Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng dự án quảng trường trung tâm – công viên bờ sông khu đô thị mới thủ thiêm quận 2, tp hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN QUỐC TRÚC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG DỰ ÁN QUẢNG TRƢỜNG TRUNG T M - CÔNG VI N BỜ SÔNG, KHU ĐÔ TH MỚI THỦ THI M QUẬN TP.HCM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN QUỐC TRÚC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG DỰ ÁN QUẢNG TRƢỜNG TRUNG T M - CÔNG VI N BỜ SÔNG, KHU ĐÔ TH MỚI THỦ THI M QUẬN TP.HCM NGÀNH: KỸ THUẬT X Y DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG MÃ SỐ: 60.58.02.05 CHUY N S U: KTXD ĐƢỜNG Ô TÔ VÀ ĐƢỜNG THÀNH PHỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN PHƢỚC MINH TP HỒ CHÍ MINH - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Đây luận văn thạc sĩ học viên Nguyễn Quốc Trúc báo cáo kết nghiên cứu Thầy TS Nguyễn Phước Minh môn Đường trường Đại học Giao thông Vận tải hướng dẫn Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi thực chưa công bố nơi Những kết nghiên cứu phát sở phân tích số liệu tham khảo tư liệu, dự án, giáo trình đề tài nghiên cứu công bố nhà khoa học nước Để hoàn thiện luận văn này, số kết trích dẫn tham khảo tác giả liên quan Học viên Nguyễn Quốc Trúc ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luân văn với đề tài “Nghiên cứu xử lý đất yếu cọc đất gia cố xi măng dự án Quảng trường trung tâm - công viên bờ sông, khu đô thị Thủ Thiêm Quận TPHCM.” học viên nhận giúp đỡ nhiều vô quý báu thầy cô Khoa giảng dạy, trang bị hướng dẫn tận tình cho học viên Học viên xin chân thành cảm ơn : + Thầy TS Nguyễn Phƣớc Minh - Bộ môn Đường Bộ trường Đại Học Giao Thông Vận Tải tận tình hướng dẫn, động viên cung cấp cho học viên kiến thức vô ý nghĩa để học viên hoàn thành luận văn + Ban giám hiệu Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, thầy cô giảng dạy lớp kỹ thuật xây dựng đường ô tô đường thành phố tạo điều kiện cho học viên suốt trình học tập + Cảm ơn bạn đồng nghiệp giúp học viên có thêm kiến thức kinh nghiệm quý báu để học viên thực luận văn Mặc dù cố gắng để hoàn thành luận văn với kết tốt thời gian, hiểu biết kinh nghiệm chưa có nhiều nên khơng tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp thầy cô bạn bè đồng nghiệp Một lần học viên xin chân thành cảm ơn! Học Viên Nguyễn Quốc Trúc iii MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Đối tƣợng nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu: Kết cấu luận văn: CHƢƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM DỰ ÁN QUẢNG TRƢỜNG TRUNG TÂM CÔNG VI N BỜ SÔNG, KHU ĐÔ TH MỚI THỦ THI M QUẬN TPHCM VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Đ c điểm án quảng trƣờng trung t m c ng viên s ng khu đ th thủ thiêm Quận TPHCM 1.1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.2 Hiện trạng giao thông 12 1.2 Các giải pháp xử lý đất yếu giới Việt Nam 14 1.2.1 Đặc điểm đường đất yếu 14 1.2.2 Đặc điểm xây dựng đường vùng đất yếu 16 1.2.3 Các giải pháp xử lý đường đất yếu 28 1.3 Ph n tích để l a chọn phƣơng án xử lý đất yếu tuyến 53 1.4 Kết luận chƣơng 55 CHƢƠNG 2: GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG 56 2.1 Đ c điểm giải pháp 56 2.1.1 Đặc điểm chung giải pháp 56 2.1.2 Đặc điểm cọc đất gia cố xi măng 59 2.2 Trình t ƣớc thiết kế kiểm tốn - cọc đất gia cố xi măng 64 2.2.1 Trình tự bước thiết kế 64 2.2.2 Trình tự bước kiểm toán 66 2.3 Ph n tích ƣu nhƣợc điểm giải pháp 71 2.4 C ng nghệ thi c ng cọc đất gia cố xi măng 72 iv 2.4.1 Công nghệ trộn khô (Dry jet mixing) 73 2.4.2 Công nghệ trộn ướt (Jet grouting) 73 2.5 Kết luận chƣơng 77 CHƢƠNG 3: NGHI N CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG CHO DỰ ÁN QUẢNG TRƢỜNG TRUNG TÂM - CÔNG VI N BỜ SÔNG QUẬN TP HCM 78 3.1 Giới thiệu m hình tính 78 3.1.1 Giới thiệu phần mềm 78 3.1.2 Cơ sở chọn mơ hình tính 80 3.1.3 Mơ hình phân tích tốn 84 3.2 Trình t kiểm toán giải pháp xử lý đƣờng ằng cọc đất gia cố xi măng 94 3.2.1 Cơ sở lý thuyết kiểm toán đường đắp đất yếu b ng phương pháp cọc đất gia cố xi măng 94 3.2.2 Trình tự tính tốn kiểm tốn thiết kế: 95 3.3 Th ng số tính tốn 100 3.3.1 Mặt cắt tính tốn 100 3.3.2 Hoạt tải sử dụng 100 3.4 Kết kiểm toán 101 3.4.1 Tính tốn độ lún đường chưa gia cố 101 3.4.2 Tính tốn độ ổn định đường gia cố cọc đất xi măng 103 3.5 Kết luận chƣơng 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng : Đặc trưng tháng mực nước (cm) trạm Phú An 10 Bảng : Cao độ mực nước lớn nhỏ theo tần suất trạm Phú An 10 Bảng : Thống kê cao độ thiết kế tuyến đường 13 Bảng : Chỉ tiêu lí đất bùn đồng b ng Bắc Việt Nam 19 Bảng : Chỉ tiêu lý lớp đất chủ yếu 20 Bảng : Các nhân tố ảnh hưởng đến phát triển cường độ……………….61 Bảng : Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu tương ứng với loại đất khác (Mitchell and Freitag, 1959) 63 Bảng : Tỷ lệ xi măng với đất với loại đất khác theo hệ thống phân loại Unified (Mitchell and Freitag, 1959) 64 Bảng : Quy định lún dư cho đường theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000 66 Bảng : Chỉ tiêu lớp đất đắp cọc ximăng đất ………………………… 85 Bảng : Tổng hợp tiêu lý lớp đất dùng cho tính tốn 85 Bảng : Độ lún cho phép * theo Tiêu chuẩn Việt Nam 94 Bảng : Độ lún cho phép cho đường dự án 04 tuyến đường 94 vi DANH MỤC HÌNH V Hình 1: Phá hoại đường lún trồi 16 Hình 1: Phá hoại đường trượt sâu 17 Hình 1: Đắp đất theo giai đoạn 30 Hình 1: Phương pháp gia tải tạm thời: gia tải H lấy thời điểm mà t độ lún cuối S, tác dụng đắp chiều cao 31 Hình 1: Xử lý b ng biện pháp thay đất 32 Hình 1: Bệ phản áp 33 Hình 1: Vải địa kỹ thuật 34 Hình 1: Bố trí vải địa kỹ thuật để tăng cường chống trượt cho thân đường 35 Hình 1: Thi công bấc thấm 38 Hình 1: 10 Sử dụng giếng cát để gia xử lý 40 Hình 1: 11 Trình tự thi công giếng cát 41 Hình 1: 12 Các ứng dụng Cọc cát đầm chặt 43 Hình 1: 13 Phương pháp thi cơng cọc cát đầm chặt 44 Hình 1: 14 Thiết bị thi công cọc cát đầm chặt 45 Hình 1: 15 Sơ đồ công nghệ thi công cọc đất gia cố xi măng 47 Hình 1: 16 Sử dụng bê tông nh thay cho đất đắp đường 51 Hình 1: 17 Sử dụng ống cống thay cho đất đắp đường đầu cầu để giảm nh tải trọng tác dụng lên đất yếu bên 51 Hình 1: 18 Sơ đồ công nghệ hút chân không (máy bơm nối trực tiếp với bấc thấm ngang mạng lưới bấc thấm thẳng đứng) 52 Hình 1: 19 Bố trí nước bình theo phương pháp điện thấm 53 Hình 2: Các ứng dụng cọc xi măng đất 57 Hình 2: Các dạng bố trí Cọc ximăng đất trộn khơ 58 Hình 2: Hình ảnh bố trí Cọc ximăng đất trộn ướt mặt đất 58 Hình 2: Hình ảnh thực tế dạng bố trí Cọc ximăng đất (DSMC) 59 vii Hình 2: Cấu tạo điển hình đầu trộn 67 Hình 2: Mơ hình khối đất đắp tác dụng lên cọc 68 Hình 2: Tỷ diện tích gia cố 69 Hình 2: Quan hệ ứng suất  – biến dạng  69 Hình 2: Sơ đồ tính lún 70 Hình 2: 10 Tóm tắt trình tự thiết kế trụ đất xi măng 70 Hình 2: 11 Hình ảnh trình khoan phun 72 Hình 2: 12 Sơ đồ thi công phương pháp trộn khô 73 Hình 2: 13 Sơ đồ thi công phương pháp trộn ướt 74 Hình 2: 14 Dây chuyền khoan phun áp lực cao (Kplalc) 74 Hình 2: 15 Mơ tả q trình thi cơng cọc xi măng đất 75 Hình 2: 16 Máy DJM 2090 Kober 75 Hình 2: 17 Thi cơng cọc ximăng đất 76 Hình 2: 18 M i khoan Jet – grouting lên khỏi mặt đất 77 Hình 3: Ứng dụng phương pháp PTHH phân tích, tính tốn địa kỹ thuật 79 Hình 3: Mặt cắt ngang đại diện xử lý đất yếu đường D5 Phương án 82 Hình 3: Mặt cắt ngang đại diện xử lý đất yếu đường D5 Phương án 82 Hình 3: Mặt cắt ngang đại diện xử lý đất yếu đường D5 Phương án 83 Hình 3: Mặt cắt ngang đại diện xử lý đất yếu đường D5 84 Hình 3: Mơ hình đoạn tuyến nghiên cứu b ng phần mềm plasix: 86 Hình 3: Tóm tắt trình tự thiết kế trụ đất xi măng 95 Hình 3: Ứng suất gây lún độ sâu z 96 Hình 3: Bố trí cọc ximăng mặt b ng 96 Hình 3: 10 Mơ hình khối đất đắp tác dụng lên cọc 97 Hình 3: 11 Tỷ diện tích gia cố 98 Hình 3: 12 Quan hệ ứng suất  – biến dạng  99 Hình 3: 13 Sơ đồ tính lún 99 viii Hình 3: 14 Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng đất yếu 100 Hình 3: 15 Độ lún đường chưa gia cố 101 Hình 3: 16 Độ lún cố kết vòng 15 năm 102 Hình 3: 17 Độ lún đường gia cố cọc đất xi măng 102 Hình 3: 18 Hệ số an tồn thi công đắp 103 Hình 3: 19 Hệ số an tồn khai thác 103 94 3.2 Trình t kiểm tốn giải pháp xử lý đƣờng ằng cọc đất gia cố xi măng 3.2.1 Cơ sở lý thuyết kiểm toán đƣờng đắp đất yếu ằng phƣơng pháp cọc đất gia cố xi măng + Độ lún lại: Cọc xi măng đất sau hoàn thành, yếu tố cường độ để đảm bảo việc đáp ứng tải trọng tác dụng lên cơng trình việc đảm bảo lún dư cho cơng trình suốt q trình khai thác yêu cầu quan trọng Theo Quy trình khảo sát – thiết kế đường ôtô đắp đất yếu 22 TCN 262-2000 lún dư cho phép cho đường khu đô thị (tương đương cấp 60 trở xuống) quy định bảng sau Căn Độ lún cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam, tức độ lún xảy vịng 15 năm sau hồn tất thi công kết cấu áo đường theo Tiêu chuẩn Việt Nam (22 TCN 211-06, mục 1.3.5) Theo Tiêu chuẩn Việt Nam, độ lún cho phép định nghĩa từ 10-40cm tùy vào cấp đường, vận tốc thiết kế vị trí đắp đất yếu Bảng : Độ lún cho phép * theo Tiêu chuẩn Việt Nam[2] Vị trí đường đắp đất yếu Cấp đường Vận tốc thiết kế Gần mố Cống đường chui Đoạn đắp thông thường I, II III ≥80km/h ≤10cm ≤20cm ≤30cm III IV