Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế mạnh mẽ tại Đồng bằng sông Cửu Long, việc xây dựng các công trình hạ tầng như nhà máy nhiệt điện, kho than, cảng biển ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, khu vực này có đặc điểm địa chất phức tạp với nền đất yếu, đặc biệt là các lớp đất sét mềm, bùn sét và than bùn có chiều dày lên đến hơn 20m, gây ra nhiều khó khăn trong thi công và đảm bảo ổn định công trình. Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1, với diện tích kho than khoảng 20,8 ha, nằm trên nền đất yếu ven sông Hậu, đòi hỏi giải pháp xử lý nền hiệu quả để đảm bảo tiến độ, chất lượng và an toàn công trình.

Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp, phân tích các giải pháp xử lý nền đất yếu, đặc biệt là phương pháp sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải, nhằm tìm ra giải pháp tối ưu cho xử lý nền kho than của nhà máy. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực kho than của nhà máy, với thời gian xử lý nền dự kiến khoảng 270 ngày, yêu cầu độ lún dư còn lại sau khai thác không vượt quá 20 cm và độ cổ kết nền đạt tối thiểu 20,9%. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả thi công, giảm chi phí và rút ngắn thời gian xử lý nền cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long và các vùng tương tự.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nền đất yếu được định nghĩa là lớp đất có khả năng chịu tải thấp, tính nén lún cao, hàm lượng nước lớn và hệ số rỗng cao (e > 1). Các đặc điểm cơ lý chính của nền đất yếu bao gồm: sức chịu tải khoảng 0,5 - 1,0 đaN/cm², mô đun biến dạng thấp (E₀ < 50 daN/cm²), lực chống cắt nhỏ và độ biến dạng lớn. Để cải tạo nền đất yếu, các giải pháp được phân thành ba nhóm chính:

  • Giải pháp cơ học: bao gồm cọc cát, cọc bê tông cốt thép, đệm cát, thay đất, gia tải trước, phương pháp đầm chặt.
  • Giải pháp vật lý (thoát nước): hạ mực nước ngầm, giếng cát, bấc thấm, điện thấm.
  • Giải pháp hóa học: sử dụng xi măng, vôi, các chất phụ gia để gia cố đất như cọc đất - xi măng, trộn khô, trộn ướt (Jet Grouting).

Phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải được lựa chọn dựa trên nguyên lý tăng tốc độ thoát nước lỗ rỗng, thúc đẩy quá trình cổ kết của đất nền, từ đó tăng sức chịu tải và giảm độ lún nền. Bấc thấm là các dải vật liệu tổng hợp có khả năng dẫn nước từ trong nền đất yếu lên lớp đệm cát trên bề mặt, giúp thoát nước nhanh hơn so với quá trình cổ kết tự nhiên.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khảo sát địa chất, thí nghiệm cơ lý đất nền, tài liệu thiết kế và thi công công trình Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1. Cỡ mẫu khảo sát địa chất là diện tích 20,8 ha khu vực kho than với chiều dày lớp đất yếu lên đến 25,75 m, trong đó các lớp đất sét béo, bùn sét và sét dẻo chiếm phần lớn.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Tính toán lý thuyết sức chịu tải, độ lún và độ ổn định nền theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 245:2000.
  • Mô phỏng số bằng phần mềm GEOSTUDIO 2007 (SLOPE/W, CONTOUR) để đánh giá hiệu quả các phương án xử lý nền.
  • So sánh các phương án xử lý nền: không xử lý, xử lý bằng bấc thấm kết hợp gia tải với các chiều cao gia tải và khoảng cách bấc thấm khác nhau.
  • Quan trắc thực tế độ lún, áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị ngang trong quá trình thi công để đánh giá hiệu quả xử lý.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 270 ngày, phù hợp với tiến độ thi công và yêu cầu kỹ thuật của dự án.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải: Qua mô phỏng và tính toán, phương án sử dụng bấc thấm dài 20 m, khoảng cách bấc thấm 1,1 m và chiều cao gia tải từ 4 đến 6 m cho thấy độ lún dự kiến đạt dưới 20 cm, độ cổ kết nền đạt trên 20,9%, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. So với phương án không xử lý, độ lún giảm khoảng 60%, thời gian xử lý rút ngắn đáng kể.

  2. So sánh chi phí và thời gian xử lý: Phương án bấc thấm kết hợp gia tải có chi phí thấp hơn khoảng 20% so với phương án kết hợp bấc thấm, gia tải và hút chân không, và thấp hơn khoảng 40% so với phương pháp cọc đất xi măng. Thời gian xử lý cũng ngắn hơn, phù hợp với tiến độ thi công kho than.

  3. Đặc điểm địa chất ảnh hưởng đến thiết kế: Lớp đất yếu có chiều dày tổng cộng 25,75 m, trong đó lớp bùn sét dày 13,5 m và lớp sét dẻo 8,5 m, có hệ số thấm thấp (k < 10⁻⁶ m/s), làm chậm quá trình thoát nước tự nhiên. Việc sử dụng bấc thấm giúp tăng tốc độ thoát nước lỗ rỗng, giảm áp lực nước lỗ rỗng nhanh hơn 3-4 lần so với nền tự nhiên.

  4. Kiểm tra ổn định nền: Phân tích ổn định trượt theo phương pháp Bishop cho thấy hệ số an toàn nền sau xử lý đạt trên 1,5, đảm bảo an toàn cho công trình trong suốt quá trình thi công và khai thác.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải cho nền đất yếu tại khu vực kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1. Việc sử dụng bấc thấm giúp tăng tốc độ thoát nước, giảm áp lực nước lỗ rỗng, thúc đẩy quá trình cổ kết đất nền nhanh hơn so với phương pháp gia tải đơn thuần. So với các giải pháp cơ học như cọc bê tông cốt thép hay cọc đất xi măng, giải pháp này có ưu điểm về chi phí, thời gian thi công và giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành xây dựng nền đất yếu, kết quả phù hợp với các báo cáo cho thấy bấc thấm là giải pháp hiệu quả cho các nền đất có chiều dày lớn và hệ số thấm thấp. Việc lựa chọn khoảng cách bấc thấm và chiều cao gia tải hợp lý là yếu tố quyết định đến hiệu quả xử lý, cần được tính toán kỹ lưỡng dựa trên đặc điểm địa chất cụ thể.

Dữ liệu quan trắc thực tế về độ lún và áp lực nước lỗ rỗng được trình bày qua biểu đồ lún theo thời gian và bảng số liệu áp lực nước, giúp minh chứng cho hiệu quả xử lý nền. Các số liệu này cũng hỗ trợ kiểm soát chất lượng thi công và điều chỉnh kịp thời trong quá trình gia tải.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai thi công bấc thấm kết hợp gia tải theo thiết kế đã được tối ưu: Đảm bảo khoảng cách bấc thấm khoảng 1,1 m, chiều dài bấc 20 m và chiều cao gia tải từ 4 đến 6 m. Thời gian thi công dự kiến 270 ngày, do đơn vị thi công chuyên nghiệp thực hiện.

  2. Tăng cường công tác quan trắc và kiểm soát chất lượng: Thiết lập hệ thống quan trắc độ lún, áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị ngang liên tục trong suốt quá trình thi công để đánh giá hiệu quả xử lý và điều chỉnh kịp thời.

  3. Áp dụng biện pháp bảo vệ môi trường trong thi công bấc thấm: Sử dụng vật liệu bấc thấm thân thiện môi trường, hạn chế ô nhiễm đất và nước ngầm, đồng thời xử lý các vật liệu thải đúng quy định.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ thi công và giám sát: Đảm bảo kỹ thuật thi công bấc thấm và gia tải được thực hiện chính xác, giảm thiểu sai sót và rủi ro trong quá trình thi công.

  5. Nghiên cứu bổ sung các giải pháp hỗ trợ như hút chân không trong các trường hợp nền đất có đặc điểm phức tạp hơn: Để nâng cao hiệu quả xử lý trong các dự án tương lai có yêu cầu kỹ thuật cao hơn hoặc thời gian thi công ngắn hơn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư và chuyên gia địa kỹ thuật: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải, giúp áp dụng hiệu quả trong các dự án xây dựng.

  2. Nhà quản lý dự án xây dựng công trình hạ tầng: Tham khảo để lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp, tối ưu chi phí và tiến độ thi công.

  3. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành xây dựng và địa kỹ thuật: Tài liệu tham khảo quý giá về phương pháp nghiên cứu, mô hình tính toán và ứng dụng thực tế trong xử lý nền đất yếu.

  4. Các nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế: Hướng dẫn kỹ thuật thi công bấc thấm, gia tải và kiểm soát chất lượng, nâng cao hiệu quả thi công và đảm bảo an toàn công trình.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải thay vì các phương pháp khác?
    Phương pháp này giúp tăng tốc độ thoát nước lỗ rỗng, thúc đẩy quá trình cổ kết nhanh hơn, giảm độ lún và chi phí thi công so với các giải pháp cơ học như cọc bê tông hay cọc đất xi măng. Ví dụ, thời gian xử lý giảm khoảng 30-40% so với phương pháp truyền thống.

  2. Chiều dài và khoảng cách bấc thấm được xác định như thế nào?
    Dựa trên đặc điểm địa chất và chiều dày lớp đất yếu, chiều dài bấc thấm được chọn là 20 m để đảm bảo thoát nước hiệu quả. Khoảng cách bấc thấm khoảng 1,1 m giúp phân bố đều và tối ưu hiệu quả thoát nước.

  3. Gia tải có vai trò gì trong quá trình xử lý nền?
    Gia tải tạo áp lực lên nền đất, giúp nước trong đất thoát ra nhanh hơn qua bấc thấm, đồng thời tăng sức chịu tải và giảm độ lún nền. Gia tải được thực hiện theo từng giai đoạn để tránh gây mất ổn định.

  4. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng thi công bấc thấm?
    Kiểm tra cường độ kéo, độ giãn dài, khả năng thoát nước của bấc thấm trước khi thi công; kiểm tra vị trí, độ sâu và độ thẳng đứng khi cắm bấc thấm; quan trắc độ lún và áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình thi công.

  5. Phương pháp này có áp dụng được cho các công trình khác không?
    Có, phương pháp phù hợp với các công trình xây dựng trên nền đất yếu có chiều dày lớn và hệ số thấm thấp như khu công nghiệp, cảng biển, công trình thủy lợi, đặc biệt ở các vùng đồng bằng và ven sông.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải là phương án tối ưu cho kho than Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và tiến độ thi công.
  • Phương pháp này giúp giảm độ lún nền khoảng 60%, rút ngắn thời gian xử lý nền xuống còn khoảng 270 ngày, tiết kiệm chi phí từ 20-40% so với các giải pháp khác.
  • Kết quả mô phỏng và quan trắc thực tế cho thấy độ ổn định nền được đảm bảo với hệ số an toàn trên 1,5.
  • Đề xuất triển khai thi công theo thiết kế đã tối ưu, đồng thời tăng cường công tác quan trắc và kiểm soát chất lượng trong suốt quá trình thi công.
  • Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo nhân lực, áp dụng biện pháp bảo vệ môi trường và nghiên cứu bổ sung các giải pháp hỗ trợ để nâng cao hiệu quả xử lý nền trong các dự án tương lai.

Hành động ngay hôm nay để áp dụng giải pháp xử lý nền hiệu quả, đảm bảo an toàn và bền vững cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu!