Bấc thấm đứng và các giải pháp khai hoang bờ biển Singapore

Giới thiệu

Bấc thấm là một công nghệ được sử dụng từ rất sớm, chúng được gắn liền với các giải pháp thoát nước và cải tạo đất. Những giải pháp thoát nước cho những vùng trũng trên nền đất trầm tích lắng đọng có túi nước hàng triệu năm. Với công nghệ Bấc thấm đứng hoặc Bấc thấm ngang trong thời buổi hiện nay là một giải pháp rất quen thuộc, các bạn có thể đọc thêm ở phần giới thiệu Ứng dụng của Bấc thấm trong xử lý nền đất yếu.

Nhưng Bấc thấm đã được con người dùng nó để khai hoang cả một vùng nước sâu ở tận ngoài khơi trên các lớp đất sét mềm thì đó là một điều thách thức. Một thách thức không nhỏ đối với các kỹ sư Địa kỹ thuật môi trường.

Khu vực cảng Singapore và thành phố cổ xung quanh Kallang và cửa sông Geylang được xây dựng trên nền đất được khai hoang . Tuy nhiên, việc cải tạo đất quy mô lớn đã diễn ra từ đầu 1970 khi Singapore mở rộng và phát triển kinh tế .

Kết quả của việc cải tạo đất, tổng số diện tích của Singapore đã tăng từ 580 km2  vào năm 1962 đến khoảng 700 km2  trong những năm gần đây. Một vùng đất 100 km2 khác sẽ được khai hoang cho đến năm 2030. Giải pháp dùng Bấc thấm đứng và Bấc thấm ngang để cải tạo đất được các kỹ sư thiết kế nơi đây đề xuất cùng các giải pháp mới GIẢI PHÁP NEUSPACE.

Các giải pháp thách thức

Thách thức của vật liệu cát lấp

Ở vùng trầm tích đất sỏi hoặc than bùn, Bấc thấm đứng chỉ cần một lớp gia tải hoặc phía trên nó là đệm đá, đệm cát, hoặc các lớp vật liệu khác như bùn nạo vét. Singapore là một đất nước có diện tích hẹp và tài nguyên cát đá ngày càng khan hiếm. Đất nước họ còn tận dụng các chất bùn thải làm sạch nó và dùng vào việc san lấp các công trình hạ tầng cơ bản. Thách thức lớn nhất vẫn là vật liệu cát lấp và bùn nạo vét để san lấp các mặt đất ngoài khơi dọc bờ biển.

Cải tạo đất đã trở nên thách thức hơn trong những năm gần đây do các yếu tố sau. Các vật liệu lấp hạt có sẵn đang cạn kiệt và đất mềm hoặc đào như bùn đất nạo vét có thể phải được sử dụng. Làm thế nào để cải thiện đất mềm để tăng cường độ bền cắt của nó và giảm độ lún mặt đất do tải trọng của các cấu trúc trên trở thành một thách thức mới.

Việc xử lý một số chất thải công nghiệp như bùn thải đang trở thành một vấn đề do thiếu bãi thải. Một giải pháp là sử dụng những chất thải này làm vật liệu lấp để cải tạo đất.

Thách thức của bấc thấm đứng với nước sâu ở ngoài khơi

Nước ở độ sâu trong các khu vực sẽ cải tạo đất thực hiện ngày càng sâu hơn. Việc cung cấp một lượng lớn vật liệu làm đầy trở thành một thách thức. Số lượng lớn giải quyết gây ra bởi vật liệu nặng như đá để san lấp là một thách thức khác. Các phương pháp khác nhau đã được áp dụng cho xử lý đất gia cố nền móng yếu.

Đánh giá một số phương pháp được đưa ra trong thực tế là. Đối với đất quy mô lớn khai hoang, một trong những giải pháp kinh tế nhất là dùng cống dọc đúc sẳn hay còn gọi là Bấc thấm đứng kết hợp với bơm hút chân không là một giải pháp khả thi nhất và được sử dụng nhiều nơi như Hàn Quốc và Nhật Bản.

Những vấn đề cải tiến

Vùng biển ngoài khơi Singapore ở địa tầng sâu là đất sét yếu có thông số kỹ thuật kém, và cát chảy, ở những vùng đất như thế này sử dụng các phương pháp gia tải và hút chân không cũng trở nên khó khăn, một phương pháp dầm máy có thể thay thế. Phương pháp dùng dầm trong kỹ thuật nền móng có thêm thuật ngữ “Hợp nhất động”, vậy Hợp nhất động là gì ?

Kỹ thuật hợp nhất động bao gồm về cơ bản là thả một vật nặng tới 4 x 10 ⁴ kg từ độ cao khác nhau trong khoảng từ 50 đến 148 ft. Trọng lượng, chiều cao rơi, số lần chuyền để đạt được mức độ nén cần thiết phụ thuộc vào độ dày của đất được nén, tính chất của đất, mực nước ngầm và tính nhất quán của vật liệu nền đất được nén.

Kỹ thuật này đã được sử dụng thành công ở Singapore để cải thiện tính chất của đất lỏng lẻo bằng cách nén sâu cho các loại đất khác nhau (như đất sét, đất sét than bùn và hạt lấp đầy nạo vét) sâu tới khoảng 26 ft. Từ kinh nghiệm có được từ các công việc nén khác nhau, phương pháp hợp nhất động có thể cung cấp một giải pháp nhanh chóng và kinh tế cho một loạt các vấn đề nén sâu.

Một phương pháp khác là trộn xi măng với đất yếu hoặc trộn xi măng và đất hổn hợp tại chỗ hoặc sử dụng phương pháp trộn  xi măng kết hợp. Tuy nhiên, việc sử dụng xi măng là tốn kém. Khi có hàng triệu mét khối được xử lý, chi phí mỗi đơn vị giảm nhẹ có thể dẫn đến một khoản tiết kiệm rất lớn.

Bùn đất sét cũng có thể được khử nước bằng phương pháp ống vải địa kỹ thuật trong đó bùn đất sét được bơm vào các ống làm bằng vải địa kỹ thuật dệt. Các chất rắn của đất được giữ lại bởi vải địa kỹ thuật và nước được củng cố dưới áp lực bơm hoặc dầm nén. Tuy nhiên, phương pháp này có thể chỉ hữu ích khi lượng đất cần cải thiện nhỏ.

Một phương pháp sử dụng bùn thải hoặc các loại vật liệu thải khác để cải tạo đất cũng được đề xuất. Để khắc phục những khó khăn trong việc cải tạo đất ở vùng nước tương đối sâu, một phương pháp cải tạo đất mới, được gọi là phương pháp NeuSpace.

Cải tạo đất mềm

Một khó khăn trong việc sử dụng bùn để cải tạo đất là bề mặt trên quá mềm để máy móc lên trên để thực hiện bất kỳ loại công việc cải tạo đất nào. Do đó, một nền tảng làm việc phải được hình thành bằng cách xử lý vài mét đất trên cùng trước.

Các phương pháp có thể được sử dụng để tạo ra một nền tảng làm việc trên lớp đất mềm bao gồm  phơi nắng, phủ nó bằng cát hoặc đất tốt khác, sử dụng vải địa kỹ thuật, trộn xi măng, và khử nước bằng cách sử dụng hệ thống thoát nước. Hoặc dùng bấc thấm đứng đóng cọc ở mức độ nông, dùng bấc thấm ngang thoát nước tạm thời ở bề mặt.

Dùng vải địa kỹ thuật cường độ cao.

Phương pháp đã được áp dụng cho việc cải tạo đất của một ao bùn siêu mềm ở Singapore như được trình bày . Một hình ảnh cho thấy vị trí của vải địa kỹ thuật cho dự án này. Toàn bộ mảnh vải địa kỹ thuật được kéo từ bên này sang bên kia và được đặt trên đỉnh của bùn. Cát lấp sau đó được đặt lên trên lớp vải địa kỹ thuật. Bấc thấm đứng và vật liệu gia tải lấp đầy đã được sử dụng để củng cố bùn đất sét. Một phương pháp tương tự đã được áp dụng cho việc cải tạo đất cho Sân bay Kitakyushu mới ở Nhật Bản.

Dùng bấc thấm đứng cùng với phương pháp hút chân không

Trong dự án này, đất hoặc bùn thải được thu thập từ nạo vét . Đất được lắng đọng ở dạng bùn và Bấc thấm đứng là cực kỳ mềm và vật liệu gia tải được lấp áp dụng để cải thiện đất mềm. Để cung cấp một nền tảng hoạt động, vải địa kỹ thuật dệt có cường độ 100 kN / m đã được sử dụng để che phủ bùn trước khi lấp cát được tạo thành một nền tảng làm việc và được sử dụng làm gia tải.

Thu hồi đất từ chất thải

Một lượng lớn bùn thải được tạo ra mỗi năm từ việc xử lý nước ở Singapore và nhiều thành phố khác. Việc đổ bùn thải trở thành một thách thức. Một cách là sử dụng bùn thải để cải tạo đất. Với mục đích này, một nghiên cứu đã được thực hiện để trộn bùn thải với các chất thải khác bằng máy trộn. Các tỷ lệ tối ưu cho chất thải khác nhau đã được thiết lập thông qua các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Đối với cải tạo đất, bùn hỗn hợp có thể được bơm trực tiếp qua đường ống bơm vào khu vực cải tạo đất được chỉ định. Thoát nước ngang cộng với áp suất chân không có thể được sử dụng để củng cố bùn hỗn hợp. Vì máy trộn bùn có độ thấm thấp, chân không có thể được sử dụng ngay khi lớp bùn thải đầu tiên được đặt.

Ưu điểm của việc sử dụng áp suất chân không là sẽ có ít rủi ro về môi trường vì nước từ bùn được thu gom tập trung. Bùn hỗn hợp được xử lý theo cách này sẽ có đặc tính địa kỹ thuật tốt hơn nhiều so với đất sét dưới đáy biển. Một tỷ lệ được thiết lập là sử dụng 77%. Bùn, 15% xỉ đồng và 8% xi măng theo trọng lượng hoặc 54% bùn, 37,5% đất sét biển và 8,5% xi măng.

Tuy nhiên, phương pháp này chỉ hữu ích khi mục đích chính là xử lý bùn thải và các chất thải khác vì lượng bùn sản xuất mỗi năm không đủ cho mục đích cải tạo đất quy mô lớn.

PHƯƠNG PHÁP NEUSPACE

Khi việc cải tạo đất phải được thực hiện ở độ sâu hơn 15 m, việc sử dụng đất lấp sẽ không kinh tế. Một phương pháp là sử dụng các cấu trúc hình trụ có kích thước lớn để cải tạo đất và tạo không gian dưới nước cùng lúc như minh họa trong hình. Phương pháp được gọi là NeuSpace này hiện đang được nghiên cứu.

NeuSpace là viết tắt của NEw Underwater Space. Phương pháp này là tận dụng không gian biển để xây dựng cơ sở hạ tầng dưới nước, đồng thời sử dụng mặt trên của cơ sở hạ tầng làm đất khai hoang. Sử dụng phương pháp này, lượng vật liệu san lấp cần thiết có thể được giảm đáng kể và có thể tạo thêm không gian.

Các cấu trúc hình trụ bê tông quy mô lớn có thể được lắp đặt bằng phương pháp thể hiện trong minh họa , tương tự như việc lắp đặt các đường biển hoặc neo hút cho các giàn khoan dầu ngoài khơi. Một ví dụ về việc sử dụng phương pháp này để xây dựng cảng biển được thể hiện trong hình sau.

LỜI KẾT

Bấc thấm đứng và Bấc thấm ngang là một vật liệu rất phổ biến trên thế giới, chúng được sử dụng nhiều nhất ở các quốc gia ven biển có nền địa kỹ thuật môi trường phát triển như Hàn Quốc, Nhật Bản, Singapore, Ấn Độ.

Riêng về Singapore từ những năm 1970 thời kỳ kinh tế bắt đầu phát triển mạnh, đồng nghĩa với các nhu cầu về hạ tầng nóng hơn bao giờ hết. Một đất nước nhỏ hẹp ngày càng lấn ra vùng biển tính đến hàng trăm Km vuông trong một khoảng thời gian rất ngắn. Không đâu có thể “dời non lấp biển” như ở Singapore.

Địa kỹ thuật cũng phát triển gắn liền với tài nguyên nước, ở đất nước này nổi tiếng về xử lý môi trường nước, là một Quốc gia hàng đầu về xử lý nước.

Tài liệu này được viện dẫn bởi Biên tập viên của Hưng  Phú đã tham gia cổng nghiên cứu researchgate. Land reclamation using clay slurry or in deep water: challenges and solutions. Tác giả :Jian Chu and Wei Guo  School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore. Department of Civil, Construction & Environmental Engineering, Iowa State University, IA 50011, United States

Bấc thấm hiện nay ở Việt Nam đã sản xuất và ứng dụng cho các công trình cầu Cảng, gia cố nền đất yếu cho các trụ cầu của các trục đường cao tốc. Hưng Phú trong tương lai gần cũng bắt tay vào sản xuất loại vật liệu phổ biến này. Chúng tôi đã cung cấp tiêu biểu cho một dự án: DA đường hành lang ven biển phía nam – Cà Mau Bấc thấm A1, LD70 số lượng 1.054.000 m.