BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG THUỘC ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM ” Mã số: 05 Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂ Y DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam 7579-14 22/12/2009 Hà Nội 2009 Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 1 MỤC LỤC Chuyên đề 22 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 2 6.11. PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM 2 6.11.1. Giới thiệu phương pháp 2 6.11.2. Mô hình và nguyên lý làm việc 4 6.11.3. Phạm vi ứng dụng 5 6.11.3. Lắp đặt cố kết chân không 5 6.11.4. Tính toán thiết kế 10 6.11.5. Quan trắc thi công 10 Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 2 Chuyên đề 22 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG 6.11. PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT BẰNG HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP BẤC THẤM 6.11.1. Giới thiệu phương pháp Gia tải trước bằng biện pháp hút chân không là một trong những phương pháp phổ biến dùng để cải tạo nền đất yếu. Phương pháp này đã được xử dụng thành công ở nhiều nước để cải tạo thổ nhưỡng và cả i tạo đất nền (Holtz 1975, Choa 1990, Jacob 1994, Bergado và nnk 1998, 2002, Chu và nnk 2000). Giếng cát và vật thoát nước đứng đúc sẵn được chế tạo gần đây (PVD) thường được dùng để phân bố gia tải chân không và làm tiêu thoát nước lỗ rỗng. Các nguyên lý và cơ chế của gia tải trước bằng hút chân không đã được thảo luận trong các tài liệu, ví dụ của Kjellman (1952) và Holtz (1975). Một tải trọng do hút chân không bằng 80kPa hoặc lớn hơn có thể duy trì lâu tuỳ ý. So với ph ơng pháp gia tải khối đắp, đối với một tải trọng tương đương, thì phương pháp gia tải chân không rẻ và nhanh hơn (Chu 2000). Sự khác biệt chủ yếu giữa phương pháp gia tải khối đắp và gia tải trước bằng chân không là ở biến thiên áp suất nước lỗ rỗng (ASLR). Trong phương pháp gia tải khối đắp, ASLR dư đầu tiên sẽ được hình thành từ trạng thái ban đầu (thường là áp suất thuỷ tĩ nh) có cùng độ lớn của siêu tải, rồi tiêu tan dần như nêu trong Hình1a. Mặt khác ở phương pháp hút chân không, ASLR trong đất sẽ giảm dần từ trạng thái ban đầu (thường là áp suất thuỷ tĩnh) có cùng độ lớn với áp suất chân không tác dụng như nêu Hình 1b. Khi ASLR có thể đạt tới giá trị âm, thì biến đổi ASLR do tải trọng chân không càng phức tạp, đặc biệt trong trường hợp sử dụng kết hợp phương pháp gia tải kh ối đắp và phương pháp hút chân không. Do vậy, đối với các công trình gia tải trước bằng chân không, phải thường xuyên kiểm soát biến thiên ASLR trong quá trình cố kết. Cùng với ASLR, độ lún của đất cũng thường được kiểm soát và dùng để tính độ cố kết (ĐCK). ĐCK là một thông số quan trọng trong việc đánh giá tính hiệu quả của cải tạo đất. Nó cũng thường được dùng như một chi tiết kỹ thuật trong h ợp đồng cải tạo đất nền. ĐCK thường được tính bằng tỷ số của độ lún hiện tại và độ lún cuối cùng. Tuy nhiên, đối với một công trình xử lý nền đất, độ lún cuối cùng chưa biết và phải dự tính. Có nhiều phương pháp dự tính độ lún cuối cùng. Trong số đó, các phương pháp sau đây thường được dùng như phương pháp của Asaoka (1978) và phương pháp hypecbolic (Shidharan và Rao 1981). Trong phương pháp Asaoka, một dãy các s ố liệu quan trắc lún (S 1 , , S i-1 , S i , S i+1 , S N ) tại các khoảng thời gian không đổi được vẽ trên đồ thị quan hệ S n  S n-1 (n =1, ,N) (đường A). Độ lún ổn định, S ult , được xác định tại giao điểm của đường lún lập được với đường thẳng làm góc 45 o với phương ngang (Asaoka 1978), như minh hoạ trên hình 2 (đường B). Tuy nhiên, độ lún ổn định S ult nhận được từ phương pháp Asaoka chịu ảnh hưởng Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 3 của khoảng thời gian lựa chọn. Matyas và Rothenburg (1996), Bo và nnk (1999) và Goi (2004) đã chỉ ra rằng khoảng thời gian chọn càng dài thì S ult dự tính càng nhỏ. Trong phương pháp hypecbolic, Shidharan và Rao lập đường quan hệ độ lún theo thời gian (1981). u 0 (z) = mặt cắt áp suất nước lỗ rỗng tĩnh; ú v (z)’ = ứng suất hiệu quả tại thời điểm t; u t (z)= áp suất nước lỗ rỗng dư tại thời điểm t; u s (z) = đường độ hút; ú 0 ’ = ứng suất tầng phủ hiệu quả ban đầu; Hình 1. Minh hoạ sơ đồ hoá biến thiên áp suất nước lỗ rỗng và biến thiên ứng suất hiệu quả theo (a) gia tải khối đắp và (b) gia tải chân không Hình 2. Mô hình hóa biểu đồ theo PP Asaoka Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 4 Độ lún ổn định S ult được tính theo nghịch đảo của độ dốc tuyến tính của đường lập được. Tuy nhiên, S ult nhận được theo phương pháp này còn phụ thuộc vào giá trị cuối cùng của ĐCK. Theo quan sát của Matyas và Rothenburg (1996), Bo và nnk (1999) và Goi (2004), ĐCK của đất đạt càng cao, thì S ult nhận được càng nhỏ. Goi (2004) cũng chỉ ra rằng đồ thị quan hệ S  t không hoàn toàn thẳng nên độ dốc tuyến tính có thể khác nhau nếu độ dốc lấy theo các đoạn khác nhau trên đường cong. S ult càng nhỏ khi lấy độ dốc tại cuối đường cong. Do vậy các phương pháp tính khác nhau sẽ cho ĐCK khác nhau. Ngoài ra, các số liệu về ASLR cũng có thể dùng để đánh giá độ cố kết. Hệ số tiêu tan ASLR có thể dễ dàng tính theo tỷ số giữa lượng tiêu tan ASLR với ASLR ban đầu, [u i - u (t)]/u i , trong đó u i = ASLR ban đầu và u(t) = ASLR tại thời điểm t. Tuy nhiên, tỷ số này chỉ cho ĐCK của một phân tố đất không phải là ĐCK bình quân. Để tính ĐCK bình quân, cần lập được phân bố ASLR trên toàn chiều sâu tầng đất. Trong nội dung trình bày này chỉ nêu một phương pháp dự tính ĐCK dựa trên phân bố ASLR. Hai nghiên cứu điển hình được giới thiệu để khảo sát đặc tính tiêu tan ASLR dưới tác dụng của gia tải trước bằng hút chân không. Đ CK đạt được trong mỗi trường hợp được đánh giá bằng cách dùng số liệu ASLR và được so sánh với ĐCK dự tính bằng cách dùng số liệu đo lún. Hình 3. Minh họa biểu đồ phân bố ASLR 6.11.2. Mô hình và nguyên lý làm việc Hệ thống tiêu nước chân không gồm thiết bị tiêu nước thẳng đứng (PVD) và lớp thoát nước (cát), các thiết bị tiêu nước nằm ngang, một màng chống thấm bằng nhựa tổng hợp hoặc màng HDPE (Geomembrane), hệ thống máy bơm hút chân không và nước. Cố kết chân không gia tải trước cho toàn bộ khối đắp bằng cách giảm dần áp lực nước lỗ rỗng trong khi giữ nguyên ứng suất tổng. Giải pháp này được thực hiện bằng việc hút nước dưới màng không thấm, giữ phá khí không đổi (áp suất hút chân Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 5 không bằng 80kPa hoặc lớn hơn có thể duy trì lâu tuỳ ý) giữa màng không thấm và mực nước ngầm hạ thấp. Hình 4. Mô hình - Sơ đồ cố kết bằng hút chân không 6.11.3. Phạm vi ứng dụng - Ứng dụng để xử lý tầng đất yếu (có thể xử lý tầng đất yếu chứa hữu cơ nhưng không phải đất dạng than bùn). Độ sâu xử lý hiệu quả nhất đối với bấc thấm thường nhỏ hơn 15m kết hợp với gia tải trước; - Làm tăng nhanh tốc độ c ố kết sớm đạt được cố kết mong muốn; cải thiện nền đất tăng sức chịu tải; cho phép xây dựng công trình ổn định về sức chịu tải và kiểm soát lún cho phép của công trình; - Để bấc thấm phát huy hiệu quả thì: η = vzzvz pzzvz σσσ σ σ σ lg)lg( lg)lg( −+ − + > 0,60 σ vz + σ z ≥ (1,2 ÷ 1,5)σ pz Trong đó: σ vz - Áp lực bản thân của tầng đất yếu; σ z - Áp lực do tải trọng ngoài; σ pz - Áp lực tiền cố kết. - Để thiết bị tiêu nước thẳng đứng phát huy được hiệu quả, giải pháp phải được kết hợp giữa PVD + hút chân không, tốt hơn nữa là PVD + hút chân không kết hợp với gia tải trước. 6.11.3. Lắp đặt cố kết chân không Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 6 Hình 5 mô tả chi tiết mặt bằng và cắt ngang một hệ thống cố kết bằng thoát nước thẳng đứng + hút chân không kết hợp với gia tải. 12 Hình 5. Bố cục sơ đồ phương pháp gia tải trước bằng áp suất chân không 1- Hệ thống thoát nước; 2- Đường ống lọc; 3-đường bảo vệ; 4- Đường thoát nước; 5- Van khoá; 6- Đồng hồ đo áp suất âm; 7- Bơm áp lực cao; 8- Máy bơm ly tâm; 9- Rãnh đào; 10- Đường ống ngang; 11- Màng chống thấm; 12- Khối đắp gia tải (nếu cần). Trình tự thực hiện PVD + bơm hút chân không: Bước 1: Rải đệm cát thoát nước khu vực xử lý: Bước 2: Thi công thiết bị thoát nước thẳng đứng (có thể sử dụng loại PVD- Prefabricated Vertical Drain hoặc PSD - Packed Sand Drain). Hình 6 thể thiện trình tự thi công bấc thấm PVD. Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 7 Thiết bị thi công cắm bấc PVD Cắm PVD có mũi dẫn hướng Giữ PVD và rút mũi dẫn hướng Cắt bấc thấm PVD Đệm cát Nền đất yếu Bấc thấm PVD Hình 6. Trình tự thi công cắm bấc thấm Hình 7. Mặt bằng hoàn thiện thi công hệ thống thoát nước thẳng đứng Bước 3: Đặt ống lọc nước và ống dẫn nước trong tầng đệm cát Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 8 Hình 8. Mặt bằng lắp đặt hệ thống ống lọc và ống dẫn nước trong tần đệm cắt Bước 4: Lắp đặt thiết bị quan trắc trong phạm vi xử lý Hình 10. Lắp đặt thiết bị quan trắc ASLR, lún, Bước 5: Bao phủ toàn bộ phạm vi xử lý bằng màng chống thấm và chôn vào đất tại đáy rãnh để bảo đảm cách ly hoàn toàn với không khí; rãnh được lấp đầy bằng đất sét hoặc bentonite. Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9 Hình 11. Thi công phủ màng chống thấm Bước 6: Lắp đặt hệ thống máy bơm hút chân không Hình 12. Ống thoát nước chính được nối với máy bơm hút chân không Bước 7: Kết hợp giữa bơm hút chân không với gia tải trước [...]...Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Hình 13 Đắp lớp gia tải trước 6.11.4 Tính toán thiết kế 6.11.5 Quan trắc thi công Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 10 . Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 1 MỤC LỤC Chuyên đề 22 2 NGHIÊN CỨU GIẢI. Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 8 Hình 8. Mặt bằng lắp đặt. PP Asaoka Chuyên đề 22: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng bơm hút chân không Đề tài: Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 4 Độ lún ổn định S ult