Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu tương quan giữa sự thay đổi hệ số thấm và hệ số rỗng trong bài toán gia cố nền bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm

NHIEM VU: - Nghiên cứu quan hệ giữa hệ số thâm và hệ số rỗng trong nền đất yêu được xử lý băng phương pháp bơm hút chân không kết hợp bắc thấm.. Phương pháp này đãđược nghiên cứu ở nhiều

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

DUONG BINH PHUONG

NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ THAY DOI HỆSO THÁM VÀ HE SO RONG TRONG BÀI TOÁN GIA CÓ

NEN BANG PHƯƠNG PHAP BOM HUT CHAN KHONG

KET HOP BAC THAM

Chuyên Ngành : KY THUẬT XÂY DUNG CONG TRÌNH NGAM

Mã Số Ngành : 60580204

TP HO CHI MINH, tháng 06 năm 2016

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: = TS NGUYEN NGỌC PHÚC

Cán bộ hướng dẫn khoa học2: TS LE TRỌNG NGHĨA

PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

PGS.TS Bùi Trường Son TS Trương Quang Thanh

TS Nguyễn Kế Tường

TS Dang Đăng Tung

mB WN ReXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh gid LV va Trưởng Khoa quan lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ tên hoc viên : DUONG BÌNH PHƯƠNG MSHV: 13091308

Ngày Sinh : 02/01/1989 Nơi Sinh : Tây Ninh

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình NgamKhóa (năm trúng tuyển) : 2013 Mã số ngành : 60580204

I TEN DE TÀI: NGHIÊN CỨU MOI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ THAY ĐÔI HỆ SOTHÂM VÀ HE SO RONG TRONG BÀI TOÁN GIA CO NEN BANG PHƯƠNGPHAP BOM HUT CHAN KHONG KET HOP BAC THAM

Il NHIEM VU VA NOI DUNG:

1 NHIEM VU:

- Nghiên cứu quan hệ giữa hệ số thâm và hệ số rỗng trong nền đất yêu được xử

lý băng phương pháp bơm hút chân không kết hợp bắc thấm.

- Ung dụng tính toán cho công trình cao tốc Long Thành - Dau Giây gói 7,8

: TS LE TRỌNG NGHĨA

Tp HCM, ngày thang năm 2016.

CAN BỘ HƯỚNG DAN 1 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TS NGUYÊN NGỌC PHÚC PGS-TS LÊ BÁ VINH

CAN BO HUONG DAN 2(Ho tên va chữ ky)

TS LE TRONG NGHIA

Điều đầu tiên tôi bay tỏ tinh cảm sâu sắc, lòng biết ơn chân thành đến cán bộhướng dẫn TS Nguyễn Ngọc Phúc Và TS Lê Trọng Nghĩa Tất cả những sự trợ giúpvề phương pháp lý luận, những đề xuất nghiên cứu cũng như các giải pháp mà thầyđưa ra hết sức có giá trị và quan trọng đối với sự thành công của dé tài nghiên cứu

này.

Tôi chân thành cám ơn các giảng viên bộ môn Địa Cơ Nền Móng — Khoa KỹThuật Xây Dựng - Trường Đại Hoc Bach Khoa TP Hồ Chí Minh, đã tận tình giảngdạy, hướng dẫn trong suốt quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại bộ môn

Tôi cũng gữi lời cám ơn đến Thây Trà, người đã cung cấp thông tin công trìnhthực tế dé tôi có được cơ sở dữ liệu, cùng anh Nguyễn Phúc Thành đã nhiệt tình

hướng dan phân mém dé tôi hoàn thành luận văn này.

Tiép theo, tôi muôn bai tỏ sự biệt ơn đên Hội đông châm phản biện luận văn,Hội đông đánh giá luận văn đã làm vệc hết lòng, xem xét đánh giá đê tài và chỉ ra các

thiếu sót trong dé tài nghiên cứu này

Tp HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016

HỌC VIÊN

Dương Bình Phương

TÊN ĐÈ TÀI:

NGHIÊN CỨU MOI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ THAY DOI HỆ SỐ THÂM VAHE SO RONG TRONG BÀI TOÁN GIA CO NÊN BẰNG PHƯƠNG PHAP BOMHUT CHAN KHONG KET HOP BAC THAM

Tóm tắt đề tàiHiện nay có nhiều giải pháp tăng nhanh quá trình cố kết cho đất yếu Một trongnhững giải pháp tỏ ra hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế là bơm hút chân không trựctiếp bằng ống nhựa và bơm hút chân không sử dụng màng kín khí Công trình thựctế sử dụng phương pháp này là Đường cao tốc Bắc- Nam Long Thành — Dầu Giây,

nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy điện Nhơn Trạch 2

Tuy nhiên giữa việc mô hình và dự báo lún ban đầu so với thực tế thi công và sốliệu quang trắc hiện trường có nhiều khác biệt Một trong những nhân t6 đó là sựthay đổi hệ số thấm và hệ số rỗng theo thời gian dưới sự ảnh hưởng của áp lực chânkhông Đề tài tập trung phân tích mối quan hệ này băng việc mô phỏng bài toán sốtrên phần mềm Geostudio cho dự án Cao Tốc Long Thành - Dầu Giây

Kết quả nghiên cứu cho phép sử dụng phần mém Geostudio đề mô phỏng dự báoquá trình lún cố kết của giải pháp bơm hút chân không kết hợp bắc thắm một cách

hợp lý hơn.

Title:Study of the relationship of void radio and permeanbility during consolidationprocess for Soft ground improvement using Vacuum combine Prefabricated VerticalDrain

Abstract:Nowadays, there are many methods to make consolidation soft soil fast One ofthem, that is method of vacuum combine prefabricated vertical drain using directtube and sand and vacuum combine prefabricated vertical drain using air tight Theprojects which Ho Chi Minh City — Long Thanh — Dau Giay Expressway; PM3 CaMau, Nhon Trach electrical manufactory used them.

However, between the models and initial calculate vs actual construction andmonitoring data is quite different One of those factors is the change in permeabilitycoefficients and void ratio over time under the influence of vacuum pressure Thethesis focuses on analyzing the relationship between permeability and void ratio bythe simulation projects Highway Long Thanh - Dau Giay with Geostudio software.

The result of study allow use the software Geostudio to calculate estimate the finalsettlement using consolidation vacuum combine prefabricate vertical drainconventionally.

Tôi xin cam đoan: Bản luận van tot nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sucủa cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở lý thuyét, kiên thức, sô liệu đo đạc thực

tiên và dưới sự hướng dẫn của

TS Nguyễn Ngọc Phúc

TS Lê Trọng Nghĩa

Các số liệu tính toán và những kết quả trong Luận văn là hoàn toàn trung thực.Nội dung của Luận văn tuân theo nội dung đề cương Luận văn Cao học, ngành KỹThuật Xây Dựng Công Trình Ngầm, Khoa Kỹ thuật xây dựng thông qua

Người viết

Dương Bình Phương

MUC LUC

NOI DUNG9009.1000015 .Ả ỎỒ |

1.1 Đặt vẫn ĐỀ L2 2E H222 |

1.2 Mục tiêu nghiên cứu - <<<<« Error! Bookmark not defined.1.3 Phạm vi nghiên Cứu -+<<<<<5 Error! Bookmark not defined.1.4 Phuong Pháp nghiên cứu - Error! Bookmark not defined.

1.5 Ý nghĩa khoa học va thực tiễn của dé tài Error! Bookmark not defined.CHUONG 1: TONG QUAN VE PHƯƠNG PHAP GIA CO NEN BANG PHƯƠNGPHAP BOM HUT CHAN KHONG KET HOP BAT THAM Error! Bookmark not

1.1.3 Một số phương pháp thi công bơm hút chân không vào đất yếu [2] Error!

Bookmark not defined.

1.1.4 Giới thiệu hai phương pháp chính trong xử lý đất yếu bang hút chân khôngkết hợp với bắc thấm [2] - - - se: Error! Bookmark not defined

I.I.5 Trinh tự thi công của hai phương pháp trên [2| Error! Bookmark notdefined.

CHUONG 2: CO SO LY THUYET TINH TOAN QUA TRINH CO KET KHI GIA TAIBANG BOM HUT CHAN KHONG KET HỢP VOI BAC THAMError! Bookmark not

defined.

2.1 Lý thuyết bắc thấm - - sseeeeeeeeeeee Error! Bookmark not defined

2.1.1 Lời Giải của Kjellman (1948) |4] Error! Bookmark not defined.2.1.2 Lời giải của Hansbo 1981 [Š] Error! Bookmark not defined.

2.2 Cac phương pháp giải bai toán có kế thấm Error! Bookmark not defined.2.2.1 Độ lún ồn định[6] - - <5cscss2 Error! Bookmark not defined.2.2.2 Độ COKE eccccccccccccscsssscseseeseseseeseseseeseseess Error! Bookmark not defined.2.2.3 Lincé kết trong quá trình gia tải Error! Bookmark not defined

2.3 Bài toán cô kết thắm có xét đến ảnh hưởng của hệ số rỗng và hệ số thâm trong

quá trình cô kết [7 ] -<-<<<<<<++++++sssssss Error! Bookmark not defined.

2.4 Cac mô hình đất sử dụng trong phan mềm Geostudio dé tính toán Error!

Bookmark not defined.

2.5.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính [9] Error! Bookmark not defined.2.5.2 Mô hình đàn hồi không tuyến tinh Error! Bookmark not defined.2.5.3 Mô hình đàn hồi dẻo -: Error! Bookmark not defined

2.5.4 Mô hình Cam-CÏay <<« Error! Bookmark not defined.

2.5.5 Mô hình Cam- Clay cải tiễn Error! Bookmark not defined.CHUONG 3: UNG DUNG TINH TOAN CHO CONG TRINH CAO TOC LONG

THANH - DAU GIAY GOI THAU 7,8 Error! Bookmark not defined.

3.1 Giới thiệu về công trình nghiên cứu Error! Bookmark not defined.3.2 Điều kiện địa chất :-sccscecszceserssd Error! Bookmark not defined.3.3 Thiết bị quan trẶC: cc+cscsrsrrerees Error! Bookmark not defined.3.4 Phương pháp quan trắc s s s sec: Error! Bookmark not defined.3.1 Quan trắc lún -ccccccscsrsesesesesered Error! Bookmark not defined.3.2 _ Quan trắc chuyển vị ngang s Error! Bookmark not defined.3.3 Quan trac áp lực nước 16 rỗng Error! Bookmark not defined.3.4 _ Số liệu quan trẶC: - -ccscsesesrsrererees Error! Bookmark not defined.Mô hình bài toán trong phần mềm Geostudio 2007 Error! Bookmark not defined.3.5.1 Khai báo thông số mô hình Error! Bookmark not defined.3.5.2 Thiết lập mô hình bai toán - Error! Bookmark not defined.3.5.3 Kết quả tinh toán - -cccscsescee Error! Bookmark not defined.3.5 So sánh kết quả tính toán lần đầu với quan tracError! Bookmark not defined.3.6 Phương pháp hiệu chỉnh thông số đầu vào mô hình: Error! Bookmark not

1.1 Đặt van Đề

Việc có kết đất yêu băng phương pháp hút chân không đã được áp dụng trên thế giới

và hiện đang được nghiên cứu và áp dụng tại Việt Nam Trong giai đoạn thí nghiệm

và áp dụng thực tế vào điều kiện địa chất ở nước ta, cần có sự phối hợp giữa nhóm

nghiên cứu và đơn vị sản xuất trong giai đoạn thi công trong việc quan trắc hiệntrường Vì thé cần xây dựng công thức tính độ cô kết khi có bom hút chân khôngtrong điều kiện địa chất Việt Nam là hết sức cần thiết, vẫn đề này vẫn đang còn để

ngõ.

Đường cao tốc Tp HCM -Long Thành- Dau Giây dài 54.9km dang được xây dựngtrong đó có 9,8 km từ Km 14+100 đến Km 23+900 đi qua nền địa chất đặc biệt yếu,đòi hỏi phải xử lý bang phương pháp cố kết hút chân không Phương pháp này đãđược nghiên cứu ở nhiều nước, có nhiều phương án bố trí thi công trong đó haiphương án được lựa chọn nghiên cứu là phương pháp theo nguyên tắc MVC

(Menard Vacuum Consolidation) và phương pháp Beaudrain.1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu chính của dé tài này bao gdm những nội dung chính sau :

- Phan tích dữ liệu khảo sát địa chất và quan trắc nhằm mô hình bài toán cốkết bang hút chân không kết hợp với bắc thắm trên phan mềm phân tử hữu

hạn.

- Nghiên cứu mỗi quan hệ giữa việc thay đối hệ số thắm và hệ số rỗng theo

thời gian dưới sự ảnh hưởng của việc gia tải và cố kết bang chân không kếthợp bắc thấm

- Tinh toán so sánh thời gian lún, độ lún bằng việc mô phỏng băng mô hìnhvà kết quả quan trắc cho việc xử lý đất yêu bang phương pháp cố kết chânkhông kết hợp với bắc thắm

Đề tài “Nghiên Cứu Mối Tương Quan Giữa Sự Thay Đồi Hệ Số Tham Và Hệ SốRỗng Trong Bài Toán Gia Cô Nền Băng Phương Pháp Bơm Hút Chân Không KếtHợp Bắc Tham” tại dự án cao tốc Long Thành - Dau giây.

Sử dụng số liệu địa chất và số liệu quan trắc của công trình cao tốc Bắc Namtuyến Long Thành - Dau Giây gói thầu số 7,8

Mô phỏng bằng phần mém Geo-Studio 2007Xây dựng mối tương quan hệ số thắm theo mức độ cé kết cho lớp sét yếu khiđược gia tải trước bằng phương pháp bơm hút chân không

1.4Phương Pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết tính toán độ cố kết khi xử lý đất yêu bang bơm hút chânkhông kết hợp bat thấm

Phân tích ngược từ dữ liệu quan trắc hiệu chỉnh thông số đầu vào cho môhình bài toán băng phần mém phan tử hữu hạn Khi có bộ thông số đầu vàochuẩn, tiễn hành phân tích thống kê, hiệu chỉnh các thông số Lamda, Kapamô hình và dữ liệu quan trắc các công trình có bơm hút chân không kết hợpbat thâm từ đó thiết lập công thức tương quan

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- - Trong việc xử ly dat yêu có một vân đê là sự thay đôi hệ sô rong và hệ sô

thâm dưới tác dụng của ứng suất nén theo quy luật logarit, việc tính toán nàychỉ phù hợp với áp lực nén vượt quá áp lực tiền cố kết pc Đối với đất yếu,hệ số rỗng e và hệ số tham k phụ thuộc vào độ chặt của đất Khi quá trìnhgia tải với tải trọng ngoài, theo thời gian độ rỗng và hệ số thấm thay đổi Détài này bố sung sự ảnh hưởng của sự thay đổi trên trong bài toán xử lý nềnđất yếu sử dụng bơm hút chân không kết hợp bắc thắm Từ đó có nhận định

và làm chính xác hơn việc mô hình và dự tính độ lún theo thời gian.

Nghiên cứu các mô hình đất thích hợp khi thực hiện mô phỏng bang phan tửhữu hạn trong việc thiết kế xử lý nền đất yếu băng phương pháp bơm hútchân không kết hợp bắc thắm

Các kỹ sư thiết kế có thé sử dụng kết quả nghiên cứu dé dự báo mức độ vàthời gian cô kết của nên đất yếu.

Công nghệ hút chân không cũng rất thích hợp cho việc xử lý nền để xâydựng các cộng trình thủy lợi vùng ven biển.Với nền kinh tế dang phát triểnmạnh mẽ, nhu câu xây dựng các tuyến đê bién và đê vùng cửa sông ven biểnlà rất lớn nhằm bảo vệ các khu dân cư, kinh tế và các vùng đất canh tác Nhucầu này càng cấp thiết trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu và nướcbiên dâng Đặc điểm của nhiều tuyến đê và công trình thủy lợi vùng ven biểnlà được xây dựng trên nên đất yếu và bị ngập nước trong mùa mưa lũ Vìvậy cần phải áp dụng các biện pháp gia tăng tốc độ xử lý nền nhằm giảm độ

lún và tăng khả năng chịu tải, đảm bảo an toàn cho công trình xây dựng.

Phương pháp cô kết hút chân không làm tăng nhanh tốc độ có kết đất nền

nên đáp ứng được các yêu câu này.

CHUONG 1: TONG QUAN VE PHUONG PHAP GIA CO NEN BANGPHUONG PHAP BOM HUT CHAN KHONG KET HOP BAT THAM

1.1 Giới thiệu phương pháp xứ lý đất yếu bang phương pháp Hút chân khôngkết hợp với bắc thắm

1.1.1 Lich sứ phat triển [1]Công nghệ bom hút chân không xử lý nén dat yếu lần đầu tiên được giới thiệu làvào năm 1952 bởi tiến sĩ Kjellman Sau đó bài toán cố kết hút chân không đượcnghiên cứu tiếp bởi Giáo sư Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới.Đến những năm 70, được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là ở Nga và Nhật Vào thờiđiểm bay giờ hút chân không được bồ sung một lớp tường chống thấm bao quanhkhu vực xử lý nhằm hạn chế nước ngầm từ khu vực xung quanh, đồng thời tăngáp lực nén dòng thắm Tuy nhiên cách bố trí này sớm bộc lộ khuyết điểm là khátốn kém

Năm 1989 hãng xây dựng Menard (Pháp) dựa trên nghiên cứu và pháp minh của

giáo sư J.M Cognon lần đầu tiên áp dụng phương pháp cố kết MVC (MenardVacuum Consolidation) trên diện tích 390 m? của một trường huấn luyện phi côngở Pháp Hãng này không dùng tường chống thắm nữa mà thay vào đó là lớp giatải băng đất và sự chênh lệch giữa áp suất khí quyền với áp suất chân không dướimàn kín khí bao phủ bề mặt diện tích xử lý Từ đó phương pháp này được ứngdụng rộng rãi trên thế giới

Từ năm 1997 đến năm 2004, Công ty xây dựng cofra (Hà Lan) nghiên cứu cảitiền HCK theo hướng giản hoá, bỏ đi lớp màng bảo vệ thi công phức tạp và dé bịhư hỏng Hướng cải tiễn này cho ra đời ba phương pháp bồ trí mới, nhanh chóngđược chấp nhận và thi công cho các công trình trên thế giới

1.1.2 Tổng quan một số công trình áp dụng phương pháp hút chân khôngkết hợp bắc thấm [1]

Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ gia tải bơm hút chân không đã được triểnkhai và thành công trên nhiều nước

Trung Quốc là nước đã tiến hành thí nghiệm đầu tiên do thiếu vật liệu đắp dapgia tải trước Một số công trình có quy mô lớn đã sử dụng công nghệ nay như cảng

Xingang, Tiamijing, Trung quốc Tại Nhật bản phương pháp này được sử dụngthường xuyên trong công trình xây dựng từ những năm 1960 đến 1980

Bang 1.1 Mot số công trình sử dụng phương pháp MVC

Year Name Country Structure Consultant Owner Size (m*)| N-SPT

IGB - Dr City of

2001|Hamburg Germany Airplane warehouse Maybaum Hamburg 238,000; 0

2001|Bang Bo Thailand Powerplant access road Seatac ABB Alstom 30,000} O

City of

1999] Jangyoo STP South Korea |Sewage Treatment Plant KECC Khimae 70,000} 0

1999] Quebec Canada Bridge structure QDOT 1000 0-2

Steinfeld & Port of

1997JWIsmar Germany Terminal Port Container Part Wismar 15,000} 0

1996Khimae PS South Korea {Pumping station KECC City of Pusan 20,000

-CETE Fort de] DOT Fort de

1996]RN1 French Indies |Bypass France France 6150| 1995] Kuching Malaysia Wharf ACER TRANSFIELD| 12,000} 1-3

-City of

1995|Khimae STP South Korea |Sewage Treatment Plant KECC Khimae 83,580] 0-41994|A 837 - Phase 2 |France Expressway SCETAUROUTE ASF 10,000) -1994} Lubeck Germany Terminal Port Container INROS City of Lubeck] 22500 0-11993|A837 - Phase 1 |France Expressway LCPC ASF 44500] -

ZAIDUN

1992|lpoh Gopeng Malaysia Expressway LEENG PLUS 2600| 0-1

1992|Lamentin French Indies | Expressway BRGM DOT 7805| 1-3

1991|Lamentin French Indies |Airport apron CEBTP CCl 17,692} 1-41990] Ambes France Oil tanks Mecasol SAEPG 17,550) 2

1990] Eurotunnel France Road development SETEC Eurotunnel! 56,909)

-CETE

1990] Ambes France Road Bordeaux DOT 21,106| 0-2

1990]Lomme France Warehouse FONDASOL DANZAS 8,130)

-1989] Ambes France Pilot test Test area Test area 390] 0-2

Tại Việt Nam, cong nghệ gia tai hút chân không dang được sử dung rộng rãi Mộtsô công trình tiêu biêu đã và đang sử dụng.

Bảng 1.2 Một số công trình tiêu biểu đã sử dụng

Tên công trình Năm Địa điểm Diện tích xử lý (m”)

Khu liên hợp gang thép Formosa | 2012 Hà Tĩnh 2.900.000Nha máy nhiệt điện duyên hải 1 [2011 Trà Vinh 560.000Kho chứa LPG lạnh Thị Vải 2010 | Bà Rịa— Vũng Tau 49.720Nha máy khí điện đạm Cà Mau | 2006 Cà Mau 130.000

1.1.3 Một số phương pháp thi công bơm hút chân không vào đất yếu [2]

Hút chân không (HCK) là phương pháp xử lý nền bằng cách hút nước ra khỏi đấtnên dé giảm thành phan nước trong đất từ đó giảm hệ số rỗng, tăng liên kết giữa các hạtđất, nhờ đó mà giảm được độ lún và tăng sức chịu tải của nền khi xây dựng công trình.Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công ty xây dựng triển khai công nghệ hút chânkhông, mỗi một công ty lại có những cải tiễn riêng, những thiết bị riêng dé phù hợp vớicác công trình xây dựng mà công ty đó thực hiện Vì vậy trong thực tế có nhiều biệnpháp thi công hút chân không khác nhau Tuy nhiên các phương pháp này đều dùng giatải dé hỗ trợ quá trình rút nước khỏi nên Vé co bản có thé phân thành hai loại chính là

thi công bơm hút chân không có màng kín khí và không có màng kín khí.

1.1.3.1 Phương pháp bơm hút chân không sử dụng ống trực tiếp (VCM-DT)

Trong phương pháp này, bắc tham được kết nối với máy bơm chân không thông qua hệthống ống dẻo băng việc sử dung mỗi bắc thắm cho một sợi ống như hình 1.2 Loại thicông phương pháp này được thể hiện ở hình 1.5 cho thấy áp suất chân không được bơmvào bắc thắm thông qua hệ thống thoát nước dọc sử dụng ống đục lỗ và những nhánh

thoát nước ngang.

Thoi gian (ngay)

Hình 1.2 Biểu đô áp suất chân không với thời gian trong bắc thắm sử dụng phương

pháp (VCM-DT) [2]

1.1.3.2 Phuong pháp bơm chân không sử dụng màng dia với lớp cát đắp

(VCM-MS)

Cát đắp và chiều sâu chôn bắc thấm trong lớp cát đắp thì tương tự như phương

pháp gia tải trước với cat (Convention Preloading Method with Sand, CPM- S) Lớp cát

dap được phủ lên lớp màng kín khí để có thé chuyển áp suất chân không từ cát đắp đếnđất yéu thông qua những bắc thấm, áp suất chân không có thé được bơm trong cát thôngqua hệ thong máy bom phụ sử dung những ống nhựa đục lỗ nam dọc theo rảnh của mộtsố hàng của bắc thâm Do số hiệu áp suất chân không trong cát đắp cho ở hình 1.3 chothay áp suất chân không trong giai đoạn sớm đạt được 70 kPa sau đó giảm dan về 50-55 kPa cho đến hết quá trình gia tải

80 =

|3 1

- 60 [ ——v6 28]a —— VG 26

Thoi gian (ngay)

Hình 1.3 Ap suất chân không trong cát dap (VCM-MS) [2]

1.1.3.3 Phương pháp bơm chan không sử dụng màng phú với PBDs

(VCM-MB)

Thi công điển hình trong phương pháp này được chỉ rõ trong hình 1.4 Áp suất chânkhông có thé được áp vào bac thầm thông qua những rãnh dọc sử dụng ống đục lỗ nămtrong rãnh và những ống thoát nước theo phương ngang từ những mương ống đục lỗđược bồ trí năm doc theo bắc thắm doc, tại hai phương ngang và dọc giao nhau tại | vitrí giao sẽ có những ống nỗi hình T hoặc hình chử thập (+) để kết nối lại

Do áp suất chân không ở giữa chiều sâu bắc thấm ở 3 vị trí của dự án SNEW thể hiệnhình 1.5 cho thay áp suất hữu hiệu trong bắc thâm từ 70-80 kPa đạt được sớm Tuynhiên sau 120 ngày áp suất chân không trong PD-D2 hạ áp về 20 kPa đến hết giai đoạn

gia tal.

ĐD 30

=

S |

¬4 30 Eee oocs | |

=~ < +—+

Oo =~ 10 | |

Oo 7 T T= ee

| |

$ 0 HẠNG

| |

1 |0 i i

0 30 60 90 120 150 180 210 240

Thời gian (ngày)

Hình 1.5 Ấp suất chân không sử dụng màn kín và PBDs [2]

1.1.3.4 Phuong pháp bơm chân không sử dung màn phủ với ống nhựa đụclỗ (VCMMT)

Phương pháp nay, hệ thong thoát nước năm ngang phía dưới màng kín khí gồm hệ thongthoát nước năm ngang sử dụng ống dẻo, cuộn sóng, ống đục lỗ và hệ thống thoát nướcchính bằng nhựa PVC hoặc HDPE, bắc thâm được kết nối với Ống ngang bằng sự cuốnlại với sợi dây buộc chat sit dụng 4 hướng hoặc ống hình T những chồ nối kết nỗi giữathoát nước dọc và thoát nước ngang thể hiện hình 1 7a và 1.7b

Do áp suất chân không ở giữa chiều sâu bắc thấm ở các khu vực thi công khác nhau théhiện ở hình 1.7, cho thay áp suất chân không không phụ vào chiều dai bắc thắm và cóthé giữ áp suất đến hết giai đoạn gia tải ở áp suất 70-80 kPa

—_ — — — — — — — —_— —— —_— — _= —_— ƯƠớ:.:”—==ê Tnm=7= — — — — — — — — — — m— —

PD20 (930m) |PD22(13.75m)[FPDS50 (0.00 m) |—PD51( SODm)PD62 (3.85 m) |“PD64 (560m) |[-

A A.

0 30 60 9O 120 150 180 210 240

Thời gian (ngày)

Ap lực chân không(17-Da\vuwyuUltl | xả wevulv yTM wy

Hình 1.7 Ap suất chân không trong VCM-MT [2]

Tóm lại: Trong bốn phương pháp tạo áp suất chân không trên thì có ba phương phápgiữ được áp suất chân không trong giai đoạn gia tải đó là: VCM-MS, VCM-MB vàVCM- MT nhưng hai phương pháp được sử dụng nhiều là VCM-MS và VCM-MT được

làm rõ dưới đây.

1.1.4 Giới thiệu hai phương pháp chính trong xứ lý đất yếu bằng hút chânkhông kết hợp với bắc thấm [2]

Có hai phương pháp thi công hiện tại trên thị trường gọi là phương pháp cách khí

băng vải và phương pháp ống hút trực tiếp

1.1.4.1 Phương pháp thi công có mang kín khí và cát đắp (VCM-MS)

Màng kín khí thông thường là màng địa kỹ thuật (Geo-membrane) bao kín toàn bộ khu

vực thi công Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí cũngđược rút ra, tạo một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyền trong lớp đất gia tải nămdưới màng, từ đó hình thành một gia tải phụ do sự chênh lệch về áp suất không khí ở

trên và dưới mang kín khí (hình 1.8) Đại diện của nhóm phương pháp thi công HCKcó màng kín khí là phương pháp MVC (Menard Vacuum Consolidation).

Khi thi công MVC cân lưu ý các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Duy trì hệ thông thoát nước hoạt động có hiệu qua năm dưới màng chống thấm déthoát nước và khí trong suốt quá trình bơm hút, không để tắc hoặc hở

- Giữ cho vùng đất dưới màng kín khí không bão hòa nước.- Gitr 6n định áp suất chân không dưới màng

- Giữ kin khí trên toàn bộ diện tích mang phủ, đặc biệt đoạn nối máy bơm và màng.- Neo giữ va kín khí toàn bộ hệ thống tại biên khu vực xử lý (hao bentonite)

- — Hạn chê dòng thâm của nước ngâm di vào khu vực xử lý.

Áp suất khí quyền Máy hút khí

May hút chan không

Tường thâm

ngoại vi

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý phương pháp MVC [3]

Nhìn chung, phương pháp MVC có ưu điểm là có thể giảm khối lượng gia tải Tuynhiên, công tác chuẩn bị thi công phức tạp do phải hàn nối màng kín khí và kiểm soát

chặt chẽ khả năng kín khí của màng.

1.1.4.2 Phương pháp thi công không có mang kín khí VCM-MT [3]

Nguyên tắc của nhóm phương pháp thi công không có màng kín khí dựa trên việc đơngiản hóa phương pháp MVC bằng cách bỏ đi màng kín khí, cũng là bỏ đi sự trợ giúpcủa áp suất khí quyền Thay vào đó, nhóm phương pháp này yêu cầu đắp lớp gia tải caohơn dé bù dap sự thiếu hụt về áp lực gia tải (hình 1.9) Nhìn chung nhóm phương phápnày thi công đơn giản, nhưng khối lượng gia tải lại tương đối lớn

Đại diện cho nhóm thi công hút chân không không có màng kín khí là phương pháp

Beaudrain (hệ thống ống tập trung nước được thi công lắp đặt ngâm dưới mặt đất) vàphương pháp Beaudrain-S (hệ thông ống tập trung nước được thi công lắp đặt nồi trênmặt đất, sau đó đắp lớp gia tải phủ lên trên)

Đề gia tăng hiệu quả bơm hút chân không trên diện rộng, cả hai nhóm phương pháp đều

có thê áp dụng các biện pháp cải tiên như là nôi ông kín trực tiép với bac thâm Điêu

này làm cho áp suất chân không trong bắc đạt tới độ sâu lớn hơn, tăng lưu lượng nước

Hình 1.9 Sơ đô nguyên lý phương pháp thi công không có màng kín khi và hình mặt

cắt phương pháp cô kết chân không [3]

Ở những dự án lớn, yêu cầu tiến độ nhanh vật liệu gia tải và diện tích chiếm dụng củadự án bị hạn chế, thì phương pháp thi công bắc thắm kết hợp với gia tải trước van còntôn tại nhiều bat cập Trên thế giới hiện nay còn phô biến hai công nghệ bơm hút chân

không đó là:

+ Dùng màng tạo vùng chân không kết hợp với thu nước từ những rãnh xương cá

+ Tạo chân không trực tiếp băng vòi va cút nối dau bắc thắm đã thi công

Thông thường phương pháp hút chân không được chọn lựa cho công trình cần độ giatải lớn, yêu cầu vẻ thời gian thi công nhanh Phương pháp hút chân không có nhượcđiểm là áp lực gia tải hạn chế bởi hiệu suất bơm hút (chi đạt 70-80 kPa), nên thườngđược kết hợp với biện pháp gia tải trước băng đất đắp

Thông thường giai đoạn bơm hút chân không sẽ được áp dụng trước làm cho đất nềntăng sức chịu tải, sau đó mới triển khai giai đoạn đắp dat theo nhiều cấp tiếp theo

Ngoài ra để giảm các chuyển vị ngang nam ở chu vi khu vực xử lý khi tiễn hành hútchân không, việc gia tải băng đất đắp phải được cân nhac sao cho có khuynh hướng làmtriệt tiêu chuyển vị này.

1.1.4.3 Phan tích ưu khuyết điểm của hai phương pháp

Hai phương pháp đều tạo áp suất chân không dé làm cho đất cỗ kết Nhung tùy vào thựctế của từng công trình mà chọn phương án nảo là hợp lý nhất Dưới đây là bảng so sánhưu khuyết điểm mỗi phương án

Bảng 1.3 : So sánh ưu khuyết điểm 2 phương án bơm hút chân không

Sứ dung mang kín khí Sử dụng ống trực tiếp

tránh thoát khí

1.1.5 Trinh tự thi công cua hai phương pháp trên [2|

1.1.5.1 Trinh tự thi công của phương pháp sử dụng mang kín khí

Mặt băng được dọn dẹp bằng các phương tiện cơ giới như máy ủi, máy cắt, xong ta phảilàm phắng công trình băng lớp các san lắp, tới gia đoạn cắm bắc thắm và bom8 hút chân

không.

Trình tự thi công bằng phương pháp màng kín khí theo các bước sau :

Bước 1: Don dep công trường chuẩn bị mặt băng

Bước 2: Đặp lớp cát phủ

Bước 3: Lắp đặt bắc thắm

Bước 4: Lắp đặt ông bơm chân không

Bước 5: Lắp đặt bắc thắm thoát nước ngang

Bước 6: Lắp đặt mương thoát nước ngang phụ

1-Chuan bi mat bang 3.| 3-Lap bắc thắm

4-Lap dap ống bom

Bước 1: Don dep công trường chuẩn bị mặt băng,

Bước 2: Lap đặt bắc thắm

Bước 3: Kết nối bắc thâm với ống bơm chân khôngBước 4: Dap gia tải

Bước 5: Giảm áp/ lún

1 chuan bị công trường

3 kêt nỗi bắc thắm -ống -_4.đắp gia tải

bơm chân không

5.Giam áp/ lún

Hình 1.12: Trình tự lắp đặt Ống trực tiếp phương pháp sử dụng ống trực tiép[2]

Bước 1: Đất ban đầu

Bước 2: Dua ông neo vào vị trí

Bước 3: Lắp đặt bắc thắm

Bước 4: Giử chặc ông nhựa xuông đất

Bước 5: Dua ni T vào vi trí

Bước 6: Lắp nối T

Trình tự lắp bac thắm và ống trực tiếp

Bước 7: Nói bắc thắm với bơm hút chân không

Bước 8: Gia tải lên ống nhựa và bơm hút chân không

1.Diéukién datnén tu

a) Position Anchor Plate

e) Lock T-Connectorf} Connect to PVDs

and Vacuum Pump

8 Place Surcharge withVacuum

Hình 1.13: trình tự nối ống frực tiếp [2]

Kết luận

Trong chương này tác giả giới thiệu tổng quan xử lý đất yêu bằng bơm hút chân khôngkết hợp bắc thấm, ưu điểm khi sử dụng biện pháp xử lý đất yếu bang hút chân khôngkết hợp bắc thắm Giới thiệu các phương pháp thi công chính và ưu nhược điểm của

chúng.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CO KETKHI GIA TAI BẰNG BOM HUT CHAN KHONG KET HỢP VỚI BAC

THAM

2.1 Ly thuyết bắc thamNhững giả thuyết dau tiên:- Pat nên là đồng nhất và bão hòa nước hoàn toàn.- Dòng chảy trong đất thành từng lớp theo định luật Darcy.- Tinh thâm của dat được giả thiết là không đổi trong quá trình có kết.- _ Chuyến vị biên tại vị trí phần tử thắm và các 6 là chuyển vi đứng, không cho

phép chuyền vị ngang.- Sw thay đối thể tích tương ứng với sự thay đổi hệ số rỗng và hệ số nén thé tích

F

H — _C

Hình 2.1 Đường kính lăng trụ cô kết tương đương

2.1.2 Lời giải của Hansbo 1981 [5]

2.2 Các phương pháp giai bài toán cố kế thấm2.2.1 Độ lún 6n định[6]

Độ lún của công trình do tải trọng công trình sau khi xây dựng xong đến khi 6nđịnh tính băng công thức

Hi: Chiêu dày lớp dat thứ i

e,: Hệ số rồng của lớp dat thứ ¡ ở trạng thái tự nhiên ban đầu không tai

C;: Chỉ số nén lún, trong phạm vi øj, +ơ; của lớp đất thứ ¡

CC Ứng suất nén thăng đứng tiền có kết của lớp đất thứ i

ol: Ứng suất nén thắng đứng do tải trọng ban thân các lớp dat tự nhiên nam

- Khi đất ở trạng thái quá cố kết, ø, < o%,

Nếu Ơ,+ƠØ,, >Ø,„ , tức là tong áp lực vẫn lớn hơn áp lực tiên có kết, đất tiếp tục

nén lún.

- Nếu oto >Ø,„, tức là tong áp lực vẫn lớn hơn áp lực tiên cố kết, đất tronggiai đoạn phục hồi, thì áp dụng công thức biến đổi:

"HH | otaS.=Y +] Ci.log = 2.13, Stic g—— ị (2.13)

2.2.2 Độ có kếtĐộ cố kết U có thể được ước tính như sau :

Theo Hansbo (1979) dé nghị cho việc tính toán độ có kết theo phương ngang Uh củaviệc xử lý bắc thấm theo phương ngang như sau:

ks là hệ sô thâm cua dat yêu trong vùng xáo trộn.

z là khoảng cách thoát nước ;

L chiều dài bắc thấm cho thoát nước | chiều và 1⁄2 cho thoát nước hai biên của bắcthắm

qw là khả năng tháo nước ra bắc thắm.dw là đường kính tương đương của bắc thấm

a và b là chiều dày và chiều rộng bắc thắm.d; đường kính vùng xáo trộn trong lúc cắm bắc thấm, điều đó có thé liên quan đếnđường kính tương đương của tâm khoan, dm được Hansbo (1987) đề nghị như sau :

ds= 2dm (2.12)

dm= 2(w.]/m)°5 (2.13)Trong đó:

w val là chiều rộng và chiều day tâm khoan.Giá trị của kw/qw trong công thức (2.10) thì thường nhỏ hơn 0.0001 cho hau hết cáctrường hợp thực tiễn, vì vậy giá trị tốt cho sức kháng F; trở thành không đáng kể trong

việc so sánh với giá tri Fn và F; Balasubramanian (1995), Bergado (1996, 2002) va

Long (2006) chỉ ra rằng sức kháng ảnh hưởng rất nhỏ khi khả năng dở bắc thấm lớnhơn 50 m?/nim Do đó với khoảng cách bắc thấm là thông số ảnh hưởng chính tới việctính toán cô kết

2.2.3 Lin cô kết trong quá trình gia taiLún cô kết tại thời gian t trong suốt giai đoạn gia tải có thể được dự toán từ độ có kếttương ứng U¿ và tổng độ lún cô kết Scr dưới phan tải gia tải

Se=Ù,.Sef (2.14)

Gia tri Scr có thé được tính từ thi nghiệm nén cô kết hoặc công thức trong phần udc

tính độ lún trình bày bên dưới.

Giá Z⁄ có thé được tính như sau:- Đối với bắc thâm dùng gia tải trước (không có hút chân không)

O,, =O,,+Ao,

wf (2.15)Trong đó:

Ao, ứng suất tong tao từ tai trọng dat đắp.

Prin hoạt động trên bề mặt:

Pri tính toán như sau:

Pin = >, Y jiu Pp — Vw Py (2.16)

Trong do

vin tong trọng lượng don vi lớp đất dap :hgin bê dày lớp đất dap :

yw trọng lượng riêng của nước ;

hw chiều cao nước bên dưới lớp đất dap trong quá trình gia tai+ Đối với bắc thắm với hút chân không trực tiếp bằng hệ thong ống (không dùng man

kín kh?)

Ởyy — O10 + Ao, + Prac

(2.17)Trong đó:

Pvac ứng suất chân không hữu hiệu,

+ Đối với bắc thâm với hút chân không dùng màn kín khí.Ø “ A ` ^ Lá Lá ^ bd 4 Lá AR 4 H re

có thê dung công thức (2.17) nhưng mức độ gia tăng ứng suât được xác định với

áp lực của đất đấp lần = 2# ji? xem như áp lực nước lỗ rỗng âm ngay dưới mang

kín khí.

2.2.4 Áp suất chân không hữu hiệu

Indraratna (2004) đưa ra khi hút chân không được áp dụng trong việc dùng bắc thấm,ứng suất hữu hiệu chân không, pvac dọc theo chiều dài bắc thắm có thé giảm theo chiềusâu, do đó giảm hiệu quả Tuy nhiên một số nghiên cứu cho rằng sự hút tại bất kì điểmsâu nào cũng phát trién nhanh, thậm chí nếu bắc thấm sâu tới 30 m ( Bo 2003, Indraratna2005) điều đó phù hợp với dữ liệu quan trắc như đã được đề cập trong công thức (2.17).Tải phân bố đều của lực hút chân không dọc theo bac thấm có thé thừa nhận in tính toánthiết kế, bên cạnh giá trị ứng suất chân không hữu hiệu pvac công thức (2.17) có thể

được lựa chọn dựa trên công nghệ thi công thực tế Những tính toán sau điều chấp nhậnlà đúng trong tính toán thiết kế.

- Với VCM- MS ( ) giá trị trug bình pyac = 60 kPa nếu sử dụng gia tải cát thô

- Với VCM-MB ( ) pvac = 75 kPa- Với VCM-MT ( ) p›ac (75-80) kPa

-Với VCM-DT ( ) pvac = 75 kPa trong giai đoạn ban đầu nhưng hiệu suất của phươngpháp này là ẫn số trong gia đoạn sau với độ lún rộng

2.3 Bài toán có kết thấm có xét đến ảnh hưởng của hệ số rỗng và hệ số thắmtrong quá trình có kết [7]

Hệ số có kết Cy phụ thuộc vào hệ số thâm k và hệ số nén thể tích my Trong đóquá trình cố kết, hệ số nén thé tích my và hệ số thấm k thay đổi theo giảm dan theothời gian tương ứng với sự gia tăng ứng suất hữu hiệu Do là quá trình cô kết, nướcthoát ra, đất nén chặc lại dẫn đến giảm hệ số rỗng lẫn hệ số thắm Tuy nhiên do mứcđộ thay đối của hệ số thấm và hệ nén thé tích không như nhau nên hệ số cô kết Cycũng thay đối theo

Xét sự nén ép của đât bảo hòa, trong đó, nước lô rông có chứa khí hòatan chịu nén, phương trình vi phân nén chặc của môi trường này trong trườnghợp bài toán một chiêu có dạng:

2 meat Ne OM) (2.16)

Ot ot oy, 9z Ø

Trong đó: u: áp lực nước 16 rỗng: mw hệ số nén của nước lỗ rỗng, k hệ số thắm

Mặt khác theo theo Gs.Ts Hoàng Văn Tân trường hợp xét đến tính thắm thayđối, thì công thức xác định hệ số thấm k phụ thuộc vào sự thay đối hệ số rỗng

e trong quá trình nén chặc như sau [8]:

kị va ka : hệ số thắm, được xác định từ tai trọng e¡ và e2 tương ứng với lúc đầuvà lúc cuối của quá trình cố kết thắm.

e¡ và er : Hệ số rỗng của đất, được xác định từ tải trọng pi và pa tac dụng lênmẫu đất khi thí nghiệm nén

Trị số e trong công thức 2.17 xác định băng cách dựa vào đường cong nén,

tức là:

In“e=e=—ŸL(e@ —e,) (2.18)

In *ZDĐ

hoặc tính gần đúng như sau:

DTDĐ;—D

AN

v | ||

l+eol+en

Từ thí nghiệm nén cố kết ta có biểu đồ (e,p), từ dé xuất của Gs.Hoàng Văn Tân ta cóbiéu đồ (k,p) (k là hệ số thắm, p là áp lực nén) như vậy ứng với mỗi k ta có tươngquan e Thay đổi giá trị k trong mô hình Geostudio ta có tương quan giữa k và e trongbài toán gia có nền bằng bom hút chân không kết hợp bắc thâm.

2.4 Các mô hình dat sử dụng trong phần mềm Geostudio để tính toán

Phần mém SIGMA/W trong bộ Geostudio được tính toán dựa vào một số mô hìnhđất như sau :

2.5.1 Mô hình đàn hồi tuyến tính [9]Trong Sigma/w mô hình đơn giản nhất là mô hình đàn hồi tuyến tính, quan hệ giữa ứngsuất và bién dạng là tuyến tính, Modu Young E, hệ số Possion v ta có phương trình ma

trận như sau :

lØ, fe, |

v ly ey 0

0 E é 1 = Vv vy l-v 0 11

Trong phần mém v không được lấy 0.5, hoặc khi lay 0.49 có thé gây ra van dé Do đóSigma chỉ chịu v đến 0.49

Bang 2.1 : Thống kê tham số mô hình dat

Thông số mô hình Thuộc tính

Modun E Modun Young

Ti sô Possion Hang sô

Lực dính Hăng số

Góc ma sát Độ

Dữ liệu bang 2.1 cho mô hình đàn hỏi tuyến tính gồm lực dính gốc ma sát, những thôngtin này không dùng dé giải quyết bài toán nhưng nó sử dụng trong chương trình Contourđể giúp minh họa biên của đất nơi mà tính toán ứng suất phải tính toán theo độ lớn dé

thị Việc sử dụng lực dính và góc ma sát dọc theo vòng tròn Morh- Coulomb được tính

toán ứng suất cắt dé so sánh với dé thị ứng suất nén cố kết ở thí ngiệm trong phòng

2.5.2 Mô hình đàn hồi không tuyến tính

Ứng xử ứng suất — Biến dạng trở nên không tuyến tính đặc biệt thấy rõ trong hình 2.1,lúc đó Modun của đất được xác định theo đường cong như sau:

e Nonlinear Elastic (Hyperbolic)

Hình 2.1: biểu đô quan hệ không tuyến tính giữa ứng suất — biến dang

Trong mồ hình này Sigma/w sử dụng dạng công thức cho bởi Duncan va Chang

(1970) để tính toán mô đun cho đất, trong công thức này quan hệ đường cong ứng suấtbiến dạng là hyperbolic và modun đất là 1 ham của ứng suất nén và ứng suất cắt củalớp đất đó Mô hình không tuyến tính này rất được thu hút bởi vì nó đòi hỏi thuộc tínhđất từ thí nghiệm nén 3 trục

Đường cong ứng suất — biến dạng không đàn hồi của Duncan và Chang là Iđường hyperbolic ở ứng suất cat , (o1-03 ) với trục biến dạng Sự phụ thuộc vào trạngthái ứng suất và đường ứng suất ba loại modun phải có như: Modun Ban đầu; E; Moduntiếp tuyến; E:, Modun dỡ tải ; chất tai Eur trong hình 2.2 sau:

O strain

Hinh 2.2 Ung xử biến dạng đàn hôi không tuyến tính

Theo đê xuât của Duncan và Chang ta có:

_¢ p{ 2)

BK Ri P (2.24)

Trong đó :

Ei : Mô dun tuyến tinh ban đầu như là 1 hàm của ứng suất ơ

KL : số modun gia tải

Pa : áp suất khí quyền

63: Ứng suất không nở hông

n : hệ sô ảnh hưởng của ứng suât không nở hông lên modun ban dau.