NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU PGS TS TRẦN TUẤN HIỆP ThS TRẦN ĐỨC ĐÌNH Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu lựa chọn loại bấc thấm thích hợp bố trí hợp lý chùng mặt nhằm nâng cao hiệu kinh tế - kỹ thuật sử dụng loại vật liệu xử lý đất yếu Summary: This presents the results of a research into selection of suitable textile weak drains and their proper arrangement on soft soil site to enhance the cost-effective value I ĐẶT VẤN ĐỀ Sử dụng bấc thấm để tăng nhanh thời gian cố kết đất yếu giải pháp áp dụng ngày rộng rãi xây dựng đường ô tô; nhiên hiệu giải pháp phụ thuộc vào hai vấn đề cần quan tâm nghiên cứu: lựa chọn loại bấc thấm bố trí chúng? Hiện thị trường tồn nhiều loại bấc thấm với chất lượng khác nhiều nhà cung cấp khác nhau, việc sử dụng loại số vấn đề phụ thuộc vào hai yếu tố: nguồn cung cấp người sử dụng CT Các nguồn cung cấp: thông tin quảng cáo giới thiệu sản phẩm hãng sản xuất, nhà phân phối thường phong phú đa dạng, nhiều thông tin chưa xác hồn tồn, chưa thật đầy đủ thường hướng mục đích quảng bá, thương mại Người sử dụng: nhà thầu thi công lựa chọn loại bấc thấm để sử dụng cho cơng trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: quen dùng, gần nơi cung cấp, chào mời, quảng cáo hấp dẫn mà chưa nghiên cứu cẩn thận khách quan tính kỹ thuật so sánh kinh tế Việc bố trí bấc thấm cần cân nhắc hai phương diện bố trí theo chiều sâu bố trí mặt (hình thức bố trí khoảng cách cắm) Tuy nhiên, việc xác định chiều sâu cắm bấc thấm hiệu vấn đề phức tạp, phụ thuộc vào phân bố lớp địa chất, đất yếu cơng trình cụ thể chúng tơi nghiên cứu; xin phép đề cập tới giải pháp bố trí hợp lý bấc thấm mặt II TỔNG HỢP CÁC LOẠI BẤC THẤM PHỔ DỤNG Ở VIỆT NAM Hiện thị trường nước ta có nhiều hãng cung cấp loại bấc thấm Geotechnic Hà Lan, Hyundai Hàn Quốc, Nylex Malayxia với số nhà phân phối như: công ty Đầu tư - Thương mại - Xây dựng STD Hà Nội (nhà phân phối loại bấc thấm Nylex), công ty TeinCo Hà Nội (nhà phân phối loại bấc thấm Hãng Geotechnic chi nhánh Geoplast Thái Lan), công ty AT&T thành phố Hồ Chí Minh (nhà phân phối loại bấc thấm Nylex), công ty kỹ thuật VietCan thành phố Hồ Chí Minh (nhà phân phối loại bấc thấm Nylex), đại lý Polifel Các loại bấc thấm sử dụng rộng rãi phổ biến thị trường Việt Nam bao gồm số loại như: MD 7407, MD 88-80, cơng ty Geoplast - Thái Lan thuộc tập đồn Geotechnic Holland BV - Hà Lan; MW 303, MW - EA, MW - EB6, MW 307, MW 3035, MW 303, FD 403, FD (Flodrain) công ty Nylex - Malayxia; FD 747w (Flexidrain) nhà sản xuất Creative Polymer Industries - Singapore; A1, A6 công ty Chikami Nhật Bản sản xuất Thai Miltec Co.Ltd Thái Lan Các loại bấc thấm đa dạng phong phú với chất lượng giá thành khác Bảng giới thiệu (như ví dụ) tiêu kỹ thuật loại bấc thấm A1, A6: Đây loại bấc thấm công ty Chikami -Nhật Bản bao gồm lõi nhựa Polyolefin gia cơng đặc biệt để có độ mềm cao chuyển tải lượng nước cực đại theo theo rãnh liên tục hai bên bề mặt lõi nhựa Lõi nhựa bao bọc lớp vỏ lớp vải lọc không dệt bền vật liệu polyester có đặc tính lọc tốt Loại bấc thấm có mặt từ lâu thị trường Việt Nam dùng số dự án có yêu cầu xử lý mức độ thông thường Bảng Các tiêu kỹ thuật loại bấc thấm A1 A6 Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Phương pháp thí nghiệm Lõi Kết cấu lõi Vật liệu Giá trị A1 A6 Rãnh liên tục Polyolefin Vỏ lộc Kết cấu Vật liệu Vải ĐKT không dệt, sợi liên tục Polyester TCT2 Bấc thấm Khổ rộng mm 99± 99±5 Chiều dày mm kN % % N m/s ASTM D3776 ASTM D4716 TRI-AXIAL ASTM D4632 ASTM D4632 ASTM D4632 ASTM D4595 ASTM D4595 ASTM D4632 ASTM D4491 3.5±0.5 66.5 1500 1000 >2 >2 >1 21.74 3.31 > 0.25 > 1x10-3 3.5±0.5 66.5 1500 1000 >2 >2 > 0.5 22 2.8 > 0.11 > 1x10-3 μm ASTM D4751 ≤ 75 ≤ 76 300 1.1 0.25 3500 300 1.1 0.25 3200-3400 Trọng lượng Tốc độ thoát nước áp lực 200 kN/m2, I = Tốc độ thoát nước áp lực 200 kN/m2, I = Cường độ kéo dật lõi khô Cường độ kéo dật lõi ướt Cường độ kéo dật vỏ Độ dãn dài đứt Độ dãn dài lực kéo 0,5 kN Kháng xé vỏ Tốc độ thấm vỏ lọc Kích thước lỗ vỏ lọc O95 Đóng gói Chiều dài cuộn Đường kính ngồi Đường kính Giá thành g/m m3/năm m3/năm kN/1sp/bề rộng kN/1sp/bề rộng m m m VNĐ/md Trên sở kết sưu tập loại bấc thấm phổ biến thị trường; tổng hợp giới thiệu bảng 02 số tiêu kỹ thuật đơn giá chúng để kỹ sư tư vấn tiện tham khảo Bảng Tổng hợp tiêu loại bấc thấm Đơn giá kN μm đ/md Khả thấm lọc Khả thoát nước qw điều kiện chảy tầng [ở cấp áp lực P (kN/m2)] μm 10-4m/s cm3/s Phương pháp thí nghiệm ASTM D4751 ASTM D4491 ASTM D4716A Yêu cầu ≤ 75 1.0 ≥ 60 (350) 1.0 100±5 MD 7407 ≤ 75 10.0 60 (300) 2.0 100±2 3650 MD 88-80 ≤ 75 6.5 70 (300) 2.5 100±2 3750 MW303 ≤ 75 2.0 60 (300) 2.5 100±2 3700-4000 MW-EB6 ≤ 75 1.0 45 (300) 1.5 100±2 3600 MW 307 ≤ 90 2.4 50 (300) 2.2 100±2 3700 MW 3035 ≤ 75 1.5 48 (300) 2.2 100±1 3900 FD 403 ≤ 75 2.4 63 (350) 2.5 100±2 3950 FD 747w ≤ 75 2.0 55 (240) 2.0±10% 100±5 3850 A1 ≤ 75 10.0 48 (200) 2.0 100±4 3500 A6 ≤ 76 10.0 48 (200) 2.0 100±4 3200-3400 Chỉ tiêu phân loại Đơn vị Giá trị CT Độ bền chịu kéo Bề rộng bấc thấm Cỡ mắt lưới lọc O95 Thực tế theo kết thí nghiệm loại bấc thấm ASTM D4595 III GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 3.1 Phân tích lựa chọn loại bấc thấm Theo bảng 02, tiêu quan trọng hai loại bấc thấm MD tốt loại bấc thấm khác, đặc biệt khả thấm lọc Đây tiêu quan trọng đảm bảo cho việc khai thác bấc thấm hiệu Bên cạnh loại bấc thấm MD 7407, MW303, FD 403 có tiêu tốt cần nên cân nhắc lựa chọn Hiện nay, loại bấc thấm MW 303 sử dụng tương đối nhiều Loại bấc thấm FD 403 có tính kỹ thuật tương đối tốt cho việc nước có thị trường Việt Nam, giá thường cao chưa dùng nhiều nên chưa ưa chuộng Quy định tối thiểu khả thoát nước bấc thấm cấp áp lực 350 kN/m2 phải ≥ 60 cm3/s theo tài liệu điều tra khảo sát loại bấc thấm MW-EB6, MW 307, MW 3035, FD 747w, A1, A6 khơng thật có ưu với tiêu khả thoát nước, tiêu quan trọng bấc thấm Để tính tốn bố trí bấc thấm xử lý đất yếu, cần vào điều kiện cụ thể dự án, tiến hành bước sau đây: - Cân nhắc lựa chọn cách thức bố trí bấc thấm hợp lý mặt bằng, - Xác định khoảng cách bố trí bấc thấm hợp lý, - Tính tốn tổng chiều dài bấc thấm cho cơng trình; áp đơn giá tính tổng chi phí xây lắp, - So sánh phương án kinh tế-kỹ thuật để chọn phương án hợp lý 3.2 Lựa chọn hình thức bố trí bấc thấm Tính hiệu phương pháp xử lý đất yếu bấc thấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố việc định chiều sâu cắm bấc thấm, hình thức bố trí, khoảng cách bấc thấm, việc gia tải, biện pháp thoát nước Trong nghiên cứu này, chiều sâu cắm bấc thấm, tải trọng đắp gia tải, biện pháp thoát nước xác định, cần tìm hình thức khoảng cách bố trí bấc thấm để mang lại hiệu cao việc nước Việc bố trí bấc thấm cần tuân thủ quy định sau: - Phải bố trí bấc thấm phân bố mặt cơng trình có điều kiện địa chất cơng trình - Đối với cơng trình dân dụng cơng nghiệp, bấc thấm bố trí móng cơng trình ngồi mép móng cơng trình khoảng 0.2 bề rộng đáy móng - Đối với cơng trình đường phải bố trí bấc thấm tối thiểu đến chân ta luy đắp - Bố trí mạng lưới bấc thấm theo dạng tam giác hay hình vng hợp lý Trong q trình cố kết đất yếu cắm bấc thấm, cố kết thoát nước đất theo phương ngang đến bấc thấm lớn nhiều so với theo phương thẳng đứng để phát huy hiệu đồng tồn diện tích mặt bố trí bấc thấm, cần bố trí bấc thấm với khoảng cách chúng Trong điều kiện đất yếu không biến đổi phức tạp, diện tích vùng thu nước bấc thấm tốt nên bố trí bấc thấm nằm tâm vùng Với yêu cầu vậy, sơ đồ bố trí hình vng hay tam giác hợp lý d2'(m) d1(m) TCT2 d1(m ) å è Hình Sơ đồ bố trí bấc thấm theo hình vng d2(m ) å è Ê Hình Sơ đồ bố trí bấc thấm theo hình tam giác 3.3 Xác định khoảng cách bố trí bấc thấm hợp lý Xuất phát từ độ lún lại, tốc dộ lún dự báo, trước xây dựng cơng trình hay mức độ cố kết phải đạt sau tiến hành xử lý đất yếu bấc thấm để tính tốn bấc thấm Q trình cố kết đất yếu trình chuyển biến áp lực nước lỗ rỗng thành áp lực có hiệu đất, tăng dần theo thoát nước lỗ rỗng Khả thoát nước bấc thấm hiểu lượng nước thoát khỏi đất yếu thời gian xử lý bấc thấm Trường hợp chung mức độ cố kết phải đạt tối thiểu U = 90% Đối với đường cấp cao áp dụng yêu cầu tốc độ lún dự báo lại cm/năm Đối với cơng trình dân dụng cơng nghiệp dộ cố kết yêu cầu U ≥ 90% Nền đất có cắm bấc thấm tác dụng tải trọng cố kết theo sơ đồ toán đối xứng trục; áp lực nước lỗ rỗng độ cố kết U biến đổi theo thời gian thời gian tuỳ thuộc vào khoảng cách bấc thấm D tính chất lý đất (chiều dày h, hệ số cố kết theo phương thẳng đứng theo phương ngang Cv, Ch) Tính tốn mật độ bấc thấm theo nguyên tắc thử dần với cự ly cắm bấc thấm khác để tính tốn độ cố kết đạt thời gian ấn định trước Tuy nhiên, tiến hành thử dần với biến đổi rộng khoảng cách bấc thấm thời gian cho kết xác Vì thế, cần thiết lập mối quan hệ độ cố kết U đạt với khoảng cách D bấc thấm để từ tìm D xác hợp lý Xét mặt kỹ thuật hay khả nước đơn khoảng cách bấc thấm gần, số lượng bấc thấm cắm nhiều tốt, thoát nhiều nước đất cố kết nhanh Tuy nhiên, không đảm bảo yếu tố kinh tế, đồng thời cắm q gần nhau, q trình thi cơng làm đất xung quanh xáo động lớn, xáo động làm giảm hẳn ưu việt tính thấm theo phương ngang so với phương thẳng đứng, giảm hệ số thấm theo phương ngang tạo vùng cản trở thấm xung quanh bấc thấm Qua tính tốn, đối chiếu với tiêu kỹ thuật (theo khả nước điều kiện so sánh khác) loại bấc thấm bảng 02; khoảng cách bấc thấm loại bấc thấm lựa chọn sau: lMD 88-80 > lFD 403 > lMD 7407 = lMW303 > lFD 747w > lMW 307 > lA1 = lA6 > lMW 3035 > lMW-EB6 Trên sở lựa chọn cách thức bố trí, khoảng cách bố trí bấc thấm hợp lý, với cơng trình cụ thể tính tổng chiều dài bấc thấm, tiến hành áp giá loại bấc thấm theo bảng 02 ta có giá thành cơng trình áp dụng loại bấc thấm khác để luận chứng xác định phương án sử dụng bấc thấm hợp lý 3.4 Ví dụ áp dụng CT Dự án cầu Nhật Tựu - Km86+900.00 - QL38 - Tỉnh Hà Nam Hạng mục đường đầu cầu Đặc điểm địa chất: - Địa tầng đoạn đất yếu theo thứ tự từ xuống bao gồm lớp sau: + Lớp D: đất đắp có thành phần sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng + Lớp 1: tự nhiên, lớp đất yếu cần xử lý, bùn sét pha màu xám xanh, dày từ 5-11m + Lớp 2: Cát hạt nhỏ màu xám xanh, xám đen, trạng thái bão hoà, kết cấu chặt vừa, chiều dày lớn m (các lỗ khoan đường kết thúc lớp này) Các tiêu lý lớp đất kết tính tốn thể bảng Bảng Bảng tổng hợp kết tính tốn TT Lý trình (1) (2) A Km0+834.0 - Km0+856.5 Km1+110.00 - Km1+150.00 (3) (4) Số liệu đầu vào Chiều dài đoạn (m) 22.5 40 Chiều cao đắp (m) 4.5 4.2 Chiều đày đất yếu (m) Bảng (tiếp) (1) (2) B (3) (4) Kết tính tốn trước xử lý Hệ số ổn định 0.83 0.8 Tổng lún (m) 0.41 0.55 Thời gian đạt U = 90% (năm) 2.5 4.8 C Biện pháp xử lý Biện pháp xử lý Bấc thấm Bấc thấm Hình thức bố trí Tam giác Tam giác Khoảng cách tới tâm (m) 1.3 1.3 Chiều sâu cắm bấc thấm (m) 6.2 8.2 Tổng chiều dài cắm bấc thấm (m) 2281.6 5293.1 D Kết tính tốn sau xử lý Hệ số ổn định 1.44 1.44 Độ cố kết U (%) > 90 >90 Độ lún lại (cm) 3.3 4.5 Thời gian thi công (ngày) 325 325 Kết tính tốn tổng hợp Độ cố kết theo phương đứng Uv (%) 29 16 Độ cố kết theo phương ngang Uh (%) 86 88 Độ cố kết chung U (%) 90 90 Khoảng cách tới tâm (m) - MD 7407 1.46 1.45 - MD 88-80 1.51 1.5 - MW303 1.46 1.45 - MW-EB6 1.31 1.3 - MW 307 1.39 1.38 - MW 3035 1.35 1.34 - FD 403 1.49 1.48 - FD 747w 1.41 1.4 - A1 1.37 1.36 - A6 1.37 1.36 TCT2 Tổng chiều dài bấc thấm (m) - MD 7407 2212.00 5132.00 - MD 88-80 2156.00 5002.00 - MW303 2212.00 5132.00 - MW-EB6 2410.00 5591.00 - MW 307 2296.00 5327.00 - MW 3035 2398.00 5563.00 - FD 403 2201.00 5106.00 - FD 747w 2263.00 5250.00 Bảng (tiếp) (1) (2) (3) (4) - A1 2322.00 5387.00 - A6 2322.00 5387.00 Thành tiền (VNĐ) - MD 7407 8,073,800.00 18,730,465.80 - MD 88-80 8,085,000.00 18,756,448.76 - MW303 8,516,200.00 19,756,792.70 - MW-EB6 8,676,000.00 20,127,513.85 - MW 307 8,495,200.00 19,708,074.65 - MW 3035 9,352,200.00 21,696,235.02 - FD 403 8,693,950.00 20,169,156.18 - FD 747w 8,101,540.00 18,794,820.03 - A1 8,127,000.00 18,853,884.86 - A6 7,662,600.00 17,776,520.01 IV KẾT LUẬN CT Qua tính tốn với loại bấc thấm khác nhau, thấy rằng: đơn giá bấc thấm A6 rẻ nên dù phải bố trí dày để đảm bảo độ cố kết yêu cầu, tổng chi phí cơng trình thấp Các loại bấc thấm MD (bao gồm MD 7047 MD 88-80) có ưu đơn giá Bấc thấm FD 403 dù có ưu mặt kỹ thuật sản phẩm vào thị trường Việt Nam có đơn giá cao nên giá thành cao, cần cân nhắc xem xét lựa chọn Bấc thấm MW303 có khả nước tốt đơn giá cao, cân nhắc áp dụng cho dự án trọng điểm yêu cầu ưu tiên tiến độ thi công; thực tế loại bấc thấm áp dụng dự án như: QL5 (1995), Cầu Mỹ Thuận (1998), QL1 1A (1999, 2000), đường Hồ Chí Minh (2000), QL10 (2000), đường cao tốc Láng Hồ Lạc (2006), Các loại bấc thấm có chất lượng, tiêu kỹ thuật tốt MD 7047, MD 88-80, FD 403, MW303 nên cân nhắc áp dụng cho dự án có quy mơ đầu tư lớn có yêu cầu ưu tiên tiến độ, kỹ thuật Các loại bấc thấm A1 A6 dùng cho dự án có quy mơ nhỏ, dự án địa phương thường tiết kiệm chi phí Trong tính tốn sử dụng bấc thấm xử lý đất yếu, có lúc khơng thiết lựa chọn phương án có tổng chi phí nhỏ Kỹ sư tư vấn cần điều kiện, đặc điểm đất yếu; yêu cầu ưu tiên dự án tiến độ, chất lượng cơng trình đặc tính kỹ thuật loại bấc thấm thị trường để đưa định lựa chọn phù hợp Tài liệu tham khảo [1] Hồng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Tường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải (1997) Những phương pháp xây dựng cơng trình đất yếu, Nhà xuất Xây dựng, [2] Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình, Vũ Đình Phụng - Đất xây dựng - Địa chất cơng trình kỹ thuật cải tạo đất xây dựng, Nhà xuất xây dựng, [3] Bộ GTVT (1992), Quy trình thiết kế xử lý đất yếu bấc thấm xây dựng đường (22TCN 244-98), Nhà xuất Giao thông Vận tải, [4] Bộ Xây dựng (2000), Gia cố đất yếu bấc thấm thoát nước TCXD 245-2000, Nhà xuất Xây dựng, [5] Trần Đức Đình, Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu sử dụng bấc thấm xử lý đất yếu Việt nam - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - Trường Đại học GTVT, Hà Nội 2006♦