- i LỜI CẢM ƠN Đây là bản thuyết minh luận văn thạc sĩ của tôi với đề tài: “Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho nhà máy xử lý khí Cà Mau”. - năm 2015, tôi đã được nhận đề tài “Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho nhà máy xử lý khí Cà Mau” dưới sự hướng dẫn của thầy TS. - Tổng quan về nền đất yếu . - Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu . - Các loại đất yếu thường gặp . - Những vấn đề kỹ thuật khi xây dựng công trình trên đất yếu . - Các phƣơng pháp xử lý nền đất yếu phổ biến . - Nội dung phương pháp . - Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm lăn . - Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm rung . - Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi . - Gia cố nền bằng phương pháp trộn xi măng (cọc đất –xi măng . - Phương pháp gia cố nền bằng phương pháp phụt vữa xi măng . - Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu . - Phương pháp gia cố bằng giếng cát, cọc cát . - Phương pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD iv 1.2.5.3. - Phương pháp cố kết hút chân không . - Tổng quan phƣơng pháp tính toán thiết kế dùng trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không . - Tính toán thiết kế xử lý nền bằng bấc thấm theo phương pháp truyền thống (phương pháp tất định . - Phương pháp tính toán thiết kế ngẫu nhiên . - Giới thiệu một số công cụ trong tính toán thiết kế ngẫu nhiên . - Sử dụng phần mềm trong thiết kế bấc thấm . - Sử dụng MatLab trong thiết kế bấc thấm . - Hàm tin cậy và các cấp độ tính toán . - Các cấp độ tính toán . - Kết luận Chƣơng CHƢƠNG 3: ĐỘ TIN CẬY CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP HÚT CHÂN KHÔNG CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ CÀ MAU . - Giới thiệu về dự án nhà máy xử lý khí Cà Mau . - Phạm vi xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp hút chân không . - Cơ sở lý thuyết của hai bài toán cơ bản trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không . - Độ cố kết của nền gia cố bấc thấm . - Độ lún cố kết theo thời gian . - Độ lún còn lại sau thời gian t . - Tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không theo phƣơng pháp truyền thống (TCVN . - Các thông số đầu vào theo phương pháp truyền thống . - Tải trọng tính toán khi xử lý nền . - Các thông số của bấc thấm và các thông số thoát nước . - Tính độ lún sau thời gian xử lý theo phương pháp truyền thống . - Độ lún giai đoạn thi công cắm bấc thấm . - Lựa chọn khoảng cách giữa tim các bấc thấm theo tiêu chuẩn . - Độ cố kết của nền với tải trọng khai thác sau thời gian xử lý và lựa chọn khoảng cách bấc thấm . - Thời gian xử lý nền theo phương pháp truyền thống . - Kết luận tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không theo phương pháp truyền thống (TCVN . - Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp thiết kế tất định . - Ưu điểm của phương pháp thiết kế tất định . - Nhược điểm của phương pháp thiết kế tất định . - Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không tại nhà máy xử lý khí Cà Mau (phƣơng pháp tính toán thiết kế ngẫu nhiên vii 3.4.1. - Phân tích các số liệu đầu vào theo phương pháp ngẫu nhiên . - Các thông số của bấc thấm và các thông số thoát nước theo phương pháp ngẫu nhiên . - Tính độ lún sau thời gian xử lý theo phương pháp ngẫu nhiên . - Tính độ cố kết của nền sau thời gian xử lý theo phương pháp ngẫu nhiên77 3.4.3.1. - Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian xử lý . - Tính thời gian xử lý theo phương pháp ngẫu nhiên . - Kết luận tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không theo phương pháp ngẫu nhiên . - Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên . - Ưu điểm của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên . - Nhược điểm của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên . - So sánh giữa phƣơng pháp tính tất định (tiêu chuẩn) và phƣơng pháp tính toán ngẫu nhiên . - Lựa chọn khoảng cách bấc thấm, tính toán độ cố kết và độ lún dự báo . - Thời gian cần xử lý (thời gian cố kết viii 3.5.3. - Hƣớng nghiên cứu tiếp theo TÀI LIỆU THAM KHẢO CÁC PHỤ LỤC ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng phân phối xác suất của biến ngẫu nhiên rời rạc Bảng 2.2: Kiểm định Chi bình phương của phân phối chuẩn và phân phối Logarit Bảng 3.1: Tổng hợp thông số kỹ thuật của các hạng mục thuộc nhà máy Bảng 3.2: Yêu cầu kỹ thuật của công tác xử lý nền Bảng 3.3: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán theo TCVN Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán theo TCVN Bảng 3.5: Bảng tổng hợp tải trọng tính toán giai đoạn thi công bấc thấm Bảng 3.6: Bảng tổng hợp tải trọng tính toán giai đoạn gia tải chân không Bảng 3.7: Các thông số bấc thấm Bảng 3.8: Các thông số thoát nước theo phương pháp truyền thống Bảng 3.9: Độ lún của nền sau 30 ngày thi công bấc thấm theo phương pháp truyền thống Bảng 3.10: Độ lún của nền sau 150 ngày thi công bấc thấm và hút chân không theo phương pháp truyền thống Bảng 3.11: Bảng tổng hợp tải trọng tính toán giai đoạn khai thác Bảng 3.12: Độ lún ổn định của nền với tải trọng khai thác Bảng 3.13: Độ cố kết của nền dưới tải trọng khai thác sau thời gian xử lý Bảng 3.14: Thời gian xử lý nền và độ cố kết theo phương pháp truyền thống Bảng 3.15: Kết luận kết quả tính toán theo phương pháp truyền thống Bảng 3.16: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất nền trong tính toán theo phương pháp ngẫu nhiên Bảng 3.17: Các thông số thoát nước theo phương pháp ngẫu nhiên x Bảng 3.18: Độ lún của nền sau 30 ngày thi công bấc thấm theo phương pháp ngẫu nhiên Bảng 3.19: Độ lún của nền sau 150 ngày thi công bấc thấm và hút chân không theo phương pháp ngẫu nhiên Bảng 3.20: Độ cố kết trung bình và xác suất đạt và không đạt độ cố kết Bảng 3.21: Độ cố kết sau các giai đoạn xử lý Bảng 3.22: Kết quả tính thời gian cố kết theo phương pháp ngẫu nhiên với các khoảng cách bấc thấm Bảng 3.23: Bảng tổng hợp kết quả tính toán các chi phí với các khoảng cách bấc thấm Bảng 3.24: Bảng tổng hợp kết quả tính toán chi phí với các độ lún dự báo Bảng 3.25: Bảng so sánh khoảng cách bấc thấm, độ cố kết, độ lún dự báo theo phương pháp tính toán tất định và ngẫu nhiên Bảng 3.26: Bảng so sánh thời gian cố kết theo phương pháp truyền thống và ngẫu nhiên Bảng 3.27: Bảng tổng hợp kết quả tính toán theo phương pháp ngẫu nhiên với các trường hợp khác nhau Bảng 3.28: Ảnh hưởng hệ số biến đổi của hệ số cố kết Cv tới thời gian cố kết ......101 xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 0.1: Cấu trúc Luận văn Hình 1.1: Thay thế nền bằng cát Hình 1.2: Làm chặt đất trên mặt bằng đẩm rơi Hình 1.3: Làm chặt đất trên mặt bằng phương pháp đầm lăn Hình 1.4: Làm chặt đất bằng phương pháp đầm rung Hình 1.5: Công nghệ thi công cọc đất-xi măng theo phương pháp MG Hình 1.6: Dây truyền công nghệ thi công trụ đất-xi măng đơn pha Hình 1.7: Cọc cát trong nền đất yếu Hình 1.8: Thi công cắm bấc thấm Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp MCV Hình 2.1: Biểu đồ Venn của hệ xác suất đầy đủ Hình 2.2: Hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên X Hình 2.3: Hàm phân phối tích lũy của biến ngẫu nhiên X Hình 2.4: Các hàm mật độ xác suất với các giá trị µ. - khác nhau Hình 2.5: Các hàm phân phối tích lũy với các giá trị µ. - khác nhau Hình 2.6: Các bước trong quản lý rủi ro và phân tích tối ưu Hình 2.7: Lựa chọn khoảng cách bấc thấm tối ưu Hình 2.8: Các loại bất định trong địa kỹ thuật (Van Gelder Hình 2.9: Hệ thống các bóng đèn mắc nối tiếp và song song Hình 2.10: Các cây sự cố với hệ thống nối tiếp và song song Hình 2.11: Hàm trạng thái giới hạn trong mặt phẳng R-L Hình 3.1: Mặt cắt địa chất điển hình trong khu vực Hình 3.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất nền theo độ sâu Hình 3.3: Phân phối của khối lượng thể tích ướt Vùng Hình 3.4: Phân phối của hệ số rỗng tự nhiên e0 Vùng xii Hình 3.5: Phân phối của hệ số cố kết theo phương đứng Cv Vùng Hình 3.6: Phân phối của áp lực tiền cố kết pc Vùng Hình 3.7: Phân phối của tỉ số A = Ch/Cv Hình 3.8: Phân phối của khối lượng thể tích ướt Vùng Hình 3.9: Phân phối của hệ số rỗng tự nhiên e0 Vùng Hình 3.10: Phân phối của tỉ số kh/ks Hình 3.11: Biểu đồ Histogram của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc thấm d=1,0m Hình 3.12: Biểu đồ Histogram của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc thấm d=1,1m Hình 3.13: Biểu đồ Histogram của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc thấm d=1,2m Hình 3.14: Biểu đồ Histogram của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc thấm d=1,3m Hình 3.15: Biểu đồ Histogram của độ lún sau 150 ngày xử lý với khoảng cách các bấc thấm d=1,4m Hình 3.16: Độ cố kết trung bình với thời gian xử lý khác nhau Hình 3.17: Xác suất tích lũy của độ cố kết trung bình Hình 3.18: Biểu đồ Histogram của thời gian xử lý với d=1,0m Hình 3.19: Biểu đồ Histogram của thời gian xử lý với d=1,1m Hình 3.20: Biểu đồ Histogram của thời gian xử lý với d=1,2m Hình 3.21: Biểu đồ Histogram của thời gian xử lý với d=1,3m Hình 3.22: Biểu đồ Histogram của thời gian xử lý với d=1,4m Hình 3.23: Cây sự cố thời gian cố kết vượt quá thời gian dự báo Hình 3.24: Cây sự cố độ lún sau thời gian xử lý vượt quá thời gian dự báo Hình 3.25: Quan hệ giữa khoảng cách bấc thấm và các chi phí xiii Hình 3.26: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm bằng 1,5 lần cát bơm hút ban đầu Hình 3.27: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm bằng 2,0 lần cát bơm hút ban đầu Hình 3.28: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm bằng 2,5 lần cát bơm hút ban đầu Hình 3.29: Quan hệ giữa độ lún dự báo và chi phí (trường hợp giá cát mua thêm bằng 3,0 lần cát bơm hút ban đầu Hình 3.30: Ảnh hưởng hệ số biến đổi của hệ số cố kết Cv tới thời gian cố kết MỞ ĐẦU 1. - Nhiều công trình không có khả năng lựa chọn linh hoạt địa điểm xây dựng, các công trình bắt buộc phải xây dựng trên nền đất yếu. - do vậy mà trước khi xây dựng bắt buộc phải cải tạo, gia cố nền đất yếu (gọi chung là xử lý nền đất yếu). - Hiện nay, có nhiều phương pháp như: thay thế nền, làm chặt đất bằng cơ học, trộn các chất kết dính vào trong đất, cọc cát, giếng cát, bấc thấm, hút chân không,….Trong số các phương pháp thì phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không là phương pháp có nhiều ưu điểm như: thời gian thi công nhanh do thời gian gia tải ngắn. - hiệu quả xử lý nền cao, kiểm soát chất lượng thi công tốt. - giá thành ưu việt đặc biệt là khi diện tích xử lý rộng. - Hiện nay, việc tính toán xử lý nền bằng bấc thấm thoát nước kết hợp gia tải và hút chân không được áp dụng theo [1] (phương pháp tất định). - Theo phương pháp này các giá trị thiết kế của tải trọng, các thông số đất nền, bấc thấm,…được xem là hằng số, có thể là giá trị trung bình hoặc giá trị lấy theo xác suất thống kê (theo trạng thái giới hạn I và II). - Do vậy, mà thiết kế theo phương pháp tất định có thể dẫn đến việc dự báo độ lún cuối cùng, thời gian cố kết sai lệch. - Theo đó, việc tìm ra được phương pháp tính toán thiết kế khắc phục được những nhược 2 điểm của phương pháp truyền thống hết sức cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học. - Phương pháp tính toán thiết kế ngẫu nhiên (hay theo lý thuyết xác suất thống kê hoặc bất định) là phương pháp tính toán thiết kế dựa trên sự biến thiên của các tham số đầu vào (tải trọng và sức kháng), từ đó tìm ra được xác suất xảy ra hiện tượng. - Đây là phương pháp thiết kế theo xu hướng hiện đại và được nhiều nước tiên tiến trên thế giới áp dụng (Hà Lan, Đức, Anh, Na Uy. - [17].Theo phương pháp này, các thông số đầu vào được mô phỏng bằng quy luật phân phối của chúng và các biến đầu ra cũng có quy luật biến đổi nhất định. - Ngoài ra, tính toán rủi ro dựa trên các hàm tin cậy có thể được thiết lập cho từng phương án thiết kế. - Chính những ưu điểm của phương pháp tính toán thiết kế ngẫu nhiên, tác giả đã quyết định lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho nhà máy xử lý khí Cà Mau”. - Mục đích của đề tài Mục đích nghiên cứu này là tính toán thiết kế bấc thấm theo tiêu chuẩn hiện hành (phương pháp truyền thống) và lý thuyết độ tin cậy (phương pháp ngẫu nhiên), từ đó chỉ ra được những ưu điểm vượt trội của phương pháp ngẫu nhiên so với phương pháp truyền thống như: xác định được các rủi ro của từng phương án thiết kế, lựa chọn được phương án thiết kế tối ưu. - Tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm theo các tiêu chuẩn hiện hành, ưu nhược điểm của phương pháp. - Sử dụng lý thuyết độ tin cậy và các phần mềm ứng dụng hiện có để tính toán, phân tích lựa chọn khoảng cách bấc thấm tối ưu, dự báo độ lún tối ưu cho nhà máy xử lý khí Cà Mau. - Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Phương pháp tính toán trong thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm theo tiêu chuẩn và lý thuyết độ tin cậy. - Phạm vi nghiên cứu: Luận văn chỉ đi nghiên cứu phương pháp tính toán trong thiết kế xử lý nền đất yếu cho nhà máy xử lý khí Cà Mau mà không đi vào công tác thi công. - Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp khảo sát, thu thập số liệu thực tế của dự án nhà máy xử lý khí Cà Mau. - Phương pháp mô hình toán, xác suất, thống kê, tối ưu để phân tích độ tin cậy của giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm. - Mục 1.1: tổng quan về nền đất yếu. - Mục 1.2: Các phương pháp xử lý nền đất yếu phổ biến. - Mục 1.3: Tổng quan phương pháp tính toán thiết kế dùng trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không. - Mục 1.4: Một số công cụ trong tính toán thiết kế ngẫu nhiên. - Mục 2.3: Kết luận Chương 2 Chương 3: Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không cho nhà máy xử lý khí Cà Mau. - Mục 3.1: Giới thiệu về nhà máy xử lý khí Cà Mau. - Mục 3.2: Cơ sở lý thuyết của hai bài toán cơ bản trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không. - Mục 3.3: Tính toán thiết kế xử lý nền 4 đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không theo phương pháp truyền thống. - Mục 3.4: Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không tại nhà máy xử lý khí Cà Mau. - Mục 3.5: So sánh giữa phương pháp tính toán tất định và phương pháp tính toán ngẫu nhiên. - GIỚI MỞ ĐẦU THIỆU TỔNG CHƢƠNG 1 QUAN Tổng quan về vấn đề nghiên cứu LÝ CHƢƠNG 2 THUYẾT Lý thuyết độ tin cậy CHƢƠNG 3 ỨNG Độ tin cậy của giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết DỤNG hợp hút chân không cho nhà máy xử lý khí Cà Mau KẾT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ LUẬN Hình 0.1: Cấu trúc Luận văn 5 1. - Mục 1.1 là tổng quan về nền đất yếu. - Mục 1.2 là các phương pháp xử lý nền đất yếu phổ biến. - Mục 1.3 là tổng quan phương pháp tính toán thiết kế dùng trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp hút chân không. - Mục 1.4 là một số công cụ trong tính toán thiết kế ngẫu nhiên. - Tổng quan về nền đất yếu 1.1.1. - Khái niệm về đất yếu và các tính chất của đất yếu Có nhiều quan niệm khác nhau về đất yếu, nhìn từ góc độ xây dựng, nếu sức chịu tải của nền đất không đáp ứng được yêu cầu của tải trọng, phải xử lý mới có thể thi công và vận hành công trình bình thường thì gọi là đất yếu