Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu zone 5 nhà máy xử lý khí cà mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀNGHIÊNCỨU

Tổng quan về nềnđấtyếu

1.1.1 Khái niệm về đất yếu

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể xây dựng các công trình Đất yếu là một loại đất không có khả năng chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên. Đất mềm yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm 2 ); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm 2 /kg); hệ số rỗng lớn (e > 1); độ sệt lớn (B > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm 2 ); khã năng chống cắt nhỏ; khã năng thấm nước nhỏ, hàm lượng nước trong đất cao độ bảo hoà nước G > 0,8 dung trọng nhỏ. Đất yếu là loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2), góc nội ma sát φ < 10 o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu< 0,35 daN/cm 2 Đất yếu có thể được phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B:

W,Wd,Wch- độ ẩm ởtrạng tháitựnhiên,giớihạndẻovàgiớihạn chảy(nhão) củađất.Nếu B >

Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy.

Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức kháng cắt không thoát nước suvà hệ số xuyên tiêu chuẩn như sau:

- Đất rất yếu (trạng thái chảy):su(kPa) ≤ 12,5 vàN30≤2

- Đất yếu (trạng thái dẻo chảy):su(kPa) ≤ 25 vàN30≤4

(N: số búa đóng trong thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn)

1.1.2 Cácloại nền đất yếu chủ yếu và thườnggặp:

– Đấtsétmềm:Gồmcácloạiđấtséthoặcáséttươngđốichặt,ởtrạngtháibãohòa nước, có cường độ thấp.

– Đấtbùn:Cácloạiđấttạothànhtrongmôitrườngnước,thànhphầnhạtrấtmịn,ởtrạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực.

– Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20-80%).

– Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cátchảy.

– Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10% tính theo trọnglượng.

- Đất phù sa, đất bùn, đất mùn vì các đất này có khã năng chịu lực kém.

Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12 %) nên có thể có mầu nâu đen, xám đen, có mùi Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy Ngoài ra ở các vùng thunglũngcòncóthểhìnhthànhđấtyếudướidạngbùncát,bùncátmịn(hệsốrỗnge

Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy,tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật) Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng có các trị số như nói ở mục1.1.1. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:

- Lượng hữu cơ có từ 20 - 30%: Đất nhiễm thanbùn.

- Lượng hữu cơ có từ 30 - 60%: Đất thanbùn.

- Lượng hữu cơ trên 60%: Thanbùn.

Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số môdun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất, Đối với công trình thủy lợi, còn yêu cầu làm giảm/ngăn chặn hiện tượng thấm qua nền và thân công trình, bảo vệ khối đắp chống tác động của sóng và dòng chảy.

Như vậy, nền đất yếu sẽ không đáp ứng được yêu cầu xây dựng công trình Tùy theo quy mô tải trọng công trình cần xây dựng sẽ cần các biện pháp xử lý khác nhau Phần dưới dây sẽ trình bày về các biện pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng công trình.

1.1.4 Giải pháp xây dựng công trình trên đấtyếu

Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất, Tùy điều kiện cụ thể mà người thiết kế phải đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý về kinh tế, kỹ thuật.

Về nguyên tắc, khi gặp nền đất yếu phải xem xét cân nhắc các biện pháp sau:

- Giải pháp xử lý kết cấu côngtrình

+ Chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún, làm giằng BTCT, dự trữ độ cao bằng độ lún dự kiến của công trình.

+ Lựa chọn độ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớp cách nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo các khe hở trong đất.

+ Quy định và chấp hành nghiêm ngặt về quy trình đào đắp đất.

- Các biện pháp xử lýnền

Cải thiện thành phần, trạng thái của đất, từ đó làm cho các tính chất cơ học, vật lý của đất nền đáp ứng được yêu cầu trong xây dựng Để làm tăng độ bền và làm giảm độ nén lún của đất, có thể chọn những giải pháp làm giảm độ rỗng hoặc tăng lực dính Trong một số trường hợp khác, mục đích của gia cố là làm cho đất đá từ chỗ thấm nước trở thành cách nước.

- Các biện pháp xử lý vềmóng

Lựa chọn các giải pháp cho phù hợp như: Móng đơn, móng băng (1 hoặc 2 phương),móng bè, móng cọc, … tùy theo tải trọng tác dụng và đặc điểm của công trình, từng loại đất cụ thể.

Các phương pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựngcôngtrình

Gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc vôi, ), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát, để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học Được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong việc xử lý nền, gia cố nền đấ yếu bở hiệu quả mà nó mang lại rất rõ rệt và tăng sức chịu tải của nền, ổn định về cường độ, biếndạng,

- Nguyên lí hoạt động:Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới, giảm bớt độ lún toàn bộ và độ lún không đồng đều, làm tăng nhanh quá trình cố kết của đấtnền.

+Khi thi công đệm cát, việc trước tiên là phải xác định các chỉ tiêu đầm nén Để đánh giá chất lượng đầm nén người ta thường dựa vào hai chỉ tiêu quan trọng: độ chặt và độ ẩm đầm nén.

+Khi thi công đầm nén đệm cát thì thường thi công theo từng lớp, chiều dầy đầm tùy thuộc vào trọng lượng của máy đầm mà tính toán và thi công cho phù hợp.

+Thi công đơn giản, không ảnh hưởng đến ô nhiểm môi trường như các phương pháp khác.

+Vật liệu để thi công là vật liệu có từ thiên nhiên dễ khai thác.

+Phù hợp với những công trình đặt trên lớp đất yếu có chiều dày 3m thì khối lượng đào đắp để thay thế lớp cát sẽ lớn, không hiệu quả về mặt kinh tế vì chi phí lớn.

+Nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng di động, xáo trộn các thành phần hạt, đồng thời gây ra độ lún tăng thêm dưới móng công trình.

- Phạm vi áp dụng:Áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối nhỏ và diện tích để xây dựng công trình không quá lớn, tải trọng công trình tác dụng lên nền dưới dạng phân bố đều, chiều dày lớp đất yếunhỏ.

- Nguyên lí làm việc:Thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ trong nền đất, đất xung quanh dọc theo chiều dài cọc được lèn chặt lại, do đó sức chịu tải của nền được tăng lên, độ lún và biến dạng không đồng đều của đất nền dưới đế móng của công trình giảmđi.

+ Chuẩn bị hố móng, đóng ống thép xuống đất, nhồi cát và đầm chặt, đồng thời rút ống thép lên.

+ Ống thép được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc bằng phương pháp chấn động.

+ Khi thi công bằng phương pháp đầm nện: đóng những cọc lõi bằng thép xuống tới cao trình thiết kế, sau đó rút lên vầ nhồi cát vào lỗ cọc, đồng thời đầm từng lớp bằng búa treo, mỗi lớp có chiều dày từ 1m đến 1,2m.

+ Khi thi công bằng phương pháp chấn động: thì sau khi hạ ống thép tới chiều sâu thiết kế, người ta nhấc máy lên và đổ cát vào khoảng 1m, sau đó đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 15-20s, tiếp theo bỏ máy chấn động ra và rút ống lên khoảng 0.5m rồi lại đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 10-15s để cho đầu nhọn của ống mở ra, cát tụt xuống Sau đó rút ống lên dần với tốc độ đều, vừa rút ống vừa rung và khi nào ống chỉ còn lại trong đất khoảng chừng 0.5-0.8m, lúc đó mới bỏ máy chấn động ra.

Hình 1.1: Thi công cọc cát

+ Cọc cát làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm và góc ma sát trong tăng lên Vì đất nền được nén chặt lại do đó sức chịu tải của nền tăng lên, biến dạng và sự chênh lệch biến dạng của nền công trình giảm đi đángkể.

+ Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên hoặc nền đất được gia cố bằng cọc cứng.

+ Giá thành xây dựng rẻ hơn nhiều so với cọc gỗ, cọc BTCT và đồng thời không bị ăn mòn khi nước ngầm có tính xâm thực.

+ Cần trang bị thiết bị thi công nặng, ống vách dài.

+ Khó kiểm soát được chất lượng cọc trong quá trình thi công.

+ Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m.

+ Các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt khi đóng lỗ tạo cọc cát (không xuất hiện tình huống gia tăng áp lực nước lổ rổng khi tạo lổ và giảm áp lực này khi kéo ống vách lên, đầm cát tạo cọc cát) Do đó, nếu nước trồi lên mặt đất thì đây là quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng và hiệu quả nén chặt đất không cao Khi đó, đất đang cố kết, mà với đất dính thì cần thời gian, không thể có hiệu quả tức thời.

+ Phương pháp này được áp dụng để gia cố nền ở vùng đất yếu đầm lầy, khu vực nền ẩm ướt và nền đất yếu có chiều dày>3m.

+ Mực nước ngầm (tại thời điểm thi công) phải ở sâu (nếu lớn hơn độ sâu đỉnh cọc cát thì tốt nhất).

- Nguyên lí làm việc:Khi hạ cọc xuống đất nền, thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ đất lỗ rỗng của đất nền từ đó làm tăng khả năng chịu lực của đất nền.

+Cọc bê tông cốt thép làm việc tốt trong môi trường đất, do đó người ta thường sử dụng cọc bê tông cốt thép để gia cố nền đất yếu, đặc biệt là các công trình chịu tải trọng lớn như các công trình dân dụng và công nghiệp, công trình giao thông, thủylợi.

Thi công cọc bê tông cốt thép:

- Thi công cọc đúc sẵn:

+ Có 02 phương pháp để chọn thi công cọc: “ ép cọc” và “ đóng cọc”, tùy thuộc vào điều kiện địa hình, địa mạo mà chọn phương pháp thi công cho phù hợp.

Kết luậnchương1

Từ những phương pháp xử lý nền đất yếu nêu trên phương pháp xử lý nền bằng cọc BTCT, cọc đất – xi măng được áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối lớn và chủ yếu là tải trọng tập trung từ móng truyền xuống nền; chi phí xử lý cao hơn.

Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát, cọc cát, giếng cát, bấc thấm được áp dụng cho các trường hợp có tải trọng loại nhỏ và tải trọng phân bố trên diện rộng, cần thời gian dài cho đất nền cố kết và gia tải phải đủl ớ n Đối với luận văn này, việc nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu cho Zone 5 nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải là giải pháp tối ưu nhất, do mặt bằng cần xử lý là khu vực phụ trợ có diện tích lớn, thời gian gia tải ngắn đáp ứng được tiến độ gấp rút của nhà máy đặt ra Trong các chương tiếp theo, học viên tiếp tục trình bày cơ sở lý thuyết chi tiết của giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải và ứng dụng cho Zone5.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤCTHẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀGIATẢI

Các nguyên lý tính toán và thiết kếbấcthấm

Trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không tập trung vào một số vấn đề cơ bản đó là:

 Dự báo độ lún sau thời gian xử lý Từ bài toán này là cơ sở để tính toán được lượng cát bù lún tới cao trình thiếtkế.

 Tính thời gian cố kết và lựa chọn khoảng cách, chiều sâu bấc thấm Cần phải lựa chọn khoảng cách và chiều sâu cắm bấc thấm sao cho thời gian cố kết (để đạt độ cố kết U>90%) nhỏ hơn thời gian chophép.

Sau đây tác giả sẽ trình bày cơ sở lý thuyết của từng nội dung.

2.1.2 Thiết kế bấcthấm Độ lún dư của nền

- Độ lún dư của nền được xác định như sau:

S rđộ lún dư của công trình sau giai đoạn gia cố nền;

S 1là độ lún cố kết ổn định của nền dưới tải trọng làm việc thực tế của nền (kể cả tải trọng bù lún).

S2là độ lún cố kết dưới tải trọng gia cố nền;

Sslà độ lún do từ biến trong một khoảng thời gian nhất định Độ lún ổn định của nền

Theo tiêu chuẩn xử lý nền đất yếu TCVN 9355:2012, TCVN 9842:2013 và 22TCN 262:2000, độ lún ổn định của nền dưới một cấp tải trọng phụ thêmp được tính theo phương pháp cộng lún từng lớp theo công thức sau:

+p : Ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây ra Do diện chịu tải lớn, nên ứng suất phụ thêm gần như không thay đổi theo chiều sâu.

+z: Ứng suất hữu hiệu do trọng lượng bản thân của các lớp đất.

+ pc: Áp lực tiền cố kết của lớp đất tương ứng.

+ Cc: Chỉ số nén của lớp đất tương ứng.

+ Cs: Chỉ số nén lại của lớp đất tương ứng.

+ hi: chiều dày của lớp đất tương ứng.

+ e0i: hệ số rỗng ban đầu của lớp đất phân tố i. Độ lún cố kết theo thời gian

St: độ lún cố kết của nền dưới tải trọng tính toán tại thời điểm t

S: độ lún ổn định của nền dưới tải trọng tính toán p.

U(t): độ cố kết của nền tại thời điểm t.

Thiết kế bấc thấm và xác định độ cố kết của nền. Độ cố kết tổng được xác định theo công thức:

(a) U v độ cố kết theo phươngđứng:

C tb - hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của các lớp đất yếu trong phạmvi bấc thấm; và được tính theo côngthức:

+ hi-chiều dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi bấc thấm;

+ Cvi-hệ số cố kết thẳng đứng của lớp đất yếu i;

+ H- chiều dài đường thấm cố kết theo phương đứng Nếu chỉ có một biên thoát nước ở trên thì H = L, còn nếu có hai biên thoát nước cả trên và dưới (dưới có lớp cát hoặc thấu kính cát) thì H = L/2 (L- chiều dài tính toán của bấcthấm); h n 

Trị số Uvcó thể xác định theo bảng 2.1

Bảng 2.1: Xác định độ cố kết Uv

(b)UhĐộ cố kết theo phươngngang: Độ cố kết theo phương ngang Uhxác định theo công thức sau:

Th- nhân tố thời gian theo phương ngang, được tính bằng công thức T h

+ D- đường kính hữu hiệu của bấc thấm; D =1.13d (với lưới ô vuông), D =1.05d (với lưới tam giác)

+ d- khoảng cách giữa tim các bấc thấm.

+ Ch-hệ số cố kết theo phương ngang.

+ Fn-nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bấc thấm:

1 ln dw- đường kính tương đương của bấc thấm; d2    a  b  w 

+ a, b -chiều dày và chiều rộng của bấc thấm;

+ Fs-nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động đất nền khi đóng bấc thấm:

+ kh-hệ số thấm của đất theo phương ngang khi chưa đóng bấc thấm;

+ ks- hệ số thấm của đất theo phương ngang trong vùng xáo động (smear zone);

+ ds- đường kính tương đương của vùng đất bị xáo động xung quanh bấc thấm Hoặc có thể tra

Fsbằng toán đồ hình 2.1 như dưới đây:

Hình 2.1: Toán đồ xác định nhân tố xáo động Fs

+F r nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm được xác định theo công thức:

+ H- chiều dài của bấc thấm (m). w

+ L- chiều dài tính toán của bấc thấm (m).

+ qw- tính bằng m 3 /s, là khả năng thoát nước của bấc thấm tương đương với gradient thủy lực bằng 1.

Thực tế tính toán cho phép lấy:

- m -2 đối với đât yếu loại sét hoặc ásét,

Hoặc có thể tra Frbằng toán đồ hình 2.2 như dưới đây:

Hình 2.2: Toán đồ xác định sức cản Fr

Trường hợp không muốn sử dụng công thức thì có thể sử dụng toán đồ hình 2.3 như dưới đây:

Hình 2.3: Toán đồ xác định độ cố kết theo phương ngang Uh

Xác định độ lún từ biến của nền n

+Ss-độ lún từ biến của nền dưới tải trọng gây lún của công trình tính đến thời điểm dựbáo.

+ C- hệ số lún từ biến, nếu không có kết quả thí nghiệm có thể được tính theo công thức kinh nghiệmC  0.045C s theo kinh nghiệm.

 (Ladd and DeGrood, 2003) và được hiệu chỉnh

+ hi- chiều dày lớp đất được dự tính độ lún từ biến (m).

+ t0- thời điểm bắt đầu dự báo độ lún từ sau khi kết thúc giai đoạn xử lý nền.

Trường hợp không có thí nghiệm nén cố kết

Stđộ lún cố kết của nền dưới tải trọng tính toán tại thời điểm t;

Siđộ lún ổn định của nền dưới tải trọng tính toán; độ cố kết của nền tại thời điểmt.

E Mô đun biến dạng (không nở hông) của đất.

Qui trình, thiết bị và kỹ thuật thi côngbấcthấm

a Trình tự thi công bấcthấm

- Định vị tất cả các điểm sẽ phải cắm bấc thấm bằng các máy đo đạc thông thường theo hàng dọc và hàng ngang đúng với luận văn thiết kế, đánh dấu vị trí định vị:côngviệc này cần làm cho từng camáy.

- Đưa máy ấn bấc thấm vào vị trí theo đúng hành trình đã được vạch ra ở sơ đồ di chuyển Xác định vạch xuất phát trên trục tâm để tính chiều dài bấc thấm được ấn vào đất; kiểm tra độ thẳng đứng của trục tâm theo dây dọi treo hoặc thiết bị con lắc đặt trên giá.

- Lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đưa đầu trục tâm đến vị trí đặtbấc.

- Gắnđầuneovàođầubấcthấmvớichiềudàibấcđượcgấplạitốithiểulà30cmvà được ghim bằng ghim thép.

- Ấn trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế với tốc độ đều trong phạm vi 0,15-0,6m/s Sau khi cắm xong bấc thấm xong kéo trục tâm lên (lúc này đầu neo giữ bấc thấm lại trong đất); khi trục tâm được kéo lên hết, dùng kéo cắt đứt bấc thấm sao cho còn lại 20cm đầu bấc nhô lên trên lớp đệm cát và quá trình lại bắt đầu từ đầu đối với một vị trí cắm bấc thấm tiếptheo. b Khâunối.

Trong quá trình thi công nếu hết một cuộn bấc thấm thì cho phép được nối bấc thấm với cuộn tiếp theo Khi nối, hai đầu bấc thấm phải chồng lên nhau ít nhất là 30cm và được ghim chặt bằng ghim thép.

- Trong trường hợp trên tầng đất yếu có một lớp tương đối cứng, máy không ấn trục tâm xuyên qua được thì cần phải được phát hiện và có biện pháp xử lý từ trước khi đắp tầng đệm cát (theo dự kiến trong luận văn thiếtkế).

- Trường hợp đang thi công ấn bấc thấm chưa đến độ sâu, nhưng gặp trở ngại không ấn tiếp được thì cần kịp thời xin ý kiến tư vấn giám sát để cho phép dừng tại đó và định vị ấn đặt bấc thấm sang chỗ lân cận trong vòng30cm.

- Phảivẽsơđồvàghichépchitiếtmỗilầnấnđặtbấcthấmvềvịtrí,chiềusâu,thời điểm thi công và các sự cố xảy ra trong quá trình thi công.

-Sau khi ấn đặt bấc thấm xong, phải dọn sạch các mảnh vụn bấc thấm và mọi chấtthải khác rơi vãi trên mặt bằng, tiến hành đắp lớp cát tiếp theo nhằm phủ kín bấc thấm. c Thiết bị thi công bấc thấm Để cắm bấc thấm vào trong đất, người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành Bộ phận chính của máy là một cần cứng bằng thép rỗng tiết diện 120x50mm Đầu dưới làm hơi hẹp lại để cắm vào đất dễ dàng hơn Phía trong cần thép luồn bấc thấm qua Đầu bấc thấm luồn qua một bản neo và neo này sẽ được cần ấn ấn xuống đất đến độ sâu thiết kế Khi cần được rút lên, bản neo được ghim lại trong nền đất cùng với bấc thấm. Trong một số trường hợp đất quá yếu, bản neo chưa đặt được vào tầng đất tốt hơn, có thể xảy ra trường hợp bản neo bị rút lên theo cùng bấc thấm Trong trường hợp này, nên thiết kế riêng loại bản neo đặc biệt Khi cần thép lên khỏi mặt đất, người ta dùng kéo cắt bấc thấm và chuyển sang cắm bấc thấmkhác.

Hình 2.4: Thi công bấc thấm a) Thiết bị cắm bấc thấm; b) Ống lồng bấcthấm

Thiết bị thi công bấc thấm phải có các đặc trưng kỹ thuật sau:

- Trục tâm để lắp bấc thấm có tiết diện 60mmx120mm, dọc trục có vạch chia đến cm để theo dõi chiều sâu ấn bấc thấm và phải có dây dọi hoặc thiết bị con lắc để thường xuyên kiểm tra được độ thẳngđứng.

- Máy phải có lực ấn đủ lớn để cắm bấc thấm đến độ sâu thiếtkế.

- Tốc độ ấn lớn nhất65mm/phút.

- Tốc độ kéo lên lớn nhất105m/phút.

- Chiều sâu ấn lớn nhất: đạt được độ sâu đặt bấc thấm theo yêu cầu thiếtkế.

- Máy ấn bấc thấm phải bảo đảm vững chắc, ổn định khi làm việc trong mọi điều kiện thời tiết mưa,gió…

Kiểm soátchấtlượng

Để đánh giá chất lượng của đất nền sau khi gia cố bằng bấc thấm, người ta thường tiến hành như sau: a Đánh giá độ bền (cường độ) củađất

- Dùng thí nghiệm cắt cánh hiện trường để đánh giá độ bền của nềnđất.

- Khoan lấy mẫu đất đưa về phòng thínghiệm.

Hai phương pháp đều phải tiến hành trước khi thực hiện nén tải và kiểm tra lại khi đã xây dựng xong công trình. b Đánh giá chất lượng cố kết

- Quan trắc độ lún của nền đất đã gia cố khi gia tải nén trước, khi dỡ tải nén trước, khi xây dựng xong côngtrình.

- Đo áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất bằng thiết bị chuyêndụng.

- Đo ứng suất trong nền bằng các loại thiết bị chuyên dụng đo ứngsuất.

Thiết bị quan trắchiệntrường

Trên mỗi đoạn xử lý khác nhau phải có hệ thống quan trắc lún và chuyển vị ngang. Ngoài ra một số đoạn nền cao được bố trí thêm các thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng, thiết bị đo chuyển vị ngang dưới sâu và các giếng quan trắc mực nước ngầm Khi đoạn xử lý có chiều dài lớn hơn 100m thì bố trí theo qui trình với cự ly tối thiểu 100m phải có 1 mặt cắt quan trắc.

- Các kiểu bố trí thiết bị quantrắc:

Các kiểu bố trí thiết bị quan trắc bao gồm: bàn đo lún mặt, lún từng lớp, đo dịch chuyển ngang, áp lực nước lỗrỗng…

Cấu tạo gồm 01 tấm thép, dày 1cm hình vuông cạnh 80cm, ở giữa có hàn ống théptròn20mmc ó r e n n ố i ở đ ầ u đ ể n ố i d ầ n t r o n g t h i c ô n g B ê n n g o à i c ó ố n g n h ự a

150mm bảo vệ không cho cần đo lún tiếp xúc với nền đắp, trên đầu có nắp bịt kín tránh các loại vật liệu rơi vào trong ống đo lún Bàn đo lún đặt tại các vị trí quy định, ống đo lún phải luôn luôn thẳng đứng, xe máy thi công không được va chạm.

- Cọc quan trắc dịch chuyểnngang:

Cọc gỗ kích thước 10x10x170cm (có thể dùng cọc bê tông) có đóng đinh để đo Cọc được đóng đúng vị trí ở các mặt cắt quy định, xe máy thi công không được va chạm vào.

-Thiết bị đo áp lực lỗ rỗng, đo chuyển vị ngang dưới sâu và giếng quan trắc mựcnước:

Các thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí đã được chỉ định trong bản vẽ thiết kế, thi công, lắp đặt, đo đạc thu thập số liệu tuân thủ theo chỉ dẫn kỹ thuật thi công và nghiệm thu của dự án và kỹ sư tư vấn tại hiện trường.

Việc quan trắc được tiến hành ngay sau khi lắp đặt, chu kỳ quan trắc đối với tất cả các loại thiết bị quan trắc mỗi ngày 1 lần trong quá trình đắp nền và đắp gia tải Khi ngừng đắp phải quan trắc mỗi tuần 1 lần đến khi dỡ tải; tiếp đó quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao cho phía quản lý khai thác cả hệ thống quan trắc (để tiếp tục quan trắc nếu cần thiết) Máy móc, thiết bị dùng để đo đạc, quan trắc phải có độ chính xác cao.

Không được phép thi công, dừng chất tải khi có một trong các trường hợp sau đây xảy ra:

+ Dịch chuyển ngang vượt quá 5mm/ngày.

+ Tốc độ lún vượt quá 10mm/ngày.

Trong trường hợp đã dừng chất tải mà tốc độ lún và chuyển vị ngang vẫn vượt quá qui trình thì nhà thầu phải dỡ bớt tải Sau khi dừng và dỡ bớt tải, việc chất tải chỉ bắt đầu trở lại sau ít nhất một tuần khi các số liệu quan trắc cho giá trị ổn định nằm trong giới hạn cho phép.

Quy trìnhthicông

Bước 1: Chuẩn bị thi công.

Bước 2: Thi công lớp vải địa ký thuật ngăn cách.

Bước 3: Thi công lớp đệm cát thoát nước ngang và hệ thống thoát nước bề mặt.

Bước 4: Thi công cắm bấc thấm, hào kín khí (theo thiết kế).

Bước 5: Thi công hệ thống thoát nước ngang và đồng hồ đo áp lực chân không.

Bước 6: Thi công hệ thống quan trắc.

Bước 7: Thi công lớp màng kín khí.

Bước 8: Thi công hệ thống gia tải chân không.

Bước 9: Thi công lớp bù lún và gia tải thêm.

Bước 10: Kết thúc chạy chân không và dỡ tải.

ỨNG DỤNG THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ZONE 5, NHÀMÁY XỬ LÝ KHÍCÀMAU

Giới thiệu vềdự án

Dự án đầu tưxâydựng công trình nhà máy xử lý khí Cà Mau (GPP Cà Mau) là một phần trong kế hoạch thực hiện mục tiêu trong chiến lược phát triển ngành khí Việt Nam giai đoạn đến năm 2015, định hướng đến năm 2025 Việc đầu tư Nhà máy GPP

Cà Mau nhằm mục tiêu sau:

- Tăng lợi nhuận sản xuất, kinh doanh cho Tổng công ty Khí ViệtNam.

- Khai thác và sử dụng tối đa nguồn khí khu vực Tây Nam Bộ từ các mỏ: Lô PM3- CAA, lô 46-CN và các mỏ lô B, 48/95, 52/97 trong tươnglai;

- Đa dạng hoá sản phẩm, thực hiện mục tiêu trong chiến lược phát triển ngành dầu khí Việt Nam đến năm 2015 và định hướng đến năm2025;

C A A k h i n h à m á y đ i ệ n , đ ạ m b ả o dưỡng, có sự cố và trong mùa thấp điểm;

- Sớm thu hồi sản phẩm khí hoá lỏng có giá trị cao hơn như LPG và Condensate của nguồn khí PM3-CAA hiện hữu, tránh lãng phí tàinguyên;

- Đáp ứng nhu cầu sản phẩm khí hoá lỏng và hoá dầu trong nước, chủ động trong nguồn cung cấp khí hoá lỏng và giảm thiểu nhậpkhẩu;

- Nângcaokhảnăngthuhồisớm4,3tỷm 3 khílôPM3-CAAcònlạimàPetronasđã nhận hộ cho tập đoàn.

- Mục tiêu nâng công suất đường ống MP3 bằng đường ống song song (Loop) nhằm nâng cao khã năng tiếp nhận khí về bờ lên 7 triệu m 3 /ngày để cấp bù khí cho các hộ tiêu thụ tại cà Mau, đồng thời phát triển thêm nguồn khí mớiduytrì sản lượng trong giai đoạn sau2022.

Nhà máy xử lý khí Cà Mau được đặt tại khu B thuộc khu công nghiệp Khánh An, huyện U Minh, cách thành phố Cà Mau khoảng 10km Phía Bắc tiếp giáp hàng rào nhà máy Đạm Cà mau, phía Nam giáp đường nội bộ khu công nghiệp Khánh An; phía đông giáp đường nội bộ khu công nghiệp Khánh An; phía Tây giáp Trạm phân phối khí Cà Mau (GDS) Tọa độ các mốc ranh giới của nhà máy theo hệ tọa độ VN2000 nhưsau:

Bảng 3.1: Tổng hợp tọa độ của các điểm định vị khu vực xây dựng của dự án.

- Nhà máy GPP và Kho chứa sản phẩm đặt tại khu công nghiệp Khánh An với tổng diện tích khoảng 34,60ha gồm các hạng mụcchính:

+ Kho chứa LPG và Condenseta: 8,30ha.

- Tuyến ống sản phẩm từ kho chứa tại nhà máy GPP Cà Mau đến cảng xuất sản phẩm: dài khoảng 02km.

- Cảng xuất sản phẩm là loại cảng cứng (bến nhập dầu DO) thuộc khu vực Khí điện đạm CàMau.

- Tuyến ống loop tăng công suất đường ống PM3-CM: Nâng công suất đường ống lên khoảng 6,95MMSCMD.

Khu vực 5 (Zone 5) là hạng mục phụ trợ của nhà máy bao gồm các hạng mục công trình phụ trợ cho nhà máy trên diện tích 1.7ha xem hình 3.1.

Theo báo cáo khảo sát địa chất cho giai đoạn thiết kế cơ sở (BB.G-VSP-PVE-SV-60- PL-REP-001) và báo cáo khảo sát địa hình và địa chất dự án nhà máy xử lý khí Cà mau do Tổng công ty tư vấn thiết kế dầu khí thực hiện vào tháng 12/2014 trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, trong khu vực xây dựng xuất hiện tầng đất yếu đến độ sâu từ 16,5m đến 19,5m từ mặt đất tự nhiên, và bao gồm nhiều lớp đất yếu và đất tốt Trong tính toán này, để đơn giản hóa, tác giả gộp địa tầng lại thành các lớp nhưsau:

1) Lớp DD: Đất san lấp, đất trồng trọt, bề dày của lớp thay đổi từ 0,5m đến1,7m.

2) Lớp 1: Sét hữu cơ dẻo cao, đôi chỗ xen kép cát, màu xám nâu, xám xanh, xámđ e n , trạng thái dẻo chảy (OH) Bề dày của lớp thay đổi từ 15,7m đến 18m.

3) Lớp 2: Sét dẻo cao đến dẻo thấp, đôi chỗ lẫn cát, sạn sỏi, màu nâu vàng, nâu đỏ,xám xanh, trạng thái dẻo cứng, đôi chỗ nửa cứng (CH) Bềdàycủa lớp thay đổi từ 5,7m đến15,5m.

4) Lớp 13: Cát lẫn bụi, cát cấp phối kém, đôi chỗ lẫn sạn sỏi, màu nâu vàng, rất chặt (SM, SP) Bề dày lớp chưa xác định do chưa khoan xuyên qua đáy lớp Bề dày tại hố khoan HK10 là11m.

(ký hiệu tên các lớp vẫn dùng theo báo cáo khảo sát địa chất của nhà máy)

Hình 3.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của nền theo độ sâu các lớp đất.

Hình 3.2 Tổng hợp một số chỉ tiêu cơ lý cơ bản của nền theo độ sâu và giá trị tính tương ứng Có thể thấy rằng chiều sâu tầng đất yếu biến động đến độ sâu 17 -18m tính từ mặt đất tự nhiên Sự biến đổi của áp lực tiền cố kết theo độ sâu cho thấy nền đất ở trang thái cố kết bình thường Trong tính toán chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 được chia thành hai độ sâu khác nhau do một số chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 có sự biến động từ mặt lớp đến độ sâu xấp xỉ 11m so với độ sâu từ 11m đến hết lớp 1 (xấp xỉ17.5m).

Hình 3.3: Mặt cắt địa chất khu vực nhà máy Ghi chú:

+0.00mđến+0.2m(hệcaođộHònDấu).Khuvựcthườngbịngậptrongmùalũ.Toàn bộ khu vực sẽ được san lấp đến cao trình chung là +2.32m (theo hệ cao độ Hòn Dấu).

2 Mựcnướcngầm:Khuvựcxâydựngđịahìnhthấp,thườngngậpnước.Trongtính toán để an toàn xem như mực nước ngầm tồn tại ở mặt đất tự nhiên.

3 Chỉ tiêu cơ lý dùng trong tính toán, xem bảng 3.6 và3.7.

Với điều kiện địa chất yếu, chiều dày đất yếu lớn, mặc dù các kết cấu chính về sau sẽ có thiết kế móng riêng (móng cọc), tuy nhiên vẫn cần phải tiến hành xử lý nền trước khi xây dựng để đảm bảo các kết cấu của khu vực sau này làm việc an toàn dưới ảnh hưởng của lớp đất đắp san nền trên diện rộng và tải tải trọng khai thác Nếu không được xử lý, các tải trọng này sẽ gây ra độ lún lớn cho nền trên phần không có cọc, có thể gây ra ma sát âm làm giảm sức chịu tải của cọc, làm sụt lún các công trình phụ trợ (hệ thống ống kỹ thuật, thoát nước, điện.)

Căn cứ vào thiết kế cơ sở đã được phê duyệt, theo công năng sử dụng, khu vực phụ trợ nhà máy GPP có các thông số được tổng hợp trong Bảng3.2

Bảng 3.2: Tổng hợp thông số kỹ thuật của các hạng mục thuộc nhà máy

STT Hạng mục Diện tích (m 2 ) Nội dung xử lý

01 Khu vực Phụ trợ (Zone 5) 17.572 Bấc thấm, kết hợp hút chân không, gia tải

Ghi chú: Phạm vi xử lý nền được tính từ biên của hạng mục mở rộng ra các phía là

3.1.5 Yêu cầu thiết kế xử lýnền:

Căn cứ yêu cầu kỹ thuật của dự án, phần xử lý nền cần đáp ứng cac yêu cầu trong bảng 3.3.

Bảng 3.3: Các yêu cầu kỹ thuật và tiền độ thi công xử lý nền

STT Thông số Zone 5 Tiêu chuẩn

2 Tiến độ xử lý nền (ngày) 180

3 Tốc độ lún dư (cm/năm) ≤ 2 TCVN

4 Độ cố kết của nền dưới tải trọng khai thác (%) > 90% TCVN

5 Tổng độ lún dư cho phép trong giai đoạn khai thác của dự án 30 năm ≤ 30

Tính toán thiết kếchitiết

3.2.1 Phân tích các số liệu đầuvào

Thiết kế xử lý nền đất yếu cho Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải gồm các bước sau đây:

+ Bước 1: Xác định phạm vi xử lý nền.

+ Bước 2: Xác định tải trọng tính toán, bao gồm tải trọng trọng trong giai đoạn gia cố nền (tải lớp đất đấp và tải hút chân không), tải trọng trong giai đoạn khai thác sau khi kết thúc công tác gia cố nền.

+ Bước 3: Lựa chọn các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của đất nền.

+ Bước 4: Thiết kế hệ thống hút chân không, bấc thấm và xác định độ lún ổn định nếu không xử lý nền, độ lún dưới tải trọng gia cố nền và độ lún dưới tải trọng khai thác thực tế.

+ Bước 5: Xác định độ lún dư và tốc độ lún của nền sau khi gian cố.

3.2.1.2 Xác định tải trọng tínhtoán

Căn cứ thực tế yêu cầu xử lý nền, tải trọng và các thông số chính dùng trong tính toán được xác định như sau:

- Diện tích khu vực phụ trợ:1 7 5 7 2 m 2

- Cao độ mặt đất hiện tại:0 , 6 2 m

- Chiều dày bù lún giả định:2.16m

Bảng 3.4: Tải trọng khai thác trong trường hợp nếu không xử lý nền

STT Thành phần tải trọng Bề dày (m) Tải trọng γ

Bảng 3.5: Tải trọng trong quá trình khai thác.

STT Thành phần tải trọng Bề dày (m) Tải trọngγ

Tải trọng trong quá trình xử lý nền sẽ được tính toán chi tiết theo từng phương án gia cố (xem bảng).

3.2.2 Lựachọn chỉ tiêu cơ lý của đấtnền

Căn cứ vào hồ sơ thiết kế đã được Chủ đầu tư phê duyệt thì công trình cần xử lý là khu vực phụ trợ thuộc Zone 5, hố khoan HK-07 của nhà máy xử lý khí Cà Mau Các chỉ tiêu tính toán thiết kế được chọn có được tính toán như sau:

Bảng 3.6: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán (Zone 5)

Lớp đất Mô tả Bề dày

1 Sét dẻo chảy, bùn sét 17,00 -16,38 1,943 2 39,57 3600 18,00

Bảng 3.7: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán

1 Sét dẻo chảy, bùn sét 15,7 1,943 0,965 0,675 0,219 49,9 1,205

3.2.3 Tính toán và bố trí bấcthấm:

Trong thực tế việc bố trí bấc thấm cùng loại, cùng chiều dài và khoảng cách thì sơ đồ bố trí hình tam giác mang lại hiệu quả cao hơn so với bố trí theo sơ đồ hình vuông Để dễ dàng và thuận tiện trong quá trình thi công chọn bố trí bấc thấm theo sơ đồ hình vuông.

Chiều dài cắm bấc thấm chọn cắm đến hết lớp đất yếu Chọn chiều sâu cắm bấc thấm là 19,5m được tính từ mặt lớp đệm cát đã kể đến đoạn nằm trong lớp đệmcát. a Trường hợp: Chưa xử lý nền dưới tải trọng khaithác

Dưới tải trọng khai thác bao gồm đất đắp, bù lún, tải trọng khai thác, độ lún của nền được tính theo các công thức 2.1-2.16, chi tiết được trình bày ở bảng 3.8.

Bảng 3.8: Độ cố kết của nền dưới tải trọng khai thác:

Lớp Độ sâ uđ áyl ớp z i

 ov Ứng suất do tải trọng ngoài

 ov + S i S t m m KN/m 2 KN/m 2 KN/m 2 KN/m 2 (m) m

Tổng 2,711 Độ lún trong quá trình khai thác: 2,711m. Độ lún tính toán vượt quá độ lún cho phép nên cần phải tiến hành xử lý (TCVN 9355- 2012). b Độ lún khi thi công bấcthấm:

Dưới quá trình thi công bấc thấm, đất nền được cố kết một phần do tải trọng trong quá trình thi công và sự làm việc của bấc thấm Ở đây giả thiết thời gian thi công và bấc thấm làm việc dưới tải trọng gồm xe, máy, đệm cát là 30 ngày.

- Các thông số của bấcthấm.

Bảng 3.9: Thông số của bấc thấm

Chỉ tiêu Ký hiệu Cách tính Giá trị Đơn vị

Kích thước bấc thấm aw 100 mm bw 3 mm Đường kính tương đương dw 2(a+b)/π 0.066 m

Sơ đồ bố trí bấc thấm Vuông

Khoảng cách bố trí L 1 m Độ sâu cắm bấc thấm H 19,5 m Đường kính ảnh hưởng của bấc thấm D 1.13*L 1.13 m

Tải trọng tính lún khi thi công bấc thấm

Bảng 3.10: Tải trọng khi thi công cắm bấc thấm

STT Thành phần tải trọng Bề dày (m) Tải trọng γ

Tính toán thấm chi tiết được thể hiện ở bảng 3.11 dưới đây:

Bảng 3.11: Độ lún dưới tải trọng thi công khi cắm bấc thấm

Lớp Độ sâ uđ áyl ớp z i

 ov + S i m m KN/m 2 KN/m 2 KN/m 2 KN/m 2 (m)

Bảng 3.12: Độ cố kết trung bình theo phương đứng và phương ngang trong quá trình cắm bấc thấm

(m 2 /d) Độ lún ban đầu (m) Ghi chú m m m 2 /d m 2 /d (m)

1 18,7 17,00 18,70 0,0026 330,622 0,0026 0,0053 1,203 Trong phạm vi bấc thấm

Ngoài phạm vi bấc thấm

Lún khi cấm bấc thấm

Bảng 3.13: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải trọng khi cắm bấc thấm

Thời gian Trong phạm vi bấc thấm

Dưới phạm vi bấc thấm Độ lún tổng Độ lún theo thời gian

Ta có biểu đồ thể hiện độ lún dưới tải trọng của lớp cát, PVD và thời gian chịu tải là 30ngày.

Lún khi cấm bấc thấm

Hình 3.4: Độ lún theo thời gian khi cắm bấc thấm Thời gian chịu tải: 30 ngày.

Ut= 8,9%. Đ ộ l ú n ( m ) Độ lún trước khi gia tải chân không: 0,24m. a Phương án 1:Khoảng cách bấc thấm 0,9m, chiều cao gia tảih=2,0m.

- Tảitrọngtrongquátrìnhxửlýnềngồmtảitrọngnềnđắp,bùlún,giatảivàáplực chân không như bảng 3.14:

Bảng 3.14: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 1.

Stt Thành phần tải trọng Bề dày (m)

- Kết quả tính lún phương án1:

Bảng 3.15: Bảng kết quả tính toán lún phương án 1

STT Tên mục Đơn vị Độ lún

Thờigian gia tải và hút chân không (ngày) Độ cố kếtU(

1 Lún sơ cấp dưới tải trọng khai thác m 2,711

2 Lún khi san nền và cắm bấc thấm m 0,241

3 Lún cố kết khi xử lý nền m 2,470

Tổng lún sơ cấp khi xử lý nền m 2,711

Kết quả tính toán chi tiết trình bày trong bảng 3.16. Độ lún dưới tải trọng hút chân không.

Bảng 3 16: Độ lún ổn định của nền khi xử lý theo phương án 1

Lớp Độs âu đáy lớp z i

Tổng 3,544 Độ lún khi gia tải chân không: 3,544m.

Bảng 3.17: Độ cố kết trung bình theo phương đứng và theo phương ngang theo phương án 1

C vi hi/sqrt(C vi ) C vtb C hi Độ lún ban đầu Ghi chú m m m 2 /d m 2 /d m 2 /d m

Trong phạm vi bấc thấm

Ngoài phạm vi bấc thấm

Bảng 3 18: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương án 1

Thời gian ngừng bơm chân không: 90 ngày. Độ cố kết chung của nền: Ut= 100%. Độ lún tại thời điểm ngừng gia tải chân không: 2,711m.

Hình 3.5: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 1 b Phương án 2:Khoảng cách bấc thấm 1m, chiều cao gia tải2m.

- Tải trọng trong quá trình xử lý nền tương tự như phương án 1 nhưng khoảng cách bấc thấm là 0,9 x 0,9m làm tốc độ cố kết của nền nhanh hơn, thời gian chờ đất cố kết ngắn hơn và hiệu quả xử lý nền nhanhhơn.

Bảng 3.19: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 2

STT Thành phần tải trọng Bề dày (m) Trọng lượng riêng γ (KN/m3) Tải trọng (KN/m 2 )

STT Tên mục Đơn vị Độ lún (m)

Thời giangia tải và hútchânkhôn g(ngày) Độcố kết U(%)

1 Lún sơ cấp dưới tải trọng khai thác m 2,711

Tổng lún cố kết dưới tải trọng xử lý m 2,549

Tính toán độ lún theo thời gian của nền khi xử lý theo phương án 2.

Bảng 3.21: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương án 2

89.4% 94.0% Thời gian ngừng bơm chân không: 100 ngày. Độ cố kết chung của nền: Ut= 94%. Độ lún tại thời điểm ngừng gia tải chân không: 2,549m.

Hình 3.6: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 2 c Phương án 3:Khoảng cách bấc thấm 1m, chiều cao gia tải2,50m.

- Tải trọng trong quá trình xử lý nền tương tự phương án 1 và 2, chỉ khác biệt là chiều cao gia tải lớn hơn làm cho tổng tải trọng xử lý nền nhiềuhơn.

Bảng 3.22: Tải trọng trong quá trình xử lý nền phương án 3

STT Thành phần tải trọng Bề dày

- Kết quả tính lún phương án3:

STT Tên mục Đơn vị Độ lún (m)

Thời gian gia tải và hút chân không (ngày) Độ cố kếtU(

1 Lún sơ cấp dưới tảit r ọ n g khai thác m 2,711

Tổng lún cố kết dưới tải trọng xử lý m 2,559

Bảng 3 24: Độ lún ổn định của nền khi xử lý theo phương án 3

Lớp Độ sâ u đá y lớp z i

Bảng 3.25: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải hút chân không và gia tải theo phương án 3

Thời gian ngừng bơm chân không: 95 ngày. Độ cố kết chung của nền: Ut= 94.4%. Độ lún tại thời điểm ngừng gia tải chân không: 2,559m.

Hình 3.7: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 3

3.2.4 Tổng hợp kết quả tínhtoán:

- Kết quả phân tích và so sánh các phương án được thể hiện trong bảng3.23:

Bảng 3.26: Bảng so sánh kết quả phân tích lựa chọn khoảng cách bấc thấm

Thời gian gia tải và hút chân không (ngày) Độ cố kết được khi xử lý nền (%) Độ lún dư (trong phạmvi thấm)bấc

Sau khi nghiên cứu và lựa chọn trong 03 phương án tính toán thì phương án 02 và phương án 3 là phương án được xem đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật, phương án 1 quá thiên về an toàn, có thể gây lãng phí Việc phân tích về đơn giá và tổng chi phí thi công có thể thấy rõ hơn về các phương án.

Bảng 3 27: Tổng hợp khối lượng xử lý nền theo các phương án

Tổng giá thành phương án

3 17572 1,0 x 1,0 17572 342.654 43.930 16.435.970.200 Để đảm bảo cả về mặt kinh tế và kỹ thuật bố trí bấc thấm theo hình vuông khoảng cách 1,0x1,0m, chiều cao gia tải là 2m theo phương án 2 là tốiưu.

Hình 3.6 cho thấy rõ hơn sự biến đổi chi phí xử lý nền cho các phương án khác nhau. Giá dự toán tham khảo các dự án tương tự trong khu vực xử lý cũng như đơn giá xây dựng do địa phương ban hành.

Hình 3.8: So sánh giá thành xây dựng giữa 03 phương án

Sau khi tính toán giải tích, cần mô phỏng bằng các mô hình số để kiểm tra lại kết quả tính toán của phương án chọn Ở đây, phương án 2 được lựa chọn mô tả bao gồm:

- Thời gian thi công: 130 ngày: 30 ngày cắm bấc thấm và 100 ngày giatải;

- Khoảng cách giữa các bấc thấm1.0m;

Mô phỏng bằng phầnmềmGeo-studio

GEOSTUDIO là một bộ chương trình để giải các bài toán Địa kĩ thuật, do công ty GEO-SLOPE International Ltd của Canada sản xuất Cho đến thời điểm này, bộ chương trình này đã được trên 100 nước trên thế giới sử dụng và được đánh giá là bộ chương trình mạnh nhất, nó gồm có 7 MODUL sau:

MODUL 2 (SLOP/W) : Phân tích ổn định mái dốc

MODUL 2 (SEEP/W) : Phân tích thấm

MODUL 3 (SIGMA/W): Phân tích ứng suất-biến dạng

MODUL 4 (QUAKE/W) : Bài toán động đất, phân tích đồng thời dựa trên tổ hợp các MODUL trên.

MODUL 5 (TEMP/W) : Phân tích địa nhiệt.

MODUL 6 (CTRAN/W) : Phân tích vận chuyển vật ô nhiễm.

MODUL 8 (VADOSE/W) : Phân tích bốc hơi.

SIGMA/W – V10 là một phần mềm giải bài toán ứng suất – biến dạng theo phương pháp phần tử hữu hạn.

SIGMA/W có thể phân tích được các bài toán biến dạng phẳng, đối xứng trục theo lý thuyết chuyển vị, biến dạng nhỏ và nền móng, khối đắp, hố móng, tunlen…

SIGMA/W để tính toán lún cố kết cho công tác xử lý nền bằng bấc thấm.

Hình 3.9: Giao diện phần mềm GEOSTUDIO

Hình 3.10: Các bước giải bài toán bằng phần mềm Geostudio

3.3.3 Môtả bài toán và nhập sốliệu

Trước khi bắt đầu làm việc với Sigma/W cần phác thảo mô hình bài toán với kích thước đúng như thực để làm điều này, dùng lệnh Sketch

Xác định các đặc tính của đất : Dùng menu Keyin/Materials… để khai báo các thông số các đặc tính của đất

Gán điều kiện biên qua menu Draw/Boundary Conditions , điều kiện biên được gán baogồm: Điều kiện biên về chuyển vị(cố định chuyển vị tại các nút phần tử ở các biên đứng và ngang) Điều kiện biên về lực: tải trọng xử lý nền được gán dưới dạng tải trọng phân bố đều phía trên lớp đệm cát.

Kích thước lưới phần tử có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh kích thước cá cphần tử như tăng kích thước các phần tử lên Khu vực quan tâm có thể chia thành một vài vùng,khu vực quan tâm và mật độ lưới có thể được thay đổi trong khu vực.

Một bài toán xác định đầy đủ từ bước 1 đến bước 4 có thể được giải quyết Solve và các kết quả được nhìn thấy trong cửa sổ Contour.

Chúng ta có thể chuyển đổi giữa cửa sổ Define và Contour trong khi thử nghiệm với các kết quả việc này rất hữu ích cho một tham số nghiên cứu.

Cửa sổ Tools/Verify có thể được sử dụng để kiểm tra số liệu bài toán trước khi giải quyết bài toán.

Cửa sổ Contour được sử dụng để hiển thị các kết quả áp lực và chuyển vị.

Từ Draw/Contour khoảng cách và màu sắc được thay đổi bằng cách kích chuột vào Draw/Contour con trỏ chuột thay đổi sang hình chữ thập Tại vị trí chữ thập trên hàng kết quả kích chuột giá trị ngoại biên được xác định.

Draw/Morh Circles được sử dụng để vẽ vòng tròn Morh biểu diễn trạng thái áp lực lên bất kỳ điểm nào, cùng với những phần tử cho thấy những áp lực và biến dạng.

Draw/Graph….được sử dụng để tạo ra các phần tử khác nhau của áp lực với độ sâu, chuyển vị, khoảng cách.

View/Result Infornation cung cấp đầy đủ thông tin về áp lực, chuyển vị, của bất kỳ điểm nào trong một cửa sổ.

Mô phỏngbàitoán

Tính độ lún cố kết cho nền nhà máy dưới tải trọng xử lý nền trong 130 ngày.

Tổng tải trọng xử lý nền: 144,40 kPa.

Các lớp đất cần mô phỏng:

+ Lớp cát san lấp dày 2m; có E 000 KN/m 2

+ Lớp 1 sét dẻo chảy, bùn sét dày 17m; có E= 3600 KN/m 2 , k=2.48e-6m/s.

+ Lớp 2 sét dẻo cứng, nửa cứng dày 19,0m có E 200 KN/m 2 , k=2.48e-8m/s.

+ Mực nước ngầm: trùng với mặt đất thiên nhiên ban đầu.

+ Mô phỏng vật liệu bấc thấm: Ky00Kx, EP00kPa Chiều sâu cắm đến hết lớp đất 2.

Bước 1: Xác định vùng làm việc, tỷ lệ. Đặt kích thước phạm vi làm việc trong phần mềm GeoStudio 2012.

Khởi động phần mềm GeoStudio 2012, click vào thu mục New\Sigma/W. Để đặt kích thước trang giấy ta chọn SetPageTrong hộp thoại Set Page mục Units chọn đơn vị mm

Trong hộp thoại Set Page mục Working Are: chọn khổ giấy A4 với Width: 297 VÀ Height: 210.

Lập tỷ lệ cho bài toán ta chọn SetUnit and Scale:

Tại mục Engineering Units chọn Metric.

Tại mục Problem Extents: Điền các giới hạn max, min của trang giấy.

Lập ô khoảng lưới chọnSetGird :

Tại Gird Spacing (Eng.Units) điền khoảng cách giữa các mắt lưới.

Tích vào Display Grid để xuất hiện mắt lưới, Snap to Grid bật chế độ bắt điểm. Chọn Close.

Chọn FileSave hoặc biểu tượng ổ đĩa trên thanh công cụ hoặc bấm tổ hợp phím Ctrl + S, hộp thoại Save As xuấthiện

Trong hộp thoại Save As chọn thư mục để lưu, đặt tên file rồi ấn Save.

Bước 3: Mô hình hóa bài toán.

Chọn SketchPolylines hoặc Lines để vẽ phác họa kích thước bài toán

Bước 4: Xác định phương pháp tính toán.

Tại mục Analysis Type: chọn Couple stress/PWP.

+ Intial Stress Conditions from: chọn (none).

+ Intial PWP Conditions from: chọn Water Table.

Bước 5: Khai báo vật liệu.

Chọn Add để thêm vật liệu cần khai báo:

Nhập tên lớp đất ở mục Name ( thay đổi màu lớp đất kích Set.)

Tại mục Material Category: chọn Total Stress Parameters.

Tại mục Materials Model: chọn Linear Elastic.

Trong mục Total E-Modulus chọn Constant và điền chỉ số modul biến dạng của vật liệu.

Mục Unit Weight: điền trọng lượng riêng

Mục Poisson’s Ratio: điền hệ số Poisson.

+ Tiếp tục chọn Add để khai báo thêm vật liệu.

Bước 6: Khai báo tải trọng và các điều kiện biên.

Mục BC Category: chọn Strees/Strain.

+ Chọn Add để thêm tải trọng cũng như điều kiện biên.

Nhập tên tại mục Name.

Mục Specify: chọn Stress để khai báo tải trọng; Force or Displacement để khai báo điều kiện biên:

+ Mục X-Type chọnX-DispConstant Action:0m.

+ Mục Y-Type chọnY-DispConstant

Action:0m.Chọn Close để kết thúc khaibáo.

Bước 7: Vẽ giới hạn từng lớp đất theo mô hình.Chọn DrawRegions : mục Draw chọn

Region.Bước 8: Gán vùng vật liệu.

Chọn DrawMaterials : mục Assign: lớp đất gán lên mô hình

Mô hình gán vật liệu

Bước 9: Vẽ đường mặt nước.

Chọn DrawInitialWater Table Bước

10: Gán tải trọng và điều kiệnbiên.Chọn

- Mục Assign: chọn “điều kiệnbiên”.

- Quét các điểm trên đường biênX-Y.

Hình 3.11:Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào nền

Chọn ToolsSlove Analyses Start.

Chọn WindowContour để chuyển sang chế độ hiển thị kết quả

Xuất kết quả đường thẳng chuyển vị theo phương Y:

Xem lại thông số tại vị trí lún lớn nhất.

Chọn ViewResult Information : Chọn điểm ở giữa vùng xử lý ta thấy:

Chuyển vị theo phương Y khoảngtheo tính toán là 2.61m xuống dưới.

Hình 3.12: Tính toán ứng suất và biến dạng khi xử lý nền

Hình 3.13: Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào

Sử dụng phần mềm Sigma/W tính toán lún và chênh lệch lún thu được kết quả lún tại tâm móng như sau: Độ lún lớn nhất theo tính toán bằng 2.61m dưới tải trọng xử lý nền.

Theo kết quả tính toán ở Chương 3 tổng độ lún cố kết cuối cùng là 2,549m

Ta thấy có sự chênh lệch về hai kết quả nhưng không đáng kể.

Quan trắc quá trìnhthicông

Trong quá trình thi công, sau mỗi hạng mục cần phải kiểm tra nghiệm thu cao độ của nền theo mạng 50m x 50m.

3.4.2 Quan trắc độ lún bềmặt

+ Trước khi thi công bấc thấm: 1 lần.

+ Trong giai đoạn gia tải 1 ngày/lần.

+ Trong giai đoạn chờ cố kết: 2 ngày/lần cho tuần đầu tiên; 4 ngày/lần cho tuần thứ 2;

7 ngày/lần cho 2 tháng tiếp theo; 14 ngày/lần cho các tháng còn lại đến khi kếtthúc.+ 30 ngày trước khi dỡ tải từ 1 đến 3 ngày/lần.

+ Sau khi dỡ tải 5 ngày/lần.

Trong trường hợp có sự cố hoặc dấu hiệu khác thường thì chu kỳ đo phải được tiến hành dày hơn.

3.4.3 Quan trắc áp suất chânkhông

Các đồng hồ đo áp suất chân không được bố trí trên phạm vi xử lý nền, khoảng 2500m 2 bố trí 1 điểm Vị trí lắp đặt đầu dò đo áp suất chân không phải được chôn ở trong tầng cát đệm dưới màng chân không, và giữa hai ống lọc liềnnhau.

+ Trong giai đoạn chạy thử tải chân không và giai đoạn thi công lớp cát gia tải: 1 ngày/ lần.

+ Trong giai đoạn gia tải chân không (từ tháng thứ 3 đến tháng thứ 6): tuần đầu tiên 1 lần/ngày, tuần thứ 2 đến khi kết thúc 2 lần/tuần.

3.4.4 Quan trắc độ lún từnglớp

Mỗi khu đặt 1 điểm đo lún từng lớp, sau khi hoàn thành thi công bấc thấm, khoảng cách kiểm tra giữa sensor cảm ứng là 4,0 m.

7 ngày/lần cho 2 tháng tiếp theo; 14 ngày/lần cho các tháng còn lại đến khi kết thúc. + 30 ngày trước khi dỡ tải từ 1 đến 3 ngày/lần.

+ Sau khi dỡ tải 5 ngày/lần.

Trong trường hợp có sự cố hoặc dấu hiệu khác thường thì chu kỳ đo phải được tiến hành dày hơn Yêu cầu sai số đo nhỏ hơn 5mm.

3.4.5 Quan trắc áp lực nước lỗrỗng

Mỗi khu đặt 3 điểm đo áp lực nước lỗ rỗng, nên lắp đặt sau khi hoàn thành thi công bấc thấm, các đầu đo áp lực nước lỗ rỗng đặt cách nhau 3m theo chiều sâu Ngoài ra bố trí thêm hai điểm đo áp lực nước lỗ rỗng bên ngoài phạm vi gia cố, nhằm đánh giá chất lượng tường sét cũng như đánh giá ảnh hưởng của bơm hút chân không tới khu vực xungquanh.

+ Trước khi vận hành hệ thống bơm hút chân không: 1 lần

7 ngày/lần cho 2 tháng tiếp theo; 14 ngày/lần cho các tháng còn lại đến khi kết thúc +

30 ngày trước khi dỡ tải từ 1 đến 3ngày/lần.

+ Sau khi dỡ tải 5 ngày/lần. Độ chính xác của thiết bị phụ thuộc vào chiều sâu lắp đặt đầu đo nhưng không lớn hơn 0,5kPa.

Quan trắc chuyển vị ngang của các lớp đất: Sử dụng các ống đo chuyển vị ngang.

Yêu cầu về độ sâu cắm thiết bị quan trắc: Các ống quan trắc cần được chôn sâu vào lớp đất cứng không có chuyển vị ngang Thông thường các ống được đặt bên phía ngoài của vùng xử lý cách biên của rãnh thoát nước khoảng 1m Đát ống chôn vào lớp đất ổn định không chịu dịch chuyển ngang một đoạn ít nhất 0.5m Ống được lắp đặt sao cho các rãnh dẫn hướng phải vuông góc và song song với hướng quan trắc., sai số thẳng đứng của ống dẫn đo độ nghiêng nhỏ hơn 1,5%, ống đo độ nghiêng phải cao hơn mặt đất 0,5 m và có nắp bảo vệ.

Yêu cầu vật liệu ống đo chuyển vị ngang: Cường độ và độ uốn của vật liệu ống đo chuyển vị ngang cần phải đảm bảo không bị đứt gãy trong quá trình đo Đề nghị sử dụng ống nhựa ABS hoặc ống PVC với kích thước có độ chính xác cao, yêu cầu đường kính ngoài 702 mm, đường kính trong 592 mm Thành ống phải nhẵn bóng, không có bọt khí và vết nứt và vết lõm rõ rệt Đầu ống cần cắt phẳng, vuông góc với đường trục ống Rãnh dẫn hướng hình chữ thập dọc bên trong ống đo chuyển vị ngang cần phải trơn phẳng, mối nối đầu ống phảikín.

+ Trước khi vận hành hệ thống bơm hút chân không: 1 lần.

+ Trong giai đoạn chạy thử tải chân không và thi công lớp cát gia tải: 2 lần/ngày. + Trong giai đoạn duy trì tải trọng :3 ngày/lần.

+ 30 ngày trước khi dỡ tải 5 ngày/lần.

+ Sau khi dỡ tải chân không đến khi bàn giao nghiệm thu: 1 tuần/lần.

Ngoài ra, bố trí các cọc bê tông đúc sẵn mác C25 (tiết diện 20×20cm, độ dài ≥ 1.6m) được độ sâu chôn vào đất ≥ 1.4m, lộ ra trên mặt đất 0.1m).

Chu kỳ đo: giống chu kỳ đo chuyển vị ngang.

3.4.7 Khảo sát lại đánh giá hiệu quả gia cốnền

Sau khi kết thúc công tác xử lý nền, rỡ tải chân không cần phải tiến hành khảo sát địa chất lại bằng các thí nghiệm khoan lấy mẫu (2m/1 mẫu) thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường để đánh giá hiệu quả của công tác xử lý nền.

Thi công vànghiệmthu

3.5.1.1 Lớp cát san lấp nền, cát đệm và cát giatải

Vật liệu dùng để thi công có thể là cát hạt trung đến hạt thô, không lẫn sét, hữu cơ và các thành phần không thích hợp Vật liệu ở trạng thái tự nhiên hoặc hỗn hợp sản xuất phải phù hợp với các yêu cầu sau:

+ Hàm lượng hữu cơ nhỏ hơn 5 %.

+ Hệ số thấm phải lớn hơn 5x10-3 cm/s.

+ Hàm lượng hạt trên sàng 0,25mm lớn hơn 50%.

+ Dung trọng khô lớn hơn 1,5g/cm 3

+ Cát không chứa các vật liệu sắc nhọn có thể đâm thủng màng chân không.

Bấc thấm sử dụng cho dự án phải đáp ứng yêu cầu trong bảng3.28.

Bảng 3 28: Các yêu cầu kỹ thuật của bấcthấm

Chỉ tiêu Đơn vị Yêu cầu kỹ thuật ĐK thí nghiệm

Màng lọc Vải kỹ thuật không dệt

Lõi Độ dày mm ≥ 3.0 Độ rộng mm 100 ±2

Khả năng chịu kéo kN/10cm ≥ 1.5 Khi độ dãn dài 10% Lượng nước chảy qua theo chiều dọc cm3/s ≥ 40 Lực ép nghiêng

Trạng thái khô N/cm ≥ 30 Khi độ dãn dài 10%

Khi độ dãn dài 15%, ngâm thử nghiệm trong nước

Hệ số thấm cm/s ≥ 5x10 -4 Ngâm thử nghiệm trong nước 24h Kích thước lỗ vỏ bọc mm < 0.075 Lấy theo 95

Bấc thấm không được sử dụng loại vật liệu tái chế nhằm đảm bảo diện tích lõi thoát nước, khả năng chống lão hóa từ 2 năm trở lên và có khả năng chống ăn mòn cao Bấc thấm trước khi sử dụng cần được bảo quản trong kho, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời và nước mưa làm bấc thấm bị lão hóa.

Chủng loại bấc thấm cần phải được chủ đầu tư phê duyệt trước khi đưa vào sử dụng cho công tác xử lý nền Nên sử dụng loại bấc thấm cho phép kiểm tra được chiều sâu bấc thấm sau khi thi công tại hiện trường.

Ngoài ra, bấc thấm cần được thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật theo yêu cầu của dự án bởi một đơn vị độc lập có chức năng chuyên môn Bấc thấm khi xuất xưởng yêu cầu phải có giấy chứng nhận xuất xưởng của đơn vị cung cấp trước khi đưa vào sử dụng đại trà, yêu cầu phải lấy mẫu bấc thấm thí nghiệm kiểm tra đạt các yêu cầu kỹ thuật như trên mới được đưa vào sử dụng.

Vải địa kỹ thuật sử dụng loại vải không dệt, và đáp ứng được các chỉ tiêu:

Cường độ chịu kéo theo quy định thiết kế Độ giãn dài khi đứt theo chiều dọc, ngang theo ADTM D4595 ≤ 15%

Bảng 3.29: Yêu cầu kỹ thuật màng chân không cần đạt

(Mpa) Độ kéo dài đứt gãy tối thiểu (%) Độ căng xé rách vuông góc nhỏ nhất

(kN/m) Độ dày Hướng (mm) dọc

Sử dụng vật liệu bentonite hoặc đất sét thi công tường sét.

Tường sét cần đảm bảo yêu cầu có hệ số thấm k ≤ 1×10 -5 cm/s, hàm lượng hạt sét (d

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	3,05 MB