Đặt vấn đề Trong thời kì hội nhập hiện nay, quá trình đô thị hóa và pháp triển dân số đòi hỏi các công trình cơ sở hạ tầng, như : xây dựng dân dụng, công nghiệp, thủy lợi hay giao thông (cầu, đường bộ, hải cảng, sân bay) được nhà nước quan tâm đầu tư ngày càng nhiều, nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội. Do điều kiện hạn chế về quỹ đất nên đòi hỏi các công trình này phải đặt trên những vị trí (vùng đất yếu) mà trước đây được xem là không thích hợp. Những vùng đất yếu có tính chịu tải thấp và thể hiện tính nén lún lớn khi có tải tác dụng. Do đó để đảm bảo điều kiện ổn định của nền và điều kiện bền vững của công trình thì không thể tránh khỏi việc xử lý nền đất trước khi xây dựng nhằm ngăn chặn những thiệt hại gây ra cho công trình.
Hiện nay, các biện pháp xử lý nền đất yếu tiên tiến trên thế giới đã được áp dụng vào các công trình trong nước và mang lại nhiều thành công về hiệu quả và thời gian. Một trong những phương pháp xử lý nền đất yếu mang lại hiệu quả cao đó là phương pháp cố kết chân không, có hiệu quả nhanh hơn các phương pháp gia tải đơn thuần khác, với áp lực chân không thông thường 80kPa được giữ không đổi trong suốt quá trình xử lý nền. Hiện nay, phương pháp này được kết hợp với nhiều phương pháp xử lý nền khác, như kết hợp với phương pháp gia tải đất đắp, được áp dụng vào một số công trình tại nước ta như: Công trình Nhà máy khí điện đạm Cà Mau; Nhà máy điện Nhơn Trạch 2….với các nhà thầu trong và ngoài nước tham gia thiết kế và thi công. Bản thân phương pháp hút chân không cũng đã được cải tiến với nhiều hình thức khác nhau, ứng với các trường hợp cụ thể nhằm tăng hiệu quả cho việc xử lý nền đất yếu, như kết hợp với hệ thống phân tách khí-nước tại Công trình đường cao tốc Maizuru- Wakasa dài 162km đặt tại quận Fukui, Nhật Bản và còn nhiều hình thức ứng dụng phương pháp hút chân không sẽ được đề cập trong luận văn.
Phương pháp cố kết chân không cho thấy rất nhiều ưu điểm về tiến độ, kinh tế và thực sự là một trong các phương pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả sẽ được áp dụng phổ biến trong tương lai. Gia tải chân không thường gây ra chuyển vị ngang hướng vào trong nền công trình, trong khi tải trọng của khối đắp thường gây ra chuyển vị ngang hướng ra khỏi nền công trình. Do đó, về mặt khái niệm thì ta có thể kết hợp gia tải chân không và khối đắp để giảm thiểu chuyển vị ngang tổng thể của công trình, đặc biệt là khi khu vực cần xử lý nằm tiếp giáp với công trình hay kết cấu hiện có. Đó là lý do ~2~ tác giả chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu chuyển vị ngang của đất nền trong điều kiện gia tải đất đắp kết hợp áp lực chân không”.
Mục tiêu nghiên cứu đặt ra đối với đề tài là Đề tài nghiên cứu những nội dung cụ thể sau: Phân tích các dữ liệu quan trắc thực tế nhằm minh họa mô hình của phương pháp cố kết chân không kết hợp gia tải trước bằng khối đắp và bấc thấm trên phần mềm phần tử hữu hạn. Nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng lên chuyển vị ngang của đất nền khi ứng dụng phương pháp gia tải chân không kết hợp đất đắp. Nghiên cứu phương pháp có thể xác định xu hướng chuyển vị ngang của đất nền khi ứng dụng phương pháp gia tải chân không kết hợp đất đắp. Phạm vi nghiên cứu Công trình nhà máy chế biến gỗ MDF VRG Kiên Giang.
Mô phỏng bằng phần mềm Geostudio 2007. Sử dụng số liệu quan trắc để kiểm tra độ lún, chuyển vị ngang, áp lực nước lỗ rỗng của nền đất. Nghiên cứu mở rộng các bài toán xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nền bằng phương pháp hút chân không kết hợp gia tải khối đắp và bấc thấm. Phƣơng pháp nghiên cứu Trên cơ sở tổng hợp, phân tích những nghiên cứu khoa học về các phương pháp cố kết chân không ở nước ta và trên thế giới.
Từ đó,ứng dụng những đề xuất hợp lý vào nghiên cứu này. Tổng hợp các tài liệu liên quan về phương pháp cố kết chân không tại công trình xây dựng cảng Nhà máy chế biến gỗ MDF VRG Kiên Giang từ đó nghiên cứu lý thuyết tính toán, đưa ra mô hình tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Geostudio. So sánh kết quả tính lý thuyết theo mô hình và kết quả quan trắc thực tế của công trình từ đó đưa ra kết luận về tính chính xác của mô hình và lý thuyết tính toán. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài Ưu điểm của phương pháp xử lý nền bằng cố kết chân không là thi công nhanh, giảm khả năng mất ổn đỉnh nền đất trong thời gian xử lý nền, giảm khối lượng cát gia tải ~3~ bằng cát đắp truyền thống.
Nếu tiếp tục nghiên cứu để làm chủ công nghệ thì đây là phương pháp phù hợp, có thể áp dụng phổ biến trong tương lai, thay thế cho phương pháp gia tải truyền thống. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên chuyển vị ngang của đất nền khi ứng dụng phương pháp gia tải chân không kết hợp đất đắp, từ đó rút ra phương pháp giảm thiểu chuyển vị ngang đất nền. ~4~ CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƢỚI NỀN BẰNG PHƢƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG 1. Giới thiệu chung Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý và cải tạo nền đất yếu khác nhau được sử dụng với mục đích làm tăng sức chịu tải và giảm tính nén lún của nền đất.
Việc lựa chọn phương pháp nào để xử lý nền đất là phụ thuộc vào cấu tạo địa chất, các đặc tính của đất, chi phí xử lý, điều kiện sẵn có của vật liệu cần thiết và kinh nghiệm xử lý nền trước đây. Nhìn chung có thể chia các phương pháp xử lý nền thành hai loại: Loại thứ nhất bao gồm các phương pháp xử lý mà trong đó người ta sử dụng vật liệu rời bên ngoài để gia cố nền như: cột đá, cột đất trộn với các tác nhân hóa học, phụt vữa xi măng… nhằm làm cho các vật liêu này cùng tham gia chịu lực với đất nền. Nguyên lý chính là tận dụng độ cứng lớn của các vật liệu được đưa vào nền để phân phối lại tải trọng bên trên theo độ cứng, nhờ vậy nền đất yếu sẽ phải chịu tải trọng nhỏ hơn tương ứng với sức chịu tải của nó. Ngoài ra, các phương pháp này cũng góp phần làm tăng các chỉ tiêu cơ lý của đất nền tùy theo loại đất, phương pháp xử lý và thi công.
Loại thứ hai bao gồm các phương pháp xử lý làm cho đất nền cố kết do tác dụng thoát nước như: bấc thấm, giếng cát kết hợp gia tải trước, bơm hút chân không hoặc bơm hút chân không kết hợp gia tải trước… mục đích đẩy nhanh tốc độ thoát nước và rút ngằn thời gian cố kết của nền đất. Trong chương này tác giả lần lượt giới thiệu về các phương pháp xử lý nền có liên quan đến phương pháp bơm hút chân không. Gia tải trƣớc bằng đất đắp Một trong những phương pháp nhằm cải tạo các tính chất của đất là phương pháp gia tải trước. Một cách tổng quan, gia tải trước là quá trình nén đất bằng ứng suất thẳng đứng do con người tạo ra trước khi thi công công trình.
Việc gia tải trước ảnh hưởng đến các yếu tố như độ lún cố kết sơ cấp, thứ cấp và sức chống cắt không thoát nước của đất. Tải trọng dùng để gia tải trước có các dạng như đất đắp, bể chứa nước, hút chân không và thường được sử dụng kết hợp với phương pháp giếng thấm. Phương pháp gia tải trước đơn giản nhất là phương pháp sử dụng đất (đá, cát…) đắp lên bề mặt đất cần gia cố để tạo áp lực tác dụng. Khi tải trọng đặt trên nền đất yếu thì ~5~ lúc đầu nước lỗ rỗng sẽ gánh chịu.
Áp lực nước lỗ rỗng sẽ giảm dần khi nước lỗ rỗng thấm theo phương đứng ra khỏi nền đất, làm cho nền đất cố kết. Để không gây ra sự mất ổn định cho đất nền thì tải trọng phải được thi công thành hai hay nhiều giai đoạn. Đôi khi việc chất tải theo phương pháp này không khả thi do chiều cao phải chất tải quá lớn, đất nền quá yếu hoặc nguồn vật liệu dùng để gia tải ở cách xa vị trí thi công.1: Gia tải trước bằng đất đắp trên nền đất yếu. Giếng thấm Lún cố kết luôn gây ra nhiều vấn đề đố với nền móng công trình, hệ số thấm của sét yếu rất nhỏ cho nên độ lún cố kết chỉ kết thúc sau một thời gian khá lâu.
Để rút ngắn thời gian cố kết người ta dùng kỹ thuật giếng thấm kết hợp với các phương pháp gia tải trước. Dưới tác dụng của gia tải, gradient thủy lực của nước trong lỗ rỗng gia tăng làm cho nước thấm theo phương ngang vào các giếng thấm và sau đó nước sẽ thấm tự do một cách nhanh chóng theo giếng thấm lên trên bề mặt. Như vậy dùng giếng thấm sẽ rút ngắn được chiều dài đường thấm cho nên thời gian cố kết cũng rút ngắn được đáng kể. Giếng thấm có hai chức năng rõ rệt là rút ngắn thời gian cố kết và tăng nhanh sức chống cắt để nền công trình ổn định hơn.
Giếng thấm có các loại như giếng cát, giếng thấm chế tạo sẵn.v… Trong những năm 1930, ứng dụng đầu tiên của giếng thấm cát được thực hiện tại California. Tại Thụy Điển, trong cùng thập kỷ này, Kjellman giới thiệu nguyên mẫu đầu tiên của bấc thấm chế tạo trước (PVD) làm từ bìa cứng các-tông (Jamiolkowski et al. Từ đó, nó tiếp tục được phát triển và bây giờ đã có hơn trăm loại bấc thấm khác nhau xuất hiện. Như trong hình 1.2, lắp đặt PVD trong đất tạo ra những đường thoát nước nhân tạo.
Hơn nữa, gia tải trước bởi tải phụ tải, áp lực chân không hay kết ~6~ hợp cả hai sẽ tác động đến độ dốc thủy lực, cho phép nước lỗ rỗng chảy nhanh hơn theo phương ngang hướng đến PVD. Sau đó, nước lỗ rỗng có thể chảy tự do dọc theo PVD hướng đến lớp đất có tính thấm. Việc này đẩy nhanh quá trình cố kết của đất sét trầm tích yếu, làm gia tăng cường độ của đất cũng như giảm đi tính nén lún và tính thấm của đất.
