Ứng dụng công nghệ thông tin để giải quyết bài toán xử lý nền đất yếu bằng các giải pháp thoát nước thẳng đứng cho xây dựng đường giao thông ở việt nam

bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ ®Þa chÊt -
 - Trịnh Viết Linh ứng dụng công nghệ thông tin để giải toán xử lý đất yếu giải pháp thoát nớc thẳng đứng cho xây dựng đờng giao thông việt nam Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hà nội 2007 giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ địa chất -
 - TrÞnh ViÕt Linh ứng dụng công nghệ thông tin để giải toán xử lý đất yếu giải pháp thoát nớc thẳng đứng cho xây dựng đờng giao thông việt nam Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyờn ngành: ðịa chất cơng trình Mã số : 60.44.65 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS ðỗ Minh Toàn ThS Hồng Kim Bảng LỜI CAM ðOAN Tơi xin cam ñoan nội dung nghiên cứu luận văn thân tơi, chưa cơng bố ñồ án báo cáo khác HÀ NỘI, 2007 Tỏc gi Trnh Vit Linh -1- Mở đầu Sau 20 năm đổi hội nhập, công xây dựng hoàn thiện mạng đờng Việt Nam đ) đạt đợc nhiều thành tựu Riêng tính toán thiết kế, tính chuyên nghiệp đ) đợc nâng cao qua dự án Công tác tính toán thiết kế cầu, đờng, từ thủ công, đ) dần đợc tự động hoá với trợ giúp phần mềm có tính chuyên nghiÖp cao nh−: RM2006, Midas Civil, Nova TDN, RoadLand, Topo Công tác tính toán, thiết kế hạng mục khác, ®ã cã xư lý nỊn ®Êt u, cịng ®ang bớc đợc tự động hoá Đề tài ứng dụng công nghệ thông tin để giải toán xử lý đất yếu giải pháp thoát nớc thẳng đứng cho xây dựng đờng giao thông Việt Nam thực nhằm bớc đầu nâng cao tính chuyên nghiệp tự động hoá tính toán xử lý đất yếu, đáp ứng đòi hỏi thực tế sản xuất 1) Tính cấp thiết đề tài -2- Hiện tại, quy hoạch mạng đờng Việt Nam đến năm 2010 định hớng đến năm 2020 đ) đợc Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển mạng đờng cao tốc quốc gia Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn năm 2020 đ) đợc Bộ giao thông vận tải đệ trình Theo đó, loạt tuyến đờng toàn l)nh thổ Việt Nam đợc nâng cấp, cải tạo xây dựng Theo hoạch định, hầu hết tuyến đờng quan trọng tập trung qua hai trung tâm kinh tế lớn đất nớc đồng Bắc Bộ đồng Nam Bộ Đây hai đồng trẻ, đợc thành tạo hai hệ thống sông Hồng sông Cửu Long Do đó, hai khu vực phân bố nhiều đất yếu Việt Nam tuyến đờng phải áp dụng giải pháp đặc biệt xử lý đất yếu phổ biến Trong đó, thực tế sản xuất cho thấy, công tác tính toán xử lý đất yếu xây dựng đờng giao thông nhiều tồn hạn chế nh: - Thiếu kỹ s, chuyên gia Địa kỹ thuật đợc đào tạo bản, đơn vị sản xuất; - Thiếu tài liệu hớng dẫn kỹ thuật chuẩn mực; - Thiếu công cụ tính toán chuyên nghiệp Những tồn hạn chế đ) nguyên nhân gây cố kỹ thuật tuyến đờng thời gian qua Trong điều kiện đất yếu phân bố rộng r)i tuyến đờng đ) đợc hoạch định, trớc thực trạng công tác tính toán xử lý đất yếu nh trình bầy nh đòi hỏi thực tế sản xuất: Việc ứng dụng công nghệ thông tin để giải toán xử lý yếu bớc đầu khắc phục -3- tồn tại, hạn chế tính toán nói chung cho xây dựng đờng giao thông Việt Nam nói riêng cấp thiết 2) Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích: Nghiên cứu, phân tích hệ thống hoá tồn tại, hạn chế tính toán xử lý đất yếu xây dựng đờng giao thông, sở đó, xây dựng phần mềm đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất 3) Phạm vi đối tợng nghiên cứu Đất yếu đa dạng thành phần, trạng thái, đặc điểm phân bố, giải pháp xư lý nỊn ®Êt u cịng rÊt phong phó Tuy nhiên, hạn chế kiến thức chuyên môn nh thời gian thực hiện, phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn: Đất yếu đất loại sét, đợc xử lý giải pháp thoát nớc đứng nh bấc thấm, giếng cát công trình thoát nớc khác có nguyên lý thoát nớc tơng tự, xây dựng đờng giao thông Việt Nam 4) Nội dung nghiên cứu - Các loại đất yếu phổ biến Việt Nam trạng xây dựng đờng đất yếu Việt Nam; - Phơng pháp xử lý đất yếu loại đờng thấm thẳng đứng tình hình áp dụng cho xử lý đất yếu xây dựng đờng giao thông đất yếu Việt Nam; - Các yêu cầu toán xử lý đất yếu, phơng pháp lý thut tÝnh to¸n; mèi quan hƯ cđa hai néi dung tính toán ổn định lún ổn định trợt toán xử lý đất yếu gắn với đặc thù thi công công trình đờng giao thông; -4- - Phơng thức quản lý trao đổi liệu đầu vào số phần mềm tính toán xử lý, thực phần nội dung tính toán xử lý đất yếu có mặt Việt Nam 5) Phơng pháp nghiên cứu Để hoàn thành luận văn này, phơng pháp nghiên cứu sau đ) đợc áp dụng: - Phơng pháp địa chất: Trong trình thực đề tài, tài liệu địa chất tài liệu liên quan đến việc tính toán xử lý đất yếu loạt dự án đ) đợc thu thập phân tích; - Phơng pháp tính toán: Bao gồm phơng pháp giải toán Địa kỹ thuật mà chủ yếu toán xác định diễn biến trình cố kết đặc trng lý liên quan đất trình thi công đắp phơng pháp tính toán toán học; - Phơng pháp lập trình 6) Cơ sở tài liệu Những tài liệu đợc sử dụng thực đề tài gồm: - Các tài liệu địa chất Việt Nam, đặc biệt tài liệu liên quan đến trầm tích Đệ Tứ Việt Nam [1] - Kết khảo sát địa chất công trình dự án giao thông đ) triển khai tài liệu tính toán xử lý đất yếu dự án điển hình, gồm dự án: Mỹ An - Vàm Cống [9]; Trung Lơng Mỹ Thuận Cần Thơ [10], [13]; Cầu Giẽ Ninh Bình [11]; đờng Nguyễn Hữu Cảnh kéo dµi [12] -5- - Tµi liƯu vỊ sù cè kỹ thuật liên quan đến đờng đắp đất yếu đợc xử lý giải pháp thoát nớc đứng điển hình, gồm dự án: Cầu vợt đờng sắt Hoàng Long [15], [35], Các đoạn sụt km120, km135 (QL1A) [32], [35]; đờng Nguyễn Hữu Cảnh kéo dài [18] - Tài liệu giải pháp xử lý đất yếu; tài liệu sở lý thuyết xử lý đất yếu giải pháp thoát nớc đứng, đặc biệt cho xây dựng đờng đất yếu - Tài liệu số phần mềm tính toán xử lý đất yếu - Tài liệu liên quan đến kỹ thuật lập trình, thuật toán Đặc biệt tài liệu ngôn ngữ lập trình Visual Basic hỗ trợ lập trình Windows 7) ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bản luận văn hoàn thành đ) có đóng góp tích cực vào thực tiễn sản xuất, cụ thể: - Đề tài đ) phân tích hệ thống hoá tồn hạn chế tính toán xử lý nỊn ®Êt u hiƯn nay, tõ ®ã gióp nhËn thøc rõ ràng vấn đề yêu cầu kỹ tht tÝnh to¸n, thiÕt kÕ xư lý cịng nh− thi công đờng giao thông qua vùng đất yếu - Trên sở đó, đề tài đ) xây dựng đợc phần mềm tính toán xử lý đất yếu giải pháp thoát nớc thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm dạng đờng thấm thẳng đứng khác có nguyên lý thoát nớc tơng tự), cho xây dựng đờng giao thông (và dạng đắp tơng tự khác), đáp ứng đợc yêu cầu thực tế sản xuất 8) Cấu trúc luận văn -6- Nội dung luận văn đợc trình bầy 103 trang, biểu bảng, 49 hình vẽ chia làm chơng:
Chơng 1: Đất yếu xây dựng đờng đất yếu Việt Nam;
Chơng 2: Xử lý đất yếu xây dựng đờng việt nam, tồn hạn chế;
Chơng 3: Xây dựng phần mềm tính toán xử lý đất yếu giải pháp thoát nớc thẳng đứng cho xây dựng đờng giao thông Bản luận văn đợc hoàn thành với giúp đỡ giảng viên môn Địa chất công trình, môn tin học trờng Đại học Mỏ - Địa chất bạn bè đồng nghiệp làm việc Tổng Công ty T vấn Thiết kế Giao thông vận tải Nhân đây, tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu đặc biệt bầy tỏ lòng biết ơn chân thành tới: - PGS TS Đỗ Minh Toàn, ThS Hoàng Kim Bảng trờng Đại học Mỏ - Địa chất, đ) trực tiếp hớng dẫn suốt trình thực luận văn này, - KS Nguyễn Đình Thứ, chuyên viên Địa kỹ thuật, Tổng Công ty TVTK GTVT, đ) đọc thảo có nhiều ý kiến đóng góp, đặc biệt nội dung cố kỹ thuật liên quan đến đất yếu tuyến quốc lộ 1A, cầu Hoàng Long, quốc lộ Hà Nội Hải Phòng, đờng Nguyễn Hữu Cảnh TP Hồ Chí Minh Bên cạnh đó, trình thực đề tài, phần mềm tính toán xử lý đất yếu SASPro Một kết cụ thể đề tài đ) đợc Tỉng C«ng ty TVTK GTVT chän tham gia Héi thi sáng tạo khoa học kỹ thuật ngành GTVT đ) đoạt giải nhì, đồng thời đợc Bộ GTVT chọn tham gia Hội thi sáng tạo khoa học kỹ thuật ViƯt Nam 2007 VIFOTEC tỉ chøc Trong qu¸ -7- trình tham gia hội thi, tác giả đ) nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp Chuyên gia, nhà Chuyên môn thuộc Hội đồng khoa học công nghệ Tổng Công ty TVTK GTVT Hội đồng khoa học công nghệ Bộ GTVT Nhân đây, tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp quí báu Hà Nội, tháng 12 năm 2007 Tác giả - 116 - Hình B-6 Kết tính toán cố kết đoạn sau 0+720 - 117 - Description: QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Comm ents: PVD 1.2m, D=7m, He=4m, v=5cm/day, Final stage, end of filling File Nam e: HL02HeT0.slp Analysis Method: Bishop 1.279 Description: EB Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 Description: Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.31 Description: 1-2' Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.7534 Description: 1-1' Unit Weight: 1.54 Cohesion: 2.1839 Hình B-7 Kết tính toán ổn định trợt đoạn sau 0+720 vừa đắp xong B-3 Kết tính toán theo mô hình 2-4 Theo mô hình này, sau xử lý lớp đất yếu đợc xem nh đồng với sức kháng cắt đợc xác định nh sau: C = C o + ∆C = C o + (σ o − σ c + σ z ) × U × m (B-1) Trong đó: Co: Sức kháng cắt ban đầu đất; o: áp lực địa tầng; c: áp lực tiền cố kết; z: ứng suất đắp gây ra; U: Độ cố kết; m: Hệ số tăng sức kháng cắt cố kết đất Từ kết tính toán (hình B-1, B-2 B-5, B-6), đắp xong, xác định đợc: a) Đoạn 0+600 đến 0+720 C = 1.31 + ì (1.82 − 3.5 + 16.62) × 0.643 × 0.21 = 1.31 + 1.01 = 2.32 t/m2 Vµ hƯ sè an toàn tơng ứng xem hình B-8 - 118 - Description: QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Comm ents: Doi sanh: SD 2m, D=7m, He=7m, CW4x20, v=5cm /day, Final stage, end of filling File Nam e: HL03HeT0_M01 Mo.slz Analysis Method: Bishop 1.240 Description: EB Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 Description: Unit Weight: 1.54 Cohesion: 2.32 H×nh B-8 Kết tính toán ổn định trợt đoạn 0+600~0+720, theo mô hình 2-4 b) Đoạn sau 0+720 C = 1.31 + × (1.82 − 3.5 + 9.45) × 0.605 × 0.21 = 1.31 + 0.49 = 1.80 t/m2 Và hệ số an toàn tơng ứng xem hình B-9 Description: QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Comm ents: PVD 1.2m, D=7m, He=4m, v=5cm/day, Final stage, end of filling File Nam e: HL02HeT0_M01 Mo.slz Analysis Method: Bishop Description: EB Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 1.317 Description: Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.8 Hình B-9 Kết tính toán ổn định trợt đoạn sau 0+720, theo mô hình 2-4 - 119 - Phô lôc C Chi tiÕt kÕt tính toán kiểm tra cố lún đờng đầu cầu Văn Thánh, TP Hồ Chí Minh Hình C-1 Số liệu đầu vào - 120 - Hình C-2 Kết tính toán lún, Hd=3.5m - 121 - Hình C-3 Kết tính toán lún, Hd=4.6m - 122 - Hình C-4 Kết tính toán lún, Hd=6.5m - 123 - Hình C-5 Kết tính toán cố kết tự nhiên, Hd=4.6m, t~3.5 năm -1- - 124 - Phụ lục D Chi tiết kết tính toán kiểm tra cố sụt đờng dẫn đầu cầu vợt đờng sắt Hoàng Long, QL1A Hình D-1 Số liệu đầu vào - 125 - Hình D-2 Kết tính toán cố kết có xử lý bấc thấm, tốc độ đắp v=10cm/ngày - 126 - Hình D-3 Kết tính toán cố kết có xử lý bấc thấm, tốc độ đắp v=5cm/ngày - 127 QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Km0+600 ~ Km06720, PVD 1.2m, D=7m , Hd=4m, 10cm/ngay Fil e Name: HL01H1T 0.slp Anal ysis Method: Bi shop 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.5787 EB 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.31 1-1' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.7607 1.334 EB Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 1-1' 1-2' QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Km0+600 ~ Km06720, PVD 1.2m , D=7m , Hd=6m , 10cm/ngay Fil e Nam e: HL01H2T 0.slp Anal ysis Method: Bi shop EB Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.31 1-1' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 2.3847 1.008 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.9321 EB 1-2' 1-1' 1-2' QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Km0+600 ~ Km06720, PVD 1.2m, D=7m , Hd=8m, 10cm/ngay Fil e Nam e: HL01HeT 0.slp Anal ysis Method: Bi shop EB Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.31 0.848 1-1' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 3.1214 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 2.3015 EB 1-2' 1-1' 1-2' H×nh D-4 KÕt tính toán hệ số ổn định trợt vừa đắp xong với tốc độ v=10cm/ngày Từ xuống: chiều cao đắp Hd=4m; 6m 8m - 128 QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Km0+600 ~ Km06720, PVD 1.2m , D=7m , Hd=4m , 5cm /ngay Fil e Nam e: HL02H1T 0.slz Anal ysis Method: Bi shop 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.8 EB 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.31 1-1' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 2.14 1.427 EB Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 1-1' 1-2' QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Km 0+600 ~ Km 06720, PVD 1.2m , D=7m, Hd=6m , 5cm /ngay File Nam e: HL02H2T 0.sl z Anal ysis M ethod: Bi shop EB Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.31 1-1' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 3.03 1.110 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 2.27 1-2' 1-1' 1-2' QUOC LO 1A, DUONG DAU CAU VUOT HOANG LONG Km 0+600 ~ Km 06720, PVD 1.2m , D=7m, Hd=8m , 5cm/ngay Fil e Nam e: HL02HeT 0.sl z Analysis M ethod: Bi shop 0.940 EB Soil Model: Mohr-Coulomb Unit Weight: 2.1 Cohesion: 6.2 Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 1.31 1-1' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 3.91 1-2' Soil Model: Undrained (Phi=0) Unit Weight: 1.54 Cohesion: 2.68 1-2' 1-1' 1-2' Hình D-5 Kết tính toán hệ số ổn định trợt vừa đắp xong với tốc độ v=5cm/ngày Từ xuống: chiều cao đắp Hd=4m; 6m vµ 8m -1-