Nghiên cứu ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến nền đất yếu được xử lý bằng giếng cát cho bãi chứa vật liệu-Nhà máy chế tạo ống thép tỉnh Tiền Giang

 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VÙNG XÁO TRỘN ĐẾN 
 NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG GIẾNG CÁT CHO 
 BÃI CHỨA VẬT LIỆU- NHÀ MÁY CHẾ TẠO ỐNG THÉP 
 TỈNH TIỀN GIANG 
 VÕ PHÁN* 
 NGUYỄN HOÀNG TÂN** 
 Research Influence Of Smear Zone For Soft Soil Treated By Sand Drain 
 In Storage Yards – Steel Pile Factory In Tien Giang Province. 
 Abstract: Treating soft soil by sand drain is a simple and common method, 
 it make ground has a stable settlement quickly and reduces time of process 
 of treating soft soil. However, in process of treating soft soil, smear zone is 
 created and it effect on soft soil which is being treated. This paper show 
 research of influnce of smear zone of sand drain for soft soil treated by 
 sand drain with preloading. Finite element method is used in this 
 reasearch by Plaxis program 2D v8.5. 
 1. GIỚI THIỆU * công đến nền đất yếu là cần thiết, để từ đó có 
 Khi thi công công trình trên nền đất yếu thì thể sử dụng hiệu quả phƣơng pháp giếng cát 
độ lún cố kết của nền là một vấn đề đáng quan trong xử lí nền đất yếu. 
tâm nhất. Do đó cần có biện pháp để giải quyết 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
độ lún đảm bảo công trình xây đƣợc ổn định và 2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát 
giếng cát là một biện pháp xử lí nền hiệu quả, 2.1.1. Lý thuyết cố kết theo phương đứng của 
đơn giản, thông dụng và kinh tế. Giếng cát đƣợc Tezaghi 
thiết kế nhằm tăng tốc độ thoát nƣớc của nền, Lƣu lƣợng dòng thấm ra khỏi phân tố phải 
giúp nền mau đạt đến độ lún ổn định, việc bố trí bằng sự thay đổi thể tích lỗ rỗng : 
giếng cát dựa trên tính toán thiết kế. Tuy nhiên, 2he1
 k 
trong quá trình thi công tạo giếng có những tác v z2 t1 e
động đến nền đất xung quanh thiết bị thi công Nếu hệ số cố kết đƣợc định nghĩa là 
và vùng xáo trộn đƣợc hình thành, gây ảnh k
 C (1) 
hƣởng ít nhiều đến của nền đất yếu đang đƣợc v m 
xử lý. Vì vậy, việc tìm hiểu rõ hơn về ảnh vw
hƣởng của vùng xáo trộn gây ra bởi quá trình thi Độ cố kết trung bình của nền : 
 8 2
* UTov 12 exp (2) 
 Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM 4
 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, TP.Hồ Chí Minh. 
 DD : 0913867008 Trong đó : 
 Email: vphan54@yahoo.com Ctv
** T (3)
 Công ty TNHH Kỹ Thuật Gouvis v h2
 3C - 4C Cư Xá Phan Đăng Lưu, P.3, 
 Q.Bình Thạnh, TP.Hồ Chí Minh. h : Là chiều dài đƣờng thấm; 
 DD: 0984890093 Cv : Hệ số cố kết theo phƣơng đứng; 
 Email: hoangtan07@gmail.com t : Thời gian cố kết; 
 52 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 
 k : Hệ số thấm đứng của đất; Trong thực tế quá trình cố kết của giếng cát 
 mv: Hệ số nén tƣơng đối. là một bài toán đối xứng hình trụ (3D) nhƣng 
 2.1.2. Lời giải lăng trụ cố kết của Hansbo khi sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn thì để 
(1981) : đơn giản trong việc mô phỏng bài toán, thƣờng 
 Phƣơng trình áp lực nƣớc lỗ rỗng trung bình chuyển bài toán về dạng phẳng (2D). Việc 
khi xét xáo trộn và cản giếng : chuyển từ 3D sang 2D bằng cách xem giếng cát 
  w 2  nhƣ một tƣờng thấm phẳng. Từ đó, tính quy đổi 
 ur ez (4) hệ số thấm ngang của đất trong mô hình đối 
 2kth 
 xứng hình trụ sang hệ số thấm ngang tƣơng 
 Theo Terzaghi 
 đƣơng của đất trong mô hình phẳng. 
  ' u
 mm vv 2.2.1. Phƣơng pháp 1: Theo Hird (1992): 
 ttt B là phân nửa bề rộng của mô hình dạng phẳng, 
 Từ đó ta có phƣơng trình áp lực nƣớc lỗ rỗng R là bán kính vùng ảnh hƣởng của giếng cát trong 
trung bình : mô hình đối xứng trụ. Trong điều kiện giữ nguyên 
  w 2 u dạng hình học của mô hình thì B = R. 
 ur m e z v
 Phƣơng pháp của Hird (1992) qui đổi hai hệ 
 2kth  
 Độ cố kết thấm theo phƣơng ngang : số thấm trong vùng xáo trộn và không xáo trộn 
 thành một hệ số thấm duy nhất gọi là gọi hệ số 
 8Th
 Uh 1 exp(5) thấm tƣơng đƣơng. 
 
 z Ảnh hƣởng cản giếng đƣợc xem là độc lập.
 Trong đó : 2 B 
 Qqww 2 (10) 
 Cth R
 Th (6) 
 2 Trong đó : 
 4re
 Qw – lƣu lƣợng của giếng cát trong mô hình 
 kh
 Ch (7) dạng phẳng. 
 mvw 
 qw – lƣu lƣợng của giếng cát trong mô hình 
 2
 nz3 kkhh2 dạng đối xứng hình trụ. 
  z ln lns ( lz ) (8) 
 s42 ksw q Hệ số thấm tƣơng đƣơng của đất trong mô 
 hình dạng phẳng: 
 rres
 ns ;(9) 2
 rr 2Bkha
 ww khp (11)
 2 n kha 3
 kh : Hệ số thấm của đất theo phƣơng ngang 3Rs (ln( ) ln( ) )
 sk 4
trong vùng không xáo trộn; sa 
 ks : Hệ số thấm của đất theo phƣơng ngang Trong đó: 
trong vùng xáo trộn; khp – Hệ số thấm ngang tƣơng đƣơng của đất 
 Ch: Hệ số cố kết theo phƣơng ngang; trong mô hình dạng phẳng. 
 re : Bán kính vùng ảnh hƣởng của giếng cát; kha – Hệ số thấm ngang của đất của vùng 
 rw: Bán kính của giếng cát; không xáo trộn trong mô hình đối xứng hình trụ. 
 rs : Bán kính vùng xáo trộn của giếng cát; ksa – Hệ số thấm ngang của đất của vùng xáo 
 s = rs/rw : Hệ số mở rộng vùng xáo trộn. trộn trong mô hình đối xứng hình trụ. 
 2.2. Mô phỏng bài toán giếng cát theo n = re/rw ; s = rs/rw 
phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Khi xét ảnh hƣởng của vùng xáo trộn s ≠ 1, 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 53 
còn khi không có ảnh hƣởng của vùng xáo trộn không xáo trộn trong mô hình đối xứng hình trụ. 
thì s =1. ksa – Hệ số thấm ngang của đất của vùng xáo 
 2.2.3. Phƣơng pháp 2: Theo Indraratna và trộn trong mô hình đối xứng hình trụ. 
Redana (1997): n = re/rw ; s = rs/rw 
 Phƣơng pháp này xem xét cả 2 nhân tố là hệ Theo Indraratna và Redana (2005): 
số thấm của đất và khoảng cách của giếng cát, 2 (ns )3
vùng xáo trộn đƣợc mô hình một cách rõ ràng. 3nn2 ( 1)
Trong mô hình dạng phẳng thì cùng một lớp đất 
 2(s 1)1
sẽ có 2 giá trị hệ số thấm là trong vùng xáo trộn 2 
  2 [n ( n ss 1) s ( 1)]
và vùng không xáo trộn. nn( 1)3
 Hệ số thấm tƣơng đƣơng của đất trong mô 3. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO BÃI 
hình dạng phẳng (chỉ xét ảnh hƣởng của vùng CHỨA VẬT LIỆU – NHÀ MÁY CHẾ TẠO 
xáo trộn ): ỐNG THÉP TỈNH TIỀN GIANG 
 ' 3.1. Giới thiệu công trình 
 khp 
 (12) Nhà máy chế tạo ống thép do Công ty cổ 
 k k n k 3
 hp hp (ln( ) ha ln( s ) ) phần sản xuất ống thép dầu khí Việt Nam 
 khasa s k 4 (PVPIPE) đầu tƣ xây dựng tại khu công nghiệp 
 Hệ số thấm tƣơng đƣơng của đất trong mô dịch vụ Dầu khí Soài Rạp, huyện Gò Công 
hình dạng phẳng trong vùng không xáo trộn Đông, tỉnh Tiền Giang 
đƣợc tính theo công thức của Hird el at.1992 với Khu đất xây dựng nhà máy có diện tích 46.4 
B = R và s =1. ha nằm về phía Đông Nam Khu công nghiệp. 
 2k
 k ha Phía Đông Bắc là bờ sông 
 hp n k 3
 3(ln( ) ha ln(1) ) Soài Rạp dài 595m. Ba mặt còn lại là đƣờng 
 14ksa nội bộ. Khu công nghiệp và đất trống chƣa sử 
 2k dụng. Diện tích sử dụng đất của nhà máy hiện 
 ha (13)
 3 tại là 22.9 ha, trong đó diện tích nhà xƣởng 4.2 
 3(ln(n ) ) ha, diện tích bãi chứa ống thành phẩm 12 ha. 
 4 
 Trong đó : Khu vực bãi chứa ống có tải trọng khai thác 
 3 T/m2. Do đó cần xử lý nền đất yếu khu vực 
 khp – Hệ số thấm ngang qui đổi của đất trong 
mô hình dạng phẳng trong vùng không xáo trộn. bãi chứa để đảm bảo tính ổn định của nền trong 
 quá trình khai thác. 
 k’hp - Hệ số thấm ngang qui đổi của đất trong 
 3.2. Thông số thiết kế của giếng cát xử lý 
mô hình dạng phẳng trong vùng xáo trộn. 
 nền đất yếu 
 kha – Hệ số thấm ngang của đất của vùng 
 Bảng 1: Thông số tính toán giếng cát 
 Bố trí giếng cát Hình vuông
 Khoảng cách giữa các giếng cát (m) 1.5
 Bán kính vùng ảnh hƣởng giếng cát : re (m) 0.8475
 Bán kính giếng cát : rw (m) 0.2
 n = re / rw 4.2375
 Hệ số thấm đứng của đất yếu kv (m/ngày) 3.629E-05 
 54 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 
 Bảng 2: Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất hố khoan BH19: 
 Lớp 4 : Sét 
 Lớp 3 : Sét dẻo thấp đến 
 dẻo thấp đến dẻo cao, 
 Lớp 1 : Lớp 2: Bùn dẻo cao xám màu xám 
 Giếng 
 STT Tên Ký hiệu Đơn vị Cát đắp Cát san sét trạng nâu, xanh vàng 
 Cát
 lắp thái chảy vàng,trạng thái ,trạng thái 
 dẻo cứng đến dẻo cứng 
 nửa cứng đến nửa 
 cứng
 1 Chiều dày lớp đất m 2.4 3.3 10.6 7.7 13.2
 3
 2 Dung trọng tự nhiên ɣunsat kN/m 18 18 8.14 16.16 15.35 18
 3
 3 Dung trọng bão hòa ɣsat kN/m 19 19 14.91 19.98 19.49 20
 2
 4 Modul đàn hồi Eref kN/m 20000 20000 500 6800 5100 800
 5 Hệ số Poison ν 0.3 0.3 0.35 0.3 0.3 0.3
 6 Lực dính c kN/m3 1 3 5.6 21.5 30.7 1
 7 Góc ma sát trong φ 0 30 30 3 18.5 18.5 30
 8 Góc giãn nở ψ 0 0 0 0 0 0 0
 Hệ số thấm ngang k m/ngày 1 1 6.16E-06 3.46E-06 10
 9 x
 Hệ số thấm đứng ky m/ngày 1 1 3.08E-06 1.73E-06 10
 10 Phần tử tiếp xúc R inter 1 1 0.7 0.8 0.8 1
 11 Ứng xử đất Type Drained Drained Undrained Undrained Undrained Drained 
 Hình 1: Mặt cắt địa chất công trình 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 55 
 3.3. Qui đổi hệ số thấm lớp đất yếu 
 Bảng 3: Hệ số thấm tƣơng đƣơng lớp đất yếu ( lớp 2) theo Hird 
 Vùng xáo trộn kha (m/ngày) ksa (m/ngày) khp (m/ngày)
 s = rs/rw = 1 7.258E-05 3.629E-05 6.972E-05
 s = rs/rw = 2 7.258E-05 3.629E-05 3.488E-05
 s = rs/rw = 3 7.258E-05 3.629E-05 2.699E-05
 s = rs/rw = 4 7.258E-05 3.629E-05 2.326E-05 
 Bảng 4: Hệ số thấm tƣơng đƣơng lớp đất yếu (lớp 2) theo Indraratna 
 Vùng xáo trộn kha (m/ngày) ksa (m/ngày) α β khp (m/ngày) k'hp (m/ngày)
 s = rs/rw = 1 7.258E-05 3.629E-05 0.38914 0 6.972E-05 0
 s = rs/rw = 2 7.258E-05 3.629E-05 0.12846 0.26068 6.972E-05 1.509E-05
 s = rs/rw = 3 7.258E-05 3.629E-05 0.02173 0.36741 6.972E-05 1.507E-05
 s = rs/rw = 4 7.258E-05 3.629E-05 0.00015 0.38899 6.972E-05 1.357E-05
 3.4. Mô hình nền xử lý bằng giếng cát trong Plaxis v8.5: 
 Hình 2 : Mô hình nền xử lý bằng giếng cát 
 4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 
 4.1. Độ lún của cả nền theo Hird, Indraratna 
và so sánh giữa các phƣơng pháp mô phỏng 
 Hình 3: Biểu đồ độ lún của nền theo thời gian Hình 4 : Biểu đồ độ lún của nền theo thời gian 
 theo Hird khi thay đ i vùng xáo trộn theo Indraratna khi đ i vùng xáo trộn 
 56 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 
 Hình 8: Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo 
 Indraratna khi thay đ i vùng xáo trộn 
 Hình 5: So sánh độ lún của nền giữa các phương 
 pháp mô phỏng khi không có vùng xáo trộn 4.3. Độ cố kết lớp đất yếu (lớp 2) theo các 
 phƣơng pháp mô phỏng: 
 Hình 6: So sánh độ lún của nền giữa các 
phương pháp mô phỏng khi vùng xáo trộn s = 2 Hình 9 : So sánh độ cố kết lớp đất yếu theo các 
 phương pháp mô phỏng khi s = 1 
 4.2. Áp lực nƣớc lỗ rỗng tại điểm giữa lớp 
đất yếu (lớp 2) theo Hird, Indraratna: 
 Hình 7: Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo Hird Hình 10: So sánh độ cố kết lớp đất yếu theo các 
 khi thay đ i vùng xáo trộn phương pháp mô phỏng khi s = 3 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015 57 
 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 2. Khi xét đến vùng xáo trộn kiến nghị dùng 
 5.1. Kết luận phƣơng pháp mô phỏng theo Indraratna cho nền 
 1. Khi vùng xáo trộn đƣợc mở rộng, nó làm có 1 lớp đất yếu nằm ở trên cùng. 
giảm độ lún nền tại cùng thời điểm khi không có 
vùng xáo trộn, mức độ tiêu tán áp lực nƣớc lỗ 
rỗng trong lớp đất yếu đƣợc xử lý chậm đi, độ TÀI LIỆU THAM KHẢO 
cố kết nền đất yếu giảm, làm tăng thời gian thi 
công xử lý nền để đạt độ lún yêu cầu. [1]. Trần Quang Hộ, Công trình trên nền đất 
 2. Từ kết quả phân tích số và mô phỏng bằng yếu, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP.HCM, 
plaxis 2D cho thấy khi không xét đến ảnh hƣởng năm 2009. (Tr. 294 – 314 ) 
của vùng xáo trộn thì phƣơng pháp mô phỏng [2]. Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, Nhà xuất 
theo Hird hay Indraratna và Redana đều cho kết bản Đại học quốc gia TP.HCM, năm 2010 
quả độ lún, độ cố kết gần giống với giải tích. [3]. I. Wayan Redana, Effectiveness of 
Khi xét đến vùng xáo trộn thì phƣơng pháp mô vertical drains in soft clay with special 
phỏng theo Indraratna cho kết quả độ lún nhỏ reference to smear effect, University of 
hơn 5% - 10% so với theo Hird. Khi hoàn thành Wollongong (1999). (Tr 1 - 126) 
đợt gia tải, áp lực nƣớc lỗ rỗng ban đầu dùng [4]. C. Rujikiatkamjorn, B. Indraratna, C. 
phƣơng pháp mô phỏng theo Indraratna cho kết Jian, Numerical modelling of soft soil stabilized 
quả lớn hơn 2% -3% so với theo Hird và by vertical drains, combining surcharge and 
Indraratna thể hiện rõ ràng hơn sự tiêu tán áp vacuum preloading for a storage yard, 
lực nƣớc lỗ rỗng chậm đi. Độ cố kết nền đất yếu University of Wollongong (2007). 
dùng phƣơng pháp mô phỏng theo Indraratna [5]. Parsa-Pajouh A., Fatahi H., Khabbaz B, 
gần với giải tích hơn, chênh lệch 3% - 4% so Numerical Analysis to Quantify the Influence of 
với giải tích. Smear Zone Characteristics on Preloading 
 3. Đây chỉ là các khảo sát thuần túy trên phần Design in Soft Clay, School of Civil and 
mềm và chƣa có số liệu đo thực tế kiểm chứng. Environmental Engineering, University of 
 5.2. Kiến nghị Technology Sydney (UTS), Sydney, Australia. 
 1. Công trình đƣợc nghiên cứu, phân tích [6]. Tuan Anh Tran, Toshiyuki Mitachi, 
nhƣng chƣa xét đến sự ảnh hƣởng của cản giếng Finite element modeling of peaty soft ground 
cát và sự thay đổi của vùng xáo trộn theo độ preconsolidated by vertical drains under 
sâu nên cần mở rộng nghiên cứu vấn đề này. vacuum-surcharge preloading. 
 Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN THẾ TƢỜNG 
 58 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2015