Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu phương pháp gia tải hiệu quả cho công trình nền đắp kết hợp bơm hút chân không

NHIEM VU LUAN VAN: - Mởđầu : Đặt van đề nghiên cứu, ý nghĩa - mục tiêu của dé tai, phương hướng - phạm vi nghiên cứu của đề tài.Chương 1 : Tổng quan Chương 2 : Xây dựng lời giải giải tíc

NGUYEN VINH TOAN

NGHIEN CUU PHUONG PHAPGIA TAI HIEU QUA CHO CONG TRINH NEN DAP

KET HOP BOM HUT CHAN KHONGCHUYEN NGANH : XAY DUNG DUONG O TO & DUONG THANH PHO

TP HO CHÍ MINH, tháng 11 năm 2009

[IFE—TI FILE —ILEL —ILCIL lL — ILC—IL —lL —ILC—IL — TL —ILC-IL TL —ILC—IL — IL —IL —IL—SILC—SILC—CIL—EIL —CIL —EIL —IL —lIL—ILC—EIL—SILC—SIL —IL —IL—EIL —IL —IL —IL—EIL—SEIL —EIL—EIL —EIL —IL— CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHI MINH

CAN BO HƯỚNG DAN:

TS TRAN TUAN ANH

CAN BO CHAM NHẬN XÉT 1:

PGS —TS VO PHAN

CAN BO CHAM NHAN XET 2:

TS LEBA VINH

Luận văn thạc si được bảo vệ tại :

HỘI DONG CHAM BẢO VỆ LUẬN VĂN THAC SĨ

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA THÀNH PHO HO CHÍ MINH, |

||||

|

_—1 Od Od Oo Oo Od Od) Od Od ed Od) ed) Oe) ee ee) Se) Od) ee) ee es Se) ed) ee) dS) LCTIL lL —]

-000 -Tp.Hồ Chi Minh, ngày tháng nam 2009NHIEM VU LUẬN VAN THẠC SĨ

Họ va tén hoc vién : NGUYEN VINHTOAN Phá =: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 17-3-1975 Nơi sinh : Binh Duong

Chuyén nganh : Xây dựng đường 6 tô và đường thành phố

MSHV : 00107512

1 TÊN DE TAI:

“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHAP GIA TAI HEEU QUA

CHO CONG TRINH NEN BAP KET HOP BOM HUT CHAN KHONG”2 NHIEM VU LUAN VAN:

- Mởđầu : Đặt van đề nghiên cứu, ý nghĩa - mục tiêu của dé tai, phương

hướng - phạm vi nghiên cứu của đề tài.Chương 1 : Tổng quan

Chương 2 : Xây dựng lời giải giải tích cho bài toán lăng trụ có kết đối xứng

trục trong điều kiện gia tải trước đắp đất kết hợp bom hut chân

không

Chương 3 : So sánh kiểm chứng kết quả của lời giải giải tích với số liệu quan

trắc hiện trường từ một công trình thực tếChương 4 : Phân tích hiệu quả của các phương pháp xử lý nền đất yếu bằng

gia tải dap đất và bom hút chân không.- Két luận và đề xuất phương hướng nghiên cứu tiếp theo

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02-02-20094 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆMVỤ : 30-11-20095 HO VÀ TÊN CÁN BO HƯỚNG DẪN : TS TRAN TUAN ANH

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QUAN LÝQUAN LY CHUYEN NGANH CHUYEN NGANH

(Ho tén va chit ky) (Ho tén va chit ky)

CAN BO HUONG DAN

(Ho tén va chit ky)

Tôi xin chân thành cảm ơn thây TS Trần Tuấn Anh, với vai trò là giáo viênhướng dẫn đã dành nhiều thời gian quý báo hướng dẫn tận tình, giúp tôi hoàn thành nội

dung luận văn Thạc sĩ này.

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS TS Võ Phán và thầy TS Lê Bá Vinh đã cónhững đóng góp ý kiến phản biện quan trọng trong nội dung Luận văn thạc sĩ Các ý kiếnđó đã giúp cho dé tài di đúng hướng và đạt được yêu cầu mà tôi mong muốn đồng thời

đảm bảo được các nội dung của một luận văn.

Xin gửi lời cám ơn đến tất cả các thầy cô giảng viên của khoa Xây dựng, bộ mônCầu đường, bộ môn Dia cơ nên móng, trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ ChíMinh, đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bồ ích trong chương trình đảo tạo, giúptôi hoàn thiện kiến thức làm nên tảng cho việc thực hiện và hoàn thành tốt Luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã chăm lo và động viên tỉnh thầnđể tôi yén tâm học tap Xin cảm on tất cả các anh chị, các bạn học viên, các đồng nghiệpở cơ quan đã ủng hộ trong suốt quá trình học tập dé tôi có thé hoàn tất được chương trình

học cũng như hoàn thành Luận văn thạc sĩ này.

NGUYEN VĨNH TOAN

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tên đề tài:“Nghiên cứu phương pháp gia tải hiệu quả cho công trình nên đắp kết hợp

bơm hút chân không ”

Tóm tắt đề tài:Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng rộng rãi công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phươngpháp gia tải kết hợp bơm hút chân không vào việc thi công công trình trên nên đất yếu ởViệt nam, trong Phần mở dau, tác giả đã đặt ra vấn dé, mục tiêu và phương hướngnghiên cứu của đề tài với các nội dung chủ yếu sau :

Giới thiệu tổng quan về đất yếu và một số phương pháp xử lý đất yếu truyền thốngở Việt Nam Giới thiệu tổng quan vé công nghệ gia tải bom hit chân không, qua đó nêu

bật các đặc tính ưu việt của phương pháp này (Chương 1);

Từ ý muốn phân tích, so sánh, đánh giá tính hiệu quả của việc gia cô nên đất yếuthông qua các thông số đầu vào như : chiều cao dap gia tải, cường độ hút chân không, cựly bố trí lõi thấm, tác giả đã nghiên cứu, đề xuất một công cụ tính toán băng lời giảitoán học giải tích để tính toán các thông số áp lực nước lỗ rỗng thặng dư, độ cô kết củanên trong trường hợp gia tai dap đất kết hợp bơm hút chân không (Chương 2);

Việc nghiên cứu được dựa trên cơ sở lý thuyết của các tác giả trong va ngoai nước,và các quy trình, quy phạm hiện hành Số liệu tính toán từ lời giải giải tích được tác giảkiểm chứng so sánh với số liệu quan trắc của một công trình thực tế, dé làm cơ sở đánh giátính đúng đăn của kết quả nghiên cứu (Chương 3); Tác giả cũng đã sử dụng công cụ là lờigiải giải tích tìm được để tính toán, phân tích tính hiệu quả của các phương án gia tảikhác nhau của một công trình cụ thé dé minh họa tinh ứng dụng của dé tài (Chương 4);

Qua kết quả nghiên cứu, tác giả nhận xét thay sự cân thiết của dé tai trong thực tiễnthiết kế, thi công công trình đất yếu sử dụng công nghệ bơm hút chân không, đồng thờicũng có nhìn nhận các mặt ton tại, hạn chế của dé tài và dé xuất các hướng nghiên cứutiếp theo cho các tác giả khác có quan tâm (Phần kết luận)

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

CHUONG 1: TONG QUAN 13

1.1 Tổng quan về đất yếu và các phương pháp xử ly đất yếu truyền thống 141.1.1 Sơ lược về đất yếu ở vùng đồng bang Việt Nam 131.1.2 Giới thiệu một số phương pháp xử lý đất yếu truyền thống 14

a Phương pháp đệm cát thoát uO -5- 5< + S+£+*£s££xseeeseeees 14

b Phương pháp bố trí lõi thắm đứng -2-2©22£szecvsed l6c Giới thiệu một số đặc tính kỹ thuật của bắc thâm chế tạo san (PVD) 171.13 Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về tính toán sự cô kết của nên trongđiều kiện gia tải trước kết hợp giếng cát, bắc thấm -2- 5 211.14 Một số công trình tiêu biểu sử dung phương pháp gia tải trước kết hợpgiếng cát, bắc thâm ở Việt Nam -2¿©2222EEE2SEEEEeEEEEerrreerrre 231.2 Tổng quan về phương pháp gia tải trước bơm hút chân không 24

1.2.1 Giới thiệu công nghệ gia tải trước bom hút chân không 24

a Nguyên tac hoạt động của hệ thống bom hút chân không 25b Phân tích ưu khuyết điểm của phương pháp gia tải trước bơm hút chân

không so với phương pháp gia tải trước thông thường 26

c Một số công trình thực tế áp dụng phương pháp thi công gia tải trước bơm

Hit CHAN 310.1121777 27

1.2.2 Cơ sở lý thuyẾC 22-©22222E+2EEEE2E2E111213112711211 2111 crrrked29

1.2.3 Giới thiệu công nghệ thi công bom hút chân không 33

a Mô tả trình tự lắp đặt hệ thống bơm hút chân không 33

b Mô tả quá trình bơm hút chân không - - 5< «5s <+s+s£eses 37

1.24 Sự kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không 37CHƯƠNG2 : XÂY DUNG LOI GIẢI GIẢI TÍCH CUA BÀI TOÁN LANG TRU

CO KET DOI XỨNG TRUC TRONG DIEU KIEN GIA TAI TRƯỚC DAP DAT

KET HOP BOM HUT CHAN KHONG 382.1 Xây dựng mô hình lăng trụ cô kết đối xứng trục - - 382.2 Những giả thuyết cơ bản ban đầu -¿ 2+2 ©c+se+erxeeerreerrrreeee 39

2.3 Xây dựng lời giải giải tÍCH <5 << xxx 1x 1x1 ng ng, 40

2.3.1 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng thang dư - 392.3.2 Xây dựng hàm cố kẾt -¿- 2+ ©©+2+EE+EEEEEESEELSEEkerrrrkrrrre 522.3.3 Xây dựng hàm có kết trung bình cho toàn bộ nền đường 5324 Ung dung hàm áp lực nước lễ rỗng thang dư và hàm có kết trong tính toáncông trình gia tải hút chân không kết hợp gia tải dap đất nhiều giai đoạn 55

2.4.1 Xây dựng hàm áp lực nước lỗ rỗng thang dư @ trong điều kiện gia tảinhiều CAP oesccescssesecsssssssssesssseesssscssssesssssessssscssssesssssessseesssssessseesssusessseeessusesseeessseeen 55242 Xây dựng hàm cố kết U trong điều kiện gia tải nhiều cấp 582.5 Tóm tắt kết quả thực hiện trong chương 2 -¿ ccz¿e: 642.6 Kết luận chương 2 voeeeeeccceccsssssssssssessssesssessseessseesssessseessssessueesseesssesssesseeess 66

HVTH : NGUYEN VINH TOAN

CHUONG 3 : SO SANH KIEM CHUNG KET QUA CUA LOI GIẢI GIẢI TÍCH

VOI SO LIEU QUAN TRAC HIEN TRUONG TU MOT CONG TRINH THUC TE

67

3.1 Téng quan về công trình thực tế được nghiên cứu 673.2 Mô tả quá trình xử lý 60 2¿-©22£©2©S2+EEEEEEEEetEEkerrrkerrrrerree 703.3 Các thiết bị và các phép quan trắc hiện trường - 733.4 Tống hợp số liệu kết quả quan trắc -¿ 2©csez vs 744.1.1 Áp lực nước lễ rỗng thang dư -2ccez©cvsecre 744.12 Độ lún bể Mat ¿-©2£©©+++©E+EEEEEESEEEEE12141221312711 1x rrrked 774.13 Độ lún từng lớp trong dat -2¿-©2:ce 2EEecEEEerrrkerrrrerrrreed 803.5 Tính toán bang lời giải giải tích và so sánh với số liệu quan trắc hiện trường

c Độ lún từng lỚ <- Ă< k1 HH gu ng re 1023.6 Nhận xét vé sô liệu tính toán băng lời giải giải tích so với sô liệu quan trac091814000: 5277 113

3.6.1 Số liệu áp lực nước lỗ rỗng thang dư -¿-e- c5 1133.6.2 Số liệu về độ lún -¿-¿-©+<2+2E++EE+EEEEEEEEEEerEEkerrrrkerrre 1153⁄7 Kết luận chương 3 -2¿©©+++2E+E2SEEEEEE152127111211E211X.111 E1 117

CHUONG 4: PHAN TICH HIEU QUA CUA CAC PHUONG PHAP XU LY NENDAT YEU BANG GIA TAI DAP DAT VA BOM HUT CHAN KHÔNG 118

4.1 Phân tích hiệu quả của các phương pháp gia tai đắp đất và bom hút chân

300117 1184.1.1 Mô tả trường hợp được phân tích <5 < << sscsxseeexseeees 118

4.1.2 Phân tích hiệu quả xử lý về yếu tố thời gian . -2- 1204.13 Phân tích hiệu qua xử lý về yếu tố cự ly bố trí bắc thắm 1264.14 Phân tích hiệu quả các phương án gia tải về yếu tô kinh tế 130A2 Kết luận chương 4 22-©Se+SEkeSEEEEEEEEEE112711211217112111211e E11 rrked 134KET LUẬN & DE XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 135SL K@t Quan a ẽ ‹d.ŒgäăH)H H.HẬH))HH 1355.2 Đề xuất phương hướng nghiên cứu tiếp theo -: 137

TAI LIEU THAM KHAO 138PHU LUC: CAC KY HIEU SU DUNG TRONG LUAN VAN 141LY LICH TRICH NGANG 143

HVTH : NGUYEN VINH TOAN

MO DAU

DAT VAN DE NGHIÊN CỨU, MỤC TIỂU - Ý NGHĨA CUA DE TÀI,PHƯƠNG HƯỚNG - PHAM VI NGHIÊN CỨU CUA DE TÀI

0.1 DAT VAN DE NGHIÊN CỨU:

Cùng với sự phát triển kinh té ở nước ta trong những năm gan day, việc đầu tư

phát triển cơ sở hạ tầng được chú trọng và đây mạnh, các công trình giao thông, dândụng, công nghiệp được xây dựng với quy mô ngày càng lớn hơn Phạm vi xây dựng

không chỉ tập trung tại các đô thị mà ngày càng mở rộng phạm vi đến tận các vùng đồngbang nông thôn

Ở Nam bộ có hai vùng đồng băng thuộc lưu vực sông Đồng Nai (Đông Nam bộ)và lưu vực sông Cửu Long (Tây Nam bộ) Đây là vùng đồng băng rộng lớn có nền địachất là đất yếu, vấn đề kỹ thuật thường xuyên gặp phải đối với xây dựng công trình tạiđây chính là van dé xử lý nền đất yếu tại khu vực công trình

Có nhiều phương pháp xử lý gia cô nền đất yếu đã được áp dụng và thành côngnhư gia tải trước bang nền đắp trên lớp đệm cát kết hợp cắm bắc thấm, giếng cát, cọc cát,cọc đất Tuy nhiên, với nhu cầu cần đây nhanh tiễn độ thi công công trình nói riêng,tiến độ đầu tư cơ sở hạ tầng nói chung của cả nước, việc tìm ra một phương pháp xử lýđất yếu vừa nhanh vừa hiệu qua là hết sức cần thiết

Phương pháp gia có đất nền bang gia tải dap đất kết hop bơm hút chân không làmột phương pháp đã được triển khai thành công ở nhiều nước trên thế giới, gần đây đãđược đưa vào ứng dụng ở một số công trình ở Việt Nam (Nhà máy khí điện đạm Cà Mauvà nhà máy khí điện đạm Hiệp Phước - Thành phố Hồ Chí Minh) Đây là công nghệ thicông mới với nhiều ưu điểm nỗi trội như : hiệu quả cao, thời gian xử lý rất nhanh, khôngtốn nhiều đất đắp gia tải, ít ảnh hưởng các công trình lân cận do hạn chế được chuyền vịngang, nên chan chan sẽ là trở thành một công nghệ phô biến trong lĩnh vực xử lý đấtyếu ở nước ta trong tương lai

Do đây là công nghệ con khả mới me doi với nước ta, nên việc nghiên cứu đêhiểu rõ về nguyên lý làm việc và tìm ra một công cụ tính toán dé ứng dụng mot cáchcó hiệu quả phương pháp gia cô nên dat băng gia tai dap dat kết hợp bơm hut chan

không là rat cần thiết Đó chính là vấn dé được đặt ra cho dé tài luận văn nay

0.2 MỤC TIEU- Y NGHĨA CUA ĐÈ TÀI:

Nguyên cứu sự làm việc cua nền được xử lý băng, giếng cát, bắc thâm (PVD),

gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không

Xây dựng lời giải giải tích cho hàm cố kết của mô hình lăng trụ cô kết đối xứngtrục trong điều kiện gia tải kết hợp bơm hút chân không

Ứng dụng lời giải giải tích vào việc trên tính toán độ cô kết, độ lún của nên Bằng

việc thay đôi các thông số đầu vào như : áp lực bơm hút chân không, áp lực gia tải dapđất, độ sâu gia tải, kích thước va cự ly bồ trí bắc thâm, tính toán tim ra phương án giatải dé mang lại hiệu qua xử lý cao và kinh tế nhất

Mục tiêu cuối cùng được kỳ vọng là tìm được lời giải giải tích để làm công cụtính toán độ có kết cho nền đất yếu được xử lý băng gia tải đắp đất kết hop bơm hút chânkhông Kết quả tính toán của lời giải sẽ làm cơ sở so sánh, xác định phương án gia tảihiệu quả nhất, phục vụ nhu cầu của các kỹ sư thiết kế, thi công công trình bằng công

nghệ tiên tiên này.

0.3 È PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU CUA DE TÀI :

Nguyên cứu các cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nên bang gia tải trước dapdat, gia tải trước đắp đất kết hợp cọc cát, giếng cát, bắc thâm, (PVD) ;

Nguyên cứu các cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nền băng bơm hút chânkhông, gia tải dap đất kết hợp bom hút chân không :

Nguyên cứu các lời giải cô kết thấm trong các điều kiện nêu trên, đặc biệt các lờigiải với mô hình lăng trụ cỗ kết đối xứng trục Xây dựng lời giải giải tích cho mô hìnhlăng trụ có kết trong điều kiện gia tải đắp đất kết hợp bơm hút chân không :

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

Kiểm chứng tính chính xác của lời giải với số liệu quan trắc hiện trường của mộtcông trình thực tế sử dụng công nghệ thi công bơm hút chân không ;

Dùng lời giải tính toán, phân tích hiệu quả của các phương án gia tải khác nhau

của một công trình cụ thé dé minh họa tinh ung dung cua dé tai

0.4 PHAM VI NGHIÊN CUU CUA DE TAI:

Với khuôn khổ của một luận văn Thạc si, thời gian nghiên cứu có hạn, phạm vicủa đề tài được giới hạn trong phạm vi sau :

-_ Chỉ xây dựng mô hình của một (01) lăng trụ có kết đối xứng trục, và bình quâncho toàn bộ nên;

- Nền đất yếu là đồng nhất, không nghiên cứu trong trường hợp nên nhiều lớp;- Chỉ nghiên cứu các van đề liên quan đến áp lực nước lỗ rỗng, độ cỗ kết củanên, chuyển vị đứng (độ lún), không nghiên cứu các yếu tô liên quan đến sức chịu tai,chuyền vị ngang, :

- Với những hạn chế liên quan đến việc đặt các giả thuyết ban đầu, lời giải đượcghi nhận với tính chính xác với sai số dưới 10%, tác giả đề xuất sử dụng trong công tácthiết kế, thi công để dự đoán độ có kết, độ lún của nền công trình

CHƯƠNG 1

TÔNG QUAN

1.1 TONG QUAN VE DAT YEU VÀ CÁC PHƯƠNG PHAP XU LY NEN DAT

YEU TRUYEN THONG:1.1.1 Sơ lược về đất yếu ở vùng đồng bằng Việt Nam :

Đất yếu nói chung là những loại đất có khả năng chịu tải thấp hay không có khảnăng chịu tải, sức chống cắt nhỏ, tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước Theo quanđiểm định lượng về chỉ tiêu cơ lý, ta có thé phân biệt đất yếu bởi các đặc trưng sau :

- _ Trọng lượng riêng y <16kN/m”- _ Hệ số rỗng e210- Sức chịu tải R=0.5 + 1.0 daN/cmˆ- _ Sức kháng cắt không thoát nước Sy S25 kPa

- Modul bién dang Eo< 50 daN/em?- Độâm W>70%

- Độdính C <9kPa

-_ Góc ma sát @ <10°

- Chỉ số SPT N<4Nguồn sốc đất yếu được tạo thành trong các điều kiện lục địa, vùng vịnh hoặc

biển Ngu6én sốc lục địa có thê là bồi tích, tàn tích, sườn tích do nước, gió, lũ bùn,

Nguồn góc vùng vịnh có thé là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển Nguồn gốc biểncó thể tạo thành tại các vùng nước nông, thêm lục địa, hoặc vùng biển sâu

Tùy theo thành phân vật chất, điều kiện hình thành, vị trí địa lý, khí hậu, màton tại các loại dat yếu khác nhau như sét mềm, cát mịn, than bùn, các loại trầm tích mùn

hóa, than bùn hóa, v.v (22TCN 262 - 2000 [3] Hoang Văn Tan et al 1973 [4], Lê BaLuong et al 1989 [5]).

HVTH : NGUYEN VINH TOAN

Đất yếu tại vùng đồng bằng Việt Nam nói riêng và vùng Đông Nam Á nói chungđã được nhiều tác giả nghiên cứu Nhìn chung các vĩa đất yếu này là đất sét mềm, yếu vàđều là loại trầm tích biển và được hình thành trong vòng 15.000 năm Đặc biệt ở vùngđồng bằng sông Cửu Long các lớp sét biển này đều được phủ một lớp đất sét châu théphì nhiêu, chiều dày có thé đạt tới 300m Đặc điểm chủ yếu của đất sét khu vực này là cóđộ déo rất lớn (chỉ số dẻo Ip = 80 - 100), cường độ chồng cat nhỏ, độ nén lún lớn, gây rấtnhiều khó khăn trong việc xây dựng nền móng công trình

1.1.2 Giới thiệu một số phương pháp xử lý nền đất yếu truyền thống :Một số phương pháp phé biến dé xử lý đất yếu có sức chịu tải thấp là ép nước rakhỏi đất nền đường bang chính tải trọng của nên công trình (thường là công trình nền códap đất), qua đó nên có kết lai, tăng sức chịu tải để có thé xây dựng công trình trên đó

Đối với đất bảo hòa, thể tích nước trong đất cũng chính là thể tích lỗ rỗng, nênVIỆC lấy nước ra khỏi đất cũng chính là việc làm lỗ rỗng trong đất nhỏ lại, độ chặt và sứcchịu tải của đất sẽ tăng lên Các kết quả thí nghiệm đều cho thấy mối liên hệ giữa việcgiảm độ âm (W%) làm gia tăng các đặc trưng độ bền và sức chịu tải (Cy, @„) của đất

(22T€N 262 - 2000 [3], Hoàng Văn Tan et al 1973 [4], Lê Bá Luong et al 1989 [Š]).

a Phương pháp đệm cat thoát nước :

|

WZ YALL SLAPS A IAL LLY, Vi Vip Lop dem cat

⁄⁄⁄⁄ ZWen đắp ¢ gia tải trước Vie Vip

(27 ⁄⁄ ⁄ ⁄ ⁄⁄ Lo ⁄ LLL, Z⁄ ⁄⁄ ⁄ te ⁄⁄ ⁄ ⁄ Me LY ⁄ LOG ⁄ > Ranh biên thoát nước

| |

Đây là biện pháp đơn giản nhất, đệm cát đóng vai trò là một lớp tiếp xúc với nềnđất yếu ngăn cách lớp đất dính và lớp đất đắp nền bên trên Do đệm cát có tính thắmthoát tốt, nên dưới tải trọng nên đắp của công trình bên trên, nền đất bị nén ép làm nướctrong đất yếu thoát ra theo lớp đệm cát thoát ra ngoài.

Đề đảm bảo thoát nước tốt, cát dùng làm tầng đệm cần phải bảo đảm được cácyêu cầu sau :

- Hệ số thấm k = 10° mis :- Tylé htuco< 5%;

- Cở hạt D > 0.25mm chiếm trên 50%, cở hạt D < 0.08mm chiếm dưới 5% vàphải thỏa mãn một trong hai điều kiện :

May dốc và phần mở rộng hai bên của tang cát đệm phải dam bao cau tạo tầng lọcngược dé nước cô kết thoát ra không lôi theo cát

Can bó trí day đủ các rãnh biên thoát nước dé dẫn nước từ đệm cát ra khỏi khuvực nền nhằm tăng hiệu quả của công tác xử lý nên, nhất là khi tầng đệm cát bị chìm vàolớp đất yếu vẫn đảm bảo thoát nước tốt

Phương pháp tang đệm cát này khá đơn giản và phù hop dé xử lý các lớp đất cóchiêu dài nhỏ H < 6m

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

b Phương pháp thoát nước cỗ hết theo phương đứng bang cách bố trí lõithấm đứng (giếng cát, bắc thẩm) :

Đối với các lớp đất yếu có chiều dai lớn (H>6m), phương pháp đệm cát sẽ kémhiệu quả do đường thâm thoát của nước xa, dẫn đến thời gian xử lý kéo dài Để giảm cựly của đường thoát nước, phương pháp bố trí lõi thấm đứng được áp dụng Có thé sử

dụng các loại lõi thắm đứng như : giếng cát, cọc bản nhựa, bắc thấm được chế tạo săn

(PVD), đã và dang được sử dụng rat pho biến hiện nay Thông thường phương pháp bồtrí lõi thắm đứng được kết hợp với gia tải trước dé tăng áp lực nén ép nhanh chóng đưa

nước thoát ra khỏi nên, giảm thời gian xử ly.

aS

⁄Z VLDL SLL ⁄⁄ Lớp đệm cát

⁄⁄ LL, ⁄ 7222277) gia tai trước Le YY 22

(Z Z ⁄⁄ ⁄ 2 ⁄⁄ ⁄⁄ LL, On thee C2 ⁄⁄ ⁄⁄ ⁄ ⁄ ⁄⁄ | Rãnh biên thoát nước

i — | mm

|: — —† —— _———

Hình 1.2 : Nền đường được xử lý bang phương pháp giếng cát, PVD

Tuy theo chung loại của lõi tham đứng ma ta có cự ly sơ đỗ bồ trí một cách thíchhợp Thông thường, đối với giếng cát, đường kính giếng từ 35em - 45cm, cự ly bố trí từ2.5m - 4.5m (8 - 10 lần đường kính), đối với bắc thâm khoảng cách bố trí từ 1.0m - 2.5m.Sơ đồ bố trí thường có dạng lưới ô vuông hoặc lưới tam giác đều

Nếu dùng giếng cát thì đỉnh giếng cát phải tiếp xúc trực tiếp với tầng đệm cát, nếudùng bắc thấm thi bắc thâm phải căm xuyên qua tang đệm cát và cắt dư thêm tối thiểu là20cm cao hơn mặt trên của tang đệm cát.

Cát dùng cho giếng cát phải là cát hạt trung và cũng có yêu cầu như cát của tầngđệm cát đã nêu ở phan trên Đối với bắc thâm dùng làm lõi thâm đứng phải dat các tiêuchuẩn như được giới thiệu ở phân c bên dưới

Hình 1.3 : Một số loại bắc tham thông dụng

Q4 Ỹ Ị-‡ +>

swe es eS a eS es es eee ee ee ee es a a | aS ef |‘2, 84, 8 8 8 8.4 - 8.4.8.8 82-8,-8,-8,8,8,+8+R +

Hình 1 4: Kích thước một số loại bắc tham thông dụng

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

Bắc thấm thường có bề rộng 100mm, day 3 - 5mm (Hình 1.4) Lõi bắc thấm làmột loại chất dẻo, có nhiều rãnh nhỏ dé làm khe thoát nước hoặc dé đỡ vỏ lớp bọc khi cóáp lực ép vào bắc thấm Bao quanh lõi là lớp vỏ bang vai địa kỹ thuật bang nhựa tổnghợp hoặc dạng dệt từ sợi nhựa tổng hợp Vỏ có tác dụng làm bộ lọc nước, hạn chế cáchạt đất di qua làm tắc nghẽn khe thoát nước Với kỹ thuật sản xuất bac thâm hiện nay,lưu lượng tháo nước của bắc thấm có thé đạt 60m” - 150m /năm (Holtz et al 1991 [15])

cao hơn rât nhiêu so với độ thâm của đât yêu.

Hình 1.5 : So đồ bố trí bắc thắm trên bề mặt nềnCác yêu cầu kỹ thuật của bắc thâm (22TCN 236 - 97 [1], 22TCN 244 - 98 [2],

22TCN 262 - 2000 [3]) :

- Khả năng thoát nước của bắc thâm dưới áp lực 350 kPa và gradien thủy lực i=0.5, qy>60.10” m⁄s (ASTM D4716);

-~ Vỏ bọc của bắc thắm bang vai dia kỹ thuật không dệt phải vừa có hệ số tham cao

hơn lớp đất liền ké từ 3 - 10 lần, k„¿> 14x 107 m/s (ASTM D4491), nhưng phảicó kích thước ngăn được các hạt đất chui qua Œs<”75um (ASTM D4571);

- Cuong độ chịu kéo ứng với độ giản dai dưới 10% R> 1.6 kN/bắc (ASTM

D4595); Độ giản dài với lực 0.5 KN <10% (ASTM D4632);

Thiết bị thi công cắm bắc tham là loại máy chuyên dùng nên tốc độ thi công rấtnhanh, tốc độ cắm bắc thấm có thé đạt 5.000m/ngay/thiét bị (Hình 1.6)

Uppermainroller ÿPVD

LJ delivery< route AStatic \

/ guide \

casing |PVD on PVD

‘ |

w reel on ree Mandrel

An non HH EILEEN DY | Lower

os we - Anchor

Mandrel -7 ‹ ⁄

Ong căm bắc thấmHình 1.6 : Thiết bị thi công căm bắc thâm

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

Để tính toán khả năng làm việc của bac thấm, các nhà nghiên cứu đã đề xuấtnhiều cách quy đổi bắc thấm từ kích thước thật sang dạng lõi thấm hình trụ tròn với

đường kính tương đương (Hình 1.7).

Nghiên cứu của Rixner, năm 1986 dé nghị đường quy đổi của bac thấm là :

a+b

W — 2

Với: a,b là chiều rộng và chiều dày của bac thấm

Long và Covo, năm 1994: = d,, = 0.5a + 0.7bHansbo, năm 1979 : dy = 2(a+b)/n

band-shaped _/ Polypropylene core dw=0.5(a+b) Rixner et al.(1986)

cross section et

Na <r a ý S đ=fÑa,b)

lÍ IN ra i | Long & Covo (1994)

ÿ F Geotextile filter / J ‘ iil / ` `

Tương tự, người ta cũng quy đổi diện tích vùng xáo trộn sang dạng hình tròn

Cách tính thường được sử dụng như sau :

Gọi az„,b„(m) là chiều rộng và chiều dày ống căm bắc thấm, đường kínhống căm bắc thấm thường được quy đôi tương đương băng công thức :

Am + Dm

m — a

Đường kính vùng xáo trộn được tinh: d, = 2d,, —3d,,

1.1.3 Một số kết quả nghiên cứu lý thuyết về tính toán sự cố kết của nên trongđiều kiện gia tai trước kết hợp giếng cát, bac thấm :

Khi tiến hành nghiên cứu quá trình cỗ kết của nền đất trong đó dùng lõi thấmđứng, người ta phải tiến hành giải quyết bài toán cô kết thắm ba chiêu

Ywdo Ywdo

Năm 1942, N Carrilo [7] đã nêu lên một định lý, phân bài toán cô kết thấmba chiều thành tong hợp của bai toán cố kết thấm theo chiều thang đứng và bài toáncó kết thắm theo hướng xuyên tâm Phương trình (1.2) có thé được phân thành haithành phân :

Phần thấm xuyên tâm :

que dtu, 1du 13

at T\ôr2 rar 3)Phần thấm đứng :

que 0 ”u lá

ot az? (1.4)K Terzaghi, năm 1948 [11], đã dùng phương pháp giải tích dé giải bài toáncó kết thâm theo chiều thang đứng :

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

R.A Barron, năm 1948 [13], đã xây dựng lời giải giải tích cho trường hopthầm xuyên tâm :

Ai 2] r TẾ —T¿ 17

tr qar(@)|° or, 2 q2)

_ 8T:Với :

Năm 1981, S Hanbo [14] phat triển từ lời giải của W Kjellman 1948 [12] xâydựng lời giải của bài toán cỗ kết theo hướng xuyên tâm khi xét đến độ dốc thủy lực ban

đầu và độ bên cau trúc dat, trong đó có xét đền sự xáo trộn và sự cản thầm của lõi thâm.

—8ThU Tug.© 12 (1.9)

_8Th

U=1-e 1z (1.10)

Với :

= n— — — —= — —Ma sk, Bộ dw a)

ky, ks (m/day) hệ số tham xuyén tam va hé số thắm vùng xáo trộn

Dw (m°/day) lưu lượng thao của lõi thắm

Ở nước ta, bài toán cô kết thâm đối xứng trục dùng cho giếng cát, các tác giảNguyễn Công Mẫn và Hoàng Văn Tân nghiên cứu giải quyết

GS Nguyễn Công Mẫn đã đưa khái niệm “cô kết tương đương” để chuyểnbài toán cố kết 3 chiều về bai toán tương đương cố kết 1 chiều và dùng lời giải củaR.A Barron để xác định các trị số áp lực nước lỗ rỗng thặng dư và độ cô kết theo

thời gian.

GS Hoang Văn Tân đã giải bài toán cô kết thắm 3 chiều trong trường hop tảitrọng thay đổi theo thời gian, có xét đến sự thay đổi tính thấm trong quá trình cố

kêt, sự ảnh hưởng từ biên đôi với nên đât dùng giêng cát.

1.1.4 Một số công trình tiêu biểu sử dụng phương pháp gia tai trước kết hopgiếng cát, bắc thấm ở Việt Nam:

- Quốc 16 1A: sử dụng cọc cát, bệ phản áp (đầu cầu Phù Đồng), bắc thấm, vải

địa kỹ thuật (đoạn Cà Mau — Năm Căn).

- - Quốc lộ 5: bắc thâm kết hợp vải địa kỹ thuật, tầng đệm cát, vét bùn - Du án đường Hỗ Chi Minh (giai đoạn 1): thay đất yếu, làm rãnh ngầm hạ mựcnước ngâm, tha đá hoc (Km89 — Km92)

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

- - Quốc lộ 18, QL10: cọc cát, tầng đệm cát kết hợp vải địa kỹ thuật, bắc thâm.- QL5 trên doan Km 47 — Km62, QL51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu), đườngLáng — Hòa Lac: Dùng bắc thâm đứng.

- Du án đường cao tốc Sài Gòn — Trung Lương: cầu cạn, vét bùn thay đất, giếngcát, bắc thấm, sản giảm tải

- Những công nghệ mới như cọc xi măng - đất áp dụng dé xử lý nền móng sânbay Trà Nóc (TP Cần Tho), đường vào khu khí điện đạm Cà Mau

- Đường Thăng Long - Nội Bài (Ha Nộn), Đoạn Km93+000 - QL5 ( đoạn Cảng

Chùa Vẽ, Hải Phòng ), Láng - Hòa Lạc (Hà Nội), đường Pháp Vân — Cầu Giẽ: xử lýbang Giéng cát thoát nước thang đứng và cọc cát làm chặt đất kết hợp gia tải tạm thời

- Du án cải tạo nang cấp QL5, đoạn Km0+000 — Km47+000 từ Hà Nội — HảiDương: Tại vị trí nền đất yếu xử lý bang cắm bắc thấm và đắp gia tải

- Dự án cầu đường Nguyễn Tri Phương nối dài từ Quận 5 sang Quận 8TP.HCM: Xử lý bang căm bắc thâm và dap gia tải

- Dự án Nam sông Hau: Xử lý băng cọc cat, bắc thắm

- _ Cảng thị Vải - Vũng Tàu: xử lý bang phương pháp bắc thấm.- Duan Nhơn Trạch - Đồng Nai: xử lý bằng phương pháp bắc thấm

1.2 TONG QUAN VE PHƯƠNG PHAP GIA TAI TRƯỚC BOM HUT CHANKHONG :

1.2.1 Gidi thiệu công nghệ gia tai trước bom hút chan không :

Mac dù những phương pháp xử lý gia cố nền đất yếu bang giếng cát, bắc thắmvới gia tải trước đã trở nên phô biến và được áp dụng thành công ở nhiều công trình Tuynhiên, cùng với sự khang hiếm vật liệu đất dap (nhất là ở các vùng đô thị), việc yêu cầungày càng cao về rút ngắn thời gian thi công, đã làm nay sinh nhu cầu cần có một

phương pháp xử lý mới.

Y tưởng xử lý đất yếu băng phương pháp bơm hút chân đã được đặt ra từ thậpniên 60, nhưng chỉ trong thời gian gần đây, khi công nghệ thi công bằng phương pháp

này được áp dụng và thành công trong các công trình lớn thì nó mới được ghi nhận và

đánh giá như một công nghệ tiên tiễn trong lĩnh vực xử lý đất yếu

Sơ đồ hoạt động của hệ thống bơm hút chân không được mô tả trong Hình 1.8

Máy tăng áp

í quyễ chân không

Ap lực khí quyền

Màng kín khí / i ong khi./ / / Ý Y f Tram xtr ly

dap “oe eses ute ° ké- ° ĐI vận °®e2° ° Some rae

Lop thoat — 2 Ống thu nước 02 ih hy O we a

Hình 1.8 : Sơ đồ hoạt động của hệ thống bơm hút chân khôngTừ khi được giới thiệu bởi Tiến sĩ W Kjellman vào năm 1952, sau đó là nhiều thử

nghiệm tại Trung Quốc, kế cả ở Mỹ, nhăm tiễn hành thực nghiệm hiện trường Đến bây

giờ, phương pháp gia tải trước hút chân không đã phát triển thành một công nghệ đángtin cậy GS JM Cognon là người đã có công giải quyết những vẫn đề theo phương phápluận, kết hợp với ứng dụng kỹ thuật bằng nguồn gốc lý thuyết căn bản (Menard

Soltraitement, Menard Inc 2001 [8], J-M.Cognon 1991 [9]).

a Nguyên tac hoạt động của hệ thong bom hút chân không :- Loại bỏ áp lực không khí trong đất nên, từ một môi trường đóng kín (bao gồmphía trên là màng kín khí, bên dưới và xung quanh là môi trường đất độ tham nhỏ bảo

hòa nước).

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

- Duy trì hệ thong thoát nước hiệu quả dưới màng dé tống nước và không khí rakhỏi đất trong suốt thời gian bơm.

- Git cho môi trường không bảo hoà nước bên dưới màng.

-_ Duy trì áp suất chân không liên tục trong suốt quá trình xử lý.- Neo chặt và bit kín hệ thống ở chu vi ngoại biên của vùng xử ly

Kêt quả cuôi cùng nước sẽ được hút ra khỏi nên và đât sẽ cô kết lại.

b Phân tích wu khuyết điển của phương pháp gia tải trước bơm hút chân

không so với phương phúp gia tải trước thông thường :

Việc xử lý nền đường bằng phương pháp lõi thấm đứng kết hợp gia tải dap đất tuyđã đem lại hiệu quả nhất định, song bên cạnh đó vẫn tồn tại một số nhược điểm rất cơ

bản như sau :

- Do phụ thuộc vào sức chịu tải tự nhiên cua đất, chiều cao dap gia tai bi khống

chế ở một cao độ nhất định Để khắc phục điều này, nền đắp phải được phân kỳ thànhtừng lớp, có thời gian chờ nền cố kết dé tăng sức chịu tải của đất, mới tiếp tục dap lớptiếp theo Vì vậy, khi gia tải đạt đến tải trọng cần thiết và chờ nên cô kết ôn định, thì thờigian gia tải thường kéo rất dài;

- Trong quá trình gia tải nền đất yếu bị cắt trượt gây chuyển vị ngang lớn, ảnhhưởng đến công trình lân cận;

- Su dụng lượng đất dap lớn, đặc biệt là đối với công trình đường làm tăng giá

- Không sử dụng nhiều vật liệu gia tải (hiện dang dần khang hiếm nhất là khu

vực thành thị) làm giảm được giá thành,

- Ap lực hút chân không là đăng hướng nên không phát sinh lực cắt trượt, khônggây chuyến vị ngang nên an toàn đối với công trình lân cận,

- _ Nếu kết hop gia tai sau khi hút chân không, do tinh chất bu trừ áp lực nở hôngdo hút chân không (co đất) và áp lực do gia tải đắp đất (nở đất), nên áp lực gia tải tổngcộng đạt được lớn hơn rất nhiều so với gia tải thông thường

Một số nhược điểm còn tôn tại của phương pháp này như sau :- Yêu cầu máy móc và kỹ thuật thi công cao, dẫn đến giá thành dat,- Bị giới hạn về áp lực hút chân không và độ sâu gia cố, hiệu quả thấp đối vớinên gôm các tang cát với hệ số thầm cao nam xen kẹp,

- Rất khó làm kín khí nên gây thất thoát áp lực hút

Tuy nhiên với kỹ thuật ngày càng hoàn thiện công nghệ bơm hút chân không đã

và đang dan trở nên phô biến trên thế giới

c Một số công trình thực tế dp dụng phương pháp thi công gia tải trước bom

hút chân không :

Việc nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ gia tải bơm hút chân không đãđược triển khai và thành công ở nhiều nước trên thế giới Trung Quốc là nước đã tiễnhành thử nghiệm dau tiên do thiếu vật liệu dap gia tải trước Một số công trình quy môlớn đã được sử dụng công nghệ này như cảng Xingang, Tianjing, Trung Quốc(480.000m') Tại Nhật Bản, phương pháp này được sử dụng thường xuyên trong xâydựng công trình từ những năm 1960 đến 1980

Tại Việt Nam, công nghệ gia tải hút chân không chưa được phố biến Công trìnhđầu tiên áp dụng phương pháp nảy là nhà máy khí điện, đạm Cà Mau (diện tích xử lý130.000m*) nam ở điểm cực nam Việt Nam, gần thành phố Cà Mau, bao gôm hai nhàmáy, mỗi nha máy có công suất 720MW Sau đó, công trình nhà máy khí điện đạm HiệpPhước, Cần Giờ - TP HCM có quy mô nhỏ hơn (diện tích xử lý 90.000m°), cũng được

áp dụng công nghệ thi công này.

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

Bang 1.1 : Một số công trình ở các nơi trên thé giớiYear Name | Country Structure Consultant | Owner | Size (m’)|SPT

Airplane IGB - City of2001 Hamburg Germany warehouse Dr.Maybauml Hamburg 238,000 | 0

2001 Bang Bo_ | Thailand Powerplant Seatac ABB 30.000 | 0access road Alstom

Sewage

1999 | Jangyoo STP South Treatment KECC City of 70.000 | OKorea Khimae

Plant

1999 | Quebec | Canada Bnidge QDOT 1.000 | 0-2structure

Terminal Port Steinfeld & | Port of

1997 Wismar |Germany Container Part Wismar 15.000 | 0

French CETE Fort de] DOT Fort

1996 RNI Indies By-pass France de France 6.150 :

1995 Kuching | Malaysia Wharf ACER Transfield | 12.000 | 1-3

South Sewage City of

1995 | Khimae STP Korea | Treatment Plant KECC Khimae 83.580 | 04

1994 | A837Phase 2 France Expressway _¬ 0 ASF 10.000

-Terminal Port City of

1994 Lubeck |Germany Container INROS Lubeck 22500 | 0-11993 | A837-Phase l| France Expressway LCPC ASF 44.500 -

ZAIDUN1992 | Ipoh Gopeng| Malaysia | Expressway LEENG PLUS 2600 | 0-1

1992 Lamentin — Expressway BRGM DOT 7805 | 1-31991 | Lamentin —- Airportapron | CEBTP CC | 17.692 | 141990 Ambes France Oil tanks Mecasol SAEPG | 17.550 2

1990 Lomme France Warehouse Fondasol Danzas 8.130 1989 Ambes France Pilot test Testarea | Test area 390 0-2

-Công trình ở Việt Nam

Year Name Country Structure Consultant | Owner |Size (m’) |SPT

Hiệp Phước |, , Nha may khi 2007 TPHCM Việt Nam điên đạm Menard Lilama | 90.000 | 0-4

1.2.2 Cơ sở lý thuyết:Ở trạng thái tự nhiên, khối đất trong nên luôn chịu các tác động của các yếu tố : Ấpsuất khí quyền có giá trị không đổi là 100Kpa, áp lực bản thân khung hạt đất và áp lựcnước lỗ rỗng thủy tĩnh (đối với đất bảo hòa nước)

- Ap lực do tải trọng bản thân của khung hat Ø `=75z- Áp suất khí quyền Pa= 100 kPa- Ap luc nước thủy tinh (đất bảo hoa nước) My

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

bên ngoài Nước trong đất sẽ thấm và thoát ra ngoài theo hệ thống lõi thắm đứng và cácống dẫn dé thoát ra khỏi nền Dat sẽ được cô kết lại.

Trong các phương pháp gia tải trước thông thường, áp suất khí quyền p, khôngđược dé cập trong tính toán ứng suất đất Sự giản lược nay nói chung không ảnh hưởngđến kết quả tính toán với phương pháp gia tải trước thông thường vì áp lực khí quyền làđại lượng không thay đổi trong các van dé địa kỹ thuật Nhưng đối với phương pháp giatải trước hút chân không, áp lực không khí cần phải được tính đến Với tác dụng của áplực không khí, trang thái ứng suất trong đất được mô tả như Hình 1.10:

Trạng thái tự nhiên của đất Khihútchânkhông,ápsuất Kếtthúc quá trình cố kết

O=zotu khi quyén giam Ø ` =ØQ+TAÁp

U= Ko + Pa Ap = kPa U= Ke +P

Hình 1.10 : Sự thay đôi ứng suất trong đất

Trước khi hút chân không :

C=O + =ÿy z+Y„z +Pạ

Sau khi hút chân không :

oP =y'z+YV,z+p, —Ap

Ap =k.p, Ap luc bom hit chan khongk hệ số hiệu suất máy bom (thông thường k <0.8)Gọi: p = p„ — Ap là áp lực khí quyền còn lại sau khi hút chân không

Vậy sau khi hút chân không ta có :

Ø =ÿ'Z+„z+p

Áp lực lỗ rỗng sau khi hút chân không là :

1U =1⁄„Z2+p

Sự gia tăng ứng suất hữu hiệu lên hạt đất được mang tính chất đăng hướng do

sO gia này ban chat được tạo ra do việc giam áp suat khí quyên dân đên tiêu tan áp lực

lỗ rỗng thặng dư thông qua pha nước :

AX ⁄ N

"r3ì Ơk

G'h —- ——Gh Ao'=Ap—-G'n —~ —Gh—— Ao'=Ap

G%x ol.

Ao'=Ap

Dat tự nhiên Hút chân không

Hình 1.11 Sự gia tăng ứng suất lên khung hạt qua quá trình cô kết

Lộ trình ứng suất của đất nên trong quá trình bơm hút chân không và giatải đắp đất.

Lộ trình ứng suất của quá trình gia tai đất yếu được mô tả trong Hình 1.12

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

Trong trường hop gia tải trước dap đất: giai đoạn dap gia tai, ứng suất theo lộtrình đường cong AB trên biểu dé (p', ø) nền có khả năng phá hoại nếu điểm B chamvào đường phá hoại (Hình 1.11) Từ đó, quá trình cố kết theo đường BC.

Trường hợp gia tải trước chân không : ứng suất đơn giản theo đường AE bên dướiđường Ky là đường ứng suất hữu hiệu đăng hướng

f

(

ị

\À

Lake + ga" `

cô ket gia tai ‘ += Ôdap\gia tải \

N\ 7 ¬

Hình 1.12 Lộ trình ứng suất của đấtSo sánh 2 lộ trình ứng suất ABC, AE ứng với 2 trường hợp gia tải đắp đất và giatải hút chân không và đường AD trên đường Ky cho ta thay đường AE có ưu điểm hơn vìngày càng xa đường phá hoại K; Còn lộ trình theo đường ABC ở giai đoạn dap đất,đường cong AB có khuynh hướng tiễn vào đường K, nên bị hạn chế tải trọng để khôngbị phá hoại Biện pháp khắc phục là phải phân nhỏ lớp đắp thành nhiều lớp, vừa dap vừachờ đất có kết theo đường BC

Qua sự phân tích về mặt lý thuyết nêu trên, cho ta thấy sự khác nhau cơ bản của 2phương pháp gia tải hút chân không so với gia tai dap dat Dong thời mô tả được một số

uu điềm đặc trưng của phương pháp tiên tiễn này

1.2.3 Giới thiệu công nghệ thi công bơm hút chân không :

a Mô tả trình tự lap đặt hệ thông bom hit chân không :

Trình tự lắp đặt hệ thông bơm hút chân không được chia thành nhiều giai đoạnđược tóm tat trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 : Các bước chủ yếu của phương pháp gia tải hút chân không

Giai đoạn Mô tả công việc Mục đích

Trải vãi địa kỹ thuật dạng dệt ; ¬ x2, Ộ ` 2 Tao sức chịu tai của nên ban đâu.

Chuân bị (cường độ 10 T/m')

mặt băng nh gay Tạo lớp thoát nước đồng thời làm nên

Trải lớp cát phủ (chiêu dày h ~ 1m) ¬ ¬ ak

phục vu thi công trong thời gian dau.

Lap đặt ống truyén dẫn chân không | Truyền chân không xuống sâu trong

Thi công (VTP) lop dat.hệ thông Lắp đặt bắc thắm ngang trong lớp

tháo nước | phủ cát được kết nối theo chiêu dọc ¬ te

Ộ ¬ _ | Truyên chân không tới VTPvà ngang hướng tới máy bơm chân

không.

Chống Lap đặt bức tường không thâm bên | Duy trì sự kín khí và nước thông qua, ngoài vành dai lớp vữa bùn xung quanh khối dat

thâm khí :

-Lap dat hé thong ranh bién dé tao Duy trì sư kín khí ở méo lớp mà

aA nưó uy tri sự kin khi ở me man:

và nược sự kín khí ở biên ngoài um map " Duy trì ôn định pha khí để hệ thôngThi công hoa a, TIA kay À , ^ ^ ` tn ta ,

khối vật Xêp lớp vật liệu xôp làm đây | hút chân không làm việc hiệu qua,

ôi vậ \

lie ñ (primary fill) ~1.5m, bên trên lớp | đông thời cũng có tác dụng tăng khôi

iéu Xô cLà P cát và dưới lớp màng lượng gia tải suốt quá trình hút chân

lâp đây

khéng.

Thi công hệ | Sap xếp va hàn mang PVC và các ,

„ „ Duy trì được hệ sô bơm hút chân

thông vị trí ông thoát nước ngang hướng

: không k = 70% - 80%.

màng bom | vê các trạm bơm.

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

Một số hình ảnh minh họa trình tự thi công hệ thong bơm hút chân không :- (Cam bắc thấm vào nền đất, bắc thấm làm nhiệm vụ ống truyền lực hút đứng(Vertical Vacuum Transmission Pipes) đồng thời làm ống thoát nước đứng cho nền

(Hình 1.13a).

- Lap bac thâm ngang hoặc ống thoát nước ngang (Horizontal Drains) nối vàocác đầu bắc thắm đứng, bắc thấm ngang làm nhiệm vụ truyền áp lực hút chân không theophương ngang Lắp đặt các ống thu nước chính (Hình 1.13b).

Hình 1.13b : Thi công hệ thông bắc thâm ngang va ông thu nước

- _ Liên kết bac thâm đứng và các bac thắm ngang (Hình 1.13c) :

AIternative 1: Place Sand Alternative 2: Staple

(Dung cat) (Dung dinh ghim

HVTH : NGUYEN VINH TOAN

- Thi công lớp đệm cat làm lớp thoát nước bên trên (draining layer), sau đó thi

công lớp vật liệu xốp bên trên, tầng này sẽ được hút khí dé tạo môi trường chân không.- Phủ màng kín khí (airtight membrane) và không thấm (Impervious membrane)

lên trên cùng.

- _ Rãnh biên (Peripheral trenches) được đào xung quanh khu vực xử lý lấp đầybăng dung dịch bentonite and polyarcrylate Rãnh biên có tác dụng giữ mép màng kínkhí (airtight membrane) để tạo vùng chân không bên trong màng

- Lap đặt máy bom và ống bơm

b Mô ta qua trình bom hit chân không :

- Giai đoạn dau tiên là bom hút không khí trong lớp đệm cát (hoặc vật liệu xốp)

bên dưới màng kín khí,

- Chênh lệch do áp lực do bơm hút chân không làm nước theo lõi thấm đứng

dang lên trong lớp cát,

- Bom hút nước thông qua hệ thống ống thoát nước ngang, duy trì 6n định mựcnước ngang (bên dưới lớp vật liệu xóp), để hệ thống hút chân không làm việc hiệu qua,

- _ Xử lý nước và tiêu thoát nước ra khỏi khu vực xử lý thông qua hệ thống rãnh biên.Sau một thời gian bơm hút chân không, ta có thé kết hợp gia tải dap đất lên trên dé

gia tang ứng suât nén trong nên.

1.2.4 Sự kết hop gia tải trước và bơm hút chân không :Thông thường phương pháp hút chân không được lựa chọn cho công trình cần độgia tải lớn, yêu cầu về thời gian thi công nhanh Phương pháp hút chân không thuần túyvới nhược điểm cô hữu của nó là áp lực gia tải hạn chế bởi hiệu suất bơm hút (chỉ đạt 70- 80 kPa), nên thường được xem xét kết hợp với biện pháp gia tải trước dap đất

Khi sự gia tải dap đất được liên kết với bơm hút chân khong, sự cộng tac dụng cua

các trạng thái diễn ra Thông thường, giai đoạn bơm hút chân không sẽ được áp dụng

trước trong thời gian từ 4 - 8 tuần, sau đó triển khai giai đoạn gia tải dap đất theo nhiềucấp tiếp theo

Sự cố kết đăng hướng diễn ra do hút chân không trong thời gian 4 - 8 tuần làm

cho đất nền tang sức chịu tải, tao điều kiện ôn định cho việc đắp đất gia tải ở các gial

đoạn sau, như mô tả trong lộ trình ứng suất tại Hình 1.12.Ngoài ra, các yếu tố chuyền vị ngang do tính nở hông của đất cũng sẽ được triệttiêu do đất có khuynh hướng co lại ở giai đoạn hút chân không và nở hông ở giai đoạngia tải đắp Điều này làm giảm thiểu sự ảnh hưởng đối với các công trình lân cận như đãphân tích ưu điểm của phương pháp này ở mục 1.2.1.b

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

CHƯƠNG 2

XÂY DỰNG LỜI GIẢI GIẢI TÍCH

CUA BÀI TOÁN LANG TRỤ CO KET DOI XỨNG TRỤC TRONG

DIEU KIỆN GIA TAI DAP DAT KET HỢP

BOM HUT CHAN KHONG

2.1 XÂY DUNG MÔ HÌNH LANG TRU CO KET DOI XỨNG TRUC :

Khảo sát nên đất yếu được lap hệ thống thoát nước đứng (PVD), các lõi thamđứng được thi công căm vào nền đường như coc cat, giếng cat, coc soi, san, hoặc cácthiết bi chế tạo săn như bắc thắm, thường được bố trí theo so đồ hình vuông hoặc hìnhtam giác đều

Phần tử lăng trụ có kết cho mỗi lõi tham đơn (Hình 2.1) có vùng tác dụng đượcxác định bằng cách quy đôi cân băng diện tích từ hình vuông hoặc lục giác đều sang hình

tròn (Holtz et al 1991 [15], 22 TCN 244-98 [2]) được mô tả trong Hình 2.2

Hình 2.1 : Phan tử lăng trụ có kết đối xứng trục

N1

_ ih1!

d,,r; (m) : Đường kính, bán kính vùng xáo trộn

d,,r, (m) : Đường kính, bán kính lăng trụ cố kết

2.2 NHỮNG GIÁ THUYET CƠ BAN BAN DAU:

1.23.

4

Dat nên dong nhat va bao hòa hoàn toàn;

Dòng chảy trong đất thành từng lớp và tuân theo định luật Darcy;

Tải trọng được đặt tức thời;

Tính thấm của đất không đối trong suốt quá trình cố kết và hệ số nén thé tíchm, không đổi trong quá trình cô kết;

Tại biên ngoài của phan tử lăng trụ cô kết vận tốc dòng chảy bang không(biên ngoài không thâm, các lăng trụ cô kết đơn làm việc độc lap);

Lõi thấm tương đối dai, dòng tham theo phương đứng được bỏ qua, giả thuyếtchỉ có thâm xuyên tâm xảy ra (thâm ngang hướng từ biên ngoài vào trong lõi);

HVTH : NGUYEN VĨNH TOAN

7 Lý thuyết cô kết hướng tâm (theo Barron 1948 [13], Hansbo 1981 [14]) được

áp dụng.8 Trén cơ sở gia thuyét bién dang can bang (cua Kjellman 1948 [12], Barron

năm 1948 [13]), tat cả biến dang đứng tại chiều sâu z trong quá trình có kếtđược giả định là cân bằng và biến dạng nén chỉ xảy ra theo phướng đứng

2.3 XÂY DỰNG LỜI GIẢI GIẢI TÍCH :2.3.1 Xây dựng ham áp lực nước lỗ rỗng thang dw:

Phân tích điều kiện làm việc của phan tử lăng trụ đối xứng trục trong điều kiện giatải trước dap đất kết hợp bơm hút chân không

Ở điều kiện tự nhiên, lỗ rỗng tại một điểm bất kỳ trong đất bảo hòa nước chịu tác

động của các áp lực sau :

- Ap lực khí trời p„= 100 kPa- Áp lực thủy tinh của nước y, z , đất luôn trong trang thái bảo hòa nước, áplực nay trước và sau không thay đổi trong quá trình xử lý, nên có thé không cần xét đến

Khi bơm hút chân không, áp lực khí trời tự nhiên bị mất đi một lượng băng đúng

áp lực hút chân không k,p, , với k; là hệ số hiệu suất bơm hút chân không Hiện nay vớikỹ thuật hiện đại người ta có thể tạo ra máy bơm công suất lớn, k;~ 0.8, áp lực bơm hútđạt đến ~ 80 kPa

Áp lực hút tác dụng vào nền đất thông qua lõi thấm sẽ bị mat mát áp lực hút nênhiệu suất hút chân không càng sâu trong nền càng bị tôn thất Theo các nha nghiên cứu(Chu et al 2000 [16], Bo et al 2003 [17]) áp lực hút chân không sẽ giảm đều tuyếntinh doc theo chuyên dai của lõi thấm Goi kp là hệ số tốn thất áp lực hút chân không,chiều dài lõi thấm càng lớn, k; càng lớn Sơ dé tác dụng của áp lực lên lăng trụ cô kếtbiểu diễn trong Hình 2.3

Lời giải tổng quát của lăng trụ cô kết đối xứng trục có xét đến các yếu to :- _ Có sự ảnh hưởng của vùng xáo trộn trong quá trình thi công lõi thấm,

- Có sự ảnh hưởng của sự cản thâm trong quá trình tháo nước của lõi thâm.