Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonite đến tính thấm của tường đất bentonite trong xử lý nền đất yếu

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

TRẦN VĂN PHÚC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG
BENTONITE ĐẾN TÍNH THẤM CỦA TƯỜNG ĐẤT –
BENTONITE TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lê Bá Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................

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

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. ...............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA…………


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

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN VĂN PHÚC

MSHV: 10090336

Ngày, tháng, năm sinh: 05-03-1984

Nơi sinh: HÀ TĨNH

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã ngành: 60.58.60

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG BENTONITE ĐẾN TÍNH
THẤM CỦA TƯỜNG ĐẤT – BENTONITE TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU.
II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Luận văn bao gồm các nội dung sau:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng của tường đất - bentonite
Chương 3: Nghiên cứu thí nghiệm xác định ảnh hưởng hàm lượng bentonite đến
tính thấm của đất trộn bentonite
Chương 4: Phân tích, tính tốn ảnh hưởng của tường đất – bentonite tới độ cố kết
của đất nền trong phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm bằng phương
pháp phần tử hữu hạn
Kết luận và kiến nghị
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/06/2013
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ VINH.

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Lê Bá Vinh

PGS.TS Võ Phán

TRƯỞNG KHOA….………

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc Sĩ hoàn thành là sự nỗ lực của bản thân tác giả, là quá trình
truyền thụ kiến thức và hướng dẫn không ngừng của Quý Thầy, Cơ; những động
viên khích lệ từ gia đình, bạn bè trong suốt q trình học tập và rèn luyện.
Tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Lê Bá Vinh đã tận
tình hướng dẫn và hết lịng giúp đỡ tơi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tồn thể Q Thầy, Cơ Bộ mơn
Địa Cơ Nền Móng và các thầy cơ đã tham gia giảng dạy truyền đạt kiến thức, tạo
mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Niềm động viên tinh thần lớn nhất của tác giả chính là Cha Mẹ, Anh, Chị, Em,
những người khơng ngại khó khăn ln động viên, khích lệ trong những lúc khó
khăn nhất, là sức mạnh tinh thần để tơi vững tin thực hiện được mục tiêu của mình.
Luận Văn Thạc Sĩ này là món quà cao quý nhất tơi muốn dành tặng cho gia đình.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến những người bạn, đồng nghiệp trường Giao
Thông Vận Tải TP. HCM và TEDI SOUTH đã luôn sẵn sàng giúp đỡ, động viên tơi
trong suốt q trình học tập và thực hiện luận văn.

Tp. HCM, tháng 06 năm 2013

Trần Văn Phúc


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tường đất – bentonite là biện pháp cơng trình xử lý chống thấm hiệu quả trong nền được
sử dụng rộng rãi để giảm thấm, ngặn chặn nước ngầm bị ô nhiễm, sửa chửa và chống
thấm cho thân, nền đê đập, làm hệ thống tường kín khí trong giải pháp bơm hút chân
không. Với một số loại đất rời có hệ số thấm lớn khi trộn thêm vào một lượng bentonite
nhất định sẽ làm hệ số thấm giảm đi đáng kể.
Luận văn này tập trung chính vào sự thay đổi hệ số thấm của hỗn hợp cát trộn bentonite

với các hàm lượng khác nhau (từ 2%, 4%, 6%, 8%, 10%) theo trọng lượng khô của cát.
Hệ số thấm được khảo sát qua thí nghiệm thấm theo phương pháp cột áp giảm dần và
được kiểm tra lại qua thí nghiệm thấm bằng buồng nén 3 trục. Các kết quả thí nghiệm
được trình bày cho thấy ảnh hưởng của bentonite tới hệ số thấm của cát. Hệ số thấm của
cát đã giảm từ 1.42x10-4 cm/s (hàm lượng bentonite 0%) xuống còn 9.3x10-8 cm/s (hàm
lượng bentonite 10%).
Từ quan hệ giữa hệ số thấm và hàm lượng bentonite và yêu cầu về hệ số thấm của hệ
thống tường kín khí trong xử lý nền đất bằng bơm hút chân không, tác giả đã đề xuất
hàm lượng bentonite hợp lý cho hệ thống tường đất bentonite.


SUMMARY OF THESIS
The soil – bentonite wall is a efficiency solution in seepage control is widely used to
reduce infiltration and prevent groundwater contamination, repair and waterproof for
body and foundation of dam, build the airtight wall system in vacuum method. When
mixed bentonite with some class of granular soil have high permeability, permeability
will decrease significantly.
This thesis mainly focuses on the permeability behavior of sand – bentonite mixture with
different bentonite content (at 2%, 4%, 6%, 8%, 10%) by the dry weight of the sand.
Permeability coefficient was studied by falling head test method and evaluation by
permeability test in triaxial cell. Results of laboratory investigations are presented to
show the influence of bentonite on permeability of sand. The permeability coefficient of
sand decrease from 1.42x10-4 cm/s (with 0% bentonite content) to 9.3x10-8 cm/s (with
10% bentonite content).
From the relation between permeability and bentonite content and requirements of the
airtight wall system in the soil treatment by vacuum method, the author proposed a
reasonable content bentonite for soil – bentonite wall.


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả

Trần Văn Phúc


-i-

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU ..............................................................................................1

1.1.

Đặt vấn đề nghiên cứu ....................................................................................1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu: ......................................................................................2

1.3.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................3

1.4.

Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................3

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CỦA TƯỜNG ĐẤT

BENTONITE

..............................................................................................................4

2.1.

Cấu trúc của bentonite ....................................................................................4

2.2.

Các ứng dụng của tường đất – bentonite: .......................................................7

2.3.

Phương pháp thi công tường đất – bentonite................................................10

2.3.1.

Chuẩn bị thi cơng ...................................................................................10

2.3.2.

Các bước trong q trình thi công .........................................................10

2.3.3.

Các sự cố khi thi công và biện pháp khắc phục .....................................11

2.3.4.

Yêu cầu kĩ thuật sau thi công. ................................................................13

CHƯƠNG 3

NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA

HÀM LƯỢNG BENTONITE ĐẾN TÍNH THẤM CỦA ĐẤT TRỘN BENTONITE 14
3.1.

Cơ sở lý thuyết về tính thấm của đất ............................................................14

3.1.1.

Định luật Darcy ......................................................................................14

3.1.2.

Các phương pháp xác định hệ số thấm trong phòng thí nghiệm ...........17

3.2.

Xác định hệ số thấm của đất trộn bentonite từ thí nghiệm cột áp giảm dần: ...
......................................................................................................................21

3.2.1.

Phương pháp thí nghiệm: .......................................................................21

3.2.2.

Dụng cụ thí nghiệm................................................................................22

3.2.3.

Vật liệu thí nghiệm ................................................................................25


- ii -

3.2.4.

Đúc mẫu thử...........................................................................................27

3.2.5.

Các bước thí nghiệm đầm nén Proctor tiêu chuẩn .................................31

3.2.6.

Thí nghiệm thấm theo phương pháp cột áp giảm dần. ..........................35

3.3.

Thí nghiệm xác định hệ số thấm bằng buồng nén ba trục. ...........................43

3.4.

So sánh kết quả thí nghiệm hệ số thấm theo phương pháp cột áp giảm dần

và trong buồng nén ba trục. .......................................................................................49
3.5.

Ảnh hưởng của các yếu tố khác tới hệ số thấm của đất trộn bentonite. .......51

3.5.1.

Ảnh hưởng của thành phần hạt: .............................................................51

3.5.2.

Ảnh hưởng của hệ số rỗng: ....................................................................52

3.5.3.

Ảnh hưởng của tính đầm chặt: ...............................................................54

3.6.

Thí nghiệm nén nở hông để xác định cường độ nén nở hơng qu của mẫu đất

trộn bentonite.............................................................................................................55
CHƯƠNG 4

PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỜNG ĐẤT

BENTONITE TỚI ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN TRONG PHƯƠNG PHÁP BƠM
HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN
4.1.

............................................................................................................64

Cơng trình thực tế: ........................................................................................64

4.1.1.

Mơ tả đặc điểm cơng trình .....................................................................64

4.1.2.

Mơ tả địa chất cơng trình: ......................................................................66

4.1.3.

Thiết kế cơng trình .................................................................................66

4.2.

Phương pháp mơ phỏng tính tốn bằng phần tử hữu hạn .............................67

4.3.

Tính tốn cơng trình sử dụng chương trình SIGMA/W ...............................71

4.3.1.

Điều kiện biên trong phương pháp phần tử hữu hạn .............................72

4.3.2.

Bài toán mơ phỏng .................................................................................72

4.4.

Kết quả tính tốn: .........................................................................................75

4.4.1.

Mơ hình bài tốn mô phỏng: ..................................................................75


- iii -

4.4.2.

Xem xét ảnh hưởng của tường đất bentonite khi địa chất có lớp thấu

kính cát ...............................................................................................................76
4.4.3.

Xem xét ảnh hưởng của chiều dày tường đất bentonite đến chuyển vị

ngang của tường đất bentonite. .............................................................................87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................90
Kết luận .....................................................................................................................90
Kiến nghị ...................................................................................................................91


- iv -

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Bột Bentonite ......................................................................................................4
Hình 2: Hạt bentonite nhìn dưới kính hiển vi điện tử .....................................................5
Hình 3: Cấu trúc của hạt bentonite ..................................................................................6
Hình 4: Quá trình trương nở của bentonite khi gặp nước ...............................................6
Hình 5: Tường hào bentonite chống thấm cho cơng trình thủy lợi .................................8
Hình 6: Sơ đồ bố trí hệ thống tường đất trộn bentonite ..................................................9
Hình 7: Mặt bằng bố trí hệ thống tường sét ....................................................................9
Hình 8: Minh họa định luật thấm Darcy ........................................................................14
Hình 9: Sự thay đổi vận tốc dịng thấm theo gradien thủy lực i ....................................17
Hình 10: Thí nghiệm hệ số thấm theo phương pháp cột nước khơng đổi .....................18
Hình 11: Thí nghiệm hệ số thấm theo phương pháp cột nước giảm dần ......................19
Hình 12: Máy trộn mẫu thí nghiệm ...............................................................................23
Hình 13: Cối Proctor tiêu chuẩn ....................................................................................23
Hình 14: Hộp thấm ........................................................................................................24
Hình 15: Bố trí thiết bị thí nghiệm thấm cột áp giảm dần .............................................24
Hình 16: Tủ sấy .............................................................................................................28
Hình 17: Cân xác định khối lượng cát cho 1 mẫu thí nghiệm .......................................28
Hình 18: Cân xác định khối lượng Bentonite cho 1 mẫu thí nghiệm ............................29
Hình 19: Trộn mẫu cát – bentonite ................................................................................30
Hình 20: Hỗn hợp cát – bentonite sau khi trộn .............................................................30
Hình 21: Đầm mẫu Proctor tiêu chuẩn ..........................................................................32
Hình 22: Cân khối lượng mẫu và cối sau khi đầm xong ...............................................33

Hình 23: Lẫy mẫu trộn ra khỏi cối Proctor....................................................................33
Hình 24: Cho mẫu vào dao vòng của hộp thấm ............................................................35


-v-

Hình 25: Lắp đá thấm ....................................................................................................36
Hình 26: Chỉnh sửa, cố định hộp thấm ..........................................................................36
Hình 27: Sơ đồ tính tốn................................................................................................37
Hình 28: Quan hệ giữa hàm lượng bentonite và hệ số thấm của đất trộn bentonite theo
thí nghiệm thấm cột áp giảm dần ..................................................................................42
Hình 29: Thiết bị thí nghiệm thấm bằng buồng ba trục ................................................43
Hình 30: Mẫu đất thí nghiệm thấm trong buồng nén ba trục ........................................44
Hình 31: Lắp đặt mẫu vào thiết bị thấm bằng buồng nén ba trục .................................45
Hình 32: Sơ đồ thí nghiệm thấm bằng buồng nén 3 trục...............................................46
Hình 33: Quan hệ giữa hàm lượng bentonite và hệ số thấm theo thí nghiệm thấm trong
buồng nén ba trục ..........................................................................................................48
Hình 34: So sánh hệ số thấm theo 2 phương pháp cột áp giảm dần và thấm trong
buồng nén ba trục ..........................................................................................................50
Hình 35: Thành phần hạt của bentonite và cát ..............................................................53
Hình 36: Quan hệ giữa hàm lượng bentonite, hệ số rỗng và tính thấm của đất trộn
bentonite ........................................................................................................................53
Hình 37: Quan hệ giữa hệ số thấm và hệ số rỗng của hỗn hợp đất trộn bentonite........54
Hình 38: Quan hệ giữa dung trọng khô, độ ẩm và hệ số thấm của hỗn hợp đất trộn
bentonite ........................................................................................................................55
Hình 39: Gọt khối đất để tạo mẫu có kích thước 6.28x4 cm.........................................56
Hình 40: Mẫu đất sau khi gọt xong ...............................................................................57
Hình 41. Lắp đặt mẫu vào máy nén ba trục ...................................................................57
Hình 42. Số đọc của chuyển vị kế ở thời điểm mẫu bị phá hoại ...................................58
Hình 43: Quan hệ ứng suất-biến dạng trong thí nghiệm nén nở hơng ..........................59

Hình 44: Quan hệ giữa cường độ nén 1 trục và hàm lượng bentonite ..........................62
Hình 45: Mặt bằng khu vực xử lý nền ...........................................................................65


- vi -

Hình 46: Mặt cắt ngang bố trí tường đất trộn bentonite ................................................67
Hình 47: Mặt bằng bố trí tường đất trộn bentonite........................................................67
Hình 48: Mơ hình tính tốn của bấc thấm .....................................................................69
Hình 49: Các cơng thức tính dw .....................................................................................70
Hình 50: Sơ đồ quy đổi hệ số thấm trong hệ đối xứng trục về hệ phẳng ......................73
Hình 51: Mơ hình bài tốn trong Geo Sigma ................................................................75
Hình 52: Chia lưới các phần tử trong chương trình Sigma ...........................................76
Hình 53: Biến dạng của nền đất sau 72 ngày bơm hút chân không trường hợp khơng có
tường bentonite ..............................................................................................................77
Hình 54: Độ lún tại các độ sâu khác nhau ở tâm vùng xử lý theo thời gian trường hợp
khơng có tường đất bentonite ........................................................................................78
Hình 55: Độ lún tại vị trí tâm vùng xử lý theo chiều sâu ở thời điểm ngày thứ 72
trường hợp không có tường đất bentonite .....................................................................79
Hình 56: Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tại các độ sâu khác nhau trường hợp khơng có
tường đất bentonite ........................................................................................................80
Hình 57: Biến dạng của nền đất sau 72 ngày bơm hút chân khơng ..............................81
Hình 58: Độ lún tại 1 số độ sâu khác nhau ở vị trí tâm vùng xử lý theo thời gian khi có
tường đất bentonite ........................................................................................................82
Hình 59: Độ lún tại vị trí tâm vùng xử lý theo chiều sâu ở thời điểm ngày thứ 72
trường hợp có tường đất bentonite ................................................................................83
Hình 60: Áp lực nước lỗ rỗng tại các độ sâu khác nhau khi có tường đất bentonite ....84
Hình 61: Áp lực nước lỗ rỗng tại các vị trí giữa 2 bấc thấm ở ngày thứ 72 của quá trình
bơm hút chân khơng ......................................................................................................84
Hình 62: Kết quả độ lún tại trung tâm vùng xử lý trong 2 trường hợp có và khơng có

tường đất bentonite ........................................................................................................85
Hình 63: Kết quả độ lún tại trung tâm vùng xử lý theo quan trắc và tính tốn theo Geo
Sigma ở ngày thứ 72 của q trình bơm hút chân khơng ..............................................87


- vii -

Hình 64: Chuyển vị ngang tại ở lớp mặt trên tại vị trí tường đất bentonite và các vị trí
lân cận với các chiều dày tường khác nhau ...................................................................88
Hình 65: Chuyển vị ngang và Moment uốn của tường theo chiều sâu .........................89


-1-

CHƯƠNG 1
1.1.

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề nghiên cứu

Đã có rất nhiều phương pháp để gia cố nền đất yếu, đặc biệt là những vùng đất yếu
ở Nam bộ. Một số các phương pháp đó như: Dùng đệm cát, cọc cát, trụ vật liệu rời
thoát nước thẳng đứng, trụ đất - xi măng, đất - vôi, cát - xi măng, bấc thấm, bản nhựa
.... Nói chung là đều tìm cách gia tải và cưỡng bức làm thoát nước để đất cố kết nhanh.
Phương pháp bơm hút chân không là một trong những phương pháp gia cố nền đất
sét yếu. Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là: nếu cách ly được mặt đất và lớp
khơng khí bên trên và hút chân không khu vực cô lập, trong khu vực này áp lực trong
lỗ rỗng gồm áp lực khí và áp lực nước sẽ hạ thấp, ứng suất hữu hiệu gia tăng lượng
tương ứng gây biến dạng co khối đất, mặt đất lún xuống.

Ưu điểm của phương pháp bơm hút chân không là khắc phục được những nhược
điểm của phương pháp gia tải trước bằng đất đắp:
 Hạn chế hiện tượng trượt ở chân khối đắp do không phải đắp đất gia tải
 Rút ngắn thời gian thi công do không phải gia tải theo từng cấp
 Tiết kiệm chi phí mua và vận chuyển đất đắp gia tải
Tuy nhiên để áp dụng được phương pháp này địi hỏi cơng nghệ phức tạp hơn.
Trong trường hợp vùng xử lý có một lớp thấu kính cát mỏng thốt nước tốt xuất hiện
tại một độ sâu nào đó trong vùng cần xử lý, khi đó hiệu quả cải tạo nền chỉ ảnh hưởng
chủ yếu ở phần trên lớp thấu kính cát mà khơng cải tạo được đáng kể vùng bên dưới
lớp thấu kính cát, để tránh tình trạng thất thốt áp lực từ lớp thấu kính cát có 2 phương
án được đưa ra là:
 Sử dụng tường vây đóng xun qua lớp thấu kính cát với mục đích là
ngăn cản sự thốt nước từ lớp cát vào bấc thấm


-2-

 Sử dụng tường đất – bentonite để tạo hệ thống kín khí cho khu vực nền
cần xử lý.
Hiện nay, việc ứng dụng tường đất – bentonite trong xử lý chống thấm cho thân đê
đập cơng trình thủy lợi đã có những thành cơng và đạt hiệu quả cao về mặt kinh tế và
kỹ thuật. Tuy nhiên việc ứng dụng tường đất – bentonite trong công tác xử lý nền, đặc
biệt là trong công tác xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không đang
chỉ mới triển khai ở những bước đầu. Trên cơ sở nghiện cứu , đề tài sẽ đưa ra những số
liệu và nhận xét định hướng để góp phần hồn thiện hơn việc ứng dụng cơng trình này
một cách khoa học và hiệu quả hơn.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu:

Trên cơ sở tổng hợp các kết quả nghiên cứu đánh giá đặc trưng cơ lý của mẫu đất
trộn bentonite, tiến hành thí nghiệm trên các mẫu cát – bentonite với các hàm lượng
bentonite khác nhau. Từ đó:
 Xác định hệ số thấm của mẫu cát trước và sau khi trộn bentonite
 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bentonite và các yếu tố khác tới hệ số thấm
của cát trộn bentonite
 Kiểm tra kết quả thí nghiệm hệ số thấm trong trường hợp thí nghiệm cột áp
giảm dần và thấm trong buồng nén ba trục
 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bentonite tới cường độ kháng nén nở hông
của cát trộn bentonite
 Đánh giá ứng dụng của tường đất – bentonite trong xử lý nền đất yếu bằng
phương pháp bơm hút chân không kết hợp bấc thấm khi nền đất có lớp thấu
kính cát xen kẹp.


-3-

1.3.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được chọn trong đề tài là:
 Thí nghiệm trong phịng và xây dựng các tương quan giữa các yếu tố: hàm
lượng bentonite và hệ số thấm của hỗn hợp cát – bentonite.
 Thí nghiệm trong phòng và xây dựng các tương quan giữa các yếu tố: hàm
lượng bentonite và cường độ kháng nén nở hơng của hỗn hợp cát –
bentonite.
 Mơ phỏng tính toán độ cố kết của nền trong phương pháp bơm hút chân
không kết hợp bấc thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong 2 trường
hợp: có tường cát bentonite và khơng có tường cát bentonite bao quanh

phạm vi bơm hút chân không.
1.4.

Phạm vi nghiên cứu
 Trong khuôn khổ của đề tài, học viên tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của
hàm lượng bentonite tới hệ số thấm và cường độ kháng nén nở hông của đất
cát trộn bentonite
 Phương pháp xác định hệ số thấm dựa trên cơ sở lý thuyết của định luật
thấm Darcy.
 Mô phỏng ảnh hưởng của tường cát – bentonite trong phương pháp bơm
hút chân không kết hợp bấc thấm với trường hợp nền đất có lớp thấu kính
cát xen kẹp bằng phương pháp phần tử hữu hạn.


-4-

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ỨNG

DỤNG CỦA TƯỜNG ĐẤT BENTONITE
2.1.

Cấu trúc của bentonite

Bentonite là một loại đất sét tự nhiên được nghiền thành bột và đóng thành bao.
Khi trộn với nước tạo thành chất huyền phù THIXOTROPIC, có các thuộc tính của
bentonite như: thủy hóa, nở, độ hút nước, độ nhớt, tính xúc biến được ứng dụng nhiều
trong các nghành như khuôn đúc, luyện kim, xây dựng dân dụng, công nghiệp khoan,
địa kỹ thuật, cải thiện môi trường, nông nghiệp, mỹ phẩm và y tế.

Hình 1: Bột Bentonite


-5-

Hình 2: Hạt bentonite nhìn dưới kính hiển vi điện tử
Thành phần khoáng:
 Monmorilonit: 77,3%
 Thạch anh: 6,0%
 Dolomit: 10,0%
 Hydromica: 6,7%
Hàm lượng cát: 0,2 - 0,7%.
Công thức cấu trúc:
(Na,Ca) 0.33 (AI,Mg,Fe)2[(Si,AI)4O10(OH)2.nH2O


-6-

Hình 3: Cấu trúc của hạt bentonite

Hình 4: Quá trình trương nở của bentonite khi gặp nước


-7-

2.2.

Các ứng dụng của tường đất – bentonite:

Độ thấm là các tham số quan trọng trong việc thiết kế và thực hiện các loại
tường chống thấm phục vụ cho công trình thủy lợi, xây dựng và cầu đường. Tính
thấm của vật liệu đệm và màng ngăn cản độ ẩm là một khía cạnh quan trọng. Nhìn
chung đất sét là một trong số các vật liệu được xem là phù hợp cho mục đích này. Tuy
nhiên việc sử dụng đất sét làm nảy sinh các vấn đề về nứt do co ngót trong thời gian
khơ hạn.
Do đó một hỗn hợp của đất sét với đất đang được nghiên cứu và ngày càng trở
nên phổ biến thay cho hỗn hợp đất sét tinh khiết. Hỗn hợp đất sét – đất không những
thể hiện tính kinh tế của vật liệu mà cịn làm tăng cường độ của đất trong một số
trường hợp nhất định.
Hiện nay, việc sử dụng các loại tường chống thấm bằng đất – bentonite đang trở
nên ngày càng phổ biến. Trong cơng trình thủy lợi tường hào bentonite có tác dụng
như một tường cừ chống thấm, dòng thấm bị hạn chế đáng kể sau khi đi qua hào này.
Có thể kể đến một số cơng trình tiêu biểu như:
Dài

Sâu

Khối lượng

(m)

(m)

(m3)

- H18-H22

162

33

3,630

- H22-H33

350

39

8,136

- Suối Đá

140

25

2,664

Cơng trình
TT
Dầu Tiếng:
1

2

Hồ Am Chúa

3

Hồ Iakao

4

Hồ Dương Đông

5

Hồ Iasup

2,800
21

3,200

331

24

3,119

1 780

21

15,300


-8-

Hình 5: Tường hào bentonite chống thấm cho cơng trình thủy lợi
Các chỉ tiêu về tính chất cơ lý của vật liệu làm tường chống thấm trong thủy lợi
phải đảm bảo các yêu cầu sau [16]:
 Hệ số thấm của tường: Hệ số thấm tối đa không lớn hơn k=10 –5 cm/s,
tối thiểu không nhỏ hơn k=10 –6 cm/s, nếu chọn yêu cầu thấm lớn hơn
k=10 –5 cm/s thì đi theo đó các chỉ tiêu về cường độ, gradien thấm cho
phép nhỏ, nếu chọn hệ số thấm nhỏ hơn k=10 –6 cm/s thì sẽ rất khó cho
cơng tác thi cơng
 Cường độ chịu nén nở hông tối thiểu được quy định theo độ chênh áp
lực nước trước và sau tường, các cơng trình đã thi cơng thường quy
định >1,5kg/cm2.
Trong cơng tác xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết
hợp bấc thấm, tường đất – bentonite cũng được ứng dụng để làm tường kín khí bao
quanh phạm vi khu vực bơm hút chân không.


-9-

Hình 6: Sơ đồ bố trí hệ thống tường đất trộn bentonite
Các chỉ tiêu về tính chất cơ lý của hệ thống tường sét như sau:
 Hệ số thấm của tường theo Loan T.K.DAM [9]: Hệ số thấm tối đa
không lớn hơn k=10 –5 cm/s
 Dung trọng tự nhiên lớn hơn 13 kN/m3

Hình 7: Mặt bằng bố trí hệ thống tường sét


- 10 -

2.3.

Phương pháp thi công tường đất – bentonite

2.3.1. Chuẩn bị thi công
 Cọc đất Bentonite chỉ được thi công sau khi đã làm bằng phẳng mặt phẳng thi
công. Mặt bằng sau khi san lấp sẽ phải là bằng phẳng tương đối để đảm bảo dễ
dàng cho máy cở sở đứng và định vị nhanh chóng tim và độ thẳng đứng của
cọc. Trong q trình thi cơng nhà thầu nếu cần thiết sẽ sử dụng một máy xúc
kèm theo để làm cơng tác nền cho máy chính.
 Cơng tác thốt nước cho thi cơng cọc chỉ có tác dụng trong mùa mưa. Nhà thầu
sẽ bố trí các máy đào để khơi dịng chảy thốt nước mặt, tránh nước mưa trực
tiếp vào các hố khoan.
 Công tác dọn dẹp bùn trồi lên trong thi cơng, nhà thầu sẽ bố trí nhân công, máy
đào và xe vận chuyển ra khỏi vị trí khoan, nơi đổ theo sự chỉ định của chủ đầu
tư
 Chuẩn bị dụng cụ che đậy trời nắng cũng như mưa để đảm bảo chất lượng cũng
như tuổi thọ thiết bị.

2.3.2. Các bước trong q trình thi cơng
 Bước 1: Định vị tim cọc. Các mốc chính sẽ được xác định bằng cơng tác trắc đạc.
Từ các mốc chính các nhân viên kĩ thuật sẽ định vị tim cọc bằng thước với sai số
cho phép. Các tim cọc được đánh dấu bằng cách đóng một que sắt hoặc tre gỗ.
 Bước 2: Di chuyển máy đến vị trí khoan, định vị mũi khoan vào đúng vị trí cắm
đánh dấu tim cọc, điều chỉnh phương thẳng đứng của cọc.
 Bước 3: Nạp Bentonite và nước vào bồn trộn. Quá trình này được định lượng bằng
đo đạc theo tỉ lệ trộn 4:1.
 Bước 4: Tiến hành khoan và bơm vữa, quá trình khoan thực hiện 2 chu trình lên
xuống. Vữa sẽ được bơm bằng áp lực cao lên xuống trong chu trình đầu và xuống
trong chu trình kế tiếp, tùy theo địa chất và yêu cầu kĩ thuật của hồ sơ thiết kế để

đạt được chất lượng cao nhất có thể .


- 11 -

 Bước 5: Di chuyển máy khoan sang cọc kế tiếp.

2.3.3. Các sự cố khi thi công và biện pháp khắc phục
 Khoan trúng đá mồ côi, cổ vật, di vật chiến tranh… tạm dừng thi công và hỏi ý
kiến tư vấn giám sát. Các hiện tượng này sẽ được ghi vào nhật kí thi cơng.
 Trong q trình khoan, nếu xảy ra hiện tượng tắc mũi khoan (áp lực đồng hồ sẽ
tăng cao) có thể khắc phục bằng cách tăng áp suất và cho mũi khoan quay tại chỗ
(không đi lên hoặc xuống) cho đến khi đồng hồ áp lực trở lại bình thường. Nếu
khơng được phải rút lên xử lý sự cố. Các hiện tượng này được ghi vào nhật kí thi
cơng.
 Khi thi cơng, nếu xảy ra bất cứ sự cố nào làm gián đoạn q trình khoan (máy móc
hỏng hóc…) thì nhà thầu sẽ xác định chiều sâu dừng khoan cọc, nếu sự cố được
khắc phục và máy khoan sẽ tiếp tục khoan xuống tới vị trí dừng sự cố nói trên để
phun vữa xi măng bổ sung sau đó mới thi cơng bình thường. Nếu khơng thể tiếp
tục thi cơng thì phải khoan bù cọc. Sự cố này cũng được ghi vào nhật kí thi cơng.
 Khi các cọc thi cơng khơng đạt yêu cầu về sai số thi công như khối lượng vữa
phun, lượng vữa trên một đơn vị chiều dài không đủ thì nhà thầu sẽ có biện pháp
trộn lại và phun bổ sung vữa xi măng cho đủ yêu cầu. Nếu cọc nghiệm thu không
đạt yêu cầu nhà thầu sẽ bố trí biện pháp khoan bổ sung.
 Trời mưa khơng ảnh hưởng đến q trình thi cơng cũng như chất lượng cọc nên
nhà thầu sẽ tiếp tục thi công trong trường hợp có mưa (kể cả mưa lớn). Nếu trời
mưa kéo dài (mùa mưa) có thể xem xét việc ngưng thi công.
 Các cọc thi công trong điều kiện thời tiết mưa sẽ được đánh dấu để có thể sẽ kiểm
tra cường độ đánh giá chất lượng của các cọc này.
 Các sự cố như gãy mũi khoan, rơi tuột mũi khoan (nếu có) đều phải ngưng thi cơng

và chờ ý kiến của giám sát viên.