Đặt vấn đề nghiên cứu Đã có rất nhiều phương pháp để gia cố nền đất yếu, đặc biệt là những vùng đất yếu ở Nam bộ. Một số các phương pháp đó như: Dùng đệm cát, cọc cát, trụ vật liệu rời thoát nước thẳng đứng, trụ đất - xi măng, đất - vôi, cát - xi măng, bấc thấm, bản nhựa. Nói chung là đều tìm cách gia tải và cưỡng bức làm thoát nước để đất cố kết nhanh. Phương pháp bơm hút chân không là một trong những phương pháp gia cố nền đất sét yếu.
Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là: nếu cách ly được mặt đất và lớp không khí bên trên và hút chân không khu vực cô lập, trong khu vực này áp lực trong lỗ rỗng gồm áp lực khí và áp lực nước sẽ hạ thấp, ứng suất hữu hiệu gia tăng lượng tương ứng gây biến dạng co khối đất, mặt đất lún xuống. Ưu điểm của phương pháp bơm hút chân không là khắc phục được những nhược điểm của phương pháp gia tải trước bằng đất đắp: Hạn chế hiện tượng trượt ở chân khối đắp do không phải đắp đất gia tải Rút ngắn thời gian thi công do không phải gia tải theo từng cấp Tiết kiệm chi phí mua và vận chuyển đất đắp gia tải Tuy nhiên để áp dụng được phương pháp này đòi hỏi công nghệ phức tạp hơn. Trong trường hợp vùng xử lý có một lớp thấu kính cát mỏng thoát nước tốt xuất hiện tại một độ sâu nào đó trong vùng cần xử lý, khi đó hiệu quả cải tạo nền chỉ ảnh hưởng chủ yếu ở phần trên lớp thấu kính cát mà không cải tạo được đáng kể vùng bên dưới lớp thấu kính cát, để tránh tình trạng thất thoát áp lực từ lớp thấu kính cát có 2 phương án được đưa ra là: Sử dụng tường vây đóng xuyên qua lớp thấu kính cát với mục đích là ngăn cản sự thoát nước từ lớp cát vào bấc thấm -2- Sử dụng tường đất – bentonite để tạo hệ thống kín khí cho khu vực nền cần xử lý. Hiện nay, việc ứng dụng tường đất – bentonite trong xử lý chống thấm cho thân đê đập công trình thủy lợi đã có những thành công và đạt hiệu quả cao về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Tuy nhiên việc ứng dụng tường đất – bentonite trong công tác xử lý nền, đặc biệt là trong công tác xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không đang chỉ mới triển khai ở những bước đầu. Trên cơ sở nghiện cứu , đề tài sẽ đưa ra những số liệu và nhận xét định hướng để góp phần hoàn thiện hơn việc ứng dụng công trình này một cách khoa học và hiệu quả hơn. Mục tiêu nghiên cứu: Trên cơ sở tổng hợp các kết quả nghiên cứu đánh giá đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn bentonite, tiến hành thí nghiệm trên các mẫu cát – bentonite với các hàm lượng bentonite khác nhau. Từ đó: Xác định hệ số thấm của mẫu cát trước và sau khi trộn bentonite Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bentonite và các yếu tố khác tới hệ số thấm của cát trộn bentonite Kiểm tra kết quả thí nghiệm hệ số thấm trong trường hợp thí nghiệm cột áp giảm dần và thấm trong buồng nén ba trục Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bentonite tới cường độ kháng nén nở hông của cát trộn bentonite Đánh giá ứng dụng của tường đất – bentonite trong xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm khi nền đất có lớp thấu kính cát xen kẹp.
Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được chọn trong đề tài là: Thí nghiệm trong phòng và xây dựng các tương quan giữa các yếu tố: hàm lượng bentonite và hệ số thấm của hỗn hợp cát – bentonite. Thí nghiệm trong phòng và xây dựng các tương quan giữa các yếu tố: hàm lượng bentonite và cường độ kháng nén nở hông của hỗn hợp cát – bentonite. Mô phỏng tính toán độ cố kết của nền trong phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong 2 trường hợp: có tường cát bentonite và không có tường cát bentonite bao quanh phạm vi bơm hút chân không. Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ của đề tài, học viên tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonite tới hệ số thấm và cường độ kháng nén nở hông của đất cát trộn bentonite Phương pháp xác định hệ số thấm dựa trên cơ sở lý thuyết của định luật thấm Darcy.
Mô phỏng ảnh hưởng của tường cát – bentonite trong phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm với trường hợp nền đất có lớp thấu kính cát xen kẹp bằng phương pháp phần tử hữu hạn. -4- CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG ĐẤT BENTONITE 2. Cấu trúc của bentonite Bentonite là một loại đất sét tự nhiên được nghiền thành bột và đóng thành bao. Khi trộn với nước tạo thành chất huyền phù THIXOTROPIC, có các thuộc tính của bentonite như: thủy hóa, nở, độ hút nước, độ nhớt, tính xúc biến được ứng dụng nhiều trong các nghành như khuôn đúc, luyện kim, xây dựng dân dụng, công nghiệp khoan, địa kỹ thuật, cải thiện môi trường, nông nghiệp, mỹ phẩm và y tế.
Hình 1: Bột Bentonite -5- Hình 2: Hạt bentonite nhìn dưới kính hiển vi điện tử Thành phần khoáng: Monmorilonit: 77,3% Thạch anh: 6,0% Dolomit: 10,0% Hydromica: 6,7% Hàm lượng cát: 0,2 - 0,7%. Công thức cấu trúc: (Na,Ca) 0.nH2O -6- Hình 3: Cấu trúc của hạt bentonite Hình 4: Quá trình trương nở của bentonite khi gặp nước -7- 2. Các ứng dụng của tường đất – bentonite: Độ thấm là các tham số quan trọng trong việc thiết kế và thực hiện các loại tường chống thấm phục vụ cho công trình thủy lợi, xây dựng và cầu đường. Tính thấm của vật liệu đệm và màng ngăn cản độ ẩm là một khía cạnh quan trọng.
Nhìn chung đất sét là một trong số các vật liệu được xem là phù hợp cho mục đích này. Tuy nhiên việc sử dụng đất sét làm nảy sinh các vấn đề về nứt do co ngót trong thời gian khô hạn. Do đó một hỗn hợp của đất sét với đất đang được nghiên cứu và ngày càng trở nên phổ biến thay cho hỗn hợp đất sét tinh khiết. Hỗn hợp đất sét – đất không những thể hiện tính kinh tế của vật liệu mà còn làm tăng cường độ của đất trong một số trường hợp nhất định.
Hiện nay, việc sử dụng các loại tường chống thấm bằng đất – bentonite đang trở nên ngày càng phổ biến. Trong công trình thủy lợi tường hào bentonite có tác dụng như một tường cừ chống thấm, dòng thấm bị hạn chế đáng kể sau khi đi qua hào này. Có thể kể đến một số công trình tiêu biểu như: Dài Sâu Khối lượng Công trình TT (m) (m) (m3) Dầu Tiếng: - H18-H22 162 33 3,630 1 - H22-H33 350 39 8,136 - Suối Đá 140 25 2,664 2 Hồ Am Chúa 2,800 3 Hồ Iakao 21 3,200 4 Hồ Dương Đông 331 24 3,119 5 Hồ Iasup 1 780 21 15,300 -8- Hình 5: Tường hào bentonite chống thấm cho công trình thủy lợi Các chỉ tiêu về tính chất cơ lý của vật liệu làm tường chống thấm trong thủy lợi phải đảm bảo các yêu cầu sau [16]: Hệ số thấm của tường: Hệ số thấm tối đa không lớn hơn k=10 –5 cm/s, tối thiểu không nhỏ hơn k=10 –6 cm/s, nếu chọn yêu cầu thấm lớn hơn k=10 –5 cm/s thì đi theo đó các chỉ tiêu về cường độ, gradien thấm cho phép nhỏ, nếu chọn hệ số thấm nhỏ hơn k=10 –6 cm/s thì sẽ rất khó cho công tác thi công Cường độ chịu nén nở hông tối thiểu được quy định theo độ chênh áp lực nước trước và sau tường, các công trình đã thi công thường quy định >1,5kg/cm2. Trong công tác xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm, tường đất – bentonite cũng được ứng dụng để làm tường kín khí bao quanh phạm vi khu vực bơm hút chân không.
-9- Hình 6: Sơ đồ bố trí hệ thống tường đất trộn bentonite Các chỉ tiêu về tính chất cơ lý của hệ thống tường sét như sau: Hệ số thấm của tường theo Loan T.DAM [9]: Hệ số thấm tối đa không lớn hơn k=10 –5 cm/s Dung trọng tự nhiên lớn hơn 13 kN/m3 Hình 7: Mặt bằng bố trí hệ thống tường sét - 10 - 2. Phương pháp thi công tường đất – bentonite 2. Chuẩn bị thi công Cọc đất Bentonite chỉ được thi công sau khi đã làm bằng phẳng mặt phẳng thi công. Mặt bằng sau khi san lấp sẽ phải là bằng phẳng tương đối để đảm bảo dễ dàng cho máy cở sở đứng và định vị nhanh chóng tim và độ thẳng đứng của cọc.
Trong quá trình thi công nhà thầu nếu cần thiết sẽ sử dụng một máy xúc kèm theo để làm công tác nền cho máy chính. Công tác thoát nước cho thi công cọc chỉ có tác dụng trong mùa mưa. Nhà thầu sẽ bố trí các máy đào để khơi dòng chảy thoát nước mặt, tránh nước mưa trực tiếp vào các hố khoan. Công tác dọn dẹp bùn trồi lên trong thi công, nhà thầu sẽ bố trí nhân công, máy đào và xe vận chuyển ra khỏi vị trí khoan, nơi đổ theo sự chỉ định của chủ đầu tư Chuẩn bị dụng cụ che đậy trời nắng cũng như mưa để đảm bảo chất lượng cũng như tuổi thọ thiết bị.
Các bước trong quá trình thi công Bước 1: Định vị tim cọc. Các mốc chính sẽ được xác định bằng công tác trắc đạc. Từ các mốc chính các nhân viên kĩ thuật sẽ định vị tim cọc bằng thước với sai số cho phép. Các tim cọc được đánh dấu bằng cách đóng một que sắt hoặc tre gỗ.
Bước 2: Di chuyển máy đến vị trí khoan, định vị mũi khoan vào đúng vị trí cắm đánh dấu tim cọc, điều chỉnh phương thẳng đứng của cọc. Bước 3: Nạp Bentonite và nước vào bồn trộn. Quá trình này được định lượng bằng đo đạc theo tỉ lệ trộn 4:1. Bước 4: Tiến hành khoan và bơm vữa, quá trình khoan thực hiện 2 chu trình lên xuống.
Vữa sẽ được bơm bằng áp lực cao lên xuống trong chu trình đầu và xuống trong chu trình kế tiếp, tùy theo địa chất và yêu cầu kĩ thuật của hồ sơ thiết kế để đạt được chất lượng cao nhất có thể. - 11 - Bước 5: Di chuyển máy khoan sang cọc kế tiếp.
