Nghiên Cứu Giải Pháp Bấc Thấm và Gia Tải Trong Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Tại Khu Vực Cảng Đồng Nai

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu địa kỹ thuật xây dựng phân tích giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước và bơm hút chân không cho, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Nguyễn Minh Trung
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trung Kiên
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Phân Tích Giải Pháp Bấc Thấm Kết Hợp Gia Tải và Bơm Hút Chân Không Trong Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Bài viết này tập trung vào việc phân tích giải pháp bấc thấm kết hợp với gia tải và bơm hút chân không trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng. Với sự phát triển nhanh chóng của ngành xây dựng, việc cải thiện nền đất yếu trở nên cấp thiết. Đặc biệt, việc sử dụng bấc thấm giúp tăng cường khả năng thoát nước và giảm thiểu thời gian thi công. Theo một nghiên cứu gần đây, việc áp dụng giải pháp bấc thấm không chỉ giúp cải thiện chất lượng nền mà còn tiết kiệm chi phí cho các công trình xây dựng. Hệ thống bơm hút chân không và gia tải được xem là yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình xử lý nền đất yếu.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện tại, nhiều vùng đất có địa tầng yếu đang gặp phải các vấn đề nghiêm trọng về lún lệch và hư hỏng kết cấu. Việc áp dụng các phương pháp xử lý như bấc thấm kết hợp với bơm hút chân không không chỉ mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện nền đất mà còn giảm thiểu rủi ro cho các công trình. Một nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng gia tải có thể làm tăng đáng kể độ ổn định của nền đất, từ đó kéo dài tuổi thọ công trình.

II. Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu

Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với cố kết chân không đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc sử dụng bấc thấm giúp cải thiện đáng kể khả năng thoát nước của đất, đồng thời gia tăng độ cố kết của nền. Một trong những nghiên cứu quan trọng về phương pháp này cho thấy rằng sự kết hợp giữa bấc thấm và bơm hút chân không tạo ra một môi trường lý tưởng để tăng cường khả năng chịu tải của nền đất. Điều này cho phép các công trình xây dựng được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả hơn.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của bấc thấm kết hợp với bơm hút chân không dựa trên việc tạo ra một áp lực âm trong lòng đất, từ đó giúp nước trong đất thoát ra nhanh chóng. Quá trình này không chỉ làm giảm độ ẩm của nền mà còn làm tăng khả năng chịu tải của đất. Theo một nghiên cứu, việc áp dụng phương pháp này có thể giảm thời gian thi công từ 30% đến 50%, đồng thời giảm thiểu chi phí đầu tư cho các công trình xây dựng.

III. Nghiên cứu và đánh giá giải pháp xử lý

Nghiên cứu này sử dụng phần mềm mô phỏng PLAXIS 2D và 3D để phân tích hiệu quả của bấc thấm kết hợp với bơm hút chân không và gia tải. Các kết quả cho thấy rằng việc sử dụng mô hình 3D giúp mô phỏng chính xác hơn so với thực tế, với độ lệch chỉ 1.7% so với các số liệu quan trắc thực tế. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn đáng tin cậy trong việc dự đoán độ lún của nền đất. Các thông số kỹ thuật như hệ số thấm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thời gian xử lý và độ ổn định của nền.

3.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng độ lún bề mặt theo thời gian tại tâm diện vùng xử lý của mô hình 3D tương đồng với độ lún quan trắc thực tế. Việc áp dụng bấc thấm có chiều dài tối ưu 30m giúp giảm chi phí thi công mà vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý nền. Nghiên cứu cũng đề xuất rằng việc tối ưu hóa chiều dài bấc thấm có thể giúp tiết kiệm đáng kể cho các dự án xây dựng trong tương lai.

IV. Kết luận và kiến nghị

Từ những phân tích và kết quả nghiên cứu, có thể kết luận rằng giải pháp bấc thấm kết hợp với gia tải và bơm hút chân không là một phương pháp hiệu quả trong việc xử lý nền đất yếu. Các ứng dụng thực tiễn của phương pháp này đã được chứng minh qua nhiều dự án xây dựng lớn tại Việt Nam. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa các thông số kỹ thuật, từ đó nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí cho các công trình trong tương lai. Đặc biệt, việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến trong thiết kế sẽ góp phần quan trọng vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng.

4.1. Kiến nghị

Để nâng cao hiệu quả của phương pháp này, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học và các nhà thầu trong việc áp dụng các công nghệ mới. Hơn nữa, việc đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư cũng là một yếu tố quan trọng giúp đảm bảo chất lượng và tiến độ thi công của các dự án xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực ven biển và hạ lưu các con sông lớn tại miền Nam Việt Nam, tiêu biểu như tỉnh Đồng Nai, Bà Rịa – Vũng Tàu hay khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, sở hữu tầng địa chất bùn sét yếu với bề dày lên tới 40m. Lớp đất này có sức chịu tải rất thấp, dao động từ 20 đến 50 kPa, hệ số rỗng lớn hơn 1.5 và độ ẩm tự nhiên thường xuyên vượt ngưỡng giới hạn chảy. Khi triển khai các dự án hạ tầng trọng điểm như cụm cảng nước sâu hoặc bến bãi logistics, hiện tượng lún lệch và lún cố kết kéo dài là thách thức kỹ thuật lớn, đe dọa trực tiếp đến tuổi thọ công trình.

Phương pháp xử lý nền truyền thống dựa trên giải tích thuần túy thường dẫn đến sai số dự báo lớn, kéo dài thời gian thi công hoặc gia tăng chi phí xử lý không cần thiết. Nghiên cứu này tập trung phân tích chuyên sâu giải pháp bấc thấm kết hợp bơm hút chân không và gia tải trước nhằm đẩy nhanh quá trình thoát nước lỗ rỗng và nâng cao sức chịu tải của nền đất yếu.

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là đánh giá ứng xử cơ học của nền đất thông qua mô phỏng phần tử hữu hạn trên nền tảng PLAXIS 2D và PLAXIS 3D, từ đó xác lập hệ số tương quan chuyển đổi hệ số thấm và tìm ra chiều sâu cắm bấc thấm tối ưu. Nghiên cứu được thực hiện dựa trên chuỗi số liệu quan trắc thực tế tại phân khu C1 thuộc dự án Cảng Phước An, tỉnh Đồng Nai trong chu kỳ xử lý 180 ngày. Kết quả nghiên cứu giúp giảm thiểu độ chênh lệch dự báo lún xuống chỉ còn 1.7% so với thực tế và cho phép rút ngắn chiều dài bấc thấm từ 40m xuống 30m, mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt cho các công trình hạ tầng cảng biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết cố kết thấm một chiều cổ điển của Terzaghi kết hợp bài toán cố kết không gian ba chiều có xét đến dòng thấm hướng tâm của Barron, Hansbo và Carillo. Khi vận hành công nghệ cố kết chân không kết hợp màng kín khí, máy bơm hút tạo ra áp lực âm đẳng hướng duy trì từ 60 đến 70 kPa trong lớp đệm cát thoát nước, tương đương với áp lực của một lớp đất đắp gia tải cao khoảng 4m. Sự chênh lệch áp suất này làm tiêu tán nhanh chóng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư mà không làm gia tăng ứng suất cắt tức thời, từ đó ngăn chặn nguy cơ trượt trồi mái dốc công trình.

Để mô phỏng chính xác đặc tính biến dạng của lớp bùn sét yếu dày 40m, đề tài áp dụng hai mô hình vật liệu đàn - dẻo tiên tiến: mô hình Soft Soil và mô hình Soft Soil Creep. Trong đó, Soft Soil Creep tích hợp hệ số nén thứ cấp nhằm mô tả chính xác hiện tượng từ biến của khung hạt đất theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng duy trì liên tục. Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng mô hình bài toán biến dạng phẳng của B. Indraratna công bố năm 2008 để chuyển đổi mạng lưới bấc thấm đối xứng trục không gian ba chiều về bài toán phẳng hai chiều tương đương.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp số phần tử hữu hạn với kỹ thuật phân tích ngược từ dữ liệu hiện trường. Dữ liệu đầu vào được thu thập từ hơn 10 hố khoan khảo sát địa chất công trình và hệ thống quan trắc địa kỹ thuật chuyên sâu tại phân khu C1 Cảng Phước An. Mẫu đất được lấy và thí nghiệm trong phòng để xác định các chỉ tiêu cơ lý then chốt như hệ số nén lún, chỉ số nén, chỉ số nở và hệ số thấm ban đầu theo phương đứng đạt 2.92E-05 m/ngày.

Hệ thống quan trắc hiện trường bao gồm các mốc đo lún bề mặt và các đầu đo lún sâu đa điểm được lắp đặt tại ba cao độ đại diện là -4.8m, -14.4m và -24.4m. Quá trình theo dõi được thực hiện liên tục trong suốt 180 ngày gia tải và hút chân không. Lý do lựa chọn bộ đôi phần mềm PLAXIS 2D và PLAXIS 3D là nhằm đánh giá chính xác sự khác biệt giữa mô hình không gian thực tế với mô hình bài toán phẳng giả định. Kết quả mô phỏng số được so sánh chéo với phương pháp đồ thị Asaoka và lời giải giải tích Terzaghi để đánh giá độ tin cậy của mô hình dự báo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng số và phân tích ngược số liệu quan trắc hiện trường đã mang lại bốn phát hiện khoa học quan trọng:

Mô hình PLAXIS 3D sử dụng mô hình đất Soft Soil Creep thể hiện sự trùng khớp rất cao với diễn biến lún bề mặt thực tế. Tại thời điểm kết thúc giai đoạn xử lý ở mốc 180 ngày, độ lún bề mặt quan trắc đạt 2.934m, trong khi mô hình số dự báo mức lún chênh lệch chỉ 1.7%.

Mô hình Soft Soil thông thường bộc lộ sai số lớn khi không xét đến hiện tượng từ biến. Sau 90 ngày đầu tiên có xu hướng tương đồng, từ ngày thứ 91 trở đi, kết quả từ mô hình Soft Soil có sự phân kỳ rõ rệt, ghi nhận độ lệch lún lên tới 13.4% ở ngày 91 và đạt mức chênh lệch 18.2% tại ngày thứ 180 so với số liệu quan trắc thực tế.

Mô hình bài toán phẳng PLAXIS 2D quy đổi theo công thức chuẩn của Indraratna đánh giá thấp độ lún thực tế. Để khắc phục sai số này đối với nền bùn sét khu vực Đồng Nai, hệ số thấm ngang và thấm đứng quy đổi cần được nhân thêm một hệ số tương quan hiệu chỉnh từ 3 đến 3.782 lần. Khi áp dụng hệ số này, sai số độ lún bề mặt và lún sâu tại cao độ -4.8m giảm mạnh xuống chỉ còn 1.845%.

Nghiên cứu tối ưu hóa chiều dài bấc thấm cho thấy khi cắm bấc thấm sâu 30m trong tầng đất yếu dày 40m, biểu đồ lún bề mặt và tốc độ cố kết đạt mức gần như tương đương với trường hợp cắm suốt chiều sâu 35m đến 40m, với mức chênh lệch lún không vượt quá 2%.

Thảo luận kết quả

Diễn biến độ lún theo thời gian được mô tả trực quan thông qua các đồ thị phân tích ứng xử địa kỹ thuật. Trong giai đoạn 90 ngày đầu, quá trình cố kết sơ cấp chiếm ưu thế khi áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán nhanh dưới tác dụng hút chân không ổn định 70 kPa. Từ ngày thứ 91 đến 180, biến dạng từ biến của khung hạt sét bắt đầu đóng vai trò chi phối. Việc mô hình Soft Soil Creep bám sát đường cong thực tế chứng minh tầm quan trọng của hệ số nén thứ cấp trong việc tính toán độ lún dài hạn của bùn sét hữu cơ ven sông Đồng Nai.

Khi so sánh các phương pháp dự báo độ lún cuối cùng, phương pháp phân tích ngược Asaoka đưa ra độ cố kết đạt 85.21% ở thời điểm 180 ngày. Trong khi đó, mô hình PLAXIS 3D ước tính độ cố kết đạt 62.34% và lời giải giải tích Terzaghi đạt 66.8%. Bảng dữ liệu độ lún sâu cho thấy lớp bùn sét tại cao độ từ 0m đến -4.8m đóng góp tới hơn 65% tổng độ lún bề mặt (đạt 1.908m trên tổng số 2.934m). Do ứng suất hữu hiệu gia tăng suy giảm dần theo chiều sâu, việc kéo dài bấc thấm chạm đáy 40m không làm gia tăng đáng kể tốc độ thoát nước ở tầng đáy, khẳng định việc lựa chọn chiều sâu bấc thấm 30m là phương án cân bằng tối ưu giữa kỹ thuật và chi phí.

Đề xuất và khuyến nghị

Căn cứ vào các kết quả tính toán và phân tích thực nghiệm, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa hệ số quy đổi thấm cho bài toán phẳng 2D: Các đơn vị tư vấn thiết kế khi sử dụng mô hình PLAXIS 2D cho vùng bùn sét Đồng Nai cần nhân thêm hệ số tương quan từ 3.0 đến 3.782 vào giá trị hệ số thấm tính theo công thức Indraratna. Mục tiêu là kiểm soát sai số dự báo lún dưới ngưỡng 3% trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật kéo dài 30 đến 60 ngày.

Thứ hai, tối ưu hóa chiều dài thi công bấc thấm: Chủ đầu tư và tư vấn thiết kế nên áp dụng chiều dài cắm bấc thấm định mức 30m thay vì cắm hết 40m chiều dày tầng bùn sét cho các phân khu cảng có điều kiện địa chất tương tự. Giải pháp này giúp cắt giảm 25% khối lượng vật tư bấc thấm và rút ngắn 15% tổng tiến độ thi công hạ tầng nền bãi.

Thứ ba, bắt buộc áp dụng mô hình Soft Soil Creep: Đối với các dự án xây dựng cảng biển có vòng đời khai thác từ 20 đến 50 năm, các kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật cần đưa thông số nén thứ cấp vào bài toán mô phỏng số nhằm dự báo chính xác độ lún dư sau xử lý, tránh nguy cơ hư hại kết cấu mặt bãi công ten nơ.

Thứ tư, duy trì hệ thống quan trắc lún sâu tự động: Nhà thầu thi công cần lắp đặt thiết bị đo lún sâu đa tầng và đo áp lực nước lỗ rỗng tự động 24/7 trong suốt 180 ngày hút chân không, kết hợp theo dõi định kỳ từ 12 đến 24 tháng sau khi công trình đi vào vận hành để kịp thời hiệu chỉnh tải trọng khai thác.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

Kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và nền móng: Cung cấp quy trình mô phỏng số chuẩn xác trên PLAXIS 2D và 3D, đặc biệt là bộ thông số hiệu chỉnh hệ số thấm từ 3 đến 3.782 lần giúp tối ưu hóa phương án thiết kế cho các dự án xây dựng trên nền bùn sét yếu ven sông.

Nhà thầu thi công nền móng và công trình ngầm: Nắm bắt các thông số kiểm soát áp lực bơm hút chân không duy trì ở mức 60 đến 70 kPa, quy trình lắp đặt màng kín khí và phương án rút ngắn chiều dài bấc thấm xuống 30m nhằm tiết kiệm chi phí thi công thực tế.

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Xây dựng: Tài liệu tham khảo học thuật giá trị về phương pháp phân tích ngược địa kỹ thuật, cách thức ứng dụng mô hình Soft Soil Creep và phương pháp đối sánh đa chiều giữa giải tích cổ điển và mô phỏng số.

Ban quản lý dự án và chủ đầu tư hạ tầng cảng biển: Cơ sở khoa học vững chắc để thẩm tra thiết kế, quản lý chi phí vật liệu và lập kế hoạch quan trắc độ ổn định nền bãi trong chu kỳ vận hành dài hạn.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ bấc thấm kết hợp bơm hút chân không có ưu điểm gì vượt trội so với chỉ đắp đất gia tải đơn thuần? Phương pháp hút chân không tạo áp lực âm đẳng hướng từ 60 đến 70 kPa, giúp tăng ứng suất hữu hiệu nhanh chóng mà không làm tăng ứng suất cắt trong đất. Nhờ đó, nền đất không bị biến dạng đẩy trồi ngang, giảm thiểu nguy cơ trượt lở mái đắp và rút ngắn thời gian xử lý xuống còn 180 ngày thay vì hàng năm trời như phương pháp đắp đất truyền thống.

Tại sao mô hình Soft Soil Creep lại phản ánh độ lún chính xác hơn mô hình Soft Soil? Mô hình Soft Soil Creep tích hợp chỉ số nén thứ cấp, cho phép mô phỏng chính xác biến dạng từ biến của hạt sét phụ thuộc vào thời gian sau khi áp lực nước lỗ rỗng đã tiêu tán. Trong thực tế tại Cảng Phước An, sau ngày thứ 90, từ biến xuất hiện mạnh khiến mô hình Soft Soil thông thường bị sai lệch đến 18.2%, trong khi Soft Soil Creep chỉ lệch 1.7%.

Hệ số tương quan từ 3 đến 3.782 lần có thể áp dụng cho mọi loại đất yếu không? Hệ số tương quan này được xác lập riêng cho tầng bùn sét mềm có bề dày lớn tại khu vực Đồng Nai và vùng phụ cận hạ lưu sông Đồng Nai. Đối với các khu vực địa chất khác, kỹ sư cần thực hiện bài toán phân tích ngược tương tự từ dữ liệu quan trắc hiện trường để tìm ra hệ số tương quan riêng phù hợp với đặc thù từng loại đất.

Việc chỉ cắm bấc thấm 30m trên tầng đất yếu 40m có gây mất an toàn công trình không? Kết quả mô phỏng số và đo đạc cho thấy hơn 65% độ lún tập trung ở tầng đất phía trên cao độ -14.4m. Tại độ sâu dưới 30m, ứng suất nén do tải trọng ngoài giảm đáng kể, do đó việc cắm bấc thấm sâu 30m vẫn đảm bảo độ cố kết đạt trên 95% yêu cầu thiết kế mà vẫn đảm bảo tuyệt đối an toàn ổn định công trình.

Áp lực chân không tối thiểu cần duy trì trong quá trình thi công là bao nhiêu? Để đạt hiệu quả thoát nước tối ưu tương đương lớp đất đắp cao 4m, áp lực bơm hút chân không dưới màng kín khí phải được duy trì liên tục và ổn định trong khoảng từ 60 đến 80 kPa. Thời gian hút cần kéo dài tối thiểu từ 6 đến 8 tháng tùy theo chiều dày lớp đất và tiến độ gia tải thực tế tại hiện trường.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán phân tích ứng xử địa kỹ thuật và tối ưu hóa giải pháp xử lý nền đất bùn sét dày 40m tại Cảng Phước An, tỉnh Đồng Nai:

Mô hình hóa thành công bài toán xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải trước trên PLAXIS 3D với độ chính xác cao, sai số chỉ 1.7% sau 180 ngày gia tải.

Chứng minh sự vượt trội của mô hình Soft Soil Creep so với Soft Soil trong việc mô phỏng hiện tượng lún từ biến thứ cấp của bùn sét yếu.

Xác lập hệ số tương quan hiệu chỉnh hệ số thấm từ 3 đến 3.782 lần cho bài toán biến dạng phẳng PLAXIS 2D, giúp đơn giản hóa quy trình thiết kế mà vẫn bảo đảm độ tin cậy.

Đề xuất giải pháp tối ưu giảm chiều sâu cắm bấc thấm từ 40m xuống 30m, giúp tiết kiệm 25% khối lượng bấc thấm mà vẫn đảm bảo độ cố kết nền móng theo yêu cầu.

Định hướng chu kỳ quan trắc và đánh giá biến dạng nền định kỳ trong vòng 12 đến 24 tháng tiếp theo khi cảng chính thức đi vào khai thác.

Nghiên cứu là tài liệu tham khảo thiết thực, mở ra hướng ứng dụng hiệu quả cho các kỹ sư và nhà thầu đang triển khai các dự án hạ tầng giao thông, cảng biển quy mô lớn trên nền đất yếu tại khu vực phía Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề về việc xử lý nền đất yếu 1. Khái niệm về đất yếu Có rất nhiều quan điểm 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 thì gọi là đất yếu. Đây là một quan điểm mang tính vận dụng cao, được chấp nhận rộng rãi, tuy nhiên quan điểm này lại không hạn định rõ ràng vì đối với một số công trình, một nền cụ thể có thể coi là nền đất yếu.

Một quan điểm khác cho rằng đất yếu là đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng (50-100kPa), có tính nén lún lớn, hầu như bảo hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e>1), mô đun tổng biến dạng thấp (E<5000kPa). Đối với xây dựng đường ô tô, theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000, 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 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), cường độ lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 15kPa, góc ma sát trong φ < 100, hoặc lực dính từ kết quả 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, hàm lượng hữu cơ chiếm (20-80%). Theo quan điểm xây dựng của một số quốc gia, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức kháng cắt không thoát nước Su và chỉ số xuyên tiêu chuẩn N như sau: - Đất rất yếu: Su ≤ 12,5 kPa hoặc N ≤ 2; - Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4. Việc xử lý nền đất yếu Nền móng của các công trình xây dựng trên nền đất yếu thường đặt ra các vấn đề cần phải giải quyết như sức chịu tải của nền nhỏ, độ rỗng và tính nén lún lớn. Ở nước ta, có tầng đất phù sa khá dày và tập trung đất sét yếu đã và đang hình thành và phát triển các thành phố và đô thị quan trọng, thực tế này đòi hỏi phải có công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu.

Mục đích của việc xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của đất yếu như giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mô đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất, giảm tính thấm của đất đảm bảo ổn định cho khối đất đắp. Một số giải pháp xử lý nền đất yếu thông dụng hiện được áp dụng rộng rãi: xử lý nền bằng đệm cát, đầm chặt đất bằng tải trọng động, gia tải trước, xử lý nền bằng cọc cát, giếng cát, kết hợp bấc thấm và bơm hút chân không, gia cố nền đất yếu bằng cọc tre, cừ tràm, cọc xi măng đất,…. Việc xử lý công trình khi xây dựng trên nền đất yếu tùy thuộc vào đặc điểm công trình, đặc điểm nền đất, tùy điều kiện cụ thể mà người thiết kế có thể dùng các biện pháp xử lý về kết cấu công trình, các biện pháp xử lý về móng hay các biện pháp xử lý nền. Có nhiều phương pháp xử lý nền, việc chọn phương pháp xử lý thích hợp tùy thuộc vào điều kiện địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khu vực xây dựng, loại công trình và điều kiện kinh tế - kỹ thuật thực tế khi tiến hành xử lý.

Tổng quan về công nghệ bấc thấm kết hợp cố kết chân không Công nghệ cố kết chân không (Vacuum consolidation method – VCM) xử lý nền đất yếu lần đầu được giới thiệu vào năm 1952 bởi tiến sỹ W. Đến những năm 1970, phương pháp VCM được mở rộng phát triển ở Nga và Nhật. Vào thời điểm này cố kết chân không được bổ sung một lớp tường chống thấm bao quanh khu vực xử lý nhằm hạn chế nước ngầm từ khu vực xung quanh thấm vào, đồng thời hạn chế sự rò rỉ áp lực chân không để gia tăng áp lực chân không. Đến những năm 1989 công nghệ này được sử dụng kết hợp với màng kín khí lần đầu tiên xuất hiện do hãng xây dựng Menard (Pháp) dựa trên nghiên cứu và phát minh của giáo sư J.

Theo sự cải tiến này tường chống thấm được bỏ đi mà thay vào đó là lớp gia tải bằng đất và sự chênh lệch giữa áp suất khí quyển với áp suất chân không dưới màng kín khí bao phủ bề mặt diện tích xử lý. Sau đó, công nghệ này dần được lan rộng và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Công nghệ cố kết chân không kết hợp màng kín khí được áp dụng lần đầu tiên ở Việt Nam tại cụm công trình nhà máy khí điện đạm Cà Mau vào năm 2006 bởi nhà thầu VINCI CSB (Pháp) và năm 2008, công ty Cổ phần Kỹ thuật Nền móng và công trình ngầm FECON là đơn vị đầu tiên của Việt Nam áp dụng thành công công nghệ xử lý nền này tại dự án Nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 2. Sau đó thì công nghệ VCM tiếp tục được ứng dụng có hiệu quả với nhiều dự án trọng điểm khác trên toàn quốc.

Màng kín khí là lớp vải địa kỹ thuật PE phủ kín hoàn toàn vùng xử lý và được chôn sâu ở các mép vùng xử lý bên dưới mực nước ngầm, để hạn chế rò chỉ chân không làm mất đi hiệu quả của áp lực từ máy hút chân không. Bên dưới màng kín khí, là các hệ thống lưới bấc thấm theo 2 phương ngang và đứng phủ khắp vùng xử lý giúp tăng lượng nước hút ra khỏi nền đất yếu để tăng tốc độ cố kết cho nền đất. Quá trình bơm hút chân không có thể kéo dài ít nhất là 6-8 tháng tùy theo công nghệ thi công và chiều sâu vùng xử lý cũng như hệ số thấm của nền đất yếu. Bấc thấm vật liệu địa kỹ thuật dùng để thoát nước, nhằm gia tăng quá trình cố kết của nền móng.

Có cấu tạo hai lớp: lớp áo lọc gọi là lớp vỏ lọc bằng vải địa kỹ thuật không dệt chế tạo từ sợi PP hoặc PET 100%, có tính tấm cao. Bấc thấm ngày nay cấu tạo là một lõi nhựa bên trong hình Hazmonica hoặc hình ziczac có khổ rộng từ 10cm đến 30cm. Lớp vải tác dụng lọc các hạt cát nhỏ nhất trong lớp trầm tích của đất xâm nhập vào lõi nhựa, nên lỗ vải phải cực nhỏ, tránh làm tắc đường dẫn của lõi. Bấc thấm được ứng dụng rộng rãi như hiện nay phải để đến các tính năng quan trọng như giảm thiểu tối đa sự xáo trộn các lớp đất, dễ dàng thi công, hiệu suất có thể đạt tới 8.000m/ngày, khả năng chống chịu được với vi khuẩn hữu cơ, không bị ăn mòn hay biến chất bởi các loại axit, kiềm hay các loại chất hoà tan có trong đất, khả năng chống mài mòn cực tốt.

Không chỉ bởi thiết kế của nó giúp tối ưu công tác thoát -7- nước, sử dụng biện pháp thi công đơn giản, nhanh chóng, tiết kiệm nhân công mà phương pháp xử lý này còn có ưu điểm giá thành thấp. Trong thời gian ngắn, giải pháp này xử lý có thể đạt tới 95% độ ổn định dài hạn, tạo khởi động cho quá trình ổn định tự nhiên ở giai đoạn sau. Quá trình gia cố có thể được tăng tốc bằng gia tải trước với đắp đất và kết hợp với công nghệ cố kết bơm hút chân không để tăng tốc độ thoát nước của nền, giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt, tăng cường độ sức chống cắt của đất. So sánh với các giải pháp xử lý khác − Tốc độ thi công nhanh, tốc độ xử lý cố kết nền nhanh.

− Giảm được tương đối lớn chi phí các vật liệu khác, công nghệ thi công hiện đại. − Độ cố kết đạt hiệu quả như phương án thiết kế mong đợi, thân thiện với môi trường, không gây phá hoại đến các khu vực khác do khu vực xử lý đã bị cô lập. − Chuyển vị ngang của vùng xử lý dịch chuyển vào phía trung tâm không ảnh hưởng đến các công trình lân cận So sánh tính khả thi và kinh tế của giải pháp xử lý − Chi phí thi công thấp, chất lượng thi công có thể kiểm soát chặt chẽ − Thời gian thi công nhanh, tiết kiệm nhiều chi phí cho các đơn vị đầu tư − Yêu cầu đơn vị thi công phải có nhiều kinh nghiệm, quy trình xử lý nền phải được giám sát chặt chẽ -8- 3. Nguyên lý của giải pháp bấc thấm kết hợp cố kết chân không và gia tải trước Phương pháp gia tải bằng chân không, một cách đơn giản nhất, gồm có một hệ thống dẫn thoát nước thẳng đứng và một lớp thoát nước nằm phía trên, ngăn cách với khí quyển bằng lớp màng không thấm.

Các kênh thoát nước ngang được lắp đặt trong lớp thoát nước và nối với bơm hút chân không. Để duy trì sự kín khí, lớp màng ngăn được dẫn đến các đường mương bao và lấp đầy bentonite vào đó. Áp lực ngược (âm) được tạo ra trong lớp thoát nước bằng máy bơm hút chân không. Áp lực âm này kéo theo áp suất nước lỗ rỗng âm, kết quả là làm tăng ứng suất hữu hiệu trong đất nghĩa là làm đất cố kết nhanh [2].

Sơ đồ nguyên lý của giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp bơm hút chân không -9- Chính sự hút từ nguồn áp lực âm này vào bên trong này sẽ làm giảm độ dịch chuyển đất ra ngoài khi kết hợp với gia tải thường làm giảm thiểu nguy cơ mất ổn định mái dốc trong quá trình thi công nền đắp. Bên cạnh đó, thời gian để tạo ra áp lực chân không đạt ổn định 60kPa-70kPa (tương đương 4m nền đắp) chỉ trong 6-8 ngày, nhanh hơn rất nhiều khi phải gia tải để tạo ra áp lực tương đương. Sơ đồ dịch chuyển của nền khi sử dụng giải pháp bấc thấm Đặc tính cơ học của đất được xử lý bằng phương pháp gia tải áp lực chân không và gia tải bằng khối đất đắp là khác nhau.