Tiểu luận môn kỹ thuật xử lý nền đất yếu gia cố đất sét yếu bangkok bằng bấc thấm kết hợp hút chân không và giảm gia tải trước bằng cát

1

GIA CỐ ĐẤT SÉT YẾU BANGKOK BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT
CHÂN KHÔNG VÀ GIẢM GIA TẢI TRƯỚC BẰNG CÁT
I.

TÓM TẮT:

Địa điểm kiến nghị Sân Bay Quốc Tế thứ 2 Bangkok (The Second Bangkok International
Airport – SBIA) có diện tích bao gồm 8.0 km nhân 4.0 km, ở trên 16.0 m đất sét Bangkok rất
yếu tới yếu.
Ở địa điểm kiến nghị, một nghiên cứu trước đây đã thành công khi sử dụng bấc thấm thoát
nước đứng (PVD) với gia tải trước truyền thống bằng chất thêm khối đất đắp. Cố kết chân
không cung cấp một giải pháp thay thế để giảm thời gian gia tải trước. Ở phương pháp này,
nền đất sét được gia tải bằng cách giảm áp lực lỗ rỗng thặng dư bằng áp lực chân không kết
hợp với giảm tổng lượng cát gia tải.
Hai khối đất đắp thí nghiệm tỷ lệ đầy đủ với diện tích 40m nhân 40m được xây dựng. Ở đất
đắp 1, hệ thống thoát nước lưới địa kỹ thuật kết hợp với 15.0 m bấc thấm thẳng đứng. Ở đất
đắp 2, ống đục lỗ và gấp nếp được kết hợp với vải địa kĩ thuật không dệt ép bằng nhiệt được
sử dụng khi hệ ống thoát kết hợp với 12.0 m bấc thấm chiều dài.
Trong thiết bị nền móng, những áp kế được thiết đặt trong những độ sâu khác nhau của nền
đất để đo áp lực lỗ rỗng. Độ bền cắt không thoát nước tồn tại sau khi cải thiện được tìm thấy
cao hơn 1.5 đến 2.0 lần so với trước khi cải thiện. Tốc độ thoát nước của khối đất đắp 2 hiệu
quả hơn từ 20% đến 30% so với khối đất đắp 1. Sau 45 ngày, những khối đất đắp thí nghiệm
được tăng lên một chiều cao cực đại 2.5 m. Sau 140 ngày, bề mặt lún xuống lần lượt trong đất
đắp 1 và 2 là 0.74 m và 0.96 m.
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được dùng để tìm ra những nhân tố (hệ số) ảnh hưởng.
Đầu tiên, gia tải chân không được mô phỏng bằng số học bằng giá trị lún hợp lí. Những hiệu
ứng của gia tải chân không được nghiên cứu bởi (a) mô phỏng những điều kiện vùng, (b) duy
trì áp suất chân không cao, và (c) không có tải chân không. Những kết quả của phân tích bằng
FEM đã chỉ ra hiệu quả của gia tải trước chân không và giảm bớt cát gia tải. Cuối cùng, biểu

hiện của khối đất đắp 2 được so sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng gia tải thông
thường, được chứng minh tăng tốc độ lún 60 % (4 tháng gia tải trước).

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


2
II.

GIỚI THIỆU:

Ở địa điểm kiến nghị SBIA, sự có mặt của của lớp sét Bangkok yếu, dày 16.0 m đặt ra nhiều
vấn đề về nền móng (AIT, 1995). Vì mục đích kinh tế, kỹ thuật gia cố nền là tất yếu. Về điểm
này, gia cố nền với bấc thấm thoát nước thẳng đứng (PVD) đã được nghiên cứu thành công
kết hợp với sử dụng cát gia tải thông thường (Bergado et al, 1997). Bởi vì vật liệu cát càng
ngày càng đắt, nguồn khai thác ở khoảng cách xa, gia tải trước bằng chân không có thể thay
thế.
Trong phương pháp này, thay vì việc tăng ứng suất hữu hiệu trong đất bằng việc tăng ứng
suất tổng, gia tải trước chân không tăng ứng suất hữu hiệu bằng việc giảm bớt áp lực nước lỗ
rỗng. Như vậy, gia tải trước chân không kết hợp với giảm gia tải trước bằng cát có thể rút
ngắn thời gian cố kết không ảnh hưởng đến tình ổn định của khối đất đắp thí nghiệm.
Trong nghiên cứu này, hai khối đất đắp cùng tỉ lệ, tức là: khối đất đắp 1 và khối đất đắp 2,
được xây dựng tại SBIA lần lượt tương ứng với bấc thấm dài 15.0 m được kết hợp với lưới
địa kỹ thuật và 12.0 m với hệ ống thoát nước. Bấc thấm được lắp đặt tại theo nhóm hình tam
giác với khoảng cách 1.0 m. Những khối đất đắp thí nghiệm với kích thước 40 m nhân 40 m
được xây dựng trong từng giai đoạn lên tới chiều cao 2.50 m để cung cấp phần gia tải và kết
hợp với áp suất chân không -60 kPa liên tục trong thời gian 5 tháng.

III.

NHỮNG NGUYÊN LÝ CỦA KỸ THUẬT CỐ KẾT CHÂN KHÔNG:

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


3

Cố kết chân không được đề nghị trong đầu những năm 1950 bởi Kjellman (1952). Những
nghiên cứu đơn lẻ của cố kết chân không được được tiếp tục trong hai thập niên tiếp theo
(Holtz, 1975). Cố kết chân không cung cấp một ứng suất hữu hiệu thay thế đất gia tải trước.
Thay vì việc tăng ứng suất hữu hiệu trong khối lượng đất bằng việc tăng ứng suất tổng bởi
những phương tiện gia tải thông thường, cố kết chân không gia tải trước bằng việc giảm áp
lực lỗ rỗng trong khi không thay đổi ứng suất tổng. Hình 1; 2 mô tả bằng hình vẽ ứng suất
tổng ban đầu trong nền và áp lực lỗ rỗng gây ra bởi vì a) gia tải thông thường và b) áp tải
trọng chân không tại bề mặt nền giả định 100% hiệu quả (áp suất của chân không 100 kPa).

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


4
a) Gia tải thông thường

b) Cố kết chân không

Hình 1.

a) Gia tải thông thường

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


5

b) Cố kết chân không

Hình 2.
Cố kết chân không với bấc thấm đã được kiểm tra ở Trung Quốc và được giới thiệu bởi Choa
(1989) với hiệu quả xấp xỉ 70% tới 80%. Jacob et al (1994) thông báo hiệu quả chân không
trung bình từ 40% đến 50 % được so sánh tới một giá trị đích 70 % một tiết diện bấc thấm
kiểm tra trên một vùng đất san lấp trong nước.
IV.

MÔ TẢ ĐỊA ĐIỂM VÀ MẶT CẮT ĐỊA CHẤT:

Địa điểm kiến nghị của Sân bay Quốc tế thứ 2 Bangkok (SBIA) tọa lạc tại Nong Ngu Hao
trong Vùng trung tâm đồng bằng của Thái Lan. Vùng dự án nằm trong khoảng 8 km nhân 4
km cách khoảng 25 km về phía đông từ trung tâm Bangkok.
Mặt cắt địa chất tại địa điểm này có thể được chia ra 5 lớp nhỏ. Nó gồm có 1.0 m lớp sét bị
phong hóa mạnh rất mềm tới mềm màu xám tối mở rộng từ 1.0 m đến 10.5 m chiều sâu. Ở
dưới lớp sét mềm, có thể gặp lớp sét trung bình dày 2.50 m. Lớp sét cứng màu nâu nhạt có
thể gặp tại 14.0 m tới 21.0 m chiều sâu. Sức kháng cắt không thoát nước của lớp sét rất mềm
tới mềm được gia tăng từ 13kPa đến 27 kPa theo chiều sâu. Mực nước ngầm ở độ sâu khoảng

0.50 m.

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


6

V.

KHỐI ĐẤT ĐẮP THÍ NGHIỆM TỶ LỆ ĐẦY ĐỦ:

Hai khối đất đắp thí nghiệm tỷ lệ đầy đủ từng cái có kích thước 40 m nhân 40 m với những
hệ ống thoát nước khác nhau được xây dựng trên đất sét Bangkok mềm với bấc thấm. Trong
khối đất đắp 1 (TV 1), hệ ống thoát nước lưới địa kỹ thuật sử dụng bấc thấm dài 15 m. Còn
khối đất đắp 2 (TV 2), sử dụng bấc thấm dài 12 m kết hợp ống thoát nước được đục lỗ và vải
địa kỹ thuật không dệt.
Các bấc thấm được lặp đặt từ mặt nền thao tác tới độ sâu 15.0 m với TV1 và 12.0 m với TV2.
Như đã thấy ở hình 3, các bấc thấm được lắp đặt trong nhóm tam giác với khoảng cách 1.0 m.
Những tham số liên quan đến ứng xử của bấc thấm được liệt kê trong Bảng 1.

Hình 3.

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


7

Vải địa kỹ thuật không dệt gồm 136g/m 2 sợi polypropylen với modulus cao. Lưới địa kỹ
thuật bao gồm lưới sơi HDPE được nấu chảy với nhau tại các giao điểm. Lưới địa kỹ thuật có
lưu lượng 8 x 10-3 m3/s trên mét bề rộng. Một lớp lưới địa kỹ thuật bao phủ toàn bộ diện tích.
Những ống có lỗ bao gồm 5 ống Mebra đường kính 80 mm và nặng 297 g/m. Ở trên của hệ
ống thoát nước đặt một dải màng địa kỹ thuật kín khí LLDPE. Dải màng địa kỹ thuật đã được
đóng kín bằng việc đặt những tại đáy rãnh của mép chu vi và phủ lớp cát-bentonite dày 300
mm và đặt dưới mực nước ngầm (hình 4).

Hình 4.

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


8
VI.

KẾT HỢP ÁP LỰC CHÂN KHÔNG VÀ GIA TẢI TRƯỚC:

Trong mỗi khối đất đắp, hệ thống lọc nước được kết nối với máy bơm chân không có khả
năng cung cấp áp lực chân không -70 kPa liên tục. Một bơm dự phòng cũng được cung cấp.
Sau khi áp dụng áp suất chân không trong 45 ngày, những khối đất đắp được nâng trong
những giai đoạn lên tới chiều cao 2.50 m. Khối đất đắp 1 và khối đất đắp 2 được nâng tương
ứng từ 0.30 m và 0.80 m chiều cao.
VII.

THIẾT BỊ TẠI CÔNG TRƯỜNG:

Thiết bị tại công trường cho việc theo dõi ứng xử của khối đất đắp bao gồm máy đo lún bề
mặt, máy đo biến dạng của nhiều điểm dưới bề mặt, máy dao động đo áp lực nước thẳng
đứng, máy đo độ nghiêng. Trong vùng giả định, những sự trang thiết bị máy móc bao gồm
những ống đo áp lực thẳng đứng, máy đo lún bề mặt và những giếng quan trắc. Những áp kế
dao động được lắp đặt dưới những khối đất đắp thí nghiệm tại chiều sâu khoảng 3.0 m cùng
với những cảm biến cho những máy đo biến dạng của nhiều điểm. Những máy đo lún bề mặt
được đặt trực tiếp ở trên của dải màng địa kỹ thuật. Những máy đô độ nghiêng được đặt ở
mép chu vi của từng khối đất đắp thí nghiệm. Ở vùng giả định, những giếng quan trắc, những
ống đo áp lực thẳng đứng và điểm chuẩn được lắp đặt.
VIII.

PHÂN TÍCH CỐ KẾT CHÂN KHÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN:

Cho rằng đa số mã phần tử hữu hạn được dùng trong thực tế không bao gồm phần tử hệ thống
thoát nước đặc biệt, một phương pháp xấp xỉ đơn giản để mô hình ứng xử của bấc thấm đã
được đề xuất bởi Chai và Miura (1997). Từ quan điểm vĩ mô, bấc thấm tăng độ thấm trong
phương thẳng đứng. Cho nên, cần thiết thiết lập một giá trị của độ thấm thẳng đứng xấp xỉ
bao gồm độ thấm thẳng đứng của đất tự nhiên và độ thấm của bấc thấm. Hệ số thấm thẳng
đứng tương đương Kve này đưa ra dựa vào độ trung bình của cố kết với những sự giả thiết sau
đây:
1. Kiểu biến dạng của tầng đất phía dưới cải thiện bằng bấc thấm theo 1 phương. Như

vậy, lý thuyết cố kết theo một phương có thể được dùng để đại diện cho cố kết trong
phương thẳng đứng và thuyết phần tử của Hansbo (1979) thích hợp cho cố kết tại tâm.
2. Tổng cố kết bao gồm thẳng đứng và cố kết tại tâm bằng cách sử dụng mối quan hệ
được đề xuất bởi Scott (1963).
Để thu được biểu thức tương đương một phương cho tính thấm thẳng đứng, một phương trình
xấp xỉ cho cố kết trong phương thẳng đứng được đề xuất như sau:
Uv = 1 - exp(-3.54) Tv

Với Uv là độ cố kết thẳng đứng và Tv hệ số thời gian cố kết. Độ thấm thẳng đứng tương
đương, Kve, có thể được tính nhanh như sau:
 2.2612 K h 
K v
K ve = 1 +
FD e2 K v 

Với:

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


9

D  K
 d
F = ln e  +  h − 1 ln s
 d w   Ks
  dw

 3 π2 L2 K h
 − +
3q w
 4

Với:
-

De là đường kính tương đương của một khu vực ảnh hưởng của bấc thấm.
de là đường kính tương đương của khu vực bị xáo trộn.
dw là đường kính tương đường của bấc thấm.
Kh và Ks lần lượt là hệ số thấm không bị xáo trộn và bị xáo trộn của đất xung quanh.
L là chiều dài của bấc thấm theo một chiều thoát nước.
qw là lưu lượng của bấc thấm.

Những ảnh hưởng của hạt đất và cản dòng chảy đã được kể đến trong hệ số thấm theo
phương đứng.
Về mô hình số hóa, nền đất được chia thành 5 lớp nhỏ và được mô tả bằng mô hình CamClay cải tiến (Roscoe và Burland, 1968). Những tham số trong mô hình được đề cập trong
bảng 2. Một số các giá trị ở bảng 2 được ước lượng dựa vào kết quả thí nghiệm cố kết trong
phòng và một số được ước lượng bằng kinh nghiệm. Những giá trị của tính thấm được xác
định bằng việc tham khảo dữ liệu được tính toán ngược bởi thí nghiệm trên khối đất đắp thí
nghiệm trước đây trong vùng kề bên (Chai et al, 1996).

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161


10

Với những tham số của đất trong bảng 2, và modulus nén tương ứng với ứng suất gây lún,
cho điểm ở độ sâu 5.0 m từ mặt đất (giữa lớp sét rất mềm đến mềm), hệ số cố kết 7 m 2/yr có
thể tồn tại. Giá trị này thì có thể so sánh với giá trị hiện trường thu được từ thí nghiệm sử
dụng 5 thiết bị CPT ở hình 13 (Hanh et al, 1998). Điều này chỉ ra thí nghiệm CPT hữu ích
trong việc xác định các hệ số cố kết.

KỸ THUẬT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

HV: HUỲNH KIM LINH - 1570161