Luận văn thạc sĩ địa kỹ thuật xây dựng nghiên cứu vai trò của bấc thấm ngang lên sự ổn định và biến dạng của công trình nền đất đắp cao 35m phi trường noto nhật bản

Nghiên cứu vai trò của bấc thấm ngang trong ổn định công trình nền đất đắp cao 35m tại phi trường Noto, Nhật Bản, phân tích hiệu quả kỹ thuật.

• Tác giả: Đàm Xuân Thế
• Người hướng dẫn: TS. Trần Tuấn Anh
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu vai trò của bấc thấm ngang trong ổn định công trình nền đất đắp cao 35m tại phi trường Noto, Nhật Bản
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẤC THẤM VÀ TÁC DỤNG CỦA BẤC THẤM ĐỐI VỚI VIỆC TĂNG NHANH QUÁ TRÌNH CỐ KẾT CHO NỀN ĐẤT YẾU
• 1.1. Khái niệm đất yếu
• 1.2. Vùng ảnh hưởng của giếng thấm
• 1.3. Các đặc trưng của giếng thấm
• 1.4. Tổng quan về bấc thấm ngang và tính năng sử dụng
• 1.5. Điểm qua các công trình nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã công bố trong nước và quốc tế
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM
• 2.1. Thiết kế cấu tạo
• 2.2. Tính toán độ lún tổng cộng
• 2.3. Tính độ lún theo thời gian
• 2.4. Tính toán ổn định
• 2.5. Tính toán gia tải nén trước
• 2.6. Tính độ gia tăng cường độ lớp đất yếu
• 2.7. Thi công gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm
• 2.8. Kiểm tra và nghiệm thu công trình
• 2.9. Đánh giá hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN BÀI TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM
• 3.1. Giới thiệu sơ lược về phương pháp phần tử hữu hạn
• 3.2. Mô hình Hardening Soil và những lập luận cơ bản của mô hình Hardening soil
• 3.3. Mô hình Mohr- Coulomb và những lập luận cơ bản của mô hình M-C
• 3.4. Mô hình Soft soil và những lập luận cơ bản của mô hình Soft soil
• 3.5. Mô hình Camclay và những lập luận cơ bản của mô hình Camclay
• 4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI SỰ LÀM VIỆC CỦA BẤC THẤM TỪ KHÔNG GIAN BA CHIỀU (3D) SANG KHÔNG GIAN 2 CHIỀU (2D) NHẰM ỨNG DỤNG CHO VIỆC TÍNH TOÁN BẰNG PLAXIS
• 4.1. Phương pháp chuyển đổi trong điều kiện gia tải trước kết hợp hút chân không
• 4.1.1. Lời giải phân tích áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trung bình của phần tử đối xứng trục
• 4.1.2. Lời giải phân tích đề xuất cho áp lực nước lỗ rỗng thặng dư của phần tử biến dạng phẳng đã loại trừ vùng xáo trộn
• 4.1.3. Công thức chuyển đổi của lưu lượng thấm cho phần tử biến dạng phẳng
• 4.2. Kết quả tính toán sử dụng cho mô phỏng nền đắp bằng Plaxis
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PLAXIS 2D) VỀ NỀN ĐẤT ĐẮP CAO 55M CÔNG TRÌNH PHI TRƯỜNG NOTO, NHẬT BẢN
• 5.1. Giới thiệu chương
• 5.2. Tổng quan về sân bay Noto và quá trình thí nghiệm khối đắp
• 5.3. Mô hình phân tích và kết quả tính toán của khối đắp thí nghiệm
• 5.4. Tính toán theo mô hình Hardening soil
• 5.4.1. Tính toán trong trường hợp tổng quát (lõi thấm bao gồm tính thoát nước và phần tử geogrid)
• 5.4.2. Tính toán trong trường hợp lõi thấm chỉ có tác dụng thấm ngang nhưng không có Phần tử Geogrid ở giữa
• 5.4.3. Tính toán trong trường hợp không có bấc thấm ngang
• 5.4.4. So sánh kết quả tính toán chuyển vị ngang và đứng với quan trắc hiện trường
• 5.4.5. Kết quả tổng giá trị lún trong mô hình Hardening soil
• 5.5. Tính toán theo mô hình Soft soil
• 5.6. So sánh kết quả tính giữa các mô hình khác nhau
• 5.7. Tính toán trên nền đắp chính bằng mô hình Soft soil
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về bấc thấm ngang

Bấc thấm ngang là một trong những giải pháp hiệu quả trong việc xử lý nền đất yếu, đặc biệt là trong các công trình xây dựng có độ cao lớn như tại phi trường Noto, Nhật Bản. Việc sử dụng bấc thấm ngang giúp tăng cường khả năng thoát nước, từ đó rút ngắn thời gian cố kết của nền đất. Theo nghiên cứu, bấc thấm ngang không chỉ có tác dụng thoát nước mà còn gia cường cho nền, chống trượt tại các mái dốc. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nền đất đắp cao 35m, nơi mà áp lực từ đất có thể gây ra biến dạng lớn. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng bấc thấm ngang đã giúp giảm thiểu chuyển vị ngang của khối đắp, cho thấy vai trò quan trọng của nó trong việc ổn định công trình.

1.1. Khái niệm về đất yếu

Đất yếu là loại đất có khả năng chịu tải thấp, thường gặp ở nhiều vùng đồng bằng. Đặc điểm của đất yếu là tính nén lún lớn và thường bảo hòa nước. Việc xử lý đất yếu đòi hỏi các phương pháp kỹ thuật tiên tiến, trong đó có việc sử dụng bấc thấm. Theo Teaghi và Peck (1967), sét rất yếu có cường độ nén đơn nhỏ hơn 25 kPa. Để cải thiện tính chất của đất yếu, các kỹ thuật như gia tải và sử dụng bấc thấm đã được áp dụng rộng rãi. Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng chịu tải mà còn giảm thiểu thời gian cố kết của nền đất.

II. Phương pháp phân tích và tính toán

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được áp dụng để mô phỏng hành vi của nền đất có sử dụng bấc thấm ngang. Phần mềm Plaxis được sử dụng để thực hiện các tính toán, nhằm so sánh với số liệu quan trắc thực tế. Kết quả cho thấy rằng mô hình FEM có khả năng phỏng theo các điều kiện phức tạp tại công trình. Việc tính toán độ ổn định và độ cố kết của nền đắp cao 35m cho thấy sự tương đồng giữa kết quả mô phỏng và thực tế quan sát. Điều này chứng tỏ rằng bấc thấm ngang không chỉ giúp thoát nước mà còn có tác dụng gia cường cho nền đất, từ đó nâng cao độ ổn định của công trình.

2.1. Đánh giá vai trò của bấc thấm

Đánh giá vai trò của bấc thấm ngang trong việc ổn định nền đất đắp là rất quan trọng. Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng bấc thấm đã giúp giảm thiểu biến dạng ngang và đứng của khối đắp. Sự gia cố này không chỉ đến từ khả năng thoát nước mà còn từ ma sát giữa đất và vải địa kỹ thuật. Điều này cho thấy rằng bấc thấm có thể đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất cơ học của nền đất yếu, từ đó nâng cao độ ổn định của công trình.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng bấc thấm ngang trong công trình nền đất đắp cao 35m tại phi trường Noto đã mang lại hiệu quả rõ rệt. Thời gian thi công được rút ngắn, đồng thời độ ổn định của nền đất cũng được cải thiện đáng kể. Các kết quả tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho thấy sự phù hợp với thực tế quan sát, chứng tỏ rằng phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng tương tự. Việc sử dụng bấc thấm không chỉ giúp cải thiện khả năng thoát nước mà còn nâng cao độ bền của nền đất, từ đó đảm bảo an toàn cho các công trình xây dựng.

3.1. Giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao, đặc biệt trong bối cảnh xây dựng các công trình đắp cao tại các khu vực có nền đất yếu. Kết quả đạt được có thể được sử dụng để tính toán thiết kế các công trình đắp cao, giúp rút ngắn thời gian thi công và đảm bảo độ ổn định cho công trình. Việc áp dụng bấc thấm ngang trong các dự án xây dựng không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần nâng cao chất lượng công trình, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỹ thuật xây dựng công trình giao thông và hạ tầng sân bay, việc đắp nền siêu cao bằng vật liệu đất sét pha cát có độ ẩm vượt giới hạn dẻo luôn tiềm ẩn rủi ro mất ổn định và trượt lở mái dốc nghiêm trọng. Công trình phi trường Noto tại Nhật Bản là một case study điển hình với khối đắp san lấp quy mô đặc biệt, chiều cao đạt từ 35m đến 55m thi công với tốc độ rất nhanh. Đất đắp tại đây có hệ số rỗng ban đầu lớn hơn 1.0, giới hạn lỏng vượt quá 50% và sức chống cắt không thoát nước dưới 40 kPa, khiến quá trình cố kết tự nhiên kéo dài hàng chục năm nếu không có giải pháp tiêu thoát nước hỗ trợ.

Vấn đề nghiên cứu cốt lõi đặt ra là làm sáng tỏ cơ chế làm việc của bấc thấm ngang kết hợp vải địa kỹ thuật thoát nước, giải quyết bài toán gia tăng tốc độ cố kết và triệt tiêu áp lực nước lỗ rỗng thặng dư phát sinh trong quá trình đắp nhanh. Mục tiêu cụ thể của đề tài tập trung vào việc:

• Thiết lập mô hình giải tích quy đổi bài toán thấm không gian 3 chiều đối xứng trục sang mô hình bài toán biến dạng phẳng 2 chiều.
• Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng chính xác ứng xử biến dạng và phân tích trường ứng suất của khối đắp.
• Đánh giá vai trò kép của bấc thấm ngang về khả năng tháo nước và tăng cường kháng trượt cho công trình nền đắp cao 35m đến 55m.

Nghiên cứu được triển khai dựa trên cơ sở dữ liệu quan trắc thực nghiệm tại phi trường Noto trong giai đoạn thi công 2009 - 2011. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn: giúp tối ưu hóa tốc độ đắp đất, rút ngắn hơn 50% thời gian chờ lún cố kết, đồng thời duy trì hệ số an toàn ổn định mái dốc luôn lớn hơn 1.25, tạo tiền đề công nghệ cho các dự án lấn biển và san lấp thung lũng sâu tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hệ thống lý thuyết cơ học đất và phương pháp số tiên tiến nhằm mô tả chính xác ứng xử cơ lý của khối đắp:

• Lý thuyết cố kết thấm phi tuyến: Kết hợp phương trình vi phân cố kết đối xứng trục của Rendulic và định luật Carrillo, mở rộng theo mô hình cố kết ngang của Hansbo và Barron để xác định quá trình tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư qua dải bấc thấm.
• Lý thuyết cân bằng giới hạn và ổn định mái dốc: Áp dụng phương pháp phân mảnh cổ điển Fellenius và phương pháp Bishop cải tiến có xét đến lực giữ gia cường của vật liệu địa kỹ thuật tổng hợp.
• Mô hình cấu trúc đất Hardening Soil (Schanz, 1998): Khung lý thuyết đàn dẻo phi tuyến có xét đến tính cứng phụ thuộc ứng suất theo hàm số mũ, biến dạng dẻo cắt và biến dạng dẻo khối đẳng hướng, kết hợp các tham số mô đun cát tuyến, mô đun dỡ tải và tải lại, vượt trội hoàn toàn so với mô hình đàn dẻo lý tưởng Mohr-Coulomb và mô hình Soft Soil.

Các khái niệm then chốt được lượng hóa bao gồm: bán kính vùng xáo trộn do thi công bằng khoảng 2 đến 3 lần đường kính tương đương của ống cắm, lưu lượng thoát nước thiết kế đạt 80 đến 140 m3/năm, và ứng suất tiền cố kết đẳng hướng kiểm soát bề mặt dẻo nón cụt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ hồ sơ khảo sát địa chất công trình, các thí nghiệm nén cố kết một chiều, thí nghiệm nén ba trục thoát nước và hệ thống quan trắc hiện trường bao gồm mốc đo lún bề mặt, cảm biến đo áp lực nước lỗ rỗng và ống đo chuyển vị ngang tại phi trường Noto.

Quy trình nghiên cứu áp dụng cỡ mẫu phân tích gồm 120 tập mẫu đất nguyên dạng và không nguyên dạng, được thu thập bằng phương pháp lấy mẫu phân tầng ngẫu nhiên theo từng lớp đắp cao độ 2.5m. Lý do lựa chọn phương pháp mô phỏng số phần tử hữu hạn Plaxis 2D là vì phương pháp này cho phép giải quyết bài toán ghép nối cơ học - thủy lực phức tạp, điều mà các công thức giải tích cổ điển không thể tích hợp được trong điều kiện biên thay đổi theo từng giai đoạn đắp. Toàn bộ chuỗi dữ liệu thực nghiệm và tính toán mô phỏng được thực hiện liên tục trong khung thời gian 24 tháng theo đúng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành như TCXD 245:2000 và 22TCN 262-2000.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng số và đối chiếu thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện quan trọng:

1. Hiệu quả tiêu thoát nước vượt trội: Bấc thấm ngang bố trí theo khoảng cách đứng 2.5m và khoảng cách ngang 2.0m giúp giải phóng hơn 85% áp lực nước lỗ rỗng thặng dư sau mỗi chu kỳ đắp, đẩy nhanh độ cố kết khối đất đạt mức 90% chỉ trong 180 ngày, nhanh gấp 2.4 lần so với phương án không bố trí tầng thoát nước ngang.
2. Khả năng tăng tốc độ đắp an toàn: Tốc độ thi công nền đắp có thể tăng lên mức tối đa từ 0.35m đến 0.50m/ngày mà vẫn đảm bảo hệ số an toàn tổng thể F luôn duy trì từ 1.28 đến 1.35.
3. Mô hình Hardening Soil đạt độ chính xác cao nhất: Khi so sánh độ lún tổng cộng, mô hình Hardening Soil chỉ sai lệch 6.5% so với thực tế quan trắc, trong khi mô hình Mohr-Coulomb ước tính sai lệch lên tới 28.4% do bỏ qua sự phụ thuộc ứng suất của mô đun biến dạng.
4. Hiệu ứng gia cường kháng trượt thực tế: Biến dạng ngang đo đạc thực tế tại chân mái dốc nhỏ hơn 22% và độ lún đứng nhỏ hơn 15% so với kết quả ước tính thuần túy bằng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt rõ rệt giữa chuyển vị quan sát tại hiện trường và kết quả mô phỏng số bắt nguồn từ hiện tượng ma sát tiếp xúc giữa đất và bề mặt vải địa kỹ thuật bao quanh bấc thấm ngang. Trong thực tế, lực ma sát này tạo ra hiệu ứng gia cường chịu kéo tương tự như các lớp lưới địa kỹ thuật geogrid, giúp ghìm giữ khối đất và triệt tiêu một phần đáng kể ứng suất cắt lệch tâm. Trong khi đó, phần tử thấm tiêu chuẩn trong phần mềm Plaxis 2D chủ yếu tính toán chức năng thoát nước mà chưa kích hoạt toàn bộ lực dính ma sát mặt tiếp xúc ở trạng thái kéo động.

Dữ liệu phân tích diễn biến cố kết có thể được minh họa trực quan qua biểu đồ quan hệ giữa áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo chiều cao đắp và thời gian, kết hợp bảng tổng hợp sai số chuyển vị ngang tại 5 cao độ quan trắc then chốt: 10m, 20m, 35m, 45m và 55m. Khi so sánh với các công trình nghiên cứu trước đây của Jun Chun - Chai và Norihiko Miura, kết quả của luận văn hoàn toàn tương đồng về cơ chế suy giảm lưu lượng thấm khi áp lực ngang gia tăng, đồng thời giải quyết triệt để bài toán xác định khoảng cách bố trí bấc thấm ngang tối ưu cho nền đắp siêu cao.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả phân tích số liệu và quan trắc thực địa, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

1. Quy chuẩn hóa cấu tạo tầng thoát nước ngang: Yêu cầu các đơn vị tư vấn thiết kế áp dụng mô hình bố trí bấc thấm ngang theo mạng lưới khoảng cách đứng tối đa 2.5m, khoảng cách ngang không quá 2.0m. Vật liệu bấc thấm phải đạt chỉ tiêu cường độ chịu kéo không dưới 1.6 kN và độ giãn dài khi đứt vượt trên 20% theo quy định tại tiêu chuẩn 22TCN 244-98.
2. Tối ưu hóa quy trình kiểm soát tốc độ đắp: Khuyến nghị nhà thầu thi công khống chế tốc độ đắp gia tải trong ngưỡng an toàn từ 0.30m đến 0.45m/ngày. Mỗi phân lớp đắp 0.5m phải tiến hành đầm nén đạt hệ số K yêu cầu và duy trì thời gian nghỉ kỹ thuật tối thiểu 3 đến 5 ngày giữa các đợt nâng cao trình để áp lực nước lỗ rỗng tiêu tán ít nhất 60%.
3. Thay thế tầng đệm cát truyền thống bằng bấc thấm ngang: Chủ đầu tư và đơn vị thi công nên ứng dụng giải pháp bấc thấm ngang kết hợp lớp đệm biên dày 0.6m có hệ số thấm lớn hơn 10^-4 m/s, giúp giảm thiểu 35% chi phí mua vật liệu cát hạt trung và giải quyết bài toán khan hiếm cát xây dựng.
4. Hiện đại hóa hệ thống quan trắc địa kỹ thuật tự động: Ban quản lý dự án cần lắp đặt đồng bộ hệ thống đo áp lực nước lỗ rỗng bằng cảm biến màng rung piezo và ống đo nghiêng inclinometer với chu kỳ thu thập dữ liệu 24 giờ/lần trong suốt quá trình đắp và 7 ngày/lần trong giai đoạn chờ lún 12 tháng sau khi đắp xong.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn cung cấp nguồn tài liệu khoa học và thực tiễn giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

• Kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và công trình giao thông: Khai thác quy trình chuyển đổi bài toán thấm 3D sang 2D và bộ thông số địa kỹ thuật mẫu của mô hình Hardening Soil để áp dụng trực tiếp vào tính toán các dự án đường cao tốc, đê chắn sóng và sân bay trên nền đất yếu.
• Chỉ huy trưởng và kỹ sư giám sát tại các dự án san lấp quy mô lớn: Sử dụng biểu đồ kiểm soát tốc độ đắp và quy chuẩn nghiệm thu bấc thấm ngang (dung sai cắm không quá 15cm, độ nghiêng lệch dưới 5cm) làm cẩm nang quản lý chất lượng thi công tại hiện trường.
• Học viên cao học và nhà nghiên cứu chuyên ngành Địa kỹ thuật: Tham khảo phương pháp luận khoa học trong việc tích hợp giữa lý thuyết cố kết phi tuyến của Terzaghi - Hansbo với công cụ mô phỏng phần tử hữu hạn Plaxis.
• Cơ quan quản lý nhà nước và hội đồng thẩm định dự án: Sử dụng các luận cứ kinh tế - kỹ thuật của đề tài để xem xét phê duyệt giải pháp thay thế tầng đệm cát bằng vật liệu thoát nước nhân tạo, tiết kiệm ngân sách đầu tư từ 15% đến 25% cho các công trình hạ tầng trọng điểm.

Câu hỏi thường gặp

1. Bấc thấm ngang mang lại ưu điểm vượt trội nào so với giải pháp đệm cát truyền thống?
Bấc thấm ngang có lưu lượng thoát nước ổn định từ 80 đến 140 m3/năm, không bị gián đoạn dòng thấm do hiện tượng xô lệch đất khi nền lún lớn. Giải pháp này giúp giảm chiều dày tầng đệm cát từ 1.0m xuống còn 0.6m, tiết kiệm đáng kể chi phí vận chuyển vật liệu và rút ngắn 30% tiến độ san lấp mặt bằng.

2. Tại sao chuyển vị ngang quan trắc tại phi trường Noto lại nhỏ hơn kết quả tính toán trên Plaxis?
Nguyên nhân chủ yếu do bấc thấm ngang và lớp vải bọc địa kỹ thuật tạo ra lực ma sát bám dính mạnh với các hạt sét pha cát, phát huy hiệu ứng gia cường chịu kéo kháng trượt trong lòng khối đắp. Mô hình phần tử hữu hạn 2D thông thường chỉ mô phỏng chức năng thoát nước mà chưa tính hết lực ma sát tương tác này.

3. Tiêu chí quan trọng nhất khi lựa chọn mô hình đất trong Plaxis để mô phỏng khối đắp cao là gì?
Kỹ sư nên ưu tiên mô hình Hardening Soil thay vì Mohr-Coulomb. Mô hình Hardening Soil phản ánh chính xác sự gia tăng độ cứng của đất theo chiều sâu dưới tác dụng của ứng suất nén gia tải, giúp sai số dự báo lún cố kết giảm xuống dưới 8%, phản ánh sát thực tế biến dạng của nền đắp cao trên 35m.

4. Quy trình chuyển đổi bài toán thấm từ 3 chiều sang 2 chiều biến dạng phẳng được thực hiện thế nào?
Nghiên cứu sử dụng lời giải giải tích tương đương để quy đổi hệ số thấm của dải bấc thấm trong không gian phẳng 2D sao cho độ tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trung bình tương đương với mô hình lăng trụ thấm đối xứng trục 3D, loại trừ ảnh hưởng của vùng đất bị xáo trộn do thiết bị thi công tạo ra.

5. Cần kiểm soát những chỉ tiêu kỹ thuật nào khi nghiệm thu bấc thấm ngang tại công trường?
Cần kiểm định chứng chỉ xuất xưởng với tần suất 1 mẫu/10.000m dài, đảm bảo cường độ chịu kéo không dưới 1.6 kN, độ giãn dài lớn hơn 20%, khả năng thoát nước dưới áp lực 400 kN/m2 đạt lưu lượng thiết kế, và độ sâu lắp đặt không sai lệch quá 1% so với hồ sơ thiết kế.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết thành công bài toán ổn định và biến dạng cho công trình nền đắp siêu cao từ 35m đến 55m tại phi trường Noto bằng giải pháp bấc thấm ngang.
• Xây dựng hoàn chỉnh phương pháp chuyển đổi giải tích từ mô hình thấm 3D đối xứng trục sang mô hình 2D biến dạng phẳng trong Plaxis.
• Chứng minh mô hình Hardening Soil đạt độ tin cậy vượt trội trong việc mô phỏng ứng xử cố kết của đất sét pha cát có độ ẩm cao.
• Khẳng định vai trò kép của bấc thấm ngang: vừa tăng tốc độ cố kết đạt trên 90%, vừa gia cường chống trượt mái dốc hiệu quả.
• Đề xuất định mức thi công và kiểm soát tốc độ đắp an toàn 0.35m đến 0.50m/ngày, ứng dụng linh hoạt cho các dự án hạ tầng giai đoạn 12 đến 24 tháng tới.

Các đơn vị tư vấn và chủ đầu tư hãy ứng dụng ngay giải pháp bấc thấm ngang cùng mô hình số Hardening Soil để tối ưu hóa chi phí và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho các công trình đắp cao trọng điểm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẤC THẤM VÀ TÁC DỤNG CỦA BẤC THẤM ĐỐI VỚI VIỆC TĂNG NHANH QUÁ TRÌNH CỐ KẾT CHO NỀN ĐẤT YẾU 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU Đất yếu nói chung là những loại đất có khả năng chịu tải thấp hay không có khả năng chịu tải, có tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước. Teaghi và Peck (1967) đã định nghĩa sét rất yếu khi cường độ nén đơn qu nhỏ hơn 25 kPa và yếu khi nó lớn hơn 25kPa và nhỏ hơn 50 kPa. Một số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có sức chống cắt su <40 kPa. Hệ số rỗng của sét yếu e >1 và giới hạn lỏng wl > 50%.

Đất yếu là một trong những đối tượng nghiên cứu và xử lý rất phức tạp, đòi hỏi công tác khảo sát, điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính toán rất công phu. Để xử lý đất yếu đạt hiệu quả cao cũng phải có yếu tố tay nghề thiết kế và bề dày kinh nghiệm xử lý của tư vấn trong việc lựa chọn giải pháp hợp lý.1 Giới thiệu Lún cố kết luôn gây ra nhiều vấn đề với nền móng công trình, hệ số thấm của đất yếu thường rất nhỏ nên độ lún cố kết chỉ kết thúc sau một thời gian rất lâu. Để rút ngắn thời gian cố kết người ta dùng kỹ thuật giếng thấm cộng với phương pháp gia tải trước. Giếng thấm là đường thoát nước nhân tạo được cắm vào nền đất yếu, dưới tác dụng của gia tải, gradient thủy lực của nước trong lỗ rỗng gia tăng làm nước thấm theo phương ngang vào các giếng thấm và sau đó nước sẽ thấm tự do một cách nhanh chóng theo giếng thấm đi lên trên bề mặt.

Như vậy dùng giếng thấm sẽ rút ngắn chiều dài đường thấm cho nên thời gian cố kết cũng được rút ngắn một cách đáng kể. Hơn nữa thông thường hệ số thấm theo phương ngang lớn hơn hệ số thấm theo phương đứng cho nên thời gian kết thúc cố kết sẽ được rút ngắn lại. Giếng thấm có hai chức năng rõ rệt:  Rút ngắn thời gian cố kết  Tăng sức chống cắt 4 Hình 1.1: Xử lý nền bằng giếng thấm gia tải trước D.Moran (kỹ sư người Mỹ) là người đầu tiên đề nghị sử dụng giếng cát vào năm 1925 và được thi công thử nghiệm một vài năm sau đó tại California. Phương pháp giếng cát có một số nhược điểm nhất định.

Cát được sử dụng trong giếng cát phải được chọn lựa kỹ lưỡng để có hệ số thấm tốt nhất cho nên phải vận chuyển cát từ những nguồn thích hợp xa vị trí công trường. Ngoài ra, trong khi thi công rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn không bảo đảm được vai trò thoát nước do lỗi trong thi công hoặc do chuyển vị ngang của nền lớn. Người ta đã bắt đầu nghĩ ra cách thay thế vật liệu thuận lợi hơn để thi công giếng thấm. Tại Thụy Điển vào giữa thập niên 1930, Kjellman bắt đầu tiến hành thử nghiệm giếng thấm chế tạo sẵn hoàn toàn bằng các tông.

Tuy nhiên với vật liệu giếng thấm này vấn đề nảy sinh là sự phá hoại nhanh chóng bấc thấm khi thi công vào nền đất. Vào năm 1971, Wager cải thiện bấc thấm Kjellman bằng cách sử dụng lõi làm bằng chất dẻo (polyethylene) nhằm thay thế lõi bằng các tông. Một thời kì mới mở ra đối với giếng thấm, một số lượng bấc thấm chế tạo sẵn đã xuất hiện. Thi công cắm bấc thấm được cải thiện về tốc độ và chiều sâu cắm.

Ngày nay bấc thấm được xem là vật liệu chính phổ biến dùng để xử lý nền đất có độ sâu lớn, được áp dụng rộng rãi cho các dự án đường, cảng, sân bay… 5 Hình 1.2: Hình dạng bấc thấm và ống cắm bấc thấm điển hình Bấc thấm thường có bề rộng 100mm, dày 3-5mm. Lõi bấc thấm là một loại chất dẻo, có nhiều rãnh nhỏ để làm khe thoát nước hoặc để đỡ võ lớp bọc khi có áp lực ép vào bấc thấm. Bao quanh lõi là lớp vỏ bằng vải địa kỹ thuật bằng nhựa tổng hợp hoặc dạng dệt từ sợi nhựa tổng hợp. Vỏ có tác dụng làm bộ lọc nước, hạn chế các hạt đất đi qua làm tắc nghẽn khe thoát nước.

Với kỹ thuật sản xuất bấc thấm hiện nay, lưu lượng tháo nước của bấc thấm có thể đạt 80m3 -140m3/năm cao hơn rất nhiều so với độ thấm của đất yếu.2 Vùng ảnh hưởng của giếng thấm Thời gian để đạt được độ cố kết là hàm số phụ thuộc vào bình phương đường kính có hiệu de của giếng thấm. Thông số này có thể được khống chế theo ý muốn vì nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các giếng thấm và sơ đồ bố trí giếng thấm. Giếng thấm thường được bố trí theo sơ đồ lưới hình tròn hoặc lưới tam giác đều Đường kính vùng ảnh hưởng của giếng thấm được xác định như sau:  de = 1.13S : lưới hình vuông  de = 1.05S : lưới tam giác Bố trí giếng thấm theo lưới hình vuông thuận tiện cho việc thi công hơn và thường được chọn, tuy nhiên lưới tam giác cho sự cố kết thấm giữa các giếng đồng đều hơn.3: Sơ đồ bố trí bấc thấm trong nền 1.3 Các đặc trưng của giếng thấm 1.1 Đường kính tương đương Trong lý thuyết cố kết thấm theo phương ngang giếng thấm có hình trụ tròn, trong khi đó bấc thấm có tiết diện hình chữ nhật nên cần phải quy đổi thành tiết diện tròn với đường kính tương đương sao cho khả năng thoát nước bằng nhau.4: Quy đổi đường kính tương đương của bấc thấm 1.2 Khả năng thoát nước Mục đích của việc sử dụng bấc thấm là làm tiêu tán nhanh áp lực nước lỗ rỗng và tháo nước lỗ rỗng trong nền đất yếu ra ngoài. Vì vậy khả năng thoát nước của bấc thấm càng cao thì hiệu quả của bấc thấm càng lớn.

Khả năng thoát nước phụ thuộc vào nhiều lý do:  Áp lực ngang của đất: Khi áp lực ngang của đất lên phần bấc thấm tăng, khả năng lọc nước của lõi thấm sẽ giảm xuống do sự giảm diện tích mặt cắt ngang dòng chảy. 7  Độ lún của nền đất lớn: Trong quá trình lún của nền đất sẽ kéo theo bấc thấm cùng lún theo, chuyển vị này sẽ làm cho bấc thấm bị uốn cong, gấp chồng làm giảm đi khả năng dẫn nước của bấc thấm.  Sự tắc đường thoát nước: Trong quá trình lọc nước của lõi thấm từ đất nền vào giếng thấm dẫn đến sự tích tụ các hạt mịn trong nền vào trong lõi thấm. Khi sự tích tụ này đủ lớn có thể sẽ gây ra hiện tượng nghẽn lõi thấm.

 Thời gian: Khả năng thoát nước có thể giảm do sự lão hóa của thiết bị thoát nước. Sự hư hại bấc thấm có thể xảy ra do các quá trình sinh hóa diễn ra trong nền đất.  Gradient thủy lực: Khả năng thoát nước sẽ khác nhau khi gradient thủy lực thay đổi và sẽ nhỏ hơn khi có gradient thủy lực quá lớn. Điều này có thể do sự mất mát năng lượng của dòng chảy vì hiện tượng chảy rối khi dòng chảy có gradient thủy lực khá lớn.3 Vùng xáo trộn Một yếu tố cần xét đến trong trong quá trình tính toán sự làm việc của bấc thấm, đó là ảnh hưởng của vùng xáo trộn do công tác cắm bấc thấm gây ra.

Vùng xáo trộn (smear zone) này sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình thấm thoát nước do làm thay đổi hệ số thấm nguyên thủy của đất, dẫn đến thay đổi tốc độ cố kết của nền. Thông thường bấc thấm được thi công bởi một ống thép chuyên dùng, ống thép được thiết kế sao cho giảm tối đa sự xáo trộn cho nền đất. Vì vậy tiết diện ngang của ống thép có tiết diện hình oval hoặc hình chữ nhật với kích thước vừa đủ để tránh hiện tượng ma sát giữa bấc thấm và ống thép. Tuy nhiên ống thép tiết diện tròn cũng khá phổ biến.

Đường kính vùng đất bị xáo trộn tùy thuộc vào ống thép được sử dụng thi công bấc thấm và kích thước bộ phận neo bấc thấm trong đất. Từ thí nghiệm, Bergado (1991) chỉ ra rằng, với ống thép thi công có đường kính nhỏ hơn thì nền sẽ cố kết nhanh hơn (vùng đất xáo trộn cũng nhỏ hơn). Với mục đích thiết kế, Jamiolkowski và Lancellotta (1981) đưa ra công thức tính đường kính vùng đất xáo trộn như sau: (5  6)d m ds  2 Trong đó dm là đường kính tương đương của ống thép: 4 dm  .l  Với ω là bề rộng, l chiều dài của tiết diện ống thép. Bergado đã tiến hành thí nghiệm hiện trường và nhận xét với ds = (2÷3)dm là phù hợp.5: Vùng đất bị xáo trộn xung quanh ống Mandrel (Bergado,1996) 1.3 BẤC THẤM NGANG VÀ TÍNH NĂNG SỬ DỤNG Hiện nay bấc thấm ngang được sử dụng chủ yếu để thay thế tính chất thấm của lớp cát đệm trên nền đất được xử lý bằng bấc thấm đứng.

Một hệ thống bấc thấm ngang được kết nối với bấc thấm đứng dẫn nước từ dưới lên và giúp cho việc thoát nước theo ngang một cách nhanh chóng. Các hình ảnh minh họa bên dưới sẽ nói lên phần nào tính chất khá hữu ích bấc thấm ngang Tuy nhiên trong trường hợp đặc biệt như trong đề tài này bấc thấm ngang dùng cho việc thoát nước ngay trong bản thân nền đất yếu với cách lắp đặt bằng cách đắp đất theo từng lớp và trải vải thấm theo khoảng cách các lớp đắp ấy với thiết kế phương đứng là 2,5m và phương ngang là 2m. Tính năng và hiệu quả của bấc thấm ngang này có tính chất tương tự bấc thấm đứng; các công thức liên quan và tính chất của bấc thấm đứng đều có thể sử dụng cho bấc thấm ngang ở điều kiện này.6: Thi công bấc thấm ngang kết nối với bấc thấm đứng Hình 1.7: Tác dụng tháo nước ngang dưới nền cát 10 11 Hình 1.8: Mô hình bấc thấm ngang, tính năng của nó và công tác lắp đặt ngoài hiện trường 1.3 ĐIỂM QUA CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM ĐÃ CÔNG BỐ TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ 1.1 Các công trình nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã công bố Quốc tế 1.