Luận văn thạc sĩ kĩ thuật nghiên cứu các giải pháp xử lý nền công trình trên nền đất yếu tại hải phòng

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hải Phòng thành phố duyên hải, nằm hạ lưu c hệ thống sơng Thái Bình thuộc ồng sơng Hồng có vị tr nằm hoảng từ 20 o35’ ến 21o01’ v ộ Bắc, từ 106o29’ ến 107o05’ inh ộ Đông; ph Bắc Đông Bắc giáp tỉnh Quảng Ninh, ph Tây Bắc giáp tỉnh Hải Dư ng, ph Tây N m giáp tỉnh Thái Bình ph Đông biển Đông với ường bờ biển dài 125 m, n i có cử sơng lớn Bạch Đằng, Cử Cấm, Lạch Tr y, Văn Úc sông Thái Bình Hải Phịng từ lâu ã tiếng cảng biển lớn miền Bắc, u mối gi o thông qu n trọng với hệ thống gi o thông thuỷ, bộ, ường sắt, hàng hông nước quốc tế, cử ch nh r biển c th tỉnh ph Vùng Kinh tế Bắc; u mối gi o thông qu n trọng c trọng iểm Bắc Bộ, h i hành l ng - vành ô Hà Nội i h p tác inh tế Việt Nam - Trung Quốc Ch nh vậy, chiến lư c phát triển inh tế – xã hội vùng châu thổ sơng Hồng, Hải Phịng c xác ịnh cực tăng trưởng c vùng inh tế ộng lực ph Trung tâm inh tế - ho học - Bắc Hà Nội – Hải Phòng – Quảng Ninh ; thuật tổng h p c trung tâm phát triển c Vùng duyên hải Bắc Bộ Vùng Kinh tế trọng iểm Bắc Bộ nước Trong iều iện thuận l i vậy, Hải Phòng ã mạnh mẽ m t, ng phát triển c biệt nghành công nghiệp dịch v Để áp ứng nhu c u phát triển xây dựng hệ thống c sở hạ t ng ồng bộ, thành phố ã triển h i hàng loạt dự án phát tiển hạ t ng quy mơ lớn, qu n trọng, có ngh chiến lư c ối với thành phố vùng inh tế trọng iểm ph Bắc : Dự án Cảng cử ngõ quốc tế Hải Phòng; ường ô tô c o tốc Hà Nội - Hải Phịng; dự án ường c u tơ Tân Vũ - Lạch Huyện; Khu inh tế Đình Vũ - Cát Hải, Dự án cải tạo, nâng cấp Khu b y Cảng hàng hông quốc tế Cát Bi Tuy nhiên, ị hình g n biển, lại n i có cử sông lớn Bạch Đằng, Cử Cấm, Lạch Tr y, Văn Úc sơng Thái Bình nên Hải Phịng n i có ị chất yếu, ảnh hưởng ến sức chịu tải vận hành n tồn c cơng trình Do ó, nghiên cứu ứng d ng công nghệ xử l ất yếu q trình xây dựng cơng trình ị bàn thành phố Hải Phòng c n thiết, nhằm hạn chế tối ảnh hưởng c trình thi cơng, giá thành n tồn, tuổi thọ c iều iện tự nhiên ến q cơng trình Mục đích đề tài M c ch c ề tài nghiên cứu phư ng pháp xử l ất yếu, từ ó áp d ng việc thiết ế thi cơng cơng trình cơng nghiệp dân d ng ị bàn Hải Phòng, r giải pháp tối ưu cho q trình thi cơng vận hành cơng trình Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tư ng nghiên cứu : Các phư ng pháp xử l ất yếu ng c áp d ng Việt N m giới - Phạm vi nghiên cứu : Áp d ng phư ng pháp xử l ất yếu cho cơng trình dân d ng cơng nghiệp vùng nội thành vùng cử sông, ven biển Hải Phòng Phƣơng pháp nghiên cứu Phư ng pháp t nh toán thiết ế l thuyết ết h p với tài liệu nước Triển h i ứng d ng t nh toán thiết ế ể tối ưu hó xử l ất yếu vào cơng trình c thể, từ ó r iến nghị cơng tác thiết ế ể tối ưu hó cơng tác xử l ất yếu cơng trình dân d ng công nghiệp ị bàn Hải Phòng Ý nghĩa khoa học đề tài Kết nghiên cứu c ề tài m ng ngh ho học thực tiễn c o Góp ph n vào công tác nghiên cứu xử l ất yếu hi xây dựng cơng trình dân d ng cơng nghiệp ị bàn thành phố Hải Phịng Qu tài liệu ho học người ỹ sư nhà nghiên cứu có thêm tài liệu ể ph c v cho công tác nghiên cứu thiết ế CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ L NỀN Tổng quan đất yếu 1.1 hái niệm đất yếu Hiện n y, tồn h i qu n iểm ất yếu Qu n iểm thứ có t nh tuyệt ối , ất yếu loại ất hông th ch h p sử d ng làm cho bất ỳ cơng trình Theo tiêu chuẩn xây dựng hành c Việt N m, ất yếu loại ất trạng thái tự nhiên có ộ ẩm g n ho c lớn h n giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, góc m sát nhỏ  < 10o , có lực d nh ết theo ết cắt nh nh hơng nước C < 0,15 G/cm2, có lực d nh ết theo ết cắt cánh trường Cu < 0,35 G/cm2 Ph n lớn nước giới ều có qu n iểm thống ất yếu s u: + Đất có trạng thái chảy, dẻo chảy Is > 0.75; + Đất bão hoà nước ho c hoàn tồn bão hồ nước; + Sức háng cắt hơng nước Su < 40 P ; + Trị số xuyên tiêu chuẩn SPT N 1,5 (bùn sét); > 1,2 bùn sét ph , ất trạng thái chảy Bùn c hình thành ch yếu bồi lắng áy biển, vũng, vịnh, sông, hồ ho c bãi bồi cử sông Bùn no nước yếu m t chịu lực Bảng 1.2 Tính chất lý bùn số địa phương miền Bắc Tên ị phư ng Lư ng hàm nước W% Hà Nội Trọng lư ng thể tích (KN/cm2) Độ rỗng e Giới Chỉ số Độ Giới hạn dẻo dẻo nhão hạn chảyWL Wp IP IL Góc nội m sát  ộ Lực d nh C (Kpa) 61,90 9,9 1,68 46,20 28,10 18,10 1,87 Hải Phòng 47,61 10,10 1,58 47,13 26,00 21,13 1,00 10 Thanh Hoá 52,63 10,50 1,46 44,58 29,49 15,09 1,53 - - Nghệ An 48,50 11,00 1,50 40,85 22,25 18,60 1,43 5,58 16 1.2.3 Than bùn Th n bùn loại ất yếu có nguồn gốc hữu c , c tạo thành ết phân huỷ di t ch hữu c ch yếu thực vật m l y Th n có dung lư ng hơ thấp (39 KN/m3 , hàm lư ng hữu c chiếm 2080,5, thường có màu en ho c nâu sẫm, cấu trúc hơng gi n mịn, cịn thấy tàn dư thực vật Trong iều iện tự nhiên th n bùn có ộ ẩm c o, trung bình 8595% Th n bùn loại ất có hệ số nén lún lâu dài, hơng ều mạnh ạt từ 3,8 - 10 cm2/ daN) 10 Bảng 1.3 - Phân loại than bùn theo tính chất lý Loại than bùn TÍNH CHẤT CƠ L Độ ổn Hệ số Thành ph n Hàm ịnh lư ng rỗng tro % e Độ sệt B tg C (daN/cm2) Chất lư ng I Tư ng ối ổn ịnh Hàm nhiều hạt khống có cấp phối g n với cát nhỏ 60-90 0,5 0,07 0.04 Tư ng ối tốt II Hàm nhiều hạt Khơng khống ổn ịnh ch yếu hạt sét tạo thành 15-60 10 5,4 0,05 0.03 Tư ng ối ém III Hàm t hạt hống c Rất tạo khơng thành từ ổn ịnh chất hữu c 10-15 15 10,3 0,03 0.01 Kém 1.2.4 Cát chảy Là loại cát hạt mịn có ết cấu rời rạc, hi bão hồ nước bị nén ch t ho c bị ph lỗng ể, có nhiều chất hữu c ho c sét Loại cát hi chịu tác ộng chấn ộng ho c ứng suất thuỷ ộng thì chuyển s ng trạng thái lỏng nhớt gọi cát chảy Trong thành ph n c hạt cát chảy: hàm lư ng hạt b i 0,050.002 mm chiếm hoảng 60-70% ho c lớn h n Ở trạng thái tự nhiên cát chảy có cường ộ chịu lực tư ng ối c o hi bị phá hoại ết cấu hơng cịn chịu lực chuyển s ng trạng thái lỏng nguy hiểm cho cơng trình xây dựng ất Trên ị bàn Hải Phòng cát chảy ch yếu phân bố vùng ven biển Đồ S n, Kiến Th y… 1.3 Nguyên nhân hình thành đất yếu 1.3.1 Loại có nguồn gốc hữu Thường hình thành từ m l y, n i nước thường xuyên t ch ọng, mực nước ng m c o Tại ây loài thực vật phát triển, thối rữ phân h y, tạo r vật lắng hữu c lẫn với tr m t ch hoáng vật Loại thường gọi 11 ất m l y th n bùn, hàm lư ng hữu c chiếm tới 20 - 80%, thường có màu en h y nâu sẫm, cấu trúc hơng mịn lẫn tàn dư thực vật Đất yếu m l y th n bùn c phân theo tỷ lệ lư ng hữu c có chúng: Lư ng hữu c có từ 20 - 30% : Đất nhiễm th n bùn Lư ng hữu c có từ 30 - 60% : Đất th n bùn Lư ng hữu c 60% : Than bùn 1.3.2 Loại có nguồn gốc khống vật Loại có nguồn gốc hoáng vật thường sét ho c sét tr m t ch nước ven biển, vùng vịnh, m hồ, ồng t m giác châu; loại lẫn hữu c q trình tr m t ch hàm lư ng hữu c tới 10 - 12 %) nên có m u nâu en, xám en, có mùi Đối với loại này, c xác ịnh ất yếu trạng thái tự nhiên, ộ ẩm c chúng g n ho c c o h n giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn bùn sét   1,5 , bùn sét pha   1.2 , lực d nh C theo ết cắt nh nh hơng nước từ 0,15 d N/cm2 trở xuống, góc nội ma sát  từ - 10 ho c lực d nh từ ết th nghiệm cắt cánh trường Cu  0,35 d N/cm2 Ngoài r vùng thung lũng cịn hình thành ất yếu dạng bùn cát, bùn cát ph hệ số rỗng  > 1,0, ộ bão hò G > 0,8) 1.4 Ảnh hƣởng đất yếu đến cơng trình xây dựng u cầu thiết kế đất yếu 1.4.1 Ảnh hƣởng đất yếu đến cơng trình xây dựng Nền ất yếu ất hông sức chịu tải, hông ộ bền biến dạng nhiều, hông thể làm thiên nhiên cho cơng trình xây dựng Khi xây dựng cơng trình dân d ng, c u ường, thường g p loại ất yếu, tùy thuộc vào t nh chất c lớp ất yếu, c iểm cấu tạo c cơng trình mà người t dùng phư ng pháp xử l móng cho phù h p ể tăng sức chịu tải c ất, giảm ộ lún, ảm bảo iều iện h i thác bình thường cho cơng trình Trong thực tế xây dựng, có nhiều cơng trình bị lún, sập hư hỏng hi xây dựng ất yếu hơng có biện pháp xử l phù h p, hông ánh giá ch nh xác c t nh chất c l c ch nh xác ch t chẽ t nh chất c l c nghiệm phòng trường ất Do việc ánh giá ất yếu ch yếu th ể làm c sở ề r giải pháp xử l 12 móng phù h p vấn ề hó hăn, ịi hỏi ết h p ch t chẽ giữ tối iến thức ho học inh nghiệm thực tế ể giải quyết, giảm c cố, hư hỏng cơng trình hi xây dựng ất yếu 1.4.2 Các yêu cầu thiết kế đất yếu Các cơng trình xây dựng ất yếu có nhiều vấn ề c t r sức chịu tải cường ộ c ất hông lớn, ộ lún lớn, ộ ổn ịnh thấp, mực nước ng m hơng ổn ịnh… Do ó, hi thiết ế cơng trình phải áp ứng u c u s u y , ch t chẽ Các yêu c u hảo sát ph c v thiết ế - Phải iều tr xác ịnh c phạm vi phân bố c vùng ất yếu phân bố, chiều sâu, nguồn gây ẩm, thoát nước… - Lấy mẫu tiến hành th nghiệm phòng th nghiệm trường ể xác ịnh loại ất yếu, tiêu ph c v cho t nh toán b Các yêu c u thiết ế thi công - Về ổn ịnh : ắp ất yếu phải ảm bảo ổn ịnh, hông bị phá hoại trư t trồi q trình thi cơng xây ắp ắp ph n theo thiết ế ho c ắp c o h n c o ộ thiết ế ể gi tải trước suốt trình vào h i thác sử d ng s u ó - Về t nh toán lún: ộ lún dư - ộ lún s u hi thi công - T nh toán dự báo c ộ lún tổng cộng ể từ hi bắt ến hi lún hết hoàn toàn ể ắp phòng lún u ắp cho - Bố tr hệ thống qu n trắc trình thi cơng - Xác ịnh xác tải trọng t nh toán: tải trọng t nh toán hi iểm tr ổn ịnh dự báo lún c ắp như: tải trọng ắp nền, ắp gi tải trước, tải trọng xe cộ, tải trọng ộng ất Cho ến thời iểm n y, nước chư xây dựng y c Tiêu chuẩn riêng c Việt n m t nh toán thiết ế Quy trình cơng nghệ thi cơng ể xử l dất yếu mà ều dự ch yếu vào tài liệu nước chuyển gi o Tại Việt N m ng thiết ế thi công theo số quy trình, quy phạm như: - Quy trình ỹ thuật thi công nghiệm thu bấc thấm xây dựng ường ất yếu: 22TCN 236-97 - Quy trình thiết ế xử l ất yếu bấc thấm xây dựng 13 ường: 22TCN 244-98 - Vải ị ỹ thuật xây dựng ắp ất yếu – Tiêu chuẩn thiết ế thi công nghiệm thu: 22TCN248-98 - Quy trình hảo sát thiết ế ường ô tô ắp ất yếu – Tiêu chuẩn thiết ế: 22TCN-2000 1.5 Các giải pháp xử lý công trình đất yếu Để giải tốn xây dựng cơng trình ất yếu chúng t có giải pháp giải pháp xử l ất, giải pháp móng ết cấu c cơng trình 1.5.1 Các giải pháp móng kết cấu cơng trình Lự chọn sử d ng loại móng h p l , tùy theo tình hình thực tế c cơng trình móng bè, móng băng, móng băng gi o tho , móng cọc… Th y ổi ch thước, ộ sâu chơn móng Biện pháp c sử d ng hi chiều dày lớp ất phân bố hác nh u, hông ồng nhất, nhằm m c ch làm cho chiều dày vùng chịu nén c lớp ất áy móng nh u Có thể thiết ế áy móng có chiều rộng th y ổi làm cho biểu phân bố ứng suất áy móng có giá trị hác nh u iểm Bố tr he lún biện pháp có hiệu hi xây dựng cơng trình có tải trọng hác nh u ất có t nh nén lún lớn nén lún hông ều Khe lún phải c bố tr hă làm việc ộc lập, có ảm bảo cho phận c cơng trình có cường ộ ộ cứng hi chịu lực, hông gây r vết nứt hi ất có biến dạng lớn biến dạng hơng ều LỚP ĐẤT YẾU LỚP ĐẤT TỐT Hình 1.1 Thay đổi chiều sâu chơn móng 14 Trị số giới hạn độ lún đất Su (m) đối với: Mặt đƣờng sân bay Đƣờng CHC ĐL SĐ, ĐL SĐ khác + Bê tông cốt thép lắp ghép 0.03 0.04 0.06 - M t ường mềm cấp c o 0.03 0.04 0.06 - M t ường mềm cấp thấp 0.04 0.05 0.08 - Phư ng án xây dựng ường cất hạ cánh BTXM lưới thép, cốt thép ổ chỗ, tổng ộ lún lại thời hạn 20 năm h i thác tuổi thọ t nh toán m t ường BTXM