Thuyết trình các biện pháp xử lý nền đất yếu trông xây dựng sân bay quốc tế kansai

CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU
TRONG XÂY DỰNG
SÂN BAY QUỐC TẾ KANSAI
GVHD: PGS.TS. LÊ BÁ VINH
HVTH : TÔ LÊ HƯƠNG
MSHV : 1570160
TPHCM, tháng 03/2016


MỤC LỤC

NỘI DUNG
PHẦN 1

GIỚI THIỆU VỀ SÂN BAY QUỐC TẾ KANSAI ______________________________ 1

PHẦN 2

CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ÁP DỤNG Ở SÂN BAY KANSAI _______ 3

2.1

Cấu tạo địa chất bên dưới sân bay Kansai __________________________________ 3

2.2

Sơ lược các biện pháp gia cố - xử lý đất được sử dụng ở Sân bay quốc tế Kansai____ 4

2.3

Các biện pháp xử lý đối với tầng đất sét bồi tích (Alluvial Clay Layer) ___________ 5

2.3.1

Giếng cát (Sand Drain – SD) _________________________________________ 5

2.3.2

Cọc cát (Sand Compaction Pile – SCP)_________________________________ 6

2.3.3

Trộn sâu (Deep mixing – DM) _______________________________________ 6

2.4

Các biện pháp xử lý đối với lớp đất phủ bề mặt (Fill material) __________________ 7

2.4.1

Tạ rơi (Heavy Tamping hay Dynamic Compaction – DC) __________________ 8

2.4.2

Bàn đầm rung (Large Vibro Tamper – LVT) _____________________________ 9


Phần 1 – Giới thiệu về sân bay quốc tề Kansai

PHẦN 1

GIỚI THIỆU VỀ SÂN BAY QUỐC TẾ KANSAI
Sân bay quốc tế Kansai (Kansai Internationnal
Airport) được xây dựng trên một hòn đảo nhân tạo, nằm
trong vịnh Osaka, Nhật Bản. Công trình được xem như là
một trong những kỳ quan xây dựng của thế kỷ 20.

Hình 1- Vị trí sân bay quốc tế Kansai.

Sân bay được khởi công xây dựng vào năm 1987.
Hoàn tất việc xây dựng tuyến đê chắn biển bao quanh đảo
và phần thô của toàn bộ khối đảo vào năm 1989. Phần đão
nhân tạo ban đầu có chiều rộng khoảng 1.2km và chiều
dài hơn 4km. Năm 1990, cây cầu nối từ đảo vào đất liền
được xây dựng. Cây cầu dài 3.7km này cũng giữ kỷ lục là
cây cầu hai tầng dài nhất thế giới, với 6 làn xe phía trên

và 2 làn đường sắt ở phía dưới.
Vì địa chất bên dưới khu vực xây dựng đảo là tầng đất sét yếu, có tính lún cao, nên phần kết cấu
bên trên (nhà ga) phải đủ nhẹ để giảm độ lún tối thiểu, nhưng vẫn đảm bảo độ bền, khả năng chịu lực,
chống lại được các hiện tượng thiên nhiên khắc nghiệt ở vúng vịnh Osaka như bão biển hay động đất.
Cuối cùng, phương án do kiến trúc sư Piano Renzo đưa ra được mọi người chấp thuận, là xây nhà ga
hình cánh, tạo bởi thép và kính cường lực.

Hình 3- Nhà ga sân bay quốc tế Kansai
với thiết kế độc đáo

Hình 2- Cây cầu hai tầng nối sân bay với
đất liền

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 1


Phần 1 – Giới thiệu về sân bay quốc tề Kansai
Sau ròng rã 7 năm xây dựng, công trình hoàn tất và khánh thành vào năm 1994. Với đặc điểm
địa chất phức tạp, hòn đảo nhân tạo vẫn tiếp tục lún. Các kỹ sư và nhà chuyên môn đã đưa ra nhiều
phương án khắc phục sự lún này. Đến nay tốc độ lún của đảo đã chậm lại và trong tầm kiểm soát. Sau
khi vấn đề lún được kiểm soát, nhận thấy chỉ với một đường băng thì hiệu suất hoạt động của sân bay
không cao, dễ bị quá tải, vì vậy các nhà chức trách quyết định xây thêm một đường băng thứ hai ngay
kế cạnh sân bay thứ nhất. Đường băng thứ hai được xây dựng từ năm 2003 đến 2007 thì hoàn tất. Năm
2012, nhà ga thứ hai của sân bay cũng được xây dựng.

Hình 4- Sân bay quốc tế Kansai hiện nay (nhìn từ trên cao)

Việc xây dựng một sân bay giữa biển tuy gặp phải nhiều rủi ro, thách thức nhưng người Nhật
với trình độ kỹ thuật và khoa học cao đã chứng minh cho thế giới thấy họ có thể làm được. Sân bay
Kansai hoạt động đã giải quyết được nhiều vấn đề về giao thông, thương mại, v..v.. Ngoài ra Kansai
còn được bình chọn là sân bay quốc tế có dịch vụ chăm sóc khách hàng tốt nhất. Hơn 20 năm qua, chưa
một trường hợp nào phàn nàn về việc bị mất hành lý.
Đây quả là một công trình đáng tự hào của đất nước Nhât Bản và là một tuyệt tác của thế giới.

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 2


Phần 2 – Các biện pháp xử lý nền đất yếu áp dụng ở sân bay Kansai

PHẦN 2

CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ÁP DỤNG Ở SÂN BAY KANSAI
2.1 Cấu tạo địa chất bên dưới sân bay Kansai
Bên dưới sân bay Kansai có cấu tạo địa chất như sau:
-

0  20 m : lớp đất sét Alluvial
18  150m : lớp sét Pleistocene và lớp cát Pleistocene xen kẹp nhau
Dưới 150m: tầng sét cứng

Hình 5 Cấu tạo địa chất bên dưới sân bay Kansai

Tầng sét Alluvial là lớp đất yếu bồi tích, dày đến 20m. Ngay bên dưới nó là các lớp sét và cát
Pleistocene (hình thành cách đây khoảng 1 triệu năm), nên có thể xem như đây là tầng đất tốt.
Khi xây dựng một sân bay điều quan trọng là phải có phần đế móng thật tốt. Muốn như vậy,
các kỹ sư Nhật Bản đã áp dụng nhiều giải pháp để xử lý tầng đất nhão Alluvial cũng như gia
cố cho phần đất đắp san lấp trên bề mặt đảo.

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 3


Phần 2 – Các biện pháp xử lý nền đất yếu áp dụng ở sân bay Kansai
Sơ lược các biện pháp gia cố - xử lý đất được sử dụng ở Sân bay quốc tế Kansai

2.2

Hình 6- Bảng tổng hợp các biện pháp gia cố - xử lý đất được áp dụng ở sân bay quốc tế Kansai

Đối với tầng đất sét yếu Alluvial, tùy theo từng khu vực mà áp dụng 1 giải pháp khác nhau :

-

Toàn bộ khu vực sân bay, các tuyến đê chắn biển A và B: dùng phương pháp giếng cát (Sanddrain) với mục tiêu thúc đẩy nhanh quá trình cố kết.
Các tuyến đê chắn biển C và D: dùng phương pháp cọc cát (Sand compaction pile) với mục
tiêu thay thế bớt tầng đầng đất nhão (replacement)
Tuyến đê biển A (bao quanh các góc công trình): phương pháp trộn sâu (Deep mixing
method) với mục tiêu dùng chất hóa học để hóa rắn đất (Solidification).

Đối với phần đất san lấp, để đạt mục tiêu chung là làm đặc sít hơn cấu trúc đất bằng phương pháp
đầm rung (Vibratory Compaction) các biện pháp sau đây đã được áp dụng :
-

Cọc cát : áp dụng ở khu vực nhà ga sân bay.
Tạ rơi: (Heavy Tamping hay còn tên gọi khác là DC-Dynamic Compaction): áp dụng cho
khu vực đường băng sân bay.
Bàn đầm rung (Large vibro tamper method): áp dụng cho khu vực xây dựng đường đi lại
trong sân bay.

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 4


Phần 2 – Các biện pháp xử lý nền đất yếu áp dụng ở sân bay Kansai
Các biện pháp xử lý đối với tầng đất sét bồi tích (Alluvial Clay Layer)

2.3

Hình 7- Sơ đồ các vị trí áp dụng biện pháp gia cố xử lý tầng đất sét Alluvial

2.3.1

Giếng cát (Sand Drain – SD)

Hình 8 – Sơ lược quy trình thi công giếng cát

Giếng cát được sử dụng để tăng nhanh khả năng thoát nước của các lọai đất yếu. Trình tự thi công
như sau:
1. Định vị vị trí giếng cát
2. Hạ ống thép rỗng, có đường kính tương ứng đường kính giếng cát cần thi công, vào vị trí.
TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 5


Phần 2 – Các biện pháp xử lý nền đất yếu áp dụng ở sân bay Kansai
3. Đổ cát vào đầy ống thép rỗng.
4. Từ từ rút ống lên để cát trong ống chảy ra hình thành cột cát trong lòng đất yếu.
2.3.2

Cọc cát (Sand Compaction Pile – SCP)

Cũng giống như giếng cát, cọc cát cũng là một phương pháp tạo kênh thoát nước đứng cho tầng đất
yếu, ngoài ra nó còn có chức năng tăng sức chịu tải cho nền đất yếu. Cọc cát khác giếng cát ở chỗ có
đầm chặt trong quá trình thi công, cụ thể như sau:

Hình 9 – Các giai đoạn trong quá trình thi công cọc cát đầm chặt (SCP)

Xác định vị tri hạ cọc cát
Ấn cần khoan vào tầng đất yếu đến độ sâu mũi cọc cát.

Đổ cát vào hố khoan vừa tạo thông qua phễu tiếp liệu ở trên đỉnh.
Tháo cát vào trong hố khoan, vừa tháo vừa rút cần khoan lên.
Hạ cần khoan xuống lớp cát vừa đổ, kích hoạt búa đầm rung để đầm chặt lớp cát này.
 Lặp lại các bước 3, 4,5 nhiều lần đến khi rút cần khoan lên khỏi mặt đất.
6. Hoàn tất cọc cát đầm chặt.
1.
2.
3.
4.
5.

2.3.3

Trộn sâu (Deep mixing – DM)

Deep mixing là phương pháp gia cố xử lý nền đất yếu trên nguyên tắc đưa chất kết dính hóa học (vd:
vôi, xi măng) vào hòa trộn với đất, để tạo thành một loại đất hỗn hợp mới. Loại đất mới này dưới tác
dụng chất kết dính sẽ hóa rắn và đạt khả năng chịu lực cao hơn đất chưa gia cố xử lý. Trình tự thi
công phương pháp này có thể tóm lược trong sơ đồ sau:

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 6


Phần 2 – Các biện pháp xử lý nền đất yếu áp dụng ở sân bay Kansai

Hình 10 – Tóm lược quy trình thi công phương pháp trộn sâu (Deep mixing method)

1. Định vị vị trí cần khoan

2. Bắt đầu khoan , vừa khoan vừa nhào trộn đất với chất kết dính được phun vào trong hố khoan
(ở đây là xi măng)
3. Trộn đều phần đế
4. Rút dần cần khoan đồng thời tiếp tục nhào trộn hỗn hợp đất – xi măng
5. Hoàn tất việc trộn và hình thành cột đất trộn xi măng.
2.4

Các biện pháp xử lý đối với lớp đất phủ bề mặt (Fill material)

Hình 11 - Sơ đồ các vị trí áp dụng biện pháp gia cố xử lý tầng đất phủ bề mặt

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 7


Phần 2 – Các biện pháp xử lý nền đất yếu áp dụng ở sân bay Kansai
2.4.1

Tạ rơi (Heavy Tamping hay Dynamic Compaction – DC)

Hình 12 – Một số hình ảnh về quá trình thi công phương pháp tạ rơi

Phương pháp đầm chặt bằng tạ rơi được thực hiện với mục đích làm tăng độ đặc chắc của lớp đất
rời. Một xe cẩu nâng quả tạ bằng thép, nặng khoảng 10-40 tấn, lên độ cao 5-40m. Sau đó thả quả tạ
rơi tự do vào vị trí đã xác định trước. Lặp lại thao tác nâng tạ, rơi tạ thêm vài lần sẽ có tác dụng làm
chặt đất trong một phạm vị bán kính nhất định quanh vị trí thả rơi tạ. Sơ đồ các điểm thả tạ sao cho
hiệu quả đầm chặt áp dụng trên toàn nền được bố trí theo dạng lưới xen kẽ như hình dưới đây

Hình 13 – Sơ đồ bố trí các điểm thả tạ

đầm chặt, chia làm 3 giai đoạn :

-

-

-

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Giai đoạn 1: đầm chặt cho lớp
đất sâu, thả tạ rơi ở các điểm
màu vàng
Giai đoạn 2: đầm chặt cho các
lớp đất nông hơn, thả tạ rơi ở
các điểm màu xanh rêu.
Giai đoạn 3: hoàn thiện, thả tạ
rơi đầm chặt tại mọi điểm
trong sơ đồ (các ô vuông).

Page 8


Phần 2 – Các biện pháp xử lý nền đất yếu áp dụng ở sân bay Kansai
2.4.2

Bàn đầm rung (Large Vibro Tamper – LVT)

Hình 14 – Thiết bị thi công phương pháp LVT

Phương pháp này áp dụng cho việc đầm chặt các loại đất cát trên bề mặt. Nguyên tắc hoạt động
tương tự như máy đầm bàn dùng cho bê tông, bao gồm một bộ rung tạo chấn động mạnh, lắp trên
một bàn thép phẳng, lớn. Có 2 loại kích thước thường thấy của loại bàn đầm dùng cho đất cát này là
4m2 hoặc 9m2, tùy theo chiều sâu xử lý và diện tích cần đầm chặt.

TÔ LÊ HƯƠNG 1570160

Page 9