Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ quảng ninh đến quảng nam nghiên cứu giải pháp xử lý nền đê biển bằng bơm hút chân không

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM







BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG


THUỘC ĐỀ TÀI:
“
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN
NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM
”
Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂ
Y
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN
Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng
Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-14
22/12/2009

Hà Nội 2009

Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
1
MỤC LỤC
Chuyên đề 22 2

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 2
6.11. PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC
THẤM 2

6.11.1. Giới thiệu phương pháp 2
6.11.2. Mô hình và nguyên lý làm việc 4
6.11.3. Phạm vi ứng dụng 5
6.11.3. Lắp đặt cố kết chân không 5
6.11.4. Tính toán thiết kế 10
6.11.5. Quan trắc thi công 10
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
2
Chuyên đề 22
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG
6.11. PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC
THẤM
6.11.1. Giới thiệu phương pháp

Gia tải trước bằng biện pháp hút chân không là một trong những phương pháp
phổ biến dùng để cải tạo nền đất yếu. Phương pháp này đã được xử dụng thành
công ở nhiều nước để cải tạo thổ nhưỡng và cả
i tạo đất nền (Holtz 1975, Choa
1990, Jacob 1994, Bergado và nnk 1998, 2002, Chu và nnk 2000). Giếng cát và vật
thoát nước đứng đúc sẵn được chế tạo gần đây (PVD) thường được dùng để phân bố
gia tải chân không và làm tiêu thoát nước lỗ rỗng. Các nguyên lý và cơ chế của gia
tải trước bằng hút chân không đã được thảo luận trong các tài liệu, ví dụ của
Kjellman (1952) và Holtz (1975). Một tải trọng do hút chân không bằng 80kPa hoặc
lớn hơn có thể duy trì lâu tuỳ ý. So với ph
ơng pháp gia tải khối đắp, đối với một tải
trọng tương đương, thì phương pháp gia tải chân không rẻ và nhanh hơn (Chu
2000).
Sự khác biệt chủ yếu giữa phương pháp gia tải khối đắp và gia tải trước bằng
chân không là ở biến thiên áp suất nước lỗ rỗng (ASLR). Trong phương pháp gia tải
khối đắp, ASLR dư đầu tiên sẽ được hình thành từ trạng thái ban đầu (thường là áp
suất thuỷ tĩ
nh) có cùng độ lớn của siêu tải, rồi tiêu tan dần như nêu trong Hình1a.
Mặt khác ở phương pháp hút chân không, ASLR trong đất sẽ giảm dần từ trạng thái
ban đầu (thường là áp suất thuỷ tĩnh) có cùng độ lớn với áp suất chân không tác
dụng như nêu Hình 1b. Khi ASLR có thể đạt tới giá trị âm, thì biến đổi ASLR do tải
trọng chân không càng phức tạp, đặc biệt trong trường hợp sử dụng kết hợp phương
pháp gia tải kh
ối đắp và phương pháp hút chân không. Do vậy, đối với các công
trình gia tải trước bằng chân không, phải thường xuyên kiểm soát biến thiên ASLR
trong quá trình cố kết.
Cùng với ASLR, độ lún của đất cũng thường được kiểm soát và dùng để tính
độ cố kết (ĐCK). ĐCK là một thông số quan trọng trong việc đánh giá tính hiệu quả
của cải tạo đất. Nó cũng thường được dùng như một chi tiết kỹ thuật trong h
ợp đồng

cải tạo đất nền. ĐCK thường được tính bằng tỷ số của độ lún hiện tại và độ lún cuối
cùng. Tuy nhiên, đối với một công trình xử lý nền đất, độ lún cuối cùng chưa biết
và phải dự tính. Có nhiều phương pháp dự tính độ lún cuối cùng. Trong số đó, các
phương pháp sau đây thường được dùng như phương pháp của Asaoka (1978) và
phương pháp hypecbolic (Shidharan và Rao 1981). Trong phương pháp Asaoka,
một dãy các s
ố liệu quan trắc lún (S
1
, , S
i-1
, S
i
, S
i+1
, S
N
) tại các khoảng thời gian
không đổi được vẽ trên đồ thị quan hệ S
n
 S
n-1
(n =1, ,N) (đường A). Độ lún ổn
định, S
ult
, được xác định tại giao điểm của đường lún lập được với đường thẳng làm
góc 45
o
với phương ngang (Asaoka 1978), như minh hoạ trên hình 2 (đường B).
Tuy nhiên, độ lún ổn định S
ult

nhận được từ phương pháp Asaoka chịu ảnh hưởng
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
3
của khoảng thời gian lựa chọn. Matyas và Rothenburg (1996), Bo và nnk (1999) và
Goi (2004) đã chỉ ra rằng khoảng thời gian chọn càng dài thì S
ult
dự tính càng nhỏ.
Trong phương pháp hypecbolic, Shidharan và Rao lập đường quan hệ độ lún theo
thời gian (1981).

u
0
(z) = mặt cắt áp suất nước lỗ rỗng tĩnh; ú
v
(z)’ = ứng suất hiệu quả tại thời điểm t; u
t
(z)= áp suất
nước lỗ rỗng dư tại thời điểm t; u
s
(z) = đường độ hút; ú
0
’ = ứng suất tầng phủ hiệu quả ban đầu;
Hình 1. Minh hoạ sơ đồ hoá biến thiên áp suất nước lỗ rỗng và biến thiên ứng suất
hiệu quả theo (a) gia tải khối đắp và (b) gia tải chân không

Hình 2. Mô hình hóa biểu đồ theo PP Asaoka
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
4

Độ lún ổn định S
ult
được tính theo nghịch đảo của độ dốc tuyến tính của
đường lập được. Tuy nhiên, S
ult
nhận được theo phương pháp này còn phụ thuộc vào
giá trị cuối cùng của ĐCK. Theo quan sát của Matyas và Rothenburg (1996), Bo và
nnk (1999) và Goi (2004), ĐCK của đất đạt càng cao, thì S
ult
nhận được càng nhỏ.
Goi (2004) cũng chỉ ra rằng đồ thị quan hệ S  t không hoàn toàn thẳng nên độ dốc
tuyến tính có thể khác nhau nếu độ dốc lấy theo các đoạn khác nhau trên đường
cong. S
ult
càng nhỏ khi lấy độ dốc tại cuối đường cong. Do vậy các phương pháp
tính khác nhau sẽ cho ĐCK khác nhau. Ngoài ra, các số liệu về ASLR cũng có thể
dùng để đánh giá độ cố kết. Hệ số tiêu tan ASLR có thể dễ dàng tính theo tỷ số giữa
lượng tiêu tan ASLR với ASLR ban đầu, [u
i
- u (t)]/u
i
, trong đó u
i
= ASLR ban đầu
và u(t) = ASLR tại thời điểm t. Tuy nhiên, tỷ số này chỉ cho ĐCK của một phân tố
đất không phải là ĐCK bình quân. Để tính ĐCK bình quân, cần lập được phân bố
ASLR trên toàn chiều sâu tầng đất. Trong nội dung trình bày này chỉ nêu một
phương pháp dự tính ĐCK dựa trên phân bố ASLR. Hai nghiên cứu điển hình được
giới thiệu để khảo sát đặc tính tiêu tan ASLR dưới tác dụng của gia tải trước bằng
hút chân không. Đ

CK đạt được trong mỗi trường hợp được đánh giá bằng cách
dùng số liệu ASLR và được so sánh với ĐCK dự tính bằng cách dùng số liệu đo
lún.

Hình 3. Minh họa biểu đồ phân bố ASLR


6.11.2. Mô hình và nguyên lý làm việc
Hệ thống tiêu nước chân không gồm thiết bị tiêu nước thẳng đứng (PVD) và
lớp thoát nước (cát), các thiết bị tiêu nước nằm ngang, một màng chống thấm bằng
nhựa tổng hợp hoặc màng HDPE (Geomembrane), hệ thống máy bơm hút chân
không và nước.
Cố kết chân không gia tải trước cho toàn bộ khối đắp bằng cách giảm dần áp
lực nước lỗ rỗng trong khi giữ nguyên ứng suất tổng. Giải pháp này
được thực hiện
bằng việc hút nước dưới màng không thấm, giữ phá khí không đổi (áp suất hút chân
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
5
không bằng 80kPa hoặc lớn hơn có thể duy trì lâu tuỳ ý) giữa màng không thấm và
mực nước ngầm hạ thấp.

Hình 4. Mô hình - Sơ đồ cố kết bằng hút chân không
6.11.3. Phạm vi ứng dụng
- Ứng dụng để xử lý tầng đất yếu (có thể xử lý tầng đất yếu chứa hữu cơ
nhưng không phải đất dạng than bùn). Độ sâu xử lý hiệu quả nhất đối với bấc thấm
thường nhỏ hơn 15m kết hợp với gia tải trước;
- Làm tăng nhanh tốc độ c
ố kết sớm đạt được cố kết mong muốn; cải thiện
nền đất tăng sức chịu tải; cho phép xây dựng công trình ổn định về sức chịu tải và

kiểm soát lún cho phép của công trình;
- Để bấc thấm phát huy hiệu quả thì:
η =
vzzvz
pzzvz
σσσ
σ
σ
σ
lg)lg(
lg)lg(
−+
−
+
> 0,60
σ
vz
+ σ
z
≥ (1,2 ÷ 1,5)σ
pz

Trong đó:
σ
vz
- Áp lực bản thân của tầng đất yếu;
σ
z
- Áp lực do tải trọng ngoài;
σ

pz
- Áp lực tiền cố kết.
- Để thiết bị tiêu nước thẳng đứng phát huy được hiệu quả, giải pháp phải
được kết hợp giữa PVD + hút chân không, tốt hơn nữa là PVD + hút chân không kết
hợp với gia tải trước.
6.11.3. Lắp đặt cố kết chân không
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
6
Hình 5 mô tả chi tiết mặt bằng và cắt ngang một hệ thống cố kết bằng thoát
nước thẳng đứng + hút chân không kết hợp với gia tải.
12

Hình 5. Bố cục sơ đồ phương pháp gia tải trước bằng áp suất chân không
1- Hệ thống thoát nước; 2- Đường ống lọc; 3-đường bảo vệ; 4- Đường thoát nước; 5- Van
khoá; 6- Đồng hồ đo áp suất âm; 7- Bơm áp lực cao; 8- Máy bơm ly tâm; 9- Rãnh đào; 10-
Đường ống ngang; 11- Màng chống thấm; 12- Khối đắp gia tải (nếu cần).
Trình tự thực hiện PVD + bơm hút chân không:
Bước 1: Rải đệm cát thoát nước khu vực xử lý:
Bước 2: Thi công thiết bị thoát nước thẳng đứng (có thể sử dụng loại PVD-
Prefabricated Vertical Drain hoặc PSD - Packed Sand Drain). Hình 6 thể thiện trình
tự thi công bấc thấm PVD.
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
7
Thiết bị thi công cắm bấc
PVD
Cắm PVD có mũi dẫn hướng
Giữ PVD và rút mũi dẫn
hướng

Cắt bấc thấm PVD
Đệm
cát
Nền đất
yếu
Bấc thấm
PVD

Hình 6. Trình tự thi công cắm bấc thấm

Hình 7. Mặt bằng hoàn thiện thi công hệ thống thoát nước thẳng đứng
Bước 3: Đặt ống lọc nước và ống dẫn nước trong tầng đệm cát
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
8


Hình 8. Mặt bằng lắp đặt hệ thống ống lọc và ống dẫn nước trong tần đệm cắt
Bước 4: Lắp đặt thiết bị quan trắc trong phạm vi xử lý

Hình 10. Lắp đặt thiết bị quan trắc ASLR, lún,
Bước 5: Bao phủ toàn bộ phạm vi xử lý bằng màng chống thấm và chôn vào đất tại
đáy rãnh để bảo đảm cách ly hoàn toàn với không khí; rãnh được lấp đầy bằng đất
sét hoặc bentonite.
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
9


Hình 11. Thi công phủ màng chống thấm

Bước 6: Lắp đặt hệ thống máy bơm hút chân không

Hình 12. Ống thoát nước chính được nối với máy bơm hút chân không
Bước 7: Kết hợp giữa bơm hút chân không với gia tải trước
Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không
Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN
10

Hình 13. Đắp lớp gia tải trước
6.11.4. Tính toán thiết kế



6.11.5. Quan trắc thi công