Bộ giáo dục v đo tạo Bộ nông nghiệp v ptnt
Trờng đại học thuỷ lợi
YZ

Trơng văn lung

Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không
trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext
đình vũ hảI phòng

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.40 luận văn thạc sĩ
Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trịnh Minh Thụ H nội - 2013


BẢN CAM KẾT
Họ và tên học viên: Trương Văn Lung

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử
lý nền đất yếu công trình PVTEXT Đình Vũ – Hải Phòng”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết
quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin
nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức
kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường. Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Học viên cao học

Trương Văn Lung
MC LC
I. Tớnh cp thit ca ti 1
II. Mc tiờu ca ti 2
III. Cỏch tip cn v phng phỏp nghiờn cu 2
IV. Ni dung lun vn 3
1.1 Tổng quan về nền đất yếu 4

1.2.9.1. Phơng pháp gia cố bằng cọc cát 21
1.2.9.2. Phơng pháp gia cố bằng cọc đất-vôi, đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 22
1.2.10. Bệ phản áp 22
1.2.11. Tăng hệ số mái 23
1.2.12. Phơng pháp nén trớc 23
1.2.13. Phơng pháp cố kết chân không 24
1.3 Kt lun 26
2.1. Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không 28
2.1.1. Các bớc tiến hành gia cố hút chân không 28
2.1.2. Sự khác nhau giữa gia tải cổ điển và hút chân không 29
2.1.3. Nguyên tắc cơ bản của quá trình gia cố nền bằng công nghệ hút chân không 30
CHƯƠNG 2 cơ sở lý thuyết của phơng pháp xử lý nền đất yếu
bằng cố kết chân không 28
2.1.4. Trình tự thi công và bố trí thiết bị 32
2.2 Lý thuyết về cố kết thấm và các bài toán 34
2.2.1 Lý thuyết cố kết một hớng theo phơng đứng của Terzaghi 34
2.2.2 Lý thuyết cố kết 3 hớng của Biot 37
2.2.3 Lời giải cho bài toán cố kết chân không của Indraratna 38
2.2.3.1 Trờng hợp đối xứng trục 39
2.2.3.2 Trờng hợp bài toán biến dạng phẳng tơng đơng 40
2.2.4 Lời giải cho bài toán cố kết hút chân không B.Indraratna C.Rujikiatkamjorn
và I.Sathananthan 41
2.2.4.1 Lời giải cho bài toán đối xứng trục 42
2.2.4.2 Lời giải cho bài toán phẳng 47
3.1. Mc tiờu thớ nghim 52
3.1.1.Xỏc nh cỏc ch tiờu c lý ca t cn ci to 52
3.1.2. Xỏc nh lỳn v bin thiờn ỏp lc nc l rng ti sõu nghiờn cu 53
3.2. Gii thiu mụ hỡnh vt lý 53

3.2.1. Mụ t mụ hỡnh 53

4.2.2 Kết quả phân tích lún 82
4.2.2.1 Đờng đẳng lún 82
4.2.2.2 Đờng quan hệ lún theo thời gian 83
4.3 Phân tích đánh giá, so sánh kết quả trên mô hình thí nghiệm vật lý và mô hình
phần mềm tính toán 85
4.3.1 So sánh kết quả đo lún tại 4 vị trí quan trắc 85
4.3.2 So sánh kết quả đo áp lực nớc lỗ rỗng tại 3 vị trí quan trắc 88
CHƯƠNG 4 TNH TON NG DNG 71
KT LUN V KIN NGH 91
1.Các kết quả đạt đợc của luận văn 91
2. Một số vấn đề tồn tại 92
3. Kiến nghị 93
Ti liệu tham khảo 94
DANH MC HèNH V
Hình 1-1: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn 12
Hình 1-2: Sơ đồ nền công trình phụt vữa ximăng 17
Hình 1-3: Biểu đồ để tra lợng vữa ximăng trong lỗ phụt 17
Hình 1-4: Sơ đồ thiết bị thi công phụt nhựa bitum 19
Hình 1.5: Sơ đồ bố trí các điện cực: 20
Hình 1-6: Sơ đồ bố trí thiết bị gia cờng đất bằng nhiệt 21
Hình 2-1: Đờng ứng suất trong gia tải hút chân không 29
Hình 2-2: Mặt cắt ngang điển hình của hệ thống hút chân không Mernard 30
Hình 2-3: ống thoát nớc ngang cho gia tải hút chân không 31
Hình 2-4: Thi công bấc thấm 32
Hình 2-5: Lắp đặt các ống tiêu nớc dọc và ngang 32
Hình 2-6: Chi tiết đấu nối ở mép tấm bạt phủ 33
Hình 2-7: Mơng đào có chứa vữa bentonite để làm kín mép biên 33
Hình 2-8: Hệ thống bơm nớc và khí 33
Hình 2-9 : Mô hình cố kết thấm 34
Hình 2-10: Mô hình đất bão hoà nớc 34

Hình 4-3: Sơ đồ vị trí 4 điểm đo lún trên mô hình 77
Hình 4-4: Sơ đồ phân bố lới phần tử hữu hạn và các điều kiện biên 77
Hình 4-5: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t=0 (ngày) 78
Hình 4-6: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t=1 (ngày) 78
Hình 4-7: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 2(ngày) 79
Hình 4-11: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 1(ngày) 82
Hình 4-12: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 2(ngày) 83
Hình 4-8: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 3(ngày) 79
Hình 4-9: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 15(ngày) 80
Hình 4-10: Biểu đồ quan hệ giữa áp lực nớc lỗ rỗng theo thời gian tại 3 vị trí 81
Hỡnh 4-13. Biu quan h lỳn vi thi gian trờn phn mm tớnh toỏn 84
Hỡnh 4-14. Biu so sỏnh quan h lỳn sõu vi thi gian ti v trớ H1 86
Hỡnh 4-15. Biu so sỏnh quan h lỳn mt vi thi gian ti v trớ H2 86
Hỡnh 4-16. Biu so sỏnh quan h lỳn sõu vi thi gian ti v trớ H3 86
Hỡnh 4-17. Biu so sỏnh quan h lỳn mt vi thi gian ti v trớ H4 86

Hỡnh 4-18. Biu so sỏnh quan h ỏp lc nc l rng vi thi gian ti v trớ VT1. .88
Hỡnh 4-19. Biu so sỏnh quan h ỏp lc nc l rng vi thi gian ti v trớ VT2 88
Hỡnh 4-20. Biu so sỏnh quan h ỏp lc nc l rng vi thi gian ti v trớ VT3 89
DANH MỤC BẢNG BIỂU


đẩy nước ra khỏi đất, làm cọc cát trong nền đất; Các giả
i pháp làm cứng (cứng hoá)
đất yếu bằng các phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ; Các biện pháp gia cường nền đất yếu
bằng các vật liệu như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, lưới sợi thủy tinh; Phương
pháp cố kết đất bằng phương pháp điện thấm. Tuy các phương pháp trên đã được áp
dụng nhiều trong thực tế nhưng tính hiệu quả chưa cao, thời gian thi công chậm,
không kinh tế đặc biệt là với đê biển, mặt cắt ngang lớn và đê rất dài.
Trong các phương pháp xử lý thì phương pháp hút chân không được đánh giá
hiệu đem lại hiệu quả cao, rút ngắn thời gian thi công, và đặc biệt có thể sử dụng
trên một diên tích rông, đem lại hiệu quả kinh tế. Phương pháp xử lý cố kết hút chân
không đã được áp dụng ở nhiều nước tiên tiế
n trên thế giới, ở Việt Nam cũng được
đưa vào áp dụng như tại nhà máy điện Cà Mau;nhà máy Polyester Đình Vũ- Hải
Phòng; nhà máy điện Nhơn Trạch-Đồng Nai. Phương pháp này có những ưu điểm
chính như sau:
- Thiết bị thực hiện đơn giản, giá thành rẻ và phổ thông.
2

- Thi gian thc hin ngn vỡ theo phng phỏp ny nc v khớ c thoỏt
ra khi ct t nhanh v trit .
- Cú th ỏp dng trờn din rng, phự hp vi ờ bin.
Vỡ vy trong lun vn ny la chn ti: Nghiờn cu cụng ngh c kt
hỳt chõn khụng trong x lý nn t yu cụng trỡnh PVTEXT ỡnh V Hi
Phũng.
II. Mc tiờu ca ti
- Lm rừ nguyờn lý, trỡnh t v phm vi ng dng cụng ngh
c kt hỳt chõn
khụng lm cht t nn.
- Mc ớch chớnh ca vic thớ nghim mụ hỡnh l nghiờn cu quỏ trỡnh din
bin ca ỏp lc nc l rng v bin dng ca nn trong quỏ trỡnh c kt bng bm


CHNG 1
TNG QUAN CHUNG V X Lí NN T YU
1.1 Tổng quan về nền đất yếu
Trong những năm gần đây, từ yêu cầu thực tế ở Việt Nam cũng nh trên thế giới
phải tiến hành xây dựng một số công trình nh đê, đờng giao thông, cầu, bãi chứa
vật liệu, sân bay, bãi đỗ xe trên nền đất trầm tích mềm yếu (công trình trên những
vùng đầm lầy, gồm các loại đất bùn, đất sét yếu, đất hữu cơ có tính nén mạnh, chỉ
tiêu kháng cắt nhỏ và thoát nớc chậm, khó cố kết) và bị hạn chế về thời gian thi
công đã thúc đẩy sự phát triển các biện pháp xử lý nền bằng các kỹ thuật mới mà
các phơng pháp truyền thống không thể giải quyết đợc. Một trong các biện pháp
truyền thống hay đợc áp dụng là nén trớc bằng cách chất tải trên mặt nền, tuy
nhiên, đối với loại đất nền quá yếu, tốc độ cố kết chậm, trong một số trờng hợp yêu
cầu chiều cao lớp đất chất tải trên mặt nền lớn, sẽ dẫn đến không đảm bảo yêu cầu
ổn định và mái đắp bị trợt. Để khắc phục nhợc điểm này, biện pháp nén trớc
bằng kỹ thuật hút chân trong nền là một giải pháp hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật,
với giá thành rẻ hơn, rút ngắn thời gian cố kết, cải thiện sức chịu tải của nền, tăng
nhanh tốc độ thi công công trình.
Theo định nghĩa đợc trình bày trong các tiêu chuẩn ngành 22TCN 262-
2000 (Bộ GTVT) và TCXD 245:2000 (Bộ Xây dựng), nền là đất yếu nếu ở trạng thái
tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực
dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nớc từ 0.15 daN/cm
2
trở xuống, góc nội
ma sát từ 0
o
đến 10
o
, hoặc lực dính từ kết quả cắt nhanh tại hiện trờng C
u

dựng ban hành ngày 29/06/2000;
22TCN 244-98: Qui trình thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm trong
xây dựng nền đờng do Bộ GTVT ban hành, có hiệu lực từ ngày
04/05/1998;
22TCN 236-97: Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong
xây dựng nền đờng trên đất yếu do Bộ GTVT ban hành ngày 17/05/1997;
Việc ban hành các tiêu chuẩn trên có tác động tích cực cho việc ứng dụng công
nghệ mới trong xử lý nền đất yếu ở nớc ta. Tuy nhiên, nhiều công trình xử lý nền
theo các quy trình vừa nêu vẫn không khắc phục đợc sự cố, đặc biệt là việc kiểm
soát độ lún d sau khi thi công. Với những công trình đắp trên nền đất yếu dày hơn
20m nh thờng gặp ở TP Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long, độ lún d
sau khi thi công có thể lớn hơn 50cm.
6

Mục đích của việc xử lý nền đất yếu là nhằm nâng cao sức chịu tải, hạn chế độ
lún d và tăng nhanh tốc độ cố kết của nền. Một số biện pháp xử lý nền đã và đang
đợc áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới nh :
Đối với đê, đờng đợc đắp trên nền đất yếu, ở Malaysia thờng áp dụng các
biện pháp xử lý sau (GUE et al., 2002) [10]:
Thay đổi hình dạng mặt cắt ngang đê, đờng.
Đào và thay thế lớp đất yếu.
Chất tải để nén trớc trên mặt nền (có hoặc không có ống thu nớc đứng).
Thi công đất thành nhiều đợt.
Đắp bằng vật liệu nhựa Polystyrence (SPS).
Gia cố bằng vật liệu địa tổng hợp.
Sử dụng cột đá.
Sử dụng cọc.
Thay đổi hình dạng mặt cắt ngang của đất đắp bằng cách giảm độ nghiêng của
mái hoặc đắp thêm tầng phản áp ở chân đê. Đào đi và thay thế lớp đất yếu là một
biện pháp cổ điển nhng vẫn là giải pháp hợp lý và thông dụng trong trờng hợp lớp

Xử lý bằng đầm nện (Rapid Impact Compaction).
Xử lý bằng đầm rung (Vibrocompaction).

Cột đá (Stone Column).
Thay đổi độ dốc mái đắp (Slope repair).
Jacking cơ học (Mechanical jacking).
Sử dụng cọc (Underpinning).
Phụt vữa (Permeation grouting).
Vữa hoá học (Chemical grouting).
8

Khoan phụt hoá chất lỏng vào trong nền (Subsealing).
Phơng pháp Mudjacking.
Tại Châu Âu (Dumas et al., 2003) [9], thờng áp dụng các biện pháp xử lý nền
nh sau:
Biện pháp ổn định toàn khối (mass stabilization technique),
Cột xi-măng/vôi (Lime/cement columns),
Bê tông tự cố kết (Self-compacting concrete, SCC),
Cột túi vải địa kỹ thuật (Geotextile-encased columns, GEC),
Cọc AuGeoa (AuGeoa Piling), ca đá (Rock saw),
Đầm nện (Rapid Impact compaction),
Cọc rung (Vibro-jet sheet pile Driving),
Cọc vít (Screw pile), cọc ống thép (Steel pipe piling),
Phơng pháp cố kết bằng hút chân không.
Có thể nói rằng hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nền khác nhau, việc lựa
chọn biện pháp nào là tuỳ thuộc vào loại đất nền, đặc điểm công trình, yêu cầu về
thời gian thi công, thông qua so sánh kinh tế và khả năng công nghệ
1.2. Các phơng pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình
* Mục đích của xử lý nền là:
- Làm giảm độ lún của nền.

*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới.
Chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đờng kính, khối lợng và chiều cao rơi
của vật đầm cũng nh tính chất của đất. Thông thờng, độ chặt của đất tăng lên ở
những lớp đất phía trên và giảm đi ở những lớp đất phía d
ới.
10

1.2.1.2. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm lăn
*Nội dung phơng pháp.
Dùng đầm lăn, xe lu để làm chặt đất. Phơng pháp này thờng đợc sử dụng
khi làm đờng giao thông. Tuỳ thuộc vào trọng lợng xe lu và số lần đầm mà chiều
sâu làm chặt đất có thể đạt (0,5ữ0,6)m. Khi dùng đầm lăn có mặt nhẵn, do chiều dày
lớp đất đợc đầm nhỏ nên hiệu suất đầm thờng thấp, chất lợng đầm không đều.
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới,
tận dụng đợc toàn bộ đất nền thiên nhiên. Đối với các công trình đắp bằng đất có
quy mô lớn dùng đầm lăn mặt nhẵn là không hiệu quả. Đối với các loại đất dính
dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu quả cao hơn, chất lợng đầm đều
hơn và tạo ra mặt nháp liên kết tốt giữa các lớp đất đầm với nhau. Hiện nay, ngời ta
cũng dùng đầm lăn bánh hơi để đầm chặt cả đất dính và đất rời. Mức độ đầm chặt
phụ thuộc vào số lợt đầm, chiều dày lớp đất đầm, áp suất bánh xe, tải trọng đặt trên
xe, tốc độ di chuyển của xe cũng nh độ ẩm và cấu tạo của đất. Muốn đất đợc đầm
chặt nh nhau ở mọi nơi thì yêu cầu tải trọng đầm phải phân bố đều lên các bánh xe,
không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải của đất tại các vị trí đầm.
1.2.1.3. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm rung
*Nội dung phơng pháp.
Dùng các chấn động tạo ra các dao động liên tục có tần số cao và biên độ nhỏ,
làm cho tính toàn khối của đất bị phá hoại, các hạt cát di chuyển đến lấp những chỗ
trống giữa các hạt có kích thớc lớn hơn. Tác dụng của đầm rung lớn nhất khi xảy ra

*Nội dung phơng pháp.
Vừa phun nớc, vừa tạo chấn động tác dụng vào cát. Khi đó lực dính giữa các
hạt giảm đi, các hạt lớn sẽ lắng xuống còn các hạt nhỏ sẽ nổi lên, hình thành chuyển
động xoắn ốc làm phát sinh cấp phối hạt mới và nh vậy sẽ hình thành cấp phối tốt
nhất của đất ở trạng thái nén chặt.
Để thi công nén chặt đất bằng phơng pháp thuỷ chấn, ngời ta đóng vào trong
đất những ống thép đờng kính (19ữ25)mm và có đầu nhọn, phần ống dới dài
12

khoảng (50ữ60)cm, có đục lỗ xung quanh với đờng kính (5ữ6)mm. Lợi dụng sức
nớc cao áp để đa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máy chấn
động làm việc, nén chặt đất từ dới lên trên, mỗi đoạn làm chặt thờng (30ữ40)cm
trong khoảng thời gian (40ữ120) giây. Sau khi làm chặt đợc lớp thứ nhất thì lại
nâng máy đầm lên làm chặt lớp thứ hai và nh vậy lần lợt cho đến khi lên đến mặt
đất.

Hình 1-1: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Đối với nền cát nhân tạo có chiều dày cần nén chặt lớn thì ngời ta dùng
phơng pháp thuỷ chấn.
1.2.3. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nớc thẳng đứng
Đối với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét nhỏ nên quá trình cố kết
của nền ở điều kiện bình thờng cần rất nhiều thời gian, trong khi đó, các công trình
xây dựng lại đòi hỏi phải thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu. Do vậy, ngời ta
thờng dùng các thiết bị tiêu nớc thăng đứng kết hợp với biện pháp gia tải trớc để
làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.
1.2.3.1. Phơng pháp gia cố bằng giếng cát
*Nội dung phơng pháp.
Nguyên lý làm việc của giếng cát là, dới tác dụng của tải trọng ngoài, trong
đất sẽ xuất hiện gradient thuỷ lực làm cho nớc lỗ rỗng thoát ra theo phơng ngang