Công nghệ : GIA TẢI CHÂN KHÔNG RÚT NGẮN THỜI GIAN CỐ KẾT ĐẤT YẾU DƯỚI CÔNG TRÌNH PGs Lê Kiều Trường Đại học Xây dựng Vấn đề : Bài giới thiệu chế, phát triển kỹ thuật ứng dụng phương pháp gia tải chân không tăng nhanh tốc độ cố kết đất yếu công trình Sự phát triển bao gồm sử dụng thiết bị mới, mở rộng phương pháp, phân tích số Khái niệm : Từ năm 1952, Kjellman đề xuất ý tưởng dùng phương pháp gia tải chân không để xử lý đất yếu làm công trình bên Đã có số tác giả công bố phương pháp Holtz ( 1975); Chen Bao ( 1983); Bergado công ( 1998) ; Chu cộng ( 2000); Indraratna cộng (2005) Bằng phương pháp kết hợp thiết bị với công nghệ mới, phương pháp có cải thiện rõ rệt Theo nét chung thoát nước cát sử dụng phương pháp bấc thấm phân bố áp lực chân không làm thoát nước lỗ rỗng Áp lực chân không danh định 80 kPa dùng thiết kế thực tế áp lực đạt đến 90 kPa Khi tải lớn 80 kPa thường dùng hỗn hợp phương pháp hút chân không gia tải Khi phải xử lý đất yếu, phương pháp hút chân hiệu nhanh phương pháp gia tải đơn áp lực chân không 80 kPa thường giữ không đổi trừ có tải tĩnh tác động thêm Phương pháp hút chân không để tăng tải rẻ so sánh với gia tải với sức tải tương đương ( Chu cộng ) Phương pháp gia tải hút chân không phận trình cải tạo đất bùn sét vét từ đáy dùng vật liệu lấp để cải tạo đất Bùn sét lấp làm vật liệu lấp phương pháp gia tải hút chân không tốt để gia cố lớp bùn sét Hàng ngàn hecta đất Tianjin , Trung quốc, cải tạo theo phương pháp ( Chen Bao , 1983 ; Yan Chu , 2005) Những năm gần đây, kỹ thuật chân không tương tự sử dụng để cải thiện địa điểm xây dựng ( Lindhult cộng , 1995) Các phương án dựa vào kỹ thuật chân không để gia cường cho độ ổn định kết cấu tường chắn ( Miyazaki cộng , 2005) Cơ chế gia tải kiểu chân không theo cách gia tải truyền thống , phát minh thường liên quan đến thiết bị, máy móc mới, đến phương pháp tương tự số hóa đề cập đến giới thiệu Một thí dụ Hàn Quốc xử lý đất yếu đoạn đường cao tốc rút thời gian cố kết đất đến ba năm Xử lý hút chân không thực công ty Vacuum Menard minh họa khu vực sơ đồ: Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Bố trí sơ đồ thực theo phương pháp kết hợp bấc thấm hút chân không: Khu nhà máy xử lý nước thải Hàn Quốc ( 1995) Công ty Vacuum Menard thực rút ngắn thời gian cố kết lớp đất yếu bên đáng kể : hàng năm trời Ở nước ta, hai nhà máy điện khí Cà Mau dùng phương pháp gia tải hút chân không Kết cho thấy rút ngắn thời gian cố kết lớp sét yếu bão hòa nước công trình đáng kể Một băn khoăn áp lực lỗ rỗng có cho phép thoát nước để nhường chỗ cho hạt sét lấp đầy làm tăng độ cố kết hay không Ảnh hưởng hút chân không tiến hành hút chân không? Bằng nhiều thực nghiệm, Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ kết hợp phương pháp hút chân không với chất tải tĩnh với biện pháp bấc thấm ( thoát nước thẳng đứng ) ngày phương pháp có kết đáng kể Lần Việt Nam sử dụng phương pháp cố kết chân không khu vực khí điện đạm Cà Mau Phương pháp cố kết chân không áp dụng thành công số nước, vùng xưa cánh đồng Ở nước ta, diện tích 90ha dành cho nhà máy liên hợp khí, điện, đạm Giai đoạn I xây dựng nhà máy điện 720MW Giai đoạn II xây dựng nhà máy điện thứ có công suất giai đoạn III xây dựng nhà máy có công suất 800.000tấn/năm Các yêu cầu thiết kế cho cố kết sau: + Lún dư không vượt 10cm/10 năm cho toàn diện tích xây dựng, cấp tải xét + Sức chịu tải nhỏ 2t/m2 cho toàn diện tích xây dựng, ngoại trừ: + Hạng mục nhà máy, yêu cầu có sức chịu tải 5t/m2 + Phía tháp làm mát có sức chịu tải yêu cầu 8t/m2 + Dưới số bồn chứa có sức chịu tải yêu cầu 10t/m2 Bộ phận quan trọng nhà máy phần chia nước nhà máy, đòi hỏi phải hoàn thành vòng tháng từ bắt đầu đặt thiết bị tiêu nước thẳng đứng (bấc thấm), Đây thách thức thời gian nên phương pháp gia tải chân không áp dụng Chúng giới thiệu nguyên lý phương pháp gia tải chân không rút ngắn thời gian cố kết đất yếu lớp công trình Cơ chế : Nguyên tắc chế gia tải chân không phân tích tài liệu Kjellman ( 1952), Chen Bao (1983), Chu cộng (2000) , Indraratna cộng (2004) So sánh với phương pháp gia tải cách chất tải đơn thuần, áp lực lỗ rỗng nước ứng suất thay đổi trình tạo chân không phân tích sau Quá trình cố kết đất tác động gia tải minh họa hình 1a Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Hình Mô hình tương tự hóa kiểu lò xo cho trình cố kết : (a) tác động phương pháp chất tải đơn ; (b) gia tải chân không Áp lực ghi hình giá trị tuyệt đối pa áp suất khí Tại hình 1a, thời điểm tác động chất tải đơn thuần,  p áp lực nước lỗ rỗng chịu tải Khi đất bão hòa nước, áp lực nước lỗ rỗng lớn trội ban đầu  uo tương tự  p chất tải đơn Dần dần áp lực nước lỗ rỗng lớn trội tải trọng chuyển từ nước sang dạng lò xo ( cốt liệu đất) mô tả hình 1a Lượng tăng ứng suất có hiệu lượng áp lực nước lỗ rỗng bị giảm,  p -  u ( hình 1a) Tại thời điểm kết thúc giai đoạn cố kết ,  u = tổng ứng suất hữu hiệu đạt giống trường hợp chất tải đơn thuần,  p ( hình 1a) Điều nói lên trình tác động áp suất khí quyển, pa Cơ chế gia tải chân không minh họa cách tương tự sử dụng mô hình lò xo hình 1(b).Khi tải trọng chân không sử dụng hình 1(b), áp lực nước lỗ rỗng đất giảm Ứng suất tổng sử dụng không đổi ứng suất hữu hiệu đất lại tăng Thời điểm có tải chân không, -  u , tác động áp lực nước lỗ rỗng đất pa Dần dần áp lực lỗ rỗng giảm bắt đầu lò xo bị nén , điều có nghĩa cốt liệu đất tạo ứng suất hữu hiệu Lượng ứng suất hữu hiệu tăng lên lượng áp lực nước lỗ rỗng giảm đi,  u không vượt áp suất khí quyển, pa , hay thực tế thường 80 kPa Kỹ thuật : Hệ thống gia tải chân không điển hình giới thiệu hình ( Chu cộng sự, 2000) Ống bấc thấm ống ngang dùng để phân bố áp lực chân không làm nước lỗ rỗng OOnga ngang đầu ống bấc thấm nằm lớp cát gia tải, truyền chân không vào ống bấc thấm Những ống chứa bấc thấm đường kính từ 50 ~ 100 mm có gân gờ dùng làm ống ngang Những ống có đục lỗ thân ống quấn quanh vải thấm nước dùng làm lớp lọc hình 3(a) Ống ngang nối với ống chủ để phân bố lực chân không Ba lớp nylon (PVC) mỏng phủ mặt khu vực định hút chân không Các lớp nylon có mép đặt rãnh theo cạnh bao quanh khu vực Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ hút chân không Do khu đất cần hút chân không chia thành phân khu nhỏ để dễ đặt lớp nylon Hình 2A : Minh họa hệ thống hút chân không 1, Ống bấc thấm ; 2, Ống ngang ; 3, Lớp phủ ; 4, Đường thoát nước; 5, Van chiều ; 7, Bơm ; 8, Bơm ly tâm ; 9, Rãnh ; 10, Ống chủ để hút chân không ; 11, Màng che chắn Những phát triển : Sử dụng thoát nước Hình vừa giới thiệu sơ đồ kỹ thuật tạo chân không năm gần Ống hút chân không làm liền với ống bấc thấm qua hình tiến triển thuận lợi Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Hình : Ống đặt nằm ngang dùng gia tải chân không (a) Ống có gờ mềm (b) Các ống khác kiểu chất tổng hợp đặt đất Kỹ thuật màng tự do: Khi khu đất chia thành khu nhỏ thuận lợi cho việc đặt màng, đặt thiết bị gia tải chân không theo trình tự khu đất nhỏ.Hình minh họa To Vacuum : dẫn đến thiết bị tạo chân không Tube : ống Connector : Khớp nối To next PVD : dẫn đến ống bấc thấm PVD : Ống chứa bấc thấm Hình : Ống chứa bấc thấm lắp ống để gia tải chân không ( theo Seah, 2006) Cách đặt ống sử dụng việc xây dựng sân bay quốc tế Bangkok ( Seah, 2006) Phương pháp tiếc không sử dụng cho toàn khu đất xây dựng nên hiệu không cao Áp lực chân không thực mức 50 kPa thấp ( Seah,2006) Phương pháp thường dùng cho có lớp đất sét độ thấm nước Sau người ta sử dụng phương pháp khác gọi phương pháp gia tải chân không yếu ( Yan Cao , 2006) Phương pháp giới thiệu hình Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Hình : Phương pháp gia tải chân không không dùng màng ngăn Vacuum pump : Bơm tạo chân không PVC tube : Ống nhựa PVC , PVD : Ống bấc thấm Dike : Đê Dredge clay slurry : Lớp bùn sét Sand blanket : Lớp đệm giữ cát Khi lớp bùn sét dùng để phủ khu đất cải tạo, ống chân không , ống bấc thấm đặt lớp gia tải cao trình vài mét mặt đất.Theo phương pháp này, lớp bùn sét nằm phía ống hút chân không Đất sét chậm thấm nước, vật liệu lấp tạo nên lớp chặn nước tốt nên không cần có lớp màng Như nảy sinh số vấn đề Vết nứt kéo phát triển lớp mặt tác động nắng Áp lực chân không xuất liện nơi đặt bấc thấm khu vực bố trí bấc thấm đường thấm nối với ống chân không Điều gây khó khăn cho việc bố trí ống bấc thấm thiết bị thấm nước.Tuy nhiên phương pháp không đòi hỏi việc làm đê chắn bên khu đất cấn hút nước nên làm giảm chi phí Giải pháp dùng lớp thấm bên chiều dày lớp đất chất tải Phương pháp gia tải chân không làm việc không tốt lớp đất gia tải thấu kính cát lớp thấm nước lớp tạo khuyếch tán biên khu đất đẩy lớp sét yếu bên lớp cát khỏi khu đất cần cải tạo Trường hợp cần làm tường ngăn quanh biên khu đất Một thí dụ mà Tang Shang ( 2000) xử lý làm lớp tường ngăn dày 120 cm, sâu 4,50 mét bùn sét dùng làm lớp tường ngăn lớp bùn sét bên lớp cát mịn Làm tường ngăn kiểu làm cho chi phí tăng khu đất cần xử lý rộng Một phương pháp khác sử dụng ống bấc thấm có vỏ bọc chất dẻo không thấm nước mà lớp vỏ xuyên qua lớp thấm Điều cần biết rõ chiều dày lớp thấm khu đất cần cải tạo Phương pháp nén động thấm tăng cường Phương pháp gia tải chân không hay phương pháp chất tải trước rút ngắn thời gian cố kết lớp đất yếu bên công trình Một phương pháp dùng kết hợp chất tải chân không nén động Ý tưởng phương pháp nén động với lượng tác động yếu tạo áp lực lỗ rỗng vượt trội bị Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ tiêu tán trình tạo chân không ( Chu cộng , 2005) Sự tiêu tán áp lực lỗ rỗng tạo nén động Phương pháp sử dụng số dự án Trung Quốc ( Xu cộng sự, 2003) Kiểm tra trường diễn giải liệu Kiểm tra trường nhằm theo dõi dự án sử dụng gia tải chân không, nhằm biết kết gia tải chân không Thông thường cần thu thập liệu độ lún lớp đất, áp lực lỗ rỗng dịch chuyển ngang độ sâu khác Mức cố kết ( Degree of consolidation , DOC ) tính toán dựa độ lún liệu áp lực lỗ rỗng.Mức cố kết , DOC, dự báo độ lún phương pháp sử dụng độ lún cực đại Sử dụng liệu áp lực nước lỗ rỗng thấy được, áp lực nước lỗ rỗng phân bố theo chiều sâu vẽ đồ thị từ bắt đầu xuất hiện, giai đoạn cuối thời điểm tức thời Mức cố kết dựa phương pháp đường biểu diến áp lực nước lỗ rỗng theo nghiên cứu Chu Yan ( 2005 ), dừng liệu độ lún hình Dùng phương pháp đạt mức cố kết bị lớn dùng liệu áp lực nước lỗ rỗng Hình Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng dùng tính toán mức cố kết Elevation : độ sâu Initial : Lúc bắt đầu Pore water pressure : áp lực nước lỗ rỗng Điều phân tích đoạn theo thực tế bị hạn chế thiết bị đo lắp đặt vị trí xuất độ lún tối đa áp lực nước lỗ rỗng Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Thiết lập mô hình số hóa Trường hợp tổ hợp tải chân không chất tải qua cột bấc thấm ( PVD) khu bãi chứa hàng cảng Tianjin, Trung Quốc, sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn ( Rujikiatkamjorn cộng , 2007 ) Tại khu vực này, sử dụng áp lực chân không 80 kPa chất tải đạt 40 kPa đất yếu thiếu ổn định Hình minh họa liệu tính chất đất đo theo thời gian Tiết diện ngang mặt cắt phương thẳng đứng vị trí lắp đặt thiết bị đo hình 7a Những thiết bị lắp dụng cụ đo độ lún, dụng cụ chuyển áp lực lỗ rỗng, dụng cụ thay đổi độ sâu đo đạc, dụng cụ đo độ nghiêng thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng đất ( piezometer ) Ống bấc thấm dài 20 mét ( tiết diện 100 mm x mm ) cắm theo mẫu vuông @ cách mét ống Nhóm phần tử hữu hạn cọc bấc thấm có hút gồm hình vuông đo dịch chuyển tuyến thể hàm biến thiên áp lực lỗ rỗng ( hình 7b ) Depth : Độ sâu Atterberg limits (%) : Giới hạn Atterberg (%) Vane shear strength : Cường độ lực cắt cánh (kPa) Void ratio : Tỷ số rỗng Description : Mô tả Silty clay ( dredged from sea bed ) : Bùn sét ( lắng đọng đáy lớp) Plastic limit : Giới hạn dẻo Water content : Lượng ngậm nước Liquit limit : Giới hạn lỏng Hình Mặt cắt tổng thể lớp đất tính chất đất cảng Tianjin ( Theo Rujikiatkamjorn cộng , 2007 ) Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Perforated pipe : Ống có đục lỗ Membrane : Lớp màng phủ Piezometer : Thiết bị đo áp lực lỗ rỗng đất Vacuum pump : Bơm chân không Multi- level gauge : Dụng cụ đo nhiều độ sâu Pore water transducer : Máy chuyển độ đo áp lực lỗ rỗng nước Inclinometer : Thiết bị đo độ nghiêng Prefabricated Vertical drain S=1,00 m in square pattern : Ống bấc thấm chế sẵn có S=1,0 m dạng mẫu vuông Hình phía : Drain : thoát nước Smear zone : Vùng bị bẩn Intergration point : Điểm tổ hợp Displacement Node : Điểm dịch chuyển PVD, S=1,0 m : Ống bấc thấm, đoạn thấm 1,0 mét Hình (a) Tiết diện ngang A-A bấc thấm vị trí thiết bị theo dõi kiểm tra (b) Lưới phần tử hữu hạn để phân tích ứng suất theo mặt phẳng ( theo kết Rujikiatkamjorn cộng 2007 ) 10 Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Hình so sánh độ lún dự báo độ lún ghi áp lực lỗ rỗng vượt trội Độ lún cố kết dự báo áp lực lỗ rỗng vượt trội phù hợp với kết ghi Áp lực lỗ rỗng vượt trội thực âm ( lực hút ) , tránh hư hỏng áp không thoát ( theo Indraratna cộng sự, 2005) Hình 10 minh họa so sánh dịch chuyển ngang dự báo đo chân lớp đáy sau 180 ngày Sự dịch chuyển ngang âm thể dịch chuyển đất hướng vào phía đường tâm lớp đáy Dự báo chiều sâu nhỏ ( 0,5 mét) qua phương án đào giếng quan sát khó thu kết đo chiều sâu từ - 10 mét ( lớp sét yếu ) Có thể coi phương pháp cố kết chân không làm giảm dịch chuyển lớp sét phía theo phương ngang làm tăng độ ổn định cho lớp sét đáy Preload pressure : Áp lực gia tải trước Settlement : độ lún Vacuum plus preloading : Gia tải chân không thêm Vacuum pressure under membrane : Áp lực chân không lớp màng phủ Surface ( field ) : Lớp mặt ( trường ) Hình Mặt cắt II: (a) Chất tải truyền thống (b) Độ lún cố kết ( theo Rujikiatkamjorn cộng 2007 ) Pore pressure reduction : Sự giảm áp lực lỗ rỗng 11 Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ Lateral displacement : Dịch chuyển ngang Inward : Vào Outward : Ra Depth : Chiều sâu Hình 10 Chuyển dịch ngang sau 180 ngày lớp đáy ( theo Rujikiatkamjorn cộng , 2007 ) Lời kết : Trên tóm lược phương pháp gia tải chân không Phương pháp sử dụng có chiều cao lớp gia tải lớn nằm lớp sét yếu giảm thời gian tạo cố kết cho lớp sét yếu Còn cần nghiên cứu thêm lớp màng phủ bơm chân không trực tiếp qua bấc thấm Vấn đề kinh tế, giá thời gian rút ngắn cố kết lớp đất thấm bên cần xem xét tỷ mỷ Tham khảo : Serge Varaksin, Tập giảng “Về xử lý đất yếu kỹ thuật móng công trình, 5/2007 J Chu (Nanyang Technological University, Singapore ) , S Yan (Tianjin University, China ) , B Indraratna University of Wollongong, Vacuum Preloading Techniques - Recent Developments and Applications indra@uow.edu.au 12 Tài liệu lưu trữ http://www.Tailieuxd.com/ [...]... gia tải chân không Phương pháp này sử dụng khi có chiều cao lớp gia tải lớn nằm trên lớp sét yếu sẽ giảm được thời gian tạo cố kết cho lớp sét yếu Còn cần nghiên cứu thêm về lớp màng phủ khi bơm chân không trực tiếp qua bấc thấm Vấn đề kinh tế, nhất là giá của thời gian do rút ngắn cố kết các lớp đất thấm bên dưới cũng cần được xem xét tỷ mỷ Tham khảo : Serge Varaksin, Tập bài giảng “Về xử lý đất yếu. .. nhưng khó thu được kết quả đo khi chiều sâu từ 5 - 10 mét ( ở giữa lớp sét yếu ) Có thể coi là phương pháp cố kết chân không làm giảm sự dịch chuyển lớp sét ra phía ngoài theo phương ngang và làm tăng độ ổn định cho lớp sét ở đáy Preload pressure : Áp lực gia tải trước Settlement : độ lún Vacuum plus preloading : Gia tải chân không thêm Vacuum pressure under membrane : Áp lực chân không dưới lớp màng phủ... lỗ rỗng vượt trội Độ lún cố kết dự báo và áp lực lỗ rỗng vượt trội phù hợp với kết quả ghi được Áp lực lỗ rỗng vượt trội thực là âm ( lực hút ) , tránh được những sự hư hỏng do áp không thoát ( theo Indraratna và cộng sự, 2005) Hình 10 minh họa so sánh giữa dịch chuyển ngang dự báo và đo được ở chân lớp đáy sau 180 ngày Sự dịch chuyển ngang âm thể hiện sự dịch chuyển của đất hướng vào trong ra phía... (a) Chất tải truyền thống và (b) Độ lún cố kết ( theo Rujikiatkamjorn và cộng sự 2007 ) Pore pressure reduction : Sự giảm áp lực lỗ rỗng 11 Tài liệu này được lưu trữ tại http://www.Tailieuxd.com/ Lateral displacement : Dịch chuyển ngang Inward : Vào trong Outward : Ra ngoài Depth : Chiều sâu Hình 10 Chuyển dịch ngang sau 180 ngày tại lớp đáy ( theo Rujikiatkamjorn và cộng sự , 2007 ) Lời kết : Trên... thấm Vấn đề kinh tế, nhất là giá của thời gian do rút ngắn cố kết các lớp đất thấm bên dưới cũng cần được xem xét tỷ mỷ Tham khảo : Serge Varaksin, Tập bài giảng “Về xử lý đất yếu và kỹ thuật nền móng công trình, 5/2007 J Chu (Nanyang Technological University, Singapore ) , S Yan (Tianjin University, China ) , B Indraratna University of Wollongong, Vacuum Preloading Techniques - Recent Developments