ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------oOo------

TRẦN NGUYỄN HOÀNG UYÊN

ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯC
XỬ LÝ BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG TẠI NHÀ
MÁY ĐIỆN CÀ MAU
CHUYÊN NGÀNH

: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 07/2008


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG
BƠM HÚT CHÂN KHƠNG TẠI NHÀ MÁY ĐIỆN CÀ MAU
TĨM TẮT:
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu trên thế giới và Việt
Nam. Trong đó, bơm hút chân không là một phương pháp gia tải mới đã được ứng
dụng thành công tại Việt Nam.
Trong đề tài này nghiên cứu về ứng xử nền đất yếu được xử lý bằng bơm hút
tại nhà máy điện Cà Mau.

Bằng hệ thống quan trắc, sử dụng phương pháp Asaoka và phân tích theo sự
suy giảm áp lực nước lỗ rỗng thặng dư xác định hệ số cố kết theo phương ngang Cr
và so sánh với thí nghiệm hiện trường CPTu và thí nghiệm trong phòng.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mơ phỏng bài tốn gia tải bằng
bơm hút chân không.Mô phỏng áp lực chân không bằng cách áp điều kiện biên là
phù hợp vì phản ánh đúng cơ chế của phương pháp gia tải. Từ đó so sánh, đối chiếu
với giá trị quan trắc thực tế.


SUMMARY OF THESIS
TITLE:

ANALYSIS ON THE BEHAVIOR OF SOFT CLAY BY
VACUUM CONSOLIDATION METHOD AT CA MAU
COMBINED CIRCLE POWER PLANT
ABSTRACT:
Today, many methods have been applied for analyzing and treating soft soil.
This Vacuum Consolidation procedure is a new method to analyze soft soil
foundation and treating settlement which already been applied successfully in Viet
Nam.
In this Thesis we studied and analyzed the behavior of soft clay by Vacuum
consolidation method at CaMau Combine Circle Power Plant.
From the data taken from a properly done monitoring and observation
system, we analyzed the soil properties using Asaoka analysis and pore pressure
decrease analysis procedure. This procedure is taking account to determine the
radial consolidation ratio (Cr) and compared with CPTu in-situ test and laboratory
test.
We used Finite Element Method (FEM) to imitate settlement analyze by
Vacuum Consolidation. Imitate Vacuum pressure with applied boundary condition
is coherence because this method can reflected structure of Settlement Method and

thence we can compare with observational actual value.


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
MỤC LỤC
MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

i

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1

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

2

Mục tiêu của đề tài .........................................................................................................2

3

Phương hướng của đề tài ...............................................................................................2

4

Phạm vi của đề tài nghiên cứu .......................................................................................2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC BẰNG

BƠM HÚT CHÂN KHÔNG
1.1 Khái niệm đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long .............................................3
1.2 Giới thiệu về cải tạo đất bằng phương pháp bơm hút chân không ................................4
1.2.1 Khái niệm............................................................................................................4
1.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển .........................................................................4
1.3 Tình hình ứng dụng phương pháp bơm hút chân không trên thế giới và ở VN ............5
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ THI CÔNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC
BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG
2.1 Cấu tạo của hệ thống gia tải bằng bơm hút chân khơng ................................................7
2.1.1 Hệ thống thốt nước theo phương thẳng đứng ...................................................7
2.1.2 Hệ thống thu nước ngang....................................................................................9
2.1.3 Đệm cát thoát nước .............................................................................................10
2.1.4 Màng địa kỹ thuật ...............................................................................................10
2.1.5 Rãnh chèn màng địa kỹ thuật..............................................................................10
2.1.6 Hệ thống máy bơm hút chân không ....................................................................10


2.2 Phương pháp thi công gia tải bằng bơm hút chân không ..............................................11
2.2.1 Phương pháp thi công .........................................................................................11
2.2.3 Một số hình ảnh thi cơng ....................................................................................12
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH ĐỂ TÍNH TỐN GIA TẢI BẰNG
BƠM HÚT CHÂN KHƠNG
3.1 Cơ sở tính tốn bài tốn cố kết thấm .............................................................................17
3.1.1 Các giả thiết của bài toán cố kết ........................................................................17
3.1.2 Lời giải giải tích cho bài tốn cố kết thấm .........................................................18
3.2 Lý thuyết tính tốn bấc thấm .........................................................................................19
3.2.1 Lý thuyết lực căn đứng cân bằng (Barron ,1948) ...............................................19
3.2.2 Lý thuyết lực căn đứng cân bằng thích hợp (Hansbo, 1981)..............................20
3.3 Nguyên tắc tính tốn bằng gia tải chân khơng ...............................................................21
3.3.1 Phân bố ứng suất trong đất nền khi gia tải bằng chân không .............................21

3.3.2 Độ lún nền đất .....................................................................................................22
3.3.3 Lún tức thời.........................................................................................................23
3.3.4 Lún cố kết ...........................................................................................................23
3.3.5 Lún thứ cấp .........................................................................................................23
3.3.6 Dự tính độ tăng sức chống cắt của nền đất .........................................................24
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU
HẠN ĐỂ PHÂN TÍCH BÀI TỐN GIA TẢI TRƯỚC BẰNG BƠM HÚT CHÂN
KHƠNG
4.1 Giới thiệu sơ lược về phương pháp phần tử hữu hạn ....................................................25
4.2 Mơ hình Cam – Clay ......................................................................................................26
4.2.1 Những lập luận cơ bản của mơ hình Cam – Clay ...............................................26
4.2.2 Các đặc điểm của mơ hình Cam – Clay..............................................................27
4.3 Mơ phỏng bấc thấm trong phương pháp PTHH ............................................................30
4.4 Điều kiện biên trong phương pháp PTHH .....................................................................32
4.5 Mô phỏng áp lực chân không do máy bơm ...................................................................33


CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU Ở CƠNG
TRÌNH NHÀ MÁY ĐIỆN CÀ MAU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU
HẠN
5.1 Mơ tả đặc điểm cơng trình .............................................................................................38
5.2 Mơ tả địa chất cơng trình ...............................................................................................39
5.3 Tính tốn thiết kế cơng trình ..........................................................................................40
5.4 Tính tốn cơng trình sử dụng chương trình máy tính SAGE CRISP ............................40
5.4.1 Giai đoạn thi cơng gia tải ....................................................................................40
5.4.2 Mơ phỏng bài tốn xử lý nền bằng gia tải kết hợp với bấc thấm .......................41
5.4.3 Các kết quả tính tốn ..........................................................................................43
5.5 Phân tích, xử lý các số liệu quan trắc ............................................................................48
5.5.1 Thiết bị quan trắc ................................................................................................48
5.5.2 Phân tích theo phương pháp Asaoka ..................................................................49

5.5.3 Phân tích theo sự suy giảm áp lực nước lỗ rỗng .................................................57
5.5.4 Tính tốn kết quả thí nghiệm CPTu xác định hệ số cố kết ngang ......................62
a.Nguyên tắc của phương pháp phân tích ...........................................................62
b.Kết quả tính tốn ..............................................................................................63
5.5.5 Nhận xét và so sánh kết quả hệ số Cr .................................................................68
5.5.6 So sánh các kết quả lún .......................................................................................69
5.6 Kết quả tính tốn khi thay đổi khoảng cách bấc thấm ...................................................74
5.7 Phân tích ảnh hưởng của q trình bơm hút chân khơng đến q trình gia tải
bằng đất đắp ...........................................................................................................................
5.8 Nghiên cứu, so sánh tốc độ lún khi chỉ có đất đắp và khi bơm hút chân không
kết hợp với đất đắp .................................................................................................................80
CHƯƠNG 6: NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1 Kết luận ..........................................................................................................................84
6.2 Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp..............................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................86


MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
a

:

Hệ số nén.

a0

:

Hệ số nén tương đối.


c

:

Lực dính.

c’

:

Lực dính thốt nước.

Cc

:

Hệ số nén.

Cs

:

Hệ số nở.

Cv

:

Hế số cố kết theo phương đứng.


Ch , Cr

:

Hệ số cố kết theo phương ngang.

e0

:

Hệ số rỗng tự nhiên của đất.

E0

:

Module biến dạng của đất.

G

:

Module đàn hồi biến dạng cắt của đất.

Ip

:

Chỉ số dẻo.


IL

:

Độ sệt.

K

:

Module biến dạng thể tích.

K0

:

Hệ số áp lực đất dính.

Kv

:

Hệ số thấm theo phương đứng.

Kh

:

Hệ số thấm theo phương ngang.


mv

:

Hệ số nén thể tích.

n

:

Độ rỗng của đất.

OCR

:

Hệ số quá cố kết.

LL

:

Độ ẩm giới hạn chảy.

PL

:

Độ ẩm giới hạn dẻo.



pa

:

Áp lực khí quyển.

p’c

:

Áp lực tiền cố kết.

qu

:

Sức chịu nén đơn.

S0

:

Độ lún ban đầu.

Sc

:

Độ lún cố kết.


S

:

Độ lún ổn định cuối cùng.

Sr

:

Độ bảo hòa ban đầu.

u

:

Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư.

u0

:

Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu.

U

:

Mức độ cố kết.


W0

:

Độ ẩm tự nhiên.

ϕ

:

Góc ma sát trong của đất.

ϕ’

:

Góc ma sát trong trong điều kiện thoát nước.

γw

:

Trọng lượng riêng ướt.

γd

:

Trọng lượng riêng khô.


γ’

:

Trọng lượng riêng đẩy nổi.

σvz

:

Ứng suất do trọng lượng bản thân đất.

σz

:

Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra.

τ

:

Sức chống cắt của đất.

υ

:

Hệ số poisson của đất.


εv

:

Biến dạng của đất.


1

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU:
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế gắn liền với
sự phát triển nhanh chóng của cơ sở hạ tầng . Vì vậy địi hỏi cấp thiết đặt ra
cho ngành xây dựng là phải cải tiến và phát triển cả về kỹ thuật lẫn công nghệ
để đáp ứng chất lượng, thời gian mà nhu cầu xã hội đặt ra.
Cơng trình xây dựng khơng những phát triển nhiều ở thành phố Hồ Chí Minh
mà hiện nay đang có hướng mở rộng ra vùng đồng bằng sông Cửu Long. Đây
là khu vực đất yếu địi hịi phải có biện pháp hợp lý trong việc xử lý nền và
thiết kế móng cơng trình. Thơng thường các cơng trình trong q trình thi
công và khai thác xảy ra độ lún rất lớn và kéo dài. Vì vậy vấn đề đặt ra là phải
có giải pháp xử lý nhằm làm tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, tăng
nhanh độ lún cố kết và rút ngắn q trình thi cơng, giảm độ lún của nền trong
q trình khai thác.
Có rất nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Trong đó bơm hút chân khơng là một trong những phương pháp gia tải mới ,
đã được ứng dụng tại Việt Nam.
Phương pháp cố kết chân không đã được áp dụng thành công ở một số nước
do thiếu vật liệu gia tải trước và Trung Quốc là nước tiến hành thử nghiệm
đầu tiên. Tuy nhiên việc ứng dụng thực tế trên cơ sở hiểu biết đủ về cơ chế,

pha khí được giữ liên tục để hút chân không được thực hiện bởi giáo sư J.M.
Cognon.
Trong đề tài này, việc phân tích ứng xử của nền đất yếu bằng bơm hút chân
không được thực hiện ở nhà máy điện đạm Cà Mau nằm ở cực nam Việt Nam.
Đây cũng là một trong những cơng trình đầu tiên ứng dụng thành công
phương pháp cố kết chân không.


2

2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
Mơ phỏng được bài tốn bằng phần mềm SAGE CRISP.
Dùng phương pháp Asaoka xử lý số liệu đo lún để so sánh độ lún thực tế với
độ lún lý thuyết và xác định thông số cố kết Cr của đất nền.
Phân tích tác dụng của q trình bơm hút chân khơng đến việc xử lý nền đất
yếu.
3. PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phương pháp gia tải chân
không.
Bằng hệ thống quan trắc , theo dõi cho phép đánh giá độ lún cố kết bằng phân
tích ngược có sử dụng phương pháp ASAOKA (số liệu quan trắc lún theo thời
gian) và phân tích theo sự suy giảm áp lực nước lỗ rỗng, thí nghiệm CPTu
tính hệ số cố kết Cr.
Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng phương pháp gia tải chân
khơng bằng bài tốn phẳng. Từ đó đối chiếu, so sánh với các số liệu quan trắc
thực tế để kiểm chứng.
So sánh kết quả tính toán bằng phần mềm với số liệu quan trắc thực tế.
4. PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:
Nền đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long cụ thể là Cà Mau.
Chỉ sử dụng mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử 2

chiều.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC BẰNG BƠM
HÚT CHÂN KHÔNG
Khái niệm đất yếu ở khu vực đồng bằng sơng Cửu Long:

1.1

Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0 daN/cm2)
có tính nén lún lớn, hầu như bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), môđun biến
dạng thấp (thường thì E0=50daN/cm2), sức chống cắt nhỏ ....
Theo tài liệu địa chất cơng trình của Phân hội Khoa Học Kỹ Thuật chun
ngành Địa chất cơng trình Việt Nam và tham khảo các tài liệu khảo sát thiết kế,
khoan địa chất cơng trình do Cơng ty Tư Vấn Thiết Kế Giao Thơng Vận Tải Phía
Nam thực hiện, khu vực Đồng bằng Sơng Cửu Long có đặc điểm cơ bản sau :
Phần địa chất ảnh hưởng trực tiếp đến tính tốn xử lý nền móng cơng trình

•

nằm ở lớp trên có bề dày rất lớn chủ yếu là đất bùn sét màu xám nâu, xám
xanh, xám vàng... trạng thái chủ yếu từ nửa cứng – dẻo chảy.
Theo các tài liệu khoan địa chất cơng trình đã thực hiện ở khu vực đồng

•

bằng sơng Cửu Long mặt cắt địa chất thường gặp có thể phân chia như sau:

-

Khu vực ven Thành phố Hồ Chí Minh với các tỉnh Bình Dương và Đồng
Nai, vùng thượng nguồn Vàm Cỏ Đơng, Vàm Cỏ Tây, ven rìa tây Đồng
Tháp Mười, ven biển Hà Tiên đến Rạch Giá, phía đơng bắc Vũng Tàu đến
Biên Hịa là khu vực lớp đất yếu có bề dày trung bình khoảng từ 1÷10m;

-

Khu vực có lớp đất yếu dày từ 5 ÷ > 30m phân bố kế cận các khu vực trên
và chiếm đại bộ phận trung tâm vùng đồng bằng Châu Thổ và vùng Đồng
Tháp Mười;

-

Khu vực có lớp đất yếu dày > 30m chủ yếu thuộc địa phận tỉnh Bến Tre,
Trà Vinh, Tiền Giang, Cà Mau, Cần Giuộc_Long An, Nhà Bè_Thành phố
Hồ Chí Minh, Phú Mỹ _Vũng Tàu....


4

Giới thiệu về cải tạo đất bằng phương pháp bơm hút chân khơng:

1.2
1.2.1

-

Khái niệm

Nội dung chính của phương pháp là: khi vận hành hệ thống bơm hút chân
không, chân không tạo ra trong vùng được xử lý giúp cho nước thốt ra, q
trình cố kết xảy ra làm nền đất lún xuống.

-

Nguyên lý hoạt động: Do sự cách ly giữa mặt đất và lớp khơng khí bên trên,
vùng hút chân không được cô lập, trong khu vực này áp lực nước lỗ rỗng sẽ
hạ thấp, ứng suất hữu hiệu gia tăng lượng tương ứng do ứng suất tổng khơng
đổi. Chính vì vậy gây biến dạng co khối đất, mặt đất lún xuống.

1.2.2

Lịch sử hình thành và phát triển:

Phương pháp bơm hút chân không được giới thiệu đầu tiên năm 1952 tại Thụy Điển
bởi Kjellman ở đại học Royal Geological là một phương pháp hiệu quả để cải thiện
nền đất yếu. Một trong những ứng dụng đầu tiên của kỹ thuật này là vào năm 1957
khi nó được sử dụng trong dự án mở rộng đường băng sân bay quốc tế Philadelphia,
Mỹ với áp lực 50KPa. Trong thập niên 60, nhóm kỹ sư thiết kế của US Corps đã
nghiên cứu để có thể thực hiện được phương pháp cố kết chân khơng cho khu vực
ngập nước. Từ đó, phương pháp này dường như không được nghiên cứu phát triển
thêm mãi đến thập niên 80. Lúc này, mặt bằng đất đai trở nên đắt đỏ và việc vận
chuyển vật liệu đắp trở nên khó khăn đặt biệt là ở khu vực thành thị. Điều này tạo
điều kiện cho sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bơm hút chân khơng, với sự ra
đời của kỹ thuật mới trong việc sử dụng các màng địa kỹ thuật để ngăn cách khơng
khí và các loại máy bơm trở nên phổ biến. Sau đó nhiều dự án cải tạo nền đã được
ứng dụng thành công ở Pháp và nhiều nước khác do công ty Menard thực hiện kể từ
năm 1989. Ngày nay phương pháp gia tải bằng bơm hút chân không đã được sử
dụng rộng rãi như là một sự lựa chọn tối ưu hoặc có thể kết hợp với gia tải bằng đất

đắp.


5

1.3

Tình hình ứng dụng phương pháp hút chân khơng để xử lý nền
đất yếu trên thế giới và ở Việt Nam:

Trên thế giới công nghệ bơm hút chân không được sử dụng rất rộng rãi và đạt đựoc
nhiều thành công trong tạo cố kết cho đất.Ở Việt Nam, việc ứng dụng phương pháp
gia tải bằng hút chân không để xử lý nền còn khá mới mẻ và gần đây đã được sử
dụng ở một số cơng trình lớn và địi hỏi thời gian cố kết nhanh. Tuy nhiên chi phí
của phương pháp này khá tốn kém và đòi hỏi kỹ thuật và các thiết bị thi công tốt .
Bảng bên dưới trình bày một số cơng trình ứng dụng phương pháp gia tải bằng hút
chân không.


6

MỘT SỐ CƠNG TRÌNH BƠM HÚT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Năm

Thành phố

Quốc gia

Cơng trình


Tư vấn

Chủ đầu tư

Diện
tích(m2)

2007

Đồng Nai

Việt Nam

Nhà máy khí điện đạm

Menard

Lilama

2006

Cà Mau

Việt Nam

Nhà máy khí điện đạm

Menard

Lilama


2001

Hamburg

Germany

Airplane warehouse

2001

Bang Bo

Thailand

Powerplant access road

Seatac

1999

Jangyoo SPT

South Korea

Sewage Treatment Plant

KECC

Tp. Khimae


70 000

1999

Quebec

Canada

Công trình cầu

QDOT

ABB Aistom

1 000

1997

Wismar

Germany

Sewage Treatment Plant

Steinfeld

1996

Khimae PS


South Korea

Pumping station

KECC

Tp.Pusan

1996

RN1

French Indies

By – pass

CETE fort

France

1995

Kuching

Malaysia

Wharf

ACER


Transfield

12 000

1995

Khimae STP

South Korea

Sewage Treatment Plant

KECC

Tp. Khimae

83 580

1994

A837-Phase 2

France

Expressway

Scetauroute

ASF


10 000

1994

Lubeck

Germany

Terminal Port Container

INROS

Tp. Lubeck

22 500

1993

A837-Phase 1

France

Expressway

LCPC

ASF

44 500


1992

Ipoh Gopeng

Malaysia

Expressway

ZAIDUNLEEG

PLUS

2 600

1992

Lamentin

French Indies

Expressway

BRGM

DOT

7 805

1991


Lamentin

French Indies

Airport apron

CEBTP

CCI

17 692

1990

Ambes

France

Oil tanks

Mecasol

SAEPG

17 550

1990

Eurotunnel


France

Road development

SETEC

Kênh Euro

56 909

1990

Ambes

France

Road

DOT

21 106

1990

Lomme

France

Warehouse


FONDASOL

DANZAS

1989

Ambes

France

Pilot test

Test area

Test area

IGB-Dr
Maybaum

CETE
Bordeaux

Hamburg
ABB
Aistiom

Cảng
Wismar


90 000

238 000

30 000

15 000
20 000
6 150

8 130
390


7

CHƯƠNG 2
CẤU TẠO VÀ THI CÔNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC BẰNG
BƠM HÚT CHÂN KHÔNG.
Cấu tạo của hệ thống gia tải bằng bơm hút chân khơng:

2.1

1- Hệ thống thốt nước theo phương thẳng đứng.
2- Hệ thống thoát nước ngang.
3- Đệm cát thoát nước.
4- Màng địa kỹ thuật.
5- Rãnh chèn màng địa kỹ thuật.
6- Hệ thống máy bơm hút chân không.
4

3

6

2
5
Máy bơm

1

hệ thống dấn khí
1.Hệ thống thốt
nước đứng

Hình 2.1. Cấu tạo hệ thống gia tải bằng bơm hút chân không

2.1.1

Hệ thống thoát nước theo phương thẳng đứng:
Do chiều dày lớp đất mềm yếu rất dày và độ thấm của đất yếu, tốc độ cố kết

tự nhiên của nền đất có thể rất chậm. Hệ thống thốt nước theo phương thẳng đứng
có tác dụng rút ngắn đường thoát nước trong đất . Thiết bị thốt nước có nhiều loại
với các đặc trưng vật lý khác nhau tạo ra đường thoát nước nhân tạo cho đất.


8

Nguyên lý hoạt động: nước lỗ rỗng thoát ra nhanh theo phương ngang về
thiết bị tiêu nước sau đó chảy tự do theo phương thẳng đứng, dọc theo thiết bị về

phía các lớp dễ thấm nước. Như vậy, việc đặt các thiết bị tiêu nước thẳng đứng
trong đất sét sẽ làm giảm chiều dài đường thấm và dẫn đến giảm thời gian hồn
thành q trình cố kết. Nhờ vậy mà tính thấm theo phương ngang của đất sẽ tốt hơn.
Vì thế , thiết bị tiêu nước thẳng đứng có hai mục đích là tăng nhanh tốc độ cố kết
của nền đất sét và nhanh chóng đạt được độ bền yêu cầu nhằm nâng cao sự ổn định
của cơng trình trên nền đất sét yếu.
Các dạng thoát nước theo phương thẳng đứng cơ bản:
-

Giếng cát thoát nước: lấp đầy cát vào lỗ khoan sẵn. Có thể khoan lỗ bằng xói
nước , khoan chấn động. Loại khoan lỗ bằng xói nước hay chấn động gây
cho đường thấm không ổn định , độ thấm của thành vách thay đổi

-

Thiết bị thoát nước chế tạo sẵn ( bấc thấm hay PVD):

Bấc thấm thường có bề rộng khoảng 100mm, bề dày từ 3-5mm. Lõi bấc thấm là
một lớp băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để đưa nước lên cao và đỡ vỏ bọc ngay
cả khi áp lực lớn. Lõi được bọc bằng lớp vải địa kỹ thuật. Nó có bộ lọc hạn chế
các hạt mịn đi vào lõi làm tắc các thiết bị.
Vỏ: làm từ các chất dẻo tổng hợp hay dệt từ các sợi tổng hợp, tạo màng chắn
đất chỉ cho nuớc thấm qua.
Lõi: làm bằng nhựa cứng để tạo ra những lỗ trống cho nước thốt ra ngồi
qua cọc bản nhựa.
Các đặc điểm của bấc thấm:
• Cho nước trong lổ rỗng của đất thấm vào trong thiết bị.
• Làm đường dẫn để nước lỗ rỗng tập trung có thể chuyển động dọc
theo chiều dài thiết bị để ra ngoài.
So với các loại giếng cát khác, bấc thấm có ưu điểm :

• Tốc độ lắp đặt bấc thấm trung bình 5000m/ngày/máy, làm giảm thời
gian thi công rất nhanh


9

• Trong q trình lắp đặt sẽ khó xảy ra hiện tượng đứt bấc thấm như
trong quá trình nhồi giếng cát hoặc rãnh cát có thể bị đứt đoạn nếu
như tốc độ rút ống q nhanh.
• Trong q trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy
ra hiện tượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra.
• Bấc thấm có khả năng thấm nước cao, hệ số thấm trung bình đạt từ
30.10-6 đến 90.10-6 m3/s trong khi đó một giếng cát có đường kính
350mm thì khả năng thốt nước của nó chỉ đạt 20.10-6 m3/s ( theo kết
quả của Van San Woort, 1994).
• Khi thi công bấc thấm, phạm vi gây nên sự vấy bẩn và phá hoại kết
cấu đất nền nhỏ hơn nhiều so với thi cơng giếng cát.
• Bấc thấm khơng u cầu nước phục vụ thi cơng.
• Dễ dàng kiểm tra chất lượng.
• Thốt nước tốt trong các điều kiện khác nhau.
• Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo sẵn nên chất lượng ổn định.

Hình 2.2 Một số hình ảnh bấc thấm thoát nước đứng
2.1.2 Hệ thống thu nước ngang:
Hệ thống ống thu nước ngang được sử dụng gồm các ống nhựa trịn có đục
lỗ, bên ngồi có bọc vải để chống sự xâm nhập của đất, các ống này được đặt trong
lớp cát thoát nước và nối trực tiếp với máy bơm để hút nước ra khỏi khu vực cần xử
lý.
Cấu tạo:
• Lõi: tạo rãnh thốt nước.



10

• Lớp vỏ bọc: lọc nước thốt ra từ đất để thốt ra ngồi.

Hình 2.3. Hình ảnh ống thu nước ngang
2.1.3 Đệm cát thoát nước:
Đệm cát thoát nước được đắp phía trên mặt đất cần xử lý với chiều dày h
khoảng 0.5m – 1.0m , thuờng xử dụng các hạt thô hoặc cát hạt trung để tạo điều
kiện cho nước thoát dễ dàng. Nếu làm chiều dày nhỏ hơn, đất yếu đặc biệt là đất
bùn, sẽ xâm nhập vào lớp đệm cát làm mất tính chất thốt nước của nó. Nếu có điều
kiện, nên chọn loại cát hạt to để làm đệm cát thoát nước.
2.1.4 Màng địa kỹ thuật:
Màng địa kỹ thuật là một bộ phận rất quan trọng quyết định hiệu quả của
phương pháp bơm hút chân không. Yêu cầu cơ bản của màng địa kỹ thuật là bảo
đảm tuyệt đối an tồn tức là khơng cho phép có kẻ hở hay một lỗ thủng nào dù nhỏ,
bảo đảm an tồn trong lúc bơm hút chân khơng tránh thất thốt khơng khí. Màng địa
kỹ thuật được làm bằng các chất dẻo tổng hợp dày 0,5-1mm.
2.1.5 Rãnh chèn màng địa kỹ thuật:
Mép màng địa kỹ thuật phải được chôn dưới mực nước ngầm để đảm bảo tạo
ra chân không trong khu vực xử lý nền, và loại đất dùng để đắp chèn mép màng địa
kỹ thuật thường sử dụng là loại đất sét. Ngồi ra có thể sử dụng dung dịch bentonite
để đảm bảo tuyệt đối kín cho khu vực đất nền cần xử lý.
2.1.6 Hệ thống máy bơm hút chân không:


11

Hệ thống máy bơm hút chân không được xem như là tải trọng ngoài tác dụng vào

nền đất cần xử lý, có tác dụng hút nước trong nền đất ra bên ngồi do áp lực chân
khơng làm giảm áp lực nước lỗ rỗng trong đất gây ra cố kết bên trong nền đất.
Hệ thống bơm phải tạo ra được tối đa 80-90% áp suất trong đường thấm đứng và
bơm phải đặt cách xa nguồn nước được hút ra. Bơm phải tạo được áp suất chân
không đủ để hút hết lượng nước cố kết cần thiết.
Việc lắp đặt hệ thống bơm như sau: một thùng chứa đặt dưới hệ thống bơm, bơm
được nối với hệ thống thu nước. Hệ thống điều khiển tự động đưa nước hút được
trong bơm xuống thùng chứa và theo dõi lượng nước trong thùng.
Phương pháp thi công phương pháp gia tải bằng bơm hút chân

2.2

không:
2.2.1 Phương pháp thi công:
-

Phân chia khu vực xử lý nền: phạm vi khu vực được xử lý có hiệu quả bởi
một hệ thống bơm hút chân khơng có diện tích khoảng 2000m2 .

-

Xác định giá trị nén trước khi bơm hút chân khơng: do điều kiện thực tế có
nhiều hạn chế nên áp lực nén trước trong nền đạt được vào khoảng 5080Kpa. Các hạn chế do điều kiện máy bơm chân khơng, điều kiện đất nền
(có thể có các lớp thấu kính). Để phục vụ cho thiết kế sơ bộ có thể lấy áp lực
nén trước gần bằng 60Kpa. Các máy bơm chân khơng có đường kính trong
Þ=500 có lưu lượng bơm 35m3/ph có thể tạo áp lực chân khơng khoảng 9095 Kpa.

-

Bơm thử nghiệm để kiểm tra chất lượng toàn bộ hệ thống: trong khoảng 1-2

tuần để kiểm tra chất lượng tồn bộ hệ thống: kiểm tra rị rỉ áp lực, kiểm tra
sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng u.

-

Bơm chính thức để gia tải: trong q trình này phải tiến hành theo dõi, đo
đạt, quan trắc sự làm việc của toàn hệ thống: độ giảm áp lực nước lỗ rỗng u,
đo lượng nước thoát ra, đo chuyển dịch, độ lún, biến dạng tại độ sâu khác
nhau trong nền, đo chuyển dịch ngang, quan sát các vết nứt xảy ra trong nền.


12

2.2.2 Trình tự thi cơng:
-

Tạo mặt bằng thi cơng.

-

Trải vải địa.

-

Đắp lớp đệm cát.

-

Cắm PVD vào trong nền đất.


-

Đặt các đường thoát nước ngang.

-

Gắn đồng hồ đo áp lực và đo chuyển vị.

-

Phủ lớp màng địa kỹ thuật và dán ghép các màng địa kỹ thuật ( màng kín
khí).

-

Chơn lấp mép màng địa kỹ thuật.

-

Nối các ống thoát nước với máy bơm.

-

Tiến hành bơm thử và kiểm tra áp lực, sau đó tiến hành bơm gia tải.

2.2.3 Một số hình ảnh thi công:


13


Hình 2.4. Hình ảnh mặt bằng cắm bấc thấm


14

Hình 2.5. Hình ảnh trải màng ĐKT (màng kín khí)


15

Hình 2.6. Xử lý các mối nối màng ĐKT.


16

Hình 2.7. Hình ảnh hệ thống thu nước theo phương ngang

Hình 2.8. Hình ảnh sau khi đã thi cơng xong màn kín khí


17

CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH ĐỂ TÍNH TỐN GIA TẢI BẰNG BƠM
HÚT CHÂN KHƠNG
3.1 Cơ sở tính tốn bài tốn cố kết thấm:
3.1.1 Các giả thiết của bài toán cố kết
•

Đất nền đồng nhất và bão hịa nước, hạt đất và nước lỗ rỗng khơng bị nén.


•

Độ thay đổi thể tích ∆V của phân tố đất là bé so với thể tích ban đầu của đất.

•

Cố kết thấm tn theo định luật Darcy .

•

Hệ số thấm là hằng số trong suốt q trình cố kết.

•

Từ biến khơng xuất hiện trong quá trình lún.

Khảo sát 1 phân tố dxdydz tại điểm (x, y, z) trong khối đất. Vận tốc thấm v được
phân tích thành 3 thành phần vx, vy, vz. Theo định luật bảo tồn khối lượng thì độ
chênh lệch của lượng nước vào và ra bằng độ thay đổi thể tích của phân tố đất:
∂v y ∂v z
∂v
∂V
=( x +
+
)dxdydz
∂t
∂x
∂y
∂z


(3.1)

∂v y ∂v z
∂v
∂e
= (1 + e)( x +
)
+
∂t
∂x
∂y
∂z

(3.2)

Định luật thấm Darcy tổng quát có dạng:
vx =

k ∂u
k x ∂u
k ∂u
; vy = y
; vz = z
γ w ∂x
γ w ∂y
γ w ∂z

(3.3)


Vi phân (3.2) thay vào (3.3) ta được:
∂u 1 + e
∂ 2u
∂ 2u
∂ 2u
=
(C vx 2 + C vy 2 + C vz 2 )
∂t a 0 γ w
∂x
∂y
∂z

Với C vx =

kx
a0γ w

; C vy =

ky
a0γ w

; C vz =

kz
a0γ w

Nếu bài toán thấm được xem xét trong điều kiện chỉ có thấm thẳng đứng, phương
trình thấm một chiều có dạng:


(3.5)