá trình này sẽ tạo ra một lượng lớn hydroxit canxi, làm tăng pH của nước lỗ rỗng trong đất dẫn đến phá hủy các khoáng vật trong đất tạo nên vật liệu gắn kết đông cứng và làm tăng cường độ hỗn hợp đất xi măng. Cọc cát là phương pháp đưa một lương cát vào nền đất nhằm cải tạo đất nền, giảm độ lún công trình, tăng sức kháng cắt cho đất. Hiệu quả của việc gia cố phụ thuộc vào khoảng cách, đường kính cũng như hình dạng bố trí cọc. 1.1.2.5. Phương pháp gia tải nén trước với thoát nước thẳng đứng Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý cho các lớp đất yếu như than bùn, bùn sét, sét pha dẽo. Tải trọng lớp đất đắp có thể lớn hơn hoặc bằng tải trọng công trình 3
20. trong tương lai. Lớp gia tải được thi công thành từng lớp, thời gian và độ dày mỗi lớp phải đảm bảo đề nền đất luôn trong điều kiện ổn định. Khi thi công phải có biện pháp tạo đường thoát thuận lợi cho nước lỗ rỗng thoát ra ngoài phạm vi nền đất đắp. Phương pháp này thường dùng giếng cát hoặc bấc thấm để tăng tốc độ lún theo thời gian. Tuy nhiên việc sử dụng bấc thấm đòi hỏi thiết bị, công nghệ thi công kỹ thuật cao. 1.1.2.6. Phương pháp hút chân không (cố kết chân không) Phương pháp hút chân không là kỹ thuật xử lý nền đất yếu được cải tiến từ phương pháp tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước bằng cách hút chân không trong các ống tiêu nước. Phương pháp này có thể kết hợp với gia tải đất đắp để tăng nhanh thời gian lún và chiều sâu xử lý. Ưu điểm của phương pháp này là thời gian thi công ngắn, đất cố kết nhanh và triệt để, áp dụng thi công trên diện rộng, cho hiệu quả cao trong xử lý nền đất yếu cho công trình dân dụng, giao thông và thủy lợi. Hạn chế của phương pháp này là chỉ xử lý khu vực đất yếu với chiều sâu hiệu quả khoảng 35m, tại Việt Nam công nghệ này bước đầu đã áp dụng cho các dự án xây dựng các nhà máy nhiệt điện, hạ tầng khu công nghiệp, bến cảng. Đối với các công trình giao thông đây là một công nghệ xử lý nền đất yếu hoàn toàn mới mẻ. Do đó việc nghiên cứu, ban hành các quy trình, quy phạm tính thiết kế trong công nghệ xử lý đất yếu bằng bấc thấm kết hợp biện pháp cố kết chân không là cần thiết. Tóm lại các phương pháp nêu trên có mỗi ưu nhược điểm khác nhau và được áp dụng cho từng công trình phù hợp, qua đó cho ta nhận thấy để xử lý nền đất yếu có chiều dày trong khoảng 35 m thì phương pháp gia tải kết hợp với thiết bị thoát nước thẳng đứng cho hiệu quả tốt. Đồng thời phương pháp hút chân không được áp dụng ở nước ta trong thời gian gần đây cho thấy tính ưu việt của nó trong giai đoạn hiện nay. 1.2. Tổng quan về ứng dụng và nghiên cứu cố kết chân không 1.2.1. Tình hình ứng dụng phương pháp cố kết chân không Tiến sĩ W. Kjellman (1952) [16] lần đầu tiên đã giới thiệu phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất sét yếu. Sau đó bài toán cố kết chân không được nghiên cứu 4
21. lại bởi giáo sư J.M. Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới, đến những năm 70 cố kết chân không được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là ở Nga và Nhật. Năm 1989 hãng xây dựng Menard dựa trên nghiên cứu và phát minh của giáo sư J.M. Cognon lần đầu tiên áp dụng phương pháp cố kết MVC (Menard Vacuum Consolidation) trên diện tích 390 m2 của một trường huấn luyện phi công ở Ambes, Pháp. Theo sự cải tiến này là kết hợp lớp gia tải bằng đất và sự chênh lệch giữa áp suất khí quyển với áp suất chân không dưới màng kín khí bao phủ bề mặt diện tích xử lý. Từ đó phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Một số công trình xử lý nền bằng cố kết chân không theo phương pháp MVC ở các nước trên thế giới như ở Bảng 1.1. Bảng 1.1 Một số công trình ứng dụng phương pháp có màng kín khí do công ty Menard thực hiện từ năm 1989 [20] Tên công Phạm vi Năm Nước Loại công trình Đơn vị tư vấn trình ( m 2) Kho hàng sân IGB – Dr 2001 Hamburg Đức 238.000 bay Maybaum Đường vào nhà 2001 Bang Bo Thái Lan Seatac 30.000 máy điện Nhà máy xử lý 1999 Jangyoo STP Hàn Quốc KECC 70.000 nước thải 1999 Quebec Canada Cầu QDOT 1.000 1997 Wismar Đức Cảng Steinfeld & Part 15.000 1996 Khimae PS Hàn Quốc Trạm bơm KECC 20.000 CETE Fort de 1996 RN1 Pháp Đường vòng 6.150 France 1995 Kuching Malaysia Cầu tàu ACER 12.000 Nhà máy xử lý 1995 Khimae STP Hàn Quốc KECC 83.580 nước thải 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4