ĐẶT VẤN ĐỀ Phương pháp bấc thấm hút chân không có kết hợp đắp đất gia tải hoặc không (VCM) là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng phổ biến ở Việt Nam và trên Thế giới. Hiện tại, ở Việt Nam đang sử dụng lời giải giải tích cố kết một chiều để tính toán thiết kế xử lý nền là chủ yếu. Với phương pháp tính này thì không phân tích được sự thay đổi áp lực nước lỗ rộng thặng dư trong nền, sự chuyển vị ngang của nền và không xét được sự thay đổi hệ số thấm của nền đất trong quá trình cố kết…. Để giải quyết các vấn đề nêu trên thì việc áp dụng phương pháp số, với các phần mềm như GeoStudio, ABAQUS, và Plaxis để tính toán xử lý nền đã được áp dụng phổ biến ở Thế giới.
Tuy nhiên vẫn chưa được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam. Vì vậy việc nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn, cụ thể là phần mềm Plaxis, để tính toán xử lý nền nói chung và xử lý nền bằng hút chân không nói riêng cho Việt Nam hiện tại là cần thiết. ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU Tính toán mô phỏng bấc thấm kết hợp hút chân không xử lý nền đất yếu bằng phương pháp số chưa thật sự phổ biến tại Việt Nam. Với sự phát triển nhanh của các cơ sở hạ tầng giao thông, khu công nghiệp, đê kè.
như hiện nay ở Việt Nam. Các kỹ sư cần một công cụ tính toán nhanh và phản ánh đúng ứng xử thực tế là cần thiết. Chính vì thế việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm Plaxis và lựa chọn ra mô hình phù hợp (mô hình 2D hay 3D; mô hình bấc thấm lý tưởng hay không lý tưởng) sẽ giúp các kỹ sư tiết kiệm được thời gian, tăng độ chính xác giữa thiết kế và thi công, và có một phương pháp tính toán phản ánh toàn diện trạng thái ứng suất, chuyển vị của nền đất so với thực tế thi công. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.
Nghiên cứu sự khác biệt giữa mô hình 2D và mô hình 3D. Nghiên cứu sự khác biệt giữa mô hình bấc thấm lý tưởng và bấc thấm không lý tưởng so với kết quả quan trắc thực tế thi công. Nghiên cứu đánh giá chiều sâu tối ưu của mũi bấc thấm so với đáy lớp đất yếu, trong trường hợp địa chất bên dưới lớp đất yếu là tầng cát. Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp khai báo tải trọng hút chân không.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp số, cụ thể là ứng dụng phần mềm plaxis, được sử dụng để tính toán, phân tích, và nghiên cứu. Các thông số địa chất và số liệu quan trắc thực tế tại công trình được thu thập và tổng hợp. Các mô hình 2D, 3D được mô phỏng theo nhiều cách thức khác nhau nhằm đánh giá sự tương quan và hợp lý của mô hình so với kết quả quan trắc. Từ đó tìm ra mô hình phù hợp cho quá trình mô phỏng xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết hút chân không kết hợp gia tải đắp bổ sung.
Bên cạnh đó, thực hiện các nghiên cứu mở rộng với số liệu địa chất giả định, nhằm tìm ra chiều sâu cắm bấc thấm tối ưu, cũng như cách thức khai báo tải hút chân không khi thực hiện mô phỏng bằng phương pháp số. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Vùng đất bùn sét ở Quận 2- Thành phố Hồ Chí Minh được phân tích nhằm đánh giá sự phù hợp và khả năng ứng dụng phần mềm Plaxis vào phân tích giải pháp xử lý nền đất yếu bằng VCM cho các vùng đất yếu trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ KIẾN Kết quả nghiên cứu dự kiến đưa ra giải pháp mô phỏng phù hợp bằng phần mềm Plaxis cho việc thiết kế VCM. Đánh giá sự phù hợp của việc mô phỏng bằng bấc thấm lý tưởng hay không lý tưởng với thực tế thi công.
Đánh giá được chiều sâu cắm bấc tối ưu khi bên dưới đất yếu là cát. Đánh giá và khẳng định được cách áp tải chân không trong mô hình tính toán phù hợp với thực tế thi công. Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU Kết quả nghiên cứu khẳng định được tính khả thi của việc áp dụng phương pháp số trong việc mô phỏng tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu là tài liệu để tham khảo và áp dụng rộng 3 rãi phương pháp số, mà cụ thể là phần mềm Plaxis, trong việc toán xử lý nền đất yếu tại Việt Nam.
TỔ CHỨC LUẬN VĂN Luận văn được tổ chức gồm sáu chương chính và hai phụ lục. Chương 0: Mở đầu -luận văn giới thiệu các vấn đề liên quan về đề tài nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và kết quả nghiên cứu. Chương 1: Tổng quan phương pháp cố kết hút chân không và vị trí khảo sát đánh giá – Trình bày tổng quan về công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cố kết hút chân không, nguyên lý và cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình mô phỏng cố kết hút chân không bằng phần tử hữu hạn. Trình bày vị trí đánh giá xử lý tại Dự án Saigon Sport City, các thông số địa chất, quá trình và tiến độ theo thực tế thi công Chương 2: Cơ sở lý thuyết – trình bày các cơ sở lý thuyết ứng dụng trong quá trình nghiên cứu.
Chương 3: Nghiên cứu sự khác biệt giữa mô hình 3D và mô hình 2D – Trình bày Mô phỏng hút chân không kết hợp gia tải cát bổ sung bằng mô hình 2D, 3D và so sánh với kết quả quan trắc thực tế thi công. Chương 4: Nghiên cứu chiều sâu tối ưu của mũi bấc thấm và sự khác biệt giữa mô hình bấc thấm lý tưởng và không lý tưởng – Trình bày mô phỏng hút chân không kết hợp gia tải cát bổ sung bằng mô hình 3D cho hai trường hợp bấc thấm lý tưởng, không lý tưởng. Trình bày mô phỏng hút chân không kết hợp gia tải cát bổ sung bằng mô hình 3D với các chiều sâu cắm bấc thấm khác nhau, trong đó bên dưới vùng nền đất yếu được xử lý là tầng cát thoát nước tốt Chương 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp khai báo tải hút chân không. Phụ lục A – Kết quả khảo sát địa chất – Trình bày các kết quả khảo sát địa chất tại khu vực xử lý.
Phụ lục B- Kết quả tính toán- trình bày kết quả tính toán của các mô hình. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG 1. Nền Đất Yếu. Khi xây dựng các công trình thì đặc tính chịu tải của nền đất có ý nghĩa quyết định đến sự ổn định của công trình trong quá trình vận hành dưới tác dụng của các tải trọng thường xuyên, tạm thời và cả tải trọng đặc biệt, tránh được các hậu quả khôn lường do các hiện tượng lún, lún không đều, sạt, trượt… Tuy nhiên do yêu cầu về dân sinh và giao thông, rất nhiều công trình không có khả năng lựa chọn linh hoạt địa điểm thi công như công trình xây dựng đô thị ven sông, ven biển, đường giao thông, đê điều, cầu, cảng… Các công trình này bắt buộc phải được xây dựng trên nền đất có đặc tính chịu tải kém, gọi chung là nền đất yếu (Nguyễn Chiến et al.
Có rất nhiều quan niệm khác nhau về nền đất yếu. Nếu nền đất không đủ khả năng chịu tải, không đủ độ bền và có độ biến dạng lớn, cần phải gia cố mới có thể thi công và vận hành công trình thì gọi là đất yếu (Lê Xuân Mai et al. Đây là một quan niệm mang tính vận dụng cao, được chấp nhận rộng rãi, tuy nhiên quan niệm này lại không có hạn định rõ ràng vì đối với một số công trình, một nền cụ thể có thể coi là nền đất yếu, nhưng đối với một số công trình khác thì không. Điểm này gây khó khăn cho việc quy hoạch xây dựng công trình.
Một quan niệm khác cho rằng, đất yếu là đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng (50-100 kPa), có tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (E < 5000 kPa) (Nguyễn Quang Chiêu, 2012). Đối với xây dựng đường ô tô, theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000, nền đất yếu có thể là đất sét, sét pha bụi mềm, bùn, than bùn và đất hữu cơ. Tất cả các loại đất này được được bồi tụ trong nước một cách khác nhau, với đất sét mềm được bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển. Ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e ≥ 1,5; đất sét pha e ≥ 1,0), cường 5 độ lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 15 kPa, góc ma sát trong < 100, hoặc cường độ lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 35 kPa.
Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật phát triển, thối rửa và phân hủy tạo ra các trầm tích hữu cơ lẫn trầm tích khoáng vật gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm (20-80)%. Trong điều kiện tự nhiên than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún có thể đạt (3-8) kPa-1 (22TCN-262, 2000). Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức chống cắt không thoát nước Su và chỉ số xuyên tiêu chuẩn N như sau (Phạm Văn Long, 2005): - Đất rất yếu: Su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2; - Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4. Tóm lại, nền đất yếu là nền đất không thuận lợi cho việc xây dựng công trình.
Xây dựng công trình trên nền đất yếu đòi hỏi phải xử lý nền thật tốt để đảm bảo an toàn cho việc xây dựng và vận hành (Nguyễn Chiến et al. Lịch sử hình thành và phát triển của phương pháp VCM Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1952 bởi tiến sĩ W. Sau đó bài toán cố kết hút chân không được nghiên cứu bởi giáo sư J. Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới.
Đến những năm 70, VCM được ứng dụng rộng rãi ở Nga và Nhật, nhưng ở giai đoạn này VCM được bao bởi tường chống thấm quanh khu vực xử lý. Năm 1989, Công ty xây dựng Menard (Pháp) dựa trên các kết quả nghiên cứu và phát minh của giáo sư J.