MỘT số kết QUẢ NGHIÊN cứu THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG về PHƯƠNG PHÁP cố kết hút CHÂN KHÔNG xử lý nền ĐƯỜNG CAO tốc LONG THÀNH – dầu GIÂY 1

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG VỀ PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG CAO TỐC LONG THÀNH – DẦU GIÂY [1] GS.TS NGUYỄN CHIẾN, THS TÔ HỮU ĐỨC – Đại học Thủy Lợi THS PHẠM QUANG ĐÔNG – NCS Đại học Thủy Lợi Tóm tắt: Việc cố kết đất yếu phương pháp hút chân không áp dụng giới nghiên cứu Việt Nam - Trường Đại học Thủy Lợi Trong giai đoạn thí nghiệm trường với điều kiện địa chất nước ta, nhóm nghiên cứu phối hợp với đơn vị sản xuất việc thí nghiệm trường cho cơng trình đường cao tốc Long Thành- Dầu Giây nhằm lựa chọn phương án thi công hiệu Việc đưa phương pháp từ phòng thí nghiệm trường đòi hỏi phải lựa chọn xác phương án bố trí đưa số chỉnh sửa để phù hợp với tình hình thực tế địa điểm thí nghiệm Trong trình bày nét thí nghiệm trường số kết đo đạc bước đầu Đặt vấn đề Đường cao tốc TP Hồ Chí Minh - Long Thành – Dầu Giây dài 54,9 km xây dựng, có 9,8 km từ Km 14+100 đến Km 23+900 qua địa chất đặc biệt yếu, đòi hỏi phải xử lý phương pháp cố kết hút chân không Phương pháp nghiên cứu nhiều nước hình thành nhiều phương án bố trí thi cơng Hai phương án bố trí chủ yếu nghiên cứu phương pháp theo nguyên tắc MVC – Menard Vacuum Consolidation phương pháp Beaudrain Nguyên tắc Menard dựa vào bơm hút chân không thông qua số lượng bấc thấm (PVD – Prefabricated Vertical Drain) để rút nước khỏi Nguyên tắc nối bấc ống mặt đất cũ, đoạn nối nằm lớp cát gia tải song đòi hỏi phải có màng kín khí bao trùm lên khu vực bơm hút để tránh rò Một ưu điểm tận dụng hình thành chân khơng lớp màng, nên áp suất khí tham gia vào việc gia tải, từ giảm chiều dày lớp cát Về bản, phương pháp Beaudrain dựa nguyên tắc tương tự Menard, nhiên không tạo vùng chân không mà nối ống với bấc thấm trực tiếp từ trước cắm Nối mặt nối ống với ống, khơng đòi hỏi việc bố trí màng kín khí phức tạp Tuy nhiên phương pháp đòi hỏi lớp cát gia tải tương đối dày Việc lựa chọn phương án thi cơng thích hợp bắt buộc phải kiểm định thơng qua thí nghiệm trường thời gian cố kết, hệ số cố kết giá thành Trong khuôn khổ báo đề cập đến cách bố trí thí nghiệm số kết đo đạc ban đầu 2.Mô tả bố trí thí nghiệm Thời gian chuẩn bị mặt bằng, cắm bấc kiểm tra trước bơm hút cho hai phương pháp ấn định khoảng tuần Cả hai phương pháp cắm bấc theo hàng so le, tạo thành tam giác (hình 1) Hình Mặt bố trí bấc Việc bố trí tam giác có lợi tỉ lệ diện tích hút chồng bấc đa giác theo công thức: (1) Trong đó: S – diện tích hút chồng; n – số cạnh đa giác đều; r – bán kính đường tròn ngoại tiếp Việc tính tốn r theo thời gian thi công dự kiến công thức Hansbo [1] đường kính quy đổi trình bày chi tiết báo trước [2] Để tiện so sánh, hai phương pháp phân diện tích thí nghiệm C D xấp xỉ 5000 m2 nằm lân cận thi công Mỗi khu vực thí nghiệm lại chia làm khu vực nhỏ đánh số (hình 2), khu vực có thời gian bơm hút dự kiến 1,5 tháng (kéo dài tối đa tới 3,3 tháng), khu vực lại hút tới đạt hệ số cố kết dự kiến 3,3 tháng (kéo dài tối đa tới 5,7 tháng) Do lớp bề mặt đất đất ruộng có sức chịu tải nhỏ, gây lún sâu chịu tải thiết bị cắm bấc thấm, thêm vào khu vực thí nghiệm bị ảnh hưởng mạnh triều cường nên tồn khu vực thí Hình Sơ đồ bố trí thiết bị quan trắc Hình Mặt cắt ngang khu vực thí nghiệm nghiệm đắp lớp cát dày 1,5 m, đưa mặt máy, xuyên qua ống thép vuông cạnh 10 cm, thi công lên xấp xỉ với cao trình mặt cắm xuống độ sâu 16m 20m Đầu bấc xuyên đường sau này, đồng thời đắp đất quây lại với chiều qua khe kim loại 12 x 20 cm cao đắp đất thêm 0,7 m ngàm trở lại đầu ống thép Đối với phương pháp, quy trình thí nghiệm có điểm khác biệt định a) Phương pháp MVC Bố trí thí nghiệm trường phương pháp MVC tiến hành theo bước sau[3]: - Cắm bấc: Bấc cắm máy ép cọc thủy lực Bấc thấm composite kích thước 100mmx3mm Cuộn bấc dòng qua đầu phía Hình 4: Bấc sau cắt Khi rút bấc lên kim loại bị đất cản, không rút lên từ cố định bấc lòng đất Để ngừa việc bùn theo ống thép vào máy làm hư hại thiết bị, đầu máy cắm bấc có cao su đục lỗ để gạt bùn rút ống thép lên Khi ống rút hồn tồn cắt bấc Chiều cao bấc trồi mặt đất đạt tối thiểu 30 cm (hình 4) - Đào hào: Trong ô thí nghiệm phân làm hai, đào hào sâu 30 cm để đặt ống Xung quanh thí nghiệm đào rãnh sâu 1m, mái 1:1 - Nối ống ngang: Nối bấc với ống ngang nối ống ngang nhỏ với ống ngang lớn ống ngang lớn nối với máy bơm hút chân khơng Để đảm bảo kín khí, ống ngang luồn hào vây Ống Φ 55 mm - Gia tải: Hào đổ đầy cát hạt thô cuội Sau tồn khu vực thí nghiệm gia tải lớp cát dày 0,5 m, mái 1:1 - Phủ màng: Một màng chống thấm (membrane) dày 1mm (protection sheet) phủ toàn lên khu vực thi cơng Do kích thước khổ màng ngang 10m nên phải phủ đường, dán với máy dán mí Hình 5: Sơ đồ mặt cắt hào vây - Kín khí: Màng bảo vệ dán với nhựa kín khí (airtight sheet) kích thước 10m x 25m Mép dán chờm lên 50 ÷ 100 mm ép nhiệt Tấm kín khí sau nhém vào hào lèn lên đất sét (hình 5) Theo nguyên tắc Menard, hào nên đổ dung dịch betonite, nhiên sau trình bơm hút, dung dịch bị cứng hóa khơng thể tái sử dụng nên sử dụng đất sét để thay Sau kín khí trực tiếp bắt đầu bơm hút b) Phương pháp Beaudrain-S Do lớp cát phủ ban đầu mặt đất dày tới 1,5 m nên việc áp dụng phương pháp Beaudrain nối ống mặt đất ÷ m khả thi Vì vậy, thí nghiệm trường triển khai phương án Beaudrain – S, nối ống trực tiếp mặt đất Bố trí thí nghiệm thực theo bước sau [3]: - Cắt bấc: Bấc cắt sẵn với chiều sâu thiết kế, đầu bấc dập ÷ ghim thép (hình 6a) để nối với ống nhựa đứng Φ 20 mm Một đầu lại xỏ qua thép phương pháp MVC Tồn cơng đoạn thực nhà máy địa điểm bên cạnh công trường - Cắm bấc: ống thép máy cắm bấc có đầu ngàm, đưa đầu ống nhựa vào để máy rút bấc vào ống cắm xuống Sau rút ống lên, lỗ cắm đổ đầy đất sét để kín khí ln Mặc dù đầu ngàm lên xuống lần có cơng đoạn cắt bấc trước nên thời gian cắm bấc nhanh Một ngày cắm 8000 ÷ 10000 m dài Đầu ống nhựa trồi lên mặt đất 30 cm (hình 6b) - Nối ống ngang: Việc nối ống ngang thực qua khớp nối T nhựa có đệm gioăng cao su (hình 6.b) 10 hàng ống nối song song tập trung vào tụ (hình 6.c), tụ nối nối tiếp tới máy bơm Sau nối tiến hành hút thử phút để tìm điểm rò khí có a) b) c) Hình 6: a) Ghim dập nối ống với bấc; b) Điểm đo áp ống đứng trước nối; c) Tụ tập hợp nước Hình 7: Sơ đồ bố trí gia tải Hình 8: Lịch trình cơng tác - Gia tải: Do khơng có hỗ trợ áp suất khí tải cho máy bơm cần bố trí thêm máy bơm quyển, độ dày lớp gia tải lên đến 4,8 m có hệ số hoạt động luân phiên Nước hút lên đổ hào thoát mái 1:2 (hình 7) Quá trình gia tải chia làm nước dẫn xa khỏi địa điểm thi cơng (hình 9) đoạn Đoạn đắp đến cao trình 2,4 m sau nghỉ Trong số ngày trình bơm ngày đợi cố kết tiếp tục đắp đến cao trình quy hút nước chảy nước đục có số hạt sét định Tồn q trình bố trí thí nghiệm cố mịn từ giai đoạn lấp lỗ cắm bấc số hạt đất gắng hoàn thiện thời gian theo lịch bị hút vào bấc Q trình trung bình trình cơng tác (hình 8) kéo dài khoảng từ ÷ ngày Quá trình bơm hút kết thúc hệ số cố kết đạt c) Quá trình bơm hút Việc bơm hút tiến hành sau giá trị thiết kế Đối với việc xử lý làm đường gia tải xong Mỗi thí nghiệm bố trí máy hệ số thấm đất sau xử lý thường không bơm hút chân không hoạt động liên tục Để tránh ý, nhiên áp dụng phương pháp để xây đê ven biển phải lưu tâm để bảo đảm an toàn cho vận hành cơng trình Hình 9: Ống xả máy bơm hút chân khơng d) Phân tích giải pháp bố trí Cả hai phương pháp có ưu nhược điểm riêng Về vật tư thi công, phương pháp MVC chiếm lợi lớn lớp gia tải mỏng, tiết kiệm nguyên vật liệu Phương pháp Beaudrain đắp lớp gia tải dày tới gần m, nhiên lớp tái sử dụng áp dụng tốt cơng trình có chiều dài lớn thi công phân đoạn đường giao thơng, đê Phương pháp MVC có lợi nối ống vùng kín khí tương đối đơn giản, yêu cầu không cao Về trình thi cơng, phương pháp MVC có nhược điểm lớn phải đào hào vây, khó thi công luân phiên, vùng tiếp giáp hai khu vực bơm hút khó xử lý, có tính hạn chế áp dụng cho cơng trình có chiều dài lớn, phải thi cơng phân đoạn Trong phương pháp Beaudrain thi cơng tuần tự, gối tiếp khu vực xử lý nằm cạnh cách đơn giản, đảm bảo xử lý đồng bộ, hạn chế tượng lún không Trong q trình thi cơng theo phương pháp MVC việc thủng màng phủ màng kín khí ngồi ý muốn động vật tác động xảy Cơng tác tìm vá lỗ thủng màng khó khăn So sánh kết xử lý chưa rõ ràng thời gian thi cơng ngắn Tuy nhiên qua số liệu đo đạc ban đầu đưa số phân tích nhận định sơ 3.Phân tích kết đo đạc ban đầu Để có tính đối chiếu, kết đo đạc trường so sánh với kết tính tốn phần mềm Msettle (hình 10) Số liệu sử dụng cho tính tốn số liệu phương án bố trí thi cơng MVC, Beaudrain-S phát minh gần công ty Cofra, phần mềm tính tốn chun dụng cho phương án có cơng ty Hình 10: Giới thiệu giao diện phần mềm Msettle Chu kỳ đo loại số liệu khác khác Đối với loại số liệu trực quan độ lún bề mặt, việc đo kiểm tra tiến hành hàng ngày Để tránh việc số liệu có xu hướng biến thiên tương tự sai lệch nhỏ làm rối việc quan sát phân tích đồ thị, số liệu so sánh đồ thị số liệu điểm đại diện chọn, tâm miền xử lý (C1 D2) điểm biên hướng Long Thành (điễm cạnh dài hình 2) Số liệu địa chất đất phục vụ tính toán tổng hợp bảng Bảng Số liệu địa chất phục vụ tính tốn TT Đại lượng Đơn vị Giá trị 01 Dung trọng tự nhiên kN/m3 14,2 02 Dung trọng bão hòa kN/m 11,8 03 Hệ số cố kết đứng (Cv) m2/tháng 0,27 04 Tỉ số cố kết (Ch/Cv) Kết đo đạc có đối chiếu với số liệu tính tốn phần mềm độ lún bề mặt trình bày hình 11 càng lớn xê xích đất trở nên khó khăn Hình 11: Độ lún miền xử lý C1 D2 (C4) Do tác động việc đắp phân đoạn lớp cát gia tải, độ lún ban đầu phương án bố trí thi cơng Beaudrain-S có giá trị khác Đồng thời lớp gia tải tương đối dày, nên giai đoạn đầu bơm hút, lớp gia tải đóng vai trò q trình tạo lún Vì lý này, độ lún khoảng 10 ngày có độ chênh lệch lớn so với phương pháp MVC, nhiên sau, tác dụng lớp gia tải giảm rõ rệt Đối với phương pháp MVC, độ lún ban đầu không lớn dự báo phần mềm tính tốn Điều lý giải phần khu vực chân khơng màng chống thấm cần có q trình để tạo thành, hạt siêu mịn chưa hút hết khỏi đất kết cấu bền vững Sau q trình lún diễn nhanh không sai lệch so với dự báo ± 1,1 cm Sau 32 ngày bơm hút liên tục, độ lún bề mặt hai phương pháp đạt gần 0,4 m vượt dự báo từ 0,5 cm đến cm Đối với giá trị lún sát ngồi biên khu vực xử lý, nhìn chung giá trị dao động khoảng từ 0,7 ÷ 0,8 giá trị lún bên khu vực thí nghiệm Kết đo đạc chuyển vị ngang mặt cắt biên máy đo inclinometer thể hình 12 Nhìn chung giá trị nhỏ, chuyển vị ngang lớn đo 6mm độ sâu m Vùng chuyển vị mạnh có độ sâu 0÷7m Hiện tượng phản ánh chất biểu đồ phân bố áp suất chân không mạnh vùng xung quanh nơi bấc bắt đầu làm việc dòng thấm hướng ngang có lưu tốc lớn vùng khác Thêm vào đó, xuống sâu, áp lực thẳng đứng Hình 12: Chuyển vị ngang biên C1 theo ngày Chuyển vị ngang ngày đầu tương đối thời điểm đất Chuyển vị thực phát triển mạnh khoảng từ đến 15 ngày kể từ bắt đầu bơm hút Và sau tiếp tục với cường độ thấp chút Diễn biến khu vực thi cơng theo phương pháp MVC hồn tồn tương tự Về chất thí nghiệm giá trị chuyển vị nhằm mục đích phát vùng có độ xê dịch lớn, giá trị tuyệt đối độ cứng casing lớn nhiều so với đất Trong thí nghiệm kiểm tra, hút với một vài hàng ống, máy bơm mau chóng đạt áp suất bơm hút 90kPa vòng phút, nhiên thí nghiệm với trường, trình kéo dài vài ngày diện tích xử lý lớn Máy bơm phương pháp MVC công suất cao hơn, đồng thời chạy điện từ máy phát điện nhìn chung có độ ổn định cao, dễ điều khiển Khi công suất không đảm bảo, làm tụt áp lực nhanh chóng điều chỉnh cơng suất để áp lực ổn định trở lại Trường hợp tốt ln trì ổn định áp suất âm xấp xỉ -0,95 atm Hình 13: Sự thay đổi suất bơm hút máy bơm C1, D2 Tuy nhiên xét tổng thể trình bơm hút lâu dài dao động trình làm việc máy bơm khơng có ảnh hưởng lớn đến kết q trình xử lý Trên hình 13 đường trình áp lực bơm hút máy bơm đạt Kết luận kiến nghị Từ q trình bố trí thi công kết đo đạc thu ban đầu thí nghiệm trường rút số kết luận kiến nghị sau: 4.1 Việc áp dụng phương pháp cố kết đất yếu hút chân khơng thí nghiệm trường cho kết đo đạc ban đầu khớp với tính tốn dự kiến Việc sử dụng phần mềm Msettle để tính tốn hợp lý, nhiên phần mềm trọng tính tốn độ lún đứng miền xử lý mà không quan tâm đến độ dịch chuyển ngang lún đứng miền 4.2 Phương pháp Beaudrain-S cần khối lượng gia tải lớn khơng thích hợp với cơng trình cỡ nhỏ Tuy nhiên ưu điểm phương pháp đơn giản thi công luân phiên nên áp dụng cho cơng trình có độ dài lớn Phương pháp áp dụng để đắp đê tính tốn sử dụng ln đất gia tải để đắp đê 4.3 Phương pháp MVC có tính kinh tế hơn, nhiên thi công cần đặc biệt lưu ý vùng biên có phương pháp bảo vệ hư hại cho màng Phương pháp dùng để thi công đường nên cho đầm thêm đoạn nối tiếp, đoạn biên để đảm bảo hệ số cố kết không sai lệch nhiều đoạn 4.4 Trong giai đoạn đầu, kết phương pháp Beaudrain-S tốt hơn, nhiên lâu dài, kết hai phương pháp có xu hướng tiệm cận lại với Cần theo dõi đo đạc đến hết trình cố kết dự kiến để kiểm chứng Từ có đề nghị cuối việc lựa chọn phương pháp thi cơng cho cơng trình đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây 4.5 Hướng mở rộng đề tài sau thí nghiệm trường kết thúc nghiên cứu khả áp dụng công nghệ cho việc thi công đê CTTL khác [1] Tài liệu đăng Tạp chí Khoa học Thủy lợi Mơi trường số 32 tháng năm 2011 Tài liệu tham khảo Jian Chu, Shuwang Yan, and Buddhima Indranata Vacuum Preloading Techniques – Recent Development and Applications 2008 Nguyễn Chiến, Phạm Quang Đông – Kết bước đầu nghiên cứu bố trí hợp lý bấc thấm xử lý đất yếu phương pháp cố kết chân không 2009 POSCO Engineering & Construction Co., Ltd Method statement for PVD installation and vacuum application for trial sections 2010 Abstract: INITIAL RESULTS OF FIELD VACUUM CONSOLIDATION EXPERIMENT FOR GROUND IMPROVEMENT IN LONG THANH – DAU GIAY HIGHWAY PROJECT Prof Dr Nguyen Chien, MSc To Huu Duc – Water Resources University MSc Pham Quang Dong – Doctoral candidate of Water Resources University Soft soil improvement by vacuum consolidation method has been applied worldwide and is studied currently in Vietnam Water Resources University Moving on field experiment step, the project staff cooperated with production units in organizing full scale field experiment in order to identify efficient construction method for the Long Thanh – Dau Giay highway project Changing studied object from small scale experiment in laboratory to full scale field experiment require a rational design for construction method with some small innovations in order to fit the theory with the particular construction site’s conditions The paper introduces schematically some main points in organizing field experiment and the analyzing on the initial tracking data  ... Đối với việc xử lý làm đường gia tải xong Mỗi thí nghiệm bố trí máy hệ số thấm đất sau xử lý thường không bơm hút chân không hoạt động liên tục Để tránh ý, nhiên áp dụng phương pháp để xây đê... đến kết trình xử lý Trên hình 13 đường trình áp lực bơm hút máy bơm đạt Kết luận kiến nghị Từ trình bố trí thi cơng kết đo đạc thu ban đầu thí nghiệm trường rút số kết luận kiến nghị sau: 4 .1 Việc... cho cơng trình đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây 4.5 Hướng mở rộng đề tài sau thí nghiệm trường kết thúc nghiên cứu khả áp dụng công nghệ cho việc thi công đê CTTL khác [1] Tài liệu đăng Tạp chí