BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

QUÁCH ĐỨC HÒA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ZONE 5,
NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU BẰNG BẤC THẤM KẾT
HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

QUÁCH ĐỨC HÒA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ZONE 5,
NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU BẰNG BẤC THẤM KẾT
HỢP HÚT CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI

CHUYÊN NGÀNH:


5, nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải”
theo đúng yêu cầu và kế hoạch được giao.
Luận văn này có ý nghĩa quan trọng đối với bản thân và đã giúp em cũng cố lại kiến
thức trong suốt quá trình học tập, đây là một dịp rất tốt để làm quen với công tác thiết
kế tổ chức thi công một công trình cụ thể.
Trong quá trình làm luận văn , em đã cố gắng nghiên cứu, vận dụng kiến thức đã học,
tham khảm các tài liệu liên quan, các quy trình, quy phạm hiện hành học hỏi những
kinh nghiệm quý báu của thầy hướng dẫn để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao. Tuy
nhiên do trình độ có hạn, kinh nghiệm của bản thân còn ít nên việc vận dụng kiến thức
tính toán một công trình cụ thể còn hạn chế và không tránh khỏi những sai sót. Kính
mong các thầy, cô giáo chỉ bảo và giúp em bổ sung những kiến thức cần thiết.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Phạm Quang Tú người đã rất tận tình
chỉ bảo, đôn đốc, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận án. Cùng toàn thể thầy
cô giáo trong bộ môn Địa Kỹ Thuật trường Đại học Thủy Lợi đã truyền đạt kiến thức
chuyên môn và thực tế cho em. Đồng thời em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn
ủng hộ giúp đỡ em trong quá trình em làm luận văn tốt nghiệp.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Học viên

Quách Đức Hòa

ii


MỤC LỤC

3.1.5. Yêu cầu thiết kế xử lý nền: ..................................................................................40

iii


3.2. Tính toán thiết kế chi tiết: ...................................................................................... 41
3.2.1 Phân tích các số liệu đầu vào. .............................................................................. 41
3.2.2. Lựa chọn chỉ tiêu cơ lý của đất nền..................................................................... 42
3.2.3. Tính toán và bố trí bấc thấm: .............................................................................. 43
3.2.4. Tổng hợp kết quả tính toán: ................................................................................ 54
3.3. Mô phỏng bằng phần mềm Geo-studio .................................................................. 56
3.3.1. Giới thiệu phần mềm ........................................................................................... 56
3.3.2. Các bước giải bài toán ........................................................................................ 57
3.3.3. Mô tả bài toán và nhập số liệu............................................................................. 58
3.4. Mô phỏng bài toán.................................................................................................. 59
3.4.1. Phân tích: ............................................................................................................. 59
3.4.2. Các bước thực hiện .............................................................................................. 59
3.4. Quan trắc quá trình thi công ................................................................................... 65
3.4.1. Kiểm tra độ cao mặt bằng ................................................................................... 65
3.4.2. Quan trắc độ lún bề mặt ...................................................................................... 65
3.4.3. Quan trắc áp suất chân không ............................................................................. 66
3.4.4. Quan trắc độ lún từng lớp.................................................................................... 66
3.4.5. Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng ............................................................................. 67
3.4.6. Quan trắc ổn định nền ......................................................................................... 67
3.4.7. Khảo sát lại đánh giá hiệu quả gia cố nền ........................................................... 68
3.5. Thi công và nghiệm thu .......................................................................................... 68
3.5.1. yêu cầu về vật liệu ............................................................................................... 68
3.6. Thiết kế thi công chi tiết ......................................................................................... 71
3.6.1. Nghiệm thu tọa độ chỉ giới, cao độ và phạm vi xử lý nền. ................................. 71
3.6.2. San lấp mặt bằng ................................................................................................. 72

3.11.4. Hệ thống thiết bị quan trắc. ...............................................................................86
3.11.5. Hệ thống ống hút nước ngang, ống hút chân không và bản thoát nước ngang .86
3.11.6. Kiểm tra màng kín khí .......................................................................................86
3.11.7. Độ kín khí khi gia tải hút chân không ...............................................................87
3.11.8. Lớp bù lún và đắp gia tải thêm ..........................................................................87
3.11.9. Bảng tiến độ thi công .........................................................................................87
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .............................................................................................88
1. Những kết quả đạt được ............................................................................................88
2. Một số điểm còn tồn tại .............................................................................................88
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ......................................................................................88

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Xác định độ cố kết Uv .................................................................................. 26
Bảng 3.1: Tổng hợp tọa độ của các điểm định vị khu vực xây dựng của dự án. ......... 36
Bảng 3.2: Tổng hợp thông số kỹ thuật của các hạng mục thuộc nhà máy .................... 40
Bảng 3.3: Các yêu cầu kỹ thuật và tiền độ thi công xử lý nền ..................................... 40
Bảng 3.4: Tải trọng khai thác trong trường hợp nếu không xử lý nền .......................... 42
Bảng 3.5: Tải trọng trong quá trình khai thác. .............................................................. 42
Bảng 3.6: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán (Zone 5) ........ 42
Bảng 3.7: Số liệu địa chất và chỉ tiêu của đất nền dùng trong tính toán ....................... 42
Bảng 3.8: Độ cố kết của nền dưới tải trọng khai thác: .................................................. 43
Bảng 3.9: Thông số của bấc thấm ................................................................................. 44
Bảng 3.10: Tải trọng khi thi công cắm bấc thấm .......................................................... 44
Bảng 3.11: Độ lún dưới tải trọng thi công khi cắm bấc thấm ....................................... 45
Bảng 3.12: Độ cố kết trung bình theo phương đứng và phương ngang trong quá trình
cắm bấc thấm ................................................................................................................. 45
Bảng 3.13: Độ lún cố kết theo thời gian dưới tải trọng khi cắm bấc thấm ................... 46

Hình 1.1: Thi công cọc cát .............................................................................................. 9
Hình 1.2: Cọc bê tông cốt thép đúc sẵn......................................................................... 11
Hình 1.3: Máy đóng cọc ................................................................................................ 12
Hình 1.4: Máy ép cọc .................................................................................................... 12
Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động giếng cát...................................................................... 15
Hình 1.6: Máy cắm bấc thấm Doosan 370, FS16, chiều sâu cắm bấc max: 32m ......... 18
Hình 2.1: Toán đồ xác định nhân tố xáo động Fs ......................................................... 27
Hình 2.2: Toán đồ xác định sức cản F r ......................................................................... 28
Hình 2.3: Toán đồ xác định độ cố kết theo phương ngang U h ...................................... 29
Hình 2.4: Thi công bấc thấm a) Thiết bị cắm bấc thấm; b) Ống lồng bấc thấm ........... 31
Hình 3.1: Mặt bằng nhà máy và khu vực xử lý nền (Zone 5) ....................................... 36
Hình 3.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của nền theo độ sâu các lớp đất. ....................... 38
Hình 3.3: Mặt cắt địa chất khu vực nhà máy ................................................................ 39
Hình 3.4: Độ lún theo thời gian khi cắm bấc thấm ....................................................... 46
Hình 3.5: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 1 .................................... 49
Hình 3.6: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 2 .................................... 51
Hình 3.7: Lún khi hút chân không và gia tải theo phương án 3 .................................... 54
Hình 3.8: So sánh giá thành xây dựng giữa 03 phương án ........................................... 55
Hình 3.9: Giao diện phần mềm GEOSTUDIO ............................................................. 57
Hình 3.10: Các bước giải bài toán bằng phần mềm Geostudio..................................... 57
Hình 3.11: Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào nền ................................................ 63
Hình 3.12: Tính toán ứng suất và biến dạng khi xử lý nền ........................................... 64
Hình 3.13: Mô tả bài toán và nhập số liệu đầu vào ....................................................... 64

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

c: Lực dính (kPa);

lao động địa phương, tăng nguồn thu cho ngân sách nhà nước cho khu vực miền Tây
Nam bộ, đặc biệt là tỉnh Cà Mau.
Dự án Nhà máy GPP Cà Mau được thực hiện trong thời gian 23 tháng và dự kiến hoàn
thành vào cuối năm 2017.Trong khu vực xây dựng xuất hiện tầng đất yếu đến độ sâu
từ 16.2m đến 17.2m từ mặt đất tự nhiên. Với điều kiện địa chất yếu, chiều dày đất yếu
lớn, mặc dù các kết cấu chính về sau sẽ có thiết kế móng riêng (móng cọc), tuy nhiên
vẫn cần phải tiến hành xử lý nền trước khi xây dựng để đảm bảo các kết cấu của khu
vực sau này làm việc an toàn dưới ảnh hưởng của lớp đất đắp san nền trên diện rộng
và tải trọng khai thác. Nếu không được xử lý, các tải trọng này sẽ gây ra độ lún lớn
cho nền trên phần không có cọc, có thể gây ra ma sát âm làm giảm sức chịu tải của
cọc, làm sụt lún các công trình phụ trợ. Qua đó, có ba giải pháp xử lý nền được xem
xét cho dự án gồm: giải pháp đắp gia tải trước kết hợp bấc thấm; giải pháp hút chân
không kết hợp bấc thấm; giải pháp cọc xi măng đất. Trong ba giải pháp trên thì giải
pháp hút chân không kết hợp bấc thấm có nhiều ưu điểm hơn cả như: thời gian thi
công nhanh do thời gian gia tải ngắn; giảm khối lượng cát đáng kể do không cần cát
chất tải, giảm chi phí cho thi công đắp và dỡ tải, tiết kiệm tài nguyên và thân thiện với
môi trường; hiệu quả xử lý nền cao, kiểm soát chất lượng thi công tốt; đã được áp
dụng khá nhiều trong các dự án trong khu vực; giá thành ưu việt đặc biệt là khi diện

1


tích xử lý rộng. Từ những phân tích nêu trên, việc đề tài nghiên “Nghiên cứu giải pháp xử
lý nền đất yếu Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không
và gia tải” là cần thiết, làm sáng tỏ cơ sở lý luận và thực tiễn của giải pháp xử lý nền cho
nhà máy xử lý khí Cà Mau, đáp ứng được các yêu cầu của thực tế đặt ra.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu ổn định của công trình trên nền đất yếu và đề xuất giải pháp tăng ổn định
cho công trình: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu Zone 5, nhà máy xử lý khí Cà
Mau bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và gia tải” thông qua việc:

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nền đất yếu.
1.1.1. Khái niệm về đất yếu
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do
vậy không thể xây dựng các công trình. Đất yếu là một loại đất không có khả năng
chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tuỳ thuộc vào quy mô tải trọng bên trên.
Đất mềm yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng
0,5 - 1,0 daN/cm2); đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kg); hệ số rỗng lớn (e > 1); độ
sệt lớn (B > 1), mô đun biến dạng thấp (Eo < 50 daN/cm2); khã năng chống cắt nhỏ;
khã năng thấm nước nhỏ, hàm lượng nước trong đất cao độ bảo hoà nước G > 0,8
dung trọng nhỏ.
Đất yếu là loại đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất cao hơn hoặc gần bằng giới hạn
chảy, đất yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét: e ≥ 1,5; đất á sét e ≥ 1), lực dính C theo thí
nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2),
góc nội ma sát φ < 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường C u < 0,35
daN/cm2.
Đất yếu có thể được phân loại theo trạng thái tự nhiên dựa vào độ sệt B:
B=

W − Wd
Wch − Wd

Trong đó:
W, W d, Wch - độ ẩm ở trạng thái tự nhiên, giới hạn dẻo và giới hạn chảy (nhão) của đất.
Nếu B > 1, đất ở trạng thái chảy;
Nếu 0,75 < B ≤ 1, đất ở trạng thái dẻo chảy.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về

xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân hủy,
tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi là đất
5


đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu
sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đối với loại này được xác định là
đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng có các trị số như nói
ở mục 1.1.1.
Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:
- Lượng hữu cơ có từ 20 - 30%: Đất nhiễm than bùn.
- Lượng hữu cơ có từ 30 - 60%: Đất than bùn.
- Lượng hữu cơ trên 60%: Than bùn.
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 môdun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,... Đối với công trình
thủy lợi, còn yêu cầu làm giảm/ngăn chặn hiện tượng thấm qua nền và thân công trình,
bảo vệ khối đắp chống tác động của sóng và dòng chảy.
Như vậy, nền đất yếu sẽ không đáp ứng được yêu cầu xây dựng công trình. Tùy theo
quy mô tải trọng công trình cần xây dựng sẽ cần các biện pháp xử lý khác nhau. Phần
dưới dây sẽ trình bày về các biện pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng công trình.
1.1.4. Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc
điểm công trình, đặc điểm của nền đất,... Tùy điều kiện cụ thể mà người thiết kế phải
đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý về kinh tế, kỹ thuật.
Về nguyên tắc, khi gặp nền đất yếu phải xem xét cân nhắc các biện pháp sau:
- Giải pháp xử lý kết cấu công trình
+ Chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún, làm giằng BTCT, dự trữ độ cao bằng độ
lún dự kiến của công trình.
+ Lựa chọn độ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớp


7


+ Khi thi công đệm cát, việc trước tiên là phải xác định các chỉ tiêu đầm nén. Để đánh
giá chất lượng đầm nén người ta thường dựa vào hai chỉ tiêu quan trọng: độ chặt và độ
ẩm đầm nén.
+ Khi thi công đầm nén đệm cát thì thường thi công theo từng lớp, chiều dầy đầm tùy
thuộc vào trọng lượng của máy đầm mà tính toán và thi công cho phù hợp.
- Ưu điểm:
+ Thi công đơn giản, không ảnh hưởng đến ô nhiểm môi trường như các phương pháp
khác.
+ Vật liệu để thi công là vật liệu có từ thiên nhiên dễ khai thác.
+ Phù hợp với những công trình đặt trên lớp đất yếu có chiều dày 3m thì khối lượng đào đắp để thay thế lớp cát sẽ lớn, không
hiệu quả về mặt kinh tế vì chi phí lớn.
+ Nước ngầm có áp lực xuất hiện thì cát trong lớp đệm có khả năng di động, xáo trộn
các thành phần hạt, đồng thời gây ra độ lún tăng thêm dưới móng công trình.
- Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho công trình có tải trọng tương đối nhỏ và diện tích để
xây dựng công trình không quá lớn, tải trọng công trình tác dụng lên nền dưới dạng
phân bố đều, chiều dày lớp đất yếu nhỏ.
1.2.1.2. Cọc cát:
- Nguyên lí làm việc: Thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ trong nền đất, đất xung quanh dọc
theo chiều dài cọc được lèn chặt lại, do đó sức chịu tải của nền được tăng lên, độ lún
và biến dạng không đồng đều của đất nền dưới đế móng của công trình giảm đi.
- Thi công cọc cát:
+ Chuẩn bị hố móng, đóng ống thép xuống đất, nhồi cát và đầm chặt, đồng thời rút
ống thép lên.


+ Cần trang bị thiết bị thi công nặng, ống vách dài.
+ Khó kiểm soát được chất lượng cọc trong quá trình thi công.
+ Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m.
+ Các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt khi đóng lỗ tạo cọc cát (không xuất hiện
tình huống gia tăng áp lực nước lổ rổng khi tạo lổ và giảm áp lực này khi kéo ống vách
lên, đầm cát tạo cọc cát). Do đó, nếu nước trồi lên mặt đất thì đây là quá trình tiêu tán
áp lực nước lỗ rỗng và hiệu quả nén chặt đất không cao. Khi đó, đất đang cố kết, mà
với đất dính thì cần thời gian, không thể có hiệu quả tức thời.
- Phạm vi áp dụng:
+ Phương pháp này được áp dụng để gia cố nền ở vùng đất yếu đầm lầy, khu vực nền
ẩm ướt và nền đất yếu có chiều dày>3m.
+ Mực nước ngầm (tại thời điểm thi công) phải ở sâu (nếu lớn hơn độ sâu đỉnh cọc cát
thì tốt nhất).
1.2.1.3. Cọc bê tông cốt thép
- Nguyên lí làm việc: Khi hạ cọc xuống đất nền, thể tích của cọc sẽ chiếm chỗ đất lỗ
rỗng của đất nền từ đó làm tăng khả năng chịu lực của đất nền.

10


+ Cọc bê tông cốt thép làm việc tốt trong môi trường đất, do đó người ta thường sử
dụng cọc bê tông cốt thép để gia cố nền đất yếu, đặc biệt là các công trình chịu tải
trọng lớn như các công trình dân dụng và công nghiệp, công trình giao thông, thủy lợi.
Thi công cọc bê tông cốt thép:
- Thi công cọc đúc sẵn:
+ Có 02 phương pháp để chọn thi công cọc: “ ép cọc” và “ đóng cọc”, tùy thuộc vào
điều kiện địa hình, địa mạo mà chọn phương pháp thi công cho phù hợp.
+ Theo yêu cầu thiết kế mà ta chọn kích thước và tiết diện để phù hợp với công trình.
Nếu chiều dài cọc lớn có thể chia cọc thành những đoạn cọc ngắn phù hợp cho việc
chế tạo và thi công.

trình đúc cọc dễ dàng, dễ dàng thi công, có khả năng áp dụng khi chiều dày lớp đất yếu
lớn.
- Đối với cọc khoan nhồi: Sức chịu tải tốt do đường kính cọc mà chiều sâu mũi cọc
lớn, tính liên tục cao do cọc liền khối không phải nối từng đoạn cọc, độ nghiêng lệch
của cọc nằm trong giới hạn cho phép, đặc biệt là thi công rất tốt trong khu vực đô thị
vì hạn chế ảnh hưởng đến kết cấu các công trình xung quanh.
- Nhược điểm: Chi phí khá lớn, đòi hỏi kỹ thuật cao trong thiết kế và thi công.
- Đối với cọc đúc sẵn:
+ Xử lý nền đất yếu có chiều dày lớp đất yếu lớn cần nối các đoạn cọc lại do đó tính
liên tục của cọc có thể bị giảm đi.
+ Khi thi công cọc trong đô thị rất dễ ảnh hưởng đến kết cấu các công trình lân cận.
- Đối với cọc khoan nhồi:
+ Bê tông cọc được thi công trong môi trường bùn đất nên khó kiểm soát được chất
lượng bê tông.

13