Đối với trường hợp gia tải bằng đắp đất gia tải thông thường, giả sử chiều cao đấp đấp là h1 thì:
unsat sat a 1 d z1 z2 P h σ = ×γ + ×γ + + ×γ (1.17) 0 w a u = ×h γ +P (1.18) z' u0 z1 unsat z2 sat h w h1 d σ = −σ = ×γ + ×γ − ×γ + ×γ (1.19)
- Sự khác nhau giữa gia tải và cố kết chân không
Khi áp dụng biện pháp gia tải cổ điển, ứng suất hiệu quả trong khối đất 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. Điều đặc biệt của phương pháp chân không của JM.GOGNON (Cognon, 1991–Cognon và các tác giả) là hút nước dưới màng thấm, giữ pha khí không đổi giữa màng thấm và mực nước ngầm hạ thấp.
Đồ thị p’, q’ (hình 1.27) cho phép ta hiểu sự khác nhau giữa tải trọng và chân không. Quá trình hút chân không bao gồm từ điểm A đến điểm E, hoặc
phía dưới đường K0. Quá trình gia tải bao gồm từ điểm A đến điểm B hoặc về phía đường KF.
Hình 1.20.đường ứng suất của quá trình hút chân không
Hình 1.27. Đồ thị quan hệ giữa cấp gia tải và ứng suất hữu hiệu
Công nghệ này được thực hiện thông qua các cấp gia tải và dở tải bằng chân không kết hợp với số lần biến đổi năng lượng thích hợp để đóng nền từ đó hạ thấp tỷ lệ chứa nước trong đất, nâng cao mật độ đất, sức tải của nền, giảm sự sụt lún sau khi thi công và sự sụt lún sai khác ở nền đất yếu. Phương pháp cố kết bằng hút chân khụng sẽ tạo ra được một áp lực (trên 1 atmosphere) khống chế sức tải của mặt đất, tạo độ dày cần thiết theo yêu cầu kỹ thuật, khống chế được độ lún và tạo độ lún đồng đều cho mặt đất.
b) Phân loại
Phương pháp bơm hút chân không được chia làm 2 phương pháp chính: - Phương pháp cách khí bằng vải.
- Phương pháp cố kết chân không bằng ống hút trực tiếp. c) Nguyên lý của phương pháp bơm hút chân không
Gia tải
(đường phá hoại) Phạm vi chủ động
ứng suất hữu hiệu (p’)
C ác c ấp g ia t ải ( q ’) Gia tải Phạm vi bị động Cố kết chân không
Phương pháp bơm hút chân không là một hệ thống sở hữu độc quyền thường sử dụng cho việc gia tải và cố kết đất yếu và đất bão hòa nước.
Hình 1.28. Sơ đồ hoạt nguyên lý của phương pháp chút chân không
Phương pháp bơm hút chân không là phương pháp dùng bấc thấm đứng cắm vào trong lớp sét bão hòa nước cần được gia cố để thoát nước, có lớp cát đệm ở phía trên, các ống lọc được đặt ở phía trong lớp cát đệm là một hệ thống ống thoát ngang, rồi tạo liên kết chân không với thiết bị, do đó áp suất chân không sẽ thu được dưới khi vận hành máy bơm, áp lực sẽ được truyền đến các cọc bấc thấm đứng trong lớp sét mềm xuyên qua lớp đệm cát với các ống lọc ở trong nó, làm giảm áp lực nước trong các bấc thấm và các lỗ rỗng biên, tạo thành áp lực gây rò rỉ nước từ đất ra ngoài đường biên, làm giảm các khe rỗng tồn tại bởi áp lực nước. Theo như nguyên lý cường độ Taishagi, mọi giá trị sụt của lỗ rỗng áp lực nước trở thành giá trị tăng của cường độ hữu hiệu khi tổng cường độ không thay đổi. Khối đất tạo thành cố kết nhanh hơn dưới hiệu quả cường độ để đạt mục tiêu gia cố cho đất 1 cách nhanh nhất.
Quá trình cố kết của đất dưới tác dụng của bơm hút chân không là tiến trình làm cho lỗ rống áp lực nước giảm và tăng cường độ hữu hiệu khi tổng không thay đổi. Đây cũng là phương pháp sử dụng nguyên lý tháo nước cố
kết để gia cố đất yếu. Bơm hút chân không sử dụng áp áp suất chân không để tháo nước và cố kết đất.
Vì trên lý thuyết, thiết bị bơm hút có thể làm giảm áp suất không khí, do đó giá trị tối đa cho phép tương đương 100kPa (trên lý thuyết) cho dự án bơm hút chân không.
Tuy nhiên, dựa vào trình độ kỹ thuật hiện tại ta có thể sử dụng giá trị thông thường từ 80 ÷ 90kPa. Khi được sử dụng độc lập, bơm hút chân không thích hợp cho khu vực đất yếu rộng lớn yêu cầu khả năng chịu lực không quá 85kPa.
Khi sự gia tải trước yêu cầu lớn hơn 80kPa, ta có thể sử dụng phương pháp gia tảI đất kết hợp bơm hút chân không cùng lúc để làm cho cường độ yêu cầu vượt lên trên 80kPa (Phương pháp bơm hút chân không kết hợp gia tải tạm thời). Điều đó chứng tỏ rằng: áp lực kết hợp xuất hiện trong trong khối đất mới tạo thành thông qua áp lực gia tải tạm thời có thể đồng bộ hóa với quá trình giảm lỗ rỗng áp lực nước trong suốt quá trình gia tải. Chúng có cường độ cao hơn so với cường độ tạo thành dưới tác dụng của phương pháp bơm hút chân không. Do đó phương pháp kết hợp này tăng tốc độ cố kết và tăng cường độ cho đất. Cùng một thời điểm, khối đất mới tạo ra bị co ngót và bị nén bởi áp suất chân không được tạo ra bởi phương pháp bơm hút chân không, đất sẽ ổn định hơn dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài, và tốc độ của quá trình gia tải sẽ tăng mà không làm đất bị đùn ra ngoài. Cùng một lúc, áp lực chân không sẽ thay thế một phần áp lực đất trong biện pháp gia tải tạm thời, chiều dày của lớp gia tải có thể nhỏ xuống, và thời gian gia tải cũng được rút ngắn, vì vậy tổng tiến độ thi công sẽ rất ngắn so với các phương pháp gia tải thoát nước thông thường.
d) Các ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng - Ưu điểm:
+ Phương pháp hút chân không đang được ứng dụng và đề xuất sử dụng vào việc xử lý nền đất yếu cho các công trình có tổng chi phí đầu tư xây dựng
lớn và có ý nghĩa chiến lược về mặt phát triển kinh tế do nó có nhưng ưu điểm sau:
+ Giảm thời gian cố kết của nền đất yếu trong phạm vi được xử lý một cách đáng kể, thời gian cố kết còn khoảng 120 ÷180 nếu như kết hợp giữa phương pháp gia tải bằng hút chân không và đắp đất gia tải.
+ Tổng thời gian thi công của công trình được rút ngắn và sớm đưa vào sử dụng và phát huy hiệu qua khai thác; do đó sẽ rút ngắn thời gian hoàn vốn.
- Nhược điểm:
Tuy có những ưu điểm như thế nhưng ứng xử thực sự của phương pháp này trong xây dựng chưa tốt vì một số nguyên nhân dưới đây. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Rất khó làm kín khí.
+ Có giới hạn về độ sâu gia cố.
+ Hiệu quả thấp đối với nền gồm các tầng cát với hệ số thấm cao nằm xen kẹp.
+ Giá thành cao do sử dụng các cọc cừ ngăn cách vùng cần gia cố nhằm làm tăng độ chân không.
+ Có thể gây ra sự cố đối với các công trình lân cận vì áp suất hút chân không sẽ tạo ra một độ chênh lệch áp lực nước lỗ rỗng rất lớn và tạo thành dòng chảy có áp vào khu vực được xử lý do đó dễ sinh ra hiện tượng cát chảy và xói ngầm dưới chân các công trình lân cận.
Vì thế, phương pháp này không được ủng hộ tại Nhật Bản vào những năm 1990. Gần đây một người Nhật tìm cách cải tiến nhằm khắc phục những nhược điểm nói trên về vật liệu làm màng kín khí và thoát nước thẳng đứng.
- Phạm vi áp dụng:
Phương pháp này áp dụng cho quá trình xử lý nền đất cho một số công trình có một số yêu cầu sau:
+ Đất nền cần xử lý dưới chân công trình phải là đất sét bão hòa hoặc quá bão hòa (đất rất yếu và cần thời gian chờ lún rất dài).
+ Yêu cầu thời phải hoàn thành trong một thời gian rất ngắn (thời gian này có thể vài tháng).
+ Công trình có tính chất trọng điểm và đem lại lợi ích về mặt kinh tế - xã hội trong một thời gian ngắn là rất lớn.
e) Ứng dụng của phương pháp hút chân không Ở Việt Nam
Ở Việt Nam, với đặc tính của đất yếu chủ yếu là no nước, lượng lỗ rỗng tồn tại nhiều, dựa vào nguyên lý của phương pháp bơm hút chân không ta có thể khẳng định điều kiện áp dụng phương pháp bơm hút chân không ở Việt Nam là rất khả thi.
Lần đầu tiên ở Việt Nam sử dụng phương pháp cố kết chân không tại khu vực khí điện đạm Cà Mau. Thời gian dự tính kết thúc 90% cố kết là 5 tháng tại nhà cụm khí điện đạm Cà Mau. Trong khi thiết bị thi công không phức tạp. Một diện tích 90ha được dành cho nhà máy liên hợp khí, điện, đạm. Giai đoạn I xây dựng nhà máy điện 720MW. Giai đoạn II là xây dựng nhà máy điện thứ 2 có cùng công suất và giai đoạn III là xây dựng nhà máy đạm có công suất 800.000tấn/năm. Các yêu cầu về thiết kế cho cố kết như sau:
+ Lún dư không được vượt quá 10cm/10 năm cho toàn bộ diện tích xây dựng,đối với mỗi cấp tải được xét.
+ Sức chịu tải min là 2t/m2 cho toàn bộ diện tích xây dựng, ngoại trừ: + Hạng mục nhà máy, yêu cầu có sức chịu tải là 5t/m2
+ Phía dưới tháp làm mát có sức chịu tải yêu cầu là 8t/m2 + Dưới một số bồn chứa có sức chịu tải yêu cầu là 10t/m2.
Bộ phận quan trọng nhất của nhà máy là phần chia nước của nhà máy, đòi hỏi phải được hoàn thành trong vòng 8 tháng từ khi bắt đầu đặt thiết bị tiêu nước thẳng đứng (bấc thấm), đầu tiên. Đây là thách thức về thời gian nên phương pháp gia tải chân không đã được áp dụng.
Ngoài nhà Nhà máy khí điện đạm Cà Mau thì còn có một số công trình như: Nhà máy DAP, dự án Long Thành - Dầu Giây, Nhà máy soil Polyester Đình Vũ, Nhà máy điện CTHH Nhơn Trạch Đồng Nai, Cảng Đình Vũ Hải Phòng...đã dùng công nghệ Bơm hút chân không để hút nước trong đất làm cho đất cố kết rất nhanh chỉ trong thời gian rất ngắn. Tức là thay cho việc đặt các vật liệu thoát nước, chất tải để cưỡng bức cho nước thoát ra ta phải mất
thời gian rất dài từ 6 tháng đến 2 năm, đất mới cố kết được một phần và có thể đặt công trình lên được.
1.3.9. Một số giải pháp khác
a) Cọc cát xi măng
Thiết bị thi công cọc cát có thể được dùng để thi công cọc cát xi măng, ống thép được đóng và rung xuống nền đất và chiếm chỗ đất yếu. Cát và xi măng được trộn lẫn để đổ vào ống chống. Cát xi măng được đầm chặt bằng ống chống và đầm rung.
b) Cố kết đóng
Cố kết đóng cho phép tăng cường độ và sức chịu tải và giảm độ lún của nền. Công nghệ được dùng để gia cố nền đất yếu ở Hà Nội, Hải Phòng và TP. HCM. Quả đấm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lượng từ 10 - 15 tấn được nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt từ độ cao 10-15m để đầm chặt nền. Khoảng cách giữa các hố đầm là 3x3, 4x4 hoặc 5x5m. Độ sâu ảnh hưởng của đầm chặt cố kết động được tính bằng:
D = 0,5 √WH Trong do: D - độ sâu hữu hiệu được đầm chặt W - Trọng lượng quả đấm, tấn
H - Chiều cao rơi quả đấm, m
Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần cát và đá được đổ đầy hố đầm. Phương phá cố kết động để gia cố nền đất yếu đơn giản và kinh tế, thích hợp với hiện tượng mới san lấp và đất đắp. cần thiết kiểm tra hiệu quả công tác đầm chặt trước và sau khi đầm bằng các thiết bị xuyên hoặc nén ngang trong hố khoan.
c) Gia cường nền đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ
Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các loại cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến 25cm. Cọc nhỏ có thể được thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun. Cọc nhỏ được dùng để gia cố nền móng cho các công trình nhà, đường sá, đất đắp và các dạng kết cấu khác. Cọc nhỏ là một giải pháp tốt để xử lý nền đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật. Công nghệ cọc nhỏ cho (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng thời truyền tải trọng công trình xuống các lớp đất yếu hơn, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình.
1.3.10. Nhận xét
Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích đất yếu phân bố rộng khắp khu vực để đưa các công trình vào làm việc cần phải nghiên cứu xử lý các khu vực có địa chất yếu để có thể khai thác làm việc làm hết sức cần thiết. Để có được các giải pháp xử lý hợp lý, đòi hỏi các số liệu khảo sát địa chất đất yếu cần phải hết sức đầy đủ và chính xác. Và có nhiều giải pháp để xử lý các vấn đề về đất yếu ,để lựa chọn một giải pháp cho phù hợp với việc xử lý của vùng thì đảm phải đảm bảo về yêu cầu kinh tế - kỹ thuật
Dựa trên các tài liệu thu thập và tình hình thực tế triển khai các giải pháp xử lý đất yếu dưới nền đắp đã và đang áp dụng trên Đồng bằng Sông Cửu Long, công tác đánh giá quy mô, xác định phạm vi phân bố của các loại địa chất yếu đồng thời sẽ là căn cứ để đề ra giải pháp cơ bản về xử lý nền đắp và quy hoạch độ cao xây dựng ứng với từng khu vực cho phù hợp ở giai đoạn nghiên cứu sau này trên địa bàn Đồng bằng Sông Cửu Long. đối chiếu với các khái niệm, quy định về loại đất yếu, đề tài đã phân tích, đánh giá ưu nhược điểm, hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của từng giải pháp xử lý đã được áp dụng trên Đồng bằng Sông Cửu Long để đưa vào áp dụng cho từng trường hợp cụ thể của vùng để đảm bảo xây dựng trên nền đất yếu được ổn định vững chắc.
1.4. Kết luận Chương 1
Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là khu vực có phân bố đất yếu rộng, cùng với sự phát triển mạnh kết cấu hạ tầng và tốc độ đô thị hóa ngày càng cao, để đảm bảo xây dựng các công trình lên trên thì nền đất phải được qua xử lý để tạo sự an toàn ổn định cho công trình. Có nhiều phương pháp để gia cố nền đất yếu , những phương pháp đó có những ưu, nhược điểm riêng và phạm vi áp dụng hợp lý cho từng vùng địa chất khác nhau. Để đưa ra một phương pháp xử lý nền đất phải có sự điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu địa chất đầy đủ chính xác về địa chất khu vực cần xây dựng công trình, phân tích đánh giá đặc trưng địa chất yếu trong khu vực để lựa chọn đề ra phương pháp xử lý hợp lý ổn định cho công trình xây dựng.
Các đơn vị chủ đầu tư, Tư vấn cần quan tâm nghiên cứu kỹ quy trình, đối chiếu với thực tế triển khai để từ đó rút được những kinh nghiệm xử lý phù hợp cho từng trường hợp, cung cấp những thông tin cần thiết về các vướng mắc tồn tại xảy ra trong quá trình xử lý đất yếu do mình thực hiện, trao đổi với nhau những kinh nghiệm thực hiện, cũng như có những kiến nghị đề xuất điều chỉnh quy trình, quy phạm kịp thời, đảm bảo việc thiết kế và xây dựng công trình trên đất yếu được ổn định, vững chắc.
CHƯƠNG 2. NGHİÊN CỨU SỬ DỤNG GİẢİ PHÁP Ô NGĂN NEOWEB TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
2.1. Giới thiệu về công nghệ Neoweb 2.1.1. Đặt vấn đề
Vấn đề xây dựng nền đường trên nền đất yếu luôn là thách thức trong quá trình xây dựng các công trình giao thông.