Công nghệ mới :
GIA TẢI CHÂN KHÔNG RÚT NGẮN THỜI GIAN CỐ KẾT ĐẤT YẾU
DƯỚI CÔNG TRÌNH
PGs Lê Kiều
Trường Đại học Xây dựng
Vấn đề :
Bài này giới thiệu về cơ chế, phát triển mới về kỹ thuật và ứng dụng của phương
pháp gia tải chân không tăng nhanh tốc độ cố kết nền đất yếu dưới công trình.
Sự phát triển mới bao gồm cả sử dụng thiết bị mới, sự mở rộng phương pháp,
phân tích số mới.
Khái niệm :
Từ năm 1952, Kjellman đã đề xuất ý tưởng dùng phương pháp gia tải chân
không để xử lý nền đất yếu khi làm công trình bên trên. Đã có một số tác giả
công bố về phương pháp này như Holtz ( 1975); Chen và Bao ( 1983); Bergado
và công sự ( 1998) ; Chu và cộng sự ( 2000); Indraratna và cộng sự (2005).
Bằng phương pháp kết hợp thiết bị mới với công nghệ mới, phương pháp này đã
có những cải thiện rõ rệt. Theo những nét chung thì sự thoát nước trong cát sử
dụng phương pháp bấc thấm đã phân bố áp lực chân không và làm thoát ra nước
lỗ rỗng. Áp lực chân không danh định là 80 kPa dùng khi thiết kế nhưng thực tế
đôi khi áp lực này đạt đến 90 kPa. Khi tải lớn trên 80 kPa thường dùng hỗn hợp
phương pháp hút chân không và gia tải.
Khi phải xử lý đất rất yếu, phương pháp hút chân không có hiệu quả nhanh hơn
phương pháp gia tải đơn thuần. như là khi áp lực chân không 80 kPa thường
được giữ không đổi trừ khi có tải tĩnh tác động thêm. Phương pháp hút chân
không để tăng tải cũng rẻ hơn khi so sánh với chỉ gia tải với sức tải tương đương
( Chu và cộng sự ). Phương pháp gia tải hút chân không là bộ phận của quá trình
cải tạo đất khi bùn sét vét từ đáy khi dùng vật liệu lấp để cải tạo đất. Bùn sét lấp
làm vật liệu lấp thì phương pháp gia tải hút chân không rất tốt để gia cố lớp bùn
sét. Hàng ngàn hecta đất ở Tianjin , Trung quốc, đã được cải tạo theo phương
pháp này ( Chen và Bao , 1983 ; Yan và Chu , 2005). Những năm gần đây, kỹ
thuật chân không tương tự đã sử dụng để cải thiện địa điểm xây dựng ( Lindhult

Các yêu cầu về thiết kế cho cố kết như sau:
+ Lún dư không được vượt quá 10cm/10 năm cho toàn bộ diện tích xây dựng,
đối với mỗi cấp tải được xét.
+ Sức chịu tải nhỏ nhất là 2t/m
2
cho toàn bộ diện tích xây dựng, ngoại trừ:
+ Hạng mục nhà máy, yêu cầu có sức chịu tải là 5t/m
2
+ Phía dưới tháp làm mát có sức chịu tải yêu cầu là 8t/m
2
+ Dưới một số bồn chứa có sức chịu tải yêu cầu là 10t/m
2
.
Bộ phận quan trọng nhất của nhà máy là phần chia nước của nhà máy, đòi hỏi
phải được hoàn thành trong vòng 8 tháng từ khi bắt đầu đặt thiết bị tiêu nước
thẳng đứng (bấc thấm), đầu tiên. Đây là thách thức về thời gian nên phương
pháp gia tải chân không đã được áp dụng. Chúng tôi giới thiệu dưới đây nguyên
lý của phương pháp gia tải chân không rút ngắn thời gian cố kết của đất yếu
dưới lớp nền công trình.
Cơ chế :
Nguyên tắc và cơ chế của sự gia tải chân không đã được phân tích trong các tài
liệu như của Kjellman ( 1952), Chen và Bao (1983), Chu và cộng sự (2000) ,
Indraratna và cộng sự (2004). So sánh với phương pháp gia tải bằng cách chất
tải đơn thuần, áp lực lỗ rỗng của nước và ứng suất thay đổi trong quá trình tạo
chân không được phân tích như sau đây.
Quá trình cố kết của đất dưới tác động gia tải được minh họa như hình 1a.
3
Hình 1 . Mô hình tương tự hóa kiểu lò xo cho quá trình cố kết : (a) dưới tác động
của phương pháp chất tải đơn thuần ; (b) dưới sự gia tải chân không.
Áp lực ghi trong hình 1 là các giá trị tuyệt đối và p

hình lò xo trong hình 1(b).Khi tải trọng chân không được sử dụng như hình 1(b),
áp lực nước lỗ rỗng trong đất giảm. Ứng suất tổng sử dụng không đổi nhưng ứng
suất hữu hiệu trong đất lại tăng. Thời điểm khi có tải chân không, -
∆
u , tác
động thì áp lực nước lỗ rỗng trong đất là p
a
. Dần dần áp lực lỗ rỗng giảm và bắt
đầu lò xo bị nén , điều này có nghĩa là cốt liệu đất tạo ra ứng suất hữu hiệu.
Lượng ứng suất hữu hiệu tăng lên bằng lượng áp lực nước lỗ rỗng giảm đi,
∆
u
sẽ không vượt quá áp suất khí quyển, p
a
, hay trong thực tế thường là 80 kPa .
Kỹ thuật :
Hệ thống gia tải chân không điển hình giới thiệu tại hình 2 ( Chu và cộng sự,
2000) . Ống bấc thấm và các ống ngang được dùng để phân bố áp lực chân
không và làm mất nước lỗ rỗng. OOnga ngang và đầu trên của ống bấc thấm
nằm trong lớp cát gia tải, truyền chân không vào các ống bấc thấm. Những ống
chứa bấc thấm đường kính từ 50 ~ 100 mm có gân gờ dùng làm ống ngang.
Những ống này có đục lỗ ở thân ống và được quấn quanh bằng vải thấm nước
dùng làm lớp lọc như hình 3(a). Ống ngang nối với ống chủ để phân bố lực chân
không. Ba lớp nylon (PVC) mỏng phủ trên mặt khu vực định hút chân không.
Các lớp nylon này có mép ngoài đặt trong rãnh theo 4 cạnh bao quanh khu vực
4
hút chân không. Do vậy khu đất cần hút chân không được chia thành các phân
khu nhỏ để dễ đặt các lớp nylon.

Hình 2A : Minh họa hệ thống hút chân không

kém. Sau này người ta sử dụng phương pháp khác gọi là phương pháp gia tải
chân không yếu ( Yan và Cao , 2006). Phương pháp này giới thiệu tại hình 5.
6
Hình 5 : Phương pháp gia tải chân không không dùng màng ngăn
Vacuum pump : Bơm tạo chân không
PVC tube : Ống nhựa PVC , PVD : Ống bấc thấm
Dike : Đê
Dredge clay slurry : Lớp bùn sét
Sand blanket : Lớp đệm giữ bằng cát
Khi lớp bùn sét dùng để phủ khu đất cải tạo, ống chân không , ống bấc thấm đặt
ở lớp gia tải hoặc ở cao trình vài mét dưới mặt đất.Theo phương pháp này, lớp
bùn sét nằm phía trên của ống hút chân không. Đất sét rất chậm thấm nước, vật
liệu lấp tạo nên lớp chặn nước tốt nên không cần có lớp màng nữa. Như vậy ở
đây nảy sinh một số vấn đề. Vết nứt do kéo sẽ phát triển ở lớp mặt dưới tác
động của nắng. Áp lực chân không xuất liện ở nơi đặt các thanh bấc thấm trong
khu vực bố trí các thanh bấc thấm hoặc tại các đường thấm nối với ống chân
không. Điều này gây khó khăn cho việc bố trí các ống bấc thấm hay là các thiết
bị thấm dưới nước.Tuy nhiên phương pháp này không đòi hỏi việc làm các đê
chắn bên ngoài khu đất cấn hút nước nên làm giảm chi phí.
Giải pháp dùng lớp thấm bên trong chiều dày lớp đất chất tải
Phương pháp gia tải chân không sẽ làm việc không tốt nếu lớp đất gia tải là các
thấu kính cát hoặc lớp thấm nước vì các lớp này tạo sự khuyếch tán ra biên khu
đất như là đẩy lớp sét yếu bên dưới lớp cát ra khỏi khu đất cần cải tạo. Trường
hợp này cần làm tường ngăn quanh biên khu đất . Một thí dụ mà Tang và Shang
( 2000) đã xử lý là làm lớp tường ngăn dày 120 cm, sâu 4,50 mét bằng bùn sét
dùng làm lớp tường ngăn lớp bùn sét bên dưới lớp cát mịn. Làm tường ngăn
kiểu này làm cho chi phí tăng khi khu đất cần xử lý rộng.
Một phương pháp khác là sử dụng ống bấc thấm có vỏ bọc bằng chất dẻo không
thấm nước mà lớp vỏ này xuyên qua lớp thấm. Điều này cần biết rất rõ chiều
dày lớp thấm của khu đất cần cải tạo.

thiết bị đo lắp đặt tại vị trí xuất hiện độ lún tối đa và áp lực nước lỗ rỗng.
8
Thiết lập mô hình số hóa
Trường hợp tổ hợp tải do chân không và chất tải qua cột bấc thấm ( PVD) tại
khu bãi chứa hàng ở cảng Tianjin, Trung Quốc, đã sử dụng phương pháp phân
tích phần tử hữu hạn ( Rujikiatkamjorn và cộng sự , 2007 ). Tại khu vực này, sử
dụng áp lực chân không là 80 kPa và chất tải đạt 40 kPa trên nền đất yếu và
thiếu ổn định. Hình 6 trên đây minh họa các dữ liệu về các tính chất của đất đo
được theo thời gian.
Tiết diện ngang của mặt cắt phương thẳng đứng và vị trí lắp đặt thiết bị đo như
hình 7a. Những thiết bị được lắp là dụng cụ đo độ lún, dụng cụ chuyển áp lực lỗ
rỗng, dụng cụ thay đổi độ sâu đo đạc, dụng cụ đo độ nghiêng và thiết bị đo áp
lực nước lỗ rỗng trong đất ( piezometer ). Ống bấc thấm dài 20 mét ( tiết diện
100 mm x 3 mm ) được cắm theo mẫu vuông @ cách nhau 1 mét một ống.
Nhóm phần tử hữu hạn các cọc bấc thấm có 8 hút gồm 2 hình vuông đo dịch
chuyển và 2 tuyến thể hiện hàm biến thiên áp lực lỗ rỗng ( hình 7b ).
Depth : Độ sâu
Atterberg limits (%) : Giới hạn Atterberg (%)
Vane shear strength : Cường độ lực cắt cánh (kPa)
Void ratio : Tỷ số rỗng
Description : Mô tả
Silty clay ( dredged from sea bed ) : Bùn sét ( lắng đọng ở đáy lớp)
Plastic limit : Giới hạn dẻo
Water content : Lượng ngậm nước
Liquit limit : Giới hạn lỏng
Hình 6 . Mặt cắt tổng thể các lớp đất và tính chất của đất tại cảng Tianjin
9
( Theo Rujikiatkamjorn và cộng sự , 2007 ).
Perforated pipe : Ống có đục lỗ
Membrane : Lớp màng phủ

Settlement : độ lún
Vacuum plus preloading : Gia tải chân không thêm
Vacuum pressure under membrane : Áp lực chân không dưới lớp màng phủ
Surface ( field ) : Lớp mặt ( tại hiện trường )
Hình 8 Mặt cắt II: (a) Chất tải truyền thống và (b) Độ lún cố kết
( theo Rujikiatkamjorn và cộng sự 2007 )
Pore pressure reduction : Sự giảm áp lực lỗ rỗng
11
Lateral displacement : Dịch chuyển ngang
Inward : Vào trong
Outward : Ra ngoài
Depth : Chiều sâu
Hình 10 . Chuyển dịch ngang sau 180 ngày tại lớp đáy
( theo Rujikiatkamjorn và cộng sự , 2007 )
Lời kết :
Trên đây là tóm lược phương pháp gia tải chân không. Phương pháp này sử
dụng khi có chiều cao lớp gia tải lớn nằm trên lớp sét yếu sẽ giảm được thời
gian tạo cố kết cho lớp sét yếu.
Còn cần nghiên cứu thêm về lớp màng phủ khi bơm chân không trực tiếp qua
bấc thấm. Vấn đề kinh tế, nhất là giá của thời gian do rút ngắn cố kết các lớp đất
thấm bên dưới cũng cần được xem xét tỷ mỷ.
Tham khảo :
Serge Varaksin, Tập bài giảng “Về xử lý đất yếu và kỹ thuật nền móng công
trình, 5/2007
J. Chu (Nanyang Technological University, Singapore ) , S. Yan (Tianjin
University, China ) , B. Indraratna University of Wollongong,
Vacuum Preloading Techniques - Recent Developments and Applications
12

13