BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN PHÚ CƯỜNG

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

TRẦN PHÚ CƯỜNG

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


LỜI CẢM ƠN
Được sự hướng dẫn tận tình của TS. Phạm Quang Tú, cùng sự giúp đỡ của các Chuyên
gia và Kỹ sư thực hiện dự án, Sau 6 tháng tiến hành, tác giả đã hoàn thành Luận văn
tốt nghiệp với 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” theo đúng yêu cầu và kế
hoạch được giao.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ban giám hiệu, các thầy cô Khoa sau
đại học, các thầy cô Bộ môn Địa kỹ thuật đã hết lòng giảng dạy nhiệt tình giúp đỡ
trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn này.
Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã cố gắng nghiên cứu, vận dụng kiến thức đã
học, tham khảo các tài liệu liên quan, các quy trình, quy phạm hiện hành học hỏi
những kinh nghiệm quý báu của Nhiều Giáo Sư, Tiến sĩ của Trường Đại học Thủy Lợi
hướng dẫn để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do kiến thức chưa vững,
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 Giảng viên tận
tình chỉ bảo, bổ sung những kiến thức cần thiết.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Quang Tú – Người đã rất tận tình trực
tiếp chỉ bảo, đôn đốc, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn, cùng toàn thể
giảng viên trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi, những người đã truyền
đạt kiến thức chuyên môn và thực tế cho em. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn gia
đình, bạn bè luôn ủng hộ giúp đỡ em trong quá trình em làm Luận văn tốt nghiệp.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................1

HÚT
CHÂN
KHÔNG
VÀ
GIA
TẢI
...........................................................22
2.1. Nguyên lý tính toán. ...............................................................................................22
2.1.1. Kiểm tra sức chịu tải của nền: .............................................................................22
2.1.2. Kiểm tra tính ổn định của mái dốc nền đắp:........................................................22
2.1.3. Kiểm tra lún (biến dạng) của nền: .......................................................................23
2.2. Thiết kế bấc thấm và xác định độ cố kết của nền...................................................25
2.2.1. Dự báo tốc độ lún trong giai đoạn khai thác .......................................................26
2.2.2. Quan trắc trong quá trình thi công.......................................................................27
2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................................30
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP
CHÂN
KHÔNG
VỚI
GIA
TẢI
......................................................................32

HÚT
TRƯỚC

3.1. Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1.............................................32


iii

Hình 1.10 thi công cọc ximăng đất................................................................................19
Hình 1.11 Sơ họa công nghệ Jet- Grouting ...................................................................20
Hình 2.1 Mô hình bài toán ổn định................................................................................23
Hình 3.1 Bản đồ vị trí nhà máy nhiệt điện Sông Hậu 1 ................................................33
Hình 3.3 Biểu đồ gia tải theo giai đoạn thi công...........................................................37
Hình 3.4 Kết quả tính ổn định khi đắp và gia tải...........................................................39
Hình 3.5 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA1.........................................44
Hình 3.6 Biểu đồ độ lún trong quá trình hút chân không và gia tải PA1 ......................46
Hình 3.7 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2.........................................48
Hình 3.8 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA2.........................................49
Hình 3.9 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3.........................................52
Hình 3.10 Biểu đồ độ lún trong quá trình cắm bấc thấm PA3.......................................53
Hình 3.11 Mô hình khi cắm bấc thấm ...........................................................................54
Hình 3.12 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y ........................................................55
Hình 3.12 Biểu đồ lún theo thời gian theo phương Y ...................................................55
Hình 3.13 Kết quả chuyển vị thời gian hút chân không 120 ngày ................................56
Hình 3.14 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. ..................34
Hình 3.2 Vị trí nhà máy chính......................................................................................35
Bảng 3.2 Tải trọng tính toán trong trường hợp không có xử lý nền .............................36
Bảng 3.3 Tải trọng tính toán trong giai đoạn khai thác.................................................36
Bảng 3.4: Tải trọng tính toán trong giai đoạn bơm hút chân không kết hợp với gia tải
trước...............................................................................................................................37
Bảng 3.5 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 được lựa chọn đưa vào tính toán ....38
Bảng 3.6 Các tham số của nền tại hố khoan BH2 (tiếp theo) .......................................38

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.

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.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH.
1.1. Tổng quan về đất yếu
1.1.1. Khái niệm về đất yếu
2

Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ vào khoảng 0,5 - 1,0 kg/cm ít khi lơn
hơn, tính nén lún mạnh, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mô đun biến
2

dạng thấp (thường thì Eo < 50 kg/cm ) 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


Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn.

Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn và than bùn. Ngoài ra ở một số
vùng còn gặp loại đất có ít nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất bazan ở Tây
Nguyên và thỉnh thoảng còn gặp các loại cát chảy là những loại đất yếu có những đặc
điểm riêng biệt.
1.1.2.1. Đất sét mềm
Theo quan điểm địa kỹ thuật thì không có sự phân biệt rõ ràng giữa đất sét mềm và
bùn. Tuy nhiên ở đây ta hiểu đất sét mềm là các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt,
bão hòa nước và có cường độ cao so với bùn. Đất sét mềm có những đặc điểm riêng
biệt nhưng cũng có nhiều tính chất chung của các đất đá thuộc loại sét, đó là sản phẩm
của giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét.
Đất sét gồm chủ yếu là các hạt nhỏ như thạch anh, felspar (phần phân tán thô) và các
khoáng vật sét (phần phân tán mịn). Các khoáng vật sét này là các silicate alumin có
2+

+

thể chứa các ion Mg , K , Ca, và Fe... chia thành ba loại chính là ilite, kaolinite và
montmorlonite. Đây là những khoáng vật làm cho đất sét có đặc tính riêng của nó.
Ilite là một khoáng vật đại biểu của nhóm hydromica. Hydromica được thành tạo chủ
yếu là ở môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung bình và axit yếu, luôn chứa khá nhiều kali
trong dung dịch. Về cấu tạo mạng tinh thể, ilite chiếm vị trí trung gian giữa kaolinite
và montmorilonite.
Kaolinite được thành tạo do phong hóa đá magma, đá biến chất và đá trầm tích trong
điều kiện khí hậu ẩm khác nhau. Đặc điểm của mạng tinh thể kaolinite là tương đối
bền, ổn định.
Montmorilonite phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm, cấu tạo mạng tinh thể gần giống
như kaolinit nhưng kém bền vững, nước dễ xuyên vào gây trương nở mạnh.

tác dụng lâu dài của tải trọng. Khả năng đó gọi là tính lưu biến. Trong tính chất lưu
biến của đất sét còn có biểu hiện giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi,
gọi là sự chùng ứng suất. Thời gian mà ứng suất gây nên biến dạng đang xét giảm đi

6


2,7183 lần gọi là chu kỳ chùng ứng suất. Ở đất sét yếu chu kỳ chùng ứng suất thường
rất ngắn.
Hiện tượng hấp thụ là khả năng đất sét yếu hút từ môi trường chung quanh và giữ lại
trên chúng những vật chất khác nhau (cứng, lỏng, hơi), những ion phân tử và các hạt
keo. Người ta dùng nó để giải thích nhiều hiện tượng và tính chất đặc biệt của đất sét.
1.1.2.2. Bùn
Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường
nước ngọt hoặc trong môi trường nước biển, gồm các hạt rất mịn (nhỏ hơn 200m) với
tỷ lệ phần trăm các hạt < 2m cao, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ
ong. Tỷ lệ phần trăm các chất hữu cơ nói chung dưới 10%.
Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy biển, vũng, vịnh, hồ hoặc các
bãi bồi của sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy triều. Bùn luôn no
nước và rất yếu về mặt chịu lực. Theo quy phạm Liên Xô SNIP II – 1,62 thì bùn là
trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quy trình hình thành đất đá loại sét, được thành tạo
trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật. Độ ẩm của bùn luôn cao hơn
giới hạn chảy, còn hệ số rỗng e > 1 (với á cát và á sét) và e > 1,5 (với sét).
Trong thành phần hạt, bùn có thể là á cát, á sét, sét và cũng có thể là cát mịn và đều có
chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đôi khi đến 10 – 12%), càng xuống sâu hàm
lượng này càng giảm.
Cường độ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn (bùn có đặc tính là nén chặt không hạn
2

chế kèm theo sự thoát nước tự do), môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1 – 5 daN/cm

1.2.1.1. Cọc cát
-

Nguyên lí làm việc: Khi cọc được hạ vào trong đất yếu, nhờ thể tích cọc chiếm

chỗ mà đất xung quanh dọc theo chiều dài cọc được lèn chặt lại.
-

Thi công cọc cát:
Tạo lỗ bằng cách hạ ống thép
Tạo lỗ bằng nổ mìn ép đất
Sau khi đã tạo lỗ, tiến hành nhồi cát vào đồng thời đầm chặt lần lượt từng lớp

cát trong lỗ với chiều dày từng lớp khoảng từ 0,5- 1,0 m

8


Hình 1.1 Thi công cọc cát bằng cách hạ ống thép
-

Ưu điểm:
Cọc cát làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm và góc ma sát trong tăng lên.

Vì đất nền được nén chặt lại do đó sức chịu tải của nền tăng lên, biến dạng và sự chênh
lệch biến dạng của nền công trình gảm đi đáng kể.
Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với
nền thiên nhiên hoặc nền đất được gia cố bằng cọc cứng.
-


Cường độ chịu nén và cường độ chống cắt của cọc đá dăm lớn hơn so với cọc

cát, vì vậy mà sức chịu tải của nền tốt hơn.
Thi công dễ dàng trong điều kiện đất sét dẻo mềm, sét pha trạng thái chảy, cát
pha trạng thái xốp.
-

Nhược điểm:
Độ liên tục của cọc thấp
Khó kiểm soát chất lượng cọc
Giá thành cao hơn so với cọc cát

1.2.1.3. Đệm cát
-

Nguyên lí hoạt động: Thay lớp đất yếu nằm ngay dưới đáy móng chịu ứng suất

lớn bằng một đệm cát để đủ sức chịu tải trọng mà vẫn tận dụng được khả năng làm
việc của lớp đất yếu nằm dưới. Phương pháp này thường được áp dụng khi đất yếu là
sét chảy có chiều dày tương đối mỏng (3-5m)
-

Thi công tầng đệm cát:

10


Hiệu quả của tầng đệm cát phụ thuộc phần lớn vào độ chặt của nó. Khi thi công
đệm cát phải đảm bảo độ chặt lớn nhất đồng thời không làm phá hoại kết cấu đất thiên
nhiên dưới tầng đệm cát, thường gặp hai trường hợp sau:

-

Nguyên lí làm việc:
Cọc bê tông cốt thép là sự kết hợp giữa bê tông và thép, chúng có mối tương

quan về sự giãn nở do nhiệt, ngoài ra “bê tông” và “thép” mối quan hệ bổ trợ lẫn nhau.
Nhờ thể tích mà cọc chiếm chỗ, cường độ chịu nén của vật liệu làm cọc tốt hơn
hẳn so với đất nền mà đất nền được lèn chặt lại, sức chịu tải của nền tăng lên rõ rệt.
Khả năng làm việc tốt khiến cho cọc bê tông cốt thép là sự lựa chọn hàng đầu
nhằm gia cố nền đất yếu cho nhiều công trình dân dụng và công nghiệp; công trình
giao thông.
-

Thi công cọc bê tông cốt thép:
Thi công cọc ép
Chiều dài và tiết diện cọc phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế. Nếu chiều dài cọc quá

lớn có thể chia cọc thành những đoạn cọc ngắn để phù hợp cho việc chế tạo và thi
công
Chiều dày lớp bảo vệ tối thiểu là 3cm
Đổ bê tông phải liên tục,khuôn đúc cọc phải phẳng, dùng đầm dùi để đầm từ
đỉnh cọc đến mũi cọc tránh khuyết tật bên trong cọc
Cọc được hạ vào trong đất nền theo hai phương pháp chính đó là: “ Ép cọc” và “
Đóng cọc” tùy thuộc vào điều kiện đất nền cũng như điều kiện dân sinh, môi trường
quanh khu vực thi công.

12


Hình 1.4 Robot ép cọc

hạn cho phép.
-

Nhược điểm: Chi phí khá lớn, đòi hỏi Kỹ thuật cao trong thiết kế và thi công.
Đối với cọc đúc sẵn: Xử lí nền đất yếu có chiều dày lớp đất yếu lớn cần chắp

nối các đoạn cọc lại do đó tính liên tục của cọc bị giảm đi
Đối với cọc khoan nhồi: Môi trường thi công sinh lầy,dơ bẩn. Chiều sâu chôn
cọc giới hạn trong khoảng 120- 150 lần đường kính cọc

14


1.2.2. Nhóm giải pháp vật lí ( thoát nước)
Mục đích chính của nhóm giải pháp này là đẩy nhanh tốc độ cố kết cho nền khi độ ẩm
của nền giảm và độ chặt của nền tăng lên. Vì thế, các biện pháp thoát nước là sự lựa
chọn hợp lí trong việc xử lí nền đất yếu.Hiện nay, biện pháp được sử dụng nhiều ở
Việt Nam có thể kể đến là “Bấc thấm” và” Giếng cát”.
1.2.2.1. Bấc thấm
-

Nguyên lí hoạt động:
Bấc thấm là một băng tiết diện hình chữ nhật, được dùng để dẫn nước từ trong

nền dất yếu lên tầng đệm cát rồi đi ra bên ngoài, nhờ đó đẩy mạnh tốc độ cố kết, tăng
khả năng chịu tải, đẩy nhanh tốc độ lún của nền đất.
Bấc thấm cấu tạo gồm hai phần: Phần lõi và phần vỏ bọc. Lõi được làm từ
polypropylene/ polyester có cường độ chịu kéo tốt, tiết diện hình chữ nhật, tác dụng
chính là luân chuyển nước lỗ rỗng ra bên ngoài. Vỏ được làm từ polyester mỏng tác
dụng là ngăn bẩn cho nước thoát ra dễ dàng