Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu giải pháp chống cát chảy trong xây dựng công trình đường ô tô tại khu kinh tế nghi sơn tỉnh thanh hóa

bộ giáo dục đào tạo trường đại học giao thông vận tải n Lu NGHIÊN CứU GIảI PHáP CHốNG CáT CHảY TRONG XÂY DựNG CÔNG TRìNH ĐƯờNG Ô TÔ ỏn TạI KHU KINH Tế NGHI SƠN TỉNH THANH HóA n tiế sĩ Kĩ luËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt th t u Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường Thành phố MÃ số: 62.58.02.05.01 Người hướng dẫn khoa häc: 1: PGS.TS Trần Tuấn Hiệp 2: GS.TS Bùi Xuân Cậy hµ néi - 2017 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn quan tạo điều kiện giúp đỡ: Trường Đại học Giao thơng Vận tải, Phịng Đào tạo sau đại học, khoa Cơng trình, Bộ mơn Đường bộ, phịng thí nghiệm trọng điểm đường 1, Viện Khoa học Cơng nghệ Giao thơng Vận tải, phịng thí nghiệm, kiểm định trọng điểm LASXD 1256, Công ty cổ phần tư vấn khảo sát thiết kế xây dựng Lương Anh Thế ận Lu Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy hướng dẫn PGS.TS Trần Tuấn Hiệp GS.TS.Bùi Xuân Cậy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, góp ý định hướng nghiên cứu cho tác giả Xin cảm ơn đến thầy cô môn Đường bộ, khoa Cơng trình, nhà khoa học, cộng tác viên nhiệt tình hỗ trợ, giúp đỡ trình nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn nhà khoa học nhận xét, góp ý; án Hà nội 6/2017 n tiế sĩ Kĩ t uậ th CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà nội, ngày tháng năm 2017 ận Lu Tác giả luận án án tiế Lê Như Nam n sĩ Kĩ t uậ th MỤC LỤC Danh mục hình ảnh, biểu đồ Danh mục bảng Danh mục chữ viết tắt Trang Mở đầu….……………………………………………………………… 1 Mục tiêu nghiên cứu………………………………………… 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu…….…………………………… 4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu ………….… Cấu trúc đề tài luận án….………………………………………… Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu.……………… ………… 1.1 Khái quát chung cát biển nước ngầm ………………………… 1.1.1 Khái quát chung cát biển ận Lu Lý cần thiết lựa chọn đề tài án n tiế sĩ 1.2 Cơ sở lý thuyết dòng thấm Kĩ 1.1.2 Hoạt động nước ngầm t uậ th 1.2.1 Thấm đất…………………………………………………… 1.2.2 Định luật thấm đường thẳng (định luật Đarcy)………………… 1.2.3 Định luật thấm đường cong (định luật A.AKrastiovolski) 10 1.3 Tổng quan cát chảy xây dựng cơng trình vùng dun hải… 11 1.3.1- Tổng quan cát chảy…………………………………………… 11 1.3.2 Sự cố cơng trình cát chảy giới Việt Nam ………… 14 1.3.3 Những cố công trình vùng cát chảy Nghi Sơn 18 1.4 Các nghiên cứu giới, nước cát chảy giải pháp chống cát chảy ……………………………………………………… 21 21 1.4.2 Các nghiên cứu cát chảy Việt Nam…………………………… 23 1.4.3 Những vấn đề hạn chế hướng nghiên cứu đề tài……… 24 1.5 Mục tiêu đề tài ………………………………………………… 26 1.6 Nội dung nghiên cứu, kết nghiên cứu phòng trường……………………………………………………………………… 26 1.7 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… 26 1.8 Kết luận chương …………………………………………………… 27 Chương 2: Nghiên cứu địa chất thủy văn thực nghiệm xác định hệ số thấm cát chảy Nghi Sơn………………………………………… 28 2.1 Nghiên cứu điều kiện địa chất khu vực Nghi Sơn, Thanh Hóa……… 28 2.1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực Nghi Sơn …………………………… 28 2.1.2 Khảo sát điều kiện địa chất vùng duyên hải Nghi Sơn…………… 29 2.1.3 Kết khảo sát… ……………………………………………… 32 ận Lu 1.4.1 Các nghiên cứu cát chảy giới………………………… án n tiế sĩ 38 2.2.1 Mục tiêu quan trắc……………………………………………… 38 Kĩ 2.2 Quan trắc mực nước ngầm khu vực Nghi Sơn, Thanh Hóa ………… t uậ th 2.2.2 Nội dung quan trắc………………………………………………… 38 2.2.3 Kết quan trắc…………………………………………………… 38 2.3 Xác định chế phạm vi hoạt động cát chảy Nghi Sơn …… 41 2.3.1 Thí nghiệm hàm lượng bụi, bùn sét, sulfat, sulfit, mica lớp cát chảy thực nghiệm………………………………………………………… 41 2.3.2 Cơ chế phạm vi hoạt động cát chảy Nghi Sơn…………… 41 2.4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo thấm phức hợp CEPM 42 2.4.1 Mục tiêu nghiên cứu……………………………………………… 44 2.4.2 Sơ đồ thực nghiệm………………………………………………… 44 44 2.4.3.1 Cấu tạo…………………………………………………………… 44 2.4.3.2 Mô tả thiết bị…………………………………………………… 47 2.4.3.3 Ưu điểm hạn chế thiết bị………………………………… 47 2.5 Thực nghiệm phòng xác định hệ số thấm cát chảy Nghi Sơn ……………………………………………………………………… 48 2.5.1 Mục tiêu thí nghiệm………………………………………………… 48 2.5.2 Cách chế bị mẫu cát thí nghiệm……… ………………………… 48 2.5.3 Tiến hành thí nghiệm……………………………………………… 50 2.5.4 Kết thí nghiệm………………………………………………… 51 ận Lu 2.4.3 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo thấm phức hợp, CEPM…… 2.6 Nhận xét, kết luận chương ……………………………………… 53 án 54 Nội dung chương……………………………………………… 56 n tiế Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm phòng xác định vật liệu chống cát chảy hợp lý………………………………………………… sĩ 3.1 Yêu cầu nội dung nghiên cứu thực nghiệm…………………… 57 Kĩ 57 3.1.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm………………….……………… 57 3.2 Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý vật liệu phụ gia Bột sét… 58 3.2.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý dung hợp BS-N 58 3.2.1.1 Cách chế bị mẫu thí nghiệm…………………………………… 58 3.2.1.2 Thí nghiệm xác định kth1 mẫu…………………………… 59 3.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định quan hệ biến thiên hệ số thấm, kth1 hàm lượng BS dung hợp [BS-N] thay đổi…………… 61 3.2.2.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………… 61 3.2.2.2 Thí nghiệm xác định quan hệ kth1 hàm lượng BS dung hợp [68%BS+32%N]………………………………………………… 62 t uậ th 3.1.1 Yêu cầu thực nghiệm 3.3 Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý vật liệu phụ gia BEN… 64 3.3.1 TN xác định hàm lượng nước hợp lý dung hợp BEN-N……… 65 3.3.1.1 Cách chế bị, tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………… 65 3.3.1.2 Thí nghiệm xác định kth2 mẫu TN……………………… 65 3.3.2 Thí nghiệm xác định quan hệ thay đổi hệ số thấm k th2 cát thay đổi hàm lượng vật liệu phụ gia BEN dung hợp 67 [69%BEN+31%N]………………………………………………………… 3.3.2.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………… 67 3.3.2.2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth2 mẫu cát thay đổi hàm lượng BEN dung hợp [BEN-N]…………………………………… Lu 3.4 Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý vật liệu phụ gia XM…… 68 70 ận 70 3.4.1.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………… 70 3.4.1.2 Thí nghiệm để xác định hàm lượng nước có HH với XM có kth3 nhỏ nhất……………………………………………………………… 71 án 3.4.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý hồ vữa [XM-N] (tìm kth3 nhỏ nhất)………………………………………………………… n tiế sĩ Kĩ t uậ th 3.4.2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth3 mẫu cát thay đổi hàm lượng XM dung hợp [XM-N]……………………………………… 73 3.4.2.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………… 73 3.4.2.2 Thí nghiệm xác định quan hệ thay đổi k th3 hàm lượng XM dung hợp [XM+N] thay đổi………………………………………… 74 3.5 Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý vật liệu phụ gia [BS-XM] 76 3.5.1 Thí nghiệm xác định tỷ lệ XM hợp lý hỗn hợp [BS-XM]…… 76 3.5.1.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm… …… ……………………….… 76 3.5.1.2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth5 thay đổi hàm lượng XM hỗn hợp [BS-XM]…………………………………………………… 77 3.5.2 Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý dung hợp [72%BS+28%XM]………………………………………………………… 79 79 3.5.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý……… 79 3.6 Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý hỗn hợp vật liệu phụ gia [XM-BEN] chống cát chảy……………………………………………… 82 3.6.1 Thực nghiệm xác định tỷ lệ hàm lượng BEN hợp lý hỗn hợp [XM-BEN] ………………………………………………………………… 82 3.6.1.1 Cách chế bị, tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………… 82 3.6.1.2 Nghiên cứu xác định xác định hệ số thấm k th5 thay đổi hàm lượng BEN hõn hợp [XM-BEN]…………………………………… 83 3.6.2 Nghiên cứu xác định hàm lượng nước hợp lý dung hợp [77%XM+23%BEN]+N (để kth5 nhỏ nhất)……………………………… 85 3.6.2.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………… 85 3.6.2.2 Nghiên cứu xác định hàm lượng nước hợp lý dung hợp [XM-BEN-N], (tìm kth5 nhỏ nhất)………………………………………… 85 ận Lu 3.5.2.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………… án tiế 3.7 Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý vật liệu phụ gia hỗn n 88 3.7.1 Thực nghiệm xác định tỷ lệ hàm lượng BEN hợp lý hỗn hợp [BS-BEN] ………………………………………………………………… 88 sĩ hợp [BS-BEN] …………………………………………… …………… Kĩ t uậ th 3.7.1.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm…………………………………… 88 3.7.1.2 Thí nghiệm xác định quan hệ kth6 hàm lượng [BS-BEN] 88 3.7.2 Thí nghiệm xác định hàm lượng nước hợp lý dung hợp [BS+BEN], (hàm lượng nước cho hệ số thấm cát chảy nhỏ nhất)…… 91 3.7.2.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm………………….………………… 91 3.7.2.2 Thí nghiệm xác định quan hệ kth7 hàm lượng nước dung hợp {[70%BS+30%BEN]-N}……………………………………… 91 3.8 Nghiên cứu xác định hàm lượng hợp lý vật liệu phụ gia thủy tinh lỏng ……………………………………………………………………… 93 3.8.1 Chế bị tổ hợp mẫu thí nghiệm………… ………………………… 93 3.8.2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm kth7 hàm lượng vật liệu phụ gia thủy tinh lỏng, TTL, thay đổi …………………………………………… 93 3.9 Nhận xét, kết luận chương 3………………………………………… 97 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm trường xác định hệ số thấm cát cho thấm nhập vào tầng cát chảy tổ hợp phụ gia khác nhau……………………………………………………………………… 99 4.1 Nội dung thực nghiệm…….………………………………………… 100 4.2 Thiết lập mơ hình thực nghiệm trường………………………… 100 4.3 Xây hố thực nghiệm tiến hành thực nghiệm……………………… 102 4.3.1 Xây hố thực nghiệm………………………………………………… 102 ận Lu 4.3.2 Tiến hành thực nghiệm……………………………………………… 104 4.4 Kết thực nghiệm………………………………………………… 107 án 4.4.1 Kết thực nghiệm xác định hệ số thấm cát nguyên trạng…… 107 tiế n 4.4.2 Kết xác định hệ số thấm cát bị thấm nhập tổ hợp vật liệu 1……………………………………………………………………… 109 sĩ Kĩ 4.4.3 Kết xác định hệ số thấm cát bị thấm nhập tổ hợp vật liệu 2……………………………………………………………………… 110 th t uậ 4.4.4 Kết xác định hệ số thấm cát bị thấm nhập tổ hợp vật liệu 3……………………………………………………………………… 111 4.4.5 Kết xác định hệ số thấm cát bị thấm nhập tổ hợp vật liệu 4……………………………………………………………………… 112 4.5 Phân tích hiệu kinh tế sử dụng tổ hợp vật liệu phụ gia chống thấm khác nhau…………………………………………………… 113 4.6 Định hướng công nghệ sử dụng vật liệu phụ gia chống cát chảy xây dựng móng đường tơ khu vực Nghi Sơn, Than Hóa 116 4.6.1 Đặc điểm xây dựng móng đường ô tô Nghi Sơn, Thanh Hóa 116 4.6.2 Giải pháp định hướng chống cát chảy Hào chặn dòng ngầm (Hào chống thấm) ………………………………………………………… 117 4.7 Nhận xét, kết luận chương ………………………………………… 120 Kết luận, kiến nghị……………………………………………………… 123 Các cơng trình cơng bố tác giả Tài liệu tham khảo Phần phụ lục (trình bày riêng) ận Lu án n tiế sĩ Kĩ t uậ th chế khả hoạt động dòng thấm cách tác động vào hai yếu tố/ điều kiện gây cát chảy kết hợp bơm hút nước làm khơ hố móng - Vùng ven biển Nghi Sơn có địa hình phẳng, tầng nước ngầm thường không sâu, mặt xây dựng rộng rãi; điều kiện bố trí hào chống thấm thuận lợi 4.6.2 Giải pháp định hướng chống cát chảy Hào chặn dòng ngầm (Hào chống thấm) - Khi xây dựng móng cơng trình khu vực có cát chảy, người ta thường áp dụng nhóm giải pháp cơng nghệ chính: 1) Triệt tiêu dịng ngầm (tháo khơ), hạ thấp mực nước ngầm (giếng cát đơn đa giếng ) ận Lu 2) Chặn dòng ngầm (tường chắn, hệ cọc, tường vây, đóng băng nước ngầm, jet grouting…) án 3) Hạn chế khả hoạt động dòng ngầm cách tác động vào hai yếu tố/ điều kiện gây cát chảy kết hợp bơm hút nước làm khơ hố móng tiế n Nhóm giải pháp 1) 2) đòi hỏi đầu tư thiết bị đắt tiền, thi công phức tạp, thường áp dụng cho thi cơng hố móng cơng trình có diện tích khơng lớn, hố móng tầng nước ngầm sâu sĩ Kĩ t uậ th - Móng đường tơ thường kéo dài theo diện rộng tới hàng chục, hàng trăm km có chiều sâu hạn chế khoảng – mét; áp dụng giải pháp 3) cách làm hào chặn dòng ngầm kết hợp cho thấm nhập vào tầng cát chảy vật liệu phụ gia (VLPG) làm thay đổi thuộc tính lý cát ngầm dịng ngầm, nhờ làm giảm hệ số thấm (giảm vận tốc thấm), hạn chế cát chảy, tạo điều kiện cho hút khô nước thi cơng móng thuận lợi - Hiện cơng nghệ hào chắn dòng ngầm chưa áp dụng; điều kiện hạn chế, NCS đề cập giải pháp thảo luận định hướng công nghệ hào chống cát chảy, làm sở cho phát triển nghiên cứu tiếp tục Sơ đồ hào chống cát chảy xây dựng mống đường ô tô khu vực Nghi Sơn thể hình 4.15 117 Hình 4.15 Sơ đồ MCN hào VLPG chống cát chảy hố móng cơng trình đường tơ ận Lu Trong đó: án - Chiều sâu hố móng: h1+h2 - Chiều rộng hố móng: b sĩ - Chiều dài hố móng: l n tiế - Cao độ MNN: h2 Kĩ - Chiều cao hào vật liệu chống cát chảy: H t uậ - Chiều dài hào: L th - Chiều rộng hào: B - Khoảng cách từ đáy hố móng đến hào là: l1 l2 Để ứng dụng có hiệu cơng nghệ “hào chống cát chảy” cần nghiên cứu vần đề: + Các khoảng cách từ thành hào tới thành hố móng: l l2 cần nghiên cứu trường vào điều kiện mặt hoạt động tầng cát chảy + Chiều sâu H, chiều rộng hào B; tham số định nghiên cứu thực tế tùy thuộc vào chiều sâu hố móng - Để thi cơng hào ngăn dịng ngầm, cần nghiên cứu thiết kế chế tạo cơng tác nhằm giới hóa, tự động hóa Thiết bị vừa đào hào, vừa bơm vào 118 hào vật liệu phụ gia thích hợp (Các VLPG nghiên cứu luận án) Thiết bị cho phép thi công hào theo kiểu chiếu, tịnh tiến Dùng thiết bị đào hào tầng cát chảy theo kích thước tính tốn đến chiều sâu thiết kế, đồng thời bơm VLPG xuống hào để thấm nhập vào tầng cát chảy; từ ngăn dịng ngầm hai bên hố móng chảy vào đường, tạo điều kiện bơm hút khơ hố móng thi cơng đường Trình tự thực sau: Khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất thủy văn, địa hình địa mạo khu vực xây dựng cơng trình; Chiều sâu MNN, hướng dòng ngầm, biến đổi MNN theo mùa tác động khí hậu, thủy triều; đánh giá, xác định cấu tạo, phạm vi phân bố hoạt động tầng cát chảy; ận Lu Khảo sát, đánh giá điều kiện cung ứng, giá thành vật liệu khu vực Nghi Sơn khu vực phụ cận; án Lựa chọn VLPG hợp lý (đã thực luận án), biện pháp tổ chức thi cơng tính tốn tham số Hào VLPG chống cát chảy; n tiế Phân tích, đánh giá kinh tế, kỹ thuật giải pháp Hào VLPG chặn dịng ngầm đường tô; sĩ Phê duyệt tổ chức thi công Hào VLPG chống cát chảy: Kĩ  Định vị đường Hào thực địa; chuẩn bị VLPG lựa chọn; chuẩn bị công tác đào bơm VLPG vào hào chế tạo; th t uậ  Dùng thiết bị công tác đào Hào đến chiều sâu, kích thước thiết kế theo kiểu chiếu, tịnh tiến dần; đào đến đâu, bơm VLPG xuống hào đến để VLPG thấm nhập vào tầng cát chảy, tránh cát chảy gây sạt lở Có thể thi cơng Hào bên đồng thời hai bên đường theo đoạn chiều dài Hào;  Để thời gian định cho VLPG thấm nhập vào tầng cát chảy, kết hợp bơm hút, tiến hành đào thi cơng đường + Tóm lại: Để giải vấn đề chống cát chảy xây dựng móng đường ô tô khu vực Nghi Sơn, giải pháp thích hợp, khả dụng tiết kiệm áp dụng công nghệ “hào chống cát chảy” Để áp dụng hiệu cơng nghệ cần nghiên cứu giải hai vấn đề: - Nghiên cứu tổ hợp vật liệu phụ gia hợp lý kinh tế - kỹ thuật chống cát chảy; vấn đề NCS nghiên cứu giới thiệu luận án 119 - Nghiên cứu giải pháp xây dựng hào kỹ thuật phù hợp điều kiện trường Do điều kiện hạn chế thời gian, kinh phí luận án đề cập đến định hướng cho nghiên cứu tiếp tục 4.7 Nhận xét, kết luận chương 1) - Hiện có nhiều phương pháp xác định hệ số thấm lớp cát chảy, thí nghiệm phịng với cột nước khơng đổi, tính tốn lý thuyết, phương pháp trường Tuy nhiên phương pháp tính tốn lý thuyết cịn nhiều hạn chế chưa xét đến yếu tố thuộc tính, thành phần, độ chặt cát, nhiệt độ môi trường … ận Lu Tháng 12 năm 2010, viện Khoa học công nghệ GTVT nghiên cứu đo hệ số thấm cát chảy Nghi Sơn phương pháp ASTM D2434 Constant Head Permeability Test (hình 4.15) án Năm 2012-2013 Ths Lê Như Nam cộng tiến hành đo thấm cát chảy Nghi Sơn thiết bị phức hợp CEPM, (hình 4.16) n tiế Phương pháp thí nghiệm phịng tốn hạn chế kích thước, tính nguyên dạng mẫu thí nghiệm, nước nhiệt độ thí nghiệm khơng hồn tồn thực tế, … kết thí nghiệm có sai số định Để khắc phục tình trạng đó, tác giả sử dụng dụng phương pháp thí nghiệm trường để xác định hệ số thấm lớp cát chảy Nghi Sơn điều kiện tự nhiên sĩ Kĩ t uậ th Hình 4.16 Thí nghiệm đo thấm đại học Arkansas, theo ASTM D2434, Mỹ [28] 120 Hình 4.17 Thí nghiệm đo thấm thiết bị CEPM Lu 2) - So sánh với kết thực nghiệm hiên trường phòng cho thấy: ận - Hệ số thấm cát Nghi Sơn xác định trường: k0tb = 0,95.10-3 (cm/s) án n tiế - Kết thí nghiệm hệ số thấm cát tầng cát chảy Nghi Sơn phịng thí nghiệm trọng điểm đường - Viện khoa học công nghệ Giao thông vận tải thực hiện, 12/ 2010, theo phương pháp ASTM, USA: k 0tb = 0,83.10-3 cm/s; sĩ Kĩ Sai khác so với kết thực nghiệm trường = -14,5 % th t uậ - Kết đo thấm cát tầng cát chảy Nghi Sơn thiết bị CEPM Ths Lê Như Nam cộng thực năm 2012: kotb = 0,089 10-3 cm/s; Sai khác so với thực nghiệm trường = - 6,7 % Kết thí nghiệm trường đáng tin cậy kết thí nghiệm phịng thực điều kiện gần sát thực tế; sai số kết đo phòng từ % đến 14 % chấp nhận Do tính phức tạp toán đo thấm, với phương pháp thực nghiệm, kết lần đo khác bị phân tán phạm vi xấp xỉ – 5% Thực nghiệm đo thấm trường khó khăn tốn kém; từ kết đánh trên, tiến hành thí nghiệm đo thấm phịng nghiên cứu tính thấm cát tầng cát ngầm bão hòa nước Trong trường 121 hợp địi hỏi độ xác cao, kỹ sư nên nghiên cứu thực nghiệm trường để có kết tin cậy Số liệu thực nghiệm trường có sai khác so với phịng nhiên sai khác khơng lớn; có sai khác lý sau đây: - Nước sử dụng thí nghiệm phịng nước máy lẫn tạp chất, nước thấm ngồi thực tế có chứa nhiều bui sét, khoáng chất oxit, muối, … - Nhiệt độ thí nghiệm phịng có sai khác so với thí nghiệm ngồi trường 3) - Kết phân tích hiệu kinh tế tổ hợp VLPG cho thấy: Lu Tổ hợp vật liệu phụ gia chống thấm hợp lý có hiệu cao mặt kỹ thuật: chống cát chảy (làm giảm hệ số thấm cát chảy) giới thiệu chương ận Qua phân tích kinh tế thấy rằng: vật liệu phụ gia Bentonite, bột sét xi măng có hiệu kinh tế tốt Để đạt tới hệ số thấm yêu cầu vật liệu phụ gia bentonite cho thấy hiệu kinh tế cao nhất, xét tính dễ cung ứng, giá thành rẻ, dễ thi cơng vật liệu bột sét, xi măng có tính cạnh tranh cao án n tiế sĩ Do điều kiện hạn chế, luận án chưa thể nghiên cứu sâu công nghệ „Hào chống thấm”; tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu thực tế trường, với điều kiện địa chất thủy văn cụ thể; tùy thuộc kết phân tích nhiều yếu tố mà lựa chọn phương án thích hợp số loại tổ hợp vật liệu nêu chương Kĩ t uậ th 122 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Để đề xuất giải pháp hợp lý chống cát chảy xây dựng đường ô tô Khu kinh tế Nghi Sơn, luận án tiến hành nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu tổng quan cát chảy; bao gồm lý thuyết thấm, hoạt động cát chảy; cố cát chảy gây q trình xây dựng khai thác cơng trình; nghiên cứu lý thuyết giải pháp thực tế chống cát chảy nước giới… - Nghiên cứu đặc điểm địa chất thủy văn hoạt động đới nước ngầm khu vực Nghi Sơn, Thanh Hóa ận Lu - Nghiên cứu cát biển Nghi Sơn, hệ số thấm cát tầng ngầm có khả gây cát chảy án - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo thấm phức hợp, CEPM; dùng thiết bị CEPM để tiến hành nghiên cứu thấm cho thấm nhập vào tầng cát chảy loại vật liệu phụ gia chống cát chảy khác nhau; thay đổi loại vật liệu, hàm lượng tỷ lệ vật liệu, hàm lượng nước để xác định tổ hợp vật liệu hợp lý phục vụ chống cát chảy n tiế sĩ Kĩ - Nghiên cứu thực nghiệm trường để đánh giá sai số, độ tin cậy thực nghiệm phòng thiết bị CEPM th t uậ - Đánh giá hiệu kinh tế-kỹ thuật giải pháp đề xuất - Nghiên cứu định hướng giải pháp hào chặn dòng ngầm chống cát chảy xây dựng đường ô tô Những đóng góp luận án: - Luận án phân tích, tổng hợp nhóm giải pháp cơng nghệ xử lý tượng cát chảy xây dựng cơng trình nói chung: Triệt tiêu dịng ngầm (dịng thấm); chặn dòng ngầm; hạn chế khả hoạt động dịng ngầm Trên sở phân tích ưu nhược điểm giải pháp trường hợp xây dựng có đặc điểm khác nhau, luận án kiến nghị sâu nghiên cứu giải pháp thứ “Nghiên cứu giải pháp hạn chế hoạt động dòng thấm” vật liệu phụ gia sẵn có địa bàn Nghi Sơn vùng phụ cận để giảm hệ số 123 thấm (giảm vận tốc thấm) tạo điều kiện bơm hút khơ hố móng hạn chế tượng cát chảy móng cơng trình thi cơng móng cầu, cống, đường, tường chắn thuận lợi - Luận án nghiên cứu thiết kế chế tạo thí nghiệm đo thấm phức hợp (complex equipment for permeable measurement, CEPM) với nhiều ống thí nghiệm, có khả tháo lắp linh hoạt, lắp đặt phịng thí nghiệm; nhờ lúc thí nghiệm thấm cho nhiều vật liệu phụ gia, vật liệu phụ gia với nhiều loại hàm lượng (tỷ lệ) hàm lượng nước khác điều kiện thí nghiệm đặc điểm cát chảy (nội dung nghiên cứu giới thiệu chương 2); ận Lu - Bằng thiết bị đo thấm phức hợp (CEPM), luận án tiến hành thí nghiệm xác định hệ số thấm cát chảy cho thấm nhập tổ hợp vật liệu phụ gia khác nhau: bột sét, xi măng, bentonite, thủy tinh lỏng tổ hợp chúng; Đồng thời thay đổi tỷ lệ hàm lượng vật liệu phụ gia thành phần; từ phân tích xác định tổ hợp vật liệu phụ gia hợp lý chống cát chảy (cho hệ số thấm cát chảy nhỏ nhất) kết giới thiệu chương án n tiế - Đã tiến hành thực nghiệm xác định hệ số thấm trường điều kiện thực tế để kiểm chứng với kết thí nghiệm phịng sử dụng thiết bị CEPM; kết thực nghiệm trường cho thấy sai khác kết thí nghiệm phòng so với thực nghiệm trường xấp xỉ 7%, từ cho thấy: thực nghiệm phịng thiết bị CEPM cho kết có tin cậy chấp nhận sĩ Kĩ t uậ th - Luận án đề xuất giải pháp định hướng chống cát chảy hào chặn dòng ngầm sử dụng tổ hợp vật liệu phụ gia hợp lý chống cát chảy xây dựng cơng trình đường tơ; làm sở cho nghiên cứu tiếp tục triển khai áp dụng vào thực tế… - Luận án phân tích hiệu kinh tế giải pháp tổ hợp vật liệu phụ gia chống cát chảy khác khuyến nghị định hướng áp dụng vào thực tế Tùy thuộc điều kiện cung cấp, đơn giá vật tư, địa điểm xây dựng, điều kiện địa chất thủy văn khu vực cơng trình; cần luận chứng kinh tế - kỹ thuật lựa chọn giải pháp hợp lý, thứ tự ưu tiên lựa chọn tổ hợp vật liệu phụ gia thay đổi 124 Định hướng nghiên cứu phát triển luận án Nghiên cứu chống cát chảy nội dung rộng lớn, phức tạp thực khó khăn, tốn kém; điều kiện hạn chế, kết luận án đạt đóng góp bước đầu nhằm góp phần giải vấn đề khoa học – thực tiễn có ý nghĩa đặc biệt cấp thiết nghiệp xây dựng phát triển hạ tầng giao thông vận tải đại, đồng bộ, bền vững Để phát triển, tương lai cần nghiên cứu công nghệ thi cơng hào chống cát chảy xây dựng móng cơng trình đường tơ khu vực Nghi Sơn bao gồm: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo công tác đào hào thấm nhập tổ hợp vật liệu phụ gia hợp lý chống cát chảy ận Lu - Nghiên cứu tham số hợp lý hào chống cát chảy như: chiều sâu, chiều rộng, khoảng cách từ hào tới thành hố móng… án - Hướng dẫn cơng nghệ thi cơng hào chắn dịng ngầm để chống cát chảy xây dựng đường ô tô n tiế Kết nghiên cứu luận án tăng tính hiệu q trình xây dựng phát triển sở hạ tầng Khu kinh tế Nghi Sơn – khu kinh tế trọng điểm quốc gia; làm sở cho nghiên cứu tiếp tục lĩnh vực liên quan áp dụng hiệu cho nơi có điều kiện địa lý tự nhiên, địa chất thủy văn, tài nguyên, vật liệu tương tự sĩ Kĩ t uậ th 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu Tiếng Việt [1] Nguyễn Hữu An, Xác định phạm vi bảo vệ đê sông đồng Bắc sở giải toán thấm đánh giá ổn định đê Tạp chí Thủy lợi, (273), tr 23-34, (1990) [2] Nguyễn Hữu An cộng sự, Nghiên cứu giải pháp nâng cao làm việc an tồn cho đê sơng Đồng Bắc Đề tài cấp Bộ B96-34-01-TĐ, (1999) ận Lu [3] Huỳnh Bá, Kỹ Thuật nnk, Tính tốn thấm qua cơng trình thủy lợi Đề tài NCKH cấp Bộ, Hà Nội, (2001) án [4] Báo cáo khảo sát địa chất dự án đường Bắc-Nam 3, khu Kinh tế Nghi Sơn, 2006; n tiế [5] Báo cáo số liệu khí tượng phục vụ dự án Thiết kế tổng thể nhà máy Lọc hóa dầu Nghi Sơn, Thanh Hóa, 2003; sĩ [6] Báo cáo khảo sát địa chất dự án xây dựng Trạm y tế khu TĐC xã Hải Yến, KKT Nghi Sơn, 2010; Kĩ t uậ th [7] Nguyễn Ngọc Bích - Giáo trình Địa kỹ thuật cơng trình, Nxb Xây dựng, 2005; [8] Nguyễn Tăng Thanh Bình, Trần Nguyễn Hồng Hùng – Sử dụng công nghệ vữa cao áp để gia cố hầm metro số thành phố Hồ Chí Minh; [9] Vũ Minh Cát, Bùi Cơng Quang - Thủy văn nước đất, Nxb Xây dựng, 2003 [10] Công ty tư vấn xây dựng Thuỷ lợi II, công nghệ thi công tường chống thấm biện pháp đào dung dịch bentonit, 2003 [11] Nguyễn Quốc Dũng - Báo cáo kết thực dự án sản xuất thử nghiệm độc lập cấp Nhà nước:” Hồn thiện cơng nghệ khoan vữa áp lực cao (Jet-Grouting) nhằm tăng khả chống thấm cho cơng trình thủy lợi, Hà Nội, 2010 [12] Nguyễn Quốc Dũng – Giới thiệu kết ứng dụng công nghệ khoan vữa áp lực cao (Jet-grouting) để chống thấm cho số công trình thủy lợi, tạp chí khoa học cơng nghệ; [13] Nguyễn Quốc Dũng - Hồn thiện cơng nghệ khoan vữa áp lực cao (Jet-grouting) nhằm tăng khả chống thấm cho cơng trình thủy lợi, 2010 [14] Nguyễn Hồng Đức – Cơ sở địa chất cơng trình địa chất thủy văn cơng trình, Nxb Xây dựng, 2009; [15] Trần Thanh Giám – Địa kỹ thuật, Nxb Xây dựng, 2011; [16] Trần Tuấn Hiệp - Nghiên cứu sử dụng cát biển để chế tạo BTXM xây dựng đường tơ cơng trình phịng hộ ven biển, hải đảo Việt Nam, 2009 [17] Lê Anh Hoàng – Cơ học đất, Nxb Xây dựng, 2005; Lu ận [18] Trần Như Hối - Dùng dung dịch hào sét tạo hào vách vách đứng, xây tường chống thấm qua tầng cát cuội sỏi MNN, tuyển tập nghiên cứu Cơ học đất móng, Viện nghiên cứu khoa học thuỷ lợi, 1979; án n tiế [19] Dương Trung Huy - Hướng dẫn sử dụng phầm mềm thấm dị hướng Chuyên đề Tiến sĩ, Đại học Thủy lợi, (2005) sĩ [20] Nguyễn Bá Kế - Sự cố móng cơng trình, Nxb Xây dựng 2011; Kĩ [21] Nguyễn Bá Kế - Thiết kế thi cơng hố móng sâu, Nxb xây dựng, 2014; th t uậ [22] Lê Văn Kiểm – Hư hỏng, sửa chữa, gia cường móng, Nxb Xây dựng, 2009; [23] Phan Liêu – Đất cát biển nhiệt đới ẩm, Nxb khoa học kỹ thuật, 1987; [24] Nguyễn Sỹ Ngọc, Trần Văn Dương – Giáo trình địa chất cơng trình, Nxb Giao thơng vận tải Hà Nội, 2003; [25] Nguyễn Kim Ngọc nhóm tác giả – Địa chất thủy văn đại cương, Nxb Giao thông vận tải, 2008; [26] Bạch Quốc Tiến, Dòng thấm đất (khơng bão hịa bão hịa), Tạp chí Khoa học công nghệ, trường Đại học bách khoa Đà Nẵng- số 1(30), 2009 [27] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8723: 2012, Đất xây dựng cơng trình thủy lợi - Phương pháp xác định hệ số thấm đất phòng thí ngiệm [28] Tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM D2434 – 68 (1994), AASHTO T215-70 (2003), tính thấm đất dạng hạt (cột nước không đổi) [29] Nguyễn Cảnh Thái, Tô Quang Trung – Nghiên cứu ổn định vách hào thi công dung dịch Bentonit theo trạng thái không gian ba chiều, Báo khoa học kỹ thuật Thủy lợi môi trường, số 43 - 12/ 2013; [30] Nguyễn Cảnh Thái - Thi công thử nghiệm tường hào đất – bentonit chống thấm, 2015; [31] Nguyễn Cảnh Thái, Nguyễn Anh Tú, Bùi Quang Cường – Thi công thử nghiệm tường hào đất – Bentonit chống thấm, 2016; [32] Nguyễn Cảnh Thái, Lương Thanh Hương – Tính tốn ổn định vách hào Bentonit đất dính, 2015; ận Lu [33] Trần Văn Toản, Nghiên cứu cải tiến công nghệ hạ thấp mực nước ngầm xây dựng cơng trình mềm yếu có tượng cát chảy, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, 2016 án n tiế [34] Nguyễn Viết Trung – Cọc đất xi măng, phương pháp gia cố đất yếu, Nxb Xây dựng, 2014; [35] Nguyễn Xuân Trường - Thiết kế đập đất, Nxb Giáo dục, Hà Nội, (1972) sĩ Kĩ [36] Bùi Văn Trường – Kết bước đầu nghiên cứu xói ngầm, cát chảy đê sơng phương pháp thí nghiệm trường, tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi môi trường, số 50 - tháng 9/2015; t uậ th [37] Nguyễn Anh Tú – Nghiên cứu giải pháp tường hào đất – bentonit – xi măng để nâng cao khả chống thấm cho đập đất, luận án tiến sĩ kỹ thuật; [38] Tuyển tập báo cáo khoa học, hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai Sự cố hư hỏng cơng trình xây dựng - Viện khoa học công nghệ xây dựng, Nxb xây dựng, 2003; [39] Nguyễn Uyên – Địa chất thủy văn công trình, Nxb xây dựng, 2003; [40] Nguyễn Uyên – Xử lý tượng địa chất xây dựng, Nxb xây dựng, 2006; [41] Nguyễn Uyên – Địa chất công trình, Nxb xây dựng, 2009; [42] Nguyễn Uyên – Thiết kế xử lý hố móng, Nxb Xây dựng, 2009; [43] Trần Văn Việt – Cẩm nang dùng cho kỹ sư Địa kỹ thuật, Nxb Xây dựng, 2008 [44] L.V.Makovxki - Cơng trình ngầm giao thơng thị, Nxb Xây dựng, Nguyễn Đức Nguôn dịch, Nguyễn Văn Quảng hiệu đính, 2008; II Tài liệu tiếng Anh [45] Aitchison, G.D., and Wood, C.C., (1965) “Some Interactions of Compaction, Permeability and Post-Construction Deflocculation Affecting the Probability of Piping Failure in Small Earth Dams.” Proc 6th Int Conf Soil Mechanics and Found Eng., Vol 2, pp 442-6 ận Lu [46] Arthur Casagrande, Control of Seepage through Foundations and Abutments of Dams, Published Online: May 25, 2015, án [47] Arthur Casagrande, Control of Seepage through Foundations and Abutments of Dams, DOI: http://dx.doi.org/10.1680/geot.1961.11.3.161, Published online: May 25, 2015 tiế n [48] British Standard - Code Of Practice For Foudations - BS 8004:1986, BSI, London - 16 February 2005 sĩ Kĩ [49] Casagrande, A., “Seepage through Dams” Jnl New England Water Works Assn., Vol 51, No 2, June 1937, also published in “Contributions to Soil Mechanics, 1925 - 1940”, Boston Society of Civil Engineers, 1940 t uậ th [50] Cedergren, H.R., (1977) “Seepage, Drainage and Flow Nets”, John Wiley and Sons, New York, 534 pp [51] Chen Y F, Zhou C B, Zheng H A numerical solution to seepage problems with complex drainage systems Computers and Geotechnics, 2008 [52] Daniel Eklund “ Penetrability for cementitious injection grouts” - Royal Institute of Technology - Stockholm - Sweden 2003 [53] Eriksson M “ Grouting Researchs” - Royal Institute of Technology Stockholm - Sweden 2004 [54] Lakshmi N Reddi, Sepage in soils, principles and applications, Kansas state university, 2003, published by John Wiley & sons, Hoboken, New Jersey [55] L F Cooling, Field Measurements in Soil Mechanics, Géotechnique, Volume 12, Issue 2, Jun 1962 (77–104) [56] J.K.Mitchell & Kenichi Soga - Fundamentals Of Soil Behavior - John Wiley & Sons, Canada,2005 [57] Lai W M, Rubin D, Krempl E Introduction to continuum mechanics 3rd ed Oxford: Pergamon Press Ltd., 1993 [58] S.K.Gulhati M.Datta, Indian Institute Of Technology- Geotechnical Engineering - Tata McGraw-Hill, New Delhi - India 2005 [59] Timothy D Stark Navid H Jafari Aaron L Leopold Thomas L Brandon (2014) Soil compressibility in transient unsaturated seepage analyses Canadian Geotechnical Journal, Online publication date: 1-Aug-2014 Lu ận [60] Z M Malik A Tariq J Anwer (2008) Seepage control for Satpara dam, Pakistan Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Geotechnical Engineering, Online publication date: 25-May-2015 án n tiế [61] Zhang Ga, Zhang Lianwei, Zhang Jianmin, et al Seepage analysis for upstream cofferdam of Xiluodu hydropower station Journal of Hydroelectric Engineering, 2002, sĩ Kĩ [62] Yifeng Chen et all, A new classification of seepage control mechanisms in geotechnical engineering, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2010 t uậ th CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Lê Như Nam, “Ổn định đường tơ vùng cát chảy”, tạp chí khoa học giao thông vận tải, số 32 – 11/2010; Lê Như Nam, Trần Tuấn Hiệp: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị đo thấm phức hợp, CEPM”, Tạp chí xây dựng, Bộ Xây dựng, tháng năm 2017; ận Lu Lê Như Nam, Trần Tuấn Hiệp: “Nghiên cứu thực nghiệm xác định hàm lượng vật liệu phụ gia bột sét hợp lý chống cát chảy xây dựng móng đường tơ khu vực Nghi Sơn, Thanh Hóa” (Experiment researching reasonable content of clay admixture to treat seepage for construction of road foundation in Nghi Son, Thanh Hoa), Tạp chí Giao thơng vận tải, số 5/2017; án n tiế Lê Như Nam, Trần Tuấn Hiệp: “Thực nghiệm trường xác định hệ số thấm cát tầng cát chảy KKT Nghi Sơn” (Experimental research in site to determine permeability coefficient of seepage in Nghi Sơn, Thanh Hoa), Tạp chí giao thơng vận tải, số 6/2017; sĩ Kĩ t uậ th Lê Như Nam, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp tỉnh Thanh Hóa: “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật chống xói ngầm, cát chảy xây dựng móng cơng trình đường giao thơng khu kinh tế Nghi sơn, Thanh Hóa”, Đã UBND tỉnh Thanh Hố phê duyệt theo QĐ số: 4112/QĐ-UBND năm 2014, triển khai