Đang tải... (xem toàn văn)
Cố kết động (DC) là phương pháp xử lý nền cơ học làm tăng độ chặt của đất nền bằng cách sử dụng ngoại lực tác dụng trong khoảng thời gian ngắn (đầm chặt). Phương pháp này thường được s
Cố kết động và thay thế động cho móng bồn chứa dầu cỡ lớnS. Varaksin, R. Ong, K. Yee & L. T. Wong*Menard Soltraitement, 2 Rue Gutenberg BP 28.91620 No2ay. Svaraksin@menard-soietraiment.com FranceMenard Geosystems, Malaysia menard@streamyx.comCÔNG NGHệ NềN MóNGDynamic Consolidation and Dynamic Replacement for Large Oil Tank FoundationAbstract: Ground improvement techniques have been adopted as alternative solution to rigid foundation of large oil tanks whenever the situation permits. This paper highlights the utilisation of dynamic consolidation and dynamic replacement method to improve the subsoil for the construction of two large oil tanks with diameter up to 69 m in Vietnam. In this project, dynamic consolidation is used to treat the sandy deposit beneath a product tank up to depth of 8 m; dynamic replacement combined with ring trench is adopted to treat compressible clayey silt up to depth of 7 m to support a crude oil tank. The post treatment in-situ geotechnical tests performed as acceptance tests confirmed both ground improvement methods adopted have successfully increased the allowable bearing capacity of the subsoil up to 280 kPa and limit the maximum post construction settlement to be less than 300 mm, which fulfil the performance criteria of the project.1. GIớI THIệU1.1. Cố kết độngCố kết động (DC) là phơng pháp xử lý nền cơ học làm tăng độ chặt của đất nền bằng cách sử dụng ngoại lực tác dụng trong khoảng thời gian ngắn (đầm chặt). Phơng pháp này thờng đ-ợc sử dụng để làm chặt đất rời tự nhiên hoặc đất đắp với hàm lợng hạt mịn (đờng kính hạt nhỏ hơn 63 àm) không vợt quá 20 tới 35%. Kết quả xử lý cho ta thấy, cờng độ của đất gia tăng trong khi tính nén lún và độ lún của đất nền giảm. Hơn nữa, cố kết động còn làm gia tăng sức chịu tải khi chịu tải trọng tuần hoàn của đất rời, do đó phơng pháp này còn đợc sử dụng nh phơng pháp hữu hiệu để xử lý hạn chế khả năng hóa lỏng của đất.Kỹ thuật này đợc khởi xớng và phát triển thành công bởi Louis Menard (ngời đã sáng chế ra đồng hồ đo áp suất) cùng các cộng sự.Trình tự làm chặt bao gồm nhiều bớc với năng lợng tác dụng thay đổi theo khoảng thời gian khác nhau và phụ thuộc vào vật liệu đợc làm chặt, bề dày và độ chặt cố kết yêu cầu.Với mỗi loại vật liệu không bão hòa, chấn động gây tác dụng đầm chặt có thể dựa trên phân tích kết quả thí nghiệm đầm chặt Proctor. Với vật liệu bão hòa và ngập nớc, chấn động do sóng gây ra đợc minh họa theo sơ đồ 1 nh sau:Rất phức tạp với đất bão hòa hoặc đất không thấm nớc, hai loại sóng đã đợc quan sát với mỗi lần tác độnga) Sóng dạng khối; b) Sóng theo bề mặt. Sóng dạng khối đợc chia thành 2 dạng:a) Sóng nén chặt hay sóng sơ cấp (P) đợc truyền trong giai đoạn hóa lỏng tơng tự nh sóng âm truyền trong không khí. Loại sóng này làm tăng sau đó làm giảm áp lực nớc lỗ rỗng là kết quả đầu tiên của quá trình sắp xếp lại các cốt liệu.b) Sóng cắt hay sóng thứ cấp (S) di chuyển chậm hơn và có thể chỉ ra để truyền qua các hạt cốt liệu và làm các hạt sắp xếp lại. Quá trình sắp xếp lại các hạt cốt liệu làm đất chuyển sang trạng thái chặt hơn.Địa kỹ thuật số 2-2009* Menard Soltraitement, 2 Rue Gutenberg BP 28.91620 No2ay. Svaraksin@menard-soietraiment.com FranceMenard Geosystems, Malaysia menard@streamyx.com1 Hình 1. Sóng rung động trong quá trình đầm rung - phần hình vẽ phía trên là của R.D. Woods (1968).Đối với trờng hợp sóng bề mặt, chuyển động trợt xảy ra song song với bề mặt đất (mặt phẳng trợt có thể song song hoặc vuông góc với hớng dịch chuyển) gây ra tác động với đất tơng tự nh sóng cắt.Do độ mạnh chấn động tác dụng, sự ứng xử của đất nền và khoảng cách tới điểm tác động, làm xuất hiện sự tăng áp lực nớc lỗ rỗng thờng xuyên do lực cắt. Giá trị áp lực nớc lỗ rỗng gia tăng đợc theo công thức sau:soct và ioct xác định theo công thức:oct - ứng suất đẳng hớng trung bình;oct - ứng suất cắt trung bình;Cs và Cv là các chỉ số nén lún;n là độ lỗ rỗng;D là hệ số nở.Với đất bão hòa, Cv là rất nhỏ so với Cs và phân tố trong ngoặc trở thành xác định. Giá trị này có thể giảm xuống là 0,2 với độ bão hòa là 90%.SCD3 có thể thay đổi từ 34+ đến 34 phụ thuộc vào loại đất và cấu trúc ban đầu của đất. Trong quá trình đầm rung, đất khá rời nh thế SCD3 và u đều có giá trị dơng.Mỗi lần đầm làm tăng áp lực nớc lỗ rỗng và khi đất đạt tới trạng thái hóa lỏng năng lợng bị tiêu tán (hình 2). Giai đoạn cuối quan sát thấy đất tăng cờng độ (hình 3).Hình 2. áp lực nớc lỗ rỗng gia tăng trong quá trình đầm chặtSự tiêu hao áp lực nớc lỗ rỗng tới hạn quan sát thấy nhanh hơn so với xác định bởi hệ số thấm của đất hoặc với quá trình gia tải tĩnh. Đó là do các khe nứt xuất hiện và phát triển theo phơng hớng tâm từ vị trí tác dụng tạo đờng thoát cho nớc lỗ rỗng. Quá trình hóa lỏng là đất tăng tính thấm. Khí ở dạng bọt bị nén trong quá trình đầm và đóng vai trò là nguồn áp lực ép nớc ra khỏi đất nền. Rất khó để định lợng hiện tợng trong quá trình cố kết động.Địa kỹ thuật số 2-20092Sóng PTăng áp lực nước lỗ rỗnglàm sắp xếp lại các hạtSóng PCắt các hạt đấtLàm các hạt sắp xếp chặt hơnáp lực, triệu barmức bão hòa 1. Năng lợng tác dụng với tm /m2. Sự thay đổi thể tích theo thời gian3. Tỷ số áp lực nớc lỗ rỗng với áp suất hóa lỏng4. Sự biến đổi sức chịu tải5. ------ Đờng bao xử lý Hình 3. Sự biến đổi các đặc tính của đất với các giai đoạn cố kết độngĐầm chặt đất dính không bão hòa đã đợc ứng dụng rộng rãi, trong khi đó xử lý đất dính bão hòa mới chỉ đợc quan tâm về mặt lý thuyết. L. Rendulic đã từng nghiên cứu cố kết 3 chiều hớng tâm.R. Barron đã hoàn chỉnh công thức xét đến ảnh hởng của việc cản trở thoát nớc. Hơn nữa, những nghiên cứu áp dụng cho trờng hợp bề mặt biến dạng tự do và biến dạng thẳng đứng đồng nhất.Với các giả thuyết của K. Terzaghi về cố kết, nghiên cứu ảnh hởng chung của việc gia tăng áp lực nớc lỗ rỗng có thể biểu diễn dới dạng giả thiết của một nền đắp vô hạn đặt trên lớp sét có tính nén lún mạnh trong khoảng thời gian t1.Giả thiết đặt ra là áp lực nớc lỗ rỗng tạo ra do các va chạm bằng với áp lực nớc lỗ rỗng tạo ra bởi tải trọng nền đắp.Quá trình cố kết này với khoảng thời gian tf, trong đóCông thức sau cho phép so sánh thời gian t-ơng đơng của quá trình cố kết đạt đợc tf có ảnh hởng và tf không bị ảnh hởng. Do đó t'f = U1t1 + (1- U1 ) t fBảng 1 cho phép ta so sánh đợc thời gian cố kết đạt đợc tại các thời điểm có mức độ cố kết khác nhau:Bảng 1U1 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%t1/tf0,009 0,037 0,083 0,148 0,231 0,337 0,474 0,669 1,00t1/tf0,901 0,807 0,725 0,659 0,615 0,602 0,632 0,735 1,00Nếu cố kết sơ cấp kết thúcU = 0,9 hoặc T = 0,848 nếu du = U1Dsta có t'f = U1t1 + (1- U1 ) t fĐộ cố kết tối u diễn ra trong khoảng U1 = 60%.Có thể kết luận về mặt lý thuyết, thời gian cố kết có thể giảm tới 20 đến 50% đó là một mục tiêu thực tế ít khi đạt đợc.Tóm lại, sự va chạm có tác dụng là giảm thời gian cố kết tới 20 đến 50% phụ thuộc vào mức độ cố kết đạt đợc dới tác dụng của tải trọng nền đắp và giảm đợc số lợng các công trình thoát n-ớc thẳng đứng mà vẫn tăng nhanh đợc tốc độ cố kết.Một số quan trắc hiện tợng này đã đợc tiến hành tại hiện trờng ở Jurong, bồn dầu Moblil hay bể chứa nớc thải nhà máy Palm Jumeirah.Đó gọi là gia tải động.Phơng pháp hiệu quả nữa cải tạo nền đất sét Địa kỹ thuật số 2-20093Sức chịu tải, barĐộ hóa lỏng, %dut'f dẻo chảy đến chảy sử dụng vật liệu cát hoặc cuội sỏi dới tác dụng của tải trọng động đợc mô tả sau đây. Hình 4. 350 tấn.mét và 500 tấn.métKỹ thuật, thiết bị cũng là yếu tố lớn cho việc xử lý. Menard đã phát triển thiết bị đặc biệt thể xử lý tới độ sâu lớn.S. Varaksin đã đề xuất điều chỉnh các quy định chung trong của hãng Menard với độ sâu xử lý (h, mét) có quan hệ tuyến tính với căn bậc 2 của năng lợng búa đầm (tấn.mét).Với công thức: h = C E (E đơn vị là tấn.mét)Trong đó: C phụ thuộc vào tính năng của thiết bị đầm; C = 1, Rơi tự do;C = 0,8 thả bằng cáp tời cơ học;C = 0,65 thả bằng cáp tời thủy lực; phụ thuộc vào đất nền, nớc dới đất = 1,0 với các lớp đắp mới rất ổn định = 0,5 với đất cố kết thờng.Hình 5. Thiết bịThiết bị thông thờng nằm trong các khoảng sau:- 350 txm năng lợng/búa (cẩu dây 120 tấn ) (Hình. 4);- 500 txm năng lợng/búa (cẩu dây đôi 120 tấn) (Hình. 4);- 700 txm năng lợng/búa (700 txm thiết bị đặc biệt) (Hình. 5);- 850 txm năng lợng/búa (hệ thống Mars) (Hình. 5);- 1600 txm năng lợng/búa (tháp 3 chân) (Hình. 6);- 4000 txm năng lợng/búa (máy Mega ) (Hình. 7).Hình 6. 1600 txm - tháp 3 chânĐịa kỹ thuật số 2-20094 Hình 7. 4000 txm - thiết bị Mega1.2. Thay thế độngThay thế động (DR) thực chất là sự mở rộng kỹ thuật cố kết. Nhng khác với cố kết động, thay thế động đợc phát triển để xử lý đất yếu loại dính thậm chí là đất than bùn. Kỹ thuật này bắt đầu với việc tạo ra các hố bằng cách đầm nhẹ. Những hố này sẽ đ-ợc lấp đầy bởi các vật liệu rời (ví dụ nh cấp phối, đá, cuội sỏi, đá dăm tới kích thớc 300mm), những vật liệu này sẽ đợc nén chặt dới tác dụng của tải trọng động. Công tác đầm đợc lặp lại cho tới khi vật liệu cho vào trong hố giảm dần. Về cơ bản, kết quả thu đợc chủ yếu cho các cọc vật liệu rời có đờng kính lớn. Các cọc này đợc gọi là cọc DR với đờng kính khoảng 2.5-3m, chiều dài khoảng 5-7m. Quá trình thay thế động đợc minh họa ở hình vẽ số 9.Hình 8. Quá trình cố kết độngThay thế động đòi hỏi tỷ lệ diện tích thay thế là 15 đến 30% với khoảng cách giữa các cọc thay đổi trong khoảng 4.5 đến 7m. Cọc DR đờng kính lớn tạo bởi phơng pháp thay thế động tạo ra sự gia tăng sức chịu tải của đất nền dựa vào cả những vật liệu rời trong đất yếu. Ngoài ra, dựa vào hệ số thấm cao của vật liệu rời, áp lực nớc lỗ rỗng phía dới và phía xung quanh tiêu tán một cách nhanh chóng. Nh vậy, cọc DR có u điểm là cọc chịu tải đồng thời là giếng thoát nớc với đơng kính lớn.Hình. 9. Quá trình thay thế động1.4. Thông tin về công trình:Cố kết động và thay thế động đợc lựa chọn để xử lý nền cho bồn chứa dầu đờng kính lớn cho công trình nhà máy lọc dầu ở Nam Trung Bộ Việt Nam. Công tác xử lý nền cho bồn thép đợc tiến hành dựa trên cơ sở nguyên tắc chìa khóa trao tay. Diện tích xây dựng đợc chia thành 2 khu vực chính: Khu vực chứa dầu thơng phẩm và khu vực chứa dầu thô. Khu vực chứa dầu thơng phẩm bao gồm 17 bồn chứa với đờng kính lớn nhất lên tới 56m trong khi đó khu vực chứa dầu thô bao gồm 7 bồn chứa với đờng kính lên tới 69m. Chiều cao lớn nhất của bồn là 22.7m.Cố kết động đợc sử dụng để xử lý lớp đất nền phía dới với thành phần chủ yếu là cát ở trạng thái xốp đến chặt vừa. Thay thế động đợc lựa chọn để xử lý lớp đất nền phía dới các bồn chứa dầu thô với các lớp sét bụi yếu với bề dày lên tới 9m, phía dới là đá bazan. Báo cáo này làm nổi bật giải pháp xử lý nền bằng cố kết động và thay thế động cho bồn chứa dầu thô và dầu thơng phẩm (mỗi loại 1 bồn).(Xem tiếp số sau)Địa kỹ thuật số 2-200951-Tạo hố 2- lấp hố bằng vật liệu rời3- tiếp tục đầm cọc cát4 lấp hố bằng vật liệu rờiLặp bớc 3 và 4 đến khi cọc thay thế đạt tới chiều sâu thiết kế Ngêi ph¶n biÖn: GS.TS. NguyÔn Trêng TiÕn . Quá trình thay thế động1 .4. Thông tin về công trình :Cố kết động và thay thế động đợc lựa chọn để xử lý nền cho bồn chứa dầu đờng kính lớn cho công trình. txm - thiết bị Mega1.2. Thay thế độngThay thế động (DR) thực chất là sự mở rộng kỹ thuật cố kết. Nhng khác với cố kết động, thay thế động đợc phát triển để