Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa các thông số của bài toán cố kết chân không

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA
CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TOÁN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG
PHẠM QUANG ĐÔNG*

Study on developing relationship between parameters of vacuum
consolidation
Abstract: The paper presents results of developing the correlation
between the consolidation time and some other parameters (plastic
index, consolidation degree,..) in the process of vacuum consolidation.
The study is carried out for the soils of 4 regions (Đình Vũ, Hải
Phòng-Duyên Hải, Trà vinh, Thái Bình, Nhơn Trạch, Đồng Nai) and
the modul Seep and Sigma of software Geostudio is used calculating
enter-data for developing the correlations. This is first step in the
automatization of designing the vacuum consolidation method for soft
soil improvement.

1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SỐ
TÍNH TOÁN *
Để giải các bài toán cố kết, ngoài phƣơng
pháp tính toán bằng lý thuyết truyền thống thì
việc ứng dụng các phần mềm địa kỹ thuật để
tính toán cho từng bài toán cố kết đƣợc các hãng
phần mềm quan tâm phát triển. Tuy nhiên, đến
nay chƣa có phần mềm chuyên dụng nào ứng
dụng cho bài toán cố kết chân không. Vì vậy
việc lựa chọn đƣợc mô hình số phù hợp có ý
nghĩa khoa học.
Một số phần mềm địa kỹ thuật hiện nay có
thể cho phép mô phỏng trực tiếp hoặc quy đổi
áp lực chân không, nhƣng để đảm bảo độ tin
cậy của mô hình số đƣợc lựa chọn tính toán

cần có kiểm chứng cho sự phù hợp của nó.
*

Trường Cao đẳng Công nghệ, Kinh tế và Thủy lợi
miền Trung
14 Nguyễn Tất Thành, thành phố Hội An, tỉnh
Quảng Nam
ĐT: 0905381521

Trong bài này, tác giả sử dụng chức năng tích
hợp của 2 mô đun Seep và Sigma của phần
mềm Geostudio để tính toán ứng dụng trong
xây dựng mối quan hệ giữa các thông số của
quá trình cố kết chân không cho các loại đất
yếu nghiên cứu. Sự phù hợp của mô hình số
này đã đƣợc kiểm chứng với kết quả thực
nghiệm của các mô hình vật lý và kết quả xử
lý hiện trƣờng, kết quả nghiên cứu này đã
đƣợc tác giả công bố trên kỷ yếu hội thảo
quốc gia “Hạ tầng giao thông với phát triển
bền vững” [1,2,3,12].
2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC LOẠI
ĐẤT YẾU
2.1. Giới thiệu đất yếu tính toán
Trong nội dung bài này giới thiệu 4 loại đất
yếu tính toán thuộc loại bùn sét, sét pha của khu
vực Đình Vũ – Hải phòng; Nhiệt điện Thái
Bình; Duyên Hải – Trà Vinh; Nhơn Trạch –
Đồng Nai, chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tính
toán thể hiện ở bảng 2.1; 2.2; 2.3; 2.4

[2,4,5,6,7,8,9,10,11].

Email:

44

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017


Bảng 2.1. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng

Các chỉ tiêu đất nền

Ký hiệu

Trọng lƣợng thể tích tự
nhiên
Cƣờng độ lực dính
Góc ma sát trong
Hệ số thấm
Hệ số nở hông
Mô đun biến dạng
Chỉ số dẻo

Đơn vị
3

1

Giá trị của lớp đất

2

3

γ

kN/m

16

17,90

19,60

C

k

E
PI

kPa
độ
m/s
kPa
%

0
30
5,4.10-5

0,175
13750
-

11,10
10,11
2,9.10-8
0,31
5978
24,64

24,10
15,50
3,8.10-8
0,260
11070
18,10

Bảng 2.2. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh

Các chỉ tiêu đất nền

Giá trị của lớp đất

Ký hiệu Đơn vị

1

2

3

4

Trọng lƣợng thể tích tự
nhiên

γ

kN/m3

16,0

16,4

19,8

19,3

Cƣờng độ lực dính

C

kPa

0

6,3

-

56,6

Góc ma sát trong



độ

30

1,6

37

24

Hệ số thấm

k

m/s

5,39.10-5

2,90.10-8

1,43.10-6

5,62.10-9

Hệ số nở hông



-

0,175

0,27

0,28

0,29

Mô đun biến dạng

E

kPa

13750

3380

15185

13670

Chỉ số dẻo

PI

%

-

18,4

-

18,7

Bảng 2.3. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai

Các chỉ tiêu đất nền

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị của lớp đất
1

2

3

3

Trọng lƣợng thể tích tự nhiên

γ

kN/m

16,0

14,17

19,0

Cƣờng độ lực dính

C

kPa

0

4,60

26,0

Góc ma sát trong



độ

30

2,6

13,6

Hệ số thấm

k

m/s

5,39.10-5

2,94.10-8

0,31.10-9

Hệ số nở hông



-

0,175

0,27

0,30

Mô đun biến dạng

E

kPa

13750

230

16000

Chỉ số dẻo

PI

%

-

33,8

20,9

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017

45


Bảng 2.4. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Nhiệt điện Thái Bình

Các chỉ tiêu đất nền

Giá trị của lớp đất
2

Ký hiệu

Đơn vị

γ

kN/m3

16,00

17,80

18,70

C

k

E
PI

kPa
độ
m/s
kPa

%

0
30
5,39.10-5
0,175
10000
-

18,20
14,53
5,20.10-8
0,28
3548
27,63

25,10
16,30
4,30.10-8
0,26
11147
18,60

Trọng lƣợng thể
tích tự nhiên
Cƣờng độ lực dính
Góc ma sát trong
Hệ số thấm
Hệ số nở hông
Mô đun biến dạng

Chỉ số dẻo

2.2. Điều kiện biên tính toán
Để xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa các
thông số của quá trình cố kết, khi tính toán cho
các loại đất yếu nêu trên, tác giả tính toán cho
cùng điều kiện biên giống nhƣ các công trình
thực tế đã thực hiện gồm: Loại bấc thấm thông
dụng có kích thƣớc (4x100) mm; khoảng cách
bấc thấm hiệu quả 1,0 m; Tải trọng gia tải gồm
hai giai đoạn, giai đoạn 1 gồm lớp cát gia tải

1

3

trƣớc 0,5 m có trọng lƣợng thể tích 16 kN/m3 và
áp lực gia tải chân không trung bình 55 kPa
trong vòng 10 ngày; giai đoạn 2 sau 10 ngày trở
đi, lớp cát gia tải trƣớc tăng thêm 1,0 m và áp
lực gia tải chân không trung bình là 89 kPa,
chiều dày đất yếu xử lý (10-30) m.
2.3. Kết quả tính toán
Độ cố kết tính toán của các loại đất yếu ứng với các
chiều dày nền đất yếu xử lý thể hiện ở bảng 2.1 [2].

Bảng 2.1. Độ cố kết tính toán của các loại đất yếu
Loại đất yếu

46

Chỉ số dẻo
PI (%)

Duyên Hải
Trà Vinh

18,40

Đình Vũ
Hải Phòng

24,64

Nhiệt điện
Thái Bình

27,63

Chiều dày nền đất
yếu xử lý (m)
10
15
20
25
30
10
15
20
25

30
10
15
20
25
30

Thời gian để đạt % độ cố kết (ngày)
80%
85%
90%
95%
13,78
19,11
26,76
37,07
18,40
25,86
35,52
47,29
20,13
30,12
44,25
60,89
23,33
36,20
52,78
77,72
25,55
39,01

59,62
90,70
18,61
25,99
35,46
46,82
23,69
32,71
44,38
58,46
27,25
40,65
58,29
81,45
28,14
43,75
65,59
93,73
31,82
50,10
75,28
109,17
22,30
30,75
41,42
53,64
29,38
38,93
51,02
65,17

32,56
47,61
66,49
90,46
36,98
54,50
76,10
102,66
40,33
62,47
91,07
126,70
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017


Nhn Trch
ng Nai

Thi gian t % c kt (ngy)
80%
85%
90%
95%
28,33
39,00
51,01
62,69
36,06
47,35
60,77

77,99
40,16
55,43
78,11
106,27
46,18
65,25
90,39
128,32
48,72
72,10
103,85
151,06

Chiu dy nn t
yu x lý (m)
10
15
20
25
30

33,80

Quan h gia c kt v thi gian c kt ng
vi cỏc chiu dy nn t yu x lý ca cỏc loi
t yu th hin hỡnh 2.1, 2.2; 2.3, 2.4 v 2.5 [2].

140
120

100

Độ cố kết (%)

Ch s do
PI (%)

Loi t yu

80
60

Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng
Đất yếu nhiệt điện Thái Bình
Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh
Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai

40
20

160
0

Độ cố kết (%)

140
120

-20

100

-40
0

80

10

20

30

40

50

60

70
80
Thời gian (ngày)

90

100

110

120

130

140

60
Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng
Đất yếu nhiệt điện Thái Bình
Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh
Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai

40
20
0

Hỡnh 2.4. Quan h gia c kt v thi gian
khi chiu dy nn t yu x lý 25 m

-20
-40
-60
0

5

10

15

20

25

30

35
40
Thời gian (ngày)

45

50

55

60

65

70
140
120
100

Độ cố kết (%)

Hỡnh 2.1. Quan h gia c kt v thi gian
khi chiu dy nn t yu x lý 10 m

80

60

Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng
Đất yếu nhiệt điện Thái Bình
Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh
Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai

40
20

160

0

140

-20

120

-40

Độ cố kết (%)

100

0

80
60

Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng
Đất yếu nhiệt điện Thái Bình
Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh
Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai

40
20

10

20

30

40

50

60

70
80
90
Thời gian (ngày)

100

110

120

130

140

150

160

Hỡnh 2.5. Quan h gia c kt v thi gian
khi chiu dy nn t yu x lý 30 m

0
-20
-40
-60
0

5

10

15

20

25

30

35

40
45
50 55
Thời gian (ngày)

60

65

70

75

80

85

90

Hỡnh 2.2. Quan h gia c kt v thi gian
khi chiu dy nn t yu x lý 15 m
140
120

Độ cố kết (%)

100

80
60

Đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng
Đất yếu nhiệt điện Thái Bình
Đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh
Đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai

40
20
0

-20
-40
-60
0

10

20

30

40

50

60
70
Thời gian (ngày)

80

90

100

110

120

Hỡnh 2.3. Quan h gia c kt v thi gian
khi chiu dy nn t yu x lý 20 m
A K THUT S 1-2017

3. XY DNG MI QUAN H GIA
CC THễNG S CA BI TON C KT
CHN KHễNG
thun li trong vic a ra c d oỏn
v quỏ trỡnh bin i cỏc thụng s ca quỏ trỡnh
c kt khi x lý nn bng phng phỏp c kt
chõn khụng, thụng qua cỏc kt qu tớnh toỏn cho
cỏc loi t yu nờu trờn, tỏc gi tin hnh xõy
dng mi quan h gia thi gian c kt (t), vi
ch s do (PI), c kt (U) v chiu dy nn
t yu x lý (H) cho 2 trng hp [2]:
Trng hp 1: Xõy dng mi quan h trờn
khi chiu dy nn t yu x lý ó c xỏc
nh: H = (10-30) m
47

Có thể coi thời gian cố kết (t) là hàm của chỉ
số dẻo (PI), độ cố kết (U%) với chiều dày nền
đất yếu xử lý (H) là hằng số.
Trƣờng hợp 2: Xây dựng mối quan hệ trên
khi độ cố kết xác định.
Có thể coi thời gian cố kết (t) là hàm của chỉ
số dẻo (PI), chiều dày nền đất yếu xử lý (H) với
độ cố kết (U%) là hằng số.
Kết quả xây dựng mối quan hệ giữa các
thông số của quá trình cố kết ứng các chiều dày
nền đất yếu xử lý H = (10-30) m đƣợc thể hiện ở
hình 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 và 2.10 [2].

Hình 2.6. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất
yếu xử lý là 10 m

Hình 2.8. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất
yếu xử lý là 20 m

Hình 2.9. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất
yếu xử lý là 25 m

Hình 2.10. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất
yếu xử lý là 30

Hình 2.7. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất
yếu xử lý là 15 m

48

Kết quả xây dựng mối quan hệ giữa các
thông số của quá trình cố kết ứng các độ cố kết
U = 80%, 85%, 90%, 95% đƣợc thể hiện ở hình
2.11, 2.12, 2.13, và 2.14 [2].
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017


Hình 2.11. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố
kết là 80%

Hình 2.12. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố
kết là 85%

Hình 2.13. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố
kết là 90%
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017

Hình 2.14. Quan hệ giữa thời gian cố kết với
chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ
cố kết là 95%

Kết quả từ hình 2.6 đến 2.14 cho mối quan
hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo, chiều
dày nền đất yếu và độ cố kết của các loại đất
yếu khi xử lý nền bằng phƣơng pháp cố kết
chân không. Mối quan hệ này đƣợc biểu diễn
thông qua các phƣơng trình t 80 đến t95 và t10 đến
t30 ứng với chiều dày nền đất yếu xử lý từ 10 m
đến 30 m và độ cố kết từ 80% đến 95%.
Ghi chú:
- t80, t85, t90, t95 là thời gian (t) để đạt đƣợc độ
cố kết tƣơng ứng 80%, 85%, 90%, 95%.
- t10, t15, t20, t25, t30 là thời gian cố kết (t) khi
chiều dày nền đất yếu xử lý 10 m, 15 m, 20 m,
25 m, 30m.
KẾT LUẬN
Từ kết các quả tính toán, xây dựng mối quan
hệ giữa các thông số của quá trình cố kết cho
các loại đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh, Đình
Vũ - Hải Phòng, Nhiệt điện Thái Bình, Nhơn
Trạch - Đồng Nai từ mô hình số phù hợp đã
đƣợc kiểm nghiệm, tác giả đƣa ra đƣợc các kết
luận sau:
- Xây dựng đƣợc các phƣơng trình t 80, t85, t90,
t95 và t10, t15, t20, t25, t30 về mối quan hệ giữa thời
gian cố kết với chỉ số dẻo, độ cố kết và chiều
dày nền đất yếu xử lý của các loại đất yếu khi
độ cố kết và chiều dày nền đất yếu xử lý đƣợc
xác định.
- Dựa vào các phƣơng trình t 80 , t 85 , t 90, t 95
và t 10, t15, t20, t25, t30, đƣa ra đƣợc các dự đoán

49


về thời gian cố kết, độ cố kết cho loại đất sét
yếu có chỉ số dẻo từ 18,4% đến 33,8% khi xử
lý nền bằng phƣơng pháp cố kết chân không,
với các chiều dày nền đất yếu xử lý khác nhau
từ 10 m đến 30 m, ứng với loại bấc thấm,
khoảng cách bấc thấm và cấp tải trọng gia tải
xác định trƣớc.
KIẾN NGHỊ
Kết quả bài báo tác giả chỉ xây dựng mối
quan hệ giữa các thông số nêu trên ứng các
chiều dày nền đất yếu xử lý H = (10-30) m với
độ cố kết U = (80-95)% với khoảng cách bấc
thấm hiệu quả là 1,0 m và loại bấc thấm thông
dụng có kích thƣớc (4x100) mm và cấp tải
trọng xác định đã đƣợc ứng dụng rộng rãi khi
xử lý cho các hiện trƣờng nghiên cứu, cần xây
dựng mối quan hệ này cho các cấp gia tải khác
nhau để có thể đƣa ra đƣợc các dự đoán về
quá trình cố kết cho các trƣờng hợp gia tải
khác nhau.
Cần tổng quát mối quan hệ trên thành
phƣơng trình chung để thuận lợi hơn cho quá
trình đƣa ra các dự đoán ban đầu về quá trình
cố kết khi xử lý nền bằng phƣơng pháp cố kết
chân không.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Phạm Quang Đông, Bùi Văn Trƣờng,

Trịnh Minh Thụ (2013), "Nghiên cứu quá trình
biến đổi ALNLR và biến dạng của nền đất yếu
khi cố kết chân không bằng MHVL", Tạp chí
Địa kỹ thuật, (2), 12-21.
2. Phạm Quang Đông (2015), Nghiên cứu
phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất
yếu để xây dựng công trình, Luận án tiến sĩ kỹ
thuật, ĐHTL, Hà Nội.

3. Bùi Văn Trƣờng, Phạm Quang Đông và

nnk (2013), ”Nghiên cứu thực nghiệm trong
phòng phƣơng pháp cố kết bằng bấc thấm trong
xử lý nền đất yếu”, đề tài NCKH đặc thù năm
2012, ĐHTL, Hà Nội.
4. Fecon - Shanghai Harbour (2009),
Technical design for soil improvement of Dinh
Vu Polyester Plant Project.
5. Fecon - Shanghai Harbour (2009),
Technical design for soil improvement of Nhon
Trach 2 Combined Cycle Power Project.
6. Fecon - Shanghai Harbour (2010), Monitoring
data of Dinh Vu Polyester Plant Project.
7. Fecon - Shanghai Harbour (2010),
Monitoring data of Nhon Trach 2 Combined
Cycle Power Project.
8. Fecon (2012), Report on additional
geotechnical investigation of Thai Binh 1
thermal power plant.

9. Fecon - Shanghai Harbour (2013),
Unloading report of zone A-3 of Duyen Hai 3
Thermal Power Plant Project.
10. Power Engineering Coonsulting Joint
Stock Company 3 (2013), Design report of soil
improvement of Duyen Hai 3 Thermal Power
Plant Project.
11. Power Engineering Coonsulting Joint
Stock Company 3 (2013), Geotechnical
engineering investigation report of Duyen Hai 3
Thermal Power Plant Project.
12. Phạm Quang Đông (2016), “Ứng dụng
mô đun Seep và Sigma của phần mềm
Geostudio để giải quyết bài toán cố kết chân
không”, Kỷ yếu hội thảo quốc gia Hạ tầng giao
thông với phát triển bền vững, 523-533.

Người phản biện: PGS,TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG

50

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017