Nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu tại khu lấn biển kiên giang bằng phương pháp ổn định toàn khối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ QUỐC KHỞI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU LẤN BIỂN KIÊN GIANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208 SKC007541 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ QUỐC KHỞI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU LẤN BIỂN KIÊN GIANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TỒN KHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CƠNG NGHIỆP - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN TIẾNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 %Ӝ*,È2'Ө&9¬ĈҤ27Ҥ2 75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&6Ѭ3+Ҥ0.Ӻ7+8Ұ7 7+¬1+3+Ӕ+Ӗ&+Ë0,1+ 3+,ӂ81+Ұ1;e7/8Ұ19Ă17+Ҥ&6Ӻ 'jQKFKRJLҧQJYLrQSKҧQELӋQ 7rQÿӅWjLOXұQYăQWKҥFVӻ 1JKLrQFӭXJLҧLSKiSJLDFӕQӅQÿҩW\ӃXWҥLNKXOҩQELӇQ.LrQ*LDQJEҵQJ SKѭѫQJSKiSәQÿӏQKWRjQNKӕL 7rQWiFJLҧ +Ӗ48Ӕ&.+Ӣ, MSHV: 1620804 Ngành: ӻWKXұW[k\GӵQJF{QJWUuQKGkQGөQJYjF{QJQJKLӋS Khóa: 2016 Ĉӏnh Kѭӟng: ӬQJGөQJ +ӑYjWrQQJѭӡLSKҧQELӋQ 76Ĉӛ7KDQK+ҧL &ѫTXDQF{QJWiF ĈҥLKӑF%iFK.KRD7S+&0 ĈLӋQWKRҥLOLrQKӋ 0933876006 ,é.,ӂ11+Ұ1;e7 9ӅKuQKWKӭF NӃWFҩXOXұQYăQ /XұQYăQWKӵFKLӋQÿҥW\rXFҫXWURQJWUDQJYjWjLOLӋXWKDPNKҧR 9ӅQӝLGXQJ 2.1 Nh̵n xét v͉–ÀŠŠ‘ƒŠб…ǡ”Ù”‰ǡЛ…ŠŽЛ…ǡŠï……Š‹Ъ––”‘‰OX̵QYăQ /XұQYăQFyWtQKNKRDKӑFWӕWWUuQKEj\QәLEұWYҩQÿӅFҫQQJKLrQFӭXOjJLDFӕQӅQÿҩW\ӃXWҥLNKXOҩQELӇQ LrQ*LDQJEҵQJSKѭѫQJSKiSәQÿӏQKWRjQNKӕL 2.2 Nh̵š±–¯žŠ‰‹ž˜‹Ю…•у†о‰Š‘Ц…–”À…Š†РЪ–“—М…пƒ‰рк‹Šž……ׯ“—‹¯аŠ Š‹ЮŠŠ…пƒ’Šž’Ž—С–•лŠф—–”À–—Ю +ҫXKӃWFiFNӃWTXҧQJKLrQFӭXPjKӑFYLrQÿѭDUDӣFKѭѫQJ1ÿӅXFyWjLOLӋXWUtFKGүQU}UjQJWX\QKLrQӣ FKѭѫQJ2WKuUҩWtWÿѭDUDFiFQJXӗQWjLOLӋX 9tGөӣWUDQJ48FiFF{QJWKӭFWtQKÿӝO~QOӟSJLDFӕYjÿӝO~QFӕNӃWOjWӯÿkX" 2.3 Nh̵š±–˜Ыͭc tiêu nghiên cͱu, ph˱˯ng pháp nghiên cͱu s͵ dͭng LVTN 0өFWLrXQJKLrQFӭXU}UjQJ 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXOj[iFÿӏQKFiFWK{QJVӕWӯWKtQJKLӋPWURQJSKzQJYjiSGөQJÿӇP{KuQKEҵQJ Geoslope Plaxis 2.4 Nh̵n xét T͝ng quan cͯƒ¯͉ tài 7әQJTXDQÿmQrXU}YҩQÿӅQJKLrQFӭXFӫDFiFWiFJLҧWURQJYjQJRjLQѭӟFFNJQJQKѭFiFF{QJWUuQKÿmVӱ GөQJSKѭѫQJSKiSәQÿӏQKWRjQNKӕL7X\QKLrQKӑFYLrQYLӃWNK{QJÿ~QJWKHRFiFKYLӃWWK{QJWKѭӡQJOj 7tQKFҩSWKLӃWFӫDÿӅWjLYjVDXÿyPӟLÿӃQWәQJTXDQ&KѭѫQJQj\FҫQYLӃWOҥLFKRU}UjQJ 7KrPYjRÿyFiFSKҫQÿѭӧFÿѭDUDYӅF{QJQJKӋWKLF{QJFNJQJQKѭPӝWVӕFiFF{QJWUuQKiSGөQJFNJQJ NK{QJQrXU}SKѭѫQJSKiSәQÿӏQKWRjQNKӕLÿѭӧFOӵDFKӑQYjWtQKWRiQQKѭWKӃQjR" 2.5 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ n͡‹†—‰Ƭ…ŠН–Žрн‰…пƒ 1ӝLGXQJÿӅWjLÿҥW\rXFҫXYӟLPөFWLrXÿӅUD 7X\QKLrQFKѭѫQJ3NKӕLOѭӧQJFy8WUDQJYjÿѭDUDYLӋFOjPWKtQJKLӋPÿҩWWUӝQ[LPăQJQKѭQJNK{QJU} ÿӇ[iFÿӏQKKjPOѭӧQJWӕLѭXÿѭDYjRWKLӃWNӃKD\YҩQÿӅJu" KӕLOѭӧQJTXitWVRYӟLFiFFKѭѫQJFzQOҥLQrQJӝSFKXQJYӟLFKѭѫQJ4 2.6 ŠСš±–¯žŠ‰‹ž˜͉ kh̫£‰ͱng dͭ‰ǡ‰‹ž–”а–Šх…–‹Э…ͯƒ¯͉ tài ĈӅWjLFyJLiWUӏӭQJGөQJFDRÿһFELӋWOjYLӋFVӱGөQJFKRFiFF{QJWUuQKQӅQÿѭӡQJYjVӱGөQJJLDFӕYұW OLӋXÿҩW\ӃXWҥLFKӛ 2.7 Lu̵˜£…О…ŠЯŠ•уƒǡ„е•—‰Šф‰з‹†—‰‰¿ȋ–Š‹͇t sót t͛n t̩i): &iFOѭXêVDX 9LӃWOҥLQӝLGXQJFKѭѫQJ1FKRJӑQ &KѭѫQJ2%ӓPөF2.1NK{QJOLrQTXDQÿӃQFѫVӣOêWKX\ӃW &ҫQQrXU}YLӋFWtQKWRiQFiFF{QJWKӭFÿѭӧFWUtFKGүQWӯÿkX &KѭѫQJ3QrQJӝSFKXQJYjRFKѭѫQJ4 Các hình 3.4, 3.5QrQYӁOҥLFiFWUөFWXQJYjKRjQKFKRU} &KѭѫQJ4Ĉk\OjFKѭѫQJTXDQWUӑQJQKҩWQKѭQJYLӋFWtQKWRiQFKѭDQrXU}FiFWK{QJVӕÿҫXYjR"&ҫQEә VXQJӣFiFEjLWRiQÿmOjP II CÁC VҨ0ӄ CҪN LÀM RÕ &iFFkXK͗LFͯDJL̫QJYLrQSK̫QEL͏Q - a1.0-2.0 0.064 0.238 0.030 - a2.0-4.0 0.040 0.131 0.016 - a4.0-8.0 0.022 21.03 6.42 39.84 5.39E-06 9.09E-06 8.31E-07 22 Moduyn biến dạng E1-2 , kG/cm2 23 Hệ số thấm K , cm/s 0.017 3.1.3 Nhận xét Qua kết qủa khảo sát thí nghiệm tiêu lý cho thấy đất khu vực xây dựng lớp than bùn yếu, có chiều sâu trung bình 5m 3.2 Cấp phối đặc trưng hỗn hợp gia cường 3.2.1 Chế tạo mẫu hỗn hợp 3.2.1.1 Mẫu đất Mẫu đất chọn gồm tổ hợp mẫu lấy độ sâu từ đến 4m vị trí khác đoạn đường đất yếu tuyến đường Đồng Hòa, tỉnh Kiên Giang Kết phân tích tiêu lý cho thấy đất thuộc loại bùn sét hữu cơ, hàm lượng nhóm hạt sét bụi lớn 50%; đất có tính dẻo cao, giới hạn chảy nằm khoảng từ 64% giới hạn dẻo từ 40%; hàm lượng vật chất hữu tương đối cao, dao động khoảng từ 7,4% đến 8,7%; độ pH thấp, khoảng 3,78 Góc ma sát lực dính đất thấp (bảng 3.1) 54 Hình 1: Vị trí đoạn nghiên cứu (Google maps) 3.2.1.2 Xi măng Xi măng sử dụng loại xi măng PCB40 Hà Tiên Kiên Giang, sản xuất theo Tiêu chuẩn TCVN 6260 “Xi măng poóc lăng hỗn hợp – yêu cầu kỹ thuật” Bảng Chỉ tiêu lý đất phá hủy chế bị xi măng PCB40 STT Chỉ tiêu Giá trị Cường độ nén, (Mpa) -3 ngày -7 ngày 18 40 Thời gian đông kết -Bắt đầu, -Kết thúc, Độ nghiền mịn: Phần lại sàn 0,08mm, % 8,6 Độ ăn mòn thể tích, mm 6,7 Hàm lượng SO3, % 1,2 3.2.1.3 Nước Nước dùng để trộn vữa xi măng nước tuân thủ theo yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn “Nước cho bê tông vữa – yêu cầu kỹ thuật” (TCVN 4506 : 2012) 55 3.2.1.4 Chế tạo mẫu Mẫu đất thí nghiệm sau xác định tiêu lý trộn với xi măng ứng hàm lượng xi măng như: 150 kg/m3, 200 kg/m3, 250 kg/m3 (theo khối lượng), tạo tổng cộng tổ hợp mẫu, ký hiệu trình bày (bảng 3.2) Mỗi tổ hợp mẫu chia thành phần nhau, sau đúc thành 03 mẫu Như vậy, tạo tổng cộng 27 mẫu Mẫu thí nghiệm ký hiệu theo tổ hợp chữ số, theo số hàm lượng xi măng Hình Đánh tơi đất xẻng nhỏ Trộn đất – XM thủ cơng Hình 3 Bảo dưỡng mẫu đất nước 56 3.2.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng hỗn hợp gia cường Thí nghiệm nén nở hong tự thực theo tiêu chuẩn ASTM 2166 Kết nén thống kê (Bảng 3.3) Bảng 3 Kết qủa thí nghiệm nén mẫu XM – Đất Tên mẫu Ngày nén Hàm lượng XM (kg/m3) Chiều cao mẫu (mm) Đường kính mẫu (mm) Diện tích TD mẫu (cm2) Trọng lượng mẫu (g) Tỷ lệ N - XM (%) Trọng lượng riêng (g/cm3) Cường độ nén lớn (kgf/cm2) Modun biến dạng (kgf/cm2) M1 - ĐH1 M1 - ĐH1 ngày 28 ngày 150 200 250 150 200 250 141,6 138,4 138,4 134,5 138,6 138,4 73,5 72,5 72,5 72,1 73,4 73,1 42,5 41,3 41,3 40,8 42,3 42,0 910,4 865,8 865,8 845,7 903,2 894,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2,2 3,3 4,4 3,1 3,9 5,0 209,2 257,6 477,0 374,5 618,4 743,0 150 kg/m3 Cường độ kháng nén qu 05 200 kg/m3 4,4 250 kg/m3 3,3 04 03 2,2 ngày Thời gian bảo dưỡng (t) 28 ngày Hình Biểu đồ quan hệ cường độ kháng nén qu theo thời gian t 57 Cường độ nén lớn q7 (kgf/cm2) Sức kháng nén qu Cường độ nén lớn q28 (kgf/cm2) 05 04 04 03 03 02 150 200 Hàm lượng XM (kg/m3) 250 Mơ đun biến dạng E(kgf/cm2) Hình Biểu đồ quan hệ cường độ kháng nén qu với hàm lượng xi măng 800,0 743,0 700,0 618,4 600,0 500,0 374,5 400,0 Ac=150 kg/m3 Ac=200 kg/m3 300,0 Ac=250 kg/m3 200,0 3,9 100,0 3,1 5,0 0,0 0,5 1,5 2,5 Sức kháng nén qu (kgf/cm2) Hình Biểu đồ quan hệ cường độ kháng nén qu với mô đun biến dạng E *Nhận xét: Qua kết thí nghiệm ta thấy: - Các kết nghiên cứu cọc XM – đất cho thấy cường độ nén qu tăng theo thời gian (Hình 3.4) 58 - Khi hàm lượng xi măng tăng cường độ kháng nén lớn hổn hợp tăng (Hình 3.5) - Cường độ nén tăng tuyến tính với mơ đun biến dạng Mô đun biến dạng E từ 50 đến 150 qu Kết phù hợp với kết nghiên cứu Geotesting Express (1996) Mô đun biến dạng E xác định từ mối quan hệ với qu đánh giá khả chống biến dạng đất nền, từ biết chất lượng khối gia cố thi cơng trường (Hình 3.6) Để đảm bảo khối gia cường đạt cường độ cao điều kiện địa chất lớp than bùn yếu, nên ta sử dụng thành phần cấp phối có lực kháng qu mơ đun biến dạng E lớn Cường độ kháng nén lớn qu= kgf/cm2; Mô đun biến dạng E28=743kgf/cm2 Hàm lượng XM 250 kg/cm3 3.3 Mơ tính tốn xử lý đường phương pháp ổn định tồn khối 3.3.1 Mơ hình mơ Sử dụng phương pháp tính đơn giản hóa Bishop ứng dụng chương trình Geoslope Canada áp dụng cho toán ổn định đường, mái dốc Theo “Quy trình khảo sát thiết kế đường đất yếu” 22TCN 262-2000 áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán định trượt sâu (mặt trượt trịn kht sâu vào vùng đất yếu) phải đảm bảo hệ số ổn định nhỏ Kmin = 1.40 Các mơ hình mơ tính tốn thiết kế xử lý đoạn đường đất yếu tuyến đường Đồng Hịa Kiên Giang Mơ hình xây dựng để kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể, độ lún theo tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 262-2000 Trong toán cụ thể như: Thay đổi tăng bề rộng khối gia cường, giảm chiều cao khối gia cường, tăng chiều dày lớp đất yếu thay đổi kích thước khối gia cường với thể tích khối khơng đổi theo điều kiện hệ số ổn định nhỏ Kmin=1.40 Đây tốn để xác định kích thước khối gia cường nhỏ đảm bảo điều kiện kinh tế Với điều kiện địa chất lớp than bùn yếu nên cần phải chọn cấp phối hỗn hợp có cường độ kháng nén qu mơ đun biến dạng E lớn (Theo kết qủa thí nghiệm cấp phối) Để đưa vào mơ hình mơ ta chọn số liệu đầu vào sau: 59 - Chiều dày lớp đất yếu (Hđy): 5m - Bề rộng mặt đường thiết kế (Bmđ): 6,5m - Hàm lượng xi măng: 250 kg/m3 (17% XM) - Trọng lượng riêng: 1,5 (g/cm3) - Cường độ kháng nén lớn qu: kgf/cm2 - Mô đun biến dạng E28=743kgf/cm2 - Tải trọng thiết kế tương đương trục xe 18T Ta có mơ hình (Hình 3.7) Hình Mơ tính tốn ổn định đường Geoslope 3.3.2 Bài toán 1: Xác định bề rộng khối gia cường Trường hợp kiểm toán ổn định đường với chiều dày lớp gia cố H =Hđ =5m; B đ= 6,5m; chọn bề rộng gia cố (B )i thay đổi tăng, trường hợp kiểm tra điều kiện ổn định Tìm mối quan hệ tỷ số (K )i, ta xác định hệ số ổn định cho phép [K xác định giá trị [ đ ] thích hợp 60 đ i hệ số ổn định ] Mục đích tốn Kết tính tốn phần mềm Goeslope ta có trường hợp từ hình 3.8 ÷ hình 3.11 tổng hợp kết bảng 3.4 Khi Bgc=8m Kmin=1,368 Hình Kiểm toán ổn định Geoslope, Bgc=8m Khi Bgc=10m Kmin=1,541 Hình Kiểm tốn ổn định Geoslope, Bgc=10m 61 Khi Bgc=12m Kmin=1,667 Hình 10 Kiểm tốn ổn định Geoslope, Bgc=12m Khi Bgc=14m Kmin=1,784 Hình 11 Kiểm toán ổn định Geoslope, Bgc=14m Bảng Tổng hợp kết toán Trường hợp Bề rộng gia cố ( )( ) Chiều sâu gia cố ( )( ) 8,0 10,0 12,0 14,0 5,0 5,0 5,0 5,0 62 Tỷ số ( đ ) 1,23 1,54 1,85 2,15 Hệ số ổn định ( ) 1,368 1,541 1,667 1,784 Mối quan hệ đ à (K ) ℎư: Tỷ số bề rộng gia cố mặt đường (B /B đ ) 2,50 2,00 1,50 [ đ ] 1,00 0,50 0,00 [Kmin] 1,368 1,541 1,667 1,784 Hệ số ổn định(K min) Hình 12 Biẻu đồ quan hệ  đ à ( ) Kết luận: Từ kết phân tích ta thấy: Hệ số ổn định tăng tuyến tính theo bề rộng gia cố Khi [K ] = 1,4 [ đ ]= 1,29 từ ta xác định bề rộng gia cố thích hợp Trên sở xác định bề rộng thiết kế gia cố 3.3.3 Bài toán 2: Xác định chiều cao khối gia cường Chọn bề rộng gia cố lớn trường hợp (Bài toán 1) B = 14m; Hđ =5m; chọn giảm chiều cao gia cố (H )i, trường hợp kiểm tra điều kiện ổn định Tìm mối quan hệ tỷ số hệ số ổn định cho phép [K đ i (K )i, để tìm giá trị [ đ i hệ số ổn định (K )i, ta xác định ] Mục đích tốn xác định mối quan hệ đ ] thích hợp 63 Kết tính tốn phần mềm Goeslope ta có trường hợp từ hình 3.13 ÷ hình 3.15 tổng hợp kết bảng 3.5 Khi Hgc=4,5m Kmin=0,9 Hình 13 Kiểm toán ổn định Geoslope, Hgc=4,5m Khi Hgc= 4m Kmin=0,8 Hình 14 Kiểm tốn ổn định Geoslope, Hgc=4,0m 64 Khi Hgc= 3,5m Kmin=0,7 Hình 15 Kiểm toán ổn định Geoslope, Hgc=3,5m Bảng Tổng hợp kết toán Trường hợp Bề rộng gia cố ( )( ) Chiều sâu gia cố ( )( ) Tỷ số Hệ số ổn định ( ) đ 14,0 5,0 1,784 14,0 4,5 0,9 1,546 14,0 4,0 0,8 1,343 14,0 3,5 0,7 1,192 Khi thay đổi chiều sâu gia cố (H ) ta có mối quan hệ tỷ số số ổn định (K ) như: 65 đ Hệ 1,2 Tỷ số (Hgc/Hđy) 1 0,9 0,8 0,8 0,7 0,6 0,4 0,2 1,784 1,546 1,343 1,192 HỆ SỐ ỔN ĐỊNH [K ] Hình 16 Biểu đồ quan hệ tỷ số  Hệ số ổn định ( đ ) Kết luận: Khi thay đổi giảm chiều sâu gia cố (H )i hệ số ổn định giảm dần Từ biểu đồ (Hình 3.16) ta [K ] = 1,4 [ đ ]= 0,92 từ ta chọn chiều cao gia cố thích hợp Đây phương án lựa chọn thiết kế kinh tế, nhìn biểu đồ ta thấy giảm chiều dày gia cố điều kiện ổn định K < 1,4 không đạt ổn định biểu đồ xuống hệ số ổn định giảm dần Điều cho thấy cần phải xử lý hết bề dày lớp đất yếu an toàn ổn định thỏa mãn cơng nghệ 3.3.4 Bài tốn 3: Xác định chiều sâu gia cường theo khả công nghệ Chọn bề rộng gia cố lớn trường hợp (Bài toán 1) B = 14m; Giả sử chiều sâu theo công nghệ H =5m không đổi; chọn thay đổi tăng dần chiều dày lớp đất yếu (Hđ )i Tìm mối quan hệ tỷ số đ i hệ số ổn định (K xác định chiều dày lớp đất yếu [Hđy] theo hệ số ổn định cho phép [K )i, ta ] Mục đích tốn để đánh giá khả cơng nghệ gặp trường hợp chiều dày lớp đất yếu lớn 66 Kết tính tốn phần mềm Goeslope ta có trường hợp từ (Hình 3.17 ÷ Hình 3.19) tổng hợp kết bảng 3.6 Khi Hđy=6m Kmin=1,475 Hình 17 Kiểm tốn ổn định Geoslope, Hđy=6,0m Khi Hđy=7m Kmin=1,419 Hình 18 Kiểm tốn ổn định Geoslope, Hđy=7,0m 67 Khi Hđy=8m Kmin=1,330 Hình 19 Kiểm toán ổn định Geoslope, Hđy=8,0m Bảng Tổng hợp kết toán Trường hợp Bề rộng gia cố ( )( ) Chiều dày lớp đất yếu ( đ )( ) Tỷ số Hệ số ổn định ( ) đ 14,0 5,0 1,0 1,784 14,0 6,0 1,1 1,475 14,0 7,0 1,2 1,419 14,0 8,0 1,3 1,330 Khi thay đổi chiều sâu lớp đất yếu (Hđ ) ta có mối quan hệ tỷ số Hệ số ổn định (K ) như: 68 đ ... lý đất yếu Nội dung đề tài ? ?Nghiên cứu giải pháp gia cố đất yếu khu lấn biển Kiên Giang phương pháp ổn định toàn khối? ??, nghiên cứu vấn đề đất đặt ra, số công nghệ xử lý Đồng thời nghiên cứu giải. .. THUẬT TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ QUỐC KHỞI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU TẠI KHU LẤN BIỂN KIÊN GIANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG... giải pháp xử lý đất yếu phương pháp ổn định toàn khối Phương pháp ổn định toàn khối phương pháp sử dụng chất liên kết trộn với đất yếu, để cải thiện đặc trưng lý cho đất yếu nhằm chuyển đổi lớp đất