Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp hút chân không kết hợp sử dụng bấc thấm xử lý nền đất yếu tại đường cao tốc long thành dầu giây và ứng dụng xử lý nền đất yếu các công trình tại thành phố tân an tỉnh long an

Phương pháp hút chân không kết hợp bấc thấm xử lý nền đất yếu hiệu quả tại đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây và ứng dụng tại Tân An, Long An.

• Tác giả: Nguyễn Quốc An
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Minh Thụ
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu phương pháp hút chân không kết hợp sử dụng bấc thấm xử lý nền đất yếu tại đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây và ứng dụng xử lý nền đất yếu các công trình tại thành phố Tân An – tỉnh Long An
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Khái niệm quá trình cố kết
• 1.2. Khái niệm phương pháp gia tải trước bằng hút chân không
• 1.3. Tiến trình gia tải trước bằng chân không
• 1.4. Ứng dụng thực tế của phương pháp cố kết chân không trong các công trình xây dựng hiện nay
• 1.5. Phương pháp cố kết chân không
• 1.6. Nguyên lý làm việc của phương pháp thi công có màng kín khí
• 1.7. Nguyên lý làm việc của phương pháp thi công không có màng kín khí
• 1.8. Nội dung phương pháp cố kết chân không
• 1.9. Nguyên lý làm việc, ứng dụng và phương pháp thi công bấc thấm trong quá trình xử lý nền đất yếu
• 1.10. Ứng dụng của bấc thấm trong phương pháp gia tải trước
• 1.11. Phương pháp thi công bấc thấm
• 1.12. Ứng dụng của việc sử dụng bấc thấm trong phương pháp gia tải trước và hút chân không
• 1.13. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG
• 2.1. Nội dung của phân tích bài toán CKCK
• 2.2. Định hướng về tổng quan và kiểm toán bài toán CKCK
• 2.3. Các phương pháp nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng CKCK
• 2.3.1. Phương pháp lý thuyết
• 2.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.3.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.4. Các phương pháp giải bài toán CKCK
• 2.5. Mục đích của CKCK
• 2.6. Các tác nhân tạo nên cố kết thấm
• 2.7. Các bài toán cố kết thấm
• 2.8. Các phương pháp giải bài toán cố kết thấm
• 2.9. Phương pháp cố kết lún nén tương đương
• 2.10. Phương pháp cố kết thấm có cọc thấm (Barron - Terzaghi)
• 2.11. Độ cố kết toàn phần so với độ cố kết theo phương đứng
• 2.12. Khoảng cách và đường kính của cọc thấm
• 2.13. Phương pháp giải cho bài toán cố kết chân không
• 2.14. Tính toán thiết kế xử lý nền bằng gia tải bơm hút chân không
• 2.15. Tính toán thiết kế các thông số kỹ thuật
• 2.15.1. Chiều dày lớp gia tải kín khí
• 2.15.2. Chiều dài bấc thấm
• 2.15.3. Đường kính bấc thấm
• 2.15.4. Lưu lượng bấc thấm
• 2.16. Vùng ảnh hưởng và cách cắm bấc thấm
• 2.17. Máy bơm, hệ thống ống nối và đồng hồ đo áp lực
• 2.18. Tính toán dự báo lún
• 2.18.1. Lựa chọn các phần mềm tính toán
• 2.18.2. Dự báo lún bằng phương pháp Asaoka
• 2.18.3. Phương pháp dự báo truyền thống
• 2.18.4. Phương pháp dự đoán độ lún cố kết cuối cùng với giả thiết đường cong lún là đường cong hypecbôn
• 2.18.5. Phương pháp dự đoán độ lún cố kết cuối cùng theo ba điểm có số liệu đo lún thực (phương pháp ba điểm)
• 2.19. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHƯƠNG HÚT CHÂN KHÔNG
• 3.1. Giới thiệu chung về công trình
• 3.2. Phạm vi dự án
• 3.3. Các hạng mục chính của công trình
• 3.4. Quy mô – tiêu chuẩn kỹ thuật chính của dự án
• 3.5. Điều kiện tự nhiên
• 3.6. Vị trí địa lý, điều kiện địa hình, địa mạo
• 3.7. Địa chất công trình (báo cáo khảo sát địa chất đính kèm Phụ lục 1)
• 3.8. Khí tượng, thủy văn công trình, sông
• 3.9. Phương án mặt cắt ngang
• 3.10. Các tiêu chí thiết kế. Yêu cầu thiết kế
• 3.11. Tính toán ổn định
• 3.12. Kết quả tính toán khi chưa xử lý
• 3.13. Kiểm tra tính toán lún theo phương pháp giải tích
• 3.14. Kiểm tra tính toán ổn định bằng phần mềm GEO-SLOPE/W
• 3.15. Lựa chọn phần mềm tính toán
• 3.16. Kết quả tính toán ổn định bằng GEO-SLOPE/W
• 3.17. Tính toán cố kết chân không bằng phần mềm Plaxis 8
• 3.17.1. Giới thiệu chung về phần mềm Plaxis 8
• 3.17.2. Một số vấn đề trong việc ứng dụng phần mềm Plaxis 8.2 để tính toán nền đường đắp trên đất yếu
• 3.17.3. Mô hình bài toán
• 3.17.4. Loại phần tử
• 3.17.5. Mô hình tiếp xúc
• 3.17.6. Các mô hình nền đất (Modeling Soil Behavior)
• 3.17.7. Tính toán nền đường đắp trên đất yếu khi sử dụng biện pháp cố kết chân không theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis
• 3.17.8. Khai báo các yếu tố hình học của bài toán
• 3.17.9. Sơ đồ tính toán của bài toán
• 3.17.10. Khai báo mô hình tính toán trong Plaxis
• 3.17.11. Khai báo điều kiện biên
• 3.17.12. Xuất kết quả tính toán
• 3.18. Xét ảnh hưởng từ khoảng cách cắm của bấc thấm
• 3.19. Khi khoảng cách giữa các bấc thấm thay đổi
• 3.20. Tổng hợp ảnh hưởng của khoảng cách cắm bấc thấm
• 3.21. Xét ảnh hưởng chiều dài cắm bấc thấm thay đổi 15m; 20 m; 25m khi khoảng cách cắm bấc thấm 1m không thay đổi
• 3.22. Khi chiều dài bấc thấm là 15m (Lbt = 15m)
• 3.23. Khi chiều dài bấc thấm là 20 m (Lbt =20m)
• 3.24. Tổng hợp ảnh hưởng của chiều dài bấc thấm
• 3.25. Kết luận Chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phương pháp hút chân không

Phương pháp hút chân không (CKHCK) là một trong những giải pháp tiên tiến trong xử lý nền đất yếu. Quá trình này bao gồm việc tạo ra áp lực chân không để hút nước ra khỏi đất, từ đó làm tăng độ chặt và sức chịu tải của nền đất. Theo các nghiên cứu, phương pháp này có thể chia thành hai giai đoạn chính: cố kết sơ cấp và cố kết thứ cấp. Cố kết sơ cấp diễn ra khi nước trong đất thoát ra ngoài, trong khi cố kết thứ cấp là quá trình dịch chuyển của các phân tử đất sau khi nước đã thoát hết. Việc áp dụng phương pháp này không chỉ giúp cải thiện tính chất cơ lý của nền đất mà còn giảm thiểu độ lún và tăng cường độ ổn định cho các công trình xây dựng. Các công trình như nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 2 đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp này trong thực tế.

1.1 Khái niệm và nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của phương pháp hút chân không dựa trên việc tạo ra áp lực âm trong đất, giúp nước trong lỗ rỗng thoát ra nhanh chóng. Điều này dẫn đến việc giảm thể tích lỗ rỗng và tăng cường độ chặt của đất. Phương pháp này có thể được kết hợp với bấc thấm để tăng cường hiệu quả xử lý. Bấc thấm giúp dẫn nước ra ngoài nhanh hơn, từ đó rút ngắn thời gian cố kết. Việc áp dụng đồng thời hai phương pháp này đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong khả năng chịu tải của nền đất yếu, đặc biệt là trong các công trình giao thông lớn như đường cao tốc Long Thành - Dầu Giây.

II. Phân tích bài toán cố kết chân không

Phân tích bài toán cố kết chân không (CKCK) là một phần quan trọng trong việc áp dụng phương pháp này vào thực tế. Các yếu tố như độ sâu, khoảng cách cắm bấc thấm và áp lực chân không đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình cố kết. Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình này giúp các kỹ sư có cái nhìn tổng quan về hành vi của nền đất dưới tác động của tải trọng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật như chiều dài và đường kính của bấc thấm có thể làm tăng hiệu quả xử lý nền đất yếu. Hơn nữa, việc dự báo lún và tính toán ổn định của nền đất cũng cần được thực hiện một cách chính xác để đảm bảo an toàn cho các công trình.

2.1 Các phương pháp nghiên cứu

Để phân tích bài toán CKCK, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng, bao gồm phương pháp lý thuyết, phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp thực nghiệm. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Phương pháp lý thuyết giúp đưa ra các công thức tính toán cơ bản, trong khi phương pháp phần tử hữu hạn cho phép mô phỏng chi tiết hơn về hành vi của nền đất. Phương pháp thực nghiệm lại cung cấp dữ liệu thực tế để kiểm chứng các giả thuyết. Việc kết hợp các phương pháp này sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong việc thiết kế và thi công các công trình xử lý nền đất yếu.

III. Ứng dụng phương pháp hút chân không tại Tân An Long An

Việc ứng dụng phương pháp hút chân không kết hợp với bấc thấm tại Tân An, Long An đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Địa chất tại khu vực này chủ yếu là đất yếu, do đó việc xử lý nền đất là rất cần thiết. Các công trình xây dựng tại đây đã áp dụng phương pháp này để cải thiện sức chịu tải và giảm độ lún. Kết quả cho thấy, thời gian cố kết được rút ngắn đáng kể, đồng thời độ lún cũng giảm so với các phương pháp truyền thống. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo an toàn cho các công trình giao thông và dân dụng.

3.1 Kết quả và hiệu quả thực tế

Kết quả từ các công trình ứng dụng phương pháp hút chân không cho thấy sự cải thiện rõ rệt về độ ổn định của nền đất. Các chỉ tiêu cơ lý của đất được cải thiện, như giảm hệ số rỗng và tăng cường độ chống cắt. Việc sử dụng phần mềm tính toán như Plaxis 8 đã giúp dự đoán chính xác các thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình thi công. Hơn nữa, việc kiểm tra tính toán lún và ổn định bằng phần mềm cũng đã chứng minh tính hiệu quả của phương pháp này trong thực tế. Các công trình tại Tân An đã trở thành mô hình cho việc áp dụng công nghệ hiện đại trong xử lý nền đất yếu tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Xử lý nền đất yếu là một trong những thách thức lớn trong ngành xây dựng, đặc biệt tại các vùng đồng bằng sông Cửu Long như thành phố Tân An, tỉnh Long An, nơi có địa chất yếu và dễ bị lún sụt. Theo ước tính, việc xử lý nền đất yếu nhằm tăng sức chịu tải, giảm độ lún và cải thiện tính chất cơ lý của đất như giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt và cường độ chống cắt là rất cần thiết để đảm bảo ổn định công trình. Trong bối cảnh đó, phương pháp bơm hút chân không (BHCK) kết hợp sử dụng bấc thấm được xem là giải pháp hiện đại, có khả năng đẩy nhanh quá trình cố kết đất chỉ trong thời gian ngắn, từ vài tháng thay vì 6 tháng đến 2 năm như các phương pháp truyền thống.

Mục tiêu nghiên cứu là tìm hiểu nguyên lý, trình tự và phạm vi ứng dụng của công nghệ cố kết hút chân không, đồng thời xác định các thông số kỹ thuật như mật độ bấc thấm, áp lực bơm hút, thời gian cố kết phù hợp với loại đất tại Long An. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào xử lý nền đất yếu tại đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây và các công trình xây dựng tại thành phố Tân An trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2014. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học và kỹ thuật để áp dụng hiệu quả phương pháp BHCK kết hợp bấc thấm, góp phần nâng cao chất lượng và rút ngắn thời gian thi công các công trình xây dựng trên nền đất yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về quá trình cố kết đất, trong đó phân biệt rõ hai giai đoạn cố kết sơ cấp và cố kết thứ cấp. Quá trình cố kết sơ cấp là sự thoát nước từ các lỗ rỗng trong đất, làm giảm hệ số rỗng và tăng mật độ đất, còn cố kết thứ cấp là sự tái sắp xếp các phân tử đất sau khi nước đã thoát hết. Phương pháp gia tải trước bằng hút chân không (CKHCK) được áp dụng nhằm tạo ra áp lực âm trong đất, thúc đẩy quá trình thoát nước và tăng ứng suất hiệu quả, từ đó đẩy nhanh quá trình cố kết.

Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình cố kết chân không, kết hợp với các phương pháp lý thuyết như phương pháp cố kết lún nén tương đương và phương pháp cố kết thấm có cọc thấm Barron-Terzaghi. Các khái niệm chính bao gồm: áp lực nước lỗ rỗng, độ cố kết theo phương đứng và phương ngang, khoảng cách và chiều dài bấc thấm, cũng như các thông số kỹ thuật như áp suất chân không, hệ số thấm khí, và lưu lượng bơm hút.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ khảo sát địa chất thực tế tại các công trình đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây và thành phố Tân An, kết hợp với số liệu thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định các thông số kỹ thuật của đất và bấc thấm. Cỡ mẫu khảo sát bao gồm nhiều điểm lấy mẫu đất với chiều sâu từ 10 đến 50 mét, đảm bảo đại diện cho điều kiện địa chất khu vực.

Phương pháp phân tích chính là mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 8.2 và GEO-SLOPE/W, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán áp lực nước lỗ rỗng, độ lún và hệ số ổn định nền đất trước và sau xử lý. Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, phân tích mô hình, thí nghiệm và kiểm chứng kết quả thực tế tại công trình. Việc so sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc thực tế giúp đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp BHCK kết hợp bấc thấm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng tốc độ cố kết đất nền: Ứng dụng BHCK kết hợp bấc thấm đã rút ngắn thời gian cố kết đất từ 6-24 tháng xuống còn khoảng 5 tháng, đạt tới 90% độ cố kết cuối cùng. Số liệu tại nhà máy khí điện đạm Cà Mau cho thấy thời gian cố kết giảm 60-70% so với phương pháp truyền thống.

2. Giảm độ lún nền đất: Kết quả tính toán và quan trắc thực tế cho thấy độ lún nền đất sau xử lý giảm trung bình 25-30% so với nền chưa xử lý, với hệ số an toàn nền đất tăng từ 1,35 lên 1,445, đảm bảo ổn định công trình.

3. Ảnh hưởng của khoảng cách và chiều dài bấc thấm: Khi khoảng cách cắm bấc thấm giảm từ 2m xuống 1m, độ cố kết tăng lên khoảng 15%, đồng thời chiều dài bấc thấm tăng từ 15m lên 20m cũng làm tăng độ cố kết trung bình thêm 10%. Điều này được minh họa qua các biểu đồ độ lún và áp lực nước lỗ rỗng dư trong phần mềm Plaxis.

4. Hiệu quả thi công và chi phí: Phương pháp BHCK không có màng kín khí đơn giản hơn về mặt thi công nhưng yêu cầu lớp gia tải kín khí dày hơn, làm tăng chi phí vật liệu. Ngược lại, phương pháp MVC có màng kín khí giảm được khối lượng gia tải nhưng đòi hỏi kỹ thuật hàn nối màng và kiểm soát kín khí nghiêm ngặt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng tốc độ cố kết là do áp lực chân không tạo ra gradient thủy lực lớn, thúc đẩy nước trong lỗ rỗng thoát nhanh qua bấc thấm. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với các công trình tại Thượng Hải và Nhật Bản, nơi phương pháp BHCK đã được áp dụng thành công từ những năm 1960. Việc giảm khoảng cách và tăng chiều dài bấc thấm làm tăng diện tích thoát nước, từ đó nâng cao hiệu quả cố kết.

Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp còn phụ thuộc vào khả năng làm kín khí và điều kiện địa chất cụ thể, đặc biệt là đối với các tầng cát xen kẹp có hệ số thấm cao, nơi áp lực chân không khó duy trì. So sánh với các phương pháp truyền thống như đệm cát hay cọc đất trộn xi măng, BHCK kết hợp bấc thấm có ưu điểm vượt trội về thời gian thi công và chất lượng nền đất sau xử lý.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa áp lực chân không, thời gian cố kết và độ lún nền đất, cũng như bảng so sánh hệ số ổn định và chi phí thi công giữa các phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường kiểm soát kín khí trong thi công: Để đảm bảo hiệu quả BHCK, cần áp dụng các biện pháp kỹ thuật như sử dụng màng địa kỹ thuật chất lượng cao, kiểm tra và sửa chữa kịp thời các vị trí rách thủng, đồng thời đào rãnh và sử dụng dung dịch bentonite để làm kín mép biên. Chủ thể thực hiện là nhà thầu thi công, trong vòng 1-2 tháng đầu triển khai dự án.

2. Tối ưu hóa khoảng cách và chiều dài bấc thấm: Khuyến nghị thiết kế khoảng cách bấc thấm không vượt quá 1m và chiều dài bấc thấm từ 20m trở lên để tăng hiệu quả thoát nước và cố kết. Chủ thể thực hiện là đơn vị thiết kế kỹ thuật, áp dụng trong giai đoạn thiết kế dự án.

3. Kết hợp gia tải tạm thời hợp lý: Sử dụng gia tải tạm thời với chiều dày phù hợp (2-3m) để hỗ trợ quá trình cố kết, đồng thời sử dụng bệ phản áp để tăng độ ổn định nền trong quá trình thi công. Chủ thể thực hiện là nhà thầu thi công, theo kế hoạch thi công trong vòng 3-6 tháng.

4. Áp dụng phần mềm mô phỏng hiện đại: Sử dụng phần mềm Plaxis 8.2 và GEO-SLOPE/W để mô phỏng và dự báo độ lún, áp lực nước lỗ rỗng, giúp điều chỉnh thiết kế và thi công kịp thời. Chủ thể thực hiện là nhóm kỹ thuật thiết kế và giám sát, áp dụng xuyên suốt quá trình chuẩn bị và thi công.

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 phương pháp BHCK kết hợp bấc thấm, giúp tối ưu thiết kế xử lý nền đất yếu, giảm thiểu rủi ro lún sụt.

2. Nhà thầu thi công xây dựng: Tham khảo quy trình thi công, các lưu ý kỹ thuật về làm kín khí, lắp đặt bấc thấm và vận hành hệ thống bơm hút chân không để nâng cao hiệu quả thi công và giảm chi phí.

3. Chủ đầu tư và quản lý dự án: Hiểu rõ về ưu nhược điểm, chi phí và tiến độ thi công phương pháp BHCK, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Tài liệu tham khảo phong phú về lý thuyết cố kết, mô hình phần tử hữu hạn và ứng dụng thực tế, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp xử lý nền đất yếu mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp BHCK kết hợp bấc thấm có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống?
   Phương pháp này rút ngắn thời gian cố kết từ 6-24 tháng xuống còn khoảng 5 tháng, giảm độ lún nền đất 25-30%, đồng thời giảm chi phí vật liệu gia tải và diện tích chiếm dụng. Ví dụ tại nhà máy khí điện đạm Cà Mau, thời gian cố kết giảm đáng kể so với đệm cát truyền thống.

2. Có giới hạn về độ sâu xử lý bằng phương pháp BHCK không?
   Phương pháp hiệu quả nhất với độ sâu xử lý từ 10 đến 50 mét. Đối với nền đất có tầng cát xen kẹp hoặc hệ số thấm cao, hiệu quả giảm do khó duy trì áp lực chân không. Cần kết hợp các biện pháp gia tải bổ sung trong trường hợp này.

3. Làm thế nào để đảm bảo hệ thống kín khí trong thi công BHCK?
   Sử dụng màng địa kỹ thuật chất lượng cao, kiểm tra kỹ các mối nối, sử dụng dung dịch bentonite để làm kín mép biên, đồng thời lấp rãnh và ngập nước để tăng độ kín. Việc này giúp duy trì áp lực chân không ổn định trong suốt quá trình thi công.

4. Khoảng cách và chiều dài bấc thấm ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả cố kết?
   Giảm khoảng cách bấc thấm xuống 1m và tăng chiều dài bấc thấm lên 20m giúp tăng diện tích thoát nước, nâng cao độ cố kết trung bình khoảng 10-15%. Thiết kế này được khuyến nghị áp dụng để tối ưu hiệu quả xử lý nền.

5. Phần mềm nào được sử dụng để mô phỏng quá trình cố kết chân không?
   Phần mềm Plaxis 8.2 và GEO-SLOPE/W được sử dụng phổ biến để mô phỏng áp lực nước lỗ rỗng, độ lún và hệ số ổn định nền đất. Các phần mềm này giúp dự báo chính xác và điều chỉnh thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế.

Kết luận

• Phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm là giải pháp hiệu quả, rút ngắn thời gian cố kết đất yếu từ 6-24 tháng xuống còn khoảng 5 tháng.
• Việc tối ưu khoảng cách và chiều dài bấc thấm đóng vai trò quan trọng trong nâng cao hiệu quả cố kết và giảm độ lún nền đất.
• Ứng dụng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn giúp dự báo chính xác và kiểm soát chất lượng thi công.
• Cần chú trọng kỹ thuật làm kín khí và kiểm soát áp lực chân không để đảm bảo hiệu quả thi công.
• Đề xuất áp dụng rộng rãi phương pháp này cho các công trình xây dựng tại vùng địa chất yếu như Long An, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các điều kiện địa chất phức tạp hơn.

Tiếp theo, các bước nghiên cứu sẽ tập trung vào hoàn thiện quy trình thi công, đánh giá chi phí thực tế và mở rộng ứng dụng cho các công trình giao thông, công nghiệp tại các vùng đất yếu khác. Quý độc giả và chuyên gia được mời tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nền đất yếu trong thực tiễn xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Khái niệm quá trình cố kết Cố kết đất là quá trình nền đất lún xuống theo thời gian và dần theo thời gian nền đất chặt lại. Có thể coi quá trình cố kết chia làm hai giai đoạn chính là: - Cố kết sơ cấp: Quá trình nước trong đất thoát ra ngoài, lỗ rỗng trong đất thu hẹp lại, làm cho đất dần chặt lại. - Cố kết thứ cấp: Quá trình nước trong nền đất đã thoát hết ra ngoài nhưng các phân tử đất vẫn tiếp tục dịch chuyển trượt lên nhau đến vị trí ổn định hơn.

Khái niệm phương pháp gia tải trước bằng hút chân không Gia tải trước được tiến hành ngoài hiện trường bằng cách chất khối tải kéo dài thời gian trên nền. - Tiến trình gia tải trước bằng chân không: + Tiến trình này được thực hiện thông qua vài hay nhiều lần làm áp lực bằng chân không sao cho thích hợp để xử lý nền, từ đó hạ thấp tỷ lệ chứa nước trong nền đất, nâng cao mật độ nền đất, sức chịu tải của nền đất, giảm sự sụt lún sau khi thi công và sự sụt lún sai khác ở trong nền đất yếu. + Theo các chuyên gia kỹ thuật trong lĩnh vực xử lý nền đất yếu thì phương pháp này sẽ tạo ra được một áp lực khống chế sức tải của nền mặt đất, tạo độ dày cần thiết theo yêu cầu kỹ thuật, khống chế được độ lún và tạo độ lún đồng đều cho nền đất. - Ứng dụng phương pháp cố kết hút chân không (viết tắt CKHCK) vào thực tế các công trình xây dựng hiện nay tại Việt Nam: + Ở Việt Nam, phương pháp xử lý nền đất yếu bằng CKHCK lần đầu được áp dụng tại cụm công trình khí điện đạm Cà Mau vào năm 2002 bởi một nhà thầu Pháp và với giá thành khá cao.

Mãi đến năm 2008, khi mà công ty đầu tiên của Việt Nam là Công ty CP Kỹ thuật nền móng và công trình ngầm FECON trực tiếp thi công, đưa công nghệ này vào dự án nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 2 với giá bằng 5 40% của nhà thầu Pháp thì bài toán giá thành cho phương pháp thi công này mới được giải quyết, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam. + Sau khi thành công với dự án này thì nhiều dự án trọng điểm khác đã áp dụng được và triển khai thành công như: Nhà máy xơ sợi tổng hợp polyester Đình Vũ (Hải Phòng), công trình Kho lạnh LPG Thị Vải (Bà Rịa - Vũng Tàu), nhà máy Nhiệt điện Long Phú 1 (Sóc Trăng), nhà máy Nhiệt điện Duyên Hải 1 (Trà Vinh), nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 2, Khu liên hợp thép Formosa Hà Tĩnh và gần đây nhất là dự án đường cao tốc Hồ Chí Minh Long Thành - Dầu Giây… 1. Tiến trình gia tải trước bằng chân không Để giảm thiểu bề dày nền đắp sử dụng trong hệ thoát nước đứng, cần phải áp dụng lực hút chân không trực tiếp đến hệ thống thoát nước đứng nhằm tạo ra một gradient thủy lực lớn hơn để tăng tốc quá trình thoát nước và cố kết của nền đất yếu.Lực hút chân không thực tế tương tự như sự tác dụng của việc gia tải trên nền đất yếu.Phương pháp này thông thường được xem như phương pháp cố kết chân không. Phương pháp cố kết chân không được giới thiệu trong khu vực trong thập niên vừa qua và một vài dự án ở Việt Nam đã áp dụng trong công tác xử lý đất yếu có bề dày khá sâu tương đối thành công.

Trong phương pháp bấc thấm PVD thông thường, việc gia tải từng cấp cần kiểm soát độ ổn định thông qua sự gia tăng sức kháng cắt do cố kết, tuy nhiên trong phương pháp cố kết chân không ứng suất có hiệu tăng trong khi ứng suất cắt tăng rất ít, tạo ra sự tăng ứng suất có hiệu với độ ổn định tốt hơn. Thông thường, lực hút chân không đạt 6 tấn/m2 hay 60 kPa có thêm tác dụng lên vùng giảm áp có xử lý bấc thấm được trình bày như Hình 1. Hiệu quả của phương pháp phụ thuộc rất lớn vào việc cách ly vùng chân không trong khu vực giảm áp và sự phân bố chân không trong các đường thoát nước. Do đó, đường thoát nước được thiết kế sao cho có thể chịu được áp lực chân không; bất kỳ đường thoát nước nào bị hỏng cũng kéo theo hậu quả rất xấu, như sự phá hoại nền đường hay độ cố kết không đạt yêu cầu.

6 Mỗi công ty xử lý nền sẽ chọn ra hệ thống chân không riêng cho mình từ kiểu thoát nước đến các kiểu kết nối vào hệ thống chân không. Do đó, việc thi công thông thường được tiến hành theo các hướng dẫn cơ bản từ chủ đầu tư. Ngoài việc tác dụng lực hút chân không, cần phải gia tải trên vùng giảm áp nhằm gia tăng ứng suất tổng trên nền đất yếu, kết quả sẽ tăng tốc quá trình cố kết và giảm thời gian cố kết. Tuy nhiên cũng lưu ý rằng, việc gia tải cũng có giới hạn vì độ ổn định của nền đắp cũng như trong phương pháp PVD gia tải trước.

Do đó, để gia tải lớn cần phải đắp theo giai đoạn hay đặt thêm bệ phản áp nhằm tăng độ ổn định trong quá trình cố kết như trên Hình 1. Do bề dày nền đắp giảm (do lực hút), bệ phản áp (nếu cần) có thể nhỏ hơn, ngắn hơn so với trong trường hợp sử dụng phương pháp bấc thấm thông thường.2: Phương pháp cố kết chân không cách ly bằng vải 7 Hình 1. Phương pháp cố kết chân bằng ống hút trực tiếp Mặt cắt tiêu biểu phương pháp cố kết chân không với các bề dày đắp khác nhau: Hình 1. Phương pháp cố kết chân khi đắp nền đường đến 4m 8 Hình 1.

Phương pháp cố kết chân khi đắp nền đường cao hơn 4m 1. Ứng dụng thực tế của phương pháp cố kết chân không trong các công trình xây dựng hiện nay Công nghệ này đã được Uỷ ban Khoa học Thượng Hải (Trung Quốc) giám định “đạt tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế”, hiện đang được áp dụng tại nhiều công trình xây dựng cảng biển, đường bộ và đường hàng không, được nhiều quốc gia đón nhận trong đó có Việt Nam. Ở Nhật Bản, phương pháp này được sử dụng thường xuyên trong xây dựngcông trình từ những năm 1960 đến 1980. Sân bay Quốc tế Phố Đông Thượng Hải 9 Ở Trung Quốc, công trình sửa chữa, mở rộng đường băng số 2 Sân bay Quốc tế Phố Đông Thượng Hải (Hình 1.6) là một phương án “sân bay hướng ra đại dương”.

Sau khi sử dụng công nghệ này không chỉ giải quyết được vấn đề lún sâu của nền đất trên bờ biển mà còn tiết kiệm được tiền vốn đầu tư. Hơn nữa chất lượng công trình được các chuyên gia đánh giá “tốt nhất, vượt xa yêu cầu thiết kế”. Công trình Cảng Tân Thành khi sử dụng công nghệ mới này đã tiết kiệm được 360 triệu nhân dân tệ. Ngoài ra còn nhiều công trình khác như: công trình xử lý nền đất ở cảng Tam Kỳ, Ninh Ba, Chiết Giang (Trung Quốc) cũng dùng công nghệ hút chân không, tiết kiệm được 73 triệu nhân dân tệ.

Trong gần 3 năm, riêng khu vực Thượng Hải đã tiết kiệm được 1 tỷ nhân dân tệ khi sử dụng phương pháp này. Ở Việt Nam, tại nhà nhà máy khí điện đạm Cà Mau, 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. Thời gian dự tính kết thúc 90% cố kết là 5 tháng tại nhà nhà máy khí điện đạm Cà Mau.

Trong khi thiết bị thi công không phức tạp. Tuy nhiên, ứng xử thực sự của phương pháp này trong xây dựng chưa tốt vì một số nguyên nhân dưới đây: - 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 Sau Thái Lan, Hàn Quốc, Malaysia, Việt Nam có thể nằm vào danh sách những nước ở châu Á có sử dụng thành công công nghệ bơm hút chân không. Giải pháp này là lựa chọn lý tưởng cho phương pháp tiêu nước thẳng đứng và gia tải đối 10 với công trình đòi hỏi tốc độ thi công nhanh, đặc biệt đối với đất yếu khi mà ổn định của khối đất đắp giảm mạnh khi đắp. Với diện tích rất lớn có đất yếu cùng với nhu cầu phát triển không gian đô thị, sự cạn kiệt nguồn vật liệu làm tăng gia chất tải, phương pháp cố kết chân không đặc biệt phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Phương pháp cố kết chân không Phương pháp cố kết hút chân không (gọi tắt là CKHCK) là phương pháp gia cố nền đất yếu bằng chân không, được áp dụng trên một diện tích nền đất được bao bởi các tấm màng (hoặc không có) và kết hợp với bấc thấm nhằm bơm thoát nước lỗ rỗng tồn tại trong nền đất, làm giảm hệ số lỗ rỗng, tăng liên kết giữa các phân tử đất nhằm tăng sức chịu tải của nền đất khi xây dựng các công trình. Nguyên lý làm việc của phương pháp thi công có màng kín khí Màng kín khí thông thường là màng địa kỹ thuật (geo-membrane), màng này có tác dụng bao kín toàn bộ mặt bằng khu vực cần gia cố. Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí trong nền đất được rút ra, tạo một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó hình thành một gia tải phụ do sự chênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng kín khí (Hình 1. Đại diện của nhóm phương pháp thi công HCK có màng kín khí là phương pháp Menard Vacuum Consolidation có khi gọi tắt là phương pháp MVC.

Khi thi công MVC cần lưu ý các yêu cầu kỹ thuật sau: - Duy trì hệ thống thoát nước sao cho hoạt động có hiệu quả nằm dưới màng chống thấm nhằm để thoát nước và khí trong nền trong suốt quá trình bơm hút, không để tắt hoặc hở.