NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG BẤC THẤM
TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
PGS. TS. TRẦN TUẤN HIỆP ThS. TRẦN ĐỨC ĐÌNH
Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu lựa chọn loại bấc thấm thích hợp và bố trí hợp lý chùng trên mặt bằng nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật khi sử dụng loại vật liệu này trong xử lý nền đất yếu.
Summary: This presents the results of a research into selection of suitable textile weak
drains and their proper arrangement on soft soil site to enhance the cost-effective value .
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sử dụng bấc thấm để tăng nhanh thời gian cố kết của đất yếu là một giải pháp được áp dụng ngày càng rộng rãi trong xây dựng đường ô tô; tuy nhiên hiệu quả của giải pháp phụ thuộc vào hai vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu: lựa chọn loại bấc thấm và bố trí chúng?
Hiện nay trên thị trường đang tồn tại nhiều loại bấc thấm với chất lượng khác nhau của nhiều nhà cung cấp khác nhau, việc sử dụng loại nào trong số đó là một vấn đề phụ thuộc vào hai yếu tố: các nguồn cung cấp và người sử dụng.
CT 2
Các nguồn cung cấp: các thông tin quảng cáo và giới thiệu sản phẩm của các hãng sản xuất, các nhà phân phối thường rất phong phú và đa dạng, nhiều khi những thông tin đó chưa chắc đã chính xác hoàn toàn, chưa thật đầy đủ và thường hướng về mục đích quảng bá, thương mại.
Người sử dụng: các nhà thầu thi công lựa chọn loại bấc thấm nào để sử dụng cho các công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: đã quen dùng, gần nơi cung cấp, do được chào mời, quảng cáo hấp dẫn... mà chưa được nghiên cứu cẩn thận và khách quan các tính năng kỹ thuật và so sánh kinh tế.
Việc bố trí bấc thấm cần cân nhắc trên hai phương diện là bố trí theo chiều sâu và bố trí trên mặt bằng (hình thức bố trí và khoảng cách cắm). Tuy nhiên, việc xác định chiều sâu cắm bấc thấm hiệu quả là một vấn đề phức tạp, phụ thuộc vào sự phân bố các lớp địa chất, đất yếu của từng công trình cụ thể và đang được chúng tôi nghiên cứu; do vậy ở đây chỉ xin phép đề cập tới giải pháp bố trí hợp lý bấc thấm trên mặt bằng.
II. TỔNG HỢP CÁC LOẠI BẤC THẤM PHỔ DỤNG Ở VIỆT NAM
Hiện trên thị trường nước ta có nhiều hãng cung cấp các loại bấc thấm như Geotechnic của Hà Lan, Hyundai của Hàn Quốc, Nylex của Malayxia ... với một số nhà phân phối như: công ty Đầu tư - Thương mại - Xây dựng STD tại Hà Nội (nhà phân phối chính các loại bấc thấm Nylex), công ty TeinCo tại Hà Nội (nhà phân phối chính các loại bấc thấm của Hãng Geotechnic hoặc chi nhánh Geoplast ở Thái Lan), công ty AT&T tại thành phố Hồ Chí Minh (nhà phân phối chính các loại bấc thấm Nylex), công ty kỹ thuật VietCan tại thành phố Hồ Chí Minh (nhà phân phối chính các loại bấc thấm Nylex), các đại lý của Polifel ...
Các loại bấc thấm đang được sử dụng rộng rãi và phổ biến trên thị trường Việt Nam bao gồm một số loại như: MD 7407, MD 88-80, của công ty Geoplast của - Thái Lan thuộc tập đoàn Geotechnic Holland BV - Hà Lan; MW 303, MW - EA, MW - EB6, MW 307, MW 3035, MW 303, FD 403, FD 5 (Flodrain) của công ty Nylex - Malayxia; FD 747w (Flexidrain) do nhà sản xuất Creative Polymer Industries - Singapore; A1, A6 của công ty Chikami của Nhật Bản và được sản xuất tại Thai Miltec Co.Ltd ở Thái Lan...
Các loại bấc thấm rất đa dạng và phong phú với chất lượng và giá thành khác nhau.
Bảng 1 giới thiệu (như là một ví dụ) các chỉ tiêu kỹ thuật của 2 loại bấc thấm A1, A6: Đây là các loại bấc thấm của công ty Chikami -Nhật Bản bao gồm lõi nhựa Polyolefin được gia công đặc biệt để có độ mềm cao và có thể chuyển tải được lượng nước cực đại theo theo các rãnh liên tục trên hai bên của bề mặt lõi nhựa. Lõi nhựa này được bao bọc bởi lớp vỏ là lớp vải lọc không dệt rất bền bằng vật liệu polyester có đặc tính lọc tốt. Loại bấc thấm này đã có mặt từ lâu trên thị trường Việt Nam và được dùng trong một số dự án có yêu cầu xử lý ở mức độ thông thường.
Bảng 1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của các loại bấc thấm A1 và A6
Giá trị
Chỉ tiêu kỹ thuật
Đơn vị
Phương pháp thí nghiệm
Lõi Kết cấu lõi Vật liệu
A6 A1 Rãnh liên tục Polyolefin Vải ĐKT không dệt, sợi liên tục
Vỏ lộc Kết cấu Vật liệu
TCT2
Polyester
Bấc thấm
Khổ rộng
mm
99± 5
99±5
Chiều dày
mm
Trọng lượng Tốc độ thoát nước dưới áp lực 200 kN/m2, I = 1 Tốc độ thoát nước dưới áp lực 200 kN/m2, I = 1
g/m m3/năm m3/năm
ASTM D3776 ASTM D4716 TRI-AXIAL kN/1sp/bề rộng ASTM D4632 kN/1sp/bề rộng ASTM D4632 ASTM D4632 ASTM D4595 ASTM D4595 ASTM D4632 ASTM D4491
kN % % N m/s
ASTM D4751
3.5±0.5 66.5 1500 1000 > 2 > 2 > 1 21.74 3.31 > 0.25 > 1x10-3 ≤ 75
3.5±0.5 66.5 1500 1000 > 2 > 2 > 0.5 22 2.8 > 0.11 > 1x10-3 ≤ 76
Cường độ kéo dật khi lõi khô Cường độ kéo dật khi lõi ướt Cường độ kéo dật của vỏ Độ dãn dài khi đứt Độ dãn dài khi lực kéo 0,5 kN Kháng xé của vỏ Tốc độ thấm của vỏ lọc Kích thước lỗ vỏ lọc O95 Đóng gói Chiều dài cuộn Đường kính ngoài Đường kính trong
μm m m m VNĐ/md
300 1.1 0.25 3500
300 1.1 0.25 3200-3400
Giá thành
Trên cơ sở các kết quả sưu tập các loại bấc thấm hiện phổ biến trên thị trường; chúng tôi tổng hợp và giới thiệu ở bảng 02 một số chỉ tiêu kỹ thuật chính và đơn giá của chúng để các kỹ sư tư vấn tiện tham khảo.
Bảng 2. Tổng hợp các chỉ tiêu chính của các loại bấc thấm
Đơn giá
Chỉ tiêu phân loại
Độ bền chịu kéo
Cỡ mắt lưới của bộ lọc O95
Bề rộng của bấc thấm
Đơn vị
Khả năng thấm của bộ lọc 10-4m/s
Khả năng thoát nước qw trong điều kiện chảy tầng [ở cấp áp lực P (kN/m2)] cm3/s
kN
đ/md
μm
μm
ASTM D4595
Phương pháp thí nghiệm
ASTM D4751
ASTM D4491
ASTM D4716A
100±5
1.0
Yêu cầu
≤ 75
1.0
≥ 60 (350)
100±2
2.0
3650
60 (300)
≤ 75
10.0
MD 7407
100±2
2.5
3750
70 (300)
≤ 75
6.5
MD 88-80
2.5
100±2
3700-4000
60 (300)
≤ 75
2.0
MW303
100±2
1.5
3600
45 (300)
≤ 75
1.0
MW-EB6
100±2
2.2
3700
50 (300)
≤ 90
2.4
Giá trị
MW 307
100±1
2.2
3900
48 (300)
≤ 75
1.5
MW 3035
100±2
2.5
3950
63 (350)
≤ 75
2.4
FD 403
3850
2.0±10% 100±5
55 (240)
≤ 75
2.0
100±4
2.0
3500
48 (200)
≤ 75
10.0
CT 2
FD 747w Thực tế theo kết quả thí nghiệm của các loại bấc thấm A1
2.0
100±4
3200-3400
48 (200)
≤ 76
10.0
A6
III. GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG BẤC THẤM TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
3.1. Phân tích lựa chọn loại bấc thấm
Theo bảng 02, các chỉ tiêu chính và quan trọng nhất của hai loại bấc thấm MD đều tốt hơn các loại bấc thấm khác, đặc biệt là khả năng thấm của bộ lọc. Đây là chỉ tiêu quan trọng đảm bảo cho việc khai thác bấc thấm hiệu quả. Bên cạnh đó các loại bấc thấm MD 7407, MW303, FD 403 cũng có các chỉ tiêu chính rất tốt và cần nên cân nhắc lựa chọn. Hiện nay, loại bấc thấm MW 303 cũng đang được sử dụng tương đối nhiều. Loại bấc thấm FD 403 có tính năng kỹ thuật tương đối tốt cho việc thoát nước nhưng vì mới có trên thị trường Việt Nam, giá thường cao hơn và chưa được dùng nhiều nên hiện vẫn chưa được ưa chuộng. Quy định tối thiểu đối với khả năng thoát nước của bấc thấm ở cấp áp lực 350 kN/m2 phải ≥ 60 cm3/s vì thế theo các tài liệu điều tra khảo sát thì các loại bấc thấm MW-EB6, MW 307, MW 3035, FD 747w, A1, A6 không thật sự có ưu thế với chỉ tiêu khả năng thoát nước, một chỉ tiêu quan trọng đối với bấc thấm.
Để tính toán bố trí bấc thấm xử lý nền đất yếu, cần căn cứ vào điều kiện cụ thể của dự án,
tiến hành các bước sau đây:
- Cân nhắc lựa chọn cách thức bố trí bấc thấm hợp lý trên mặt bằng,
- Xác định khoảng cách bố trí bấc thấm hợp lý,
- Tính toán tổng chiều dài bấc thấm cho cả công trình; áp đơn giá tính tổng chi phí xây lắp,
- So sánh các phương án về kinh tế-kỹ thuật để chọn phương án hợp lý nhất.
3.2. Lựa chọn hình thức bố trí bấc thấm
Tính hiệu quả của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như việc quyết định chiều sâu cắm bấc thấm, hình thức bố trí, khoảng cách giữa các bấc thấm, việc gia tải, biện pháp thoát nước... Trong nghiên cứu này, chiều sâu cắm bấc thấm, tải trọng đắp và gia tải, các biện pháp thoát nước đã được xác định, cần tìm ra hình thức và khoảng cách bố trí bấc thấm để mang lại hiệu quả cao nhất trong việc thoát nước.
Việc bố trí bấc thấm cần tuân thủ các quy định sau:
- Phải bố trí bấc thấm phân bố đều trên mặt bằng công trình có điều kiện địa chất công trình
như nhau.
- Đối với công trình dân dụng và công nghiệp, bấc thấm được bố trí ngay dưới móng công
trình và ra ngoài mép móng công trình một khoảng bằng 0.2 bề rộng đáy móng.
- Đối với công trình đường thì phải bố trí bấc thấm tối thiểu đến chân ta luy của nền đắp.
- Bố trí mạng lưới bấc thấm có thể theo dạng tam giác đều hay hình vuông là hợp lý nhất. Trong quá trình cố kết của nền đất yếu khi cắm bấc thấm, sự cố kết do sự thoát nước trong đất theo phương ngang đến các bấc thấm lớn hơn rất nhiều so với theo phương thẳng đứng vì thế để phát huy hiệu quả đồng đều trên toàn bộ diện tích mặt bằng bố trí bấc thấm, cần bố trí các bấc thấm với khoảng cách giữa chúng như nhau. Trong điều kiện nền đất yếu không biến đổi phức tạp, diện tích vùng thu nước của các bấc thấm là như nhau và tốt nhất nên bố trí bấc thấm nằm ở tâm của vùng đó. Với yêu cầu như vậy, sơ đồ bố trí hình vuông hay tam giác đều là hợp lý.
TCT2
)
m ( 1 d
)
m
( ' 2 d
d1(m )
d2(m )
å è
Ê
å è
Hình 1. Sơ đồ bố trí bấc thấm theo hình vuông Hình 2. Sơ đồ bố trí bấc thấm theo hình tam giác đều
3.3. Xác định khoảng cách bố trí bấc thấm hợp lý
Xuất phát từ độ lún còn lại, tốc dộ lún dự báo, trước khi xây dựng công trình hay mức độ cố kết phải đạt được sau khi tiến hành xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm để tính toán bấc thấm. Quá trình cố kết của nền đất yếu và quá trình chuyển biến áp lực nước lỗ rỗng thành áp lực có hiệu của đất, tăng dần theo sự thoát nước lỗ rỗng. Khả năng thoát nước của bấc thấm được hiểu là lượng nước thoát ra khỏi nền đất yếu trong thời gian xử lý bằng bấc thấm. Trường hợp chung mức độ cố kết phải đạt được tối thiểu là U = 90%. Đối với đường cấp cao có thể áp dụng yêu cầu về tốc độ lún dự báo còn lại là dưới 2 cm/năm. Đối với công trình dân dụng và công nghiệp thì dộ cố kết yêu cầu là U ≥ 90%.
Nền đất có cắm bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng sẽ cố kết theo sơ đồ bài toán đối
xứng trục; áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết U biến đổi theo thời gian thời gian tuỳ thuộc vào khoảng cách bấc thấm D và các tính chất cơ lý của đất (chiều dày h, hệ số cố kết theo phương thẳng đứng và theo phương ngang Cv, Ch).
Tính toán mật độ bấc thấm theo nguyên tắc thử dần với các cự ly cắm bấc thấm khác nhau để tính toán độ cố kết đạt được trong thời gian đã ấn định trước. Tuy nhiên, nếu tiến hành thử dần với sự biến đổi rộng của khoảng cách giữa các bấc thấm thì sẽ rất mất thời gian và không thể cho kết quả chính xác. Vì thế, cần thiết lập mối quan hệ giữa độ cố kết U đạt được với khoảng cách D các bấc thấm để từ đó tìm D chính xác và hợp lý. Xét về mặt kỹ thuật hay khả năng thoát nước đơn thuần thì khoảng cách các bấc thấm càng gần, số lượng bấc thấm cắm càng nhiều càng tốt, càng thoát được nhiều nước và đất sẽ cố kết nhanh. Tuy nhiên, như vậy sẽ không đảm bảo yếu tố kinh tế, đồng thời khi cắm quá gần nhau, trong quá trình thi công sẽ làm nền đất xung quanh xáo động rất lớn, sự xáo động này sẽ làm giảm hoặc mất hẳn sự ưu việt của tính thấm theo phương ngang so với phương thẳng đứng, giảm hệ số thấm theo phương ngang và tạo ra vùng cản trở thấm xung quanh bấc thấm.
Qua tính toán, đối chiếu với các chỉ tiêu kỹ thuật chính (theo khả năng thoát nước và các điều kiện so sánh khác) của các loại bấc thấm trong bảng 02; khoảng cách giữa các bấc thấm của các loại bấc thấm có thể lựa chọn như sau:
lMD 88-80 > lFD 403 > lMD 7407 = lMW303 > lFD 747w > lMW 307 > lA1 = lA6 > lMW 3035 > lMW-EB6
Trên cơ sở lựa chọn cách thức bố trí, khoảng cách bố trí bấc thấm hợp lý, với công trình cụ thể sẽ tính được tổng chiều dài bấc thấm, tiến hành áp giá của các loại bấc thấm theo bảng 02 ta có giá thành công trình khi áp dụng các loại bấc thấm khác nhau để luận chứng xác định phương án sử dụng bấc thấm hợp lý nhất.
3.4. Ví dụ áp dụng
CT 2
Dự án cầu Nhật Tựu - Km86+900.00 - QL38 - Tỉnh Hà Nam.
Hạng mục đường đầu cầu.
Đặc điểm địa chất:
- Địa tầng các đoạn nền đất yếu theo thứ tự từ trên xuống bao gồm các lớp như sau:
+ Lớp D: đất đắp có thành phần sét pha màu xám nâu trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng.
+ Lớp 1: của nền tự nhiên, lớp đất yếu cần xử lý, bùn sét pha màu xám xanh, dày từ 5-11m
+ Lớp 2: Cát hạt nhỏ màu xám xanh, xám đen, trạng thái bão hoà, kết cấu chặt vừa, chiều
dày lớn hơn 5 m (các lỗ khoan nền đường đều kết thúc trong lớp này).
Các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất và kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 3.
Bảng 3. Bảng tổng hợp các kết quả tính toán
Km0+834.0 - Km0+856.5 Km1+110.00 - Km1+150.00
Lý trình TT (2) (3) (4) (1)
Số liệu đầu vào A
22.5 40 Chiều dài đoạn (m) 1
4.5 4.2 Chiều cao đắp (m) 2
5 7 Chiều đày đất yếu (m) 3
Bảng 3 (tiếp)
(1) (2) (3) (4)
B Kết quả tính toán trước khi xử lý
1 Hệ số ổn định 0.83 0.8
2 Tổng lún (m) 0.41 0.55
3 Thời gian đạt U = 90% (năm) 2.5 4.8
C Biện pháp xử lý
1 Biện pháp xử lý Bấc thấm Bấc thấm
2 Hình thức bố trí Tam giác Tam giác
3 Khoảng cách tới tâm (m) 1.3 1.3
4 Chiều sâu cắm bấc thấm (m) 6.2 8.2
5 Tổng chiều dài cắm bấc thấm (m) 2281.6 5293.1
D Kết quả tính toán sau khi xử lý
1 Hệ số ổn định 1.44 1.44
2 Độ cố kết U (%) > 90 >90
3 Độ lún còn lại (cm) 3.3 4.5
4 Thời gian thi công (ngày) 325 325
Kết quả tính toán tổng hợp 1 29 16 Độ cố kết theo phương đứng Uv (%) 2 86 88 Độ cố kết theo phương ngang Uh (%) 3 Độ cố kết chung U (%) 90 90
TCT2
4 Khoảng cách tới tâm (m)
- MD 7407 1.46 1.45
- MD 88-80 1.51 1.5
- MW303 1.46 1.45
- MW-EB6 1.31 1.3
- MW 307 1.39 1.38
- MW 3035 1.35 1.34
- FD 403 1.49 1.48
- FD 747w 1.41 1.4
- A1 1.37 1.36
- A6 1.37 1.36
5 Tổng chiều dài bấc thấm (m) - MD 7407 2212.00 5132.00
- MD 88-80 2156.00 5002.00
- MW303 2212.00 5132.00
- MW-EB6 2410.00 5591.00
- MW 307 2296.00 5327.00
- MW 3035 2398.00 5563.00
- FD 403 2201.00 5106.00
- FD 747w 2263.00 5250.00
Bảng 3 (tiếp)
(1) (2) (3) (4) - A1 2322.00 5387.00 - A6 2322.00 5387.00 6 Thành tiền (VNĐ) - MD 7407 8,073,800.00 18,730,465.80 - MD 88-80 8,085,000.00 18,756,448.76 - MW303 8,516,200.00 19,756,792.70 - MW-EB6 8,676,000.00 20,127,513.85 - MW 307 8,495,200.00 19,708,074.65 - MW 3035 9,352,200.00 21,696,235.02 - FD 403 8,693,950.00 20,169,156.18 - FD 747w 8,101,540.00 18,794,820.03 - A1 8,127,000.00 18,853,884.86 - A6 7,662,600.00 17,776,520.01
IV. KẾT LUẬN
CT 2
