Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt tại các đồng bằng sông Hồng, sông Mê Kông và đồng bằng sông Cửu Long, nơi tập trung nhiều công trình công nghiệp và hạ tầng quan trọng. Đất yếu thường có sức chịu tải thấp, độ nén lún lớn và tính ổn định kém, gây ra nhiều khó khăn trong xây dựng. Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1, với công suất 1.200 MW, đặt tại huyện Châu Thành, tỉnh Hậu Giang, nằm trên nền đất yếu với chiều dày đất yếu từ 15,5 đến 17,5 m, đòi hỏi giải pháp xử lý nền hiệu quả để đảm bảo an toàn và ổn định công trình.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá và thiết kế giải pháp xử lý nền zone 1 của nhà máy bằng phương pháp bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải, nhằm tăng sức chịu tải, giảm độ lún dư và rút ngắn thời gian cố kết nền. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào khu vực zone 1 với diện tích gần 10 ha, thời gian xử lý dự kiến dưới 120 ngày, đảm bảo độ lún dư không vượt quá 20 cm. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ xử lý nền hiện đại, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả thi công và khai thác nhà máy nhiệt điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải, bao gồm:

  • Lý thuyết sức kháng cắt và kiểm tra sức chịu tải nền: Sử dụng công thức tính sức kháng cắt tăng lên do cố kết nền, với hệ số hiệu chỉnh η và áp lực hiệu quả tăng thêm từ gia tải và hút chân không.

  • Mô hình ổn định mái dốc theo phương pháp Bishop: Phân tích hệ số an toàn trượt của mái đắp cát trong quá trình thi công và gia tải, đảm bảo hệ số an toàn lớn hơn 1,2 theo tiêu chuẩn xây dựng.

  • Lý thuyết tính lún cố kết và lún từ biến: Áp dụng các công thức tính lún tổng cộng, lún cố kết theo thời gian và lún từ biến dựa trên các chỉ số nén, hệ số rỗng và áp lực tiền cố kết của từng lớp đất.

  • Mô hình thoát nước và độ cố kết nền: Tính toán độ cố kết tổng hợp theo cả phương đứng và phương ngang, dựa trên các thông số đặc trưng của bấc thấm như chiều dài, đường kính hữu hiệu và hệ số thấm của đất.

Các khái niệm chính bao gồm: đất yếu (đặc biệt là đất sét mềm, bùn và than bùn), bấc thấm, hút chân không, gia tải trước, độ lún dư, và mô hình GEO SLOPE trong phân tích ổn định nền.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp khảo sát thực địa, thu thập số liệu địa chất tại khu vực nhà máy, phân tích tài liệu chuyên ngành và áp dụng mô hình toán học. Cỡ mẫu khảo sát gồm các hố khoan điển hình với chiều sâu đến 40 m, lấy mẫu đất để thí nghiệm trong phòng và hiện trường (CPT, SPT, VST). Phương pháp chọn mẫu dựa trên tiêu chí đại diện cho các lớp đất yếu và điều kiện địa chất đặc trưng.

Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm GEO SLOPE để mô phỏng ổn định mái dốc và tính toán lún nền. Quá trình nghiên cứu kéo dài khoảng 6 tháng, bao gồm thu thập số liệu, thiết kế giải pháp, mô phỏng và đánh giá hiệu quả xử lý nền.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Đặc điểm địa chất nền đất yếu zone 1: Lớp đất yếu chủ yếu là bùn sét mềm với chiều dày từ 15,5 đến 17,5 m, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 kPa), sức kháng cắt nhỏ, và độ nén lún cao. Độ lún tổng cộng khi chưa xử lý nền ước tính khoảng 1,6 m.

  2. Hiệu quả xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải: Độ lún tổng cộng sau xử lý tăng lên khoảng 3,1 m trong giai đoạn thi công do gia tải, nhưng độ lún dư trong giai đoạn khai thác giảm xuống còn khoảng 2,3 m, thể hiện sự cố kết nhanh và hiệu quả của giải pháp.

  3. Ổn định mái dốc nền đắp: Phân tích bằng phần mềm GEO SLOPE cho thấy hệ số an toàn trượt đạt 2,83, vượt xa mức tối thiểu 1,2 theo tiêu chuẩn, đảm bảo nền ổn định trong suốt quá trình thi công và khai thác.

  4. Tiết kiệm thời gian và chi phí thi công: Thời gian vận hành hệ thống bơm hút chân không dự kiến khoảng 120 ngày, giảm đáng kể so với phương pháp gia tải truyền thống. Khối lượng cát gia tải giảm nhờ áp dụng hút chân không, tiết kiệm chi phí và giảm tác động môi trường.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải là giải pháp tối ưu cho nền đất yếu có chiều dày lớn và diện tích xử lý rộng như tại nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1. Việc tăng tốc độ cố kết nhờ bấc thấm và hút chân không giúp giảm thời gian thi công và độ lún dư, đồng thời đảm bảo ổn định nền trong quá trình khai thác.

So với các nghiên cứu trước đây về xử lý nền đất yếu bằng gia tải truyền thống hoặc cọc xi măng đất, giải pháp này có ưu điểm vượt trội về mặt thời gian và chi phí. Các biểu đồ độ lún theo thời gian và hệ số an toàn trượt minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp, đồng thời các số liệu quan trắc áp suất chân không và chuyển vị ngang nền hỗ trợ đánh giá chất lượng thi công.

Tuy nhiên, cần lưu ý hạn chế về khả năng thoát nước khi lớp đất yếu quá dày và nguy cơ ô nhiễm môi trường do vật liệu bấc thấm. Việc quan trắc liên tục trong quá trình thi công là cần thiết để kịp thời điều chỉnh biện pháp thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống bấc thấm đồng bộ với hút chân không và gia tải: Tổ chức thi công theo quy trình chuẩn, đảm bảo khoảng cách bấc thấm từ 0,7 đến 1,3 m, duy trì áp lực chân không ổn định trong vòng 120 ngày để đạt độ cố kết > 90%. Chủ thể thực hiện: Nhà thầu thi công và tư vấn giám sát.

  2. Tăng cường quan trắc và kiểm soát chất lượng thi công: Thiết lập mạng lưới quan trắc độ lún, áp suất chân không, chuyển vị ngang nền với chu kỳ đo dày đặc trong giai đoạn gia tải và hút chân không. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và đơn vị tư vấn giám sát.

  3. Áp dụng mô hình mô phỏng và tính toán hiện đại: Sử dụng phần mềm GEO SLOPE và các công cụ tính toán chuyên sâu để dự báo độ lún và ổn định nền, từ đó điều chỉnh thiết kế và thi công phù hợp. Chủ thể thực hiện: Đơn vị thiết kế và nghiên cứu.

  4. Đánh giá và xử lý môi trường sau thi công: Kiểm tra khả năng phân hủy và ảnh hưởng của vật liệu bấc thấm đến môi trường đất, đề xuất biện pháp xử lý hoặc thay thế vật liệu thân thiện hơn trong tương lai. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và cơ quan môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư và chuyên gia địa kỹ thuật: Nghiên cứu chi tiết về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải, áp dụng cho các công trình có nền đất yếu tương tự.

  2. Nhà thầu xây dựng và thi công công trình công nghiệp: Áp dụng quy trình thi công, kiểm soát chất lượng và quản lý dự án hiệu quả trong xử lý nền đất yếu diện rộng.

  3. Cơ quan quản lý dự án và tư vấn giám sát: Sử dụng các tiêu chuẩn, mô hình tính toán và phương pháp quan trắc để đánh giá hiệu quả xử lý nền và đảm bảo an toàn công trình.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng, địa kỹ thuật: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về xử lý nền đất yếu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải là gì?
    Đây là kỹ thuật xử lý nền đất yếu bằng cách cắm các bấc thấm để dẫn nước ra ngoài, kết hợp với hút chân không tạo áp lực âm và gia tải trước để tăng tốc độ cố kết, giảm độ lún và tăng sức chịu tải của nền.

  2. Tại sao chọn giải pháp này cho nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1?
    Phương pháp phù hợp với diện tích lớn, lớp đất yếu dày, tải trọng phân bố đều, giúp rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí và đảm bảo ổn định nền trong thời gian ngắn.

  3. Thời gian xử lý nền dự kiến là bao lâu?
    Thời gian vận hành hệ thống bơm hút chân không khoảng 120 ngày, trong đó có giai đoạn gia tải và duy trì áp lực chân không để đạt độ cố kết trên 90%.

  4. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng thi công?
    Thông qua mạng lưới quan trắc độ lún, áp suất chân không, chuyển vị ngang nền với chu kỳ đo thường xuyên, kết hợp thí nghiệm hiện trường và phòng thí nghiệm để đánh giá hiệu quả xử lý.

  5. Giải pháp này có nhược điểm gì?
    Hiệu quả thoát nước giảm khi lớp đất yếu quá dày, vật liệu bấc thấm có thể gây ô nhiễm môi trường sau nhiều năm, cần quan trắc và xử lý môi trường phù hợp.

Kết luận

  • Đất yếu tại zone 1 nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 có đặc điểm bùn sét mềm, chiều dày 15,5-17,5 m, cần xử lý nền để đảm bảo ổn định công trình.
  • Phương pháp bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải là giải pháp tối ưu, giúp tăng tốc độ cố kết, giảm độ lún dư và thời gian thi công.
  • Kết quả mô phỏng và quan trắc cho thấy hệ số an toàn mái dốc đạt 2,83, độ lún dư giảm đáng kể trong giai đoạn khai thác.
  • Giải pháp tiết kiệm chi phí, giảm khối lượng cát gia tải và thân thiện môi trường hơn so với phương pháp truyền thống.
  • Đề xuất triển khai đồng bộ hệ thống bấc thấm, hút chân không, gia tải và quan trắc liên tục để đảm bảo hiệu quả và an toàn công trình.

Hành động tiếp theo: Áp dụng thiết kế và quy trình thi công đã nghiên cứu cho dự án, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các công trình nền đất yếu khác tại Việt Nam.