Công nghệ hút chân không trong xử lý nến đất yếu bằng bấc thấm và hiệu quả áp dụng tại một số công trình ở việt nam

bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ địa chất

-----------------------------

Đỗ hồng thắng

Công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu
bằng bấc thấm và hiệu quả áp dụng tại một số
công trình ở Việt Nam

luận văn thạc sĩ kü thuËt

hµ néi - 2010


bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ địa chất

-----------------------------

Đỗ hồng thắng

Công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu
bằng bấc thấm và hiệu quả áp dụng tại một số
công trình ở Việt Nam

Chuyên ngành: Địa chất công trình
MÃ số: 60.44.65

luận văn thạc sĩ kỹ thuật

ngời hớng dẫn khoa học:

PGS.TS Đỗ Minh Toàn

hà nội - 2010


lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
bản thân. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và cha từng có ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 5 tháng 10 năm 2010
Tác giả luận văn

Đỗ Hồng Thắng


Mục lục
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Mở đầu

Mục lục

Trang

Mở đầu

1

Chơng I. Tổng quan về Công nghệ hút chân không ứng dụng

5

trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

I.1 Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu

5

I.1. 1. Khái niệm đất yếu.

5

I.1 2. Khái niệm nền đất yếu.

6

I.2. Sơ lợc lịch sử ra đời của công nghệ hút chân không ứng dụng

7

trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm.
I.2.1.Mô hình có màng ngăn (hệ thống thấm Menard).

8

I.2.2 Mô hình không có màng ngăn (hệ thống thấm Beau).

9

I.3. Một số thành tựu ứng dụng của công nghệ hút chân không ở

10

Trung Quốc và Việt Nam.
I.3.1. Xử lý nền đờng đất yếu Zhuhai Qinglubei (phần phía nam).

11

I.3.2. Xử lý nền nhà máy lọc hoá Qingdao.

12

I.3.3. Xử lý nền nhà máy điện Nhơn Trạch II- Đồng Nai.

12

Chơng II. Cơ sở lý thuyết của công nghệ hút chân không

14

trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

II.1.Cơ sở lý thuyết của công nghệ hút chân không

14

II.1.1. Cơ sở lý thuyết

14

II.1.2. Sơ đồ Hệ thống HVDM

20

II.1.3. ThiÕt bÞ, vËt liƯu cđa HVDM

21


II.1.3.1. ThiÕt bÞ dïng trong HVDM

21

II.1.3.2. VËt liƯu sư dơng trong HVDM

26

II.2 Đặc điểm công nghệ hút chân không

30

II.2.1 Trình tự các bớc thiết kế

31

II.2.1.1. Xác định chiều sâu cắm bấc thấm

31

II.2.1.2. Tính toán độ lún tức thời

32

II.2.1.3. Tính toán ®é lón cè kÕt thÊm.

32

II.2.1.4. TÝnh ®é lón tõ biÕn

33

II.2.1.5. TÝnh lón theo thêi gian

34

II.2.1.6. TÝnh to¸n bè trÝ bÊc thấm

35

II.2.1.7. Thiết kế giám sát và kiểm tra hiệu quả sau khi xử lý

35

II.2.2 Quy trình thi công của công nghệ HVDM

36

Chơng III: phân tích hiệu quả ứng dụng công nghệ hút chân

42

không ở Việt Nam

III.1. Một số kết quả ứng dụng công nghệ HVDM tại Việt Nam

42

III.1.1. Công trình nhà máy Khí - Điện Cà Mau

42

III.1.1.1.Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng nhà máy

42

III.1.1.2.Các yêu cầu kỹ thuật của dự án.

47

III.1.1.3. Kết quả xử lý nền.

48

III.1.2 Công trình nhà máy điện Nhơn Trạch II- Đồng Nai

49

III.1.2.1.Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng nhà máy

49

III.1.2.2.Các yêu cầu kỹ thuật của dự án.

53

III.1.2.3. Kết quả xử lý nền.

55

III.1.3 Công trình nhà máy xơ sợi tổng hợp Polyeste PVTer -Hải

56

Phòng
III.1.3.1.Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng nhà máy

56

III.1.3.2.Các yêu cầu kỹ thuật của dự án.

62

III.1.3.3. Kết quả xử lý nền.

62


III.2.Đánh giá hiệu quả ứng dụng công nghệ hút chân không tại Nhà

63

máy điện Nhơn Trạch II- Đồng Nai
III.2.1 Phân tích hiệu quả rút ngắn thời gian thi công

63

III.2.2. Phân tích, đánh giá hiệu quả về kỹ thuật

85

III.2.3. Phân tích đánh giá hiệu quả về bảo vệ môi trờng.

90

III.2.4. Phân tích hiệu quả kinh tế

92

Chơng IV: kết luận và kiến nghị

96

IV.1. Kết luận

96

IV2. Những hạn chế khi áp dụng công nghệ HVDM ở Việt nam.

96

IV.3. Kiến nghị

97

tài liệu tham khảo

99


Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt
1. Danh mục các ký hiệu
A

Hệ số tra bảng theo góc ma sát trong của đất

a1-2

Hệ số nén lún (cm2/kG), ứng với khoảng áp lực từ P1 đến P2

B

Hệ số tra bảng theo góc ma sát trong của đất

Cc

Chỉ số nén

Ch

Hệ sè cè kÕt ngang cđa ®Êt (cm2/s)

Cv

HƯ sè cè kÕt thẳng đứng của đất (cm2/s)

C

Hệ số từ biến của đất

D85

Đờng kính của hạt sét tơng đơng với 85% lọt qua màng lọc (mm)

D50

Đờng kính của hạt sét tơng đơng với 50% lọt qua màng lọc (mm)

D15

Đờng kính của hạt sét tơng đơng với 15% lọt qua màng lọc (mm)

D10

Đờng kính của hạt sét tơng đơng với 10% lọt qua màng lọc (mm)

D

Hệ số tra bảng theo góc ma sát trong của đất

D

Đờng kính vùng ảnh hởng của bấc thấm

dS

Đờng kính khu vực đất bị xáo trộn do thi công bấc thấm

d

Đờng kính tơng đơng của bấc thấm

e

Hệ số rỗng tơng øng víi thêi ®iĨm kÕt thóc cè kÕt thÊm

eoi

HƯ sè rỗng ứng với ứng suất bản thân ở giữa lớp i, xác định bằng đờng cong

e=f(p)
EU

Môđun tổng biến dạng trạng thái không thoát nớc (kG/cm2)

E0

Môđun tổng biến dạng (kG/cm2)

Fs

Hệ số lấy bằng 4 ữ 5

H1

Chiều dày vùng hoạt động nén ép trớc khi xử lý (m)

hi

Chiều dày của lớp phân tố thứ i (m)

h

Chiều dày vùng hoạt động thấm, h bằng chiều dày vùng hoạt động nén ép với

trờng hợp thoát nớc 1 chiều và bằng 1/2 chiều dày vùng hoạt động nén ép với
trờng hợp thoát nớc hai chiều (m)
H

Chiều dày của lớp đất cần tính toán độ lún tøc thêi (m)


K

Hệ số tra bảng, phụ thuộc vào hình dạng, kích thớc công trình và chiều sâu

tính toán
Ks

Hệ số thấm của ®Êt (cm2/s)

Ks

HƯ sè thÊm cđa ®Êt ë khu vùc bÞ xáo trộn do cắm bấc thấm (cm2/s)

KV

Hệ số thấm thẳng ®øng cđa ®Êt (cm2/s)

Kh

HƯ sè thÊm ngang cđa ®Êt (cm2/s)

Kf

HƯ số thấm của màng lọc (cm2/s)

lm

Chiều dài nhả nớc lớn nhất của bấc thấm (m)

L

Chiều dài bấc thấm (m)

l

Chiều sâu của bấc thấm (m)

m

Hệ số điều kiện làm việc của móng

n

Hệ số khoảng cách giữa các bấc thấm

nf

Độ lỗ rỗng của màng lọc

O50

Đờng kính của hạt lớn hơn 50% lỗ của bấc thấm (mm)

O15

Đờng kính của hạt lớn hơn 15% lỗ của bấc thấm (mm)

O95

Cỡ hạt lớn nhất mà các hạt nhỏ hơn nó đều lọt qua màng lọc của bấc thấm.

Thí nghiệm rây đất đợc tiến hành bằng cách sàng các hạt có đờng kính liên tiếp

nhau đến khi cã 5% lät qua mµng läc (ASTM D 4751), Th−êng O95 = 75 mm.
Pa

áp lực không khí (kG/cm2)

qW

Độ nhả nớc của bấc thấm (m3/ngày)

qreq

Độ nhả nớc yêu cầu của bấc thấm (m3/ngày). Bo và nnk (2003) đề xuất nên

lấy qreq = 10-6 m/s cho 100 mm chiÒu réng bÊc thÊm.
R0

Søc chịu tải quy ớc (kG/cm2)

S

Lực hút chân không, thờng bằng 7 ữ 9 T/m2

St

Độ lún tại thời điểm t (m)

Si

Độ lún tức thời của đất (m)

Stb

Độ lún từ biến (m)

n

s

t

Tổng độ lún của các lớp phân tố, từ phân tố thứ 1 đến phân tố thứ n (m)

i =1

TCXD Tiêu chuÈn x©y dùng


Th

Yếu tố thời gian để đạt cố kết ngang

Th

Yếu tố thêi gian theo ph−¬ng ngang

TV

Ỹu tè thêi gian theo ph−¬ng thẳng đứng

tth

Thời gian để đất cố kết thấm hoàn toàn, thờng lấy tth > 10 năm

t

Thời điểm tính toán

U

Độ cố kết yêu cầu tại thời điểm t (%)

UV

Độ cố kết thẳng đứng của đất (%)

U

áp lực nớc lỗ rỗng trong đất (kG/cm2)

Ui

Phần áp lực nớc lỗ rỗng đợc chuyển thành áp lực có hiệu khi chất tải thông

thờng (kG/cm2)
UT

Phần áp lực nớc lỗ rỗng chuyển thành áp lực hiệu quả khi xử lý nền bằng

phơng pháp cố kết chân không(kG/cm2)
U10

Độ cố kết đạt 10% (%)

Uh

Độ cố kết ngang của đất (%)



ứng suất trong đất (kG/cm2)

'

áp lực có hiệu (hiệu quả) của đất(kG/cm2)

c

áp lực tiền cố kết của đất (kG/cm2)



Khối lợng riêng của đất dới mực nớc ngầm (g/cm3)

r

Khối lợng riêng của đất trên mực nớc ngầm (g/cm3)

w

Khối lợng riêng của nớc (g/cm3)

h

Độ lún cuối cùng của đất yếu tơng đơng với 25% chiều dài của bấc đợc

đặt vào trong đất (m)
'tt

áp lực có hiệu thực tế trong đất do thi công bằng phơng pháp cố kết chân

không (kG/cm2)
'

Gia số cả ¸p lùc cã hiƯu khi xư lý nỊn b»ng ph−¬ng pháp hút chân không so

với phơng pháp gia tải thông thờng (kG/cm2)
z

ứng suất gây lún tại độ sâu z (kG/cm2)

pt

ứng suất gây lún tại độ sâu z = 0 (kG/cm2)



Hệ sè kinh nghiÖm, lÊy b»ng 0,9


bti

ứng suất bản thân ở giữa lớp phân tố thứ i (kG/cm2)

zi

ứng suất phụ thêm ở giữa lớp phân tố thứ i (kG/cm2)

1

ứng suất trong đất gây bởi tải trọng thông thờng (kG/cm2)

2. Danh mục các chữ viết tắt
ĐC

Địa chất

ĐCCT

Địa chất công trình

ĐCTV

Địa chất thuỷ văn

ĐG XDCB

Đơn giá xây dựng cơ bản

ĐKT

Địa kỹ thuật

HVDM High vacuum dewatering method (phơng pháp thoát nớc bằng hút chân
không áp lực cao)


Đ đợc đăng ký bản quyền thơng mại (Trademark)

TN

Thí nghiệm


tài liệu tham khảo

[1]. Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình: Nhà máy Khí - Điện Cà Mau.
[2]. Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình: Nhà máy điện Nhơn Trạch IIĐồng Nai.
[3]. Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình: Nhà máy xơ sợi tổng hợp
Polyeste PVTer -Hải Phòng.
[4]. Báo cáo kết quả quan trắc địa kỹ thuật: quan trắc lún, quan trắc áp lực nớc lỗ
rỗng; quan trắc biến dạng ngang; quan trắc ổn định mái dốc Công trình nhà
máy Khí - Điện Cà Mau.
[5]. Bộ GTVT (2001), Qui trình khảo sát và thiết kế nền đờng ô tô đắp trên đất
yếu 22 TCN 262-2000, NXB Giao thông Vận tải.
[6]. Công văn số 182/BXD-KHCN ngày 11/5/2009 của Bộ Xây dựng về việc trả lời
chấp thuận áp dụng tiêu JGJ 79-202 của Trung Quốc tại các công trình Nhà
máy Khí - Điện Cà Mau.
[7]. Công văn số 336/BXD-KHCN ngày 30/7/2009 của Bộ Xây dựng về việc trả lời
chấp thuận áp dụng tiêu JGJ 79-202 của Trung Quốc tại các công trình Công
trình nhà máy tơ sợi tổng hợp Polyeste PVTer -Hải Phòng.

[8]. Đỗ Minh Toàn (2004) Sự hình thành đặc tính Địa chất công trình của đất, Bài
giảng cho học viên cao học ngành Địa chất công trình.
[9]. Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phạm Xuân Trờng, Phạm Xuân, Nguyễn
Hải (1997) Những phơng pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu, NXB
Xây dựng.
[10]. Hồ sơ thiết kế kỹ thuật BVTC công trình: Nhà máy Khí - Điện Cà Mau.
[11]. Hồ sơ thiết kế kỹ thuật BVTC công trình: Nhà máy xơ sợi tổng hợp Polyeste
PVTer -Hải Phòng.
[12]. Hồ sơ thiết kế kỹ thuật BVTC công trình: Nhà máy điện Nhơn Trạch II§ång Nai.


[13]. Nguyễn Hồng Hải (2003), Tính toán xử lý nền đất yếu trong trờng hợp
chiều sâu giếng cát hoặc bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún, Luận văn Thạc sỹ kỹ
thuật.
[14]. Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Phơng Duy, Nguyễn Duy Lâm (1998) Công
nghệ mới xử lý nền đất yếu bằng Vải địa kỹ thuật và Bấc thấm.
[15]. Tạ Đức Thịnh (2009) Tổng quan về đất yếu và phơng pháp xử lý nền đất yếu
ở Việt nam, Báo cáo hội thảo Nền đất yếu, phơng pháp khảo sát và xử lý.
[16]. Tiêu chn thiÕt kÕ xư lý nỊn ®Êt u b»ng hót chân không JGJ 79-202 của
Trung Quốc. Bản tiếng Anh
[17]. Tiêu chuẩn thiết kế va thi công nền đờng đắp trên nền đất yếu JTJ 017-96
của Trung Quốc. Bản dịch tiếng việt.
[18]. Tiêu chuẩn thiết kế va thi công nền đờng đắp trên nền đất yếu JTJ 017-96
của Trung Quốc. Bản dịch
[19]. J.CHU, S.W.YAN (2008) Đánh giá độ cố kết cho các công trình gia tải trớc
bằng hút chân không, tạp chí Địa kỹ thuật số 1 năm 2008.

[20]. Varaksin (2007) Tập bài giảng Về xử lý đất yếu và kỹ thuật nền móng
công trình, 5/2007.
[21] .Web site Công ty cổ phần xây lắp dầu Việt Nam -

[22]. Chu, J. and Yan, S. W. (2005). “Estimation of degree of consolidation for
vacuum preloading projects.” International Journal of Geomechanics, ASCE, Vol.
5, No, 2,158-165.
[23] Holtz, R.D. (1975). “Preloading by vacuum: current prospects.” Transportation
Research Record, No. 548, 26-79
[24]. Yan, S.W. and Chu, J. (2005). “Soil improvement for a storage year using the
combined vacuum and fill preloading method.” Canadian Geotechnical Journal,
Vol. 42, No. 4, 2094-1104.
[25]. Yan, H.S. and Cao, D.Z. (2005). “Application of low-level vacuum preloading
technique in offshore projects.” Ocean and River Hydraulics, No. 3, 41-43

---------------------------------


-1-

Mở đầu
1.Tính cấp thiết của đề tài.
Công nghệ hút chân không để đẩy nhanh quá trình cố kết trong xử lý nền đất
bằng bấc thấm đ đợc áp dụng thành công ở một số nớc nh Mỹ, Pháp, Trung
Quốc,. Trung Quốc là một trong các nớc đ tiến hành thử nghiệm đầu tiên trong
điều kiện thiếu vật liệu gia tải trớc và đang triển khai ở Việt Nam. Công nghệ này đ
đợc Uỷ ban Khoa học Thợng Hải (Trung Quốc) giám định đạt tiêu chuẩn tiên tiến
quốc tế JGJ 79-202, hiện đang đợc áp dụng tại nhiều công trình xây dựng cảng biển,
đờng bộ và đờng hàng không, đợc nhiều quốc gia đón nhận.
So với phơng pháp gia cố bằng bấc thấm kết hợp gia tải trớc bằng khối đắp
thông thờng, công nghệ hút chân không có nhiều u điểm vợt trội nh: tiết kiệm
đợc kinh phí xây dựng do rút ngắn thời gian thi công; có thể kiểm soát đợc chất
lợng căn cứ vào các điều kiện địa chất khác nhau để thiết kế nên các thông số thi công
phù hợp; thực tế, đảm bảo vệ sinh môi trờng.

Hiện nay, nhờ sự hợp tác của Công ty Fecon với viện Shanghai Hanbor (Trung
Quốc), năm 2009 công nghệ này du nhập vào Việt Nam. Tuy nhiên, việc hiểu biết đầy
đủ của các Chuyên gia Việt Nam về cơ sở lý thuyết của phơng pháp, công nghệ thi
công do đang đợc Trung Quốc đăng ký bảo hộ bản quyền nên còn hạn chế.
Để tìm hiểu bản chất của phơng pháp, cũng nh hiệu quả ứng dụng của nó
trong điều kiện địa chất ở Việt Nam, dần dần làm chủ đợc công nghệ và ứng dụng
rộng r i ở nớc ta cần phải nghiên cứu bố sung thêm. Vì vậy, đề tài:
Công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm và hiệu quả
áp dụng tại một số công trình ở Việt Nam là rất cần thiết.
2. Mục đích của đề tài.
Bớc đầu làm sáng tỏ cơ sở lý thut, c¸c b−íc tÝnh to¸n thiÕt kÕ cịng nh− trình
tự công nghệ thi công của phơng pháp xử lý nền đất yếu bằng Bấc thấm kết hợp cố kết


-2-

nền bằng công nghệ hút chân không. Từ những tài liệu thu thập ở một số công trình đ
ứng dụng tại Việt Nam, đánh giá hiệu quả của phơng pháp.
3. Phạm vi và đối tợng nghiên cứu.
Đối tợng nghiên cứu là công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu bằng
bấc thấm (tìm hiểu cơ sở lý thuyết, tính toán thiết kế, thiết bị và trình tự thi công ).
Phạm vi nghiên cứu: các bớc thiết kế, công nghệ thi công và phân tích kết quả
hiệu quả ứng dụng công nghệ này ở một số công trình tại Việt Nam.
4. Nội dung nghiên cứu của luận văn:
Để đạt đợc mục đích và nhiệm vụ của đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu của
luận văn bao gồm:
- Tổng quan về Công nghệ hút chân không ứng dụng trong xử lý nền đất yếu
bằng bấc thấm.
- Cơ sở lý thuyết của công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu bằng
bấc thấm .

- Phân tích hiệu quả ứng dụng công nghệ hút chân không ở Việt Nam.
5. Phơng pháp nghiên cứu.
-Phơng pháp thu thập nghiên cứu tài liệu (thu thập, hệ thống hoá, phân tích và
tổng hợp tài liệu).
Mục đích thu thập các tài liệu chứa đựng các thông tin liên quan đến đối tợng
nghiên cứu thuộc các nguồn khác nhau, với các hình thức công bố khác nhau và hệ
thống hoá tài liệu để chuẩn bị cho quá trình đọc tài liệu.
Tiến hành phân tích tài liệu nhằm xác định độ tin cậy, tính khách quan, tính cập
nhật của các tài liệu. Phân tích và tổng hợp là chia đối tợng nghiên cứu thành từng bộ
phận, từng mặt, từng yếu tố... để nhận thức từng thuộc tính rồi dựa vào kết quả phân
tích để liên kết các bộ phận, các mặt, các yếu tố... đó lại nh»m nhËn thøc thuéc tÝnh
chung;


-3-

-Phơng pháp địa chất: bao gồm đi thực tế tìm hiểu công nghệ, quan sát khu vực
xử lý, thu thập số liệu quan trắc, để phân tích làm sáng tỏ điều kiện địa chất các khu
vực nghiên cứu;
-Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: bao gồm thực nghiệm tại hiện trờng
xuyên tĩnh, cắt cánh với mục tiêu thu thập các thông tin, để kiểm chứng về đối tợng
nghiên cứu.
-Phơng pháp tính toán: dựa vào các kết phân tích, kết quả nghiên cứu thực
nghiệm sử dụng các phơng pháp toán học, sử lý số liệu và thiết kế xử lý nền đất yếu
bằng công nghệ hút chân không và gia tải trớc bằng khối đắp.
6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
1. Kết quả nghiên cứu nhằm bổ sung cơ sở lý thuyết của công nghệ hút chân
không trong xử lý nền ®Êt u b»ng bÊc thÊm ë ViƯt Nam;
2. C¸c kÕt quả nghiên cứu có thể tham khảo để thiết kế xử lý nền đất yếu bằng
công nghệ hút chân không ở điều kiện Việt Nam.

7.Cơ sở tài liệu của luận án:
Luận án đợc hoàn thành trên cơ sở các tài liệu:
1. Kết quả xử lý nền đất yếu bằng công nghệ hút chân không ở các công trình:
nhà máy Khí - Điện Cà Mau; nhà máy điện Nhơn Trạch II- Đồng Nai; nhà máy xơ sợi
tổng hợp Polyeste PVTer -Hải Phòng, bao gồm:
+Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình;
+Nhiệm vụ thiết kế (yêu cầu kỹ thuật );
+ Hồ sơ thiết kế kỹ thuật bản vẽ thi công;
+ Báo cáo kết quả quan trắc địa kỹ thuật: quan trắc lún, quan trắc áp lực nớc lỗ
rỗng; quan trắc biến dạng ngang; quan trắc ổn định mái dốc.
2. Các tài liệu về tiêu chuẩn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm, bấc thấm
kết hợp công nghệ hút chân không: 22TCN 262-2000; JGJ 79-202.


-4-

3. Tài liệu xử lý nền đất yếu bằng công nghệ hút chân không ở các công trình:
nhà máy lọc hoá Qingdao, Zhuhai Qinglubei (phần phía nam) (Trung Quốc).
8. Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc của luận văn bao gồm 3 chơng, tổng cộng 101 trang với 23 hình vẽ và 12
ảnh chụp t liệu, đợc bố cục nh sau:
-Chơng I. Tổng quan về Công nghệ hút chân không ứng dụng trong xử lý nền đất
yếu bằng bấc thấm.
-Chơng II. Cơ sở lý thuyết của công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu
bằng bấc thấm.
-Chơng III: Phân tích hiệu quả ứng dụng công nghệ hút chân không ở Việt Nam.
-Chơng IV: Kết luận và kiến nghị.
9. Lời cám ơn
Luận văn đợc hoàn thành tại Trờng đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, dới sự
hớng dẫn khoa học của PGS.TS Đỗ Minh Toàn. Tác giả xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc

đến thầy hớng dẫn, đ cã nhiỊu ®ãng gãp ý kiÕn gióp ®ì trong st quá trình thực
thiện luận văn. Tác giả chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu của các
Thầy Cô giáo trong Bộ môn Địa chất công trình cùng các bạn bè đồng nghiệp. Tác giả
cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến l nh đạo trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Quản
lý Khoa học, khoa Địa chất, Công ty FECON, Công ty CP t vấn đầu t xây dựng Đông
Dơng đ tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong việc hoàn thành luận văn này.
Đề tài nghiên cứu của luận văn liên quan đến công nghệ mới và phức tạp, nên
bản luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận đợc các nhận xét
và góp ý để đề tài nghiên cứu đợc hoàn thiện hơn.


-5-

Chơng I
Tổng quan về Công nghệ hút chân không ứng dụng
trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

I.1 Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu
I.1. 1. Khái niệm đất yếu.
Đất yếu- là một khái niệm đợc sử dơng réng r i trong x©y dùng. Cịng cã
nhiỊu quan niệm khác nhau, nhìn chung có hai quan niệm sau:
Quan điểm thứ 1: đất yếu là những loại đất mới đợc thành tạo, thuộc các giai
đoạn đầu của quá trình hình thành tạo đá. Đất có hệ số rỗng tự nhiên e > 1.0; sức chịu
tải nhỏ RH<1 kG/cm2; tính biến dạng cao, thông thờng Eo <50 kG/ cm2. Theo quan
điểm này, các loại đất loại sét trạng thái dẻo chảy, chảy; các loại cát hạt nhỏ, mịn trạng
thái rời; các loại trầm tích bị mùn hoá, than bùn hoá... đều thuộc đất yếu [9]. Quan
niệm này đợc sử dụng nhiều khi nghiên cứu ĐCCT có tính khu vực, cha gắn với một
dạng xây dựng cụ thể nào, chủ yếu phục vụ cho quy hoạch.
Quan điểm thứ 2: đất yếu là những loại đất không thoả m n cho nhu cầu sử
dụng vào mục đích xây dựng nh làm nền, làm môi trờng bố trí các công trình xây

dựng, kể cả làm VLXD. Khi muốn khai thác sử dụng chúng phải có giải pháp xử lý
thích hợp (gia cố, xử lý nền).
Dựa theo các tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000, tham
khảo các tiêu chuẩn phân loại đất ASTM, BS, phân loại trạng thái đất của Terzagi và
Peck, F.P. Xavarensky, N.V Kolomen sky,V.Đ Lômtađze, E.M.Xergeev, SNIP II 15
74, GOXT25100 95, .... đất yếu có những đặc điểm nh sau;
* Sức chịu tải quy ớc thờng nhỏ, Ro < 1.0 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng Eo
< 50 kG/cm2;
* Đất thờng xốp, có hệ số rỗng lớn (e > 1.0 ) ở trạng thái từ dẻo chảy đến chảy
( I s > 0.75 ), søc chèng c¾t thÊp ( Cu < 0.15 kG/ cm2, sức kháng xuyên đơn vị qc < 10


-6-

kG/cm2, giá trị xuyên tiêu chuẩn N30 < 5 ), thờng chứa hàm lợng hữu cơ cao và có
nguồn gốc hồ đầm lầy;
* Đất thờng là các loại trầm tích trẻ cha đợc cố kết (mức độ thành đá thấp)
và chủ yếu là đất loại sét cố kết thông thờng, b o hoà nớc, có thể coi là hệ phân tán
hai pha ( chỉ gồm các hạt đất và nớc chứa trong lỗ rỗng ). Nếu không có biện pháp xử
lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền có phân bố đất yếu này có thể sẽ rất
khó khăn hoặc không thể thực hiện đợc [5],[15].
I.1 2. Khái niệm nền đất yếu.
Nền là tập hợp các lớp đất đá tự nhiên hoặc nhân tạo, có nhiệm vụ tiếp nhận tải
trọng công trình qua móng truyền xuống. Hay nói rõ hơn, nền là thuật ngữ để chỉ phần
đất đá nằm dới móng công trình trong phạm vi ảnh hởng trực tiếp của công trình. Với
các công trình dân dụng và công nghiệp, phạm vi ảnh hởng đó đợc chỉ ra bởi độ sâu
ảnh hởng của tải trọng công trình. Độ sâu đó đợc xác định bởi biểu thức sau:

zi (0,1 ữ 0,2). bti
Trong đó:

zi ứng suất phụ thêm tại độ sâu z;
bti ứng suất bản thân của đất tại độ sâu z.

Trong xây dựng thuỷ công, ngoài việc xác định độ sâu ảnh hởng của công trình
còn phải kể đến phạm vi ảnh hởng thấm của đập. Phạm vi đó đợc xác định tại vị trí
có lu lợng đơn vị q < 0,01 l/phút.
Nền đất yếu là nền đất mà trong đó có phân bố các loại đất yếu. Trong đề tài
nghiên cứu của mình, chúng tôi quan niệm đất yếu nh quan điểm thứ nhất. Vì vậy, nền
đất yếu là nền đất không đáp ứng đợc yêu cầu xây dựng công trình. Muốn đáp ứng
đợc yêu cầu đó, nền phải đợc gia cố hoặc nếu không, phải thay đổi quy mô, kết cấu
công trình.
Hiện nay, trong xây dựng có rất nhiều phơng pháp xử lý và gia cố nền đất yếu,
một trong những phơng pháp hiệu quả nhất, đẩy nhanh quá trình cố kết của đất là
phơng pháp hút chân không với áp lực cao kÕt hỵp víi bÊc thÊm (High vacuum


-7-

dewatering method - HVDM ), so với các phơng pháp xử lý nền đất yếu thông thờng
thì công nghệ hút chân không (gia tải bằng hút chân không) có nhiều u điểm vợt trội
nh sau:
-Rút ngắn 50% thời gian thi công;
-Tiết kiệm đợc 30% giá thành xây dựng;
-Có thể kiểm soát đợc chất lợng căn cứ vào các điều kiện địa chất khác nhau
để thiết kế nên các thông số thi công phù hợp;
-Thi công đảm bảo vệ sinh môi trờng.

I.2. Sơ lợc lịch sử ra đời của công nghệ hút chân không ứng dụng trong xử
lý nền đất yếu bằng bấc thấm.

Công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm (Vacuum
consolidation) đ đợc Tiến sĩ W.Kjellman đề xuất lần đầu tiên vào năm 1952. Bản
chất của phơng pháp là sử dụng áp lực chân không truyền vào trong đất thông qua một
hệ thống tiêu thoát nớc đợc bố trí trớc trong nền đất (thờng là bấc thấm ). Nhờ áp
lực của máy hút chân không, nớc và khí ở các lỗ rỗng trong đất đợc thoát ra qua hệ
thống tiêu thoát nớc thẳng đứng và ống dẫn ngang ra ngoài một cách liên tục, do đó
đất nền nhanh chóng đợc cố kết. Tuy nhiên để áp dụng triển khai ra thực tế gặp nhiều
khó khăn do đòi hỏi công nghệ rất phức tạp.
Trớc sự phát triển của khoa học công nghệ ứng dụng của những năm cuối thế
kỷ XX, phơng pháp này lại đợc nghiên cứu ứng dụng rộng r i ở các nớc Trung
Quốc, Pháp, Mỹ và Nhật bản. Đến nay, nó đ đợc phát triển thành một công nghệ
đáng tin cậy và hiệu quả trong xử lý nền đất yếu.
Hiện nay, nhờ sự hợp tác của Công ty Fecon với Viện Shanghai Hanbor (Trung
Quốc), năm 2009 công nghệ này du nhập vào Việt Nam đ và đang đợc ứng dụng tại
một số công trình đạt hiệu quả rất tốt nh các công trình Nhà máy điện Nhơn Trạch IIĐồng Nai; Nhà máy Khí - Điện Cà Mau; Nhà máy xơ sợi tổng hợp Polyeste PVTer
thuộc khu công nghiệp Đình Vũ Hải Phòng.


-8-

Sau Trung Quốc, Thái Lan, Hàn Quốc, Malaysia, Việt Nam đ có thể nằm vào
danh sách những nớc ở Châu á có sử dụng thành công công nghệ xử lý đất yếu bằng
công nghệ hút chân không. Công nghệ này là lựa chọn lý tởng, thay cho biện pháp gia
tải trớc bằng khối đắp, đặc biệt đối với công trình xây dựng ở khu vực khan hiếm vật
liệu đắp hoặc đòi hỏi tốc độ thi công nhanh.
Ngày nay, trên thế giới phổ biến có 2 mô hình cố kết đất bằng hút chân không:
mô hình có màng ngăn và mô hình không có màng ngăn. Các mô hình này thờng đợc
kết hợp với biện pháp gia tải trớc nhằm tăng nhanh thời gian cố kết đất.
I.2.1.Mô hình có màng ngăn (hệ thống thấm Menard):
Theo mô hình này, sau khi bấc thấm đợc cắm vào trong đất bằng khung thép và

rải đệm cát lên trên, các ống dẫn nớc ngang và hệ thống tiêu thoát nớc thẳng đớng
sẽ đợc lắp đặt. Sau đó, các ống dẫn nớc ngang này có thể đợc nối với gờ của r nh
dung dịch sét bentonit ở biên của khu vực cần xử lý. Các hệ thống này đợc bao kín
bằng màng chống thoát chân không (Hình 1.1a). Nhợc điểm lớn nhất của hệ thống
này chính là hiệu quả của nó phụ thuộc vào sự kín khí của màng bao quanh. Nếu chân
không bị thoát ra ngoài thì công tác xử lý sẽ không có hiệu quả. Do hạn chế về thiết bị,
vật liệu thi công và yêu cầu hiệu quả kỹ thuật của công tác xử lý, hệ thống này chỉ đợc
sử dụng cho một khu vùc nhá hĐp, khã xư lý cho mét khu vực rộng.

a

b

1
3

3
5

4

1

6

7

2
4

Hình 1.1: Các sơ đồ hệ thống hút chân không.
a. Sơ đồ hệ thống có màng ngăn (hệ thống thÊm Menard™);

2


-9-

b. Sơ đồ hệ thống không có màng ngăn (hệ thống thấm Beau).
Chú thích: 1. Khối đắp gia tải trớc; 2. Bấc thấm; 3. Máy hút chân không; 4. Đất yÕu;
5. R nh bao quanh chu vi khu vùc xö lý và đợc lấp dung dịch sét bentonit; 6. Tờng
chống thấm; 7. Hệ thống thu nớc.
I.2.2 Mô hình không có màng ngăn (hệ thống thấm Beau):
Giống nh hệ thống của Menard, bấc thấm cũng đợc đặt vào trong đất. Nếu
diện tích khu đất cần xử lý quá rộng, để áp dụng phơng pháp HDVM ta cần chia nhỏ
diện tích thành các khu riêng lẻ rồi xử lý theo từng khu một. Trong hệ thống của Beau,
từng bấc thấm riêng lẻ sẽ đợc nối trực tiếp với hệ thống ống dẫn chân không và máy
hút chân hệ thống thu nớc (Hình 1.1b). Không giống nh hệ thống có màng ngăn nêu
trên, hệ thống này không xảy ra sự thoát chân không do các bấc thấm làm việc độc lập.
Tuy nhiên, yêu cầu về khả năng kết nối hàng trăm bấc thấm sẽ làm tăng giá thành của
công tác x lý nền, ngoài ra sự làm việc đồng thời của chúng sẽ làm giảm áp lực chân
không (do bị chia thành quá nhiều kênh hút chân không), do đó sẽ kéo dài thời gian cố
kết của nền đất. Chính vì vậy, hệ thống này ít đợc sử dụng hơn so với hệ thống của
Menard.
Nhận thức đợc những u và nhợc điểm trên, năm 2000 Xu Shi Long- Chủ tịch
Hội đồng quản trị Công ty cổ phần cảng Loan Tân Hải, đ đề xuất phơng pháp
HVDM (High Vacuum Consolidation Method) trên cơ sở hệ thống có màng (hệ
thống Menard). Điểm khác biệt lớn nhÊt cđa HVDM™ so víi hƯ thèng Menard nãi
trªn chÝnh hƯ thèng gia t¶i tr−íc, tøc thay t¶i träng khèi đắp để gia tải trớc bằng cách
bơm nớc lên trên mặt khu vực cần xử lý. Do đó, dễ dàng điều chỉnh áp lực tác dụng và

tải trọng cũng tác dụng đợc trực tiếp hơn tới nền do nớc thờng có hình dạng của vật
chứa chúng. Ngoài ra, các hệ thống ống thu nớc của HVDM cũng đợc cải tiến để
làm tăng hiệu quả thoát nớc của cả hệ thống.


- 10 -

a

b

Hình 1.2 Mặt bằng thi công chỉ ra sự khác nhau khi áp dụng thi công 2 hệ thống hút
chân không.
a. Thi công theo sơ đồ hệ thống HDVM, tại nhà máy điện Nhơn Trạch IIĐồng nai, các bấc thấm không nối với hệ thống hút chân không.
b. Thi công theo sơ đồ hệ thống Beau, áp dụng tại cảng Posco, tất cả các bấc
thấm đợc nối với hệ thống hút chân không;

I.3. Một số thành tựu ứng dụng của công nghệ hút chân không HVDM ở
Trung Quốc và Việt Nam.
Phơng pháp xử lý nền đất yếu sử dụng công nghệ hút chân không (HVDM )
đ đợc áp dụng thành công ở một số nớc. Trung Quốc là nớc đ tiến hành thử
nghiệm đầu tiên ở một số nơi do thiếu vật liệu gia tải trớc và đ đạt đợc hiểu quả rất
tốt.
Hiện nay có rất nhiều phơng pháp để gia cố nền đất yếu: đệm cát, cọc cát, trụ
vật liệu rời thoát nớc thẳng đứng, trụ đất -xi măng, bấc thấm + gia tải trớc bằng khối
đắp. Tuy nhiên, công nghệ hút chân kết hợp với bấc thấm đ sử dụng bơm hút chân
không với áp suất cao để duy trì liên tục hút nớc, khí trong đất ra ngoài rất hiệu quả,
sẽ rút ngắn đợc thời gian cố kết của đất. So với các phơng pháp xử lý nền đất thông

- 11 -

thờng thì công nghệ hút chân không có nhiều u điểm vợt trội nh: tiết kiện đợc
30% giá thành xây dựng; rút ngắn 50% thời gian thi công; có thể kiểm soát đợc chất
lợng căn cứ vào các điều kiện địa chất khác nhau để thiết kế nên các thông số thi công
phù hợp; thi công đảm bảo vệ sinh môi trờng.
Công nghệ này đ đợc Uỷ ban Khoa học Thợng Hải (Trung Quốc) giám định
đạt tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế, hiện đang đợc áp dụng tại nhiều công trình xây dựng
cảng biển, đờng bộ và đờng hàng không, đợc nhiều quốc gia đón nhận trong đó có
Việt Nam.
Sau đây xin giới thiệu một số công trình đ áp dụng thành công công nghệ hút
chân không trong xư lý nỊn ®Êt u b»ng bÊc thÊm HDVMTM ë Trung Quốc và Việt
Nam đ đem lại hiệu quả.
I.3.1. Xử lý nền đờng đất yếu Zhuhai Qinglubei (phần phía nam) [12]
Đoạn đờng cần xử lý dài 5 km và có bề rộng mặt đờng là 60 m, tổng diện tích
cần xử lý là 318.000 m2. Theo báo cáo kết quả khảo sát địa chất cho thấy, điều kiện địa
chất công trình khá phức tạp, bề dày tầng đất yếu tới 26 m. Đất thuộc loại bùn sét chứa
hữu cơ, trong đó hàm lợng hữu cơ chiếm 6,7%, hệ số thấm 10-8 cm/s.
Yêu cầu kỹ thuật của dự án sau khi xử lý:
1) Cờng độ của đất phải đạt trên 130 kPa;
2) Modul tổng biến dạng đạt trên 30 Mpa;
3) Tổng độ lún còn lại nhỏ hơn 30 cm.
Sau khi xử lý bằng gia tải thông thờng kết hợp với phơng pháp làm chặt đất,
các chỉ tiêu kỹ thuật trên vẫn cha đạt yêu cầu. Do yêu cầu rút ngắn thời thi công, nên
đ áp dụng phơng pháp xử lý nền đất yếu bằng công nghệ hút chân không (HVDM) và
đ đạt đợc hiệu quả nh mong muốn (Hình 1.3). Chính quyền thành phố Chu Hải đ
ban hành văn bản (2006-#17) về việc công nhận hiệu quả kỹ thuật, khả năng rút ngắn
thời gian thi công của công nghệ này và đợc đề nghị sử dụng rộng r i trong các vùng ở
Chu Hải.
I.3.2. Xử lý nền nhà máy lọc hoá Qingdao[12]

- 12 -

Nhà máy Qingdao nằm trong khu vực gần biển, chịu tác dụng của thuỷ triều. Đất
ở khu vực này có chứa hữu cơ, kết quả thí nghiệm hàm lợng hữu cơ sau khi đốt đạt
6%. Mặt khác, nớc ngầm trong khu vực này lại có tính ăn mòn bê tông nhẹ. Yêu cầu
kỹ thuật của dự án là sau xử lý nền phải đạt đợc:
1.) Cờng độ của phần đất đắp đạt trên 150kPa và modul tổng biến dạng đạt
10MPa;
2.) Cờng độ của phần đất yếu phải đạt trên 120 kPa và modul tổng biến dạng
đạt trên 8 MPa.
-Phơng án thiết kế xử lý nền đất yếu ban đầu cho dự án là cọc đất-ximăng, thi
công theo phơng pháp trộn sâu. Phơng án này bị bác bỏ ngay do hàm lợng hữu cơ
trong đất cao và nớc ngầm lại có tính axít nhẹ, vì vậy cọc đất - ximăng trộn sâu trong
điều kiện đó khó đạt hiệu quả mong muốn.
-Phơng án thiết kế xử lý nền tiếp theo đợc đa ra là chất tải trớc kết hợp với
phơng pháp làm chặt đất. Kết quả là cờng độ của phần đất đắp và đất yếu đạt đợc
lần lợt là 170kPa và 130 kPa nhng vẫn cha thoả m n yêu cầu về biến dạng.
-Phơng án đợc lựa chọn cuối cùng là sử dụng công nghệ hút chân không
HVDM, kết quả đạt đợc sau khi xử lý đ đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật của dự
án, đặc biệt là khắc phục đợc hiện tợng lún nhiều và lún không đều.
I.3.3. Xử lý nền nhà máy điện Nhơn Trạch II- Đồng Nai
Nhà máy Điện Nhơn Trạch II- Đồng Nai với công suất 750 MW cung cấp sản
lợng điện trung bình 4,5 tỷ KWh/năm, đợc xây dựng trên khu vực có tổng diện tích
khoảng 9,3 ha tại x Phớc Khánh - huyện Nhơn Trạch- tỉnh Đồng Nai, do công ty cổ
phần xây lắp Dầu khí Việt Nam làm chủ đầu t. Theo tài liệu khảo sát địa chất công
trình, vị trí xây dựng có lớp đất yếu (bùn sét chứa hữu cơ) tơng đối dày mà lại phân bố
ở ngay trên bề mặt. Yêu cầu kỹ thuật của dự án là sau khi xử lý, nền đất phải đạt cờng
độ từ 3ữ10 tấn/m2 và độ lún d còn lại không vợt quá 10cm trong 10 năm tiếp theo.

Do yêu cầu rút ngắn thời thi công, nên đ áp dụng phơng pháp xử lý nền đất
yếu bằng công nghệ hút chân không (HVDM), kết quả đ đạt đợc yêu cầu kỹ thuËt vµ


- 13 -

còn rút ngắn đợc 6 tháng thời gian thi công, tiết kiệm đợc 1.151.431.100.000 VNĐ
so với phơng pháp gia tải trớc bằng khối đắp. Với kết quả đó đ tạo đà cho Công ty
cổ phần xây lắp Dầu khí Việt Nam tiếp tục triển khai áp dụng công nghệ hút chân
không ở các dự án Nhà máy Polyeste Hải Phòng; kho khí hoá lỏng LPG-Thị Vải trong
năm 2008ữ2010 đ tiết kiệm đợc 100.000.000USD cho ngân sách quốc gia.
Việc ®−a ra biƯn ph¸p xư lý nỊn ®Êt u míi bằng công nghệ hút chân không đ
góp phần làm phong phú các phơng pháp xử lý nền, móng trong công tác xây dựng nói
chung. Với diện tích phân bố đất yếu lớn, cùng với nhu cầu phát triển không gian đô
thị, sự cạn kiệt nguồn vật liệu đắp sẽ làm tăng giá thành nếu gia tải trớc bằng khối đắp,
thì công nghệ hút chân không đặc biệt phù hợp với điều kiện Việt Nam.

a

b

c

d

Hình 1.3: Một số hình ảnh về nền đất và xử lý nền đất của nhà máy Zhuhai Qinglubei,
Trung Qc.
a, b. NỊn ®Êt tr−íc khi xư lý, đất ở trạng thái dẻo chảy đến chảy;
c. Nền đất đợc xử lý bằng phơng pháp HVDM (hút chân không kết hợp với gia
tải bằng nớc);

d. Đất sau xử lý có thể ổn định trên bờ dốc với góc dốc rÊt lín.