Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho nhà máy xử lý khí cà mau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN VĂN TUẤN

ĐỘ TIN CẬY CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG BẤC THẤM CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN VĂN TUẤN

ĐỘ TIN CẬY CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG BẤC THẤM CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU
CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60-58-02-04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
HD1: TS. PHẠM QUANG TÚ

HD2: GS.TS. TRỊNH MINH THỤ

Hà Nội – 2015


i

LỜI CẢM ƠN
Đây là bản thuyết minh luận văn thạc sĩ của tôi với đề tài: “Độ tin cậy của
giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho nhà máy xử lý khí Cà Mau”. Là
sản phẩm của tôi sau 2 năm học tập và nghiên cứu tại Khoa Cơng trình, Trường Đại
học Thủy lợi Hà Nội. Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới hai thầy TS.
Phạm Quang Tú và GS.TS. Trịnh Minh Thụ là người định hướng, hướng dẫn và
chỉ bảo tận tình tôi trong suốt thời gian làm luận văn. Hai thầy khơng chỉ hướng dẫn
tơi hồn thành luận văn mà cịn cho tôi tiếp cận với lĩnh vực khoa học mới mà trước
đây tơi chưa có cơ hội tiếp cận. Các thầy là tấm gương sáng của tôi về niềm say mê
nghiên cứu khoa học, tinh thần trách nhiệm, tận tụy, quan tâm tới mọi người,…
Tôi chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các cán bộ Phòng Đại học và Sau
Đại học, Khoa Cơng trình Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện thuận lợi cho
tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường.
Tôi chân thành cảm ơn tới các thầy cô giảng dạy lớp Cao học 22ĐKT-11 đã
truyền dạy kiến thức cho chúng tôi trong q trình học tập.
Nhân đây tơi cũng bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu Trường
Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, các bạn đồng nghiệp nơi tôi công tác đã động
viên, tạo điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu. Đặc biệt cảm ơn sâu sắc tới gia đình
của tơi đã ln ln động viên tinh thần, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi bước
vào con đường học vấn.

Bắc Ninh, tháng 11 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tuấn


ii

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

BẢN CAM KẾT
Kính gửi:

- Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi;
- Phòng Đào tạo ĐH và Sau ĐH – Trường Đại học Thủy lợi.

Tên tôi là: Nguyễn Văn Tuấn
Học viên cao học lớp: 22ĐKT
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã học viên: 1481580204005
Theo Quyết định số 1321/QĐ–ĐHTL ngày 10/8/2015 của Hiệu trưởng
Trường Đại học Thủy lợi, về việc giao đề tài luận văn và người hướng dẫn cho học
viên cao học đợt 3 năm 2015 và Quyết định số 2248/QĐ–ĐHTL ngày 16/11/2015
của Hiệu trưởng Trường Đại học Thủy lợi, về việc vai trò người hướng dẫn cho học
viên cao học Nguyễn Văn Tuấn, tôi đã được nhận đề tài “Độ tin cậy của giải pháp
xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho nhà máy xử lý khí Cà Mau” dưới sự hướng
dẫn của thầy TS. Phạm Quang Tú và GS.TS. Trịnh Minh Thụ.
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của tơi, khơng sao chép của
ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải

trên các tài liệu và các trang website theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Bắc Ninh, tháng 11 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tuấn


iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1
2. Mục đích của đề tài .............................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................2
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................3
5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................3
6. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................5
1.1. Tổng quan về nền đất yếu..................................................................................5
1.1.1. Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu .........................................5
1.1.2. Các loại đất yếu thường gặp ............................................................................6
1.1.3. Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng cơng trình trên đất yếu .......................6
1.2. Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu phổ biến .................................................7
1.2.1. Giải pháp thay thế nền .....................................................................................7
1.2.1.1. Nội dung phương pháp ...................................................................................7
1.2.1.2. Phạm vi áp dụng.............................................................................................8
1.2.2. Nhóm giải pháp cơ học ....................................................................................9
1.2.2.1. Làm chặt đất trên mặt bằng đầm rơi .............................................................9
1.2.2.2. Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm lăn .....................................10
1.2.2.3. Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm rung ..................................11

1.2.3. Nhóm giải pháp hóa học ................................................................................11
1.2.3.1. Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi .......................................................12
1.2.3.2. Gia cố nền bằng phương pháp trộn xi măng (cọc đất –xi măng) ................12
1.2.3.3. Phương pháp gia cố nền bằng phương pháp phụt vữa xi măng ..................14
1.2.4. Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu ........................................14
1.2.5. Nhóm giải pháp thủy lực học ........................................................................15
1.2.5.1. Phương pháp gia cố bằng giếng cát ............................................................15
1.2.5.2. Phương pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD) .................................................16


iv

1.2.5.3. Phương pháp bấc thấm kết hợp hút chân không ..........................................18
1.3. Tổng quan phƣơng pháp tính tốn thiết kế dùng trong xử lý nền đất yếu
bằng bấc thấm kết hợp hút chân khơng ................................................................20
1.3.1. Tính tốn thiết kế xử lý nền bằng bấc thấm theo phương pháp truyền thống
(phương pháp tất định) ............................................................................................20
1.3.2. Phương pháp tính tốn thiết kế ngẫu nhiên .................................................20
1.4. Giới thiệu một số cơng cụ trong tính toán thiết kế ngẫu nhiên ....................21
1.4.1. Phần mềm OpenFTA .....................................................................................21
1.4.1.1. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................21
1.4.1.2. Sử dụng phần mềm .......................................................................................21
1.4.2. Phần mềm BestFit ..........................................................................................21
1.4.2.1. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................21
1.4.2.2. Sử dụng phần mềm trong thiết kế bấc thấm .................................................22
1.4.3. Phần mềm MatLab .........................................................................................22
1.4.3.1. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................22
1.4.3.2. Sử dụng MatLab trong thiết kế bấc thấm .....................................................22
1.5. Kết luận Chƣơng 1 ...........................................................................................23
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ...........................................................24

2.1. Lý thuyết xác suất thống kê ............................................................................24
2.1.1. Các khái niệm cơ bản về xác suất .................................................................24
2.1.1.1. Định nghĩa xác suất theo tần suất ................................................................25
2.1.1.2. Xác suất có điều kiện....................................................................................25
2.1.1.3. Cơng thức xác suất đầy đủ và công thức Bayes ...........................................25
2.1.1.4. Các tính chất của xác suất ...........................................................................26
2.1.2. Các đại lượng ngẫu nhiên và hàm phân phối của nó ..................................27
2.1.2.1. Biến ngẫu nhiên............................................................................................27
2.1.2.2. Hàm mật độ xác suất và hàm phân phối tích lũy của biến ngẫu nhiên .......27
2.1.2.3. Các đặc trưng của biến ngẫu nhiên .............................................................29
2.1.2.4. Hàm phân phối .............................................................................................31


v

2.1.3. Kiểm định Chi bình phương (Chi-square test) .............................................33
2.1.3.1. Khái niệm độc lập (independence)...............................................................33
2.1.3.2. Tìm hàm phân phối phù hợp nhất của tập dữ liệu dựa vào kiểm định Chi
bình phương ..............................................................................................................34
2.2. Phân tích rủi ro và phân tích tối ƣu ...............................................................36
2.2.1. Định nghĩa phân tích rủi ro và phân tích tối ưu ..........................................36
2.2.1.1. Định nghĩa phân tích rủi ro .........................................................................36
2.2.1.2. Định nghĩa phân tích tối ưu .........................................................................36
2.2.2. Các bước trong phân tích rủi ro và phân tích tối ưu....................................36
2.2.3. Các loại bất định trong địa kỹ thuật ..............................................................38
2.2.4. Khái niệm và phân loại hệ thống ..................................................................40
2.2.4.1. Khái niệm hệ thống ......................................................................................40
2.2.4.2. Phân loại hệ thống .......................................................................................40
2.2.5. Cây sự cố (Fault tree).....................................................................................41
2.2.6. Hàm tin cậy và các cấp độ tính tốn .............................................................41

2.2.6.1. Hàm tin cậy ..................................................................................................41
2.2.6.2. Các cấp độ tính toán ....................................................................................43
2.3. Kết luận Chƣơng 2 ...........................................................................................44
CHƢƠNG 3: ĐỘ TIN CẬY CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG
BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ
CÀ MAU...................................................................................................................45
3.1. Giới thiệu về dự án nhà máy xử lý khí Cà Mau ............................................45
3.1.1. Giới thiệu chung .............................................................................................45
3.1.2. Điều kiện địa chất khu vực xây dựng dự án .................................................46
3.1.3. Phạm vi xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không ........................48
3.1.4. Yêu cầu độ cố kết cho phép và tiến độ thi công ............................................51
3.2. Cơ sở lý thuyết của hai bài toán cơ bản trong xử lý nền đất yếu bằng bấc
thấm kết hợp hút chân không ................................................................................51
3.2.1. Độ lún ổn định................................................................................................52


vi

3.2.2. Độ cố kết của nền gia cố bấc thấm ................................................................53
3.2.2.1. Độ cố kết theo phương đứng Uv ...................................................................53
3.2.2.2. Độ cố kết theo phương ngang Uh .................................................................53
3.2.3. Độ lún cố kết theo thời gian...........................................................................55
3.2.4. Độ lún còn lại sau thời gian t ........................................................................55
3.3. Tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân
không theo phƣơng pháp truyền thống (TCVN 9355-2013) ...............................55
3.3.1. Các thông số đầu vào theo phương pháp truyền thống ...............................56
3.3.1.1. Các thông số cao độ .....................................................................................56
3.3.1.2. Địa tầng và các chỉ tiêu cơ lý của đất nền ...................................................56
3.3.1.3. Tải trọng tính tốn khi xử lý nền ..................................................................56
3.3.1.4. Phạm vi ảnh hưởng lún ................................................................................58

3.3.1.5. Các thông số của bấc thấm và các thông số thốt nước ..............................58
3.3.2. Tính độ lún sau thời gian xử lý theo phương pháp truyền thống ...............61
3.3.2.1. Độ lún giai đoạn thi công cắm bấc thấm .....................................................61
3.3.2.2. Độ lún sau giai đoạn hút chân không ..........................................................61
3.3.3. Lựa chọn khoảng cách giữa tim các bấc thấm theo tiêu chuẩn ..................62
3.3.3.1. Tính độ lún ổn định với tải trọng khai thác .................................................62
3.3.3.2. Độ cố kết của nền với tải trọng khai thác sau thời gian xử lý và lựa chọn
khoảng cách bấc thấm ...............................................................................................64
3.3.4. Thời gian xử lý nền theo phương pháp truyền thống ..................................64
3.3.5. Kết luận tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút
chân không theo phương pháp truyền thống (TCVN 9355-2013) .........................65
3.3.6. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp thiết kế tất định ........................66
3.3.6.1. Ưu điểm của phương pháp thiết kế tất định .................................................66
3.3.6.2. Nhược điểm của phương pháp thiết kế tất định ...........................................66
3.4. Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân
khơng tại nhà máy xử lý khí Cà Mau (phƣơng pháp tính tốn thiết kế ngẫu
nhiên) ........................................................................................................................67


vii

3.4.1. Phân tích các số liệu đầu vào theo phương pháp ngẫu nhiên .....................67
3.4.1.1. Địa tầng và các chỉ tiêu cơ lý của đất nền ...................................................67
3.4.1.2. Tải trọng tính tốn khi xử lý nền ..................................................................72
3.4.1.3. Phạm vi ảnh hưởng lún ................................................................................72
3.4.1.4. Các thông số của bấc thấm và các thông số thốt nước theo phương pháp
ngẫu nhiên .................................................................................................................72
3.4.2. Tính độ lún sau thời gian xử lý theo phương pháp ngẫu nhiên ..................74
3.4.2.1. Độ lún giai đoạn thi công cắm bấc thấm .....................................................74
3.4.2.2. Độ lún sau giai đoạn hút chân không ..........................................................74

3.4.3. Tính độ cố kết của nền sau thời gian xử lý theo phương pháp ngẫu nhiên78
3.4.3.1. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian xử lý ...................................................78
3.4.3.2. Xác suất độ cố kết trung bình >90%............................................................78
3.4.3.3. Tính thời gian xử lý theo phương pháp ngẫu nhiên .....................................80
3.4.4. Phân tích rủi ro và phân tích tối ưu ..............................................................84
3.4.4.1. Mơ tả hệ thống .............................................................................................84
3.4.4.2. Cây sự cố (Fault tree) ..................................................................................85
3.4.4.3. Hàm tin cậy ..................................................................................................88
3.4.4.4. Phân tích rủi ro ............................................................................................88
3.4.4.5. Phân tích tối ưu ............................................................................................90
3.4.4.6. Kết quả và bình giải .....................................................................................92
3.4.5. Kết luận tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút
chân không theo phương pháp ngẫu nhiên ............................................................98
3.4.6. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên .................98
3.4.6.1. Ưu điểm của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên ...........................................98
3.4.6.2. Nhược điểm của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên .....................................99
3.5. So sánh giữa phƣơng pháp tính tất định (tiêu chuẩn) và phƣơng pháp tính
tốn ngẫu nhiên .......................................................................................................99
3.5.1. Lựa chọn khoảng cách bấc thấm, tính toán độ cố kết và độ lún dự báo .....99
3.5.2. Thời gian cần xử lý ......................................................................................100


viii

3.5.3. Ảnh hưởng của hệ số cố kết Cv tới thời gian xử lý .....................................100
3.6. Kết luận Chƣơng 3 .........................................................................................103
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................105
1. Kết luận và kiến nghị ......................................................................................105
2. Một số điểm còn tồn tại ..................................................................................106
3. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo ...........................................................................107

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................108
CÁC PHỤ LỤC .....................................................................................................110


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng phân phối xác suất của biến ngẫu nhiên rời rạc ..............................29
Bảng 2.2: Kiểm định Chi bình phương của phân phối chuẩn và phân phối Logarit,
[14] ............................................................................................................................35
Bảng 3.1: Tổng hợp thông số kỹ thuật của các hạng mục thuộc nhà máy ................48
Bảng 3.2: Yêu cầu kỹ thuật của công tác xử lý nền ..................................................51
Bảng 3.3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính tốn theo TCVN 9355-2013
...................................................................................................................................57
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính tốn theo TCVN 9355-2013
...................................................................................................................................57
Bảng 3.5: Bảng tổng hợp tải trọng tính tốn giai đoạn thi công bấc thấm ...............58
Bảng 3.6: Bảng tổng hợp tải trọng tính tốn giai đoạn gia tải chân không...............58
Bảng 3.7: Các thông số bấc thấm ..............................................................................59
Bảng 3.8: Các thơng số thốt nước theo phương pháp truyền thống ........................60
Bảng 3.9: Độ lún của nền sau 30 ngày thi công bấc thấm theo phương pháp truyền
thống ..........................................................................................................................61
Bảng 3.10: Độ lún của nền sau 150 ngày thi công bấc thấm và hút chân không theo
phương pháp truyền thống ........................................................................................62
Bảng 3.11: Bảng tổng hợp tải trọng tính tốn giai đoạn khai thác ...........................63
Bảng 3.12: Độ lún ổn định của nền với tải trọng khai thác ......................................63
Bảng 3.13: Độ cố kết của nền dưới tải trọng khai thác sau thời gian xử lý ..............64
Bảng 3.14: Thời gian xử lý nền và độ cố kết theo phương pháp truyền thống.........65
Bảng 3.15: Kết luận kết quả tính tốn theo phương pháp truyền thống ...................66
Bảng 3.16: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất nền trong tính tốn theo phương

pháp ngẫu nhiên ........................................................................................................71
Bảng 3.17: Các thơng số thốt nước theo phương pháp ngẫu nhiên ........................73


x

Bảng 3.18: Độ lún của nền sau 30 ngày thi công bấc thấm theo phương pháp ngẫu
nhiên ..........................................................................................................................74
Bảng 3.19: Độ lún của nền sau 150 ngày thi công bấc thấm và hút chân không theo
phương pháp ngẫu nhiên ...........................................................................................75
Bảng 3.20: Độ cố kết trung bình và xác suất đạt và không đạt độ cố kết 90%.........79
Bảng 3.21: Độ cố kết sau các giai đoạn xử lý ...........................................................80
Bảng 3.22: Kết quả tính thời gian xử lý theo phương pháp ngẫu nhiên với các
khoảng cách bấc thấm ...............................................................................................81
Bảng 3.23: Bảng tổng hợp kết quả tính tốn các chi phí với các khoảng cách bấc
thấm ...........................................................................................................................92
Bảng 3.24: Bảng tổng hợp kết quả tính tốn chi phí với các độ lún dự báo .............94
Bảng 3.25: Bảng so sánh khoảng cách bấc thấm, độ cố kết, độ lún dự báo theo
phương pháp tính tốn tất định và ngẫu nhiên ..........................................................99
Bảng 3.26: Bảng so sánh thời gian xử lý theo phương pháp truyền thống và ngẫu
nhiên ........................................................................................................................100
Bảng 3.27: Bảng tổng hợp kết quả tính tốn theo phương pháp ngẫu nhiên với các
trường hợp khác nhau ..............................................................................................101
Bảng 3.28: Ảnh hưởng hệ số biến đổi của hệ số cố kết Cv tới thời gian xử lý .......102


xi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 0.1: Cấu trúc Luận văn .......................................................................................4

Hình 1.1: Thay thế nền bằng cát .................................................................................8
Hình 1.2: Làm chặt đất trên mặt bằng đẩm rơi ...........................................................9
Hình 1.3: Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm lăn ...................................10
Hình 1.4: Làm chặt đất bằng phương pháp đầm rung...............................................11
Hình 1.5: Công nghệ thi công cọc đất-xi măng theo phương pháp MG ...................13
Hình 1.6: Dây truyền cơng nghệ thi cơng trụ đất-xi măng đơn pha .........................14
Hình 1.7: Giếng cát gia cố nền đất yếu .....................................................................15
Hình 1.8: Thi cơng cắm bấc thấm .............................................................................16
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp MCV ........................................................18
Hình 2.1: Biểu đồ Venn của hệ xác suất đầy đủ .......................................................26
Hình 2.2: Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên X ............................................28
Hình 2.3: Hàm phân phối tích lũy của biến ngẫu nhiên X ........................................28
Hình 2.4: Các hàm mật độ xác suất với các giá trị µ,  khác nhau ..........................31
Hình 2.5: Các hàm phân phối tích lũy với các giá trị µ,  khác nhau ......................32
Hình 2.6: Các bước trong quản lý rủi ro và phân tích tối ưu ....................................37
Hình 2.7: Lựa chọn khoảng cách bấc thấm tối ưu ....................................................38
Hình 2.8: Các loại bất định trong địa kỹ thuật, theo Van Gelder [18] ......................39
Hình 2.9: Hệ thống các bóng đèn mắc nối tiếp và song song ...................................40
Hình 2.10: Các cây sự cố với hệ thống nối tiếp và song song ..................................41
Hình 2.11: Hàm trạng thái giới hạn trong mặt phẳng R-L ........................................42
Hình 3.1: Mặt cắt địa chất điển hình trong khu vực, [8] ...........................................49
Hình 3.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền theo độ sâu, [8]..........................50
Hình 3.3: Phân phối của khối lượng thể tích ướt Vùng 1 .........................................68
Hình 3.4: Phân phối của hệ số rỗng tự nhiên e0 Vùng 1 ...........................................68


xii

Hình 3.5: Phân phối của hệ số cố kết theo phương đứng Cv Vùng 1........................69
Hình 3.6: Phân phối của áp lực tiền cố kết pc Vùng 1 ..............................................69

Hình 3.7: Phân phối của tỉ số A = Ch/Cv ...................................................................69
Hình 3.8: Phân phối của khối lượng thể tích ướt Vùng 2 .........................................70
Hình 3.9: Phân phối của hệ số rỗng tự nhiên e0 Vùng 2 ...........................................70
Hình 3.10: Phân phối của tỉ số kh/ks ..........................................................................72
Hình 3.11: Biểu đồ tần số của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc
thấm d=1,0m .............................................................................................................75
Hình 3.12: Biểu đồ tần số của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc
thấm d=1,1m .............................................................................................................76
Hình 3.13: Biểu đồ tần số của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc
thấm d=1,2m .............................................................................................................76
Hình 3.14: Biểu đồ tần số của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc
thấm d=1,3m .............................................................................................................77
Hình 3.15: Biểu đồ tần số của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc
thấm d=1,4m .............................................................................................................77
Hình 3.16: Độ cố kết trung bình với thời gian xử lý khác nhau ...............................78
Hình 3.17: Xác suất tích lũy của độ cố kết trung bình ..............................................79
Hình 3.18: Biểu đồ tần số của thời gian xử lý với d=1,0m .......................................82
Hình 3.19: Biểu đồ tần số của thời gian xử lý với d=1,1m .......................................82
Hình 3.20: Biểu đồ tần số của thời gian xử lý với d=1,2m .......................................83
Hình 3.21: Biểu đồ tần số của thời gian xử lý với d=1,3m .......................................83
Hình 3.22: Biểu đồ tần số của thời gian xử lý với d=1,4m .......................................84
Hình 3.23: Cây sự cố thời gian xử lý vượt quá thời gian dự báo ..............................86
Hình 3.24: Cây sự cố độ lún sau thời gian xử lý vượt quá độ lún dự báo ................87
Hình 3.25: Quan hệ giữa khoảng cách bấc thấm và các chi phí ...............................93


xiii

Hình 3.26: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm
bằng 1,5 lần cát bơm hút ban đầu) ............................................................................95

Hình 3.27: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm
bằng 2,0 lần cát bơm hút ban đầu) ............................................................................96
Hình 3.28: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm
bằng 2,5 lần cát bơm hút ban đầu) ............................................................................97
Hình 3.29: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm
bằng 3,0 lần cát bơm hút ban đầu) ............................................................................97
Hình 3.30: Ảnh hưởng hệ số biến đổi của hệ số cố kết Cv tới thời gian xử lý .......102


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa nước ta hiện nay, hàng loạt
các cơng trình dân dụng, cơng nghiệp, giao thơng, thủy lợi được xây dựng. Nhiều
cơng trình khơng có khả năng lựa chọn linh hoạt địa điểm xây dựng, các cơng trình
bắt buộc phải xây dựng trên nền đất yếu. Khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu
thì hàng loạt các vấn đề phát sinh như: độ lún lớn và kéo dài, chênh lệch lún lớn quá
giới hạn cho phép, mất ổn định,…. Do vậy, trước khi xây dựng bắt buộc phải cải
tạo, gia cố nền đất yếu (gọi chung là xử lý nền đất yếu). Hiện nay, có nhiều phương
pháp như: thay thế nền, làm chặt đất bằng cơ học, trộn các chất kết dính vào trong
đất, cọc cát, giếng cát, bấc thấm, hút chân không,….Trong số các phương pháp thì
phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân khơng là phương
pháp có nhiều ưu điểm như: thời gian thi công nhanh do thời gian gia tải ngắn; giảm
khối lượng cát đáng kể do khơng cần cát chất tải, giảm chi phí cho thi công đắp và
dỡ tải, tiết kiệm tài nguyên và thân thiện với môi trường; hiệu quả xử lý nền cao,
kiểm sốt chất lượng thi cơng tốt; đã được áp dụng khá nhiều trong các dự án; giá
thành ưu việt đặc biệt là khi diện tích xử lý rộng.
Việc tính toán xử lý nền bằng bấc thấm thoát nước kết hợp gia tải và hút
chân không được áp dụng theo [1] (phương pháp tất định). Theo phương pháp này

các giá trị thiết kế của tải trọng, các thông số đất nền, bấc thấm,…được xem là hằng
số, có thể là giá trị trung bình hoặc giá trị lấy theo xác suất thống kê (theo trạng thái
giới hạn I và II). Thực tế, các thơng số đầu vào có thể biến đổi ngẫu nhiên, chẳng
hạn như các chỉ tiêu cơ lý của đất nền. Do vậy, mà thiết kế theo phương pháp tất
định có thể dẫn đến việc dự báo độ lún cuối cùng, thời gian cố kết sai lệch. Rủi ro
trong việc chậm tiến độ, lún dư kéo dài và nhiều hơn dự báo có thể làm ảnh hưởng
đến hiệu quả, tiến độ của dự án và gây thiệt hại lớn về kinh tế. Theo đó, việc tìm ra
được phương pháp tính tốn thiết kế khắc phục được những nhược điểm của


2

phương pháp truyền thống hết sức cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa
học.
Phương pháp tính tốn thiết kế ngẫu nhiên (hay theo lý thuyết xác suất thống
kê hoặc bất định) là phương pháp tính tốn thiết kế dựa trên sự biến thiên của các
tham số đầu vào (tải trọng và sức kháng), từ đó tìm ra được xác suất xảy ra hiện
tượng. Đây là phương pháp thiết kế theo xu hướng hiện đại và được nhiều nước tiên
tiến trên thế giới áp dụng (Hà Lan, Đức, Anh, Na Uy,…), [17].Theo phương pháp
này, các thông số đầu vào được mô phỏng bằng quy luật phân phối của chúng và
các biến đầu ra cũng có quy luật biến đổi nhất định. Ngồi ra, tính tốn rủi ro dựa
trên các hàm tin cậy có thể được thiết lập cho từng phương án thiết kế. Trên cơ sở
đó người thiết kế sẽ lựa chọn được phương án thiết kế tối ưu.
Từ những ưu điểm của phương pháp tính tốn thiết kế ngẫu nhiên, tác giả đã
lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc
thấm cho nhà máy xử lý khí Cà Mau” để so sánh với giải pháp thiết kế truyền
thống và các rủi ro có thể gặp phải.

2. Mục đích của đề tài
Mục đích nghiên cứu này là tính toán thiết kế bấc thấm theo tiêu chuẩn hiện

hành (phương pháp truyền thống) và theo lý thuyết độ tin cậy (phương pháp ngẫu
nhiên), từ đó chỉ ra được những ưu điểm vượt trội của phương pháp ngẫu nhiên so
với phương pháp truyền thống như: xác định được các rủi ro của từng phương án
thiết kế, lựa chọn được phương án thiết kế tối ưu.

3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của đề tài là:
- Tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm theo các tiêu chuẩn hiện
hành, ưu nhược điểm của phương pháp;
- Sử dụng lý thuyết độ tin cậy và các phần mềm ứng dụng hiện có để tính
tốn, phân tích lựa chọn khoảng cách bấc thấm tối ưu, dự báo độ lún tối ưu cho
công tác xử lý nền tại Dự án nhà máy xử lý khí Cà Mau.


3

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Lý thuyết tính tốn trong thiết kế xử lý
nền đất yếu bằng bấc thấm theo tiêu chuẩn hiện hành và theo lý thuyết độ tin cậy;
- Phạm vi nghiên cứu: Luận văn chỉ đi nghiên cứu phương pháp tính tốn
trong thiết kế xử lý nền đất yếu cho nhà máy xử lý khí Cà Mau mà không đi vào
công tác thi công.

5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thực tế của dự án nhà máy xử lý khí
Cà Mau;
- Kế thừa các nghiên cứu trong và ngoài nước về ứng dụng của lý thuyết độ
tin cậy;
- Phương pháp mơ hình tốn, xác suất, thống kê, tối ưu để phân tích độ tin
cậy của giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm.

6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được tổ chức thành: Phần mở đầu, 3 chương, phần Kết luận và kiến
nghị, các phần này được sơ họa qua Hình 01.
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Mục 1.1: tổng quan về nền đất
yếu. Mục 1.2: Các phương pháp xử lý nền đất yếu phổ biến. Mục 1.3: Tổng quan
phương pháp tính tốn thiết kế dùng trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp
hút chân không. Mục 1.4: Một số công cụ trong tính tốn thiết kế ngẫu nhiên. Mục
1.5: Kết luận Chương 1.
Chương 2: Lý thuyết độ tin cậy. Mục 2.1: Lý thuyết về xác suất thống kê.
Mục 2.2: Phân tích rủi ro và phân tích tối ưu. Mục 2.3: Kết luận Chương 2
Chương 3: Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp
hút chân khơng cho nhà máy xử lý khí Cà Mau. Mục 3.1: Giới thiệu về nhà máy xử
lý khí Cà Mau. Mục 3.2: Cơ sở lý thuyết của hai bài toán cơ bản trong xử lý nền đất
yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân khơng. Mục 3.3: Tính toán thiết kế xử lý nền


4

đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không theo phương pháp truyền thống.
Mục 3.4: Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân
khơng tại nhà máy xử lý khí Cà Mau. Mục 3.5: So sánh giữa phương pháp tính tốn
tất định và phương pháp tính tốn ngẫu nhiên. Mục 3.6: Kết luận Chương 3.

GIỚI
THIỆU

MỞ ĐẦU

TỔNG

CHƢƠNG 1

QUAN

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

LÝ

CHƢƠNG 2

THUYẾT

Lý thuyết độ tin cậy

ỨNG
DỤNG

KẾT

CHƢƠNG 3
Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết
hợp hút chân không cho nhà máy xử lý khí Cà Mau

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

LUẬN

Hình 0.1: Cấu trúc Luận văn

5

1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Chương này, tác giả trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Mục 1.1 là
tổng quan về nền đất yếu. Mục 1.2 là các phương pháp xử lý nền đất yếu phổ biến.
Mục 1.3 là tổng quan phương pháp tính toán thiết kế dùng trong xử lý nền đất yếu
bằng bấc thấm kết hợp hút chân không. Mục 1.4 là một số cơng cụ trong tính tốn
thiết kế ngẫu nhiên. Mục 1.5 là kết luận Chương 1.

1.1. Tổng quan về nền đất yếu
1.1.1. Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu
Có nhiều quan niệm khác nhau về đất yếu, nhìn từ góc độ xây dựng, nếu sức
chịu tải của nền đất không đáp ứng được yêu cầu của tải trọng, phải xử lý mới có
thể thi cơng và vận hành cơng trình bình thường thì gọi là đất yếu.
Theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000, [3] và tiêu chuẩn TCVN 9355-2013, [1]
đất yếu là đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất gần bằng hoặc cao hơn giới hạn
chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét: e≥1,5; đất pha sét: e≥1), lực dính C theo thí nghiệm
cắt nhanh khơng thốt nước nhỏ hơn 0,15 daN/cm2 (tương đương kG/cm2), góc nội
ma sát φ<100, hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu<0,35
daN/cm2, có sức chống mũi xuyên theo kết quả xuyên tĩnh qc <0,1MPa, có chỉ số
xuyên tiêu chuẩn SPT là N 5.
Theo quan điểm xây dựng của một số nước, [7] đất yếu được xác định theo
tiêu chuẩn về sức kháng cắt không thoát nước Suvà hệ số xuyên tiêu chuẩn N như
sau:
- Đất rất yếu: Su ≤12,5 kPa hoặc N ≤2;
- Đất yếu: Su ≤25 kPa hoặc N ≤4.
Nhìn chung các loại đất yếu thường có những đặc điểm sau:
- Đất sét có lẫn hữu cơ hoặc nhiều hoặc ít;
- Hàm lượng nước cao và trọng lượng đơn vị thể tích nhỏ;

- Tính thấm nước rất nhỏ;


6

- Cường độ chống cắt nhỏ và tính nén lún cao.
Với những đặc tính nêu trên, nếu khơng có các biện pháp xử lý phù hợp thì
việc xây dựng cơng trình trên đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc khơng thể đảm bảo an
tồn cơng trình.

1.1.2. Các loại đất yếu thường gặp
Theo [6], một số loại đất yếu thường gặp như:
- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc pha sét, ở trạng thái bão hịa nước,
có cường độ thấp;
- Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất
mịn. Ở trạng thái bão hòa nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;
- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết
quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 80%);
- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc
pha lỗng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng
thái chảy gọi là cát chảy;
- Đất bazan: Là loại đất yếu có độ rỗng lớn, khối lượng riêng khơ bé, khả
năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt.

1.1.3. Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng cơng trình trên đất yếu
Chi phí xử lý nền móng khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu thường
chiếm một tỷ trọng lớn trong tồn bộ giá thành xây dựng cơng trình.
Bài toán cần đặt ra để giải quyết khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu là:
- Độ lún cuối cùng và chênh lệch lún: Độ lún cuối cùng có giá trị lớn và kéo
dài, nhưng chênh lệch lún giữa các bộ phận của kết cấu mới là vấn đề quan trọng.

Nhiều trường hợp do chênh lệch lún đã làm phá hủy kết cấu, gây nứt, vỡ …;
- Ổn định tổng thể: Do cường độ đất nền không đủ khả năng chịu tải dẫn đến
phá hoại. Bài toán phải giải quyết là tính tốn tính sức chịu tải của móng, ổn định


7

của nền đắp, ổn định của mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của
cọc…;
- Bên cạch đó, số liệu đầu vào phục vụ thiết kế xử lý đất yếu là hết sức quan
trọng, bao gồm: phương pháp khảo sát, phương pháp thí nghiệm và thiết bị thí
nghiệm, lựa chọn thơng số đầu vào ứng với các trạng thái làm việc, lựa chọn mơ
hình tính,...

1.2. Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu phổ biến
* Mục đích của xử lý nền:
- Làm tăng sức chịu tải của nền đất;
- Cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng,
giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mơ đun biến dạng, tăng cường độ chống
cắt của đất...;
- Đối với cơng trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu cịn làm giảm tính thấm
của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp.
Bất kỳ biện pháp xử lý nào nếu làm tăng được cường độ liên kết giữa các hạt
đất và làm tăng được độ chặt của đất nền thì đều thoả mãn được ba mục đích trên.
Hiện nay có rất nhiều phương xử lý nền đất yếu, tuy nhiên tác giả chỉ đề cập
tới một số phương pháp được áp dụng phổ biến. Nhìn chung có thể xếp các phương
pháp xử lý nền đất yếu vào một số nhóm phương pháp sau (dựa theo nguyên lý), [6]

1.2.1. Giải pháp thay thế nền
1.2.1.1. Nội dung phương pháp

Để tận dụng khả năng các lớp dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ lớp
đất yếu ở phía trên giáp với móng và thay thế bằng đất, đá có cường độ chống cắt
lớn hơn, dễ thi công và là vật liệu địa phương.
Các loại vật liệu thay thế:
- Vật liệu thay thế là cát: Thuận lợi cho thi công bằng bơm cát, thời gian cố
kết rút ngắn;


8

- Vật liệu thay thế là đất, đá: Phương pháp thay thế bằng đất đất, đá sẽ kinh
tế hơn nếu tận dụng được vật liệu địa phương.

Hình 1.1: Thay thế nền bằng cát

1.2.1.2. Phạm vi áp dụng
- Phương pháp thay thế đất thường được sử dụng cho những trường hợp lớp
đất thay thế nằm trên mực nước ngầm. Khi dưới mực nước ngầm phải sử dụng vật
liệu rời hoặc đá;
- Khi thời hạn đưa cơng trình vào sử dụng là rất ngắn thì đây là một giải pháp
tốt để tăng nhanh quá trình cố kết;
- Khi các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ mà việc cải thiện nó bằng cách cố
kết sẽ khơng có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền đắp;
- Bề dày lớp đất yếu từ 3m trở xuống (trường hợp này thường đào toàn bộ
đất yếu để đáy nền đường tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu);
- Đất yếu là than bùn hoặc loại sét, á sét dẻo mềm, dẻo chảy. Trường hợp
này, nếu chiều dày đất yếu vượt quá 4-5m thì có thể đào một phần sao cho đất yếu
cịn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2 ÷ 1/3 chiều cao đắp (kể cả phần đắp chìm
trong đất yếu). Trường hợp đất yếu có bề dày dưới 3 m và có cường độ q thấp đào
ra khơng kịp đắp như than bùn, bùn sét (độ sệt B >1) hoặc bùn cát mịn thì có thể áp

dụng giải pháp bỏ đá chìm đến đáy lớp đất yếu hoặc bỏ đá kết hợp với đắp quá tải
để nền tự lún đến đáy lớp đất yếu;
- Tận dụng khả năng phân cách của vải địa kỹ thuật có thể lót một lớp vải
vào hố đào để vừa ngăn chặn được hiện tượng lún chìm đồng thời vải cịn có tác
dụng phân bố lại tải trọng của cơng trình phía trên xuống.


9

1.2.2. Nhóm giải pháp cơ học
Nguyên tắc cơ bản của nhóm giải pháp cơ học là sử dụng tác động cơ học
(tĩnh, động) làm giảm hệ số rỗng của đất nền. Dựa vào vị trí của đất được làm chặt
lại chia ra các phương pháp làm chặt đất trên mặt và các phương pháp làm chặt đất
dưới sâu. Sau đây tác giả chỉ nêu một số phương pháp làm chặt đất trên mặt

1.2.2.1. Làm chặt đất trên mặt bằng đầm rơi
a) Nội dung phương pháp
Dùng đầm là vật nặng rơi làm chặt đất, vật làm đầm thường làm bằng bê
tông cốt thép hoặc bằng gang, với khối lượng từ 2 đến 4 tấn, cho rơi từ độ cao 4 đến
5 mét.

Hình 1.2: Làm chặt đất trên mặt bằng đẩm rơi

b) Phạm vi áp dụng
Phương pháp được sử dụng rộng rãi khi xây dựng cơng trình trên nền đắp
mới. Chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đường kính, khối lượng và chiều cao
rơi của vật đầm cũng như tính chất của đất. Đạt hiệu quả kinh tế đối với cát có lẫn
nhiều hạt bụi và đất hạt bùn.Thơng thường, độ chặt của đất tăng lên ở những lớp đất
phía trên và giảm đi ở những lớp đất phía dưới.

10

1.2.2.2. Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm lăn
a) Nội dung phương pháp
Dùng đầm lăn, xe lu để làm chặt đất. Phương pháp này thường được sử dụng
khi làm đường giao thông. Tuỳ thuộc vào trọng lượng xe lu và số lần đầm mà chiều
sâu làm chặt đất có thể đạt (0,5÷0,6)m. Khi dùng đầm lăn có mặt nhẵn, do chiều dày
lớp đất được đầm nhỏ nên hiệu suất đầm thường thấp, chất lượng đầm khơng đều.

Hình 1.3: Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm lăn

b) Phạm vi áp dụng
Phương pháp được sử dụng rộng rãi khi xây dựng cơng trình trên nền đắp
mới, tận dụng được toàn bộ đất nền thiên nhiên. Đối với các cơng trình đắp bằng đất
có quy mơ lớn dùng đầm lăn mặt nhẵn là không hiệu quả. Đối với các loại đất dính
dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu quả cao hơn, chất lượng đầm đều
hơn và tạo ra mặt nháp liên kết tốt giữa các lớp đất đầm với nhau. Hiện nay, người
ta còn dùng đầm lăn bánh hơi để đầm chặt cả đất dính và đất rời. Mức độ đầm chặt
phụ thuộc vào số lượt đầm, chiều dày lớp đất đầm, áp suất bánh xe, tải trọng đặt
trên xe, tốc độ di chuyển của xe cũng như độ ẩm và cấu tạo của đất. Muốn đất được
đầm chặt như nhau ở mọi nơi thì yêu cầu tải trọng đầm phải phân bố đều lên các
bánh xe, không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải của đất tại các
vị trí đầm.