ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những thập niên gần đây, với sự gia tăng nhanh chóng của dân số và sự đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ, dẫn đến các hoạt động xây dựng phát triển cơ sở hạ tầng tập trung ngày càng nhiều trên những khu vực có địa hình thấp, khu vực đầm lầy, nơi có hàm lượng chất hữu cơ và than bùn cao với bề dày lớn mà những thập niên trước đó xem là không phù hợp để xây dựng. Loại đất trầm tích yếu này có đặc trưng là hệ số rỗng cao, sức chịu tải kém, độ lún lớn. Do đó, cần phải được xử lý để giảm thiể u mất ổn định nền trước khi tiến hành các hoạt động xây dựng. Ngày nay có rất nhiều kỹ thuật xử lý nền đất yếu bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Trong đó phương pháp sử dụng hệ thống thoát nước theo phương thẳng đứng bằng bấc thấm chế tạo sẵn (Perfabricated vertical Drains- PVD) kết hợp với gia tải trước được ứng dụng khá phổ biến hiện nay tại nhiều dự án của Việt Nam cũng như trên thế giới. Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng là vấn đề phức tạp vì hiệu quả làm việc của bấc thấm phụ thuộc nhiều tham số có liên quan đến quá trình thiết kế, thi công. Để bổ sung những giới hạn này, các phương pháp quan sát, mô phỏng đã được áp dụng rộng rãi, trong đó các thông số đất nền được ước lượng từ dữ liệu quan trắc, kết quả khảo sát lại sau thời gian lưu tải là hết sức cần thiết và quan trọng cho việc đánh giá hiệu quả trong và sau khi xử lý nền. Đánh giá độ cố kết của nền dưới tải trọng thiết kế để phục vụ công tác dỡ tải cũng rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ, chi phí, thời gian tiến hành các hoạt động xây dựng tiếp theo của dự án.
Luận văn “Phân tích, đánh giá ứng xử của đất nền Trung tâm phân phối khí GDC Ô Môn xử lý bằng bấc thấm kết hợp đất đắp gia tải trước” sẽ phân tích sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước dưới tải trọng đất đắp, độ cố kết theo thời gian dựa trên cả hai dữ liệu quan trắc độ lún, áp lực nước lỗ rỗng. Phân tích ngược tìm hệ số ch thực sự của đất, xác định các tỉ số kh/ks, khfield/khlab, chỉ số nén Cc, hệ số hiện HVTH: NGUYỄN PHƯƠNG TRUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ -2- trường Cf. Đồng thời tác giả cũng làm rõ sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý trước và sau khi xử lý nền từ các kết quả khảo sát địa chất. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu của Luận văn dựa trên: - Dựa trên số liệu quan trắc áp lực nước lỗ rỗng, lún bề mặt, lún theo độ sâu tại hiện trường.
Từ đó xác định mức độ cố kết của nền và dự báo sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước của đất. - Phân tích ngược từ dữ liệu quan trắc từ đó xác định các thông số ch, kh, hệ số hiện trường Cf thực tế của đất nền. - Phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng cho mô hình biến dạng phẳng 2D. - Sự thay đổi các chỉ tiêu cơ lý từ số liệu khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng trước và sau khi xử lý nền.
- Tổng hợp các kết quả phân tích để đánh giá rút ra được nhận xét chính xác nhất cho khu vực công trình trên cơ sở phân tích số liệu quan trắc - mô phỏng - khảo sát và thí nghiệm. Ý NGHĨA KHOA HỌC – Ý NGHĨA THỰC TIỄN Những kết quả đạt được từ luận văn có thể giúp cho các kỹ sư cân nhắc lựa chọn thông số đất nền phù hợp nhất để thể thiết kế và kiểm soát tính hiệu quả của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước một cách chính xác nhất. Luận văn đem đến cách nhìn nhận, đánh giá khách quan đầy đủ và thiết thực, là tài liệu tham khảo có giá trị. BỐ CỤC LUẬN VĂN Phần: Mở đầu.
Trình bày mục tiêu nghiên cứu, đặt vấn đề, nội dung nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn. Chương 1: Tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước và một số trường hợp nghiên cứu trong lịch sử. Trình bày khái niệm, đặc điểm cơ bản về đất yếu. Trình bày lịch sử hình thành và phát triển của HVTH: NGUYỄN PHƯƠNG TRUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ -3- giếng thấm, thi công và lắp đặt thiết bị quan trắc, một số công trình cải tạo nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước được các chuyên gia phân tích đánh giá trước đó.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày một số đặc trưng vật lý cơ bản của bấc thấm, một số lời giải cố kết trước cho nền đất trong trường hợp có hoặc không có bấc thấm, một số lời giải các giả thiết mô hình tương đương, các phương pháp đánh giá ổn định nền dựa trên dự báo sự tăng sức kháng cắt của đất, các phương pháp đánh giá độ cố kết, phương pháp phân tích ngược để xác định các thông số nền thực tế, phương pháp phân tích phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Plaxis với các mô hình đất và cách xác định các thông số nền cho mô hình. Chương 3: Phân tích đánh giá ứng xử của đất nền xử bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng kết hợp với đất đắp gia tải trước dự án Trung tâm phân phối khí GDC Ô Môn. Giới thiệu sơ lượt dự án, các điều kiện địa chất công trình, kết quả phân tích đánh giá độ cố kết nền, kết quả phân tích ngược hệ số ch, kh, Cc, kết quả mô phỏng bằng phần mềm Plaxis, so sánh đánh giá kết quả dự báo, mô phỏng với số liệu đo thực tế ngoài hiện trường, so sánh đánh giá sự thay đổi sức kháng cắt không thoát nước, các chỉ tiêu cơ lý của đất nền trước và sau khi xử lý nền.
Từ đó, tác giả đưa ra các thông số địa chất nền hợp lý hơn cho thiết kế và mô phỏng dự báo, đem đến một cách nhìn nhận đáng tin cậy hơn để thiết kế dự báo ứng xử của đất nền xử lý bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước cho các dự sau này. Phần: Kết luận và kiến nghị. Trình bày các kết luận rút ra được từ luận văn, từ đó đưa ra kiến nghị và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. HVTH: NGUYỄN PHƯƠNG TRUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ -4- CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI GIA TẢI TRƯỚC VÀ MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TRONG LỊCH SỬ 1. KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐẤT SÉT YẾU 1.1 Khái niệm về đất yếu Trạng thái của đất yếu có thể được xác định dựa trên cường độ nén đơn qu hoặc sức chống cắt của đất trong điều kiện không thoát nước. Terzaghi và Beck (1967) định nghĩa sét rất yếu khi cường độ nén đơn nhỏ hơn 25kPa và yếu khi nó lớn hơn 25kPa nhưng nhỏ hơn 50kPa. Cũng có một số nhà nghiên cứu cho rằng sét yếu có Su < 40kPa.
Hệ số rỗng của sét yếu e > 1 và giới hạn lỏng WL > 50%. Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9355:2013, đất loại sét hoặc sét pha ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đối với đất loại sét e > 1.5; đối với đất loại sét pha e > 1.0), lực dính kết c < 15 kPa, góc ma sát trong φ < 100 (theo phương pháp cắt nhanh không thoát nước trong phòng), hoặc cu < 35kPa (theo phương pháp cắt cánh hiện trường); có sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0. Đất loại bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1, độ bão hòa G > 0.8) được hình thành ở các vùng thung lũng.2 Đặc điểm của sét yếu và sét nói chung Một trong những đặc điểm quan trọng của sét yếu là tính nén lún có liên quan đến sự thay đổi hệ số rỗng và ứng suất có hiệu trong nền. Đường cong quan hệ giữa hệ số rỗng và ứng suất có hiệu của lớp sét trầm tích được Terzaghi gọi là đường cong nén trầm tích.
Skemton (1970) đã giới thiệu nhiều đường cong nén trầm tích cho nhiều loại sét và sét pha trầm tích gần đây cho đến kỷ Pliocence.1 bên dưới trình bày một đường cong trầm tích cho thấy quá trình thành tạo sét cố kết thường và sét quá cố kết. HVTH: NGUYỄN PHƯƠNG TRUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ -5- Hình 1.1 Quá trình thành tạo sét cố kết thường và sét quá cố kết Theo Bjerrum áp lực nén trước pc lớn hơn ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân và sau một khoảng thời gian nhất định thì pc tăng tuyến tính theo σv0’, hay tỉ số pc là hằng số theo độ sâu của lớp trầm tích.2 Ảnh hưởng của lịch sử hình thành đến tính nén lún của sét cố kết thường 1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BẤC THẤM Daniel D. Moran 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, Mỹ.
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 HVTH: NGUYỄN PHƯƠNG TRUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ -6- 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. Nửa sau thập niên 1930, Kjellman đã tiến hành thử nghiệm PVD hoàn toàn bằng các tông.
Tuy nhiên với vật liệu này, vấn đề nảy sinh là sự phá hoại nhanh chóng khi thi công vào nền đất. Năm 1971, Wager sử dụng PVD có lõi làm bằng chất dẻo (polyethylene) nhằm thay thế lõi bằng các tông. Một thời kì mới mở ra đối với PVD, khi một số lượng lớn được chế tạo sẵn đã xuất hiện. Thi công cắm PVD được cải thiện về tốc độ và chiều sâu cắm (Holtz, 1991).
Ngày nay, thoát nước với PVD được xem là phương pháp chính phổ biến dùng để xử lý nền đất có độ sâu lớn và được áp dụng rộng rãi. Thông thường, PVD có bề rộng 100mm, dày 4mm. Lõi thấm là một loại chất dẻo, có nhiều rãnh nhỏ để làm khe thoát nước hoặc để đỡ lớp vỏ bọc khi có áp lực ngang ép vào.