MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Bể chứa đóng vai trò quan trọng trong đời sống sinh hoạt của người dân. Đồng thời nó cũng là một bộ phận không thể thiếu trong ngành công nghiệp hóa dầu nói riêng và trong các ngành công nghiệp nói chung. Bể chứa thường được sử dụng để chứa các sản phẩm dầu (xăng, dầu hỏa…), khí hóa lỏng, nước, axit, cồn công nghiệp, nước thải công nghiệp.
Nó có nhiệm vụ tích trữ nguyên liệu và sản phẩm, giúp nhà sản xuất nhận biết được lượng tồn trữ, tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành kiểm tra chất lượng, số lượng, phân tích các chỉ tiêu của sản phẩm. Cùng với tốc độ phát triển kinh tế nhanh của cả nước, Quảng Ninh đang trong giai đoạn phát triển nhanh của sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa. Với đặc điểm là một thành phố duyên hải, Quảng Ninh có tới 20 cảng lớn nhỏ khác nhau như: cảng Cẩm phả, cảng Hòn Gai, cảng Cái Lân. Điều này đã và đang tạo điều kiện thuận lợi cho việc hàng loạt dự án, khu công nghiệp, nhà máy ra đời.
Và nhu cầu sử dụng bể chứa trong các khu công nghiệp, nhà máy cũng không ngừng gia tăng. Hơn nữa, khi mà đời sống nhân dân ngày một nâng cao thì nhu cầu sử dụng xăng dầu, khí gas cũng tăng vọt, dẫn tới nhu cầu sử dụng bể chứa đã và đang trở nên cấp thiết và xây dựng khá phổ biến trong các công trình thuộc tầm quan trọng cấp I, cấp II. Tuy nhiên do đặc điểm về vị trí địa lý, Quảng Ninh là một vùng có sự phân bố rộng rãi các loại đất yếu. Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu nếu lựa chọn các biện pháp xử lý nền móng không hợp lý sẽ dẫn đến tăng chi phí đầu tư xây dựng công trình hoặc sẽ gây ra các biến dạng làm hư hỏng công trình.
Nghiên cứu các biện pháp xử lý nền đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng cường độ của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Trong những năm gần đây, biện pháp xử lý nền được áp dụng nhiều là sử dụng băng thoát nước thẳng đứng chế tạo sẵn có hoặc không có vải địa kỹ thuật kết hợp gia tải. Biện pháp này một phần tăng được tốc độ cố kết lún, một phần tăng cường khả năng tiếp nhận tải trọng ban đầu của đất yếu do đó tạo điều kiện triển khai sớm các hạng mục liên quan, rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vào sử dụng. Mặt khác, vật liệu gia cố chính được sản xuất công nghiệp cho phép chuẩn hóa được quá trình thi công, giảm thiểu được ảnh hưởng đến môi trường.
Mục đích nghiên cứu: Kết quả nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ cấu trúc và đặc tính địa chất công trình của các loại đất yếu khác nhau phân bố trong khu vực tỉnh Quảng Ninh và ảnh hưởng của nó tới việc xây dựng các công trình bể chứa. Khả năng áp dụng biện pháp xử lý nền bằng bấc thấm cho các dạng đất yếu khác nhau trong khu vực tỉnh Quảng Ninh. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Các dạng nền đất yếu tiêu biểu trong khu vực tỉnh Quảng Ninh. Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho công trình bể chứa tại tỉnh Quảng Ninh.
Các vấn đề cần giải quyết: Cơ sở lý thuyết tính toán bấc thấm. Giải quyết các bài toán liên quan đến bấc thấm. Phạm vi áp dụng bài toán xử lý nền bằng bấc thấm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 5.1- Đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho công trình bể chứa tại thành phố Quảng Ninh.2- Đưa ra các bài toán liên quan trong việc xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH BỂ CHỨA 1.
Khái niệm về đất yếu Đất yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0,5 – 1,0 kG/cm2), dễ bị phá hoại, biến dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình, dựa trên những số liệu về chỉ tiêu cơ lý cụ thể để phân loại đất yếu. + Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi : - Dung trọng : W 1,7 T/m3. - Hệ số rỗng : e 1. + Dựa vào các chỉ tiêu cơ học : - Modun biến dạng : E0 50 kG/cm2.
- Hệ số nén : a 0,01 cm2/kG. - Lực dính (đối với đất dính): c 0,1 kG/cm2. Đất yếu là một thuật ngữ được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực xây dựng. Hiện nay, tồn tại một số quan niệm khác nhau về đất yếu.
Dựa trên các quan niệm đó và các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam như TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000, tham khảo các tiêu chuẩn phân loại đất của ASTM, BS, theo tác giả đất yếu là loại đất có một số đặc điểm cơ bản sau đây: - Là loại đất có khả năng chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ hơn 1,0kG/cm2), mô đun biến dạng nhỏ (E0 < 50kG/cm2); - Dễ bị biến dạng khi có tải trọng tác dụng, có độ lún lớn (thường hệ số rỗng ban đầu e0 >1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuẩn NSPT < 5 búa, sức kháng xuyên đơn vị qc < 10kG/cm2. - Là loại đất được thành tạo từ các vật liệu trầm tích trẻ ( từ 10.000 năm tuổi vẫn đang trong quá trình cố kết trong điều kiện môi trường khác nhau (bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, đầm lầy. Trên cở sở các đặc điểm về địa chất công trình (thành phần, tính chất cơ lý.), đất yếu có thể được chia ra các loại chính sau: (1) Đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, cửa sông, đồng bằng tam giác châu thổ…) loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể lên tới 10% - 12%) [5]. Đối với loại này, được xác định là đất yếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn nhão, hệ số rỗng lớn (sét e0 > 1,5; á sét e0 > 1)[5], lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước Cu < 35 kG/cm2[16], góc nội ma sát φ < 10 [5].
(2) Than bùn và đất hữu cơ có nguồn gốc đầm lầy, nơi tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao. Tại đây, xác của các loài thực vật bị thối rửa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các khoáng vật từ vật liệu. Loại này thường được gọi là đất đầm lầy, than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20% - 80%, thường có màu xám đen hay nâu xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm rất cao trung bình W = 85% - 95%.
Than bùn là loại đất thường xuyên nén lún lâu dài, không đều, hệ số nén lún có thể đạt 3-10 cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 – 50cm. Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo hàm lượng hữu cơ của chúng: Hàm lượng hữu cơ từ 20% - 30%: đất nhiễm than bùn [5]. Hàm lượng hữu cơ từ 30% - 60%: đất than bùn[5]. Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn[5].
Đặc điểm về thành phần và kết cấu của nó là thành phần khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong. Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10%. Đất bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân tán mịn bằng con đường cơ học hoặc hóa học ở tại đáy biển hoặc vũng vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nước hoặc bãi bồi của sông. Vì vậy thường phân biệt bùn biển, bùn vũng, bùn hồ, bùn lầy và bùn bồi tích.
Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Cường độ của bùn nhỏ, biến dạng lớn, mô đun biến dạng chỉ vào khoảng 1-5kG/cm2 với bùn sét; từ 10-25kG/cm2 với bùn pha cát và bùn cát pha sét; hệ số nén lún chỉ có thể đạt lên tới 2-3cm2/daN. Như vậy, bùn là loại trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên. Do vậy khi xây dựng công trình bể chứa chất lỏng trên đất nền là bùn cần áp dụng các biện pháp xử lý nền phù hợp.
Mục tiêu xử lý nền đất yếu Việc xử lý nền đất yếu nhằm hướng đến 3 mục tiêu chủ yếu sau: - Tăng khả năng chịu lực của nền đất [4]. - Tăng khả năng chống biến dạng của nền đất [4]. - Giảm tính thấm nước cho đất [4]. Để đạt được các mục tiêu trên việc xử lý nền đất yếu có thể thực hiện theo các hướng chính sau: * Tăng độ chặt đất nền: theo hướng này có thể sử dụng: + Các phương pháp cơ học: đây là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng việc sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi …) để gia cố nền bằng tác nhân cơ học.
Trong đó việc sử dụng phương pháp tải trọng động được sử dụng khá phổ biến và hiệu quả cho các loại đất hạt rời, đặc biệt là cát xốp như dùng các máy đầm rung, đầm lăn. Tuy nhiên chúng chỉ có thể tăng độ chặt cho các lớp đất trên bề mặt. Các loại cọc tre, cừ tràm, cọc gỗ chắc thường được áp dụng cho các công trình dân dụng. + Hạ mực nước ngầm: hạ mực nước ngầm giúp cho quá trình cố kết nhanh tạo khả năng giảm độ rỗng của các lớp đất nhờ tăng trọng lượng của khối đất bên trên.
* Biến đổi cấu trúc đất nền bằng các phương pháp hóa – lý – sinh: + Phương pháp nhiệt học: là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800C để làm biến đổi đặc tính lý hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện đất nền là đất sét hoặc cát mịn. Phương pháp này đòi hỏi lượng năng lượng không nhỏ nhưng cho kết quả nhanh và tương đối khả quan.
+ Phương pháp hóa học: là một trong những phương pháp rất được chú ý trong thời gian gần đây.