Nghiên cứu tương quan giữa sự thay đổi hệ số thấm và hệ số rỗng trong bài toán gia cố nền bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DƯƠNG BÌNH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ THAY ĐỔI HỆ
SỐ THẤM VÀ HỆ SỐ RỖNG TRONG BÀI TOÁN GIA CỐ
NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG
KẾT HỢP BẤC THẤM

Chuyên Ngành
Mã số Ngành

: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM
: 60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHI MINH, tháng 06 năm 2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS. NGUYỄN NGỌC PHỨC

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2:

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQƠ Tp. HCM ngày
22 tháng 7 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận vẫn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS.TS Nguyễn Minh Tâm’
2. PGS.TS Bùi Trường Sơn
3. TS. Trương Quang Thành
4. TS. Nguyễn Kế Tường
5. TS. Đặng Đăng Tùng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu cố).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên

: DƯƠNG BÌNH PHƯƠNG

Ngày Sinh

: 02/01/1989

Chuyên ngành

: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm

Khóa (năm trúng tuyển) : 2013

MSHV : 13091308
Nơi Sinh : Tây Ninh
Mã số ngành : 60580204

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN cứu MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ THAY ĐỔI HỆ SỐ THẤM
VÀ HỆ SỐ RỖNG TRONG BÀI TOÁN GIA CỐ NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT
CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. NHIỆM VỤ:
- Nghiên cứu quan hệ giữa hệ số thấm và hệ số rỗng trong nền đất yếu được xử lý bằng
phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm.
- ứng dụng tính toán cho công trình cao tốc Long Thành - Dầu Giây gói 7,8
2. NỘI DUNG:
- Chương 1 : Tổng quan về bài toán gia cố nền bằng phương pháp bơm hút chân không kết
hợp bất thấm
- Chương 2 : Cơ sở lý thyết tính toán
- Chương 3 : ứng dụng tính toán cho công trình cao tốc Long Thành - Dầu Giây gói 7,8
- Chương 4 : So sánh và điều chỉnh kết quả mô phỏng với số liệu quang trắc, thiết lập
công thức tương quan giữa sự thay đổi hệ số thấm và hệ số rỗng trong bài toán xử lý đất
yếu bằng bơm hút chân không kết hợp bấc thấm.

Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) ............................................

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) .............................


V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC : TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

Tp. HCM, ngày.... tháng.... năm 2016.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC

PGS-TS. LÊ BÁ VINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2
(Họ tên và chữ ký)

TS. LÊ TRỌNG NGHĨA

LỜI CẢM ƠN

Điều đầu tiên tôi bày tỏ tình cảm sâu sắc, lòng biết ơn chân thành đến cán bộ hướng dẫn TS.
Nguyễn Ngọc Phúc Và TS. Lê Trọng Nghĩa. Tất cả những sự trợ giúp về phương pháp lý luận,
những đề xuất nghiên cứu cũng như các giải pháp mà thầy đưa ra hết sức có giá trị và quan trọng đối
với sự thành công của đế tài nghiên cứu này.
Tôi chân thành cám ơn các giảng viên bộ môn Địa Cơ Nền Móng - Khoa Kỹ Thuật Xây
Dựng - Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn trong suốt
quá trình tôi học tập, nghiên cứu tại bộ môn.
Tôi cũng gữi lời cám ơn đến Thầy Trà, người đã cung cấp thông tin công trình thực tế để tôi
có được cơ sở dữ liệu, cùng anh Nguyễn Phúc Thành đã nhiệt tình hướng dẫn phần mềm để tôi hoàn
thành luận văn này.
Tiếp theo, tôi muốn bài tỏ sự biết ơn đến Hội đồng chấm phản biện luận văn, Hội đồng đánh
giá luận văn đã làm vệc hết lòng, xem xét đánh giá đề tài và chỉ ra các thiếu sót trong đề tài nghiên
cứu này.

Tp. HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016
HỌC VIÊN

Dương Bình Phương


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ THAY ĐỔI HỆ SỐ THẤM VÀ HỆ SỐ
RỖNG TRONG BÀI TOÁN GIA CỐ NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN
KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM
Tóm tắt đề tài
Hiện nay có nhiều giải pháp tăng nhanh quá trình cố kết cho đất yếu. Một trong những giải
pháp tỏ ra hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế là bơm hút chân không trực tiếp bằng ống nhựa và

bơm hút chân không sử dụng màng kín khí. Công trình thực tế sử dụng phương pháp này là
Đường cao tốc Bắc- Nam Long Thành - Dầu Giây, nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy
điện Nhơn Trạch 2...
Tuy nhiên giữa việc mô hình và dự báo lún ban đầu so với thực tế thi công và số liệu quang hắc
hiện trường có nhiều khác biệt. Một trong những nhân tố đó là sự thay đổi hệ số thấm và hệ số
rỗng theo thời gian dưới sự ảnh hưởng của áp lực chân không. Đề tài tập trung phân tích mối
quan hệ này bằng việc mô phỏng bài toán số trên phần mềm Geostudio cho dự án Cao Tốc Long
Thành - Dầu Giây.
Kết quả nghiên cứu cho phép sử dụng phần mềm Geostudio đề mô phỏng dự báo quá trình
lún cố kết của giải pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm một cách hợp lý hơn.


SUMMARY OF THESIS
Title:
Study of the relationship of void radio and permeanbility during consolidation process for Soft
ground improvement using Vacuum combine Prefabricated Vertical Drain
Abstract:
Nowadays, there are many methods to make consolidation soft soil fast. One of them, that is
method of vacuum combine prefabricated vertical drain using dữect tube and sand and vacuum
combine prefabricated vertical drain using aữ tight. The projects which Ho Chi Minh City Long Thanh - Dau Giay Expressway; PM3 Ca Mau, Nhon Trach electrical manufactory ... used
them.
However, between the models and initial calculate vs actual construction and monitoring data
is quite different. One of those factors is the change in permeability coefficients and void ratio
over time under the influence of vacuum pressure. The thesis focuses on analyzing the
relationship between permeability and void ratio by the simulation projects Highway Long
Thanh - Dau Giay with Geostudio software.
The result of study allow use the software Geostudio to calculate estimate the final settlement
using consolidation vacuum combine prefabricate vertical drain conventionally.

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân
tôi, được thực hiện trên cơ sở lý thuyết, kiến thức, số liệu đo đạc thực tiển và dưới sự hướng dẫn
của
TS. Nguyễn Ngọc Phúc
TS. Lê Trọng Nghĩa
Các số liệu tính toán và những kết quả trong Luận văn là hoàn toàn trung thực. Nội dung
của Luận văn tuân theo nội dung đề cương Luận văn Cao học, ngành Kỹ Thuật Xây Dựng Công
Trình Ngầm, Khoa Kỹ thuật xây dựng thông qua.

Người viết

Dương Bình Phương


-i-

MỤC LỤC
NỘI DUNG
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 1
1.1

Đặt vấn Đề ..................................................................................................................... 1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu ................................................... Error! Bookmark not defined.

1.3

Phạm vi nghiên cứu .................................................... Error! Bookmark not defined.

1.4

Phương Pháp nghiên cứu ............................................ Error! Bookmark not defined.

1.5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................ Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN BANG PHƯƠNG PHÁP BƠM
HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤT THẤM ....Error! Bookmark not defined.
1.1 Giới thiệu phương pháp xứ lý đất yếu bằng phương pháp Hút chân không kết hợp với bấc
thấm Error! ........................................... Bookmark not defined.
1.1.1

Lịch sử phát triển [ 1 ] .................................... Error! Bookmark not defined.

1.1.2 Tổng quan một số công trình áp dụng phương pháp hút chân không kết hợp
bấc thấm [1] ................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.3 Một số phương pháp thi công bơm hút chân không vào đất yếu [2] Error! Bookmark
not defined.
1.1.4 Giới thiệu hai phương pháp chính trong xử lý đất yếu bằng hút chân không
kết hợp với bấc thấm [2] ................................................ Error! Bookmark not defined.
1.1.5 Trinh tự thi công của hai phương pháp trên [2] ............. Error! Bookmark not
defined.
CHƯƠNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CỐ KẾT KHI GIA TẢI BẦNG
BƠM HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP VỚI BẤC THẤMError! Bookmark not defined.
2.1 Lý thuyết bấc thấm
Error! Bookmark not defined.

2.1.1

Lời Giải của Kjellman (1948) [4]

Error! Bookmark not defined.

2.1.2 Lời giải của Hansbo 1981 [5]
Error! Bookmark not defined.
2.2 Các phương pháp giải bài toán cố kế thấm ................ Error! Bookmark not defined.
2.2.2

Độ lún ổn định[6J ........................................... Error! Bookmark not defined.
Độ cố kết ........................................................ Error! Bookmark not defined.

2.2.3

Lún cố kết ttong quá trình gia tải.................... Error! Bookmark not defined.

2.2.1


-22.2.4 Áp suất chân không hữu hiệu ................................ Error! Bookmark not defined.
2.3 Bài toán cố kết thấm có xét đến ảnh hưởng của hệ số rỗng và hệ số thấm trong
quá trình cố kết [7] ............................................................. Error! Bookmark not defined.
2.4 Các mô hình đất sử dụng ửong phần mềm Geostudio để tính toán .....................Error!
Bookmark not defined.
2.5.1

Mô hình đàn hồi tuyến tính [9] ....................... Error! Bookmark not defined.

2.5.2

Mô hình đàn hồi không tuyến tính ................. Error! Bookmark not defined.

2.5.3
2.5.4

Mô hình đàn hồi dẻo....................................... Error! Bookmark not defined.
Mô hình Cam-Clay ......................................... Error! Bookmark not defined.

2.5.5

Mô hình Cam- Clay cải tiến ........................... Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 3: ÚNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH CAO TỐC LONG THÀNH - DẦU
GIÂY GÓI THẦU 7,8 .......................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1

Giới thiệu về công trình nghiên cứu ...................... Error! Bookmark not defined.

Điều kiện địa chất .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3 Thiết bị quan trắc: .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.4 Phương pháp quan trắc .......................................... Error! Bookmark not defined.
3.1 Quan trắc lún..........................................................
Error! Bookmark not defined.
3.2 Quan trắc chuyển vị ngang ....................................
Error! Bookmark not defined.
3.3 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng ...............................
Error! Bookmark not defined.
3.4 Số liệu quan trắc: ...................................................

Error! Bookmark not defined.
Mô hình bài toán trong phần mềm Geostudio 2007.
Error! Bookmark not defined.
3.2

3.5.1

Khai báo thông số mô hình............................. Error! Bookmark not defined.

3.5.2

Thiết lập mô hình bài toán .............................. Error! Bookmark not defined.

3.5.3

Kết quả tính toán ............................................ Error! Bookmark not defined.

3.5 So sánh kết quả tính toán lần đầu với quan ttắcError! Bookmark not defined.
3.6 Phương pháp hiệu chỉnh thông số đầu vào mô hình:.................. Error! Bookmark not
defined.
3.7 Phân tích tương quan hệ số rỗng e và hệ số thấm k ................... Error! Bookmark not
defined.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 81


-1-

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn Đề
Việc cố kết đất yếu bằng phương pháp hút chân không đã được áp dụng trên thế giới và hiện đang
được nghiên cứu và áp dụng tại Việt Nam. Trong giai đoạn thí nghiêm và áp dụng thực tế vào
điều kiện địa chất ở nước ta, cần có sự phối hợp giữa nhóm nghiên cứu và đơn vị sản xuất trong
giai đoạn thi công trong việc quan hắc hiện trường. Vì thế cần xây dựng công thức tính độ cố kết
khi có bơm hút chân không trong điều kiện địa chất Việt Nam là hết sức cần thiết, vấn đề này vẫn
đang còn để ngõ.
Đường cao tốc Tp. HCM -Long Thành- Dầu Giây dài 54.9km đang được xây dựng trong đó có
9,8 km từ Km 14+100 đến Km 23+900 đi qua nền địa chất đặc biệt yếu, đòi hỏi phải xử lý bằng
phương pháp cố kết hút chân không. Phương pháp này đã được nghiên cứu ở nhiều nước, có nhiều
phương án bố trí thi công trong đó hai phương án được lựa chọn nghiên cứu là phương pháp theo
nguyên tắc MVC (Menard Vacuum Consolidation) và phương pháp Beaudrain.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài này bao gồm những nội dung chính sau :
-

Phân tích dữ liệu khảo sát địa chất và quan trắc nhằm mô hình bài toán cố kết bằng hút
chân không kết hợp với bấc thấm trên phần mềm phần tử hữu hạn.

-

Nghiên cứu mối quan hệ giữa việc thay đổi hệ số thấm và hệ số rỗng theo thời gian dưới
sự ảnh hưởng của việc gia tải và cố kết bằng chân không kết hợp bấc thấm.

-

Tính toán so sánh thời gian lún, độ lún bằng việc mô phỏng bằng mô hình và kết quả quan
trắc cho việc xử lý đất yếu bằng phương pháp cố kết chân không kết hợp với bấc thấm.

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài “Nghiên Cứu Mối Tương Quan Giữa Sự Thay Đổi Hệ số Thấm Và Hệ số Rỗng Trong Bài
Toán Gia cố Nền Bằng Phương Pháp Bơm Hút Chân Không Kết Hợp Bấc Thấm” tại dự án cao tốc
Long Thành - Dầu giây.
-

Sử dụng số liệu địa chất và số liệu quan trắc của công trình cao tốc Bắc Nam tuyến Long


-2Thành - Dầu Giây gói thầu số 7,8
-

Mô phỏng bằng phần mềm Geo-Studio 2007

-

Xây dựng mối tương quan hệ số thấm theo mức độ cố kết cho lớp sét yếu khi được gia tải
trước bằng phương pháp bơm hút chân không.

1.4Phưong Pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết tính toán độ cố kết khi xử lý đất yếu bằng bơm hút chân không kết

-

hợp bất thấm.
Phân tích ngược từ dữ liệu quan trắc hiệu chỉnh thông số đầu vào cho mô hình bài toán

-

bằng phần mềm phần tử hữu hạn. Khi có bộ thông số đầu vào chuẩn, tiến hành phân tích
thống kê, hiệu chỉnh các thông số Lamda, Kapa mô hình và dữ liệu quan trắc các công

trình có bơm hút chân không kết hợp bất thấm từ đó thiết lập công thức tương quan.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

Trong việc xử lý đất yếu có một vấn đề là sự thay đổi hệ số rỗng và hệ số thấm dưới tác
dụng của ứng suất nén theo quy luật logarit, việc tính toán này chỉ phù hợp với áp lực
nén vượt quá áp lực tiền cố kết Pc. Đối với đất yếu, hệ số rỗng e và hệ số thấm k phụ
thuộc vào độ chặt của đất. Khi quá trình gia tải với tải trọng ngoài, theo thời gian độ rỗng
và hệ số thấm thay đổi. Đề tài này bổ sung sự ảnh hưởng của sự thay đổi trên ttong bài
toán xử lý nền đất yếu sử dụng bơm hút chân không kết hợp bấc thấm. Từ đó có nhận
định và làm chính xác hơn việc mô hình và dự tính độ lún theo thời gian.

-

Nghiên cứu các mô hình đất thích hợp khi thực hiện mô phỏng bằng phần tử hữu hạn
ttong việc thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc
thấm.
Các kỹ sư thiết kế có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để dự báo mức độ và thời gian cố
kết của nền đất yếu.
Công nghệ hút chân không cũng rất thích hợp cho việc xử lý nền để xây dựng các cộng
trình thủy lợi vùng ven biển. Với nền kinh tế đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu xây dựng
các tuyến đê biển và đê vùng cửa sông ven biển là rất lớn nhằm bảo vệ các khu dân cư,
kinh tế và các vùng đất canh tác. Nhu cầu này càng cấp thiết trong điều kiện biến đổi khí
hậu toàn cầu và nước biển dâng. Đặc điểm của nhiều tuyến đê và công trình thủy lợi vùng


-3ven biển là được xây dựng ửên nền đất yếu và bị ngập nước trong mùa mưa lũ. Vì vậy
cần phải áp dụng các biện pháp gia tăng tốc độ xử lý nền nhằm giảm độ lún và tăng khả
năng chịu tải, đảm bảo an toàn cho công trình xây dựng. Phương pháp cố kết hút chân
không làm tăng nhanh tốc độ cố kết đất nền nên đáp ứng được các yêu cầu này.

-4-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NỀN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤT THẤM
1.1 Giói thiệu phương pháp xứ lý đất yếu bằng phương pháp Hút chân không kết họp vói
bấc thấm
1.1.1

Lịch sử phát triển [1]

Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu lần đầu tiên được giới thiệu là vào năm
1952 bởi tiến sĩ Kjellman. Sau đó bài toán cố kết hút chân không được nghiên cứu tiếp bởi Giáo
sư Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới. Đến những năm 70, được ứng dụng
rộng rãi, đặc biệt là ở Nga và Nhật. Vào thời điểm bấy giờ hút chân không được bổ sung một
lớp tường chống thấm bao quanh khu vực xử lý nhằm hạn chế nước ngầm từ khu vực xung
quanh, đồng thời tăng áp lực nén dòng thấm. Tuy nhiên cách bố trí này sớm bộc lộ khuyết điểm
là khá tốn kém.
Năm 1989 hãng xây dựng Menard (Pháp) dựa ửên nghiên cứu và pháp minh của giáo sư J.M.
Cognon lần đầu tiên áp dụng phương pháp cố kết MVC (Menard Vacuum Consolidation) hên
diện tích 390 m2 của một trường huấn luyện phi công ở Pháp. Hãng này không dùng tường
chống thấm nữa mà thay vào đó là lớp gia tải bằng đất và sự chênh lệch giữa áp suất khí quyển
với áp suất chân không dưới màn kín khí bao phủ bề mặt diện tích xử lý. Từ đó phương pháp
này được ứng dụng rộng rãi trên thế giới.
Từ năm 1997 đến năm 2004, Công ty xây dựng cofra (Hà Lan) nghiên cứu cải tiến HCK theo
hướng giản hoá, bỏ đi lớp màng bảo vệ thi công phức tạp và dễ bị hư hỏng. Hướng cải tiến
này cho ra đời ba phương pháp bố trí mới, nhanh chóng được chấp nhận và thi công cho các
công trình trên thế giới.
1.1.2

Tổng quan một số công trình áp dụng phương pháp hút chân không kết hợp bấc

thấm [1]
Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ gia tải bơm hút chân không đã được triển khai và
thành công trên nhiều nước.
Trung Quốc là nước đã tiến hành thí nghiệm đầu tiên do thiếu vật liệu đắp dấp gia tải trước.
Một số công trình có quy mô lớn đã sử dụng công nghệ này như cảng


-5Xingang, Tiamijing, Trung quốc. Tại Nhật bản phương pháp này được sử dụng thường xuyên
trong công trình xây dựng từ những năm 1960 đến 1980
Bảng 1.1 Một số công trình sử dụng phương pháp MVC
Year

Name

Daunky

structure

2001

Hambưg

Germany

Airplane warehouse

2Cir

Bang Bo

Thailand

p Ofarerp In nt a r Cfiss road

1999 JangyM SĨP

South Korea

Seftj^e Treabment Plartt

1999

(Xebec

Canada

Bridge sirudure

1997

Wismar

Goran any

Tnrmiiul Pari Canlainar

1996

Khimae PS

South Korea

Pumping daban

1995

RNKuthng

French Indieis
Malaysia

BW-D355
Wharf

CZitulia-11

ỮATIẽí

K50 - Dr HiThaum

City of Harribuiq

&se (Hl *) N SFT

238.000
SflStac

A5B Alston
City of Knimae

KEŨC
□DOT
Sieiiilei-d & Part

KEDC
CE1E Fair de
Franc*
ACER

Pon ol Wismar

Citv of Pusan
DOT Fori de Fra™
TRANSFIELD

0

30,1300

9

70,1300

c

1,000

0-2

1-5
ODD

9

20 ODO

6.150
12. ODO

1-3

83.5AŨ

0-4
-

City 0l Kniman
1995

Khimaa STP

AftW-lPhaaei

South Korea
Fra Mil

Sarragu Trcslmsrit Plant

ExpressM'jiv

Lubeck

Germany

Ad'i/ - rtl/.kK 1

France

If oh Gopflrxi

KECC

^ET4IJ=:CCTE

ASF

TermiiKii Fart ConHihar

INRCS

LCPC

City PT LJbeck
Ã3F

22, SOO

Expre&away

avaip
French Indies

Exoreaswav
Exprasway

ZAJDUN LEEHG

PLUS
DOT

2.600

19S4 Lamentin

French Indies

1990

Arnbss

Airport apron
Oil tarries

1990

Eurotunnel

Franc*

France

1990
1&9Ủ

Ambes
Loftime

Fiance

France

Rood
w ú'erK.-«júe

lyyụ

ATI Os

France

Hl Id test

1994
1^-1

1992

Lam&nbn

Road development

BRGM

10,000

7-305

CCI
SAEPG

17,692
17.550

iiLiltii
CETE
BIWHR.UX

EurtMLnibal

5flP90S

DOT

21,105

FONDASOL

JANZAS

9.130

1 esi area

1ỄS1 area

CEB TP'

Mecarol

0-1
-

44 ko

JWJ

0-1
r -3
Ỉ -d

2
ữ-2

Tại Việt Nam, công nghệ gia tải hút chân không đang được sử dụng rộng rãi. Một số công trình
tiêu biểu đã và đang sử dụng.
Bảng 1.2 Một số công trình tiêu biểu đã sử dụng.
Năm

Địa điĩm

Diện tích xử lý (m2)

Khu liên hợp gang thép Formosa

2012

Hà lĩnh

2.900.000

Nhà máy nhiệt điện duyên hải 1

2011

Trà Vinh

560.000

Kho chứa LPG lạnh Thị Vải

2010

Bà Rịa - Vũng Tàu

49.720

Nhà máy khí điện đạm Cà Mau

2006

Cà Mau

130.000

Tên công trình

1.1.3

Một sổ phương pháp thi công bơm hút chân không vào đất yếu [2]

Hút chân không (HCK) là phương pháp xử lý nền bằng cách hút nước ra khỏi đất nền để giảm
thành phần nước trong đất từ đó giảm hệ số rỗng, tăng liên kết giữa các hạt đất, nhờ đỏ mà giảm


-6được độ lún và tăng sức chịu tải của nền khỉ xây dựng công tành. Hiện nay trên thế giới cố rất nhiều
công ty xây dựng triển khai công nghệ hút chân không, mỗi một công ty lại cố những cải tiến riêng,
những thiết bị riêng để phù hợp với các công trình xây dựng mà công ty đó thực hiện. Vì vậy trong
thực tế có nhiều biện pháp thi công hút chân không khác nhau. Tuy nhiên các phương pháp này đều
dùng gia tải để hỗ trợ quá trình rút nước khỏi nền. về cơ bản cố thể phân thành hai loại chính là thỉ
công bơm hút chân không có màng kín khí và không cỏ màng kín khí.
1.1.3.1

Phương pháp bơm hút chân không sử dụng ống trục tiếp (VCM-DT)

Trong phương pháp này, bấc thấm được kết nổi với mảy bơm chân không thông qua hệ thống ống
dẻo bằng việc sừ dụng mỗi bấc thấm cho một sợi ống như hình ỉ .2. Loại thi công phương pháp này
được thề hiện ở hình 1.5 cho thấy áp suất chân không được bơm vào bấc thấm thông qua hệ thống
thoát nước dọc sử dụng ống đục lỗ và những nhánh thoát nước ngang.

Hình 1.1 Kết nổi ống nhựa vởi bấc thắm. [2]


-7-

Hình 1.2 Biểu đồ áp suất chân không với thời gian trong bấc thấm sử dụng phương
pháp (VCM-DT) [2]
Phương pháp bơm chân không sử dụng màng địa với lớp cát đắp

í.1.3.2

(VCM-MS)
Cát đắp và chiều sâu chôn bấc thấm trong lớp cát đắp thì tương tự như phương pháp gia tải
trước với cát (Convention Preloading Method with Sand, CPM- S). Lop cát đắp được phủ lên lóp
màng kín khí để có thể chuyển áp suất chân không từ cát đắp đến đất yếu thông qua những bấc thấm,
áp suất chân không có thề được bơm trong cát thông qua hệ thống máy bơm phụ sử dụng những ống
nhựa đục lỗ nằm dọc theo rảnh của một sổ hàng của bấc thấm. Đo sổ hiệu áp suất chân không trong
cát đắp cho ở hình 1.3 cho thấy áp suất chân không trong giai đoạn sớm đạt được 70 kPa sau đố
giảm dần về 50- 55 kPa cho đến hết quá trình gia tải.
BO

T-------- 1 --------r

g BO

40

20

I
I
I
I
>
— ------------ 1—I —I
—r
— H— I—
11111*1111
1— I—
-I— -I —
-I — -4 — 4— II
I ------------------- »-

I

I

■ ------------- *---------- ■

I

I

i

I
I
I—I—I —t— II

*■ ------- ■ ---------- »

0

I

-I—

-I —I -

I

II

■ ------------------- ■ -----J í k-

□

30

60

90

120

150 ISO 210

24 0

Thời Lỉian (ntỉàvl
1.1.3.3

Hình 1.3 Áp suất chần không trong cát đắp (VCM-MS) [2]
Phương pháp bơm chân không sử dụng màng phủ với PBDs (VCM-

MB)
Thi công điển hình trong phương pháp này được chỉ rõ trong hình 1.4 Áp suất chân không có thể


-8được áp vào bấc thầm thông qua những rãnh dọc sử dụng ống đục lỗ nằm trong rãnh và những ống
thoát nước theo phương ngang từ những mương ống đục lỗ được bố trí nằm dọc theo bấc thấm dọc,
tại hai phương ngang và dọc giao nhau tại 1 vị trí giao sẽ có những ống nối hình T hoặc hình chử
thập (+) để kết nổi lại

Hừi/ỉ 1.4 Bơm chân không sử dụng màn phủ vởi PBDs [2]
Đo áp suất chân không ở giữa chiều sâu bấc thấm ở 3 vị trí của dự án SNEW thể hiện hình 1.5 cho
thấy áp suất hữu hiệu trong bấc thấm từ 70-80 kPa đạt được sớm. Tuy nhiên sau 120 ngày áp suất
chân không trong PD-D2 hạ áp về 20 kPa đến hết giai đoạn gia tải.


-9-

Hình 1.5 Áp suất chân không sử đụng màn kín và PBDs [2]
1.1.3.4

Phương pháp bơm chân không sử dụng màn phủ vói ống nhựa đục

lỗ (VCMMT)
Phương phảp này, hệ thống thoát nước nằm ngang phía dưới màng kín khí gầm hệ thống thoát nước

nằm ngang sử dụng ống dẻo, cuộn sống, ống đục lỗ và hệ thống thoát nước chính bằng nhựa PVC
hoặc HDPE, hấc thấm được kết nối với ống ngang bằng sự cuốn lại với sợi dâỵ buộc chặt sữ dụng
4 hướng hoặc ổng hình T những chổ nối kết nổi giữa thoát nước dọc và thoát nước ngang thể hiện
hình 1.7a và 1.7b

Hình 1.6a. Kết nổi bấc thấm với ổng ngang [2 ]


10
-

Hình l,6b, Kết nối giữa ống đọc và ổng ngang, [2]
Đo áp suất chân không ở giữa chiều sâu bấc thấm ở các khu vực thỉ công khác nhau thể hiện ở hình
1.7, cho thấy áp suất chân không không phụ vào chiều dài bấc thấm và có thể giữ áp suất đến hết

Áp lực chân không

giai đoạn gia tải ở áp suất 70-80 kPa.

Hình 1,7 Áp suất chân không trong VCM-MT [2]
Tóm lại: Trong bổn phương pháp tạo áp suất chân không trên thì có ba phương pháp giữ được áp
suất chân không trong giai đoạn gia tải đó là: VCM-MS, VCM-MB và VCM- MT nhưng hai phương
pháp được sử dụng nhiều là VCM-MS và VCM-MT được làm rõ dưới đây.
1.1.4

Giói thiệu hai phương pháp chính trong xử lý đất yếu bằng hút chân không kết

họp với bấc thấm [2]
Có hai phương pháp thi công hiện tại trên thị trường gọi là phương pháp cách khí bằng vải và

phương pháp ống hút trực tiếp.
1.1.4.1

11
-

Phuong pháp thi công có màng kín khí và cát đắp (VCM-MS)

Màng kín khí thông thường là màng địa kỹ thuật (Geo-membrane) bao kín toàn bộ khu vực thi công.
Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí cũng được rút ra, tạo một vùng
áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển ửong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó hình thành một gia tải
phụ do sự chênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng kín khí (hình 1.8). Đại diện của
nhóm phương pháp thi công HCK có màng kín khí là phương pháp MVC (Menard Vacuum
Consolidation).
Khi thi công MVC cần lưu ý các yêu cầu kỹ thuật sau:
Duy trì hệ thống thoát nước hoạt động có hiệu quả nằm dưới màng chống thấm để thoát nước
và khí trong suốt quá trình bơm hút, không để tắc hoặc hở.
Giữ cho vùng đất dưới màng kín khí không bão hòa nước.
Giữ ổn định áp suất chân không dưới màng.
Giữ kín khí ửên toàn bộ diện tích màng phủ, đặc biệt đoạn nối máy bơm và màng. Neo giữ và
kín khí toàn bộ hệ thống tại biên khu vực xử lý (hào bentonite).
Hạn chế dòng thấm của nước ngầm đi vào khu vực xử lý.


12
ÂpnAMmiin

ĨICTH thẾn
ngoan

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên ỉý phương pháp MVC [3]
Nhìn chung, phương pháp MVC cỏ ưu điểm là có thể giảm khối lượng gia tải. Tuy nhiên, công tác
chuẩn bị thi công phức tạp do phải hàn nối màng kín khí và kiềm soát chặt chẽ khả năng kín khí
của màng.
1.1.4.2

Phương pháp thỉ công không có màng kín khí VCM-MT [3]

Nguyên tắc của nhỏm phương pháp thỉ công không cố màng kín khí dựa trên việc đơn giản hốa
phương pháp MVC bằng cách bỏ đi màng kín khí, cũng là bỏ đi sự frợ giúp của áp suất khí quyển.
Thay vào đỏ, nhóm phương pháp này yêu cầu đắp lớp gia tải cao hơn để bù đắp sự thiếu hụt về áp
lực gia tải (hình 1.9). Nhìn chung nhóm phương pháp này thi công đơn giản, nhưng khối lượng gỉa
tải lại tương đổi lớn.
Đại diện cho nhóm thỉ công hứt chân không không có màng kín khí là phương pháp Beaudrain (hệ
thống ống tập trung nước được thì công lắp đặt ngầm dưới mặt đất) và phương pháp Beaudrain-S
(hệ thống ống tập trung nước được thi công lắp đặt nổi trên mặt đất, sau đó đắp lớp gia tải phủ lên
trên).
Để gia tăng hiệu quả bơm hút chân không trên dỉện rộng, cả hai nhóm phương pháp đều cố thể áp
dụng các biện pháp cải tiến như là nối ống kín trực tiếp với bấc thấm. Điều


13
- độ sâu lớn hơn, tăng lưu lượng nước bơm hút
này làm cho áp suất chân không trong bấc đạt tới
được.

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên ỉỷphươngphảp thi công không cỏ màng kín khỉ và hình mặt
cắt phương pháp cổ kết chân không. [3]
Ở những dự ấn lớn, yêu cầu tiến độ nhanh vật liệu gia tải và diện tích chiếm dụng của dự án bị hạn

chế, thì phương pháp thỉ công bấc thấm kết hợp với gia tải trước vẫn còn tồn tại nhiều bất cập.
Trên thế giới hiện nay còn phổ biến hai công nghệ bơm hút chân không đố là:
+ Dùng màng tạo vùng chân không kết hợp với thu nước từ những rãnh xương cá
+ Tạo chân không trực tiếp bằng vòi và cút nổi đầu bấc thấm đã thỉ công.
Thông thường phương pháp hút chân không được chọn lựa cho công trình cần độ gia tảỉ lớn, ỵêu
cầu về thời gian thỉ công nhanh. Phương pháp hút chân không cố nhược điểm là áp lục gia tải hạn
chế bởi hiệu suất bơm hút (chỉ đạt 70-80 kPa), nên thường được kết hợp với biện pháp gia tải trước
bằng đất đắp.
Thông thường giai đoạn bơm hút chân không sẽ được áp dụng trước làm cho đất nền tăng sức
chịu tải, sau đó mối triển khai giai đoạn đắp đất theo nhiều cấp tiếp theo.
Ngoài ra để giảm các chuyển vị ngang nằm ở chu vi khu vực xử lý khi tiến hành hut chân không,
việc gia tải bằng đất đắp phải được cân nhắc sao cho cỏ khuynh hướng làm triệt tiêu chuyển vị
này.
1.1.4.3

Phân tích ưu khuyết điểm của hai phương pháp

Hai phương pháp đều tạo áp suất chân không đề làm cho đất cố kết. Nhưng tùy vào thực tế của


14
từng công trình mà chọn phương án nào là hợp -lý nhất. Dưới đây là bảng so sánh ưu khuyết điểm
mỗi phương án.
Bảng 1.3 : So sánh ưu khuyết điểm 2 phương án bơm hút chân không
Sử dụng màng kín khí

Sử dụng ống trực tiếp

Ưu điểm ỉ
-Giảm chiều cao lớp gia tải

-Thi công đơn giản

Khuyết điểm:
-Thỉ công phải cố kinh nghiệm và

-Lượng đất đắp lớn

tay nghề cao
-Công tác chuẩn bị phức tạp
-Màng kín phải kiềm soát chặc
tránh thoát khí

1.1.5

Trình tự thi công của haỉ phương pháp trên [2]

1.1.5.1

Trình tự thi công của phương pháp sử dụng màng kín khí

Mặt bằng được dọn dẹp bằng các phương tiện cơ giới như mảy ủi, máy cắt, xong ta phải làm phẳng
công trình bằng lớp các san lắp, tới gia đoạn cấm bấc thấm và bom8 hứt chân không.
Trình tự thi công bằng phương pháp màng kín khí theo các bước sau :
Bước 1: Dọn dẹp công trường chuẩn bị mặt bằng
Bước 2: Đăp lớp cát phủ
Bước 3: Lắp đặt bấc thấm
Bước 4: Lắp đặt ống bơm chân không
Bước 5: Lắp đặt bấc thấm thoát nước ngang
Bước 6: Lắp đặt mương thoát nước ngang phụ

Bước 7: Lắp đặt lớp bảo vệ


Bước 8: Lắp đặt lớp phủ không thấm
Bước 9: Đấp thêm lớp gia tải
Bước 10: Giảm áp /lún
Trình tự theo hình 1.10 bên dưới

15
-