Luận văn thạc sỹ “Hoàn thiện công nghệ thiết kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL”

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, lựa chọn cách tiếp cận thích hợp để có thể phân tích ổn định của mái hố móng công trình trên nền đất yếu, qua đó hoàn thiện công tác thi công hố móng công trình khu vực đồng bằng sông Cửu Long, góp phần tích cực giảm thiểu rủi ro, tăng cường an toàn cho công trình, tiết kiệm chi phí xây dựng và sửa chữa.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LI  LÊ VĂN QUỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy Mã số : 60 - 58 - 40 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRỊNH CÔNG VẤN HÀ NỘI - 1 - MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 Đặt vấn đề 3 Mục đích của đề tài 4 Phương pháp nghiên cứu 4 Phạm vi nghiên cứu 4 1. Chương 1. TỔNG QUAN 5 1.1. Tình hình sạt trượt mái hố móng khi thi công các công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL 5 1.2. Những nghiên cứu trong và ngoài nước về thiết kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu. 28 1.3. Sự cần thiết của đề tài nghiên cứu 31 Kết luận chương 32 1 Chương 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ VIỆC GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐBSCL. 33 1.4. Khái niệm về nền đất yếu 33 1.5. Cơ sở lý thuyết về ổn đònh mái dốc 34 1.6. Phân tích sự ổn đònh của mái đào móng trong điều kiện ĐBSCL 45 1.7. Phân tích ứng suất quá trình đào móng 50 1.8. Ứng dụng Geo-Studio 2004 tính toán ổn đònh mái hố móng công trình 56 1.9. Phân tích nguyên nhân sạt trượt mái hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL 59 Kết luận chương 64 2 Chương 3. HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU 66 Luận văn thạc só kỹ thuật Mục lục - 2 - LONG 1.10.Hoàn thiện công tác khảo sát , thí nghiệm đòa chất 66 1.11.Thiết kế mái hố móng 67 1.12.Thi công hố móng 85 Kết luận chương 96 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 97 i) Kết quả đạt được của luận văn 97 ii) Những hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp 97 iii) Kiến nghò 98 Lời cảm ơn 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC Phụ lục chương 1 Phụ lục chương 2 Phụ lục chương 3 Luận văn thạc só kỹ thuật Mục lục - 3 - MỞ ĐẦU Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là phần cuối cùng của châu thổ sông Mekong có tổng diện tích tự nhiên 3.9 triệu ha. Mặc dù, diện tích chỉ chiếm 12% diện tích đất cả nước nhưng hàng năm ĐBSCL đóng góp hơn 50% tổng sản lượng lương thực, xuất khẩu gạo chiếm gần 90% kim ngạch xuất khẩu của cả nước và các mặt hàng quan trọng khác. Đến nay, cảnh quan và các mặt kinh tế ở ĐBSCL được phát triển rõ nét, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp. Cùng song song với sự phát triển đó là việc xây dựng các công trình thủy lợi phục vụ tưới, tiêu, xả phèn,… cho khu vực. Các công trình thủy lợi khu vực ĐBSCL chòu ảnh hưởng của những điều kiện tự nhiên phức tạp như thủy triều, lũ lụt kéo dài, nền đất mềm yếu,… cho nên việc tính toán, thiết kế và thi công gặp nhiều khó khăn. Một trong những vấn đề lớn gặp phải đó chính là sự cố mất ổn đònh gây nên sạt trượt mái khi thi công hố móng công trình, dẫn đến tình trạng phải xử lý gây lãng phí về tiền của, công sức và nhất là sự chậm trễ tiến độ xây dựng làm cho dự án gặp nhiều khó khăn. Trong những năm qua, vấn đề sạt trượt mái hố móng công trình khu vực ĐBSCL đã được một số tác giả quan tâm, mà kết quả của những nghiên cứu này đã đóng góp thực sự cho vấn đề xử lý và ngăn ngừa sạt trượt mái trong quá trình thi công đào mómg. Tuy nhiên những kết quả có thể ứng dụng trực tiếp còn hạn chế. Từ những thực tế trên, việäc “Hoàn thiện công nghệ thiết kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL” là công việc mang tính cấp thiết hiện nay. Phân tích nguyên nhân sự cố để từ đó hoàn thiện các giải pháp thiết kế và thi công cho phù hợp với đặc điểm tự nhiên của ĐBSCL, rút ngắn được thời gian thi công và giá thành thấp nhất có thể để công trình sớm Luận văn thạc só kỹ thuật Mở đầu - 4 - được đưa vào sử dụng và phát huy hiệu quả. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, lựa chọn cách tiếp cận thích hợp để có thể phân tích ổn đònh của mái hố móng công trình trên nền đất yếu, qua đó hoàn thiện công tác thi công hố móng công trình khu vực đồng bằng sông Cửu Long, góp phần tích cực giảm thiểu rủi ro, tăng cường an toàn cho công trình, tiết kiệm chi phí xây dựng và sửa chữa. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Quá trình nghiên cứu của luận văn áp dụng các phương pháp : − Nghiên cứu những lý thuyết cơ bản của “cơ học đất” liên quan đến ổn đònh mái hố móng công trình. − Điều tra, khảo sát, thực tế thông qua các sự cố sạt lở hố móng công trình. − Khai thác nguồn thông tin, kết quả nghiên cứu trên mạng Internet. − Kết hợp với các đề tài, dự án đang thực hiện có nội dung phù hợp. − ng dụng những thành tựu của công nghệ thông tin. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng cụ thể của đề tài là các cống đồng bằng (cống ngăn mặn, ngăn triều, kiểm soát lũ,…), một loại công trình chủ yếu của khu vực ĐBSCL. Phạm vi nghiên cứu chủ yếu là khảo sát, thiết kế, thi công và xử lý sạt trượt mái hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Luận văn thạc só kỹ thuật Mở đầu - 5 - 1. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. TÌNH HÌNH SẠT TRƯT MÁI HỐ MÓNG KHI THI CÔNG CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐBSCL 1.1.1. Giới thiệu chung Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là một vùng rộng lớn và trù phú của đất nước, có nhiều tiềm năng để phát triển nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, công nghiệp chế biến, giao thông thủy, thương nghiệp, du lòch, Sau ngày Miền Nam hoàn toàn giải phóng (1975) nhà nước đã đầu tư xây dựng nhiều hệ thống các công trình thủy lợi nhằm phục vụ phát triển nông nghiệp, nông thôn. Các dự án thủy lợi đã đóng vai trò quan trọng đối với khu vực các tỉnh ĐBSCL đạt sản lượng lúa rất cao trong những năm qua, góp phần đảm bảo an toàn lương thực và xuất khẩu. Các dự án thủy lợi đã tạo điều kiện cho phát triển kinh tế, xã hội những vùng vốn có điều kiện tự nhiên khó khăn (nhiễm mặn, phèn, ), đời sống nhân dân được cải thiện. Hình 1.1: Hình ảnh cống Cần Chông – Tỉnh Trà Vinh Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 6 - ĐBSCL được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, mà thành phần cấu tạo của nó phổ biến là loại đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn, Một vấn đề rất quan trọng và cũng rất nhiều khó khăn trong công tác thiết kế và thi công là biện pháp xử lý mái của hố móng công trình thủy lợi trong điều kiện đất yếu với chiều dày lớn ở ĐBSCL. Có rất nhiều công trình khi thi công đã xảy ra tình trạng trượt mái hố móng làm gia tăng chi phí xử lý và chậm tiến độ thi công công trình. Việc xử lý này chiếm nhiều kinh phí và gây trở ngại rất nhiều trong quá trình thi công. Những năm gần đây vấn đề liên quan đến đòa chất thủy văn, đòa chất công trình tại khu vực ĐBSCL và biện pháp xử lý thi công hố móng công trình cũng đã được nhiều cơ quan và cá nhân nghiên cứu. Tuy nhiên một số công trình xây dựng gần đây nhất như cống Ba Lai, cống Vónh Kim, cống KH9Đ, vẫn xảy ra sạt trượt mái rất nhiều lần. Việc nghiên cứu các cơ sở khoa học của sự ổn đònh mái hố móng công trình trong điều kiện đất yếu ở ĐBSCL vẫn còn là đề tài cần thiết, hấp dẫn nhưng phức tạp, khó khăn. 1.1.2. Điều kiện tự nhiên của ĐBSCL ảnh hưởng trực tiếp đến công tác thiết kế và thi công hố móng công trình 1.1.2.1. Mưa: Xu thế chung trên đồng bằng Nam Bộ, lượng mưa bình quân năm giảm dần từ bờ biển phía Tây (Hà Tiên, Rạch Giá, Cà Mau) sang phía Đông và từ phía Nam (Sóc Trăng, Bạc Liêu) lên phía Bắc. Trong năm chia thành 2 mùa rõ rệt: − Mùa mưa: từ tháng V đến tháng XI, lượng mưa chiếm trên 90% tổng lượng mưa năm, mưa lớn nhất vào các tháng IX, X. Trong thời gian mùa mưa, hầu như các công trình xây dựng thủy lợi nói chung và đặc biệt là công tác đào móng công trình nói riêng đều tạm thời dừng thi công do đường xá bò lầy lún, đất dính ướt, các thiết bò thi công không thể di chuyển được. Nếu phải Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 7 - bắt buộc thi công trong mùa mưa thì khối lượng công việc và kinh phí phát sinh rất nhiều. − Mùa khô: từ tháng XII đến tháng IV năm sau. Mùa này rất ít mưa, đặc biệt các tháng I, II, III lượng mưa không đáng kể. Đây là thời gian thi công chủ yếu của các công trình xây dựng ở ĐBSCL. 1.1.2.2. Đặc điểm thủy văn: Sông Mê Kông chảy vào đến lãnh thổ Việt nam chia làm 2 nhánh là sông Tiền & sông Hậu, đổ ra biển Đông theo các cửa sông. Đặc điểm nổi bật của chế độ thủy văn ĐBSCL là dòng chảy bò ảnh hưởng của thủy triều biển. Trong năm, hình thành 2 mùa dòng chảy: − Mùa cạn (từ tháng I đến tháng VI): Ảnh hưởng của thủy triều biển Đông với chế độ bán nhật triều không đều chiếm ưu thế. Hàng ngày mực nước lên xuống 2 lần. Biên độ triều bình quân tháng lớn nhất đạt xấp xỉ 1m tại Tân Châu, Châu Đốc và tới 1.3÷1.5m tại Long Xuyên, từ 2÷2.5m tại Cần Thơ, Mỹ Thuận và trên 3m tại Đại Ngãi, Trà Vinh. Mực nước chân triều tháng thấp nhất thường xuất hiện trong các tháng IV,V. Phía biển Tây thủy triều ảnh hưởng sâu vào tới tận Ba Đình với chế độ nhật triều là chính. − Mùa lũ (từ tháng VII đến tháng XII): Đoạn phía thượng lưu của sông Cửu Long ảnh hưởng của thủy triều giảm dần khi nước lũ từ thượng nguồn sông Mê Kông đổ về. Các tháng VII.VIII, mực nước sông Tiền và sông Hậu tăng nhanh; mực nước bình quân tháng cao nhất trong mùa lũ thường là tháng IX, X. Thời gian duy trì đỉnh lũ khá dài, khoảng 50 ÷ 60 ngày. Trong thời kỳ lũ lớn, dao động mực nước trong ngày theo chế độ thủy triều hầu như không còn, không có hiện tượng chảy ngược. Lũ lớn gặp kỳ triều cường ở hạ du cản trở khả năng tiêu nước của sông Tiền và sông Hậu sẽ tạo nên ngập úng Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 8 - nghiêm trọng khu vực các tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ, Vónh Long, Một phần nước lũ từ sông Hậu và lũ tràn từ biên giới chuyển về phía Tây qua vùng tứ giác Long Xuyên ra biển Tây. Thủy triều làm cho mực nước bên ngoài hố móng công trình thay đổi liên tục theo thời gian là một trong những tác nhân gây sạt trượt mái hố móng. 1.1.2.3. Đặc điểm đòa hình: Đòa hình ĐBSCL tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình khoảng +1,0 ÷ +1,5m, cao nhất khoảng +3,0 ÷ +4,0m, thấp nhất khoảng 0 ÷ +0,5m. − Khu tả sông Tiền có xu hướng giảm từ tây bắc xuống đông nam, cao độ trung bình vùng tây bắc khoảng +1,50m ÷ +2,00m, nơi cao nhất ở ven sông Tiền có cao độ +3,0m ÷ +4,0m. Cao độ trung bình vùng đông nam +0,20 ÷ +1,00m, nơi thấp nhất có thể xuống 0m hoặc thấp hơn nữa. Cao độ vùng ven biển khoảng trên dưới +1,00m. − Khu nằm giữa sông Tiền và sông Hậu có hướng dốc chính tây bắc – đông nam (hướng chảy của sông Hậu) hướng dốc phụ từ bắc xuống nam. Cao trình trung bình +1,00m ÷ +1,50m. Có vùng trũng nhỏ cao độ thấp hơn (+0,50 ÷ +0,70m) ở phía bắc đường Quốc lộ 4. Vùng ven biển nổi lên một số giồng lớn có cao độ +2,00 ÷ +3,00m. − Khu hữu Hậu Giang có thể chia ra 2 vùng đòa hình:  Vùng Tứ Giác Long Xuyên có hướng dốc chính từ đông bắc xuống tây nam hướng phụ từ bắc xuống nam. Cao độ trung bình mặt đất khoảng +0.80m ÷ +1.20m. Vùng cao nhất nhất ở ven sông Hậu có cao độ trung bình khoảng +1.50m ÷ +2.00m, vùng thấp nhất ở ven biển Hà Tiên có cao độ trung bình dưới +0.50m.  Vùng trũng ở giữa chạy từ Rạch Giá xuống cửa sông Gành Hào, đòa hình Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 9 - khá phức tạp, cao dần lên phía sông Hậu và phía U Minh, Năm Căn. Cao độ trung bình mặt đất khoảng +1.00m. Ở ven biển có một số giồng nổi lên với cao độ +2.00m. 1.1.2.4. Đặc điểm đòa chất công trình: a. Cấu trúc của nền đất yếu ĐBSCL được bao phủ bởi lớp trầm tích trẻ khá dày, mà thành phần cấu tạo của nó phổ biến là loại đất yếu: sét yếu, cát chảy, bùn,… Theo kết quả nghiên cứu của Tổng cục đòa chất, cấu trúc đòa tầng ĐBSCL có dạng bồn trũng theo hướng Đông bắc – Tây nam, trung tâm bồn trũng là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu. Khu vực này các đá gốc nằm sâu tới 900m. bao quanh vùng trung tâm là vùng Đồng Tháp Mười, Long An, Long Xuyên, An Giang, Cần Thơ. Phủ lên trên lớp đá là tập hợp các thành tạo bở rời có tuổi từ Neogen đến đệ tứ, trên cùng là tầng trầm tích trẻ (trầm tích Holoxen) có tuổi khoảng 15.000 năm có chiều sâu lên tới 110m đây chính là tầng đất yếu là điều kiện không thuận lợi cho xây dựng các công trình hạ tầng trong đó bao gồm các công trình thủy lợi. b. Phân bố đất yếu ở ĐBSCL [10] (Hình 1.2) Khu vực I: Khu vực đất sét màu xám nâu và xám vàng (ký hiệu I) + bmQ IV : đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu gối lên lớp trầm tích nén chặt Q I-II chiều dày không quá 5m. + Đồng bằng tích tụ, có trũng lầy lội, đòa hình cao từ 1÷3m + Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1÷5m. Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 [...]... NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ THI T KẾ Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 28 - VÀ THI CÔNG HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.2.1 Giới thi u chung Công nghệ thi t kế và thi công hố móng công trình là vấn đề rất quan trọng và phức tạp trong thi t kế và xây dựng công trình Nhiều công trình bò phá hoại hoặc phải chi phí lớn cho công tác sửa chữa khắc phục hậu quả của sự sạt trượt mái hố móng Sự phức... Công trình trên nền đất yếu trong điều kiện Việt Nam” [5], đã hệ thống hóa, phân tích và đúc kết các công tác khảo sát, thi t kế, tính toán, thi công và theo dõi các công trình nền đường đắp và những công trình đắp tương tự trên đất yếu ở Việt Nam − Bên cạnh đó, những công trình nghiên cứu có liên quan đến những vấn đề Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 30 - xây dựng các công trình trên nền đất yếu. .. yếu khu vực ĐBSCL nói riêng, để từ đó hoàn thi n công tác thi công hố móng công trình khu vực ĐBSCL KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua những đặc điểm tự nhiên, phân tích các nhân tố cơ bản ảnh hưởng trực tiếp tới công tác thi t kế và thi công hố móng công trình ở ĐBSCL hiện nay Thu thập các tài liệu về đòa hình, đòa chất đồng thời mô tả sự cố và tổng hợp quá trình xử lý sự cố sạt trượt mái hố móng một số công trình. .. lượng công trình Trong khi việc tính toán thi t kế kết cấu hay nền móng công trình thủy lợi đã tương đối hoàn chỉnh dựa trên các cơ sở khoa học được phát triển từ nhiều thập niên, việc tính toán hoàn thi n công nghệ thi t kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu vẫn là vấn đề chưa được giải quyết triệt để 1.2.2 Kết quả nghiên cứu của một số tác giả trong và ngoài nước Hàng chục năm qua, ở các... khảo sát, thí nghiệm, tính Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 29 - toán, thi t kế cũng như các công nghệ mới để xử lý mái hố móng công trình trên nền đất yếu đã và đang phát triển mạnh mẽ, nhiều công trình nghiên cứu của các nước đã được các nhà khoa học và những người làm công tác thi t kế và thi công trong nước quan tâm như: − “Những biện pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng” của D.T... 33 - 2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ VIỆC GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐBSCL 1.4 KHÁI NIỆM VỀ NỀN ĐẤT YẾU Đất yếu là loại đất có khả năng chòu tải nhỏ và tính biến dạng lớn Nếu không có biện pháp xử lý thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha,... cứu kể trên về nền đất yếu, đã cung cấp cho những người làm công tác quy hoạch, khảo sát, thi t kế và xây dựng công trình đào móng ở ĐBSCL những tài liệu bổ ích, những cơ sở khoa học để tiếp tục nghiên cứu công trình trên nền đất yếu ở ĐBSCL và những vùng khác có điều kiện tự nhiên tương tự 1.3 SỰ CẦN THI T CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU: Luận văn thạc só kỹ thuật Chương 1 - 31 - Việc hàng loạt các công trình. .. tính ăn mòn bê tông yếu c Mô tả sự cố Vì do đất quá yếu và thi công trong mùa mưa, nên khi thi công hố móng công trình, đất nền đã sạt lở dài khoảng trên 200m, trượt theo mái khoảng 5 ÷ 7 Công trình lại đang thi công vào thời điểm có mưa 1.1.3.3 Sạt lở mái hố móng cống Mỹ Phước – Tỉnh Sóc Trăng a Vò trí xây dựng Cống Mỹ Phước được xây dựng ở khu vực ngã ba kênh quản lộ – Nhu gia và Tân lập, thuộc Dự... A.I.T Thailand, những công trình đó được nghiên cứu trên nền đòa chất Thailand có nền đòa chất tương tự như ở Việt Nam nói chung và ĐBSCL nói riêng, công trình đã giới thi u một số giải pháp hiện đại xử lý nền đất yếu Nhưng ở nước ta xây dựng công trình trên nền đất yếu vẫn còn là một công việc mới đối với những người làm công tác thi t kế và xây dựng − Từ những năm 1973, GS Hoàng Văn Tân cùng các đồng... Phần đất sạt lở nằm trong phạm vi hố móng được đào và vận chuyển bằng thủ công ra ngoài khu vực sạt lở, sau đó dùng cơ giới chuyển vào bãi chứa đất theo qui đònh − Lần thứ ba:  Đào phần đất sạt lở nằm trong phạm vi hố móng và tạo cơ để hạ tải mái hố móng, biện pháp đào và vận chuyển đất bằng thủ công ra ngoài khu vực sạt lở, sau đó dùng cơ giới chuyển vào bãi chứa đất theo qui đònh Luận văn thạc só . sạt trượt mái hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL 59 Kết luận chương 64 2 Chương 3. HOÀN THI N CÔNG NGHỆ THI T KẾ VÀ THI CÔNG HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG. còn hạn chế. Từ những thực tế trên, việäc “Hoàn thi n công nghệ thi t kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL” là công việc mang tính cấp thi t hiện nay. Phân tích nguyên. thi công các công trình trên nền đất yếu khu vực ĐBSCL 5 1.2. Những nghiên cứu trong và ngoài nước về thi t kế và thi công hố móng công trình trên nền đất yếu. 28 1.3. Sự cần thi t của đề tài