Cố kết động và thay thế động cho móng bồn chứa dầu cỡ lớn

Cố kết động (DC) là phương pháp xử lý nền cơ học làm tăng độ chặt của đất nền bằng cách sử dụng ngoại lực tác dụng trong khoảng thời gian ngắn (đầm chặt). Phương pháp này thường được s

Cố kết động và thay thế động cho móng bồn chứa dầu cỡ lớnS Varaksin, R Ong, K Yee & L T Wong*

Menard Soltraitement, 2 Rue Gutenberg BP 28.91620 No2ay Svaraksin@menard-soietraiment.com FranceMenard Geosystems, Malaysia menard@streamyx.com

CÔNG NGHệ NềN MóNG

Dynamic Consolidation and Dynamic Replacement for Large Oil Tank Foundation

Abstract: Ground improvement techniques have been adopted as alternative solution to rigid

foundation of large oil tanks whenever the situation permits This paper highlights the utilisation of dynamic consolidation and dynamic replacement method to improve the subsoil for the construction of two large oil tanks with diameter up to 69 m in Vietnam In this project, dynamic consolidation is used to treat the sandy deposit beneath a product tank up to depth of 8 m; dynamic replacement combined with ring trench is adopted to treat compressible clayey silt up to depth of 7 m to support a crude oil tank The post treatment in-situ geotechnical tests performed as acceptance tests confirmed both ground improvement methods adopted have successfully increased the allowable bearing capacity of the subsoil up to 280 kPa and limit the maximum post construction settlement to be less than 300 mm, which fulfil the performance criteria of the project.

1 GIớI THIệU1.1 Cố kết động

Cố kết động (DC) là phơng pháp xử lý nền cơ học làm tăng độ chặt của đất nền bằng cách sử dụng ngoại lực tác dụng trong khoảng thời gian ngắn (đầm chặt) Phơng pháp này thờng đ-ợc sử dụng để làm chặt đất rời tự nhiên hoặc đất đắp với hàm lợng hạt mịn (đờng kính hạt nhỏ hơn 63 àm) không vợt quá 20 tới 35% Kết quả xử lý cho ta thấy, cờng độ của đất gia tăng trong khi tính nén lún và độ lún của đất nền giảm Hơn nữa, cố kết động còn làm gia tăng sức chịu tải khi chịu tải trọng tuần hoàn của đất rời, do đó phơng pháp này còn đợc sử dụng nh phơng pháp hữu hiệu để xử lý hạn chế khả năng hóa lỏng của đất.

Kỹ thuật này đợc khởi xớng và phát triển thành công bởi Louis Menard (ngời đã sáng chế ra đồng hồ đo áp suất) cùng các cộng sự.

Trình tự làm chặt bao gồm nhiều bớc với năng lợng tác dụng thay đổi theo khoảng thời

gian khác nhau và phụ thuộc vào vật liệu đợc làm chặt, bề dày và độ chặt cố kết yêu cầu.

Với mỗi loại vật liệu không bão hòa, chấn động gây tác dụng đầm chặt có thể dựa trên phân tích kết quả thí nghiệm đầm chặt Proctor Với vật liệu bão hòa và ngập nớc, chấn động do sóng gây ra đợc minh họa theo sơ đồ 1 nh sau:

Rất phức tạp với đất bão hòa hoặc đất không thấm nớc, hai loại sóng đã đợc quan sát với mỗi lần tác động

a) Sóng dạng khối; b) Sóng theo bề mặt

Sóng dạng khối đợc chia thành 2 dạng:a) Sóng nén chặt hay sóng sơ cấp (P) đợc truyền trong giai đoạn hóa lỏng tơng tự nh sóng âm truyền trong không khí Loại sóng này làm tăng sau đó làm giảm áp lực nớc lỗ rỗng là kết quả đầu tiên của quá trình sắp xếp lại các cốt liệu.

b) Sóng cắt hay sóng thứ cấp (S) di chuyển chậm hơn và có thể chỉ ra để truyền qua các hạt cốt liệu và làm các hạt sắp xếp lại Quá trình sắp xếp lại các hạt cốt liệu làm đất chuyển

* Menard Soltraitement, 2 Rue Gutenberg BP 28.91620 No2ay Svaraksin@menard-soietraiment.com France

Hình 1 Sóng rung động trong quá trình đầm rung - phần hình vẽ phía trên là của R.D

Woods (1968).

Đối với trờng hợp sóng bề mặt, chuyển động trợt xảy ra song song với bề mặt đất (mặt phẳng trợt có thể song song hoặc vuông góc với hớng dịch chuyển) gây ra tác động với đất tơng tự nh sóng cắt.

Do độ mạnh chấn động tác dụng, sự ứng xử của đất nền và khoảng cách tới điểm tác động, làm xuất hiện sự tăng áp lực nớc lỗ rỗng thờng xuyên do lực cắt Giá trị áp lực nớc lỗ rỗng gia tăng đợc theo công thức sau:

soct và ioct xác định theo công thức:

σoct - ứng suất đẳng hớng trung bình;τoct - ứng suất cắt trung bình;

Cs và Cv là các chỉ số nén lún;n là độ lỗ rỗng;

D là hệ số nở.

Với đất bão hòa, Cv là rất nhỏ so với Cs và phân tố trong ngoặc trở thành xác định Giá trị này có thể giảm xuống là 0,2 với độ bão hòa là 90%.

3 có thể thay đổi từ 34+ đến

34− phụ thuộc vào loại đất và cấu trúc ban đầu của đất Trong quá trình đầm rung, đất khá rời nh thế

3 và u đều có giá trị dơng.

Mỗi lần đầm làm tăng áp lực nớc lỗ rỗng và khi đất đạt tới trạng thái hóa lỏng năng lợng bị tiêu tán (hình 2) Giai đoạn cuối quan sát thấy đất tăng cờng độ (hình 3).

Hình 2 áp lực nớc lỗ rỗng gia tăng trong quá trình đầm chặt

Sự tiêu hao áp lực nớc lỗ rỗng tới hạn quan sát thấy nhanh hơn so với xác định bởi hệ số thấm của đất hoặc với quá trình gia tải tĩnh Đó là do các khe nứt xuất hiện và phát triển theo phơng hớng tâm từ vị trí tác dụng tạo đờng thoát cho nớc lỗ rỗng Quá trình hóa lỏng là đất tăng tính thấm

Khí ở dạng bọt bị nén trong quá trình đầm và đóng vai trò là nguồn áp lực ép nớc ra khỏi đất nền Rất khó để định lợng hiện tợng trong quá trình cố kết động.

Sóng P

Tăng áp lực nước lỗ rỗnglàm sắp xếp lại các hạt

1 NẨng lùng tÌc dừng vợi tm /mỀ2 Sỳ thay Ẽỗi thể tÝch theo thởi gian

3 Tỹ sộ Ìp lỳc nợc lố rống vợi Ìp suất họa lõng

4 Sỳ biến Ẽỗi sực chÞu tải5 - ưởng bao xữ lý

HỨnh 3 Sỳ biến Ẽỗi cÌc Ẽặc tÝnh cũa Ẽất vợi cÌc giai ẼoỈn cộ kết Ẽờng

ưầm chặt Ẽất dÝnh khẬng b·o hòa Ẽ· Ẽùc ựng dừng rờng r·i, trong khi Ẽọ xữ lý Ẽất dÝnh b·o hòa mợi chì Ẽùc quan tẪm về mặt lý thuyết

L Rendulic Ẽ· tửng nghiàn cựu cộ kết 3 chiều hợng tẪm.

R Barron Ẽ· hoẾn chình cẬng thực xÐt Ẽến ảnh hỡng cũa việc cản trỡ thoÌt nợc HÈn nứa,

nhứng nghiàn cựu Ìp dừng cho trởng hùp bề mặt biến dỈng tỳ do vẾ biến dỈng thỊng Ẽựng Ẽổng nhất.

Vợi cÌc giả thuyết cũa K Terzaghi về cộ kết, nghiàn cựu ảnh hỡng chung cũa việc gia tẨng Ìp lỳc nợc lố rống cọ thể biểu diễn dợi dỈng giả thiết cũa mờt nền Ẽ¾p vẬ hỈn Ẽặt tràn lợp sÐt cọ tÝnh nÐn lụn mỈnh trong khoảng thởi gian t1.

Giả thiết Ẽặt ra lẾ Ìp lỳc nợc lố rống tỈo ra do cÌc va chỈm bÍng vợi Ìp lỳc nợc lố rống tỈo ra bỡi tải trồng nền Ẽ¾p.

QuÌ trỨnh cộ kết nẾy vợi khoảng thởi gian t’f, trong Ẽọ

CẬng thực sau cho phÐp so sÌnh thởi gian Èng ẼÈng cũa quÌ trỨnh cộ kết ẼỈt Ẽùc t’f cọ ảnh hỡng vẾ tf khẬng bÞ ảnh hỡng

t-Do Ẽọ t'f = U1t1 + (1- U1 ) t f

Bảng 1 cho phÐp ta so sÌnh Ẽùc thởi gian cộ kết ẼỈt Ẽùc tỈi cÌc thởi Ẽiểm cọ mực Ẽờ cộ kết khÌc nhau:

ườ cộ kết tội u diễn ra trong khoảng U1 = 60%.Cọ thể kết luận về mặt lý thuyết, thởi gian cộ kết cọ thể giảm tợi 20 Ẽến 50% Ẽọ lẾ mờt mừc tiàu thỳc tế Ýt khi ẼỈt Ẽùc.

Tọm lỈi, sỳ va chỈm cọ tÌc dừng lẾ giảm thởi

Ẽờ cộ kết ẼỈt Ẽùc dợi tÌc dừng cũa tải trồng nền Ẽ¾p vẾ giảm Ẽùc sộ lùng cÌc cẬng trỨnh thoÌt n-ợc thỊng Ẽựng mẾ vẫn tẨng nhanh Ẽùc tộc Ẽờ cộ kết.

Mờt sộ quan tr¾c hiện tùng nẾy Ẽ· Ẽùc tiến hẾnh tỈi hiện trởng ỡ Jurong, bổn dầu Moblil hay bể chựa nợc thải nhẾ mÌy Palm Jumeirah.

ưọ gồi lẾ gia tải Ẽờng.

Sực chÞu tải, barườ họa lõng, %

t'f

dẻo chảy đến chảy sử dụng vật liệu cát hoặc cuội sỏi dới tác dụng của tải trọng động đợc mô tả sau đây

Hình 4 350 tấn.mét và 500 tấn.mét

Kỹ thuật, thiết bị cũng là yếu tố lớn cho việc xử lý Menard đã phát triển thiết bị đặc biệt thể xử lý tới độ sâu lớn.

S Varaksin đã đề xuất điều chỉnh các quy định chung trong của hãng Menard với độ sâu xử lý (h, mét) có quan hệ tuyến tính với căn bậc 2 của năng lợng búa đầm (tấn.mét).

Với công thức: h = Cδ E (E đơn vị là tấn.mét)

Trong đó: C phụ thuộc vào tính năng của thiết bị đầm;

C = 1, Rơi tự do;

C = 0,8 thả bằng cáp tời cơ học;C = 0,65 thả bằng cáp tời thủy lực;δ phụ thuộc vào đất nền, nớc dới đấtδ = 1,0 với các lớp đắp mới rất ổn định δ = 0,5 với đất cố kết thờng.

- 850 txm năng lợng/búa (hệ thống Mars) (Hình 5);

- 1600 txm năng lợng/búa (tháp 3 chân) (Hình 6);- 4000 txm năng lợng/búa (máy Mega ) (Hình 7).

Hình 6 1600 txm - tháp 3 chân

Hình 7 4000 txm - thiết bị Mega

1.2 Thay thế động

Thay thế động (DR) thực chất là sự mở rộng kỹ thuật cố kết Nhng khác với cố kết động, thay thế động đợc phát triển để xử lý đất yếu loại dính thậm chí là đất than bùn Kỹ thuật này bắt đầu với việc tạo ra các hố bằng cách đầm nhẹ Những hố này sẽ đ-ợc lấp đầy bởi các vật liệu rời (ví dụ nh cấp phối, đá, cuội sỏi, đá dăm tới kích thớc 300mm), những vật liệu này sẽ đợc nén chặt dới tác dụng của tải trọng động Công tác đầm đợc lặp lại cho tới khi vật liệu cho vào trong hố giảm dần Về cơ bản, kết quả thu đợc chủ yếu cho các cọc vật liệu rời có đờng kính lớn Các cọc này đợc gọi là cọc DR với đờng kính khoảng 2.5-3m, chiều dài khoảng 5-7m Quá trình thay thế động đợc minh họa ở hình vẽ số 9.

Hình 8 Quá trình cố kết động

Thay thế động đòi hỏi tỷ lệ diện tích thay thế là 15 đến 30% với khoảng cách giữa các cọc thay đổi trong khoảng 4.5 đến 7m Cọc DR đờng kính lớn tạo bởi phơng pháp thay thế động tạo ra sự gia tăng sức chịu tải của đất nền dựa vào cả

rỗng phía dới và phía xung quanh tiêu tán một cách nhanh chóng Nh vậy, cọc DR có u điểm là cọc chịu tải đồng thời là giếng thoát nớc với đơng kính lớn.

Hình 9 Quá trình thay thế động

1.4 Thông tin về công trình:

Cố kết động và thay thế động đợc lựa chọn để xử lý nền cho bồn chứa dầu đờng kính lớn cho công trình nhà máy lọc dầu ở Nam Trung Bộ Việt Nam Công tác xử lý nền cho bồn thép đợc tiến hành dựa trên cơ sở nguyên tắc chìa khóa trao tay Diện tích xây dựng đợc chia thành 2 khu vực chính: Khu vực chứa dầu thơng phẩm và khu vực chứa dầu thô Khu vực chứa dầu thơng phẩm bao gồm 17 bồn chứa với đờng kính lớn nhất lên tới 56m trong khi đó khu vực chứa dầu thô bao gồm 7 bồn chứa với đờng kính lên tới 69m Chiều cao lớn nhất của bồn là 22.7m.

Cố kết động đợc sử dụng để xử lý lớp đất nền phía dới với thành phần chủ yếu là cát ở trạng thái xốp đến chặt vừa Thay thế động đợc lựa chọn để xử lý lớp đất nền phía dới các bồn chứa dầu thô với các lớp sét bụi yếu với bề dày lên tới 9m, phía dới là đá bazan Báo cáo này làm nổi bật giải pháp xử lý nền bằng cố kết động và thay thế động cho bồn chứa dầu thô và dầu thơng phẩm (mỗi loại 1 bồn).

(Xem tiếp số sau)

1-Tạo hố

2- lấp hố bằng vật liệu rời3- tiếp tục đầm cọc cát4 – lấp hố bằng vật liệu rời

Lặp bớc 3 và 4 đến khi cọc thay thế đạt tới chiều sâu thiết kế

Ngêi ph¶n biÖn: GS.TS NguyÔn Trêng TiÕn