Tổng quan nghiên cứu

Xây dựng công trình trên nền đất yếu là một thách thức lớn trong kỹ thuật xây dựng, đặc biệt tại các khu vực có điều kiện địa chất phức tạp như vùng đồng bằng sông Cửu Long. Tại Việt Nam, nền đất yếu phổ biến với các đặc điểm như độ ẩm cao, hệ số rỗng lớn (e > 1), sức kháng cắt thấp (< 0,15 daN/cm²), và tính nén lún mạnh, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ ổn định và tuổi thọ công trình. Dự án Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1, xây dựng trên khu đất rộng 386,88 ha tại tỉnh Sóc Trăng, là một ví dụ điển hình với lớp đất yếu dày khoảng 17m, đòi hỏi các giải pháp xử lý nền đất hiệu quả để đảm bảo an toàn và tiến độ thi công.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc phân tích, đánh giá các giải pháp xử lý nền đất yếu hiện nay, từ đó lựa chọn và đề xuất phương án phù hợp nhất cho khu vực lắp đặt dây chuyền thiết bị của Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát địa chất, tính toán thiết kế, mô phỏng mô hình toán học và đánh giá hiệu quả các biện pháp xử lý nền trong giai đoạn 2016-2017 tại địa điểm xây dựng nhà máy. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu chi phí đầu tư, tăng độ bền vững công trình và rút ngắn thời gian thi công, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác dự án năng lượng trọng điểm quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về đất yếu và các phương pháp xử lý nền, bao gồm:

  • Khái niệm đất yếu: Đất yếu là loại đất có độ ẩm cao, hệ số rỗng lớn, sức kháng cắt thấp và mô đun biến dạng nhỏ (E < 5000 kN/m²), dễ bị nén lún và biến dạng không đều. Phân loại đất yếu dựa trên thành phần hạt, trạng thái tự nhiên và đặc tính cơ lý như đất sét mềm, than bùn, cát chảy.

  • Mô hình tính toán nền đất và cọc cát: Sử dụng các công thức xác định hệ số rỗng sau xử lý, diện tích nền được nén chặt, số lượng và chiều dài cọc cát dựa trên tiêu chuẩn TCVN 4253-2012 và các mô hình toán học mô phỏng biến dạng, ứng suất trong nền đất.

  • Các phương pháp xử lý nền đất yếu: Bao gồm làm chặt đất bằng cơ học (đầm rung, xe lu), gia cố bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng (bắc thấm, cọc cát), xử lý bằng hóa chất (trộn vôi, ximăng), và phương pháp nén trước, bơm hút chân không. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại đất và điều kiện thi công.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập tài liệu khảo sát địa chất khu vực xây dựng, số liệu thí nghiệm cơ lý đất nền, báo cáo thi công và các tài liệu chuyên ngành liên quan.

  • Phân tích và tính toán: Áp dụng các công thức tính toán thiết kế móng, cọc cát, mô phỏng mô hình toán học bằng phần mềm FoSSA để đánh giá biến dạng, lún nền sau xử lý.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu diễn ra trong năm 2017, bao gồm khảo sát thực địa, thu thập số liệu, phân tích, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu khảo sát địa chất được lấy từ nhiều điểm khoan trong khu vực xây dựng, đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ nền đất yếu. Phương pháp phân tích lựa chọn dựa trên tính khả thi và độ chính xác cao trong mô phỏng biến dạng nền.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm nền đất yếu tại khu vực xây dựng: Lớp đất yếu có chiều dày khoảng 17m, gồm đất sét mềm bão hòa nước, cát mịn và than bùn, với hệ số rỗng e > 1, sức kháng cắt dưới 0,15 daN/cm², mô đun biến dạng E < 5000 kN/m². Độ lún tính toán theo thời gian có thể lên đến 50-70 cm nếu không xử lý.

  2. Hiệu quả của phương pháp cọc cát: Việc sử dụng cọc cát với chiều dài 18-20m, khoảng cách bố trí hợp lý giúp giảm thời gian lún từ khoảng 20 năm xuống còn 1 năm, tăng sức kháng cắt của đất nền lên gấp 2 lần, đồng thời giảm biến dạng không đều. Số lượng cọc cát được tính toán dựa trên diện tích nền cần gia cố và hệ số rỗng sau xử lý.

  3. Phương pháp gia cố bằng bắc thấm kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không: Giúp tăng nhanh quá trình cổ kết đất yếu, giảm độ lún và tăng cường độ kháng cắt. Thời gian thi công rút ngắn đáng kể so với phương pháp truyền thống, phù hợp với tiến độ dự án.

  4. Tác động của tốc độ thi công đến độ ổn định nền: Tốc độ tăng tải trọng chậm trong giai đoạn đầu thi công giúp tăng cường độ chống cắt của đất nền, giảm nguy cơ lún không đều và nứt kết cấu công trình.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy các phương pháp xử lý nền đất yếu hiện đại như cọc cát và bắc thấm kết hợp gia tải trước có hiệu quả vượt trội so với các biện pháp truyền thống như làm chặt bề mặt hay thay đổi móng. Việc mô phỏng bằng phần mềm FoSSA minh họa rõ ràng sự giảm lún và biến dạng không đều sau xử lý, thể hiện qua các biểu đồ lún theo thời gian và phân bố ứng suất trong nền.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, phương pháp cọc cát được đánh giá cao về tính kinh tế và kỹ thuật, đặc biệt trong điều kiện địa chất đồng bằng sông Cửu Long. Phương pháp bơm hút chân không cũng được khuyến nghị áp dụng rộng rãi do khả năng rút ngắn thời gian thi công và tăng độ ổn định nền.

Tuy nhiên, việc lựa chọn giải pháp cần cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên đặc điểm địa chất cụ thể, chi phí đầu tư và yêu cầu tiến độ dự án. Ngoài ra, cần chú ý đến việc kiểm soát tốc độ thi công và theo dõi biến dạng nền trong suốt quá trình thi công để đảm bảo hiệu quả xử lý.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp cọc cát cho khu vực lắp đặt dây chuyền thiết bị: Thiết kế cọc cát với chiều dài 18-20m, khoảng cách bố trí phù hợp để đảm bảo nền đất được nén chặt đồng đều, giảm lún và tăng sức chịu tải. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 6-8 tháng, do nhà thầu thi công và giám sát kỹ thuật thực hiện.

  2. Kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không: Sử dụng bắc thấm (PVD) để tăng tốc độ thoát nước lỗ rỗng, giảm thời gian cổ kết đất yếu. Giải pháp này nên được triển khai đồng thời với gia tải trước, đảm bảo nền đất đạt độ ổn định cần thiết trước khi xây dựng kết cấu chính. Thời gian thi công khoảng 4-6 tháng, do đơn vị chuyên môn thực hiện.

  3. Kiểm soát tốc độ thi công và theo dõi biến dạng nền: Đề xuất xây dựng kế hoạch thi công với tốc độ tăng tải trọng chậm trong giai đoạn đầu, kết hợp lắp đặt hệ thống quan trắc độ lún, áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị ngang để kịp thời điều chỉnh biện pháp thi công. Chủ đầu tư và nhà thầu cần phối hợp chặt chẽ trong công tác giám sát.

  4. Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp phân cách và gia cường: Ứng dụng vải địa kỹ thuật để ngăn chặn sự trộn lẫn giữa đất đắp và đất yếu, tăng khả năng chịu tải và ổn định mái dốc. Giải pháp này giúp kéo dài tuổi thọ công trình và giảm chi phí bảo trì. Thời gian thi công đồng bộ với các biện pháp xử lý nền khác.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư địa kỹ thuật và thiết kế công trình: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về xử lý nền đất yếu, giúp kỹ sư lựa chọn giải pháp phù hợp cho các dự án xây dựng trên nền đất yếu.

  2. Nhà thầu thi công xây dựng: Tham khảo các phương pháp thi công cọc cát, bơm hút chân không và gia tải trước, từ đó áp dụng hiệu quả trong thực tế, đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình.

  3. Chuyên gia quản lý dự án và chủ đầu tư: Hiểu rõ các giải pháp xử lý nền, đánh giá chi phí, thời gian và hiệu quả kỹ thuật để đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, giảm thiểu rủi ro trong quá trình xây dựng.

  4. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng, địa kỹ thuật: Tài liệu nghiên cứu chi tiết về các phương pháp xử lý nền đất yếu, mô hình tính toán và ứng dụng thực tế, phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập nâng cao.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải xử lý nền đất yếu trước khi xây dựng công trình?
    Xử lý nền đất yếu giúp tăng khả năng chịu tải, giảm độ lún và biến dạng không đều, đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình. Ví dụ, tại Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1, xử lý nền giúp giảm lún từ 50-70 cm xuống mức cho phép.

  2. Phương pháp cọc cát có ưu điểm gì so với móng cọc truyền thống?
    Cọc cát giúp nén chặt đất xung quanh, giảm thời gian lún từ khoảng 20 năm xuống còn 1 năm, tăng sức kháng cắt gấp 2 lần, đồng thời chi phí thấp và thi công đơn giản hơn.

  3. Gia tải trước kết hợp bơm hút chân không hoạt động như thế nào?
    Gia tải trước tạo áp lực nén lên nền đất, trong khi bơm hút chân không giúp thoát nước lỗ rỗng nhanh chóng, tăng tốc độ cổ kết đất yếu, rút ngắn thời gian thi công và nâng cao độ ổn định nền.

  4. Làm thế nào để kiểm soát biến dạng nền trong quá trình thi công?
    Lắp đặt hệ thống quan trắc độ lún, áp lực nước lỗ rỗng và chuyển vị ngang, kết hợp điều chỉnh tốc độ thi công theo kết quả quan trắc để đảm bảo nền đất ổn định.

  5. Vải địa kỹ thuật có vai trò gì trong xử lý nền đất yếu?
    Vải địa kỹ thuật làm lớp phân cách ngăn chặn sự trộn lẫn đất đắp và đất yếu, gia cường mái dốc, tăng khả năng chịu tải và kéo dài tuổi thọ công trình, đồng thời hỗ trợ tiêu thoát nước hiệu quả.

Kết luận

  • Đất yếu tại khu vực xây dựng Nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 có đặc điểm cơ lý phức tạp, đòi hỏi các giải pháp xử lý nền chuyên sâu.
  • Phương pháp cọc cát và bơm hút chân không kết hợp gia tải trước được xác định là giải pháp tối ưu, giảm thời gian lún và tăng độ ổn định nền.
  • Việc kiểm soát tốc độ thi công và theo dõi biến dạng nền là yếu tố then chốt đảm bảo hiệu quả xử lý.
  • Ứng dụng vải địa kỹ thuật giúp gia cường và phân cách các lớp đất, nâng cao tính bền vững công trình.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các dự án xây dựng trên nền đất yếu, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả đầu tư.

Tiếp theo, đề xuất triển khai thí điểm giải pháp cọc cát kết hợp bơm hút chân không tại khu vực lắp đặt dây chuyền thiết bị, đồng thời xây dựng kế hoạch quan trắc và giám sát thi công chi tiết. Các bên liên quan cần phối hợp chặt chẽ để đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình.

Hành động ngay: Liên hệ chuyên gia địa kỹ thuật để tư vấn chi tiết và lập kế hoạch thi công phù hợp với điều kiện thực tế dự án.