Nghiên cứu gia cường nền đất yếu có cát san lấp bằng phương pháp thẩm thấu xi măng cho nhà ở thấp tầng tại an giang

Nghiên cứu gia cường nền đất yếu có cát san lấp bằng phương pháp thẩm thấu xi măng cho nhà ở thấp tầng tại an giang Nghiên cứu gia cường nền đất yếu có cát san lấp bằng phương pháp thẩm thấu xi măng cho nhà ở thấp tầng tại an giang Nghiên cứu gia cường nền đất yếu có cát san lấp bằng phương pháp thẩm thấu xi măng cho nhà ở thấp tầng tại an giang Nghiên cứu gia cường nền đất yếu có cát san lấp bằng phương pháp thẩm thấu xi măng cho nhà ở thấp tầng tại an giang

TÓM TẮT Những năm gần đây, việc sử dụng đất trộn xi măng để gia cố đất ngày trở nên phổ biến nước ta, phương pháp trộn ướt chủ yếu quan tâm nhiều đến giải pháp trộn sâu áp dụng cho công trình có quy mơ tải trọng lớn Trong đó, khơng quan tâm đến giải pháp trộn nơng để áp dụng cho nhà thấp tầng, mà đặc biệt vấn đề xây dựng nhà khu dân cư san lấp vật liệu đất trũng, đất ruộng Từ thực trạng thực tế qua nghiên cứu lý thuyết, thực tiễn, thí nghiệm tính tốn mặt kỹ thuật chi phí đầu tư xây dựng việc gia cố đất giải pháp trộn ướt trộn nơng hiệu có khả chịu lực cao khoảng 40% so với cọc đá 45% so với cọc tràm; thời gian thi công nhanh hơn, thi cơng cơng trình xây chen khơng thể đào sâu để gia cố đất nền; chi phí đầu tư xây dựng thấp khoảng 75% chi phí so với cọc đá; khoảng 4,5 lần chi phí so với cọc tràm khoảng 14 lần chi phí so với cọc bê tơng tiết diện nhỏ, đồng thời qua nghiên cứu cho thấy việc gia cố đất phương pháp trộn xi măng với hàm lượng xi măng 300 kg/1m3 cát đảm bảo chất lượng cho việc xây dựng nhà 03 tầng khu dân cư san lấp vật liệu cát với chiều dày lớp cát san lấp từ 2,5m trở lên Do đó, dùng phương pháp để gia cố đất thay cho phương pháp truyền thống gia cố đất cọc đá, cọc tràm, cọc tre, cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ sử dụng vật liệu cát san lấp để trộn với hàm lượng xi măng 300kg/1m3 cát việc xây dựng nhà 03 tầng tỉnh An Giang Luận văn gồm nội dung sau: - Chương I: Tổng quan - Chương II: Cơ sở lý thuyết - Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm - Chương IV: Mô phần mềm Plaxis - Chương V: Các ứng dụng dự kiến phương pháp gia cố nông Kết luận - kiến nghị xii ABSTRACT In recent years, harnessing mixture of ground and cement to reinfore foundation has been becoming more popular in our country, especially the wet mixing method This method, nevertheless, mostly focus on the deep mixing appled for large constructions While there is no interest to the shallow mixing method using for low-rise building, constructing of residential area that standed in sand base at hollow lands or farming lands According to the real situation as well as studying theory, practice, testing and technical analysis, investing cost Applying the shallow mixing method and the wet mixing method in reinforing of foundation is very effective, the force-ability insreased by 40 percent compared to stone pile and 45 percent compared to wood pile Moreover, construction time will be reduced and flexibly constructed at narrow areas when the construction method can not deepen The investing cost is lower around 75 percent compared to stone pile, around 4.5 time compared to wood pile and 14 time compared to micro-concrete pile Besides, this study showed reinfored foundation by mixing ground and cement with ratio around 300 kilograms per one cubic meter This method ensures building quality for the three story house at residential area having thickness of sand base over 2.5 meters Therefore, we can apply this way to replace the traditional methods as stone pile, wood pile, micro-concrete pile in building the low-rise house at An Giang province The thesis consits of contents: - Chapter I: Overview - Chapter II: Theoretical Foundations - Chapter III: Strengthen the ground with cement and reinforce the soil - Chapter III: Empirical Research - Chapter IV: Simulation by Plaxis Software - Chapter V: Estimated applications of agro-reinforcement Conclusion and proposal xiii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN x CẢM TẠ xi TÓM TẮT xii ABSTRACT xiii MỤC LỤC xiv DANH MỤC HÌNH ẢNH xix DANH MỤC BẢNG xxii CHƯƠNG I TỔNG QUAN I Tính cấp thiết định hướng nghiên cứu đề tài: 1 Tính cấp thiết đề tài: Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Đối tượng nghiên cứu: Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài: 4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu: 4.2 Phạm vi nghiên cứu giới hạn đề tài: Phương pháp nghiên cứu: Nội dung nghiên cứu đề tài: Error! Bookmark not defined II Những thông tin chung điều kiện tự nhiên, địa hình, địa chất, nhu cầu xây dựng việc sử dụng loại móng, cọc để gia cố xây dựng nhà An Giang: Điều kiện tự nhiên, địa hình địa chất thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang: 1.1 Đặc điểm khí hậu: 1.2 Địa hình: 1.3 Địa chất: xiv Nhu cầu xây dựng nhà thấp tầng giá rẻ: Các loại móng thơng dụng cho nhà thấp tầng TPLX, tỉnh An Giang: III Tổng quan nghiên cứu nước: 14 Tổng quan nghiên cứu nước: 14 Tổng quan nghiên cứu nước: 20 CHƯƠNG II 24 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1 Nguyên lý gia cường đất xi măng trộn đất chỗ: 24 2.2 Các phương pháp gia cố: 24 2.4.1 Tính tốn ổn định kết cấu cơng trình: 34 2.4.2 Tính tốn sức chịu tải cọc đơn: 35 2.4.4 Tính tốn lún: 36 Sử dụng phần mềm plaxis để thực mô cho nghiên cứu đề tài: 37 CHƯƠNG III 43 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 43 3.1 Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn khu vực thí nghiệm: 43 3.2 Xác định hàm lượng xi măng trộn đất (cát) hợp lý: 44 3.2.1 Tiến hành bước thí nghiệm phịng: 44 3.2.2 Kết thí nghiệm: 45 3.2.3 Nhận xét, đánh giá: 50 3.3 Chế tạo thử nghiệm trộn xi măng đất thực địa: 50 3.4 Phương pháp trộn đất - xi măng máy tự chế: 53 3.5 Tiến hành trộn xi măng - đất thực địa lấy mẫu thí nghiệm: 57 3.6 Thí nghiệm nén trường đất tự nhiên: 61 3.7 Nén tĩnh cọc xi măng - đất với nhóm 09 cọc: 66 CHƯƠNG IV 70 xv MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM PLAXIS 70 4.1 Quy trình thực việc mô phần mền plaxis: 70 4.2 Lựa chọn mơ hình thơng số tính tốn: 70 CHƯƠNG V 77 CÁC ỨNG DỤNG DỰ KIẾN 77 CỦA PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ NÔNG 77 5.1 Các ứng dụng trộn xi măng phương pháp gia cố nông: 77 5.2 Quy trình thiết kế móng cơng trình với đất gia cố xi măng: 77 5.2.1 Xác định tải trọng đất nền: 77 5.2.2 Tính tốn ổn định kết cấu cơng trình: 78 5.2.3 Trình tự bước thiết kế xử lý nền: 78 5.2.4 Tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm trường: 78 5.2.5 Nguyên lý thi công trộn ướt: 78 5.2.6 Các bước thi cơng chính: 79 5.2.7 Vật liệu đảm bảo chất lượng cơng trình: 79 5.2.8 Yêu cầu thiết bị thi công cọc đất xi măng công nghệ trộn ướt: 80 5.3 Ứng dụng việc nghiên cứu vào thực tế cơng trình nhà thấp tầng cát san lấp: 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 Kết luận: 89 Kiến nghị: 90 Hạn chế đề tài: 91 Hướng nghiên cứu tiếp theo: 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM THEO ĐỒ ÁN 94 Mô tả địa chất: 94 xvi Bảng so sánh chi phí sử dụng loại cọc: 107 xvii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTCT BTCT Bê tông cốt thép E Modul đàn hồi G0 Modul cắt [] Giới hạn cắt [δk,n] Giới hạn kéo nén cho phép [c] Giới hạn cắt cho phép 0 Trọng lượng riêng  Hệ số poisson Q Lực cắt l0 Chiều dài h Chiều cao b Chiều rộng F0 Diện tích mặt cắt ρc Hệ số đồng Y Chuyển vị Su Sức chống cắt I Moment quán tính α Hệ số biến dạng γ unsat Dung trọng khô γ sat Dung trọng ướt φ Góc nỡ hơng c Hệ số dính k Hệ số pc Áp lực tiền cố kết p Áp lực thẳng đứng hữu hiệu σho Tổng áp lực ngang ban đầu đất Cu.col Độ bền chống cắt khơng nước xviii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Nhà dân xây dựng cụm, tuyến dân cư vượt lũ An Giang Hình 1-2: Sơ đồ địa giới hành Tp Long Xuyên Hình 1-3: Các ngơi nhà xây dựng ven sông bị sạt lở Hình 1-4: Các nhà xây dựng ven sơng có nguy sạt lở Hình 1-5: Chi tiết móng đơn Hình 1-6: Mặt móng băng Hình 1-7: Mặt móng bè 10 Hình 1-8: Móng cọc bê tơng cốt thép 11 Hình 1-9: Đầm chặt đất máy đầm 12 Hình 1-10: Gia cố đất cọc tràm 12 Hình 1-11: Gia cố đất cọc đá chẻ 13 Hình 1-12: Các máy khoan trộn ướt 14 Hình 1-13: Máy khoan cọc xi măng - đất sau cải tiến 15 Hình 1-14: Máy khoan cọc xi măng - đất khoan nông 17 Hình 1-15: Dây chuyền khoan cọc xi măng đất 18 Hình 1-16: Máy khoan, Các thiết bị khoan cọc xi măng - đất 19 Hình 1-17: Các ứng dụng cọc xi măng - đất phương pháp trộn sâu 22 Hình 2-1: Máy khoan cọc xi măng - đất sau cải tiến 25 Hình 2-2: Các mặt trượt giả định 26 Hình 2-3: Các dạng phá hoại cọc ximăng - đất 27 Hình 2-4: Phá hoại khối 30 Hình 2-5: Ứng suất đất 31 Hình 2-6: Bố trí cọc xi măng - đất 34 Hình 2-7: Mặt giới hạn Mohr Coulomb không gian ứng suất 39 Hình 3-1: Cân điện tử thiết bị lường cát 45 Hình 3-2: Máy trộn khuôn đổ mẫu 45 Hình 3-3: Nén mẫu vữa xi măng phịng thí nghiệm 45 Hình 3-4: Biểu đồ so sánh cường độ vữa hàm lượng khác 50 Hình 3-5: Gia cố cách đổ trực tiếp vào đất kết thí nghiệm 51 Hình 3-6: Thiết bị khoan thủ cơng tự chế 52 xix Hình 3-7: Sơ đồ tổng thể quy trình khoan cọc xi măng - đất 54 Hình 3-8: Bồn trộn vữa motour điện có cơng suất 0,5HP 54 Hình 3-9: Máy bơm khí nén với cơng suất 6,5HP 55 Hình 3-10: Máy khoan cọc xi măng - đất tự chế 55 Hình 3-11: Tời quay máy khoan tay 56 Hình 3-12: Các dạng mũi khoan cọc xi măng - đất tự chế 56 Hình 3-13: Máy phát điện 56 Hình 3-14: Mặt nhóm 09 cọc xi măng - đất thực tế 57 Hình 3-15: Thiết bị mẫu khoan 58 Hình 3-16: Cân điện tử mẫu khoan 58 Hình 3-17: Thiết bị nén mẫu hình trụ 59 Hình 3-18: Thí nghiệm nén mẫu khoan 59 Hình 3-19: Kết mẫu số 01 60 Hình 3-20: Kết mẫu số 02 61 Hình 3-21: Thí nghiệm nén tĩnh đất 63 Hình 3-22: Biểu đồ gia tải đất theo thời gian 63 Hình 3-23: Biểu đồ quan hệ thời gian - chuyển vị (đất nền) 64 Hình 3-24: Biểu đồ quan hệ áp lực - thời gian - chuyển vị 64 Hình 3-25: Biểu đồ quan hệ áp lực - chuyển vị trục đất 65 Hình 3-26: Mặt bố trí cọc 66 Hình 3-27: Thí nghiệm thử tĩnh nhóm cọc 66 Hình 3-28: Biểu đồ gia tải theo thời gian 67 Hình 3-29: Biểu đồ quan hệ thời gian - chuyển vị 67 Hình 3-30: Biểu đồ quan hệ áp lực - thời gian - chuyển vị 68 Hình 3-31: Biểu đồ quan hệ áp lực - chuyển vị trục đất phương án 09 cọc/m2 (đk cọc 0,2m, dài 1,5m) 69 Hình 4-1: Các hình ảnh mơ phần mềm plaxis 71 Hình 4-2: Mesh 3D cho mơ hình 72 Hình 4-3: Kết sau tính tốn - chuyển vị nhóm cọc 72 Hình 4-4: Biểu đồ gia tải theo thời gian 73 Hình 4-5: Biểu đồ quan hệ thời gian - chuyển vị 73 Hình 4-6: Biểu đồ quan hệ áp lực - thời gian - chuyển vị 74 xx Hình 4-7: Biểu đồ quan hệ áp lực - chuyển vị 74 Hình 4-8: Biểu đồ so sánh quan hệ áp lực - chuyển vị loại cọc có đường kính 0,2m với số lượng 09 cọc/1m2 có chiều dài khác (L=1m, 1,5m 2m) 75 Hình 4-9: Biểu đồ quan hệ áp lực - chuyển vị 76 Hình 5-1: Mặt móng thiết kế 87 Hình 5-2: Mặt móng thi cơng thực tế 88 xxi PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM THEO ĐỒ ÁN Mô tả địa chất: theo kết công tác khoan hố khoan trường kết thí nghiệm mẫu nguyên dạng phòng, tổng hợp thống kê số liệu địa chất hố khoan, phân chia địa tầng gồm lớp sau: (1) Lớp Đất đắp ĐĐ: Cát trung màu nâu, xốp Thành phần hạt lớp: cỡ sạn sỏi 0.0%, hạt cát 99.8%, hạt bụi 0.2% sét 0.0% Một số tính chất lý đặc trưng sau: Tính chất Ký hiệu Thơng số Đơn vị Độ ẩm W 26.2 % w 17.69 0.95 (I) 17.55 0.85 (II) 17.82 Dung trọng khô d 14.01 kN/m3 Dung trọng đẩy sub 8.77 kN/m3 Tỉ trọng Gs 2.672 Độ rỗng n 46.5 Hệ số rỗng eo 0.871 Độ bão hòa Sr 80.5 % Giới hạn chảy WL - % Giới hạn dẻo WP - % Dung trọng tự nhiên 94 kN/m3 % Chỉ số dẻo Ip - Độ sệt Is - Thí nghiệm cắt trực tiếp tc 23o24’ 0.95 (I) - 0.85 (II) - Ctc 1.05 C0.95 (I) - C0.85 (II) - Hệ số nén lún a1-2 1.6E-04 m2/kN Moduyn biến dạng E1-2 8930.5 kN/m2 Thí nghiệm SPT N kN/m2 (2) Lớp 1: Bùn sét kẹp cát màu xám nâu Thành phần hạt lớp: cỡ sạn sỏi 0.0%, hạt cát 35.9%, hạt bụi 45.9% sét 18.3% Một số tính chất lý đặc trưng sau: Tính chất Ký hiệu Thơng số Đơn vị Độ ẩm W 41.0 % w 17.17 0.95 (I) 17.11 0.85 (II) 17.23 Dung trọng khô d 12.18 kN/m3 Dung trọng đẩy sub 7.62 kN/m3 Tỉ trọng Gs 2.667 Độ rỗng n 53.4 Hệ số rỗng eo 1.148 Độ bão hòa Sr 95.1 % Giới hạn chảy WL 33.4 % Giới hạn dẻo WP 22.1 % Chỉ số dẻo Ip 11.4 Độ sệt Is 1.66 Thí nghiệm cắt trực tiếp tc 6o27’ 0.95 (I) - 0.85 (II) - Dung trọng tự nhiên 95 kN/m3 % Ctc 6.00 C0.95 (I) - C0.85 (II) - kN/m2 Nén cố kết Áp lực tiền cố kết 72.0 c kPa Chỉ số nén Cc 0.261 Chỉ số nở Cs 0.042 Chỉ số nén lại Cr 0.025 Chỉ số nén thứ cấp C Hệ số cố kết Cv100-200 1.9E-03 cm2/s Hệ số thấm k100-200 6.3E-08 cm/s Hệ số nén lún a1-2 6.3E-04 m2/kN Moduyn biến dạng E1-2 1946.6 kN/m2 Thí nghiệm SPT N 2÷3 0.005 100-200 NÉN CỐ KẾT 96 THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT c 97 98 99 100 THÀNH PHẦN HẠT 101 102 CẮT TRỰC TIẾP 103 104 THÍ NGHIỆM NÉN LÚN 105 106 Bảng so sánh chi phí sử dụng loại cọc: Stt Loại cọc gia cố Cọc đá (tiết diện 0,1m x 0,1m; chiều cọc 1,5m) Cọc tràm (fi 42mm; L=4,7m) Cọc bê tông tiết diện nhỏ (tiết diện 0,15 x 0,15m; L=4m) Cọc xi măng - đất tiết diện nhỏ (đường kính 0,2m; L=1,5m) Giá thành Nhân công Đơn vị Số lượng (đồng/1m2) (đồng/m2) tính (cọc/1m2) (theo giá (theo giá thực tế) thực tế) Thành tiền (đồng) Cọc/m2 09 495.000 135.000 630.000 Cây/m2 25 1.125.000 500.000 1.625.000 Cọc/m2 07 7.000.000 1.120.000 8.120.000 Cọc/m2 09 180.000 180.000 360.000 107 S K L 0 ... 4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu: Việc nghiên cứu ứng dụng giải pháp gia cố móng phương pháp sử dụng vữa xi măng kết hợp với cát san lấp cho cơng trình nhà thấp tầng khu dân cư tỉnh An Giang, với nội... thời gian tới Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - ? ?Nghiên cứu gia cường đất phương pháp gia cố nông xi măng trộn cát cho nhà thấp tầng An Giang? ?? nhằm mang lại hiệu kinh tế, đảm bảo kỹ thuật với mong... thích hợp mang lại hiệu cao xử lý đất yếu[ 14] Việc sử dụng phương pháp trộn xi măng - đất để gia cố đất yếu thời gian chủ yếu dạng cọc (thường gọi cọc xi măng - đất) Đây giải pháp xử lý đất yếu, đồng