Nghiên cứu xử lý nền đường nối thị xã vị thanh tỉnh hậu giang với thành phố cần thơ qua vùng đất yếu tại địa bàn thị xã vị thanh luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - trÇn vị hoài ch-ơng NGHIÊN CứU Xử Lý NềN ĐƯờNG NốI THị XÃ Vị THANH TỉNH HậU GIANG VớI THàNH PHố CầN THƠ QUA VùNG ĐấT YếU TạI ĐịA BàN THị XÃ Vị THANH LUậN VĂN THạC Sĩ Kỹ THUậT TP Hồ CHÝ MINH - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - trần vũ hoài ch-ơng NGHIÊN CứU Xử Lý NềN ĐƯờNG NốI THị XÃ Vị THANH TỉNH HậU GIANG VớI THàNH PHố CầN THƠ QUA VùNG ĐấT YếU TạI ĐịA BàN THị XÃ Vị THANH CHUYấN NGNH: XY DNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ: 60.58.02.05.01 LUËN V¡N TH¹C SÜ Kü THT h-íng dÉn khoa häc: TS NGUYÔN THèNG NHÊT TP Hå CHÝ MINH - 2016 i LỜI CÁM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu đề hồn thành khóa học, ngồi nỗ lực thân cịn có hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè gia đình Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thống Nhất, người tận tình hướng dẫn hết lịng giúp đỡ tơi suốt thời gian hồn thành luận án Tơi xin chân thành tri ân sâu sắc đến thầy cô môn Đường thầy cô trực tiếp giảng dạy thời gian học tập trường Tôi xin chân thành cám ơn quan tâm động viên giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành khóa học Cuối xin gửi đến Cha Mẹ gia đình lịng biết ơn vơ hạn ln động viên cho thời gian học tập Xin chân thành cám ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2016 Tác giả Trần Vũ Hoài Chƣơng ii MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH VẼ v PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Khái niệm đất yếu: 1.2 Các phƣơng pháp gia cố đất yếu 1.2.1 Các giải pháp không cải thiện đất yếu trình xây dựng 1.2.2 Các giải pháp cải thiện đất yếu trình xây dựng 19 CHƢƠNG 2: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƢƠNG PHÁP CẮM BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI 29 2.1 Giới thiệu chung 29 2.1.1 Khái quát phương pháp 29 2.1.2 Cấu tạo bấc thấm 29 2.1.3 Gia tải trước 31 2.2 Tính tốn thiết kế bấc thấm 33 2.2.1 Cơ sở tính tốn thiết kế bấc thấm 33 2.2.2 Tính tốn dự báo độ lún độ ổn định đất yếu 36 2.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu kỹ thuật xử lý bấc thấm 44 2.2.4 Thiết kế gia cố đất yếu bấc thấm 45 2.2.5 Thi công gia cố bấc thấm 48 2.3 Bấc thấm ngang 50 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM CHO DỰ ÁN: ĐƢỜNG NỐI THỊ XÃ VỊ THANH TỈNH HẬU GIANG VỚI THÀNH PHỐ CẦN THƠ, ĐOẠN QUA ĐỊA BÀN TỈNH HẬU GIANG (KM39+100 -:- KM43+400) 57 iii 3.1 Giới thiệu chung dự án 57 3.1.1 Giới thiệu 57 3.1.2 Mô tả dự án 57 3.1.3 Tiêu chuẩn thiết kế quy trình áp dụng: 57 3.2 Hiện trạng đặc trƣng Đƣờng nối thị xã Vị Thanh với TP Cần Thơ 58 3.3 Tính tốn thiết kế xử lý đƣờng đắp đất yếu phƣơng pháp giải tích 60 3.3.1 Phần tính tốn xử lý đất yếu lỗ khoan 1(Tại lý trình Km41+475) 60 3.3.2 Phần tính toán xử lý đất yếu lỗ khoan (tại lý trình Km42+010.) 70 3.3.3 Phần tính tốn xử lý đất yếu lỗ khoan (tại lý trình Km42+860.) 81 3.4 Tính tốn thiết kế xử lý đƣờng đắp đất yếu phƣơng pháp phần tử hữu hạn 91 3.4.1 Tính tốn hố khoan HK1 92 3.4.2 Tính tốn hố khoan HK2 100 3.4.3 Tính tốn hố khoan HK3 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119 Kết luận 119 Kiến nghị 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO 121 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Độ lún sau thi công cho phép 39 Bảng 2.2 Độ lún cho phép sau thi công 40 Bảng 3.1 Số liệu hố khoan 60 Bảng 3.2 Bảng xác định chiều sâu ảnh hưởng 61 Bảng 3.3 Tính cho chiều cao đắp H=3.5m 62 Bảng 3.4 Tính cho chiều cao đắp H=4m 62 Bảng 3.5 Tính cho chiều cao đắp H=4,5m 62 Bảng 3.6 Tính cho chiều cao đắp H=5m 63 Bảng 3.7 Tính cho chiều cao đắp H=5,5m 63 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp độ lún 64 Bảng 3.9 Thời gian cố kết giai đoạn 69 Bảng 3.10 Số liệu hố khoan 70 Bảng 3.11 Bảng xác định chiều sâu ảnh hưởng 71 Bảng 3.12 Tính cho chiều cao đắp H=3.5m 72 Bảng 3.13 Tính cho chiều cao đắp H=4m 73 Bảng 3.14 Tính cho chiều cao đắp H=4.5m 73 Bảng 3.15 Tính cho chiều cao đắp H=5.5m 73 Bảng 3.16 Bảng tổng hợp độ lún 74 Bảng 3.17 Thời gian cố kết giai đoạn 80 Bảng 3.18 Số liệu hố khoan 81 Bảng 3.19 Bảng xác định chiều sâu ảnh hưởng 82 Bảng 3.20 Tính cho chiều cao đắp H=3.5m 82 Bảng 3.21 Tính cho chiều cao đắp H=4m 83 Bảng 3.21 Tính cho chiều cao đắp H=4.5m 83 Bảng 3.22 Tính cho chiều cao đắp H=5m 84 Bảng 3.23 Tính cho chiều cao đắp H=6m 84 Bảng 3.24 Bảng tổng hợp độ lún 85 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Giải pháp đắp đường đầu cầu theo giai đoạn Hình 1.2 Giải pháp sử dụng bệ phản áp vùng nối tiếp cầu đường Hình 1.3 Giải pháp gia tải đường đắp cao đầu cầu 10 Hình 1.4 Sử dụng vải điạ kỹ thuật để tăng cường mức độ ổn định 12 Hình 1.5 Sử dụng giải pháp kết hợp lưới địa kỹ thuật hệ móng cọc 14 Hình 1.6 Cơ chế truyền lực giải pháp kết hợp lưới địa kỹ thuật hệ móng cọc 14 Hình 1.7.Mặt cắt Top-Base 17 Hình 1.8.Kích thước hình dạng chuẩn Top-Block 17 Hình 1.9.Mặt Top-Base 18 Hình 1.10 Giải pháp thay lớp đất yếu đường đắp đầu cầu 19 Hình 1.11 Sơ đồ ngun lý nước thẳng đứng giếng cát 21 Hình 1.12 Xử lý đường giếng cát 21 Hình 1.13 Cấu tạo xử lý đắp đường đầu cầu đất yếu bấc thấm 22 Hình 1.14 Xử lý đường bấc thấm kết hợp hút chân không 24 Hình 1.15 Máy thi cơng cọc đất gia cố xi măng 25 Hình 1.16 Cọc đất xi măng sau thi công xong 26 Hình 2.1 Gia tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng 29 Hình 2.2 Cấu tạo bấc thấm 30 Hình 2.3 Sơ đồ tính ổn định theo phương pháp phân mảnh với mặt trụ trịn 37 Hình 2.4.Toán đồ xác định Nc 38 Hình 2.5 Bàn đo quan trắc lún 47 Hình 2.6 Vị trí đệm cát sơ đồ thiết kế gia cố đất yếu 48 Hình 2.7 Thi cơng xử lý đường bấc thấm 50 Hình 2.8 Kích cỡ bấc thấm ngang 52 Hình 2.9 cấu tạo bấc thấm ngang 53 Hình 2.10 Mặt Thi công bấc thấm ngang 56 Hình 3.1 Mơ hình tính tốn 92 vi Hình 3.2 Mơ hình plaxis 8.5 94 Hình 3.3 Áp lực nước ngầm 94 Hình 3.4 Ứng suất tự nhiên đất 95 Hình 3.5 Độ lún giai đoạn đắp lớp 1: 0.3m 95 Hình 3.6 Độ lún giai đoạn đắp lớp 2: 0.4m 96 Hình 3.7 Độ lún giai đoạn đắp lớp 3: 0.38m 96 Hình 3.8 Độ lún cố kết sau 4,4 năm 0.13m 97 Hình 3.9 Lưới biến dạng cơng trình 97 Hình 3.10 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 98 Hình 3.11 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 98 Hình 3.12 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 99 Hình 3.13 Bảng khai báo giai đoạn thi công chưa xử lý 99 Hình 3.14 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 100 Hình 3.15 Mơ hình plaxis 8.5 102 Hình 3.16 Áp lực nước ngầm 103 Hình 3.17 Ứng suất tự nhiên đất 103 Hình 3.18 Độ lún giai đoạn đắp lớp 1: 0.35m 104 Hình 3.19 Độ lún giai đoạn đắp lớp 2: 0.53m 104 Hình 3.20 Độ lún cố kết sau 4,4 năm 0.07m 105 Hình 3.21 Lưới biến dạng cơng trình 105 Hình 3.22 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 106 Hình 3.23 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 106 Hình 3.24 Bảng khai báo giai đoạn thi công chưa xử lý 107 Hình 3.25 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 107 Hình 3.26 Mơ hình tính tốn 108 Hình 3.27 Mơ hình plaxis 8.5 110 Hình 3.28 Áp lực nước ngầm 110 Hình 3.29 Ứng suất tự nhiên đất 111 Hình 3.30 Độ lún giai đoạn đắp lớp 1: 0.3m 111 vii Hình 3.31 Độ lún giai đoạn đắp lớp 2: 0.45m 112 Hình 3.32 Độ lún giai đoạn đắp lớp 3: 0.48m 112 Hình 3.33 Độ lún cố kết sau 4,4 năm 0.19m 113 Hình 3.34 Lưới biến dạng cơng trình 113 Hình 3.35 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 114 Hình 3.36 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 114 Hình 3.37 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 115 Hình 3.38 Bảng khai báo giai đoạn thi công chưa xử lý 115 Hình 3.40 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 116 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Vùng đồng sông Cửu Long – Việt Nam trung tâm lớn sản xuất lúa gạo; nuôi trồng, đánh bắt chế biến thủy sản; đóng góp phần lớn vào xuất nông thủy sản Việt Nam Nơi Trung tâm dịch vụ – du lịch lớn nước Về trị, vùng cịn cầu nối hội nhập kinh tế khu vực giữ vị trí quan trọng quốc phịng an ninh đất nước Mặc dù vậy, mạng lưới giao thông để kết nối vùng kinh tế trọng điểm với khu vực khác chưa liên hoàn Các tuyến đường cao tốc hình thành, đường sắt chưa có, cảng biển nước sâu cịn thiếu, giao thơng thị giao thông nông thôn chậm phát triển Các dịch vụ vận tải chưa phát triển phát triển tự phát, không đồng bộ, chưa đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội vùng Vì vậy, nhu cầu phát triển mạng lưới giao thông vận tải vùng cần thiết Vùng đồng sơng Cửu Long có tầng phù sa dày tập trung đất bùn sét yếu Là đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền biến dạng nhiều, ổn định Do vậy, làm thiên nhiên cho cơng trình xây dựng Khi xây dựng cơng trình dân dụng, cầu đường thường gặp loại đất yếu, tùy thuộc vào tính chất lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo cơng trình mà người ta sử dụng phương pháp xử lý móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng trình Trong thực tế xây dựng có nhiều cơng trình bị lún, sập, hư hỏng xây dựng đất yếu khơng có biện pháp phù hợp, khơng đánh giá xác tính chất lý đất Do vậy, việc đánh giá xác chặt chẽ tính chất lý đất yếu để làm sở đề giải pháp xử lý móng phù hợp vấn đề khó khăn, địi hỏi kết hợp chặt chẽ kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm tối đa cố, hư hỏng xây dựng cơng trình đất yếu 107 Hình 3.24 Bảng khai báo giai đoạn thi công chưa xử lý Hình 3.25 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian 108 3.4.3 Tính tốn hố khoan HK3 11.50m 8.55m 2.00m 5.70m 8.54m 8.00m LỚP BÙN SÉT NÂU LỚP BÙN SÉT ĐEN LỚP CÁT HẠT TRUNG Hình 3.26 Mơ hình tính tốn Số liệu địa chất đầu vào: a Lớp bùn sét b Lớp bùn sét c Lớp cát hạt trung 109 d Lớp cát đắp e Vải địa kỹ thuật 25kN 110 Kết tính tốn: Hình 3.27 Mơ hình plaxis 8.5 Hình 3.28 Áp lực nước ngầm 111 Hình 3.29 Ứng suất tự nhiên đất Hình 3.30 Độ lún giai đoạn đắp lớp 1: 0.3m 112 Hình 3.31 Độ lún giai đoạn đắp lớp 2: 0.45m Hình 3.32 Độ lún giai đoạn đắp lớp 3: 0.48m 113 Hình 3.33 Độ lún cố kết sau 4,4 năm 0.19m Hình 3.34 Lưới biến dạng cơng trình 114 Hình 3.35 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp Hình 3.36 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp 115 Hình 3.37 Hệ số ổn định giai đoạn đắp lớp Hình 3.38 Bảng khai báo giai đoạn thi công chưa xử lý 116 Hình 3.40 Biểu đồ áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian Bảng thống kê kết Thông số Bề rộng xử lý (m) Khoảng cách bố trí cọc (m) Đường kính bấc thấm (mm) Chiều sâu xử lý (m) Chiều cao đắp gia tải (m) Độ lún giai đoạn thi công (m) Thời gian thi công (tháng) Độ lún dư cố kết sau xử lý (m) Hệ số ổn định thi công GĐ1 Hệ số ổn định thi công GĐ2 Hệ số ổn định thi công GĐ3 Các Trƣờng Hợp Tính Tốn HK1 HK2 HK3 22 22 22 1,3 1,3 1,3 50 50 50 10 5.5 4.3 5.7 1.07 0.88 1.22 11 4.9 năm 0.13 năm 0.07 6.4 năm 0.19 2.36 1.78 1.55 2.22 1.73 - 2.38 1.76 1.54 117 Bảng so sánh độ lún phƣơng pháp Hố khoan Hk1 Hk2 Hk3 Thông số Phƣơng pháp giải tích Phƣơng pháp phần tử hữu hạn Lún giai đoạn thi công (m) 1.02 1.07 Độ lún dư (cm) 8.36 13 Lún giai đoạn thi công (m) 0.8 0.88 Độ lún dư (cm) 7.8 Lún giai đoạn thi công (m) 1.17 1.22 Độ lún dư (cm) 18.7 19 Kết luận: Độ lún cịn lại cơng trình thỏa mãn u cầu, nên tiến hành xây dựng Khi tiến hành tính tốn phương pháp giải tích phần tử hữu hạn cho kết có chênh lệch, chênh lệch khơng lớn chấp nhận Sở dĩ có chênh lệch phương pháp tính khác với phương pháp phần tử hữu hạn cho kết đáng tin cậy độ an toàn Kết luận chƣơng : Trong phạm vi tuyến qua, lớp đất yếu có chiều dày 6-10m, địa chất phức tạp, phân bố bề mặt địa hình chịu tác dụng trực tiếp tải trọng đường Tác giả tính tốn đưa phương án thiết kế xử lý đất yếu bấc thấm kết hợp gia tải Biện pháp có tính khả thi đảm bảo ổn định lâu dài cho đường trình khai thác, đồng thời đáp ứng thời gian thi công mà dự án yêu cầu 118 Kết kiểm toán ổn định trượt sau xử lý tất gia đoạn thỏa mãn yêu cầu quy trình Độ lún cịn lại , độ cố kết, tốc độ lún lại thỏa mãn u cầu trình Từ ta tiến hành xây dựng cơng trình đất yếu xử lý 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận  Nội dung thực hiện: Đề tài nghiên cứu số nội dung sau: - Khái niệm đất yếu - Những vấn đề xây dựng đường đắp đất yếu - Tổng quan phương pháp xử lý đất yếu hay áp dụng q trình thi cơng cơng trình - Cơ sở lý thuyết phương pháp sử dụng bấc thấm để xử lý đất yếu - Luận văn đưa sở khoa học để lựa chọn hình thức xử lý đất yếu bấc thấm Đường nối thị xã Vị Thanh với thành phố Cần Thơ, đoạn qua tỉnh Hậu Giang  Ý nghĩa khoa học đề tài: - Luận văn nghiên cứu tổng hợp vấn đề liên quan đến việc sử dụng bấc thấm kết hợp gia tải để xử lý đất yếu xây dựng cơng trình - Chỉ ưu khuyết điểm việc sử dụng bấc thấm xử lý đất yếu - Luận văn đề xuất giải pháp thiết kế hợp lý sở số liệu khảo sát địa chất dự án Đường nối thị xã Vị Thanh với thành phố Cần Thơ, đoạn qua tỉnh Hậu Giang  Những hạn chế luận văn: Do thời gian nghiên cứu mức độ nghiên cứu đề tài hạn chế, tơi nhận thấy đề tài cịn có thiếu sót Nội dung nghiên cứu đề tài hạn hẹp Chưa có số liệu để so sánh với biện pháp xử lý khác để lựa chọn giải pháp tối ưu kinh tế Kiến nghị Sử dụng bấc thấm để tăng nhanh thời gian cố kết đất yếu giải pháp sử dụng rộng rãi xây dựng đường ô tô Mỗi loại bấc thấm có 120 thơng số kỹ thuật khác nên hiệu thực tế sử dụng loại bấc thấm khác Đối với đường đắp cao, đặc biệt đoạn đầu cầu xử lý đất yếu bấc thấm thoát nước kết hợp với gia tải thường giải vấn đề độ lún (độ lún dư nhỏ thời gian cố kết ngắn) để đường đảm bảo ổn định cần phải kết hợp với biện pháp khác, đơn giản thông thường kết hợp với đắp bệ phản áp Để đảm bảo hiệu việc xử lý đắp đất yếu cần có số liệu khảo sát địa chất xác Từ số liệu khảo sát đó, đưa biện pháp xử lý hợp lý quản lý chặt chẽ đảm bảo thi công quy trình, chất lượng Dựa sở luận văn nghiên cứu biện pháp sửa dụng bấc thấm để xử lý đất yếu, ta cần mở rộng thêm nghiên cứu sâu thêm biện pháp khác : cọc cát, giếng cát, cọc xi măng đất phát triển mang tính khoa học, đưa vào tính tốn thiết kế thi cơng ngồi cơng trường 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc Ẩn (2004), Cơ học đất, Nhà xuất Đại học quốc gia, TP Hồ Chí Minh Bộ giao thông vận tải (2000), 22 TCN 262 -2000, Quy trình khảo sát thiết kế đường ơtơ đắp đất yếu Nguyễn Quang Chiêu (2004), Thiết kế thi công đắp đất yếu, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Văn Đáng (1999), Một số giải pháp kỹ thuật móng hợp lý trầm tích yếu khu vực TP.Hồ Chí Minh, tuyển tập báo cáo khoa học, Hội nghị Khoa học Địa chất cơng trình Mơi trường Việt Nam, TP.Hồ Chí Minh Bùi Anh Định, Nguyễn Sỹ Ngọc (2005), Nền móng cơng trình cầu đường”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Dương Ngọc Hải (2007), Xây dựng đường ô tô đắp đất yếu, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Trần Quang Hộ (2004), Cơng trình đất yếu, NXB Đại học quốc gia, TP Hồ Chí Minh Trần Quang Hộ (2008), Ứng xử đất học đất tới hạn, NXB Đại học quốc gia, TP Hồ Chí Minh Võ Phán, Nguyễn Thiên Giang (2007), Ứng dụng vật liệu bấc thấm ngang thay lớp đệm cát việc xử lý đất yếu bấc thấm đứng kết hợp với gia tải 10 Pierre Lareral, Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lục (1998), Nền đường đắp đất yếu điều kiện Việt Nam, Nhà xuất Giao thông Vận tải, Hà Nội 11 Nguyễn Mạnh Thủy (2010), Lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý xử lý đất yếu khu vực phía Nam TP.Hồ Chí Minh, Luận án Tiến sỹ Địa chất, Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội 12 Trần Văn Việt (2004), Cẩm nang dùng cho Kỹ sư Địa kỹ thuật, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội