Thạc Sĩ Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình PVTEXT Đình Vũ - Hải P

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014

MỤC LỤC
I. Tính cấp thiết của đề tài 1
II. Mục tiêu của đề tài 2
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2
IV. Nội dung luận văn 3
1.1 Tæng quan vÒ nÒn ®Êt yÕu .4
1.2. C¸c phư¬ng ph¸p xö lý nÒn ®Êt yÕu khi x©y dùng c«ng tr×nh .8
1.2.1. Nhãm c¸c phư¬ng ph¸p lµm chÆt ®Êt trªn mÆt b»ng c¬ häc .9
1.2.1.1. Lµm chÆt ®Êt b»ng ®Çm r¬i 9
1.2.1.2. Lµm chÆt ®Êt b»ng phư¬ng ph¸p ®Çm l¨n 10
1.2.1.3. Lµm chÆt ®Êt b»ng phư¬ng ph¸p ®Çm rung .10
1.2.2. Nhãm c¸c phư¬ng ph¸p lµm chÆt ®Êt dưíi s©u b»ng chÊn ®éng vµ thuû chÊn 11
1.2.2.1. Phư¬ng ph¸p nÐn chÆt ®Êt b»ng chÊn ®éng .11
1.2.2.2. Phư¬ng ph¸p nÐn chÆt ®Êt b»ng thuû chÊn 11
1.2.3. Nhãm c¸c phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng thiÕt bÞ tiªu nưíc th¼ng ®øng 12
1.2.3.1. Phư¬ng ph¸p gia cè b»ng giÕng c¸t .12
1.2.3.2. Phư¬ng ph¸p gia cè b»ng bÊc thÊm (PVD) .13
1.2.4. Phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng n¨ng lưîng næ .13
1.2.5. Phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng v¶i ®Þa kü thuËt vµ bÊc thÊm .14
1.2.6. Nhãm c¸c phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng chÊt kÕt dÝnh 14
1.2.6.1. Gia cè nÒn b»ng phư¬ng ph¸p trén v«i 15
1.2.6.2. Gia cè nÒn b»ng phư¬ng ph¸p trén xim¨ng .15
MỞ ĐẦU .1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .4 1.2.6.3. Gia cè nÒn b»ng phư¬ng ph¸p trén bitum .16
1.2.6.4. Gia cè nÒn b»ng keo polyme tæng hîp 16
1.2.7. Nhãm c¸c phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng dung dÞch .16
1.2.7.1. Phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng dung dÞch vưa xim¨ng .17
1.2.7.2. Phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng dung dÞch silic¸t 17
1.2.7.3. Phư¬ng ph¸p gia cè nÒn b»ng nhùa bitum .18
1.2.8. Nhãm c¸c phư¬ng ph¸p vËt lý gia cè nÒn ®Êt yÕu 19
1.2.8.1. Gia cè nÒn b»ng phư¬ng ph¸p ®iÖn thÊm 19
1.2.8.2. Gia cè nÒn b»ng phư¬ng ph¸p ®iÖn ho¸ häc 20
1.2.8.3. Gia cè nÒn b»ng phư¬ng ph¸p nhiÖt 20
1.2.9. Nhãm c¸c phư¬ng ph¸p gia cè nÒn ®Êt yÕu b»ng cäc c¸t, cäc v«i, cäc ®Êt-v«i,
cäc ®Êt-xim¨ng, cäc c¸t-xim¨ng-v«i 21
1.2.9.1. Phư¬ng ph¸p gia cè b»ng cäc c¸t 21
1.2.9.2. Phư¬ng ph¸p gia cè b»ng cäc ®Êt-v«i, ®Êt-xim¨ng, cäc c¸t-xim¨ng-v«i 22
1.2.10. BÖ ph¶n ¸p 22
1.2.11. T¨ng hÖ sè m¸i .23
1.2.12. Phư¬ng ph¸p nÐn trưíc .23
1.2.13. Phư¬ng ph¸p cè kÕt ch©n kh«ng .24
1.3 Kết luận .26
2.1. Nguyªn lý xö lý nÒn ®Êt yÕu b»ng b¬m hót ch©n kh«ng .28
2.1.1. C¸c bưíc tiÕn hµnh gia cè hót ch©n kh«ng .28
2.1.2. Sù kh¸c nhau giưa gia t¶i cæ ®iÓn vµ hót ch©n kh«ng 29
2.1.3. Nguyªn t¾c c¬ b¶n cđa qu¸ tr×nh gia cè nÒn b»ng c«ng nghÖ hót ch©n kh«ng 30
CH¦¥NG 2 c¬ së lý thuyÕt cđa phư¬ng ph¸p xö lý nÒn ®Êt yÕu
b»ng cè kÕt ch©n kh«ng .28 2.1.4. Tr×nh tù thi c«ng vµ bè trÝ thiÕt bÞ 32
2.2 Lý thuyÕt vÒ cè kÕt thÊm vµ c¸c bµi to¸n 34
2.2.1 Lý thuyÕt cè kÕt mét hưíng theo phư¬ng ®øng cđa Terzaghi 34
2.2.2 Lý thuyÕt cè kÕt 3 hưíng cđa Biot .37
2.2.3 Lêi gi¶i cho bµi to¸n cè kÕt ch©n kh«ng cđa Indraratna 38
2.2.3.1 Trưêng hîp ®èi xøng trôc 39
2.2.3.2 Trưêng hîp bµi to¸n biÕn d¹ng ph¼ng tư¬ng ®ư¬ng 40
2.2.4 Lêi gi¶i cho bµi to¸n cè kÕt hót ch©n kh«ng B.Indraratna C.Rujikiatkamjorn
vµ I.Sathananthan 41
2.2.4.1 Lêi gi¶i cho bµi to¸n ®èi xøng trôc 42
2.2.4.2 Lêi gi¶i cho bµi to¸n ph¼ng .47
3.1. Mục tiêu thí nghiệm 52
3.1.1.Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất cần cải tạo .52
3.1.2. Xác định độ lún và độ biến thiên áp lực nước lỗ rỗng tại độ sâu nghiên cứu 53
3.2. Giới thiệu mô hình vật lý 53
3.2.1. Mô tả mô hình 53
3.2.2. Mô tả thiết bị 54
3.2.2.1. Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng (Piezometer) .54
3.2.2.2. Đầu đọc số liệu (Datalogger) 56
3.2.2.3. Thiết bị đo biến dạng .58
3.2.2.4. Màng làm kín khí 59
3.2.2.5. Bấc thấm và hệ thống ống đấu nối đến máy bơm .59
3.2.2.6. Máy bơm chân không 60
3.2.3. Trình tự thí nghiệm 60
CH¦¥NG 3 MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .52 3.3. Các chỉ tiêu của đất trước khi thí nghiệm .63
3.4. Kết quả thí nghiệm đo lún và áp lực nước lỗ rỗng với áp lực hút chân không
p 0 =43kPa 64
3.4.1. Kết quả độ lún 64
3.4.2. Kết quả thí nghiệm về áp lực nước lỗ rỗng 66
3.5. Kết quả các chỉ tiêu đất sau thí nghiệm 69
3.6. Kết luận .70
4.1TÝnh to¸n bµi to¸n theo phư¬ng ph¸p phÇn tö hưu h¹n .71
4.1.1 M« h×nh to¸n häc 71
4.1.2 C¸c bưíc gi¶i bµi to¸n b»ng phÇn mÒm SIGMA/W 74
4.1.3 X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn biªn, lưíi phÇn tö hưu h¹n cho m« h×nh tÝnh to¸n .75
4.2 KÕt qu¶ ph©n tÝch cè kÕt thÊm, khi gia t¶i ch©n kh«ng p o = 43kPa trªn phÇn
mÒm tÝnh to¸n .77
4.2.1 KÕt qu¶ ph©n tÝch ¸p lùc nưíc lç rçng .77
4.2.1.1 §ưêng ®¼ng ¸p lùc nưíc lç rçng 77
4.2.1.2 §ưêng quan hÖ ¸p lùc nưíc lç rçng theo thêi gian .80
4.2.2 KÕt qu¶ ph©n tÝch lón 82
4.2.2.1 §ưêng ®¼ng lón 82
4.2.2.2 §ưêng quan hÖ lón theo thêi gian .83
4.3 Ph©n tÝch ®¸nh gi¸, so s¸nh kÕt qu¶ trªn m« h×nh thÝ nghiÖm vËt lý vµ m« h×nh
phÇn mÒm tÝnh to¸n 85
4.3.1 So s¸nh kÕt qu¶ ®o lón t¹i 4 vÞ trÝ quan tr¾c 85
4.3.2 So s¸nh kÕt qu¶ ®o ¸p lùc nưíc lç rçng t¹i 3 vÞ trÝ quan tr¾c 88
CH¦¥NG 4 TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG .71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .91
1.C¸c kÕt qu¶ ®¹t ®ưîc cđa luËn v¨n 91
2. Mét sè vÊn ®Ò tån t¹i 92
3. KiÕn nghÞ 93
Tài liÖu tham kh¶o .94 DANH MỤC HÌNH VẼ
H×nh 1-1: S¬ ®å thiÕt bÞ nÐn chÆt ®Êt b»ng thuû chÊn 12
H×nh 1-2: S¬ ®å nÒn c«ng tr×nh phôt vưa xim¨ng .17
H×nh 1-3: BiÓu ®å ®Ó tra lưîng vưa xim¨ng trong lç phôt 17
H×nh 1-4: S¬ ®å thiÕt bÞ thi c«ng phôt nhùa bitum .19
H×nh 1.5: S¬ ®å bè trÝ c¸c ®iÖn cùc: .20
H×nh 1-6: S¬ ®å bè trÝ thiÕt bÞ gia cưêng ®Êt b»ng nhiÖt 21
H×nh 2-1: §ưêng øng suÊt trong gia t¶i hót ch©n kh«ng 29
H×nh 2-2: MÆt c¾t ngang ®iÓn h×nh cđa hÖ thèng hót ch©n kh«ng Mernard 30
H×nh 2-3: èng tho¸t nưíc ngang cho gia t¶i hót ch©n kh«ng .31
H×nh 2-4: Thi c«ng bÊc thÊm 32
H×nh 2-5: L¾p ®Æt c¸c èng tiªu nưíc däc vµ ngang 32
H×nh 2-6: Chi tiÕt ®Êu nèi ë mÐp tÊm b¹t phđ 33
H×nh 2-7: Mư¬ng ®µo cã chøa vưa bentonite ®Ó lµm kÝn mÐp biªn .33
H×nh 2-8: HÖ thèng b¬m nưíc vµ khÝ .33
H×nh 2-9 : M« h×nh cè kÕt thÊm .34
H×nh 2-10: M« h×nh ®Êt b·o hoµ nưíc .34
H×nh 2-11: Qu¸ tr×nh cè kÕt thÊm cđa ®Êt b·o hoµ nưíc 36
H×nh 2-12. Ph©n bè ¸p suÊt ch©n kh«ng .39
H×nh 2-13: S¬ ®å bè trÝ vµ ph¹m vi ¶nh hưëng cđa mçi giÕng .42
H×nh 2-14: Sù gi¶m ¸p lùc ch©n kh«ng theo chiÒu s©u èng .42
H×nh 2-15 S¬ ®å tÝnh to¸n cho bµi to¸n ®èi xøng trôc 42
H×nh 2-16 S¬ ®å tÝnh to¸n cho bµi to¸n ph¼ng 47
Hình 3.1. Sơ họa sơ đồ thí nghiệm 53
Hình 3-2. Sơ đồ bố trí 3 vị trí đo áp lực nước lỗ rỗng .54
Hình 3-3. Sơ đồ bố trí 4 đồng hồ đo lún 54 Hình 3-4. Đầu đo áp lực nước lỗ rỗng - Geokon .55
Hình 3-5. Đầu đọc số liệu Datalogger - Geokon LC 2x4 56
Hình 3-6. Kết nối dây của các đầu đo piezometer với datalogger .56
Hình 3-7. Kết nối với máy tính kích hoạt datalogger 57
Hình 3-8. Chọn kiểu ghi số liệu vào datalogger và định dạng kiểu xuất số liệu .57
Hình 3-9. Đồng hồ đo lún và bộ gá đỡ .58
Hình 3-10. Mặt bằng hệ thống thu nước 59
Hình 3-11. Bấc thấm và hệ thống ống đấu nối .59
Hình 3-12. Máy bơm chân không 60
Hình 3-13. Gia công chế bị mẫu 61
Hình 3-14. Lắp đặt thiết bị quan trắc lún .61
Hình 3-15. Làm kín khu xử lý 62
Hình 3-16. Lắp đặt các đồng hồ đo lún và chân không .62
Hình 3-17. Chạy máy bơm và quan trắc số liệu lún và áp lực nước lỗ rỗng .63
Hình 3-18. Biểu đồ quan hệ lún với thời gian trên mô hình thí nghiệm 65
Hình 3-19. Biểu đồ quan hệ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian tại 3 vị trí đo 67
H×nh 4-1: S¬ ®å m« pháng bµi to¸n 76
H×nh 4-2: S¬ ®å vÞ trÝ 3 ®iÓm ®o ¸p lùc nưíc lç rçng trªn m« h×nh .76
H×nh 4-3: S¬ ®å vÞ trÝ 4 ®iÓm ®o lón trªn m« h×nh .77
H×nh 4-4: S¬ ®å ph©n bè lưíi phÇn tö hưu h¹n vµ c¸c ®iÒu kiÖn biªn 77
H×nh 4-5: KÕt qu¶ ph©n bè ¸p lùc nưíc lç rçng t¹i thêi ®iÓm t=0 (ngµy) 78
H×nh 4-6: KÕt qu¶ ph©n bè ¸p lùc nưíc lç rçng t¹i thêi ®iÓm t=1 (ngµy) 78
H×nh 4-7: KÕt qu¶ ph©n bè ¸p lùc nưíc lç rçng t¹i thêi ®iÓm t= 2(ngµy) 79
H×nh 4-11: KÕt qu¶ ph©n tÝch lón t¹i thêi ®iÓm t= 1(ngµy) 82
H×nh 4-12: KÕt qu¶ ph©n tÝch lón t¹i thêi ®iÓm t= 2(ngµy) 83
H×nh 4-8: KÕt qu¶ ph©n bè ¸p lùc nưíc lç rçng t¹i thêi ®iÓm t= 3(ngµy) 79 H×nh 4-9: KÕt qu¶ ph©n bè ¸p lùc nưíc lç rçng t¹i thêi ®iÓm t= 15(ngµy) 80
H×nh 4-10: BiÓu ®å quan hÖ giưa ¸p lùc nưíc lç rçng theo thêi gian t¹i 3 vÞ trÝ 81
Hình 4-13. Biểu đồ quan hệ lún với thời gian trên phần mềm tính toán .84
Hình 4-14. Biểu đồ so sánh quan hệ lún sâu với thời gian tại vị trí ĐH1 .86
Hình 4-15. Biểu đồ so sánh quan hệ lún mặt với thời gian tại vị trí ĐH2 .86
Hình 4-16. Biểu đồ so sánh quan hệ lún sâu với thời gian tại vị trí ĐH3 .86
Hình 4-17. Biểu đồ so sánh quan hệ lún mặt với thời gian tại vị trí ĐH4 86
Hình 4-18. Biểu đồ so sánh quan hệ áp lực nước lỗ rỗng với thời gian tại vị trí VT1 88
Hình 4-19. Biểu đồ so sánh quan hệ áp lực nước lỗ rỗng với thời gian tại vị trí VT2 88
Hình 4-20. Biểu đồ so sánh quan hệ áp lực nước lỗ rỗng với thời gian tại vị trí VT3 .89








DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu xác định gồm 52
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của đất trước thí nghiệm .63
Bảng 3.3: Kết quả độ lún .65
Bảng 3.4: Kết quả áp lực nước lỗ rỗng tại 3 đầu đọc 67
Bảng 3.5: Các chỉ tiêu cơ lý của đất sau thí nghiệm 69
Bảng 4.1: Kết quả áp lực nước lỗ rỗng tại 3 vị trí quan trắc trên hình 4-2 .81
Bảng 4.2: Kết quả đo lún mặt và lún sâu tại 4 vị trí trên hình 4-3 84







1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta ngày nay đang đòi hỏi
xây dựng hàng loạt các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi. Để
đáp ứng nhu cầu phát triển, hội nhập cũng như giảm nhẹ các ảnh hưởng của thiên
tai, biến đổi khí hậu. Nhiều công trình xây dựng ở vùng đồng bằng,ven sông biển có
đất nền là mềm yếu, đòi hỏi phải được xử lý để đảm bảo điều kiện ổn định và độ
bền dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Đối với một số công trình thuỷ lợi như đê,
công trình dưới đê, kè ở ven sông, ven biển các trạm bơm và công trình xử lý nước
thì còn yêu cầu chống thấm trong xử lý nền. Tuy nhiên trong thời gian gần đây do
yêu cầu về mặt tiến độ xử lý nền đất yếu đòi hỏi rất cao về thời gian nên có nhiều
phương pháp được đưa vào áp dụng.
Hiện nay có một số phương pháp xử lý nền đất yếu như sau: Đào bỏ một
phần đất yếu thay thế bằng cát thoát nước tốt; Gia tải trước làm chặt đất đồng thời
đẩy nước ra khỏi đất, làm cọc cát trong nền đất; Các giải pháp làm cứng (cứng hoá)
đất yếu bằng các phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ; Các biện pháp gia cường nền đất yếu
bằng các vật liệu như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, lưới sợi thủy tinh; Phương
pháp cố kết đất bằng phương pháp điện thấm. Tuy các phương pháp trên đã được áp
dụng nhiều trong thực tế nhưng tính hiệu quả chưa cao, thời gian thi công chậm,
không kinh tế đặc biệt là với đê biển, mặt cắt ngang lớn và đê rất dài.
Trong các phương pháp xử lý thì phương pháp hút chân không được đánh giá
hiệu đem lại hiệu quả cao, rút ngắn thời gian thi công, và đặc biệt có thể sử dụng
trên một diên tích rông, đem lại hiệu quả kinh tế. Phương pháp xử lý cố kết hút chân
không đã được áp dụng ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới, ở Việt Nam cũng được
đưa vào áp dụng như tại nhà máy điện Cà Mau;nhà máy Polyester Đình Vũ- Hải
Phòng; nhà máy điện Nhơn Trạch-Đồng Nai. Phương pháp này có những ưu điểm
chính như sau:
- Thiết bị thực hiện đơn giản, giá thành rẻ và phổ thông. 2

- Thời gian thực hiện ngắn vì theo phương pháp này nước và khí được thoát
ra khỏi cốt đất nhanh và triệt để.
- Có thể áp dụng trên diện rộng, phù hợp với đê biển.
Vì vậy trong luận văn này lựa chọn đề tài:” Nghiên cứu công nghệ cố kết
hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình PVTEXT Đình Vũ – Hải
Phòng”.
II. Mục tiêu của đề tài
- Làm rõ nguyên lý, trình tự và phạm vi ứng dụng công nghệ cố kết hút chân
không làm chặt đất nền.
- Mục đích chính của việc thí nghiệm mô hình là nghiên cứu quá trình diễn
biến của áp lực nước lỗ rỗng và biến dạng của nền trong quá trình cố kết bằng bơm
hút chân không, ngoài ra cần phải xác định các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất sau thí
nghiệm để đánh giá tính hiệu quả của phương pháp.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
1. Cách tiếp cận
- Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có trên thế giới và ở trong nước.
- Hướng áp dụng cho từng đối tượng cụ thể, ở đây là xử lý nền đất yếu cho
công trình Pvtext Đình Vũ – Hải Phòng.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có.
- Sử dụng cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết
chân không.
- Sử dụng phư¬ng ph¸p phÇn tö hưu h¹n trªn phÇn mÒm tÝnh to¸n hiÖn ®¹i
Geoslope, phÇn mÒm Sigma/W 3

- Kiểm tra lại việc tính toán và thí nghiệm thông qua việc so sánh kết quả
tìm được của hai phương pháp trên.
IV. Nội dung luận văn
Lời cám ơn.
Mở đầu.
Chương I: Tổng quan về xử lý nền đất yếu.
Chương II: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết
chân không.
Chương III: Mô hình vật lý và thiết bị thí nghiệm.
Chương IV: Tính toán ứng dụng.
Kết luận và kiến nghị.