Nghiên cứu lựa chọn giải pháp hợp lý xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ô tô khu vực quận 7 tp hồ chí minh,luận văn thạc sĩ xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN ANH ĐÀO NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ KHU VỰC QUẬN – TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT Thành Phố Hồ Chí Minh - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - NGUYỄN ANH ĐÀO NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ KHU VỰC QUẬN – TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ : 60 – 58 – 30 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN HÙNG Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 5 Kết cấu luận văn: nội dung đề tài bao gồm: .5 Độ tin cậy đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG .7 TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC CỦA CÁC TUYẾN ĐƯỜNG ĐÃ VÀ SẼ ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN KHU VỰC Q7 – TP HỒ CHÍ MINH 1.1 Đặc điểm địa chất TP Hồ Chí Minh 1.2 Đặc điểm phân vùng địa chất khu vực Q7 1.2.1 Đặc điểm địa chất khu vực quận 7: 10 1.2.2 Phân vùng địa chất đất yếu cơng trình: 11 1.3 Đặc điểm khai thác tuyến đường xây dựng khu vực Q7 14 1.3.1 Đặc điểm khai thác tuyến đường xây dựng khu vực quận 14 1.3.2 Đặc điểm khai thác tuyến đường xây dựng khu vực quận 15 1.4 Quy hoạch khu vực quận đến năm 2020 16 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: .18 CHƯƠNG 19 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU KHI XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ÔTÔ ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở TP HỒ CHÍ MINH .19 2.1 Các giải pháp không cải thiện đất yếu trình xây dựng [5][6][7] 19 2.1.1 Đắp theo giai đoạn 19 2.1.2 Đắp bệ phản áp .20 2.1.3 Gia tải tạm thời .21 2.1.4 Nền đắp nhẹ 22 2.1.5 Sử dụng vật liệu tăng cường địa kỹ thuật .23 HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng 2.1.6 Sử dụng hệ móng cọc 24 2.1.7 Lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc (đắp móng cứng) 25 2.1.8 Phương pháp TOP – BASE .27 2.1.8.1 Giới thiệu chung: .27 2.1.8.2 Hình dạng kích thước Top-Block 28 2.1.8.3 Ưu điểm giá thành 29 2.1.8.4 Tính ưu việt phạm vi ứng dụng phương pháp Top-Base .30 2.2 Các giải pháp cải thiện đất yếu trình xây dựng [5][6][7] 30 2.2.1 Đào phần đào toàn đất yếu (phương pháp thay đất) 30 2.2.2 Thoát nước cố kết theo phương thẳng đứng (sử dụng bấc thấm, giếng cát) 31 2.2.2.1 Giếng cát: 33 2.2.2.2 Bấc thấm: 35 2.2.3 Cố kết hút chân không 37 2.2.3.1 Ưu điểm .38 2.2.3.2 Nhược điểm .38 2.2.3.3 Giá thành 38 2.2.4 Gia cố đất yếu cọc đất gia cố vôi xi măng 38 2.2.4.1 Ưu điểm: 41 2.2.4.2 Nhược điểm .41 2.2.5 Cải tạo đất cọc vật liệu rời 42 2.2.5.1 Khái niệm chung 42 2.2.5.2 Những phương pháp thi công cọc vật liệu rời 44 2.2.5.3 Độ lún cọc vật liệu rời 49 2.2.5.4 Triển vọng việc sử dụng vật liệu rời 50 2.3 Một số cơng trình áp dụng biện pháp xử lý đất yếu Thành phố Hồ Chí Minh 51 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: .55 CHƯƠNG 56 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC QUẬN - TP HỒ CHÍ MINH .56 3.1 Kiểm toán ổn định trượt biến dạng lún đường chưa xử lý 56 3.2 Tính tốn so sánh hiệu kinh tế kỹ thuật giải pháp 60 HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 3.2.1 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng Vùng địa chất 1: 61 3.2.1.1 Thay phần đất yếu kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường 61 3.2.1.2 Xử lý đất yếu phương pháp giếng cát: 62 3.2.1.3 Khái toán chi phí xây dựng giải pháp trên: 64 3.2.1.4 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 65 3.2.2 Vùng địa chất 2: 65 3.2.2.1 Thay phần đất yếu kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường 66 3.2.2.2 Xử lý đất yếu phương pháp cọc gia cố xi măng 67 3.2.2.3 Xử lý đất yếu phương pháp giếng cát: 71 3.2.2.4 Khái tốn chi phí xây dựng giải pháp trên: 72 3.2.2.5 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 72 3.2.3 Vùng địa chất 3: 73 3.2.3.1 Xử lý đất yếu phương pháp cọc gia cố xi măng 73 3.2.3.2 Xử lý đất yếu phương pháp giếng cát: 76 3.2.3.3 Khái toán chi phí xây dựng giải pháp trên: 78 3.2.3.4 Kiến nghị lựa chọn phương pháp 78 3.3 Đề xuất giải pháp xử lý hợp lý xây dựng đường ô tô đắp đất yếu khu vực quận – TP.HCM 80 CHƯƠNG 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .83 4.1 Kết luận: 83 4.2 Kiến nghị: .85 4.3 Đối với việc triển khai áp dụng kết đề tài: 86  HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thành phố Hồ Chí Minh nằm lưu vực đồng sơng Cửu Long Đây khu vực có tầng đất phù sa dày tập trung đất sét yếu Với mục tiêu phát triển đô thị, cần thiết lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý thích hợp Hiện thành phố Hồ Chí Minh phát triển nhiều tuyến đường giao thông với qui mô xây dựng lớn như: Đại lộ Võ Văn Kiệt, đường cao tốc Sài Gòn – Trung Lương, Tuyến đường Vành đai qua quận đô thị Q2, Q7 Thành phố Hồ Chí Minh có xu hướng phát triển giao thơng miền Nam Quận có vị trí địa lý quan trọng với vị trí chiến lược khai thác giao thơng bộ, cửa ngõ phía Nam Thành phố Các trục giao thông lớn qua quận xa lộ Bắc Nam, đường cao tốc Nguyễn Văn Linh theo quy hoạch 2020 quận xây dựng hàng loạt cơng trình lớn nút giao thơng khu A Nam Sài Gòn, xây dựng trục Bắc Nam từ nút giao Hoàng Diệu đến đường Nguyễn Văn Linh … Trong 10-15 năm qua, xây dựng đường ôtô qua khu vực đất yếu với địa chất phức tạp, phân bố không quận với chiều dày lớp bùn sét yếu trung bình - 20m, chí có đến 24-25m, có nhiều cơng trình lớn có biện pháp xử lý đất yếu khác đường Nguyễn Văn Linh sử dụng biện pháp thay đất kết hợp trải vải địa kỹ thuật gia cường, đường trục Bắc – Nam sử dụng biện pháp xử lý bấc thấm, cọc gia cố xi măng , chưa có đánh giá tổng hợp tính hiệu kinh tế, kỹ thuật, thi cơng giải pháp xử lý ứng với chiều cao đắp trung bình chiều sâu đất yếu; ví dụ Cơng trình lớn cơng trình Nguyễn Văn Linh: chiều sâu bùn 20m, chiều cao đắp trung bình 2m sử dụng biện pháp thay đất 1m làm thời gian lún kéo dài (10 năm); ví dụ Cơng trình Nguyễn Hữu Thọ: chiều HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng sâu bùn 12m, chiều cao đắp trung bình 1,5m lại sử dụng biện pháp cọc đất gia cố xi măng Chính vậy, việc nghiên cứu kỹ lưỡng đặc điểm địa chất khu vực Q7, chiều cao đắp trung bình khu vực quận với điều kiện địa chất yếu đâu giải pháp đạt hiệu lẫn kinh tế, kỹ thuật thi công Những đặc điểm chung giải pháp xử lý đất áp dụng dự án trước để đề xuất giải pháp xử lý hợp lý với điều kiện địa chất chiều cao đắp tính chất, qui mơ xây dựng cơng trình đề tài có tính khoa học thực tiễn cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài Rà soát lại giải pháp xử lý đất yếu đắp để lựa chọn giải pháp phù hợp với điều kiện khu vực, có hiệu chỉnh thích đáng biện pháp xử lý; Đề xuất giải pháp xử lý hợp lý xây dựng đường ôtô đắp qua đất yếu với điều kiện địa chất khu vực Q7 Tp Hồ Chí Minh, góp phần nhanh chóng lựa chọn phương án xử lý hợp lý, đồng nghĩa với việc rút ngắn trình chuẩn bị đầu tư cho dự án đầu tư xây dựng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu điều kiện địa chất, cơng trình thiết kế cấp IV trở lên đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật để đưa giải pháp xử lý đất yếu xây dựng đường ôtô địa bàn Q7 Tp Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu chủ đạo phương pháp lý thuyết, kết hợp với số liệu thống kê thực tế tính tốn Dựa vào cơng trình triển khai để phân tích, đánh giá, kết để đưa giải pháp xử lý xây dựng đường ôtô đắp đất yếu phù hợp với điều kiện cụ thể khu vực nghiên cứu Kết cấu luận văn: nội dung đề tài bao gồm: Phần mở đầu: Nêu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng Chương 1: Tổng quan điều kiện địa chất đặc điểm khai thác cơng trình xây dựng khu vực Q7 – TP Hồ Chí Minh Chương 2: Tổng quan giải pháp xử lý đất yếu xây dựng đường ôtô đắp đất yếu TP Hồ Chí Minh Chương 3: Đề xuất giải pháp xử lý đất yếu hợp lý khu vực Q7– TP Hồ Chí Minh Chương 4: Kết luận, kiến nghị dự kiến hướng nghiên cứu Tài liệu tham khảo Phụ lục tính tốn Độ tin cậy đề tài Đề tài dùng số liệu địa chất cơng trình có quy mơ lớn hồn thành đưa vào khai thác, sử dụng phương pháp tính ổn định tính lún đường đất yếu theo phần mềm phổ biến đồng thời áp dụng theo quy trình thiết kế hành Kết tính tốn có so sánh với dự án hồn thành nên đủ độ tin cậy Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài xây dựng 03 giải pháp ứng với 03 loại đặc điểm địa hình - địa chất đặc trưng cho khu vực xây dựng đắp địa bàn quận Bước đầu lựa chọn chiều dài cọc gia cố xi măng, giếng cát hợp lý cho giải pháp Đề tài xây dựng bảng biểu phục vụ cho việc tra cứu độ ổn định, độ lún dự báo nhằm giúp cho chủ đầu tư, đơn vị Tư vấn thiết kế rút ngắn thời gian tính tốn giai đoạn lập dự án đầu tư cơng trình xây dựng hạ tầng qua khu vực đất yếu Giúp quan chức năng, đơn vị thiết kế lựa chọn giải pháp xử lý đất yếu hợp lý khu vực quận nhằm sơ kinh phí đầu tư xây dựng cơng trình HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC CỦA CÁC TUYẾN ĐƯỜNG ĐÃ VÀ SẼ ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN KHU VỰC Q7 – TP HỒ CHÍ MINH 1.1 Đặc điểm địa chất TP Hồ Chí Minh Địa chất Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm chủ yếu hai tướng trầm tích Pleistocen Holocen lộ bề mặt Trầm tích Pleixtoxen (trầm tích phù sa cổ): chiếm hầu hết phần phía Bắc, Tây Bắc Ðơng Bắc thành phố, gồm phần lớn huyện Củ Chi, Hóc mơn, Bắc Bình Chánh, quận Thủ Ðức, Bắc - Ðơng Bắc quận đại phận khu vực nội thành cũ Ðiểm chung tướng trầm tích này, thường địa hình đồi gị lượn sóng, cao từ 20-25m xuống tới 3-4m, mặt nghiêng hướng Ðông Nam Dưới tác động tổng hợp nhiều yếu tố tự nhiên sinh vật, khí hậu, thời gian hoạt động người, qua q trình xói mịn rữa trơi , trầm tích phù sa cổ phát triển thành nhóm đất mang đặc trưng riêng Nhóm đất xám, với qui mô 45.000 ha, tức chiếm tỷ lệ 23,4% diện tích đất thành phố Ở thành phố Hồ Chí Minh, đất xám có ba loại: đất xám cao, có nơi bị bạc màu; đất xám có tầng loang lổ đỏ vàng đất xám gley; đó, hai loại đầu chiếm phần lớn diện tích Ðất xám nói chung có thành phần giới chủ yếu cát pha đến thịt nhẹ, khả giữ nước kém; mực nước ngầm tùy nơi tùy mùa biến động sâu từ 1-2m đến 15m Ðất chua, độ pH khoảng 4,0-5,0, đất xám nghèo dinh dưỡng, đất có tầng dày, nên thích hợp cho phát triển nhiều loại trồng nơng lâm nghiệp, có khả cho suất hiệu qủa kinh tế cao, áp dụng biện pháp luân canh, thâm canh tốt Nền đất xám, phù hợp sử dụng bố trí cơng trình xây dựng Trầm tích Holoxen (trầm tích phù sa trẻ): thành phố Hồ Chí Minh, trầm tích có nhiều nguồn gốc-ven biển, vũng vịnh, sơng biển, aluvi lịng sơng HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hùng bãi bồi nên hình thành nhiều loại đất khác nhau: nhóm đất phù sa có diện tích 15.100 (7,8%), nhóm đất phèn 40.800 (21,2%) đất phèn mặn (45.500 (23,6) Ngồi có diện tích nhỏ khoảng 400 (0,2%) "giồng" cát gần biển đất feralite vàng nâu bị xói mịn trơ sỏi đá vùng đồi gị Nhóm đất phù sa không bị nhiễm phèn, phân bố nơi địa hình cao khoảng 1,5-2,0m Nó tập trung vùng phía Nam huyện Bình Chánh, Quận 7, Bắc huyện Nhà Bè nơi Củ Chi, Hóc Mơn Nhóm đất phù sa hai loại: đất phù sa khơng bồi, có tầng loang lổ; đất phù sa không bồi, gley Trong hai loại đầu chiếm diện tích lớn hơn; loại sau, đất phù sa ngọt, đất tốt, có khoảng 5.200 (2,7%) Ðất phù sa nói chung có thành phần giới từ sét trung bình tới sét nặng Ðất có phản ứng chua, độ pH khoảng 4,2-4,5 tầng đất mặt xuống sâu 0,5-1,2m độ chua giảm nhiều, pH nâng lên tới 5,5-6,0 Hàm lượng mùn trung bình, chất dinh dưỡng Nhóm đất phèn, có hai loại: đất phèn nhiều đất phèn trung bình Chúng phân bố tập trung chủ yếu hai vùng Vùng đất phèn Tây Nam Thành phố, kéo dài từ Tam Tân-Thái Mỹ huyện Củ Chi xuống khu vực Tây Nam huyện Bình Chánh -các xã Tân Tạo, Phạm Văn Hai, Lê Minh Xuân Vùng hầu hết thuộc loại đất phèn nhiều (phèn nặng); đất chua, độ pH khoảng 2,3-3,0 Nó điều kiện thành tạo tính chất giống đất phèn vùng Ðồng Tháp Mười, vùng đất phèn ven sơng Sài Gịn-Rạch Tra bưng Sáu xã quận hầu hết diện tích thuộc loại đất phèn trung bình ít, phản ứng đất chua nhẹ tầng đất mặt, độ pH khoảng 4,5-5,0; song giảm mạnh tầng đất dưới, đất chua, độ pH xuống tới 3,0-3,5 Ðất phèn có thành phần giới từ sét đến sét nặng, đất chặt, độ sâu khoảng từ 1m trở xuống, có nhiều xác hữu nên đất xốp Ðất giàu mùn, chất dinh dưỡng trung bình; song hàm lượng ion độc tố cao, nên đất phèn khơng thích hợp với trồng lúa HVTH: Nguyễn Anh Đào – Lớp XD Đường Ơtơ & TP K17 Trang 2.2.3.2 Tính tốn với chiều cao đắp 2m, chiều sâu đất yếu 16m, chiều dài giếng cát 16m Hệ số ổn định sau xử lý là: 1,54 Độ lún tổng cộng gia cố -272,69x10-3m 2.2.3.3 Tính tốn với chiều cao đắp 2m, chiều sâu đất yếu 20m, chiều dài giếng cát 20m Hệ số ổn định sau xử lý là: 1,52 Độ lún tổng cộng gia cố -912,78x10-3m Tính toán tương tự đạt kết sau: Khi chưa có giếng cát thời gian đạt lún cuối 10405 ngày Khi có giếng cát thời gian đạt lún cuối 2815 ngày 2.3 Vùng địa chất 2.3.1 Xử lý đất yếu phương pháp cọc gia cố xi măng 2.3.1.1 Tính tốn với chiều cao đắp 2,0m, chiều sâu đất yếu 20m, chiều dài cọc gia cố xi măng sâu 16m Mơ hình tính tốn 2D Hệ số ổn định sau xử lý là: 1,75 Độ lún tổng cộng gia cố -278,67x10-3m 2.3.1.2 Tính tốn với chiều cao đắp 2,0m, chiều sâu đất yếu 22,5m, chiều dài cọc gia cố xi măng sâu 17m Hệ số ổn định sau xử lý là: 1,774 Độ lún tổng cộng gia cố -283,64x10-3m 2.3.1.3 Tính tốn với chiều cao đắp 2,0m, chiều sâu đất yếu 25m, chiều dài cọc gia cố xi măng sâu 18m Hệ số ổn định sau xử lý là: 1,795 Độ lún tổng cộng gia cố -291,02x10-3m 2.3.2 Xử lý đất yếu phương pháp giếng cát: 2.3.2.1 Tính tốn với chiều cao đắp 2m, chiều sâu đất yếu 20m, chiều dài giếng cát 20m Mơ hình tính tốn 2D Hình dạng cung trượt Hệ số ổn định gia cố: 1,583 Độ lún tổng cộng gia cố: 0,892 m Tính tốn mơ hình trên, với giai đoạn tính trước xử lý sau xử lý đạt kết sau Khi chưa có giếng cát thời gian đạt lún cuối 9940 ngày Khi có giếng cát thời gian đạt lún cuối 2547 ngày 2.3.2.2 Tính tốn với chiều cao đắp 2m, chiều sâu đất yếu 22,5m, chiều dài giếng cát 22,5m Mơ hình tính tốn Hệ số ổn định gia cố: 1,554 Độ lún tổng cộng gia cố: 0,94m Khi chưa có giếng cát thời gian đạt lún cuối 13057 ngày Khi có giếng cát thời gian đạt lún cuối 5286 ngày 2.3.2.3 Tính tốn với chiều cao đắp 2m, chiều sâu đất yếu 25m, chiều dài giếng cát 25m Mơ hình tính tốn Hệ số ổn định gia cố: 1,502 Độ lún tổng cộng sau gia cố: 1,02m Tính tốn tương tự đạt kết sau: Khi chưa có giếng cát thời gian đạt lún cuối 17684 ngày Khi có giếng cát thời gian đạt lún cuối 7614 ngày