và hút chân không
III.1. Khái niệm
Bấc thấm là vật liệu địa kỹ thuật dùng để thoát nước đứng và ngang nhằm gia tăng khả năng ổn định của nền móng, được chế tạo đặc biệt, cấu tạo từ hai lớp : lớp áo lọc bằng vải địa kỹ thuật không dệt, sợi liên tục PP hoặc PET 100%, không thêm bất cứ chất kết dính nào và lớp lõi thoát nước được đùn bằng nhựa PP.
Hình 14
Bấc thấm
Cấu tạo và tính chất vật lý đặc trưng:
+ Bấc thấm được cấu tạo bởi 2 lớp: loại chất dẻo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng loại vật liệu tổng hợp ( thường là vải địa kỹ thuật polypropylene hay polyesie không dệt).
+ Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau: cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẻo. Lõi chất dẻo chình là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước.
Phân loại bấc thấm: có rất nhiều loại bấc thấm khác nhau, tuỳ mục đích sử dụng vào điều kiện thực tế mà lựa chọn loại bấc thấm khác nhau với các chỉ tiêu: khả năng thoát nước, độ thẩm thấu, lực chống đâm thủng chống xé rách,....vv.
+ Bấc thấm đứng CD: là một loại của bấc thấm PVD, được sản xuất bởi công ty Miltec Thái Lan. Sản phẩm này đã được sử dụng rộng rãi tại khu vực Đông Nam Á như: Thái Lan, Việt Nam, Singapore, Indonesia…vv.
+ Bấc thấm ngang SD: là một loại của bấc thấm PVD được sản xuất để thay thế lớp đệm cát trong hệ thống PVD, thay thế hệ thống ống thoát nước đục lỗ trong hệ thống PVD và thay thế vật liệu thoát nước ngầm. Sản phẩm có độ bền cao, dễ thi công và giá cả cạnh tranh.
Đặc tính chính của việc sử dụng bước thấm: Sử dụng bước thấm sẽ giảm thiểu tối đa sự xáo trộn các lớp đất. Lõi cũng như vỏ của bước thấm có khả năng tương thích cao với nhiều loại đất. Phương pháp bước thấm dễ dàng thi công, tiết kiệm được khối lượng đào đắp, rút ngắn được thời gian thi công, giảm được chi phí vận chuyển, chi phí thi công; hiệu suất có thể đạt tới 8000m/ngày và không cần cấp nước khi thi công, bấc thấm có thể được đóng xuống độ sâu trên 40m.
Tác dụng của việc sử dụng bước thấm:
- Gia cố nền đất yếu: Bấc thấm được sử dụng để xử lý gia cố nền đất yếu, trong thời gian ngắn có thể đạt được tới 95% ổn định dài hạn, tạo khởi động cho quá trình ổn định tự nhiên ở giai đoạn sau. Quá trình gia cố có thể được tăng tải bằng gia tốc.
- Xử lý môi trường: Bấc thấm được dùng để xử lý nền đất yếu, đất nhão thường ở các khu vực chôn lấp rác thải. Nó cũng được sử dụng để tẩy rửa các khu vực đất ô nhiễm, bằng công nghệ hút chân không, hút nước ngầm thấm qua các lớp đất bị ô nhiễm, mang theo các chất ô nhiễm lên bề mặt để xử lý.
- Ổn định nền: Các công trình có thể ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đất yếu rất đa dạng, bao gồm các đường cao tốc, đường dẫn đầu cầu, đường băng sân bay, đường sắt, bến cảng, kho bãi… xây dựng trên nền đất yếu có tải trọng động.
Lợi thế thi công:
- Tiết kiệm được khối lượng đào đắp. - Rút ngắn được thời gian thi công.
- Giảm được chi phí vận chuyển, chi phí thi công.
III.2. Phương pháp thi công bấc thấm
Ta dùng thiết bị chuyên dụng, tạo lực ép cắm bấc xuống đất cùng với cần dẫn (ống thép rỗng tiết diện 120 50mm). Khi cắm được bấc thấm xuống chiều sâu thiết kế thì tiến hành rút cần dẫn lên khỏi mặt đất, dùng kéo cắt bấc thấm ra và chuyển máy sang cắm bấc thấm khác. Sau khi cắm xong bấc thấm bắt buộc phải tiến hành gia tải trước hoặc hút chân không. Bấc thấm có bề rộng khoảng 100 – 200 mmm, bề dày 5 -10mm, được cuộn trong các rulo thành từng cuộn với chiều dài 200 - 300mm, nặng từ 14 - 40kg, được cắm vào sâu trong đất với chiều sâu 10 - 20 m hoặc sâu tới 50m có tác dụng xử lý nền đất yếu. Chiều dài bấc thấm còn thừa lại trên mặt đất là 15cm. Sau khi ép hết mỗi cuộn bấc, cuộn mới được nối với phần cũ bằng cách nối măng sông, phần măng sông là 30cm và được kẹp lại chắc chắn bằng ghim bấm. Để đảm bảo cho quá trình thi công được liên tục ta giữ cho cuộn bấc không bị xộc xệch, trật ra ngoài băng dẫn bấc. Trước khi bấc được ép xuống, bấc được neo vào một tấm thép có kích thước 1.2 80 160 tấm thép này có tác dụng giữ bấc lại trong lòng đất. Hình 15
Thi công bấc thấm đứng tại đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình
Hình 16
III.3. Ứng dụng của bấc thấm trong phương pháp gia tải trước
Từ những năm 1960 trở lại đây phương pháp sử dụng vải địa kỹ thuật được các nước trên thế giới áp dụng rộng rãi trong xử lý đất yếu. Đặc biệt từ những năm 1990 trở lại đây, các nước ASEAN đã áp dụng phổ biến vải địa kỹ thuật với 6 chức năng cơ bản là: ngăn cách, lọc nước, gia cường đất yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền, làm lớp bảo vệ và ngăn nước.
Từ những năm 90 của thế kỷ trước, cạnh phương pháp cổ điển, lần đầu tiên công nghệ xử lý đất yếu bằng phương pháp bấc thấm thoát nước thẳng đứng (PVD) kết hợp gia tải trước đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
Tại Việt Nam, công nghệ mới bấc thấm này đã được sử dụng trong xử lý nền đất yếu cho Dự án nâng cấp QL5 trên đoạn Km 47 – Km 62 vào năm 1993, sau đó dùng cho QL51 (TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu) và đường Láng – Hòa Lạc. Từ 1999 - 2004,
phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi để xử lý đất yếu trong các dự án nâng cấp và cải tạo QL1A, QL18, QL60, QL80…
Sử dụng bấc thấm trong gia tải trước là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước. Khi chiều dày đấy yếu rất lớn hoặc khi độ ẩm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường được sử dụng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong giới hạn cho phép. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng đặc biệt nhưng trong trường hợp cần tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền cho với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải. Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẻo (hay bìa cứng) được bao ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Porypropylene hay polyesie không dệt…). Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau: cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất dẻo. Lõi chất dẻo chình là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi nền đất yếu bão hòa nước.
Bấc thấm đứng (PVD) kết hợp với gia tải trước được xem là biện pháp xử lý đất yếu mang tính khả thi cao cho các công trình xét về chiều sâu xử lý, chi phí, thời gian để gia tải và các yếu tố khác. Mục đích của việc sử dụng bấc thấm đứng kết hợp với biện pháp gia tải trước nhằm đẩy nhanh tốc độ cố kết và hạn chế độ lún trong tương lai của khu vực xử lý dưới tải trọng tĩnh và tải trọng động.
Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyesie không dệt hay vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẻo và đất xung quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui và làm tắc thiết bị. Lõi chất dẻo có 2 chức năng: vừa đỡ lớp bao bọc ngoài và tạo đường cho nước thấm dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn. Nếu so sánh hệ số thấm nước giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có kệ số thấm K=1 10-4 m/s lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét K = 10 10-5m/s. Do đó các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài.
III.4. Ứng dụng của việc sử dụng bước thấm trong phương pháp hút chân không
Ở những dự án lớn, yêu cầu tiến độ nhanh vật liệu gia tải và diện tích chiếm dụng của dự án bị hạn chế thì phương pháp thi công bấc thấm kết hợp với gia tải trước vẫn còn tồn tại nhiều bất cập. Trên thế giới hiện nay phổ biến hai công nghệ bơm hút chân không đó là:
+ Dùng màng tạo vùng chân không kết hợp với thu nước từ những rãnh xương cá; + Tạo chân không trực tiếp bằng vòi và cút nối vào đầu PVD đã thi công.
Trong khi phương pháp bơm hút chân không bằng cách tạo màng ra đời trước tuy nhiên lại có những nhược điểm như khó tạo vùng chân không bằng màng chống thấm, thi công hệ thống phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao đồng thời khó kiểm soát chất lượng khi màng bị thủng, rách thì phương pháp bơm hút chân không theo phương pháp tạo ống hút trực tiếp bằng vòi vào cút nối vào đầu PVD lại dễ dàng trong việc thi công cũng như kiểm soát chất lượng.
Khi áp dụng biện pháp gia tải cổ điển, ứng suất hiệu quả trong khối đá tăng lên bởi ứng suất tổng tăng do tải trọng. Cố kết chân không gia tải trước cho toàn bộ khối đất bằng cách giảm áp lực nước lỗ rỗng trong khi giữ nguyên ứng suất tổng, hút nước dưới màng thấm, giữ pha khí không đổi giữa màng thấm và mực nước ngầm hạ thấp. Sau khi lắp đặt thiết bị tiêu nước thẳng đứng và lớp cát, các thiết bị tiêu nước nằm ngang được đặt, tiếp theo là màng chống thấm bằng nhựa tổng hợp. Màng chống thấm được bọc ở bên ngoài đến tận lớp sét yếu để đảm bảo không thấm nước. Các thiết bị thoát nước ngàn được đặt xuyên qua lớp màng chống thấm nối tới máy bơm hút sẽ đảm bảo duy trì điều kiện chân không dưới lớp vải chống thấm và trong tất cả các khối đá mà vật tiêu nước thẳng đứng được đặt.
Các nguyên lý cơ bản của phương pháp nén trước bằng chân không được Kjellman giới thiệu vào đầu những năm 1950.
Phương pháp này được thừa nhận là hiệu quả nhằm gia cố đất rất yếu, đặc biệt khi thiếu vật liệu gia tải. Công nghệ này đã được Uỷ ban Khoa học Thượng Hải (Trung Quốc) giám định “đạt tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế”, hiện đang được áp dụng tại nhiều
công trình xây dựng cảng biển, đường bộ và đường hàng không, được nhiều quốc gia đón nhận trong đó có Việt Nam.
CHƯƠNG III
MÔ PHỎNG BÀI TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN