Mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng

LVTS11 Mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng Đăng ngày 24062011 11:08:00 PM 644 Lượt xem 1570 lượt tải Giá : 0 VND Mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng Hãng sản xuất : Unknown Đánh giá : 5 điểm 1 2 3 4 5

1 Lời cảm ơn Tôi xin cám ơn các thầy cô giảng dạy trong Khoa sau đại học- Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội. Tôi xin chân thành cám ơn Phó giáo s, Tiến sĩ Ngô Hà Sơn là ngời hớng dẫn khoa học đã hết sức tận tâm nhiệt tình giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cám ơn sự quan tâm góp ý của Giáo s, Tiến sĩ Đỗ Nh Tráng. Tôi cũng xin cám ơn sự ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong thời gian thực hiện luận văn. 2 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của luận văn là do tôi thực hiện dới sự hớng dẫn khoa học của Phó giáo s, Tiến sĩ Ngô Hà Sơn. Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn này không trùng lặp với bất cứ luận văn nào đã từng đợc công bố. 3 Mục lục MễC LễC 3 Danh mục các bảng 5 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 5 Mở đầu 7 CHƯƠNG 1 9 Nghiên cứu tổng quan các giảI pháp gia cờng nền đất yếu. giải pháp gia cờng bằng cọc xi măng đất 9 1.1. Một số giải pháp gia cờng nền đất yếu. 11 1.1.1. Gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời [20] 11 1.1.2. Gia cố nền đất yếu bằng vật liệu có chất kết dính [20] 15 1.2. Phơng pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất 17 1.2.1. Giới thiệu cọc xi măng đất [4] 17 1.2.2. Ưu điểm của cọc xi măng đất [2] 18 1.2.4. Giới thiệu công nghệ trộn sâu [2] 22 1.2.5. Các phơng pháp tính toán gia cố nền bằng cọc xi măng đất [4] 28 1.3. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời, cọc vôi. 40 1.3.1. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời 40 1.3.2. So sánh giữa cọc xi măng đất và cọc vôi 40 1.4. Nhận xét về các mô hình tính toán cọc xi măng đất 40 CHƯƠNG 2 42 Xây dựng mô hình tính cọc xi măng đất 42 2.1. Số liệu tính toán [16]. 43 2.2. Kết quả thực nghiệm đo đạc ngoài hiện trờng [16]. 45 2.2.1. Thí nghiệm nén tĩnh cọc đơn 45 2.2.2. Thí nghiệm chất tải trọng cho cụm cọc ở hiện trờng 50 2.3. Kiểm chứng mô hình bài toán lý thuyết, xây dựng mô hình tính phù hợp. 52 4 2.3.1. Tính toán cọc XMĐ theo quan điểm cọc cứng 52 2.3.2. Tính toán cột xi măng đất theo quan điểm nền tơng đơng 56 2.3.3. Tính toán cột xi măng đất theo quan điểm hỗn hợp (sức chịu tải tính nh cọc còn biến dạng tính nh nền tơng đơng) 59 2.3.4. So sánh kết quả tính toán giữa các mô hình tính với kết quả thí nghiệm nén tĩnh ngoài hiện trờng 61 CHƯƠNG 3 63 Khảo sát trên mô hình số, xác định phạm vi ứng dụng của cọc xi măng đất 63 3.1. Khảo sát mô hình tính. 63 3.1.1. Thay đổi đờng kính cọc D (bán kính cọc r) 64 3.1.2. Thay đổi chiều dài cọc L 66 3.1.3. Thay đổi mật độ cọc 67 3.2. Xác định phạm vi ứng dụng của cọc xi măng đất với công trình dân dụng. 69 3.2.1. Khảo sát biến dạng của nền theo chiều dài cọc và tải trọng tác dụng 69 3.2.2. áp dụng cho công trình dân dụng 72 3.2.3. Ví dụ về gia cố nền bằng cọc xi măng đất cho bồn dầu (Tổng kho xăng dầu Cần Thơ) 74 Kết luận và kiến nghị 76 5 Danh mục các bảng Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Khả năng áp dụng biện pháp kỹ thuật cải tạo đất cho các loại đất khác nhau 10 2.1 Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất. 46 2.2 Tải trọng thí nghiệm nén tĩnh 3 cọc đơn 47 2.3 Thời gian theo dõi độ lún và ghi chép số liệu 48 2.4 Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc 1-B-4 49 2.5 Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc 3-B-4 50 2.6 Bảng tổng hợp kết quả tải trọng - độ lún cọc 1-C-4 50 2.7 Sức chịu tải cho phép của 3 cọc 51 2.8 Kết quả thí nghiệm nén tĩnh cụm 36 cọc 53 2.9 So sánh kết quả tính toán giữa các mô hình tính với kết quả thí nghiệm nén tĩnh tại hiện trờng 63 3.1 Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi bán kính r của cọc thay đổi 66 3.2 Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi chiều dài L của cọc thay đổi 68 3.3 Tính toán sức chịu tải và biến dạng của cọc khi mật độ cọc thay đổi 70 3.4 Biến dạng của nền theo tải trọng tác dụng và chiều dài cọc 72 3.5 Biến dạng của nền theo tải trọng tác dụng và bán kính cọc 74 3.6 Giá trị tải trọng (tấn) truyền xuống chân công trình theo nhịp và số tầng 75 Danh mục các hình vẽ, đồ thị Số hiệu hình vẽ, đồ thị Tên hình vẽ Trang 1.1 Kết quả bàn nén phẳng hiện trờng 13 1.2 Cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong đất sét yếu đồng nhất 14 1.3 Phân tích nhóm trụ vật liệu rời 15 6 1.4 Phơng thức phá hoại của móng cọc vôi 17 1.5 Tính toán lún khi cha vợt độ bền rão của cọc vôi 18 1.6 Gia cố cọc xi măng đất tại sân bay Cần Thơ 23 1.7 Gia cố cọc xi măng đất móng bồn dầu 23 1.8 Gia cố cọc xi măng đất Cảng dầu khí Vũng Tàu. 23 1.9 Các ứng dụng cơ bản của công nghệ trộn sâu 24 1.10 Sơ đồ thi công trộn khô 25 1.11 Bố trí trụ trộn khô 25 1.12 Bố trí trụ trùng nhau theo khối 26 1.13 Sơ đồ thi công trộn ớt 26 1.14 Bố trí trụ trộn ớt trên mặt đất 27 1.15 Bố trí trụ trùng nhau theo công nghệ trộn ớt 27 1.16 ổn định khối kiểu A 28 1.17 ổn định khối kiểu B 28 1.18 Công nghệ Jet Grouting 29 1.19 Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất 33 1.20 Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất 35 1.21 Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ 35 1.22 Sơ đồ tính toán biến dạng 37 2.1 Trụ địa chất điển hình nền đờng HCC Cảng hàng không Cần Thơ. 45 2.2 Đồ thị quan hệ tải trọng- chuyển vị của cọc 1-B-4 51 2.3 Đồ thị quan hệ tải trọng- chuyển vị của cụm cọc 53 2.4 Sơ đồ tính biến dạng theo quan điểm cọc cứng 56 2.5 Sơ đồ tính toán biến dạng theo quan điểm nền tơng đơng 59 3.1 Quan hệ giữa bán kính cọc và sức chịu tải của cọc 67 3.2 Quan hệ giữa bán kính cọc và độ lún 67 3.3 Quan hệ giữa chiều dài cọc và sức chịu tải của cọc 69 3.4 Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún 69 3.5 Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún của nền gia cố 71 3.6 Quan hệ giữa chiều dài cọc và sức chịu tải của cọc 73 3.7 Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún 73 3.8 Gia cố nền móng bồn dầu bằng cọc xi măng đất 78 3.9 Chuẩn bị thử tải 78 7 Mở đầu Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, ngành xây dựng Việt Nam cũng có sự chuyển mình mạnh mẽ, hàng loạt công trình cao tầng mọc lên ở các khu đô thị lớn. Theo đó các công nghệ xử lý nền móng bằng cọc ép, cọc nhồi, cọc cát đã đợc khai thác và sử dụng triệt để. Tuy nhiên giá thành nguyên vật liệu ngày một tăng cao đang là vấn đề nan giải gây thiệt hại đối với nhà thầu và chủ đầu t. Công nghệ cọc ép, cọc nhồi bê tông cốt thép tuy có sức chịu tải lớn nh- ng bên cạnh đó cũng bộc lộ những nhợc điểm nh giá thành cao, thời gian thi công kéo dài, gây ô nhiễm môi trờng Chính vì thế mà một công nghệ mới đã đợc nghiên cứu và đang đợc áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới, đó chính là công nghệ cọc đất trộn xi măng (gọi tắt là cọc xi măng đất, hay cũng có thể gọi là trụ xi măng đất). So với các công nghệ móng cọc khác, công nghệ cọc xi măng đất tỏ ra có hiệu quả kinh tế do tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ ngay dới chân công trình. Đặc biệt nó chính là một giải pháp vô cùng hợp lý cho các nền đất yếu mà trong đó vùng Đồng bằng Nam Bộ của nớc ta là một điển hình. Công nghệ cọc xi măng - đất đã đợc nhiều đơn vị ở Việt Nam tiếp nhận, thiết kế và thi công có hiệu quả từ những năm 90 của thế kỉ trớc. Tuy nhiên 8 phạm vi áp dụng chủ yếu mới chỉ là xử lý nền móng cho các công trình giao thông thủy lợi và một số công trình công nghiệp. Việc nghiên cứu áp dụng vào xử lý nền móng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng thay thế cho móng cọc bê tông cốt thép là rất đáng quan tâm. Do đó trong luận văn này tôi nghiên cứu mô hình tính toán cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng . Công nghệ cọc xi măng đất với các u điểm nh giá thành rẻ hơn các công nghệ khác do không tốn nhiều vật liệu, tận dụng đ- ợc vật liệu tại chỗ, thiết bị thi công không quá phức tạp nếu tính toán áp dụng thành công thì sẽ đạt đợc hiệu quả rất lớn. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đề xuất mô hình tính toán lý thuyết của cọc xi măng đất, trên cở sở đó kiến nghị phạm vi áp dụng của mô hình. Phơng pháp nghiên cứu: Luận văn sử dụng các phơng pháp nghiên cứu sau: - Về nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu về vật liệu cọc, mô hình tính và lời giải - Về nghiên cứu thực nghiệm: thu thập, phân tích số liệu, kết quả thí nghiệm hiện trờng. Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của đề tài: Nội dung của luận văn gồm ba chơng: Chơng 1: Nghiên cứu tổng quan các giải pháp gia cờng nền đất yếu. Giải pháp gia cờng bằng cọc xi măng đất. Chơng 2: Xây dựng mô hình tính cọc xi măng đất. Chơng 3: Khảo sát trên mô hình số, xác định phạm vi áp dụng của cọc xi măng đất cho các công trình dân dụng. Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể đợc sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiên cứu và áp dụng cho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công và xây dựng công trình ngầm đô thị, và nếu đợc hoàn thiện thêm, sẽ là cơ sở khoa 9 học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phơng pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất trong thực tiễn xây dựng các công trình vừa và cao tầng ở Việt Nam. CHƯƠNG 1 Nghiên cứu tổng quan các giảI pháp gia cờng nền đất yếu. giải pháp gia cờng bằng cọc xi măng đất Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đã và đang áp dụng nhiều phơng pháp cải tạo đất khác nhau, qua thử nghiệm và ứng dụng thực tiễn cho thấy các phơng pháp cải tạo đã có tác dụng làm tăng độ bền của đất, giảm độ lún tổng cộng và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công, giảm chi phí xây dựng và các hiệu quả khác. Nếu xét đến các yếu tố nh: tầm quan trọng của công trình, tải trọng, tác dụng, điều kiện thi công, thời gian xây dựng thì việc lựa chọn giải pháp thích hợp cho từng loại đất riêng biệt sẽ rất quan trọng và đợc hệ thống trong bảng sau 1.1 [20]. Bảng 1.1. Khả năng áp dụng biện pháp kỹ thuật cải tạo đất cho các loại đất khác nhau. Cơ chế cải tạo Cốt Hỗn hợp trộn hay phụt vữa Đầm chặt Thoát nớc Thời gian cải tạo Phụ thuộc sự tồn tại của thể vùi Tơng đối ngắn Lâu dài Lâu dài Đất hữu cơ Đất sét nguồn gốc núi lửa Đất sét độ dẻo cao Đất sét độ dẻo thấp Đất bùn 10 Đất cát Đất sỏi Trạng thái cải tạo đất Tơng tác giữa đất và thể vùi Xi măng hóa Dung trọng cao do hệ số rỗng giảm (Không thay đổi trạng thái đất) (Thay đổi trạng thái đất) Các phơng pháp gia cố nền đất yếu có thể đợc nhóm lại theo các nhóm nh sau tùy thuộc vào chỉ tiêu phân nhóm: * Theo đặc điểm của quá trình tơng tác giữa đất yếu và tác nhân gia cố, có thể phân biệt các nhóm gia cố sau: - Phơng pháp gia cố bằng tác nhân cơ học: trong hệ phơng pháp này quá trình gia cờng chủ yếu là quá trình cơ học. Đó là các phơng pháp trụ cát, giếng cát, phơng pháp trụ vật liệu rời, phơng pháp đầm nén chặt - Phơng pháp gia cố bằng tác nhân hóa học: trong hệ phơng pháp này các quá trình hóa học mang lại hiệu quả chủ yếu. Đó là phơng pháp silicat hóa, phơng pháp gia cố đất bằng vôi, xi măng, nhựa bitum - Phơng pháp gia cố bằng tác nhân hóa lý học: trong hệ phơng pháp này, các quá trình hóa lý học mang lại hiệu quả chủ yếu, đó là phơng pháp thẩm thấu, điện thẩm thấu, điện silicat - Ngoài ra còn có các phơng pháp gia cố bằng các tác nhân nhiệt, điện * Theo vật liệu để gia cố, có thể phân biệt: - Phơng pháp gia cố bằng các vật liệu vô cơ: vôi, xi măng, tro xỉ - Phơng pháp gia cố bằng các vật liệu hữu cơ: bi tum, nhựa đờng - Phơng pháp gia cố bằng vật liệu Polime: vật liệu carbamid, lignhin * Theo mục đích gia cố: - Phơng pháp gia cố làm tăng độ bền: đệm cát, trụ vật liệu rời - Phơng pháp gia cố làm giảm tính biến dạng: Trụ xi măng đất, gia tải trớc - Phơng pháp gia cố làm tăng nhanh quá trình cố kết: các phơng pháp sử dụng vật thoát nớc thẳng đứng. * Theo phạm vi gia cố có thể phân biệt: [...]... (Long an) Một số hình ảnh về ứng dụng công nghệ cọc xi măng đất tại Việt Nam xem Hình 1.6; Hình 1.7; Hình 1.8 22 Hình 1.6 Gia cố cọc xi măng đất tại sân bay Cần Thơ Hình 1.7 Gia cố cọc xi măng đất Hình 1.8 Gia cố cọc xi măng đất tại móng bồn dầu tại Cần Thơ Cảng dầu khí Vũng Tàu 1.2.4 Giới thiệu công nghệ trộn sâu [2] Trộn sâu phân loại theo chất kết dính (xi măng, vôi, thạch cao, tro bay) và phơng pháp... một Việt kiều ở Nhật đã thnh lập công ty xử lý nền móng tại TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo cọc xi măng đất lồng ống thép Cọc xi măng đất lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nh cao tầng (đến 15 tầng) thay thế cho cọc nhồi, rẻ v thi công nhanh hơn Năm 2004 cọc xi măng đất đợc sử dụng để gia cố nền móng cho nh máy nớc huyện Vụ Bản (H nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình vũ... phụ thuộc cả vào sức cản do ma sát mặt ngoài cọc xi măng đất và sức chịu chân cọc xi măng đất, loại sau còn phụ thuộc vào sức kháng cắt của vật liệu cọc xi măng đất 32 Khả năng chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất đơn trong đất sét yếu khi đất phá hoại đợc tính theo biểu thức sau: Qgh ,dat = ( dH c + 2, 25 d 2 )Cu Trong đó: d- đờng kính của cọc xi măng đất; Hc- chiều dài cọc xi măng đất; Cu- độ bền... cọc xi măng đất cắt qua tầng ép lún vào đất cứng nằm dới có sức chịu tải cao Phần lớn tải trọng tác dụng sẽ truyền vào lớp đất ở dới qua đáy cọc xi măng đất Tuy nhiên sức chịu ở chân cọc xi măng đất không thể vợt qua độ bền nén của bản thân cọc xi măng đất Trong trờng hợp cọc xi măng đất đã bị phá hoại trớc thì các cọc xi măng đất đợc xem tơng tự nh một lớp đất sét cứng nứt nẻ Độ bền cắt của hỗn hợp... này để tính sự phân bố tải trọng rao ,coc và mô đun 34 ép co của vật liệu cọc xi măng đất tơng ứng độ dốc của đờng quan hệ Khi vợt quá độ bền rão, tải ở cọc xi măng đất đợc coi là hằng số Hình 1.20 Quan hệ ứng suất- biến dạng vật liệu xi măng- đất * Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc xi măng đất Hình 1.21 Phá hoại khối và phá hoại cắt cục bộ Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc xi măng đất. .. liệu rời và trụ vôi vì chúng có nhiều nét tơng đồng với cọc xi măng đất Chúng sẽ làm cơ sở để so sánh và áp dụng trong việc nghiên cứu cơ chế làm việc và phá hoại của cọc xi măng đất 1.2 Phơng pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất 1.2.1 Giới thiệu cọc xi măng đất [4] Cọc xi măng đất (tên tiếng Anh là Deep Soil Mixing hay DSM) đợc nghiên cứu ở Nhật bởi giáo s Tenox Kyushu của Đại Học Tokyo vào khoảng... cọc xi măng đất a, (bx1) và độ bền cắt của vật liệu cọc xi măng đất Đề nghị không dùng hệ số an toàn là 2,5 khi tính toán thiết kế * Tính toán biến dạng 36 Hình 1.22 Sơ đồ tính toán biến dạng Tổng độ lún của công trình xây dựng trên nền đất gia cố bằng cọc xi măng đất nh trên Hình 1.22 Tổng độ lún lớn nhất lấy bằng tổng độ lún cục bộ của toàn khối nền đợc gia cờng ( h1 ) và độ lún cục bộ của tầng đất. .. năm 1960 Loại cọc này sử dụng cốt liệu chính là đất tại chỗ, gia cố với một hàm lợng xi măng và chất phụ gia nhất định tùy thuộc vào loại và các tính chất cơ - lý hoá của đất nền Nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao khi 18 địa chất là đất cát Cọc xi măng đất thờng đợc thi công bằng công nghệ trộn sâu hay gọi tắt là DMM (Deep Mixing Method) Cọc xi măng - đất có thể làm móng sâu, thay thế cọc nhồi (trong... bình của đất sét bao quanh, đợc xác định bằng thí nghiệm ngoài trời nh thí nghiệm cắt cánh và xuyên côn Giả thiết là sức cản mặt ngoài bằng độ bền cắt không thoát nớc của đất sét Cu và sức chịu chân ở chân cọc xi măng đất tơng ứng là 9Cu Sức chịu ở chân cọc xi măng đất treo không đóng vào tầng nén chặt, thờng thấp so với mặt ngoài Sức chịu ở chân cọc xi măng đất sẽ lớn khi cọc xi măng đất cắt qua tầng. .. tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật bản Đề ti đã ứng dụng công nghệ v thiết bị ny trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn v nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hởng của hm lợng xi măng đến tính chất của xi măng đất, nhằm ứng dụng cọc xi măng đất vo xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm đề ti cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ . cho cọc xi măng đất để ứng dụng cho công trình dân dụng vừa và cao tầng . Công nghệ cọc xi măng đất với các u điểm nh giá thành rẻ hơn các công nghệ khác do không tốn nhiều vật liệu, tận dụng. bằng cọc xi măng đất [4] 28 1.3. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời, cọc vôi. 40 1.3.1. So sánh giữa cọc xi măng đất và trụ vật liệu rời 40 1.3.2. So sánh giữa cọc xi măng đất và cọc. nền đất yếu. Giải pháp gia cờng bằng cọc xi măng đất. Chơng 2: Xây dựng mô hình tính cọc xi măng đất. Chơng 3: Khảo sát trên mô hình số, xác định phạm vi áp dụng của cọc xi măng đất cho các công