Luận văn ThS: Xử lý nền NMNĐ Sông Hậu 1 bằng bấc thấm, hút chân không, gia tải

Nghiên cứu chi tiết về xử lý nền cho Nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1. Phân tích hiệu quả của phương pháp bấc thấm và hút chân không trong cải thiện đất nền yếu.

• Tác giả: Trần Phú Cường
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Quang Tú
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền zone 1 Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về xử lý nền NMNĐ Sông Hậu 1 bằng bấc thấm

Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 là dự án năng lượng trọng điểm tại Đồng bằng sông Cửu Long. Công trình xây dựng trên nền đất yếu với chiều dày lớp bùn mềm lớn. Đây là thách thức kỹ thuật nghiêm trọng. Nền đất yếu gây lún vượt quá giới hạn cho phép. Giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải được áp dụng. Phương pháp này giúp tăng tốc độ cố kết đất. Bấc thấm tạo đường thoát nước thẳng đứng cho nước lỗ rỗng thoát ra ngoài. Hút chân không tạo gradient áp suất nước lỗ rỗng âm. Gia tải bằng cát tăng ứng suất hiệu dụng trong nền. Ba yếu tố kết hợp đẩy nhanh quá trình cố kết. Kết quả nền đạt cường độ và độ ổn định cần thiết. Công trình có thể thi công an toàn trên nền đất yếu đã xử lý.

1.1. Đặc điểm nền đất yếu tại NMNĐ Sông Hậu 1

Nền đất tại khu vực xây dựng Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 thuộc loại đất bùn mềm. Lớp bùn có chiều dày lớn, độ ẩm cao, cường độ chịu tải thấp. Hàm lượng nước trong đất vượt xa giới hạn chảy. Mô đun biến dạng bé, hệ số cố kết nhỏ. Đất có tính nén lún lớn và thời gian cố kết kéo dài. Đặc điểm địa chất phức tạp với nhiều lớp đất khác nhau xếp xen kẽ. Điều kiện này đặt ra yêu cầu cấp thiết phải xử lý nền trước khi thi công.

1.2. Vai trò của bấc thấm trong xử lý nền đất yếu

Bấc thấm đóng vai trò cốt lõi trong hệ thống xử lý nền đất yếu. Cấu tạo gồm lõi polypropylene và vỏ polyester. Lõi chịu lực kéo và dẫn nước lỗ rỗng. Vỏ ngăn đất xâm nhập vào bên trong. Bấc thấm tạo đường thoát nước thẳng đứng ngắn. Nước lỗ rỗng thoát ra đệm cát nhanh hơn. Quá trình cố kết diễn ra trong vài tháng thay vì nhiều năm. Bấc thấm phù hợp với đất yếu chiều dày đến 30 mét. Thiết bị thi công đơn giản, giá thành hợp lý. Đây là giải pháp hiệu quả cho công trình lớn trên nền đất yếu.

II. Phân tích vấn đề nền đất yếu tại dự án Sông Hậu 1

Nền đất yếu tại dự án Sông Hậu 1 gây ra nhiều vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng. Lớp bùn mềm có độ ẩm tự nhiên cao gấp nhiều lần giới hạn chảy. Cường độ kháng cắt không đảm bảo cho việc thi công. Nền có thể mất ổn định khi chịu tải trọng lớn. Lún dự kiến vượt xa giới hạn cho phép của công trình. Thời gian lún kéo dài ảnh hưởng đến tiến độ thi công. Chuyển vị ngang bề mặt có thể gây hư hỏng công trình lân cận. Áp lực nước lỗ rỗng dư cao làm giảm hệ số an toàn. Nền đất không đáp ứng yêu cầu chịu tải của nhà máy. Cần phương pháp xử lý triệt để trước khi xây dựng. Giải pháp phải đảm bảo cả về cường độ lẫn thời gian thi công. Bài toán xử lý nền đặt ra yêu cầu nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Tính chất cơ học của lớp đất yếu

Lớp đất yếu tại Sông Hậu 1 có tính chất cơ học kém. Mô đun biến dạng rất thấp, chỉ vài MPa. Hệ số cố kết đứng CV nhỏ, thời gian cố kết dài. Cường độ kháng cắt không排水 chỉ 5-15 kPa. Hệ số rỗng cao, thường lớn hơn 1.5. Ứng suất trước consolidation thấp. Tải trọng công trình vượt xa khả năng chịu tải tự nhiên. Nền đất dễ bị phá hoại dẻo hoặc trượt. Các thông số cơ lý cần được xác định chính xác qua khảo sát. Kết quả thí nghiệm là cơ sở thiết kế giải pháp xử lý phù hợp.

2.2. Nguy cơ mất ổn định và lún quá mức

Nền đất yếu gây ra nguy cơ mất ổn định nghiêm trọng. Hệ số an toàn trượt nhỏ hơn giá trị yêu cầu. Chuyển vị ngang bề mặt lớn có thể gây trượt mái. Lún tổng có thể đạt vài chục xăng ti mét. Lún sai khác giữa các vị trí gây nứt kết cấu. Thời gian lún kéo dài ảnh hưởng tiến độ dự án. Lún thứ cấp vẫn tiếp diễn sau giai đoạn lún chính. Cần đánh giá chi tiết các nguy cơ trước khi thi công. Giải pháp xử lý phải kiểm soát được cả lún và ổn định.

III. Giải pháp bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải

Giải pháp xử lý nền bao gồm ba thành phần chính kết hợp đồng thời. Bấc thấm được cắm thẳng đứng qua lớp đất yếu. Khoảng cách bấc thiết kế theo tính toán cố kết. Lớp đệm cát phía trên đóng vai trò trung gian thoát nước ngang. Hệ thống hút chân không tạo áp suất âm trong nền. Màng HDPE phủ kín ngăn khí lọt vào bên trong. Gia tải bằng cát đắp tăng ứng suất hiệu dụng. Ba yếu tố phối hợp đẩy nhanh tốc độ cố kết gấp nhiều lần. Quá trình lún diễn ra nhanh trong vài tháng. Cường độ nền đất tăng lên đáng kể sau xử lý. Giải pháp đã được kiểm chứng qua nhiều công trình thực tế. Đây là phương pháp hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật.

3.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống bấc thấm và hút chân không

Bấc thấm tạo đường thoát nước thẳng đứng ngắn cho nước lỗ rỗng. Nước thoát ra đệm cát rồi được dẫn ra ngoài. Hút chân không tạo gradient áp suất nước lỗ rỗng âm trong nền. Áp suất nước lỗ rỗng giảm xuống dưới trị không. Ứng suất hiệu dụng tăng lên tương ứng. Đất được nén chặt nhanh hơn bình thường. Gia tải bằng cát tăng thêm ứng suất tổng. Tổng ứng suất hiệu dụng tăng gấp nhiều lần. Quá trình cố kết hoàn thành trong thời gian ngắn. Nền đất đạt cường độ thiết kế sau vài tháng xử lý.

3.2. Quy trình thi công và kiểm soát chất lượng

Thi công bấc thấm tuân theo TCVN 9355-2012. Máy ấn bấc thấm di chuyển theo sơ đồ thiết kế. Bấc được cắm đến độ sâu quy định, đầu nhô 20 cm trên đệm cát. Đệm cát được đắp trước khi cắm bấc. Màng HDPE phủ kín sau khi lắp đặt hệ thống ống. Máy hút chân không vận hành liên tục 24/24. Thiết bị quan trắc theo dõi lún và chuyển vị ngang. Số liệu được thu thập và phân tích thường xuyên. Điều chỉnh tải trọng theo tiến độ lún thực tế. Kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt đảm bảo hiệu quả xử lý.

IV. Kết luận và ứng dụng giải pháp xử lý nền Sông Hậu 1

Giải pháp bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải đạt hiệu quả cao. Nền đất yếu được xử lý triệt để, đáp ứng yêu cầu thi công. Hệ số an toàn trượt đạt 2.83, vượt xa yêu cầu tối thiểu 1.2. Lún dự kiến được kiểm soát trong giới hạn cho phép. Thời gian xử lý rút ngắn đáng kể so với phương pháp truyền thống. Giải pháp phù hợp với điều kiện địa chất Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả nghiên cứu là cơ sở khoa học cho các dự án tương tự. Phương pháp này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Công trình xây dựng trên nền đất yếu an toàn và bền vững. Kinh nghiệm từ dự án Sông Hậu 1 là bài học quý giá. Giải pháp góp phần phát triển hạ tầng năng lượng quốc gia. Kết luận khẳng định tính khả thi và hiệu quả kinh tế của phương pháp.

4.1. Kết quả đạt được sau xử lý nền

Nền đất sau xử lý đạt các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu. Cường độ tăng lên đáng kể, đủ khả năng chịu tải công trình. Lún tổng nằm trong giới hạn cho phép. Lún sai khác giữa các vị trí được kiểm soát. Hệ số an toàn trượt đảm bảo ổn định mái đất đắp. Chuyển vị ngang bề mặt trong tầm kiểm soát. Thời gian cố kết chính hoàn thành trước khi thi công kết cấu. Nền đất ổn định, không xảy ra sự cố mất ổn định. Kết quả quan trắc phù hợp với tính toán thiết kế. Giải pháp thành công về mặt kỹ thuật và kinh tế.

4.2. Tiềm năng ứng dụng cho các dự án tương tự

Giải pháp bấc thấm kết hợp hút chân không có tiềm năng ứng dụng lớn. Phương pháp phù hợp với nền đất yếu chiều dày đến 30 mét. Đặc biệt thích hợp cho vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Các dự án nhiệt điện, cảng biển, khu công nghiệp có thể áp dụng. Giá thành hợp lý so với các giải pháp khác. Thời gian thi công ngắn hơn nhiều lần. Công nghệ đã được kiểm chứng qua nhiều công trình thực tế. Cần nghiên cứu thêm cho từng điều kiện địa chất cụ thể. Kết quả từ Sông Hậu 1 là tham khảo giá trị. Ứng dụng rộng rãi góp phần phát triển hạ tầng đất yếu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI. Nguyên lý tính toán. Kiểm tra sức chịu tải của nền.

Kiểm tra tính ổn định của mái dốc nền đắp:. Kiểm tra lún (biến dạng) của nền:. Thiết kế bấc thấm và xác định độ cố kết của nền. Dự báo tốc độ lún trong giai đoạn khai thác.

Quan trắc trong quá trình thi công. Kết luận chương 2. THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VỚI GIA TẢI TRƯỚC. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1.

Quy mô công suất nhà máy. Vị trí nhà máy Nhiệt điện Sông Hậu 1. Nội dung thiết kế. Yêu cầu phải xử lý nền và phạm vi xử lý nền.

Xác định tải trọng tính toán. Điều kiện địa chất đặt trưng. Kiểm tra độ ổn định của nền. Tính toán độ lún cố kết của đất nền.

Tính toán độ lún theo thời gian khi có xử lý nền bằng bấc thấm. Ứng dụng Mô hình GEO SLOPE tính toán thiết kế bấc thấm. Kết quả tính toán xuất từ mô hình. Kết luận chương 3.

57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.58 TÀI LIỆU THAM KHẢO.59 i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Thi công cọc cát bằng cách hạ ống thép.2 Quy trình thi công cọc đá dăm.3 Sơ đồ bố trí đệm cát.4 Robot ép cọc.5 Công tác khoan đào đất và hạ lồng thép.6 Cấu tạo bấc thấm.7 Thi công bấc thấm.8 Nguyên lý hoạt động giếng Cát.9 Thi công giếng Cát.10 thi công cọc ximăng đất.11 Sơ họa công nghệ Jet- Grouting.1 Mô hình bài toán ổn định.1 Bản đồ vị trí nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1.3 Biểu đồ gia tải theo giai đoạn thi công.4 Kết quả tính ổn định khi đắp và gia tải.5 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA1.6 Biểu đồ độ lún trong quá trình hút chân không và gia tải PA1.7 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2.8 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2.9 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3.10 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3.11 Mô hình khi cắm bấc thấm.12 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y.12 Biểu đồ lún theo thời gian theo phương Y.13 Kết quả chuyển vị thời gian hút chân không 120 ngày.14 Kết quả chuyển vị thời gian hút chân không từ 1 đến 120 ngày.56 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Tọa độ các điểm khống chế và diện tích tương ứng của Zone 1.2 Vị trí nhà máy chính.2 Tải trọng tính toán trong trường hợp không có xử lý nền.3 Tải trọng tính toán trong giai đoạn khai thác.4: Tải trọng tính toán trong giai đoạn bơm hút chân không kết hợp với gia tải trước.5 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 được lựa chọn đưa vào tính toán.6 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 (tiếp theo).7 Bảng tính lún khi chưa xử lý nền.8 Bảng tính lún trong quá trình xử lý nền.9 Bảng tính lún trong quá trình khai thác.10 Các tham số bấc thấm phương án 1.11 Các tham số thoát nước phương án 1.12 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm – PA1.13 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA1.14 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA1.15 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA1.16 Các tham số của bấc thấm PA2.17 Các tham số thoát nước của bấc thấm PA2.18 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm PA2.19 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA2.20 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA2.21 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA2.22 Các tham số bấc thấm PA3.23 Các tham số thoát nước của bấc thấm PA3.24 Tính lún theo thời gian dưới tải trọng san lấp và thi công bấc thấm PA3.25 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA3.26 Độ lún theo thời gian dư khi hút chân không và gia tải PA3.27 Độ lún còn lại sau khi cắm bấc thấm PA3.28 Bảng tổng hợp độ lún dư và tốc độ lún lớn nhất của nền Zone 1. Tính cấp thiết của đề tài. Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, các nhà máy công nghiệp, các khu công nghiệp tập trung, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới. đang được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn.

Nền móng của các công trình xây dựng công trình chính, công trình phụ, đường sá, đê điều, đập chắn nước .trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như: sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện tích lớn. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông nói chung và đồng bằng sông Cửu long nói riêng. Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển. Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu.

Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề bức thiết và quan trọng hàng đầu trong ngành Xây dựng hiện đại. Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất. đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình. Một số các phương pháp như: gia tải trước, tầng đệm cát, gia cố nền đường, bệ phản áp, sử dụng vật liệu nhẹ (sử dụng phụ gia để gia cố nền đất, nền đất bằng vật liệu nhẹ); thay bằng lớp đầm chặt, thả đá hộc (với chiều dày lớp bùn không sâu); thoát nước cố kết (bấc thấm, giếng bao cát, cọc cát, giếng cát, cọc đá dăm, dự ép chân không, chân không chất tải dự ép liên hợp); nền móng phức tạp (hạ cọc bê tông, hạ cọc bằng chấn động, cọc xi măng đất, cọc đất - vôi - xi măng, cọc bê tông có lẫn bột than); cọc cứng (cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre.

Hiện nay có 2 phương pháp cố kết trước được dùng và phổ biến hơn cả đó là: Phương pháp gia tải trước truyền thống, Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm còn mới áp dụng kỹ thuật cao. 1 Từ những phân tích nêu trên, xuất phát từ nhu cầu thực tế, việc nghiên cứu giải pháp xử lý nền zone 1- Nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải là cần thiết, đáp ứng được các yêu cầu của thực tế đặt ra. Mục đích của đề tài Tổng quan lại các giải pháp xử lý nền đất yếu truyền thống và giải pháp xử lý bằng bấc thấm áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại Nghiên cứu phương pháp tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải theo các tiêu chuẩn hiện hành, ưu nhược điểm của phương pháp; Đánh giá khả năng áp dụng giải pháp bấc thấm kết hợp hút chân không gia tải và để xử lý nền cho Zone 1, nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 Ứng dụng nghiên cứu cho Zone 1, nhà máy xử lý khí Sông Hậu 1. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về các giải pháp xử lý nền.

Cơ sở lý thuyết tính toán phương pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không với gia tải trước. Thiết kế xử lý nền chọn giải pháp cắm bấc thấm tối ưu kết hợp hút chân không với gia tải trước, ứng dụng cho zone 1 khu nhà máy chính, nhiệt điện Sông Hậu 1. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thực tế tại một số công trình đã xây dựng ở trong nước; Tập hợp, phân tích ý kiến của các chuyên gia; Kế thừa các nghiên cứu trong và ngoài nước trong thiết kế xử lý nền đất yếu cho các công trình xây dựng; Phương pháp mô hình toán để phân tích giải pháp xử lý nền. Đối tượng nghiên cứu 2 Nghiên cứu lý thuyết trong thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải và hút chân không; 6.

Kết quả đạt được Có được kết quả khảo sát địa chất và điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 cũng như các vấn đề phát sinh khi xây dựng công trình; Nắm vững lý thuyết, tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải và hút chân không, dùng excel tính toán chi tiết có thể áp dụng vào thực tiển cho các công trình khác. So sánh các giải pháp xử lý nền từ đó lựa chọn để tìm được giải pháp xử lý nền phù hợp cho phạm vi dự kiến xây dựng nhà máy chính của nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1; Sử dụng mô hình bằng phần mềm GEO LOPE để mô phỏng bài toán ổn định để đề tài thêm phong phú và thuyết phục. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH. Tổng quan về đất yếu 1.

Khái niệm về đất yếu Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ vào khoảng 0,5 - 1,0 kg/cm 2 ít khi lơn hơn, tính nén lún mạnh, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến dạng thấp (thường thì Eo < 50 kg/cm2) lực chống cắt nhỏ,. Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được. Xét theo nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong điều kiện lục địa, vùng vịnh hoặc biển. Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích, sườn tích, bồi tích do gió, nước, lũ bùn đá, do con người gây ra.

Nguồn gốc vũng, vịnh có thể ở cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển. Đất yếu nguồn gốc biển được tạo thành ở khu vực nước nông (không quá 200m), khu vực thềm lục địa (200 - 3000m) hoặc khu vực biển sâu (trên 3000m). Tùy theo thành phần vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện vật lý và khí hậu,. mà tồn tại các loại đất yếu khác nhau như đất sét mềm, các hạt mịn, than bùn, các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa,.

Trong thực tế xây dựng thường gặp nhất là đất sét yếu bão hòa nước.