Gia cố nền là một trong những nhiệm vụ chính quan trọng trong xây dựng công trình. Hiện nay có nhiều biên pháp gia cố nền khác nhau, phù hợp cho từng loại điều kiện địa chất công trình khác nhau, ví dụ như gia tải trước, giếng cố kết, khoan phụt, phương pháp trộn vôi, phương pháp dùng cọc khoan nhồi. Bài viết Phương pháp gia cố nền đất cát bằng công nghệ sinh học đưa ra đánh giá tổng quan về các kết quả chính đã đạt được của các nhóm nghiên cứu trên thế giới trong hướng đi này.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT CÁT BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC Phạm Phú Vinh Trường Đại học Thủy lợi, email: phamphuvinh@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Gia cố nhiệm vụ quan trọng xây dựng cơng trình Hiện có nhiều biên pháp gia cố khác nhau, phù hợp cho loại điều kiện địa chất cơng trình khác nhau, ví dụ gia tải trước, giếng cố kết, khoan phụt, phương pháp trộn vôi, phương pháp dùng cọc khoan nhồi Bên cạnh phương pháp gia cố phổ biến này, có xu hướng mơ q trình tạo vơi hóa nhờ vi khuẩn tự nhiên để gia cố Có nhiều nhóm vi khuẩn khác làm việc với nguyên lý chung tạo carbon vô từ trình trao đổi chất chúng, trình đồng thời tang độ kiềm môi trường đất, từ có ion canxi nước ngầm kết tủa CaCO3 với gốc carbon vơ Hướng nghiên cứu đạt số thành tựu đáng kể giới, bước nghiên cứu cụ thể hóa để áp dụng vào thực tế sản xuất Bài bào đưa đánh giá tổng quan kết đạt nhóm nghiên cứu giới hướng vi khuẩn có khả quang hợp, nhóm vi khuẩn khử ni-tơ, nhóm vi khuẩn thủy phân ure, nhóm vi khuẩn cố định đạm, nhóm vi khuẩn khử sul-phat, nhóm vi khuẩn oxy hóa methane (Zhu et al., 2016) Nguyên lý chung phương pháp lợi dụng trính trao đổi chất vi khuẩn, tạo gốc carbonate tăng độ kiềm mơi trường, sau cung câp ion canxi dạng muối hòa tan để tạo kết tủa canxi carbonate CaCO3 Các kết tủa CaCO3 bám vào hạt cát, có tác dụng kết dính hạt cát rời lại với nhau, từ gia tang cường độ cho cát cơng trình Hiện nghiên cứu tập trung vào nhóm vi khuẩn thủy phân ure nhóm vi khuẩn khử ni-tơ đạt kết đáng kể PHƯƠNG PHÁP TẠO KẾT TỦA ĐÁ VÔI (MICP) DÙNG VI KHUẨN THỦY PHÂN URE Đối với nhóm vi khuẩn thủy phân ure, phương pháp nghiên cứu thí nghiệm phịng thành cơng Các kết đạt cho thấy cường độ đất loại cát tang lên nhiều lần, cát rời vơi hóa thành khối cứng với cường độ lên tới vài TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG MPa Thí nghiệm trường thử nghiệm công nghệ MICP với vi khuẩn thủy phân ure PHÁP GIA CỐ NỀN DÙNG VI KHUẨN tiến hành với mục đích gia cố lớp Sử dụng vi khuẩn để tạo vơi hóa đất, trầm tích cuội sỏi để khoan đặt đường MICP, thu hút nhiều quan tâm ống mà không cần phải đào mở đường dẫn đầu tư nghiên cứu nhiều nhóm nghiên (van Paassen, 2011) Ban đầu phương pháp cứu khác giới thời gian thử nghiệm cho thùng cuội sỏi 3m3, gần Có nhiều nhóm vi khuẩn khác ống khoan dẫn khoan thành cơng làm việc này, bao gồm nhóm qua lớp cuội sỏi dày, sau rút ống khoan 130 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 dẫn hố khoan giữ ổn định PHƯƠNG PHÁP TẠO KẾT TỦA ĐÁ VÔI KẾT HỢP GIẢM ĐỘ BÃO HỊA theo u cầu (Hình 1a) Tại trường CỦA ĐẤT (MIDP) DÙNG VI KHUẨN phương pháp thi công thành KHỬ NI-TƠ công, đường ống khoan dẫn xuyên qua tầng cuội sỏi theo thiết kề (Hình 1b) Đối với nhóm vi khuẩn khử ni-tơ, bên cạnh tác dụng tạo vơi hóa để tang cường độ (a) đất, gốc ni-trat khử thành khí ni-tơ N2 làm xuất pha khí đất, đất bão hịa hồn tồn trở thành đất khơng bão hịa Với tính chất này, phương pháp MIDP sử dụng vi khuẩn khử ni-tơ việc làm tang cường độ đất nhờ vào kết vơi hóa, đồng thời khống chế tượng cát chảy nhờ vào pha khí sinh Một cát bão hịa hồn tồn, cần giảm độ bão hòa nước từ 100% xuống 95% giảm đáng kể nguy ổn định tượng cát chảy Bên cạnh đó, gốc ni(b) trat khử hồn tồn thành N2 phản ứng khơng để lại chất dư có hại cho mơi trường Đây ưu điểm phương pháp MIDP so với phương pháp MICP dùng vi khuẩn thủy phân ure Mức độ thay đổi độ bão hịa nước Hình Thí nghiệm trường dùng phương pháp MICP với vi khuẩn thủy phân ure Hiện phương pháp MICP dùng vi khuẩn thủy phân ure nghiên cứu không cho mục đích cải tạo cát mà cịn cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm ứng dụng kiểm sốt xói, khống chế bụi cơng trường, quản lý thấm nền, khống chế tượng cát chảy với tính khả thi cao (Dejong et al., 2013) Mặc dù vậy, phương pháp có số hạn chế nên chưa đưa vào ứng dụng rộng rãi thực tế sản xuất Hạn chế phương pháp việc nuôi tách vi khuẩn thủy phân ure phức tạp tốn kém, bên cạnh phương pháp để lại lượng lớn ammonium chloride NH4 Cl đất cân phải được xử lý Hình Mức độ suy giảm độ bão hòa nước độ thấm thủy lực qua lần xử lý (Hình lấy từ (Pham et al., 2018b) Thí nghiệm phịng cát rời dùng phương pháp MIDP với vi khuẩn khử ni-tơ cho thấy cần qua lần xử lý vài ngày, độ bão hòa đất cát giảm từ 100% xuống khoảng 80% - 85% tương ứng với hàm lượng pha khí chiếm 15% - 20% thể tích lỗ rỗng (Pham et al., 2018a) Thí nghiệm xử lý mẫu nhiều lần cho thấy phần pha khí tồn ổn định mẫu (Hình 2) Kết hợp tác dụng 131 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 pha khí phát triển vi khuẩn tạo nên màng biofilm làm suy giảm đáng kể độ thấm thủy lực mẫu cát Cũng thí nghiệm trên, hàm lượng CaCO3 tạo mẫu xác định mức trung bình khoảng 0.54% Dựa vào tốc độ suy giảm độ bão hòa nước, tốc độ vơi hóa xác định 0.26 % khối lượng/ngày, hiệu gần với phương pháp MICP Kết cho thấy phương pháp hoàn toàn khả thi cho ứng dụng kiểm soát tượng cát chảy giữ ổn định cơng trình cát Thí nghiệm với tải động bàn rung He et al (2013) xác nhận điều Để kiểm sốt pha khí tạo phương pháp MIDP, yếu tố trạng thái mẫu đất, cụ thể điều kiện áp suất, bên cạnh nhiệt độ, với thơng số kĩ thuật phương pháp lượng muối ni-trat dùng để tạo khí N2 thơng số định cần phải xét đến KẾT LUẬN Các nghiên cứu kết đạt cho thấy phương pháp cải tạo cát dùng vi khuẩn cho kết khả quan Phương pháp MIDP dùng vi khuẩn khử ni-tơ làm thay đổi ứng xử học – thủy lực mẫu đất Phương pháp đồng thời tạo vơi hóa sản sinh pha khí mẫu nên trở thành phương phá gia cố cát hiệu Các thông số kĩ thuật phương pháp, bao gồm hàm lượng muối dùng để nuôi vi khuẩn số lần xử lý thông số trạng thái mẫu, bao gồm giá trị áp lực nước lỗ rỗng nhiệt độ, cần phải xem xét nghiên cứu tồn diện để hồn thiện phương pháp ứng dụng vào thực tế sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dejong, J T., Soga, K., Kavazanjian, E., Burns, S., Van Paassen, L A., Qabany, A A., Aydilek, A., Bang, S S., Burbank, M., Caslake, L F., Chen, C Y., Cheng, X., Chu, J., Jefferis, S., Kuo, M., Laloui, L., Larrahondo, J., Manning, D a C., Martinez, B., Montoya, B M., Nelson, D C., Palomino, A., Renforth, P., Santamarina, J C., Seagren, E A., Tanyu, B., Tsesarsky, M & Weaver, T 2013 Biogeochemical process and geotechnical applications: progress, opportunities and challenges Geotechnique, 63(4) [2] Pham, V P., Van Der Star, W R L & Van Paassen, A L 2018a Quantifying the desaturation effect of biogenic gas formation in sandy soil UNSAT2018 The 7th International Conference on Unsaturated Soils Hong Kong [3] Pham, V P., Van Paassen, L A., Van Der Star, W R L & Heimovaara, T J 2018b Evaluating Strategies to Improve Proces s Efficiency of Denitrification-Based MICP Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 144(8),doi:10.1061/(ASCE)GT.19435606.0001909 [4] Van Paassen, L A 2011 Bio-mediated ground improvement: From laboratory experiment to pilot applications GeoFrontiers 2011: Advances in Geotechnical Engineering Dallas, Texas, United States: American Society of Civil Engineers [5] Zhu, T & Dittrich, M 2016 Carbonate Precipitation through Microbial Activities in Natural Environment, and Their Potential in Biotechnology: A Review Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 4(10.3389/fbioe.2016.00004 132 ... cho thấy phương pháp cải tạo cát dùng vi khuẩn cho kết khả quan Phương pháp MIDP dùng vi khuẩn khử ni-tơ làm thay đổi ứng xử học – thủy lực mẫu đất Phương pháp đồng thời tạo vơi hóa sản sinh pha... điểm phương pháp MIDP so với phương pháp MICP dùng vi khuẩn thủy phân ure Mức độ thay đổi độ bão hòa nước Hình Thí nghiệm trường dùng phương pháp MICP với vi khuẩn thủy phân ure Hiện phương pháp. .. Mặc dù vậy, phương pháp có số hạn chế nên chưa đưa vào ứng dụng rộng rãi thực tế sản xuất Hạn chế phương pháp việc nuôi tách vi khuẩn thủy phân ure phức tạp tốn kém, bên cạnh phương pháp để lại