Luận văn thạc sĩ kỹ thuật đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp bơm phụt dung dịch gia cố nền, đề xuất khả năng ứng dụng trong điều kiện địa chất việt nam

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực, chƣa từng đƣợc công bố trong bất ký cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng các tài liệu tham khảo, thơng tin trích dẫn trong Luận
văn đều đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc, đảm bảo sự đúng đắn, chính xác, trung thực và
tuân thủ các quy định về bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ.
Hải Phịng, ngày 10 tháng 9 năm 2015

Vũ Ngọc Minh

i


LỜI CÁM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới PGS.TS Phạm Văn Thứ đã tận
tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và đƣa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng nhƣ tạo điều kiện
thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tơi trong suốt q trình hồn thành luận
văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các cán bộ của Viện Đào tạo sau đại học,
các thầy cô khoa Cơng trình thủy trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam cùng các bạn
đồng nghiệp đã cung cấp cho tôi những tài liệu tham khảo và chỉ dẫn cho tôi trong
thời gian thực hiện luận văn.
Trân trọng cám ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................... ii

MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... v
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT DUNG DỊCH
GIA CỐ NỀN ............................................................................................................ 4
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của phƣơng pháp......................................... 4
1.2 Khái niệm, sơ đồ và nguyên lý hoạt động ....................................................... 6
1.3. Dung dịch đông kết (vữa phụt). .................................................................... 10
1.4. Một số tính tốn trong thiết kế bơm phụt ..................................................... 21
1.5. Một số yêu cầu kỹ thuật của công tác phụt................................................... 26
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHỊNG THÍ
NGHIỆM ................................................................................................................. 30
2.1. Đặt vấn đề và phƣơng pháp luận nghiên cứu ............................................... 31
2.2. Thiết bị thí nghiêm và vật liệu thí nghiệm.................................................... 32
2.3 Quy trình thí nghiệm ...................................................................................... 43
2.4 Kết quả một thí nghiệm điển hình ................................................................. 48
2.5 Kết quả thí nghiệm, đánh giá tác dụng của phƣơng pháp bơm phụt đến các
chỉ tiêu của đất ..................................................................................................... 51
2.6. Các chỉ tiêu cơ học ........................................................................................ 51
2.7 Kết luận .......................................................................................................... 56
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƢỜNG .......... 57
3.1 Ứng dụng công nghệ bơm phụt gia cố nền tại một số cơng trình.................. 57
3.2 Nhận xét, đánh giá kết quả thu đƣợc ............................................................. 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 67

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng

Trang

2.1

Các giới hạn Atterberg và khối lƣợng riêng của đất

38

2.2

Thơng số chính của sản phẩm Meyco MP320

41

2.3

Thông số của chất phụ gia

41

2.4

Thời gian đông kết của nanosilice tinh khiết và pha

42

loãng 20%
2.5

Tốc độ cố kết của dung dịch Nanosilice nguyên chất

46

với các tỷ lệ A/N khác nhau
2.6

Các thông số

48

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Ngun lý một số cơng nghệ khoan phụt

7

1.2

Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ dƣới lên

8

1.3

Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ trên xuống

9

1.4

Phƣơng pháp ống Măng - xơng cho nền đất rời

10

Xu hƣớng hình thành các mặt phẳng phá hoại : vng góc
1.5

với phƣơng ứng suất chính bé nhất trong đất (Camberfort,

17

1967)
1.6

Các dạng lọc

19

1.7

Áp lực vữa phụt lớn nhất

24

2.1

Hiện tƣợng lún sụt nền đất dọc theo tuyến đƣờng sắt phía
Bắc nƣớc Pháp

31

2.2

Buổng thí nghiệm

33

2.3

Thiết bị Bender Elements

34

2.4

Thiết bị Bender Elements tại trƣờng Cầu đƣờng Pháp

35

2.5

Các thiết bị thí nghiêm khác

36

2.6

2.7

Biểu đồ biến thiên độ ẩm theo chiều sâu, Cui, Y.J
&Marcial, D.
Đƣờng cong cấp phối hạt ở các độ sâu khác nhau, Cui,
Y.J. & Marcial, D. (2003)

38

38

2.8

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 2.2m ở trạng thái ban đầu

39

2.9

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 2.2m sau khi bị phá hoại

39

2.10

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 3.5m ở trạng thái ban đầu

39

2.11

Ảnh chụp mẫu đất tại độ sâu 3.5m sau khi bị phá hoại

40

2.12

Biểu đồ thời gian đơng kết của nanosilice tinh khiết và
pha lỗng 20% theo thời gian

42

2.13

Hình dạng mẫu thí nghiệm

43

2.14

Các bƣớc gia cơng và chuẩn bị mẫu thí nghiệm

44

v


2.15

Mẫu đất ngay sau khi gia cố

47

2.16

Biểu đồ biến thiên khối lƣợng của buồng bơm

49

2.17

Biểu đồ biến thiên khối lƣợng của buồng chứa vữa bơm

50

2.18

Biểu đồ biến thiên áp lực

50

2.19

Biểu dồ kết quả thí nghiệm Bender Elements theo thời
gian

53

2.20

Kết quả một thí nghiệm Bender Elements

53

2.21

Sự biến thiên của sóng tới theo thời gian đông kết của vữa

53

2.22

Sự biến thiên của TVs theo thời gian đơng kết của vữa

54

2.23

2.24

2.25

Lực dính đơn vị của cát sau khi gia cố bằng vữa xi
măng,Maalej, Y(2007)
Góc ma sát trong của cát sau khi gia cố bằng vữa xi măng,
Maalej, Y(2007)
Biểu đồ mối quan hệ giữa chiều sâu gia cố (h) và chiều
rộng móng (b)

54

55

55

3.1

Phƣơng án sửa chữa chống thấm cống D10 - Hà Nam

59

3.2

Kết cấu của đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La

60

3.3

Thi cơng đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La

61

3.4

Thi cơng tƣờng chống thấm nền đập Đá Bạc (Hà Tĩnh)

62

3.5

Sửa chữa chống thấm cống vùng triều

63

vi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nhƣ ta đã biết, nền đất là nơi tiếp nhận tồn bộ tải trọng của cơng trình, nó
đóng vai trị then chốt trong việc đảm bảo sự làm việc ổn định và bền vững của
một công trình xây dựng. Chính vì vậy cơng việc đầu tiên khi bắt đầu một dự án
xây dựng là khảo sát nền đất để có những hiểu biết rõ ràng và cụ thể nhất về các
tính chất vật lý, cơ học của đất nằm dƣới móng cơng trình. Từ các kết quả khảo sát
này ngƣời ta mới đƣa ra đƣợc các giải pháp về kết cấu cũng nhƣ xử lý cải tạo nền
đất sao cho đảm bảo tối ƣu nhất bài tốn kính tế - kỹ thuật của mỗi cơng trình.
Ngày này, việc ứng dụng mạnh mẽ các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào

xây dựng đang ngày một trở nên phổ biến, đã và đang cho ra đời hàng loạt các
cơng trình xây dựng vĩ đại trên tồn thế giới. Yêu cầu bắt buộc đối với nền đất
dƣới đáy móng cơng trình ln là đảm bảo cho sự làm việc ổn định của cơng trình
mặc cho kích thƣớc, khối lƣợng của các cơng trình xây dựng đang tăng lên một
cách chóng mặt theo sự phát triển của cơng nghệ xây dựng. Để đáp ứng u cầu
đó, ngồi các giải pháp về kết cấu, một yêu cầu bắt buộc là phải có những nghiên
cứu sâu hơn nữa về nền đất để tìm ra các giải pháp xử lý, cải tạo nền đất, mới hơn,
hiệu quả hơn để đáp ứng đƣợc nhu cầu xây dựng ngày một phát triển.
Hiện nay, đã có rất nhiều cơng nghệ xử lý nền đƣợc áp dụng một cách hiệu
quả ở các nƣớc trên thế giới và bắt đầu đƣợc triển khai áp dụng tại Việt Nam.
Ngƣời ta có thể chia các giải pháp xử lý nền đất phổ biến hiện nay nhƣ:
- Các biện pháp cơ học: gồm các phƣơng pháp làm chặt bằng đầm, đầm

chấn động, phƣơng pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất,
cọc vôi...), phƣơng pháp thay đất, phƣơng pháp nén trƣớc, phƣơng pháp vải địa kỹ
thuật, phƣơng pháp đệm cát...
- Các biện pháp vật lý: các phƣơng pháp hạ mực nƣớc ngầm, phƣơng pháp

dùng giếng cát, phƣơng pháp bấc thấm, điện thấm...
- Các biện pháp hóa học: các phƣơng pháp keo kết đất bằng xi măng, vữa xi

măng, phƣơng pháp Silicat hóa, phƣơng pháp điện hóa...

1


Trong các nhóm xử lý nền đất nói trên, các phƣơng pháp cơ học ra đời từ rất
sớm và cho đến nay, ngƣời ta đã xây dựng đƣợc quy trình, quy chuẩn đầy đủ để áp
dụng trong thực tế. Các phƣơng pháp xử lý vật lý và hoá học ra đời muộn hơn
nhƣng đã bƣớc đầu đƣợc ứng dụng tƣơng đối rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế

kỹ thuật cao. Đối với các phƣơng pháp hoá học xử lý nền đất, tại các nƣớc trên thế
giới, ngƣời ta coi đây là những phƣơng pháp có nhiều tiềm năng và đã tiến hành rất
nhiều nghiên cứu chi tiết cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm. Ở Việt Nam, do hạn
chế về nhiều mặt đặc biệt là về khoa học kỹ thuật và công nghệ thi công nên chỉ
bƣớc đầu ứng dụng các công nghệ này trong một vài lĩnh vực mới mà các phƣơng
pháp truyền thống không giải quyết đƣợc. Với những đánh giá nêu trên về các
phƣơng pháp hoá học xử lý nền đất, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp Cao
học với tên gọi: Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm về phương pháp bơm
phụt dung dịch gia cố nền, đề xuất khả năng ứng dụng trong điều kiện địa chất
Việt Nam.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu các phƣơng pháp gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết
vào trong đất, tập trung nghiên cứu công nghệ khoan phụt thẩm thấu vào mơi
trƣờng đất loại sét; từ đó đánh giá hiệu quả và đề xuất phạm vi ứng dụng của
phƣơng pháp trong gia cố nền đất ở nƣớc ta.
3. Đối tƣợng, phạm vi và nội dung nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài:

+ Nghiên cứu các phƣơng pháp bơm phụt dung dịch đông kết vào trong đất
đang ứng dụng trên thế giới và tại Việt Nam;
+ Nghiên cứu các loại dung dịch, phạm vi sử dụng của các loại dung dịch
trong bơm phụt; một số tính tốn trong cơng tác bơm phụt;
+ Nghiên cứu và diễn giải kết quả thí nghiệm về q trình bơm phụt dung
dịch đông kết vào trong đất loại sét;
+ Nghiên cứu, tính tốn với một bài tốn giả định để so sánh và đề xuất khả
năng ứng dụng phƣơng pháp bơm phụt dung dịnh đông kết gia cố nền trong điều

2

kiện địa chất nƣớc ta.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu phƣơng pháp

gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết vào trong đất, dùng phƣơng pháp
khoan phun thẩm thấu vào môi trƣờng đất loại sét thơng qua thí nghiệm trong
phịng và thực tế về bơm phụt dung dịch đông kết vào trong đất; từ đó đề xuất khả
năng ứng dụng trong điều kiện địa chất ở nƣớc ta.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
- Lấy những mẫu đất nguyên dạng ngồi hiện trƣờng mang về phịng thí
nghiệm, sau đó dùng phƣơng pháp phun dung dịch vào đất để làm thí nghiệm. Từ
kết quả thí nghiệm, đánh giá những mẫu đất sau khi đã phun dung dịch.
- Áp dụng phƣơng pháp gia cố nền bằng cách phun dung dịch đông kết vào
trong đất để chống thấm tại một số cơng trình thủy điện, thủy lợi.
- Nhận xét, đánh giá kết quả thu đƣợc ngoài thực tế. Đề xuất khả năng ứng
dụng phƣơng pháp thi công đại trà.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài đóng góp cho khoa học trong việc hồn thiện cơng nghệ gia cố nền
đất bằng phƣơng pháp phun dung dịch vào đất nền.
- Đề tài sẽ là nền tảng cho phép ứng dụng vào thực tế xử lý nền đất cho các
công trình xây dựng trên nền phức tạp.

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT
DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của phƣơng pháp
Phƣơng pháp bơm phụt dung dịch đông kết gia cố nền đƣợc phát minh bởi
kỹ sƣ ngƣời Pháp Charles Berigny, và đƣợc sử dụng lần đầu tiên vào năm 1802
khi tiến hành sửa chữa nền móng cho cơng trình cửa cống xả tại vùng Dieppe,

cộng hịa Pháp (theo Glossop, 1961). Nền đất tại khu vực này, chủ yếu là đất rời
với tính thấm cao, đã đƣợc gia cố bằng cách bơm phụt dung dịch vữa xi măng
Porland. Việc gia cố nhƣ trên đã đƣợc hoàn tất năm 1809 cho tồn bộ cơng trình,
và đƣợc đánh giá là thành cơng trong mục đích tăng cƣờng sức chịu tải và giảm
tính thấm cho nền.
Sau đó, một số thử nghiệm nhằm phát triển các thiết bị bơm phụt dung dịch
cũng đã đƣợc tiến hành (theo Houlsby, 1990). Tiếp theo, ngƣời ta đã điều chỉnh
các quy trình bơm phụt dung dịch cho thích hợp với việc sửa chữa các khối xây,
và các vấn đề này đã đƣợc một kỹ sƣ ngƣời Pháp (Raynal) ghi lại trong một bài
báo khoa học năm 1837. Trong các năm tiếp theo, việc cải thiện thiết bị bơm phụt
đã cho phép áp dụng công nghệ này để bơm dung dịch vào các nứt vỡ có kích
thƣớc rất nhỏ.
Một trong những thành tựu của phƣơng pháp là tác dụng lấp đầy các lỗ
rỗng, hang ngầm trong đất. Một kỹ sƣ ngƣời Pháp, Beaudemoulin đã thành công
trong việc bơm phụt dung dịch vữa vôi tôi vào các lỗ rỗng có kích thƣớc lớn bên
dƣới móng của một cây cầu trong giai đoạn 1835 đến 1836 (theo Littlejohn, 2003).
Tại nƣớc Anh, Kinipple đã tiến hành một loạt các thí nghiệm trong giai
đoạn 1856 đến 1858 nhằm chứng minh tính khả thi của phƣơng pháp này trong
việc bịt các vết nứt và sửa chữa những hỏng hóc của các kết cấu trên biển (theo
Houlsby, 1990). Trong báo cáo của mình, Glossop (1961) đã trình bày việc sử
dụng vữa xi măng để bịt các khe nứt và lỗ rỗng trong nền đá tại hai đập thủy điện
của nƣớc Anh trong các năm 1876 và 1877, cũng nhƣ việc bịt các khe nứt và lỗ
rỗng trong nền đá của các cầu tàu tại Malta và Alexandria trong giai đoạn từ 1882

4