Nghiên cứu phương pháp móng Topbase trong công trình xây dựng, ứng dụng cho thiết kế và thi công trạm bơm Bình Phú”

Việc nghiên cứu tính toán, đề xuất các biện pháp xử lý nền mới luôn được các nước hàng đầu về xây dựng chú trọng phát triển, tiêu biểu là các công nghệ mới như: bơm hút chân không, phươn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ:“ Nghiên cứu phương pháp móng Topbase trong công

trình xây d ựng, ứng dụng cho thiết kế và thi công trạm bơm Bình Phú” đã

được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong đề cương được phê duyệt

Trong quá trình thực hiện, nhờ sự giúp đỡ tận tình của các Giáo sư, Tiến sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi, các công ty tư vấn và đồng nghiệp, tác giả đã hoàn thành luận văn này

Tác giả chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hữu Huế, Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Cảm ơn anh Ngô Đức Hà và công ty TBS Việt Nam đã giúp đỡ tác giả có đủ tài liệu để thực

hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, các thầy cô trong khoa Công trình đã tận tụy giảng dạy tác giả trong suốt quá trình

học đại học và cao học tại trường

Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn

chế, luận văn này không thể tránh khỏi những tồn tại, tác giả mong nhận được

những ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo,các anh chị em

và bạn bè đồng nghiệp Tác giả rất mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác

giả phát triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần ứng dụng những kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất

Xin chân thành cảm ơn!

Hà N ội, ngày tháng năm 2013

HỌC VIÊN

Nguyễn Viết Thắng

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài luận văn: “ Nghiên cứu phương pháp móng Topbase trong công

trình xây dựng, ứng dụng cho thiết kế và thi công trạm bơm Bình Phú”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn do tôi làm, những kết quả nghiên cứu tính toán trung thực Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính cấp thiết của đề tài Tôi không sao chép từ bất kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tôi xin chịu trách nhiệm trước Khoa và Nhà trường

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Học viên

Nguyễn Viết Thắng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 3

1.3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 3

CHƯƠNG I: NỀN ĐẤT YẾU VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU, GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MÓNG TOP BASE 4

1.1 Nền đất yếu và một số biện pháp xử lý nền đất yếu 4

1.1.1 Khái niệm chung về nền đất yếu 4

1.1.2 Đặc trưng địa kỹ thuật của đất yếu 5

1.1.3 Một số biện pháp xử lý nền đất yếu 7

1.2 Một số sự cố công trình về đê, cống và biện pháp xử lý 12

1.2.1 Sự cố lún sụt trong quá trình đắp đê trên nền đất yếu 13

1.2.2 Sự cố công trình do thấm dưới nền đê 15

1.2.3 Sự cố công trình do thấm qua nền và mang cống 18

1.2.4 Sự cố ở công trình trạm bơm 20

1.3 Biện pháp xử lý nền bằng công nghệ móng Top-base 23

1.3.1 Tình hình phát triển móng Top-base trên thế giới 23

1.3.2 Tình hình phát triển móng Top-base tại Việt Nam 26

1.3.3 Cấu tạo chung và quy định vật liêu của móng Top-base 29

1.3.4 Cơ chế làm việc của móng Top-base 31

1.3.5 Ưu điểm nổi bật của móng Top-base 39

1.4 Kết luận chương 1 42

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG MÓNG TOP-BASE 43

2.1 Tính toán thiết kế móng Top-base 43

2.1.1.Phương pháp tra bảng 43

2.1.2.Phương pháp tính toán: 45

2.2 Biện pháp thi công và phân loại móng Top-base 50

2.3 Một số yêu cầu khi thi công móng Top-base 53

2.3.1 Công tác đào đất: 53

2.3.2 Công tác lắp đặt các Top-block 54

2.3.3 Công tác đổ bê tông tại chỗ 54

2.3.4 Công tác chèn đá dăm: 55

2.3.5 Công tác liên kết khóa đỉnh các khối bê tông: 56

2.4 Sử lý một số tình huống trong thi công móng Top-base 57

2.4.1 Chèn đá dăm chưa đạt yêu cầu: 57

2.4.2 Khi đặt các Top-block trên nền đất yếu: 57

2.4.3 Trường hợp khi hố móng sâu: 57

2.4.4 Trường hợp khi đặt các Top-block tại các độ cao khác nhau 58

2.4.4 Trường hợp khi đặt các Top-block trên nền đất đắp 58

2.5 Nghiệm thu móng Top-base 58

2.6 Phân tích kết quả thí nghiệm móng Top-base tại công trình “South Building” 63

2.6.1 Giới thiệu qua về công trình 63

2.6.2 Kết quả thí nghiệm 65

2.7 Đề xuất ứng dụng của móng Top-base trong công trình thủy lợi 67

2.7.1 Ứng dụng móng Topbase trong đê biển 68

2.7.2 Ứng dụng móng Top-base cho trạm bơm và cống lấy nước 70

2.8 Kết luận chương 2 72

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MÓNG TOP-BASE CHO TRẠM BƠM TIÊU BÌNH PHÚ 73

3.1 Dự án nâng cấp trạm bơm tiêu Bình Phú 73

3.1.1 Giới thiệu về nhà máy bơm Bình phú 73

3.1.2 Địa chất nền khu vực nhà máy 75

3.1.3 Phương án xử lý nền trạm bơm bằng cọc bê tông cốt thép 76

3.2 Đề xuất phương án mới: 77

3.2.1 Tính toán móng trạm bơm với phương pháp xử lý nền mới: 78

3.3.2 Biện pháp thi công trạm bơm: 87

3.3 So sánh đánh giá kết quả của hai phương án: 89

3.4 Kết luận chương 3: 91

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

1 KẾT LUẬN 93

2 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA LUẬN VĂN VÀO THỰC TIỄN 94

3 KIẾN NGHỊ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Một số ứng dụng móng Top base trên thế giới 2

Hình 1-2 Dùng cọc đất vôi – gia cố hố móng 8

Hình 1-3 Thi công cọc xi măng đất tại trạm bơm Nhân Hiền 10

Hình 1-4 Cọc bê tông cốt thép đúc tại nhà máy 11

Hình 1-5 Sơ họa mặt cắt ngang cung trượt và hình ảnh thực tế 13

Hình 1-6 Phương pháp xử lý nền đê La Giang- Hà Tĩnh 14

Hình 1-7 Sự cố công trình Tắc Giang 16

Hình 1-8 Giái pháp đắp sân phủ chống thấm ở ngoài đê 17

Hình 1-9 Giải pháp đắp cơ phản áp trong đê 17

Hình 1-10 Giải pháp giếng đào giảm áp trong đê 17

Hình 1-11 Giải pháp giếng khoan giảm áp 17

Hình 1-12 Mô tả giải pháp chống thấm cống D10(Hà Nam) 19

Hình 1-13 Nhìn từ hạ lưu trạm bơm Cẩm Giang 20

Hình 1-14 Mặt cắt ngang mô tả vết nứt 21

Hình 1-15 Xử lý mái trạm bơm 23

Hình 1-16 Ứng dụng móng Top-base tại Hàn Quốc và Nhật Bản 24

Hình 1-17 Ứng dụng móng Top-base tại chung cư Cẩm Bình, Cẩm Phả, Quảng Ninh 27

Hình 1-18 Cấu tạo một khối Top-block D500 29

Hình 1-19 Cấu tạo móng Top-base 30

Hình 1-20 Khối Top-block ở biển D2000 31

Hình 1-21 Cơ chế làm việc của móng Top-base 31

Hình 1-22 Sự làm việc của một Top-block 32

Hình 1-23 Nền Top-block 34

Hình 1-24 Sự phân bố ứng suất dưới đáy móng Top-base và móng nông 37

Hình 1-25 Biều đồ thể hiện mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng (độ lún) trong nhiều đất nền khác nhau: nền Top-base, nền bê tông, nền tự nhiên 37

Hình 1-26 Biểu đồ phân bố ứng suất trong một số loại nền móng 38

Hình 1-27 Các loại móng kiểm tra lún theo thời gian 38

Hình 1-28 Đường quan hệ độ lún với thời gian ở hiện trường 39

Hình 1-29 Kết quả thí nghiệm kiểm tra lún của móng 40

Hình 1-30 Ứng dụng móng Top-base cho đê chắn sóng Shirao 40

Hình 2-1 Tải trọng và sơ đồ phân bố 46

Hình 2-2 Lựa chọn hệ số K2 khi dùng Top-base Ø500 trên đất sét 47

Hình 2-3 Biểu đồ tra Nc, Nq, NR 48

Hình 2-4 Sơ đồ tính lún 50

Hình 2-5 Các khối Top-block theo công nghệ hiện nay 51

Hình 2-6 Đào hố móng để đặt các Top-block 53

Hình 2-7 Luồn các thanh thép để liên kết các Top-block 54

Hình 2-8 Đổ bê tông các Top-block 55

Hình 2-9 Chèn đá dăm và tiến hành nèn chặt 56

Hình 2-10 Liên kết khóa đỉnh các thanh thép d12 57

Hình 2-11 Kiểm tra và nghiệm thu các khối Top-block 58

Hình 2-12 Thí nghiệm thử tải các khối Top-block tại hiện trường 59

Hình 2-13 Quy trình thi công móng Top-base tại Việt Nam 60

Hình 2-14 Hình ảnh thi công móng Top-base 62

Hình 2-15 Đồ thị quan hệ thời gian – độ lún, điểm NT1 65

Hình 2-16 Đồ thị quan hệ thời gian – độ lún, điểm NT2 66

Hình 2-17 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ lún, điểm NT1 66

Hình 2-18 Đồ thị quan hệ tải trọng – độ lún, điểm NT2 67

Hình 2-19 Mặt cắt ngang kè biển gia cố bằng đá hộc 69

Hình 2.20 Đề xuất sử dụng các khối Topblock để gia cố mái đê biển 70

Hình 2-21 Ứng dụng móng Top-base cho trạm bơm 71

Hình 2-22 Ứng dụng móng Top-base cho cống lấy nước qua đê 72

Hình 3-1 Mặt cắt địa chất khu vực nhà máy 76

Hình 3-2 Đề xuất phương pháp móng Top-base 2 lớp 78

Hình 3-3 Sơ đồ tính toán lực tác dụng 79

Hình 3-4 Sơ đồ tính toán với móng Top-base 81

Hình 3-5 Cấu tạo móng Top-base 87

Hình 3-6 Cấu tạo khối Top-base 88

Hình 3-7 Mặt bằng và cắt dọc trạm bơm bố trí móng Top-base 89

DANH M ỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Bảng tổng hợp các công trình áp dụng móng Top-base trên thế giới 25

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các công trình áp dụng móng Top-base tại Việt Nam 26

Bảng 1-3 Bảng tổng hợp phương án móng cũ và phương án do Tadis đề xuất 28

Bảng 1-4 Bảng tổng hợp kích thước các Top-block 29

Bảng 1-5 Bảng tổng hợp các tính chất và hiệu quả của móng Top-base 41

Bảng 2-1 Bảng tra móng Top-base căn cứ vào chỉ số N 44

Bảng 2-2 Bảng tra hệ số K2 47

Bảng 2-3 Bảng tra các hệ số hình dạng của móng α,β 47

Bảng 2-4 Bảng tra Nc, Nq, NR 49

Bảng 3-1 Bảng tổng hợp các thông số chính của trạm bơm 75

Bảng 3-2 Bảng tính lực tác dụng – tính cho nửa bên gian điều khiển trung tâm 79

Bảng 3-3 Bảng tổng hợp các thông số đất dưới móng trạm bơm 81

Bảng 3-4 Bảng tính lún khi chưa có móng Top-base 84

Bảng 3-5 Bảng tính lún khi có móng Top-base 86

Bảng 3-6 Bảng tính giá trị của 1m2 móng Top-base D500mm 1 lớp 90

Bảng 3-7 Bảng tính chi phí của phương án cọc bê tông (theo GXD) 90

MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong lĩnh vực xây dựng thì việc xử lý nền móng đóng một vai trò quan trọng

tới tiến độ và chất lượng của công trình Việc nghiên cứu tính toán, đề xuất các biện pháp xử lý nền mới luôn được các nước hàng đầu về xây dựng chú trọng phát triển, tiêu biểu là các công nghệ mới như: bơm hút chân không, phương pháp cải tạo đất dùng đá dăm Hyspeed và cọc ống thép làm tường vây…

Nhật Bản, Hàn Quốc là các đất nước phát triển vượt bậc về xây dựng, cùng với đó là sự gia tăng nhanh về dân số dẫn đến việc thiếu quỹ đất xây dựng một cách đáng lo ngại, ngay cả các nền đất yếu cũng được dùng đến Các kỹ sư xây dựng Hàn

Quốc và Nhật Bản luôn đứng trước những thử thách về cải tạo đất nền bên dưới những công trình và kết cấu bên trên sao cho đảm bảo về độ bền chắc, khả năng

chịu lực đáng tin cậy và giải pháp kinh tế phù hợp

Top base là một trong những phương pháp móng nhằm gia cố nền đất yếu được áp dụng tại Nhật bằng cách xếp đặt các khối bê tông hình phễu (Top-block) lên bề mặt của nền đất và chèn đá dăm lắp đầy khe trống nhờ đó mà độ lún cố kết

giảm từ 1/10-1/2 hoặc nhiều hơn, đồng thời tăng sức chịu tải của nền từ 50% - 200% hoặc nhiều hơn so với nền đất ban đầu

Công nghệ móng Top base có tác dụng ngăn cản chuyển vị ngang của lớp đất yếu và giảm khả năng giãn nở dẫn tới giảm độ lún của móng công trình, phân phối ứng suất bên dưới đáy móng đều hơn dẫn đến tăng khả năng chịu lực của nền vì thế được coi là một trong các phương pháp cải tạo nền đất có hiệu quả cao

Ngoài các ưu điểm trên, móng Top-base còn hiệu quả rất tốt trong việc chống động đất Nhật Bản là một nước thường xuyên hứng chịu động đất, việc xây dựng

nền móng công trình không tốt khi xảy ra động đất sẽ gây ra hậu quả vô cùng to lớn

về người và của Theo nghiên cứu đánh giá thì các công trình xây dựng trên nền móng Top-base đã qua được những trận động đất khủng khiếp tại Chiba năm 1987

và Kobe năm 1995 mà hầu như không bị hư hại gì

Ngày nay tại Nhật các kỹ sư xây dựng dùng Top base chủ yếu dành cho nhà

thấp tầng dưới 7 tầng, tuy nhiên móng Top-base có ưu điểm vượt trội khi xử lý nền móng kênh mương thoát nước, móng tường chắn đất, gia cố đường giao thông…

Hiện nay tại Việt Nam công nghệ móng Top-base mới chỉ được áp dụng cho các công trình xây dựng dân dụng là chủ yếu, chưa được ứng dụng cho các công trình thủy lợi như: kè biển, trạm bơm, kênh mương… Việc nghiên cứu về công nghệ móng Top-base sẽ mở ra một hướng mới, giúp cho các nhà quản lý cũng như các đơn vị tư vấn có cái nhìn rõ hơn về công nghệ này, và có nhiều sự lựa chọn hơn khi lựa chọn các biện pháp xử lý nền đất yếu

Tường chắn đất ở Busan áp dụng công

ngh ệ móng Top base Bãi chứa contaniner ở Kwangyang

Cống hộp đại lộ Ikasan áp dụng công nghệ

móng Top base

Đê chắn sóng tại bờ biển Shirao áp dụng

công ngh ệ Top base

Hình 1-1 Một số ứng dụng móng Top base trên thế giới

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Giới thiệu về lý thuyết và phương pháp tính toán móng mới Top-base

- Ứng dụng của phương pháp móng Top-base trong công trình Thủy lợi

1.3 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Thu thập, tổng hợp từ các công trình nghiên cứu, các báo cáo khoa học kết hợp với tổng kết kinh nghiệm thực tế

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp tính sức chịu tải của nền móng Top base, tính toán kiểm tra

- Phương pháp chuyên gia: trao đổi với các chuyên gia có kinh nghiệm

C HƯƠNG I: NỀN ĐẤT YẾU VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU,

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MÓNG TOP BASE

1.1 Nền đất yếu và một số biện pháp xử lý nền đất yếu

1.1.1 Khái niệm chung về nền đất yếu

a Khái ni ệm về nền đất yếu:

Đất yếu là những đất có khả năng chịu lực thấp (0,5 – 1,0kG/cm2), hầu như hoàn toàn bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (thường ε >1), hệ số nén lún lớn (a tới phần mười hoặc vài ba đơn vị), môđun tổng biến dạng bé ( E0≤50kG/cm2), trị số sức chống cắt không đáng kể Công trình xây dựng trên đất yếu buộc phải có các

biện pháp xử lý, nếu không sẽ rất khó hoặc không thể thực hiện được

Có thể định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn N như sau:

• Đất rất yếu : S u ≤12,5kPa hoặc N ≤ 2

• Đất yếu : S u ≤25kPa hoặc N ≤ 4

Đất yếu được tạo thành ở lục địa (tàn tích, sườn tích, lũ tích, lở tích, do gió, do lầy, do con người), ở vùng vịnh (cửa sông, tam giác châu, vịnh biển), hoặc ở biển (khu vực nước nông, sâu không quá 200m, thềm lục địa, sâu 200 - 300m, biển sâu, trên 3000m) Chiều dày lớp đất yếu thay đổi, có thể từ một vài mét đến 35 - 40m0F

1

b Nguyên nhân:

Đất yếu có thể quy về ba nhóm chính:

Yếu vì kết cấu: Nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa chất đất sỏi,

đá cuội, đá tảng Các phần tử đất đá gối lên nhau không chắc chắn, ở một số tải

trọng nhất định, công trình lún ít do đất biến dạng không nhiều, ở các tải trọng lớn hơn xảy ra đứt gãy hoặc chênh lệch lún làm công trình đổ sập như như đập

1 Xứ lý nền đất yếu trong xây dựng

Malpasset ở Pháp Hoặc do yếu tố thay đổi về kết cấu chịu lực của vùng như sập

một vài mỏ khai thác đá ở Việt Nam gần đây có thể tính một phần là do yếu tố này Yếu do độ ẩm: Nguyên nhân này thường gặp ở đất cát và đất sét, nước trong đất tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là tự do và liên kết Đây chính là tác nhân chính gây ra hiện tượng đàn hồi thuỷ lực và tính nén của đất Các nhân tố này gây ra sự khó khăn lớn trong thi công, cản trở việc lắp đặt và sử dụng thiết bị gia cố Hiện tượng này phổ biến ở các vùng đồng bằng ven sông, ven biển, các vùng rừng lâu năm

Yếu do đặc tính sinh hoá: nguyên nhân này thường gặp ở các điều kiện địa

chất đã được gia cố Trải qua thời gian, do các tác động sinh hoá như phản ứng hoá học trong thành phần của chất gia cố với nước, hoạt động của sinh vật và vi sinh

vật, đất đã được gia cố trở nên yếu đi Đây là một vần đề tương đối khó khăn đối

với các công trình sử dụng biện pháp hoá học để gia cố đất nền

Các loại nền đất yếu thường gặp trong xây dựng bao gồm: Đất sét mềm, bùn, than bùn, cát chảy, đất bazan…

1.1.2 Đặc trưng địa kỹ thuật của đất yếu

a Đất bùn

Bùn là trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét, được tạo trong nước, có sự tham gia của các vi sinh vật Bùn luôn luôn có độ ẩm vượt quá giới hạn chảy và hệ số rỗng ε >1 đối với cát pha sét, sét pha cát và ε >1,5

đối với sét

Bùn được hình thành tại chủ yếu do sự tích lũy các vật liệu hạt mịn bằng phương thức cơ học hay hóa học tại đáy biển, vũng vịnh, hồ, bãi lầy, hồ chứa nước hay bãi bồi của sông Bùn có thể chứa lượng hữu cơ nào đó (có khi tới 10 - 12%), càng xuống sâu lượng hữu cơ càng giảm

Cấu trúc đất bùn phụ thuộc vào điều kiện trầm tích, tính chất các hạt keo khoáng - hữu cơ và thành phần môi trường nước được lắng đọng Các chất keo

khoáng - hữu cơ cực kỳ nhạy cảm với các chất điện phân, khi lượng chất keo thay đổi thì tính ổn định của đất cũng biến đổi theo Các hạt đất được các màng keo - nước tương đối dày bao quanh do tác dụng của lực điện phân tử Thể tích các màng keo - nước này lớn hơn thể tích các hạt khoáng nên đất bùn chứa lượng keo lớn thì

có độ ẩm rất cao

Bùn thành tạo do các hạt khoáng hữu cơ phân tán lắng đọng trong môi trường nước có dòng chảy rất chậm hay ứ đọng nên có cấu trúc rất phức tạp Do lượng keo cao và cấu trúc như vậy làm cho đất bùn có độ ẩm tự nhiên lớn hơn giới hạn chảy

và hệ số rỗng ε cao như đã đề cập ở trên

Bùn có thể có nguồn gốc lục địa hay biển Với bùn biển, cần lưu ý đến lượng

muối vì ở nồng độ muối nhất định, dung trọng và bề dày lớp khuếch tán của các hạt tăng lên, đất ổn định hơn Khi mất muối, bùn biển sẽ không ổn định, dễ sinh ra trượt

Độ bền của bùn hết sức nhỏ Sức chống cắt của bùn phụ thuộc chủ yếu vào tốc

độ phát triển biến dạng Góc ma sát trong của bùn đôi khi bằng không; khi mất nước

do bốc hơi hay nén chặt quá mức (còn trơ lại các hạt cát) thì bùn cát mới có góc ma sát trong tương đối lớn Hệ số nén lún của bùn có thể đạt 2-3km2/kG, môđun tổng biến dạng với bùn sét là 1-5kG/cm2

, bùn sét pha cát và bùn cát pha sét là 25kG/cm2

10-b Than bùn và đất than bùn

Than bùn là loại trầm tích đầm lầy tiêu biểu nhất Đó là đất nguồn gốc hữu cơ, được thành tạo nhờ tích tụ và phân hủy các di tích sinh vật mà chủ yếu là thực vật trong các đầm lầy và ở nơi bị hóa lầy, chứa lẫn vật liệu sét - cát Đất chứa hơn 60%

di tích thực vật được gọi là than bùn Đất chứa từ 10 đến 60% di tích thực vật được

gọi là đất than bùn

Tính chất cơ lý của than bùn phụ thuộc thành phần thực vật, mức độ phân hủy

của các di tích thực vật và độ tro - lượng chứa các khoáng chất trong than bùn Trung bình độ ẩm thay đổi từ 85 đến 95 (nhưng cũng có thể đạt hàng trăm và hàng

nghìn phần trăm tùy theo thành phần, mức độ phân hủy, điều kiện khí hậu, mức độ tiêu thoát nước của địa phương…) Với độ ẩm tự nhiên, mật độ phần khoáng - hữu

cơ của than bùn và của đất nói chung thay đổi tương ứng từ 1,4 đến 1,8 và từ 0,7 đến 1,4g/cm3 trong đó giá trị cao nhất chủ yếu tiêu biểu cho các loại bị chôn vùi, được nén chặt hơn và nhiều tro hơn Với độ chặt bé, than bùn có độ rỗng cao, thay đổi trung bình từ 85 đến 95% Hệ số rỗng đạt hàng mấy đơn vị Than bùn phân hủy

kỹ thì không thấm nước, nhưng khi phân hủy kém hay chưa phân hủy thì thấm nước, hệ số thấm đạt mấy mét trong ngày đêm tới 10-12m/ngày đêm

Tùy theo mức độ phân hủy, độ tro và độ nén chặt mà than bùn có thể có độ sệt

ổn định và không ổn định Có thể đào bỏ than bùn có độ sệt ổn định, chúng không

bị chảy loang ra, không bị ép trồi dưới tác dụng của tải trọng, biến dạng của chúng

có thể chỉ do nén Loại có độ sệt không ổn định thì không thể đào vét, chúng dễ

chảy loang ra và dễ ép trồi dưới tác dụng của tải trọng

Hệ số nén lún của than bùn lộ thiên từ 3-8 đến 10cm2/kG, còn loại bị chôn vùi

từ 0,1-0,3 đến 1-3cm2

/kG Tính chất lưu biến là đặc trưng cho than bùn Môđun

tổng biến dạng của than bùn thường dưới 10, ít khi vài chục kG/cm2

Sức chống cắt than bùn thay đổi trong phạm vi rộng, phụ thuộc vào kết cấu, độ tro,… Sức chống

cắt giảm khi kết cấu tự nhiên bị phá hoại và tăng lên khi tăng độ tro bồi tụ than bùn

ở thấp khi độ tro tăng từ 12% lên 36% thì hệ số ma sát trong tăng từ 0,18 đến 0,45, lực dính tăng từ 0,10 đến 0,60kG/cm2, còn than bùn ở cao khi độ tro tăng từ 9 đến 16%, hệ số ma sát trong tăng từ 0,14 đến 0,25, lực dính tăng từ 0,26 lên 0,46kG/cm2

bằng khi lún không đều, các ứng suất phụ thêm phát sinh trong các kết cấu siêu tĩnh

sẽ làm cho công trình bị nứt nẻ hoặc hư hỏng

Phương pháp xử lý nền đất yếu gồm nhiều loại Có thể phân ra ba nhóm chính như sau: Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình, các biện pháp xử lý về móng, các biện pháp xử lý nền

Việc lựa chọn phương pháp thích hợp tùy thuộc điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu vực xây dựng, loại công trình và điều kiện kinh tế - kỹ thuật

thực tế khi tiến hành xử lý…Trong chương này sẽ trình bày các biện pháp xử lý nền thường gặp:

a Phương pháp cọc vôi đất:

Gia cố bằng cọc vôi đất làm tăng độ bền chống cắt lên hàng chục lần Sức

chống cắt không thoát nước có thể đạt tới 1000kPa Cọc vôi thường được dùng để

xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: than bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau:

Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm cho đất xung quanh nén chặt lại Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: độ ẩm của đất

giảm 5-8%; lực dính tăng lên khoảng 1,5-3 lần

I-I

II-II

Hình 1-2 Dùng cọc đất vôi – gia cố hố móng

b Phương pháp cọc xi măng đất:

Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất là một công nghệ mới được thế giới biết đến và áp dụng từ những năm 1970 nhưng đạt được công nghệ hoàn chỉnh và phát triển mạnh mẽ phải tính từ những năm 1990 trở lại đây

Công nghệ trộn sâu tạo cọc ximăng đất là công nghệ trộn ximăng với đất tại chỗ dưới sâu Cọc ximăng đất được sử dụng khá rộng rãi trong xử lý nền móng các công trình xây dựng Mục đích là làm tăng cường độ, khống chế biến dạng, giảm tính thấm của đất yếu hoặc đất co ngót hoặc để vệ sinh các khu nhiễm độc Nói tóm lại là làm thay đổi đất, nâng cao chất lượng của đất bằng cách cứng hoá tại chỗ

Những nước ứng dụng công nghệ trộn sâu nhiều nhất là Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver

Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970 Thiết bị trộn sâu dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền cho các khu công nghiệp ở Thượng Hải Từ năm 1987 đến 1990 công nghệ trộn sâu

đã được sử dụng ở cảng Thiên Tân để xây dựng hai bến cập tàu và cải tạo nền cho 60ha khu dịch vụ

Tại Châu Âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan Trong năm 1967 Viện Địa chất Thụy Điển đã nghiên cứu các cột vôi Thử nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby với các cột vôi có đường kính 0,5m và chiều sâu tối

đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vôi cứng hoá Năm 1974 một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) sử dụng cột vôi đất đã được xây dựng ở Phần Lan

nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng và chiều dài cột về khả năng chịu tải

Xu hướng phát triển của công nghệ trộn sâu trên thế giới hiện nay hướng vào việc khai thác mặt mạnh của công nghệ này Khi mới phát minh, yêu cầu ban đầu

chỉ là đạt được cường độ cao và chi phí thấp, nhưng gần đây do những nan giải trong xây dựng đã đặt ra những yêu cầu cao hơn về sự tin cậy và hoàn chỉnh của

công nghệ Ưu thế quan trọng của công nghệ này là cho phép xử lý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp tục

Hình 1-3 Thi công cọc xi măng đất tại trạm bơm Nhân Hiền

Những ưu điểm của phương pháp cọc xi măng đất: Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay, rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển Thi công được trong điều kiện mặt bằng

chật hẹp, mặt bằng ngập nước và có khả năng xử lý sâu

c Phương pháp cọc bê tông cốt thép:

Xử lý nền đất yếu bằng cọc bê tông cốt thép là phương pháp được xử dụng rất nhiều hiện nay Các công trình nhà cao tầng, cầu cống, trạm bơm khi được xây

dựng trên lớp đất yếu quá dày biện pháp xử lý nền được ưu tiên lựa chọn là cọc bê tông cốt thép để truyền tải trọng xuống các lớp đất tốt ở dưới sâu

Các ưu điểm nổi bật của móng cọc gồm có: Độ lún của móng cọc nhỏ gần như không đáng kể nên ít gây biến dạng cho công trình Móng cọc đặt sâu trong nền đất

tốt, trong quá trình sử dụng công trình không gây lún ảnh hưởng đáng kể đến công trình lân cận

Quy trình thực hiện móng cọc dễ dàng thay đổi các thông số của cọc (chiều sâu, đường kính…) phù hợp với địa chất công trình Giá thành hạ so với các loại móng khác trên nền đất yếu Cao độ của đài móng có thể dễ dàng thay đổi để chọn đặt ở độ cao tùy ý phù hợp với kết cấu và mỹ quan công trình

Đối với móng cọc dùng cọc bê tông đúc sẵn– tiến độ thi công nhanh, chất lượng đảm bảo, thi công ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết đáp ứng yêu cầu xã hội,

tạo điều kiện quay vòng vốn nhanh, đảm bảo điều kiện kinh tế

Hình 1-4 Cọc bê tông cốt thép đúc tại nhà máy

Ngoài những ưu điểm kể trên, cọc bê tông cốt thép còn có một số khuyết điểm sau: Chiều sâu thi công chỉ đạt trung bình, thông thường từ 10-60m Tiết diện trung bình thông thường từ 20x20 đến 45x45 cho cọc vuông và D25-D70 cho cọc tròn, sử

dụng công trình có tải trọng làm việc trung bình, thông thường (từ 40T-400T/1 cọc) Đối với cọc khoan nhồi: giá thành cao, công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật cao, công tác kiểm tra chất lượng phức tạp, ma sát thành giảm, vật tư thất thoát do trong quá trình khoan tạo lỗ Chất lượng bê tông thường thấp vì không được đầm, một số công trình bị khuyết tật này gây hư hỏng cho công trình lân cận Quá trình

kiểm tra chất lượng sau khi thi công là quá trình thụ động nên có khuyết tật thì việc

xử lý khó khăn và tốn kém

1.2 Một số sự cố công trình về đê, cống và biện pháp xử lý

Hiện nay trên khắp Việt Nam, hàng nghìn công trình thủy lợi được xây dựng, một số công trình trải qua một thời gian làm việc đã xuống cấp và hỏng hóc dẫn tới các sự cố ngoài ý muốn Trong phạm vi luận văn, tác giả xin phép phân tích một vài

sự cố công trình liên quan tới đê, cống, trạm bơm là các công trình thủy lợi được xây dựng với khối lượng tương đối nhiều trên cả hai miền đất nước

Hệ thống đê sông được xây dựng và nâng cấp qua nhiều đời nay, lại đi qua nhiều vùng địa chất phức tạp, tồn tại trong điều kiện thiên nhiên khắc nghiệt,… vì vậy tiềm ẩn nhiều khuyết tật, đe dọa vỡ đê khi nước sông dâng cao Các sự cố thường gặp trên hệ thống đê là: Lún sụt, sạt trượt ngay trong quá trình thi công; Sạt trượt, lún sụt mái đê hoặc kè bờ sông ảnh hưởng đến an toàn của đê; Dòng chảy

hoặc sóng tràn qua đê gây sạt mái trong; Sóng gây hư hỏng lớp bảo vệ mái ngoài,

sụp đổ kè hộ chân;

Nguyên nhân của sự cố có thể là: Do hệ thống tiêu chuẩn, hướng dẫn kỹ thuật chưa đầy đủ Ví dụ: chưa có một tiêu chuẩn kỹ thuật riêng cho đắp đê trên đất cát

chảy,

Do thiết kế: chưa tính hết các yếu tố tác động phức tạp của tự nhiên, không có

giải pháp thích hợp để ngăn ngừa hoặc hạn chế các hư hỏng có thể xảy ra ngay trong quá trình thi công và cả trong quá trình khai thác sử dụng sau này, hệ thống quan trắc không có hoặc không hoạt động, công tác khảo sát (đặc biệt là khảo sát địa chất) không chính xác dẫn đến sai lệch trong tính toán,

Do thi công: chất lượng không đảm bảo, vật liệu sử dụng sai chủng loại, thi công không đúng trình tự và yêu cầu kỹ thuật của thiết kế, Do mực nước trong bão lũ vượt tần suất thiết kế gây tràn đê; do dòng chảy lũ quá lớn làm xói chân đê,

do sự thay đổi của dòng hải lưu làm xói lở bờ biển,

Do tác động của con người: khai thác đất cát gần chân đê, tập kết vật liệu chân

đê quá sức chịu tải của nền, xe quá tải đi lại,… Do các nguyên nhân khác: do thời tiết, sóng, gió làm cho vật liệu bị suy giảm chất lượng; do sinh vật làm tổ trong đê…

1.2.1 Sự cố lún sụt trong quá trình đắp đê trên nền đất yếu

a Gi ới thiệu về sự cố sạt trượt đê La Giang – Hà Tĩnh

Tháng 5/1997, đoạn đê La Giang đoạn từ K18+731 đến K19+112 đoạn qua xã Hồng Lộc, huyện Can Lộc, tỉnh Hà Tĩnh đang thi công hoàn thiện phát hiện có

những vết nứt nhỏ bề rộng 20cm chạy dọc đê trên chiều dài 300m Các vết nứt mở

rộng dần, sau gần 1 tháng, phạm vi vết nứt lan rộng trên phạm vi hơn 2ha trong

phạm vi vùng định cư của 49 hộ dân làm nứt tường và vỡ sân của nhiều nhà 150 hộ dân đã phải di chuyển đồ đạc và người khỏi khu vực ảnh hưởng

Đoạn sạt lở lớn nhất có chiều dài khoảng 120 - 140m , chỗ nặng nhất bị sạt gần hết đỉnh đê, cắt qua mái phía sông (m = 2, không bố trí cơ phản áp phía sông) làm trồi một khoảng đất dưới ruộng lúa với chiều dài từ chân đê ra khoảng 10-15m,

vết sạt rộng hơn 1m, chỗ trồi đất (cao độ +3.2m so với cao độ mặt ruộng là +0.8m) mái đê phía đồng đối diện với cung trượt xuất hiện các dãy vết nứt chạy dọc thân đê

ở cao độ khoảng +6.8 đến +7.7m dài khoảng 50m

Hình 1-5 Sơ họa mặt cắt ngang cung trượt và hình ảnh thực tế

Mé

b Nguyên nhân và giải pháp xử lý

Nguyên nhân là do nền công trình có khoảng 7m phía trên là tầng đất yếu và

rất yếu (lớp 2a và 2) Đất đắp đê là loại đất tốt nhưng phía trên khối đắp rất khô và

rời rạc Việc tôn cao đỉnh đê trên (khoảng 20cm) và đắp đất phía sông và mở rộng

bề rộng đỉnh đê trên nền đất yếu có chiều dày tương đối lớn ở ngay bề mặt nền làm

lớp đất yếu lún nhiều gây trượt mái đê sông

Giải pháp xử lý: Đào bỏ khối đất nhàu nát trên cung trượt và đất trồi đến cao trình +1.0m rồi đắp lại bằng đất tốt, mặt cắt đê mới như sau:

Cơ đê phản áp phía sông ở cao trình +4.0m rộng 15.0m, và cơ chân đê rộng 8.0m ở cao trình +2.5m Cơ đê phía đồng ở cao trình +4.0m rộng 15m, mái đắp phía đồng m= 3.0 Mái đê thiết kế thoải m= 2.5

- Bố trí hệ thống giếng cát ở phần cơ đê phía sông +4.0m để làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất yếu lớp 2 trong khu vực cung trượt

Hình 1-6 Phương pháp xử lý nền đê La Giang- Hà Tĩnh

c Nhận xét

Mặt cắt thiết kế điều chỉnh năm 1996 đắp tôn đỉnh đê lên 20cm và mở rộng mặt đê bằng việc đắp đất lên mái đê và cơ đê, không bố trí cơ phản áp phía sông (không có sự điều chỉnh về bề rộng chân đê) phân bố tải trọng không được dàn đều theo đất nền Trong khi đó, đất nền có lớp đất yếu nằm ngay trên mặt có chiều dày tương đối lớn (trung bình từ 5 đến 6m) Nguyên nhân của sạt trượt mái đê La Giang

là do quá trình đắp tôn cao đỉnh đê và mở rộng mặt đê mà không nắm rõ được tình hình địa chất dưới nền đê và không kiểm tra an toàn, ổn định của nền và thân đê

Qua phân tích trên thấy rằng không được quên công tác khảo sát địa chất nền trước khi thiết kế nâng cấp các con đê cũ Nói tổng quát hơn, để quản lý tốt và xử lý nâng cấp an toàn các con đê đã có từ lâu đời cho phòng chống lũ, cần nắm chắc đầy

đủ điều kiện địa chất nền đê trên toàn tuyến và phân loại chúng theo mô hình Địa cơ

học để chủ động xử lý khi cần thiết

Phải tính toán ổn định tổng thể nền đê và thân đê, kiểm tra lún quá lớn nền đê

Có thể sử dụng các modun tính toán của slope như Slope/w, Seep/w, Sigma/w để

kiểm tra rất hiệu quả

Biện pháp thiết kế đê trường hợp nền đê là đất yếu như đê La Giang là phải bố trí mái đê thoải, có cơ hoặc phản áp cả phía ngoài sông và trong đồng; chú ý đến biện pháp thoát nước nền đê (như cọc cát, giếng cát, bấc thấm ) để làm nhanh quá trình cố kết tăng sự ổn định của công trình

1.2.2 Sự cố công trình do thấm dưới nền đê

a Giới thiệu về các sự cố công trình do thấm dưới nền đê

Mạch thấm rỉ xuất hiện rải rác ở thân đê, nước thấm ra với tốc độ, lưu lượng nhỏ Mạch thấm rỉ làm giảm ổn định của đê gây sạt lở mái, làm tiền đề cho mạch đùn mạch sủi

Mạch đùn thường xuyên xuất hiện nơi tầng thấm nước có chiều dày và độ

thấm lớn nhưng tầng phủ phía trên có độ bền tương đối cao, nước thoát ra qua các

dạng thấm phát triển mạnh, nước từ dưới nền đê đùn lên với tốc độ và lưu lượng lớn mang theo nhiều cát làm rỗng nền đê, dẫn đến sự sụt xuống của mặt đất

Quá trình này tất yếu gây ra vỡ đê như đoạn đê ở xã Ngũ Hiệp – Km 82 hay ở đoạn đê Vân Cốc- Sơn Tây (năm 1986) Hoặc như ở cống Tắc Giang (đê Hữu Hồng, đoạn quan huyện Duy Tiên) tháng 8/2012 xảy ra khi mực nước sông ở mức +5,3; mực nước đồng ở mức + 2,6

Hình 1-7 Sự cố công trình Tắc Giang

b M ột số giải pháp xử lý thấm dưới nền đê

Xử lý khẩn cấp trong mùa lũ:

Về mùa lũ, mạch đùn mạch sủi xuất hiện có thể gây ra vỡ đê Biện pháp xử lý

khẩn cấp là hết sức cần thiết, kinh nghiệm xử lý thấm lúc này là: Thượng (lưu) bịt,

hạ (lưu) thoát

Khi phát hiện miệng xoáy vào ở thượng lưu có thể dùng bao tải đất hay đất hòn tốt đắp áp trúc lấp bịt ở phía sông, cao hơn mực nước lúc đó từ 0.5– 1m và đủ chiều dài, chiều dày để bịt tắc lỗ dò Nếu mực nước phía thượng lưu sâu trên 2m, dòng chảy mạnh có thể đan kết bè phên nứa đánh chìm bịt miệng, sau đó mới đắp đất đá, bao tải đè lên

Khi nước rỉ rịn ra mái đê, ở phía đồng thì nên làm tầng lọc và rãnh thoát nước

Có thể dùng bao tải cát vây xung quanh lỗ rò, đổ vật liệu làm tầng lọc vào lần lượt

là cát, sỏi và bao tải hoặc đá hộc đè lên Nếu nước ở hạ và trên kênh không sâu thì nên làm tầng lọc trực tiếp tại chỗ có mạch sủi lỗ phụt là an toàn nhất Sau mùa lũ có

Sân phủ chống thấm

Giếng đào giảm áp

Giếng khoan giảm áp

thể ỏp dụng cỏc hỡnh thức xử lý thấm như sau: Đắp sõn phủ chống thấm ở ngoài đờ, đắp cơ phản ỏp tiờu nước ở trong đờ, giếng đào phản ỏp, giếng khoan giảm ỏp

Hỡnh 1-8 Giỏi phỏp đắp sõn phủ chống thấm ở ngoài đờ

Hỡnh 1-9 Giải phỏp đắp cơ phản ỏp trong đờ

Hỡnh 1-10 Giải phỏp giếng đào giảm ỏp trong đờ

Hỡnh 1-11 Giải phỏp giếng khoan giảm ỏp

Giải pháp chống mạch đùn mạch sủi nền đê hiệu quả nhất đã được các nhà khoa học thống nhất là phương pháp làm giếng giảm áp Tuy nhiên, cần nghiên cứu

giải pháp khoa học công nghệ để phát huy hiệu quả của giếng giảm áp, chống lấp tắc Vấn đề này cần được tiếp tục nghiên cứu

1.2.3 Sự cố công trình do thấm qua nền và mang cống

a Gi ới thiệu về các sự cố công trình do thấm qua nền và mang cống

Cống dưới đê là một hạng mục quan trọng đặc biệt trên các tuyến đê, nhiều sự

cố gây vỡ đê là do cống bị thấm Kết quả điều tra 855 cống dưới đê trong Đề tài độc

lập cấp Nhà nước "Nghiên cứu giải pháp KHCN để sửa chữa nâng cấp cống dưới đê" năm 2005 cho thấy trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình có 132 cống bị

hư hỏng cần sửa chữa, trong đó có 20 cống bị thấm chiếm 15% Thống kê các sự cố

vỡ đê thì đa phần đều ở vị trí cống Ví dụ như Cống Thôn (1986), cống Nội Doi (1995) và đặc biệt như ở cống Tắc Giang vừa qua

Cống và âu thuyền Tắc Giang thuộc tiểu dự án Hệ thống thủy lợi Tắc Giang -

Phủ Lý, dự án thủy lợi khu vực sông Hồng giai đoạn 2 (ADB3) Công trình được xây dựng tại vị trí Km129+530 trên đê Hữu Hồng, giữa hai huyện Lý Nhân và Hà Nam Cụm đầu mối cống và âu thuyền là công trình cấp I, đặt trên nền địa chất là cát và gia cố bằng cọc bê tông cốt thép

Vào lúc 5h30 ngày 01/08/2012 phát hiện đùn sủi mạnh ở tường quặt bờ trái

cống Thời điểm sự cố chênh lệch mực nước thượng- hạ lưu là 2,4m Đến 10h cùng ngày toàn bộ gian đặt tủ điện vận hành bị sụt hoàn toàn xuống hố xói Nguyên nhân ban đầu xác định là do xói ngầm trong nền và mang cống Nguyên nhân sự cố còn

cần được tiếp tục làm rõ Tuy nhiên cho thấy việc chống thấm cho cống dưới đê, đặc biệt là các cống nằm trên nền địa chất phức tạp là đòi hỏi bức xúc của thực tế

b M ột số giải pháp xử lý thấm qua nền và mang cống

(1)- Sử dụng cừ thép, cừ gỗ hoặc cừ bê tông cốt thép… đóng cắt qua tầng thấm nước: Giải pháp này không thích hợp khi sửa chữa chống thấm cho các cống

đã có vì việc liên kết cừ với bản đáy rất khó khăn, ngoài ra nếu tầng thấm nước dày thì cừ không chắn hết được tầng thấm;

(2)- Kéo dài đường viền thấm bằng tấm BTCT thượng lưu: Giải pháp này không thích hợp khi sửa chữa chống thấm cho các cống hiện có do phải làm khô hố móng; ngoài ra khi tầng thấm nước dày cũng không có hiệu quả;

(3)- Khoan phụt áp suất: Đã có một số nơi áp dụng công nghệ khoan phụt ximăng-sét (khoan phụt có măng sét); kết quả không chống thấm được vì công nghệ này không thích hợp với nền cát, có nước ngầm,…

M¸y Khoan Phôt

Lớp đất có tính thấm nước mạnh (cát, cuội sỏi, )

Nền đất cứng (đá gốc, sét cứng, )

Lớp đất phủ có tính thấm nước nhỏ (chiều dày thay đổi tuỳ khu vực)

Thân đê đắp bằng đất có tính thấm nước nhỏ Mực nước mùa lũ

Mạch sủi do dòng thấm chảy trong tầng cuội sỏi Đùn ra hạ lưu tại vị trí tầng phủ mỏng Đe doạ vỡ đê

Cống ngầm dưới đê

Tường cọc Ximăng đất

cắt đứt dòng thấm

Các khuyết tật dưới đáy công trình do dòng thấm gây ra

Hình 1-12 Mô tả giải pháp chống thấm cống D10(Hà Nam)

c Nh ận xét

Một loạt các cống mới xây dựng gần đây bị sự cố thấm như: Cống D10 ( xây xong năm 1998), Mai Trang (2001), Vĩnh Mộ (2005), Nhân Hiền (2011), Đập Phúc (2011), Tắc Giang (2012), cho thấy vấn đề này cần phải được tiếp tục tìm hiểu và phân tích một cách sâu sắc hơn Tuy nhiên, có thể có một số nhận định bước đầu như sau:

Các cống trên đều xây dựng trên nền cát chảy, đặc trưng của địa chất nền nhạy

cảm về thấm chạy dọc từ Hà Nội xuống Hà Nam và Nam Định Các cống đều xử lý đóng cọc bê tông cốt thép Một số cống có đóng cừ chống thấm

Trong quá trình xử lý đã cho thấy dòng thấm mang theo một lượng cát nền trôi

xuống hạ lưu Ví dụ như: cống Đập Phúc đã phải bơm 360m3

vữa (cát + ximăng), Vĩnh Mộ (150m3), Nhân Hiền (150m3), có những cống nền rỗng trên 3m, cống

hầu như đứng trên đầu cọc

Sử dụng công nghệ Jet-Grouting để làm tường chống thấm, kết hợp bơm vữa

bù nền để gia cố và tăng cường chống thấm cho nền là biện pháp có hiệu quả kinh

tế - kỹ thuật tốt nhất hiện nay

Nhà trạm nằm cách mép sông gần 2m, kích thước 5x5,8 cao 3,6m bố trí một máy bơm xiên P18M của ấn Độ với lưu lượng thiết kế 550l/s và công suất động cơ N=110Kw Kết cấu nhà loại khung sàn bê tông cốt thép, tường gạch xây dày 11cm, móng đơn kết hợp giằng móng

Sự cố lần 1: tháng 3/1998 khi thi công các mố đỡ ống thì xuất hiện vết nứt hình vòng cung ở cao độ +21,50m dài khoảng 50m chiều rộng vết nứt lớn nhất 10cm độ sâu vết nứt 1,2m Sau khi xảy ra sự cố Cơ quan thiết kế đã thay đổi đồ án

bằng cách cho kéo dài các trụ đỡ A1 và A 2 xuống cao độ +12 và +12.36, làm thêm trụ đỡ A4, lùi nhà trạm vào phía trong 2m và thay đổi hình thức kết cấu từ tường

chịu lực, móng đá xây sang kết cấu khung, móng đơn bê tông cốt thép kết hợp giằng

Toàn bộ phần đất nằm trong khối trượt được đào ra và đắp lại, đầm kỹ Sau đó thi công hòan tất tòan bộ công trình và bàn giao cho đơn vị quản lý sử dụng, trong quá trình không xuất hiện vết nứt hay trượt

Sự cố lần 2: xảy ra đột ngột, các vết nứt và chuyển vị đều xuất hiện trong

khỏang thời gian chiều và tối 30/1/2002 Phía trong nhà trạm bệ đặt máy và nền

xuất hiện nhiều vết nứt rộng 5÷ 7cm Bên ngoài nhà nhiều nơi nền bị lún, nứt vỡ và bong mạch vữa

Hình 1- 14 Mặt cắt ngang mô tả vết nứt

b Nguyên nhân gây ra sự cố

Sau khi tính toán kiểm tra, nguyên nhân chủ yếu gây sự cố là mái sông không đảm bảo ổn định gây trượt mái đất kết hợp cùng một số yếu tố như:

Nước rút nhanh: Vị trí trạm bơm đặt đúng vào khuỷ cong bờ sông Mã chịu tác động phức tạp về chế độ thuỷ lực, mực nước mùa kiệt có cao độ 14,50 ÷ 15,0m, mùa lũ lên đến 20,00 ÷ 21,00m Một đặc điểm của sông Mã là vào mùa lũ nước lên nhanh và rút cũng rất nhanh, độ bền kháng cắt của đất có thể giảm khi mực nước sông thay đổi đột ngột và tác dụng chống trượt của nước bị loại bỏ

Về địa tầng: Lớp 3 là hỗn hợp cát cuội sỏi lẫn đất khá dày có tính thấm nước

mạnh Khi quá trình rút nước nhanh xảy ra áp lực nước trong lớp 3 bị giảm đột ngột có khả năng mang theo một lượng cát và đất của lớp này gây lún cho lớp 2

nằm trên nó

Vị trí: Bờ sông khu vực này có tiền sử chưa ổn định Theo dân sở tại cho biết trước khi xây trạm bơm Cẩm Giang 1, sau các mùa lũ khu vực bờ sông thường xuất

hiện các vết nứt Có năm đã xảy ra sụt lún ở bờ sông đất phía dưới bị cắt do kết quả

của sự dịch chuyển và kéo theo là độ bền của nó giảm đi chỉ bằng 50% độ bền ban đầu Mặt khác các vết nứt lại không được khảo sát và xử lý triệt để ví dụ như vết

nứt năm 1998 do đó vẫn tiềm ẩn nguy cơ tái diễn trượt mái

Giải pháp thiết kế: Trạm bơm đặt bên bờ sông có chiều cao 11m, dài 27m lại được chất thêm 2m đất, mặt khác khi nước ao hồ dâng cao hoặc khi kênh tưới dẫn nước, mực nước ngầm dâng cao (cách mặt đất khoảng 2m) nhưng không có biện pháp thoát nước Vì vậy việc chất tải và không làm thoát nước đã thúc đẩy sự phá

hoại mái dốc

c Bi ện pháp xử lý

Giảm tải trọng: dỡ bỏ nhà trạm, tường rào, và khối đất tôn nền, bạt đất (phá bớt trụ bê tông đỡ ống) tạo mái dốc 2.5 và làm thêm cơ rộng 2m tại cao độ +20.00

Thoát nước: Bao gồm thoát nước mặt và nước ngầm bằng các rãnh thoát nước

và mương thấm nối với nhau bằng các ống PVC φ300 tại cao độ 20.00 và 25.00 và

mạng ống thoát nước PVC φ50 khoảng cách 2m được bố trí từ cơ +20.00 xuống +15.50

Bảo vệ mái: Xây đá dày 30cm bên dưới là các lớp đá dăm dày 15cm và cát thô dày 10cm toàn bộ mái từ cao độ +20,00 xuống +15,50 Khu vực chân mái dốc cao độ +15,50m được xếp đá dày 40cm trong khung đá xây bên dưới là vải địa kỹ thuật

Hình 1- 15 Xử lý mái trạm bơm

Các biện pháp trên đã đảm bảo hệ số ổn định mái tối thiểu 1,2; công việc sửa

chữa hoàn tất vào cuối năm 2002, đến nay trạm bơm hoạt động tốt, mái sông ổn định

1.3 Biện pháp xử lý nền bằng công nghệ móng Top-base

1.3.1 Tình hình phát triển móng Top-base trên thế giới

Một phương pháp móng mới được giới thiệu vào năm đầu thế kỷ XX tại Nhật Bản đã đạt được những hiệu quả rất tốt ở rất nhiều công trường xây dựng, đó là phương pháp móng Top-base (móng phễu) Móng được sử dụng trong trong nền đất yếu để giảm độ lún cố kết và làm tăng sức chịu tải của móng

Hàng nghìn công trình xây dựng tại Nhật Bản áp dụng phương pháp này không

những đã làm tăng sức chịu tải của nền mà còn giảm đáng kể độ lún của công trình,

cả độ lún phục hồi lẫn độ lún cố kết Phương pháp móng mới đặc biệt có hiệu quả

với việc giảm chấn và ngăn ngừa hiệu ứng hóa lỏng của đất khi dao động

Các công trình xây dựng trên nền móng Top-base đã qua được những trận động đất khủng khiếp tại Chiba năm 1987 và Kobe năm 1995 mà hầu như không bị hư hại

gì Nhiều nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm đã được tiến hành để lý giải hiệu

quả của phương pháp và đã được công bố trên các tạp chí Địa kỹ thuật của Nhật Bản cũng như các hội thảo quốc tế về xử lý nền

Phương pháp móng Top-base là phương pháp xếp các khối bê tông hình phễu đặt trên nền đất yếu và lèn chặt đá dăm giữa các khối Ưu điểm của phương pháp thể

hiện bằng việc giảm lún cố kết được tới 1/2- 1/10 hoặc nhiều hơn và sức chịu tải của móng tăng 50%-200% Móng Top-base được phân thành 2 loại: loại sản xuất tại nhà máy và móng đổ tại chỗ Với những ưu điểm kể trên, móng Top-base được áp dụng cho các công trình trên khắp đất nước Nhật Bản và Hàn Quốc như: Bãi chứa container ở Kwangyang, cống hộp tại đại lộ Iksan, tường chắn đất ở Busan, đê chắn sóng tại bờ biển Shirao và rất nhiều các tòa nhà cao tầng…

Hình 1-16 Ứng dụng móng Top-base tại Hàn Quốc và Nhật Bản

Bảng 1-1 Bảng tổng hợp các công trình áp dụng móng Top-base trên thế giới

công

Tải trọng thi ết kế S ử dụng

T ải trọng cho phép đất tự nhiên

T ải trọng cho phép Móng Top-base

1

Móng công trình Chưng Chơn

(giai đoạn 2) bãi lấp phế thải

Quang Yơng, Chơn Nam

tháng 5/2004 15 T/m

2 1 tầng 125314

phễu ∅500 14T/m2

trên 26,4T/m2

2 Công trình đường ống xử lý nước

thải Quan Cang Hoa, Kiơng ki

tháng 12/1999 8,32 T/m

2 2 tầng 5250

phễu ∅500 49T/m2

trên 85 T/m2

4

Công trình tường chắn có sườn đỡ

nhà cao tầng Sang Iơng xây dựng

lại, Đông sa Chic, BUSAN

tháng 8/2005 30,99 T/m

2 1 tầng 3732

phễu ∅500

trên 36,8 T/m2

5

Công trình xây dựng mới nhà cao

tầng trung tâm giải trí Đông Bu,

Thành phố BUTRƠN

tháng 10/2004 25,8 T/m

2 1 tầng 4340

phễu ∅500 21,55 T/m2

trên 33,25 T/m2

1 tầng 3760

phễu ∅500

trên 20 T/m2

7

Công trình xây mới văn phòng

cho thuê cao tầng Iang Phiơng,

SEOUL

tháng 12/2003 40 T/m

2 1 tầng 29292

phễu ∅500 19,7 T/m2

trên 40T/m2

8

Công trình xây mới trung tâm văn

hoá RaKul hiuen

thành phố KIM HE

tháng 3/2004 20,6 T/m

2 1 tầng 22580

phễu ∅500 15T/m2

trên 25T/m2

9

Công trình kiến trúc mới nhà làm

việc bưu điện UW Hưng, Khu

công nghiệp SIHOA KIƠNG KI

tháng 8/1999 10,82 T/m

2 1 tầng 14168

phễu ∅500

1.3.2 Tình hình phát triển móng Top-base tại Việt Nam

Kỹ thuật móng Top-base đã được ứng dụng ở Hàn Quốc và Nhật Bản cho nhiều chung cư cao từ 17- 20 tầng, thậm chí lớn hơn được xây dựng trên nền Top-base mà không cần dùng cọc

Tuy nhiên phương pháp móng Top-base được giới thiệu đầu tiên ở Việt Nam trong buổi trao đổi giữa Giáo sư Kim Hak-Moon của Trường Đại học Dankook, Seoul cùng công ty Banseok với Bộ môn Cơ học đất - Nền móng trường Đại học Xây dựng năm 2007 Năm 2008, lần đầu tiên móng Top-base được nghiên cứu tại trường Đại học Xây dựng trên quy mô mô hình trong phòng thí nghiệm Cơ học đất,

và được áp dụng xử lý nền tại công trình 110 Mai Hắc Đế, Hà Nội vào tháng 8 năm

2008

Đến nay đã có nhiều công trình ở Hà Nội, Hải Phòng, Hồ Chí Minh… ứng

dụng công nghệ này đạt hiệu quả tốt Giải pháp hiệu quả khi xây dựng nhà cao tầng trên nền đất yếu là phối hợp giữa móng Top-base với cọc bê tông để tiết kiệm cọc

vừa giảm thời gian thi công, nâng cao hiệu quả kinh tế

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các công trình áp dụng móng Top-base tại Việt Nam

Tòa nhà Licogi 18.1 Hạ Long 18 tầng, 1 tầng hầm, diện tích 1.000m2

Trụ sở Tổng Công ty Xây

dưng Constrexim Hà Nội

15 tầng, hai tầng hầm, diện tích hầm

900m2

Bệnh viện Yên Phúc Hà Nội 12 tầng, 1 tầng hầm, diện tích 2.500m2

Khách sạn Phù Đổng Thanh Hóa 11 tầng, không có tầng hầm Tòa nhà Công ty Teco Miền

Trung 11 tầng TP Hồ Chí Minh

15 tầng, hai tầng hầm diện tích

1.200m2Tòa nhà Ocean View Manor Vũng Tàu 24 tầng, một tầng hầm, diện tích

2.000m2

Có thể nhận thấy được rằng đôí với các loại nhà thấp tầng (dưới 30m), ngay cả trên nền đất khá yếu như tại Hải Phòng, Thanh Hóa… vẫn có thể sử dụng móng Top-base để thay thế hoàn toàn cọc chịu lực

Còn đối với nhà không quá cao: các công trình trên 10 tầng (thấp hơn 50m) và móng đặt vào nền đất có sức chịu tải trung bình và yếu, độ lún cố kết của móng có thể lên đến hàng chục cm, thời gian kết thúc lún kéo dài vài năm, vì vậy không nên

sử dụng giải pháp móng Top-base thuần túy

Đối với những công trình như vậy việc đề xuất giải pháp móng Top-base kết hợp cọc bê tông có ý nghĩa quan trọng, bởi vì hệ kết cấu này tận dụng được hết khả năng làm việc của cọc, ngoài ra Top-base cũng phát huy được tối đa sức chịu tải của

nền

Đối với nhà tương đối cao (trên 50m, hoặc có yêu cầu nghiêm ngặt về quản lý

độ lún của công trình) việc sử dụng hệ móng Top-base và cọc kết hợp đạt hiệu quả cao, lúc này hệ cọc sẽ tham gia chịu lực cùng móng Khi đó số lượng cọc cần thiết tham gia chịu tải cùng móng sẽ giảm xuống, công trình sẽ đạt hiệu quả cao về mặt kinh tế Dưới đây là một số công trình điển hình được công ty Tadis áp dụng phương pháp xử lý nền bằng móng Top-base kết hợp móng cọc đạt hiệu quả kinh tế cao

Hình 1-17 Ứng dụng móng Top-base tại chung cư Cẩm Bình, Cẩm Phả, Quảng Ninh

Bảng 1-3 Bảng tổng hợp phương án móng cũ và phương án do Tadis đề xuất

cọc 400x400 sâu 24m

Thi công nhanh,

giảm nhiều khó khăn khi hạ cọc trong đất cát chặt

Móng bè trên nền Top-block kết hợp

20 cọc khoan nhồi D1000 sâu 35m

Thi công nhanh,

giảm nhiều khó khăn khi hạ cọc

Móng bè trên nền Top-block và 40

cọc nhồi D600 sâu 26m

Giảm số lượng

cọc và thời gian thi công

Dùng cọc khoan

nhồi D400 sâu 12m làm cọc tường vây, móng

bè trên nền block

Top-Thi công nhanh

và đơn giản Trên 10 tỷ VNĐ

Tòa nhà Tecco

Miền Trung

Móng bè trên

400 cọc vuông 30x30 sâu 40m

Sử dụng móng băng trên nền Top-block với 90

cọc vuông 30x30 sâu 24m

Gỉam mạnh số lượng cọc và thời gian thi công

Móng băng trên

nền Top-base kết

hợp 110 cọc vuông 40x40 sâu 16m

Giảm mạnh số lượng cọc và thời gian thi công

Trên 5 tỷ VNĐ

Tòa nhà 97

Láng Hạ

Sử dụng 56 cọc D1200 75 cọc D1500 sâu 55m

Sử dụng 65 cọc D1200 sâu 35 m

bố trí Top-block dưới đáy móng bè

Giảm 80 ngày thi công cọc Trên 22 tỷ VNĐ

Một trong những nhược điểm khi xây dựng các công trình dân dụng là diện tích xây dựng bị hạn chế nên cần kết hợp móng Top-base với móng cọc nhưng đối với

các công trình thủy lợi thì diện tích xây dựng lớn, mặt bằng thi công thuận tiện nên

việc áp dụng phương pháp mới này vào sẽ mang lại hiệu quả rất lớn về tiến độ cũng như chất lượng công trình

1.3.3 Cấu tạo chung và quy định vật liêu của móng Top-base

Móng Top-base bao gồm các khối bê tông hình phễu (Top-block) được liên kết với nhau bằng cốt thép phía trên, ở giữa các khối bê tông được nèn chặt bằng đá dăm Khối bê tông hình phễu có một phần nón nghiêng 450

có tác dụng phân đều tải

trọng sang hai bên, và phần đáy có dạng cọc có tác dụng ngăn biến dạng bên Kích thước các Top-block được quy định theo bảng dưới đây:

Vật liệu của móng Top-base được quy định như sau:

Phễu nhựa được sản xuất từ nhựa tái chế, dày 3-4mm, phễu nhựa có vai trò như copha để tạo hình cho khối bê tông Top-block Bê tông sử dụng cho các Top-block

có mác 150 dùng đá 1x2 còn bê tông khóa mặt dùng mác 100 Đá dăm nèn chặt các Top-block có kích cỡ hạt tối thiểu 10mm, tối đa 25mm, thép liên kết và thép móc sử dụng thép dạng thanh, d10-d12 loại AII cường độ 280MPA

Hình 1-19 Cấu tạo móng Top-base

Móng Top-base được phân loại chủ yếu phụ thuộc vào mục đích sử dung: Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, chủ yếu dùng Top-block 330mm và

500mm Khi đặt 2 lớp Top-block có đường kính 500mm, tạo thành chiều dày gia cố tương đương Top-block đường kính 1000mm nhưng thi công nhẹ nhàng hơn Top-block 1000&2000 chủ yếu được ứng dụng trong nền kè hoặc đê biển

Top-block ở vùng bờ biển được dùng làm móng cho khối bê tông chắn sóng Các khối bê tông chắn sóng được đặt trên nền Top-block có hiệu quả rất cao, không

bị chìm vào nền bùn cát dưới tác động lặp lại của sóng biển Các khối Top-block trong trường hợp này sử dụng có đường kính 2m

Hình 1-20 Khối Top-block ở biển D2000

1.3.4 Cơ chế làm việc của móng Top-base

Móng Top-base là một lớp vật liệu giữa móng với nền đất tự nhiên nhằm tăng khả năng tiếp nhận tải trọng của đất nền, giảm độ lún của nền và giảm thời gian cố

kết của đất

Hình 1-21 Cơ chế làm việc của móng Top-base

Với hình dạng đặc trưng của các khối Top-base đặt trong đá dăm, khi tải trọng tác dụng truyền xuống nền Top-base sẽ phân thành lực thẳng đứng (Pv) và lực nằm ngang (Ph) bằng nhau và truyền vào các lớp đá dăm, do lớp đá dăm bị kẹp trong các

khối Top-base sẽ tạo nên hiệu ứng để khả năng chịu lực được tăng lên bằng cách phân phối tải và ứng suất phân bố đồng đều xuống nền đất, hạn chế được biến dạng