8. Bố cục của luận ỏn
1.2.1. Tỡnh hỡnh ứng dụng phương phỏp cố kết chõn khụng xử lý nền đất yếu
yếu trờn thế giới
Phương phỏp cố kết chõn khụng xử lý nền đất yếu lần đầu tiờn được giới thiệu vào năm 1952 bởi tiến sĩ W. Kjellman. Sau đú bài toỏn cố kết chõn khụng được nghiờn cứu lại bởi giỏo sư J.M. Cognon với một số nguyờn tắc lý thuyết cơ bản mới, đến những năm 70 cố kết chõn khụng được ứng dụng rộng rói, đặc biệt là ở Nga và Nhật. Vào thời điểm này cố kết chõn khụng được bổ sung một lớp tường chống thấm bao quanh khu vực xử lý nhằm hạn chế nước ngầm từ khu vực xung quanh thấm vào, đồng thời hạn chế sự rũ rỉ ỏp lực chõn khụng để gia tăng ỏp lực chõn khụng. Tuy nhiờn cỏch bố trớ này sớm bộc lộ khuyết điểm là khỏ tốn kộm.
Năm 1989 hóng xõy dựng Menard (Phỏp) dựa trờn nghiờn cứu và phỏt minh của giỏo sư J.M. Cognon lần đầu tiờn ỏp dụng phương phỏp cố kết MVC (Menard
Vacuum Consolidation) trờn diện tớch 390 m2 của một trường huấn luyện phi cụng ở Ambes, Phỏp [37]. Theo sự cải tiến này tường chống thấm được bỏ đi mà thay vào đú là lớp gia tải bằng đất và sự chờnh lệch giữa ỏp suất khớ quyển với ỏp suất chõn khụng dưới màng kớn khớ bao phủ bề mặt diện tớch xử lý. Từ đú phương phỏp này đó được ứng dụng rộng rói ở nhiều nước trờn thế giới.
Một số cụng trỡnh xử lý nền bằng cố kết chõn khụng theo phương phỏp MVC ở cỏc nước trờn thế giới như ở bảng 1.1 [2].
Bảng 1.1. Một số cụng trỡnh ứng dụng phương phỏp cú màng kớn khớ (MVC)
Năm Tờn cụng
trỡnh Nước Loại cụng trỡnh Đơn vị tư vấn Phạm vi (m2)
2001 Hamburg Đức Kho hàng sõn bay IGB – Dr Maybaum 238.000
2001 Bang Bo Thỏi Lan Đường vào nhà mỏy
điện Seatac 30.000
1999 Jangyoo STP Hàn Quốc Nhà mỏy xử lý nước
thải KECC 70.000
1999 Quebec Canada Cầu QDOT 1.000
1997 Wismar Đức Cảng Steinfeld & Part 15.000
1996 Khimae PS Hàn Quốc Trạm bơm KECC 20.000
1996 RN1 Phỏp Đường vũng CETE Fort de
France 6.150
1995 Kuching Malaysia Cầu tàu ACER 12.000
1995 Khimae STP Hàn Quốc Nhà mỏy xử lý nước
thải KECC 83.580
1994 A 837 - Phase 2 Phỏp Đường cao tốc SCETAU ROUTE 10.000
1994 Lubeck Đức Cảng INROS 22.500
1993 A837 - Phase 1 Phỏp Đường cao tốc LCPC 44.500
1992 Ipoh Gopeng Malaysia Đường cao tốc ZAIDUN LEENG 2.600
1992 Lamentin Phỏp Đường cao tốc BRGM 7.805
1991 Lamentin Phỏp Sõn bay CEBTP 17.692
1990 Ambes Phỏp Bể chứa dầu Mecasol 17.550
1990 Eurotunnel Phỏp Hầm SETEC 56.909
1990 Ambes Phỏp Đường CETE Bordeaux 21.106
1990 Lomme Phỏp Kho hàng FONDASOL 8.130
Từ năm 1997 Cụng ty xõy dựng Cofra của Hà Lan nghiờn cứu cải tiến cố kết chõn khụng theo hướng đơn giản húa, bỏ đi lớp màng bảo vệ thi cụng phức tạp và dễ bị hư hại, tuy nhiờn phải đắp thờm gia tải để bự cho sự chờnh lệch ỏp suất khớ quyển bị gỡ bỏ đi. Hướng cải tiến mới này đó cho ra đời ba phương phỏp bố trớ mới, nhanh chúng được chấp nhận và thi cụng tại nhiều cụng trỡnh lớn trờn thế giới. Cỏc phương phỏp bố trớ mới đú là Vertical drain, Beaudrain, Beaudrain-S.
Về bản chất, tớnh hiệu quả của phương phỏp MVC, Vertical drain, Beaudrain, Beaudrain-S và cỏc biện phỏp thi cụng khỏc của cố kết chõn khụng cú thể coi là tương đương nhau. Sự khỏc nhau chủ yếu là thiết bị, cỏch bố trớ và thời gian cố kết.
Một số cụng trỡnh xử lý theo phương phỏp Beaudrain-S ở cỏc nước trờn thế giới như ở bảng 1.2 [2,23].
Bảng 1.2. Một số cụng trỡnh ứng dụng phương phỏp khụng cú màng kớn khớ
Năm Tờn cụng trỡnh Nước Phạm vi (m2)
2008 Baanhoek Sliedrecht Hà Lan 4.500
2008 Waddinxveen Hà Lan 2.000
2008 Quay wall IHC, Krimpen a/d
IJssel Hà Lan 2.500
2007 Randeburgseweg, Reeuwijk Hà Lan 4.500
2006 Bremerhaven Đức 62.000
2005 Suvarnabhumi airport Thailand 400.000
2005 Parking Ikea Delft Hà Lan 3.700
2005 Ter Aar Hà Lan 1.800
2004 Railway Betuwelijn Gorinchem Hà Lan 4.400
Hiện nay trờn thế giới cú rất nhiều Cụng ty xõy dựng thực hiện cố kết chõn khụng, mỗi một Cụng ty lại cú những cải tiến riờng, chớnh vỡ vậy mà hiện nay cú rất nhiều biện phỏp thi cụng. Tuy nhiờn cỏc phương phỏp này đều dựng gia tải để hỗ trợ quỏ trỡnh ộp thoỏt nước ra khỏi nền để giảm hệ số rỗng. Về bản chất cú thể phõn thành hai loại chớnh là thi cụng cú màng kớn khớ và khụng cú màng kớn khớ.
1.2.1.1. Nguyờn lý phương phỏp thi cụng cú màng kớn khớ (MVC)
Màng kớn khớ thụng thường là màng địa kỹ thuật (geo-membrane) bao kớn toàn bộ khu vực thi cụng. Trong quỏ trỡnh gia tải, mực nước ngầm hạ xuống và khụng khớ cũng được thoỏt ra, tạo một vựng ỏp suất nhỏ hơn ỏp suất khớ quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đú hỡnh thành một gia tải phụ do sự chờnh lệch về ỏp suất khụng khớ ở trờn và dưới màng kớn khớ. Gia tải phụ này cú thể đạt tới 40 kPa. Sơ đồ nguyờn lý thi cụng theo phương phỏp MVC thể hiện ở hỡnh 1.1 [11,37].
Hỡnh 1.1. Sơ đồ nguyờn lý phương phỏp MVC
Khi thi cụng theo phương phỏp MVC cần lưu ý cỏc yờu cầu kỹ thuật sau: - Duy trỡ hệ thống thoỏt nước hoạt động cú hiệu quả nằm dưới màng chống thấm để thoỏt nước và khớ trong suốt quỏ trỡnh gia tải, khụng để tắc hoặc hở.
- Giữ cho vựng đất dưới màng kớn khớ khụng bóo hũa nước.
- Giữ ổn định ỏp suất chõn khụng dưới màng khụng ớt hơn 30 kPa.
- Giữ kớn khớ trờn toàn bộ diện tớch màng phủ, đặc biệt đoạn nối mỏy bơm và màng. - Neo giữ và kớn khớ toàn bộ hệ thống tại biờn khu vực xử lý (hào bentonite). - Hạn chế dũng thấm của nước ngầm đi vào khu vực xử lý.
Nhỡn chung, phương phỏp MVC cú ưu điểm là cú thể giảm khối lượng gia tải, tuy nhiờn thi cụng phức tạp, phải cú hào võy để dộm màng kớn khớ nờn gõy khú khăn cho việc thi cụng cuốn chiếu trờn cỏc cụng trỡnh cú chiều dài lớn.
Thi cụng theo phương phỏp MVC được giới thiệu ở hỡnh 1.2 [11,14].
Hỡnh 1.2. Thi cụng phương phỏp MVC
1.2.1.2. Nguyờn lý phương phỏp thi cụng khụng cú màng kớn khớ
Nguyờn tắc của nhúm phương phỏp thi cụng khụng cú màng kớn khớ dựa trờn cải tiến lựi, đem nguyờn tắc MVC đơn giản húa, bỏ đi màng kớn khớ, cũng là bỏ đi sự trợ giỳp của ỏp suất khớ quyển. Thay vào đú, nhúm phương phỏp này đắp lớp gia tải cao hơn để bự đắp sự thiếu hụt về ỏp lực chõn khụng. Lớp gia tải cú thể cao thờm tới 2m, tuy nhiờn khụng phải thi cụng hào võy và màng kớn khớ. Sơ đồ nguyờn lý thi cụng theo phương phỏp Beaudrain - S được giới thiệu ở hỡnh 1.3 [2].
Thi cụng theo phương phỏp Beaudrain - S được giới thiệu ở hỡnh 1.4
Hỡnh 1.4. Thi cụng khụng cú màng kớn khớ 1.2.1.3. Cỏc lĩnh vực ỏp dụng phương phỏp cố kết chõn khụng
Cỏc cụng trỡnh xõy dựng trờn nền đất tốt sẽ tiết kiệm được chi phớ và thời gian xõy dựng. Tuy nhiờn, để đỏp ứng được yờu cầu xõy dựng và phỏt triển kinh tế xó hội cú rất nhiều cụng trỡnh bắt buộc phải xõy dựng trờn nền đất yếu, cỏc cụng trỡnh này cú thể chia làm cỏc loại chớnh sau.
a. Cụng trỡnh giao thụng
Tựy thuộc vào đặc điểm vận hành chia ra cỏc loại nhỏ sau: Cỏc cụng trỡnh giao thụng thủy (cảng sụng, cảng biển, õu thuyền...), cỏc cụng trỡnh giao thụng bộ (đường cao tốc ven biển, cầu, hầm vượt sụng…), cỏc cụng trỡnh giao thụng khỏc (sõn bay, đường tàu, nhà ga…). Trờn hỡnh 1.5 là sõn bay Suvarnabhumi (Thỏi Lan), một cụng trỡnh được xử lý nền bằng cố kết chõn khụng với diện tớch xử lý 400.000m2 [2].
Hỡnh 1.5. Sõn bay Suvarnabhumi, Thỏi Lan
Hỡnh 1.6. Khu dõn cư Steiger Eiland Ijburg, Hà Lan
b. Cụng trỡnh dõn dụng
Đõy là loại cụng trỡnh phổ biến nhất, tuy nhiờn loại này ớt được ứng dụng cố kết chõn khụng mà chủ yếu sử dụng cỏc cụng nghệ cố kết khỏc như đầm lăn, đầm rung… hoặc làm múng sõu, xuyờn qua lớp đất yếu tựa lờn lớp đất tốt hơn. Trờn hỡnh 1.6 là khu dõn cư Steiger Eiland Ijburg (Hà Lan) được xử lý nền bằng cố kết chõn khụng với tổng chiều dài bấc thấm sử dụng là 320.000 m [2].
c. Cụng trỡnh cụng nghiệp
Cụng trỡnh cụng nghiệp cú diện tớch xõy dựng tương đối lớn vỡ vậy ứng dụng phương phỏp cố kết chõn khụng xử lý nền cho loại cụng trỡnh này mang lại hiệu quả về kinh tế. Mặt khỏc do yờu cầu nguồn nguyờn vật liệu và giao thụng nờn ngày càng nhiều cụng trỡnh xõy dựng cụng nghiệp ứng dụng phương phỏp này.
Trờn hỡnh 1.7 là nhà mỏy điện nguyờn tử Singori của Hàn quốc, được xử lý nền bằng phương phỏp cố kết chõn khụng với 695.000 m bấc thấm [2].
Hỡnh 1.7. Nhà mỏy điện nguyờn tử Singori, Hàn Quốc
Hỡnh 1.8. Sơ đồ trạm xử lý nước Pusan, Hàn Quốc
c. Cụng trỡnh thủy lợi
Cụng trỡnh thủy lợi ứng dụng phương phỏp này gồm: Cụng trỡnh chỉnh trị đờ, kố ven sụng, ven biển, cỏc trạm bơm và cụng trỡnh xử lý nước.
Trờn hỡnh 1.8 là sơ đồ cụng trỡnh xử lý nước thải Pusan, Hàn Quốc với diện tớch xử lý nền ứng dụng cố kết chõn khụng là 160.000 m2 [2].