nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext đình vũ - hải phòng

Bộ giáo dục v đo tạo Bộ nông nghiệp v ptnt Trờng đại học thuỷ lợi YZ Trơng văn lung Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext đình vũ hảI phòng Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60.58.40 luận văn thạc sĩ Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trịnh Minh Thụ H nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. TRỊNH MINH THỤ đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này. Cảm ơ n các anh chị Phòng thí nghiệm địa chất Trường Đại Học Thủy Lợi, Thạc sĩ, Nghiên cứu sinh Phạm Quang Đông là những người đã sát cánh cùng tác giả trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả Trương Văn Lung BẢN CAM KẾT Họ và tên học viên: Trương Văn Lung Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình PVTEXT Đình Vũ – Hải Phòng”. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường. Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Học viên cao học Trương Văn Lung MC LC I. Tớnh cp thit ca ti 1 II. Mc tiờu ca ti 2 III. Cỏch tip cn v phng phỏp nghiờn cu 2 IV. Ni dung lun vn 3 1.1 Tổng quan về nền đất yếu 4 1.2. Các phơng pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình 8 1.2.1. Nhóm các phơng pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học 9 1.2.1.1. Làm chặt đất bằng đầm rơi 9 1.2.1.2. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm lăn 10 1.2.1.3. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm rung 10 1.2.2. Nhóm các phơng pháp làm chặt đất dới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 11 1.2.2.1. Phơng pháp nén chặt đất bằng chấn động 11 1.2.2.2. Phơng pháp nén chặt đất bằng thuỷ chấn 11 1.2.3. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nớc thẳng đứng 12 1.2.3.1. Phơng pháp gia cố bằng giếng cát 12 1.2.3.2. Phơng pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD) 13 1.2.4. Phơng pháp gia cố nền bằng năng lợng nổ 13 1.2.5. Phơng pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm 14 1.2.6. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng chất kết dính 14 1.2.6.1. Gia cố nền bằng phơng pháp trộn vôi 15 1.2.6.2. Gia cố nền bằng phơng pháp trộn ximăng 15 M U 1 CHNG 1 TNG QUAN CHUNG V X Lí NN T YU 4 1.2.6.3. Gia cố nền bằng phơng pháp trộn bitum 16 1.2.6.4. Gia cố nền bằng keo polyme tổng hợp 16 1.2.7. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng dung dịch 16 1.2.7.1. Phơng pháp gia cố nền bằng dung dịch vữa ximăng 17 1.2.7.2. Phơng pháp gia cố nền bằng dung dịch silicát 17 1.2.7.3. Phơng pháp gia cố nền bằng nhựa bitum 18 1.2.8. Nhóm các phơng pháp vật lý gia cố nền đất yếu 19 1.2.8.1. Gia cố nền bằng phơng pháp điện thấm 19 1.2.8.2. Gia cố nền bằng phơng pháp điện hoá học 20 1.2.8.3. Gia cố nền bằng phơng pháp nhiệt 20 1.2.9. Nhóm các phơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc đất-vôi, cọc đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 21 1.2.9.1. Phơng pháp gia cố bằng cọc cát 21 1.2.9.2. Phơng pháp gia cố bằng cọc đất-vôi, đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 22 1.2.10. Bệ phản áp 22 1.2.11. Tăng hệ số mái 23 1.2.12. Phơng pháp nén trớc 23 1.2.13. Phơng pháp cố kết chân không 24 1.3 Kt lun 26 2.1. Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không 28 2.1.1. Các bớc tiến hành gia cố hút chân không 28 2.1.2. Sự khác nhau giữa gia tải cổ điển và hút chân không 29 2.1.3. Nguyên tắc cơ bản của quá trình gia cố nền bằng công nghệ hút chân không 30 CHƯƠNG 2 cơ sở lý thuyết của phơng pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết chân không 28 2.1.4. Trình tự thi công và bố trí thiết bị 32 2.2 Lý thuyết về cố kết thấm và các bài toán 34 2.2.1 Lý thuyết cố kết một hớng theo phơng đứng của Terzaghi 34 2.2.2 Lý thuyết cố kết 3 hớng của Biot 37 2.2.3 Lời giải cho bài toán cố kết chân không của Indraratna 38 2.2.3.1 Trờng hợp đối xứng trục 39 2.2.3.2 Trờng hợp bài toán biến dạng phẳng tơng đơng 40 2.2.4 Lời giải cho bài toán cố kết hút chân không B.Indraratna C.Rujikiatkamjorn và I.Sathananthan 41 2.2.4.1 Lời giải cho bài toán đối xứng trục 42 2.2.4.2 Lời giải cho bài toán phẳng 47 3.1. Mc tiờu thớ nghim 52 3.1.1.Xỏc nh cỏc ch tiờu c lý ca t cn ci to 52 3.1.2. Xỏc nh lỳn v bin thiờn ỏp lc nc l rng ti sõu nghiờn cu 53 3.2. Gii thiu mụ hỡnh vt lý 53 3.2.1. Mụ t mụ hỡnh 53 3.2.2. Mụ t thit b 54 3.2.2.1. u o ỏp lc nc l rng (Piezometer) 54 3.2.2.2. u c s liu (Datalogger) 56 3.2.2.3. Thit b o bin dng 58 3.2.2.4. Mng lm kớn khớ 59 3.2.2.5. Bc thm v h thng ng u ni n mỏy bm 59 3.2.2.6. Mỏy bm chõn khụng 60 3.2.3. Trỡnh t thớ nghim 60 CHƯƠNG 3 Mễ HèNH VT Lí V THIT B TH NGHIM 52 3.3. Cỏc ch tiờu ca t trc khi thớ nghim 63 3.4. Kt qu thớ nghim o lỳn v ỏp lc nc l rng vi ỏp lc hỳt chõn khụng p 0 =43kPa 64 3.4.1. Kt qu lỳn 64 3.4.2. Kt qu thớ nghim v ỏp lc nc l rng 66 3.5. Kt qu cỏc ch tiờu t sau thớ nghim 69 3.6. Kt lun 70 4.1Tính toán bài toán theo phơng pháp phần tử hữu hạn 71 4.1.1 Mô hình toán học 71 4.1.2 Các bớc giải bài toán bằng phần mềm SIGMA/W 74 4.1.3 Xác định điều kiện biên, lới phần tử hữu hạn cho mô hình tính toán 75 4.2 Kết quả phân tích cố kết thấm, khi gia tải chân không p o = 43kPa trên phần mềm tính toán 77 4.2.1 Kết quả phân tích áp lực nớc lỗ rỗng 77 4.2.1.1 Đờng đẳng áp lực nớc lỗ rỗng 77 4.2.1.2 Đờng quan hệ áp lực nớc lỗ rỗng theo thời gian 80 4.2.2 Kết quả phân tích lún 82 4.2.2.1 Đờng đẳng lún 82 4.2.2.2 Đờng quan hệ lún theo thời gian 83 4.3 Phân tích đánh giá, so sánh kết quả trên mô hình thí nghiệm vật lý và mô hình phần mềm tính toán 85 4.3.1 So sánh kết quả đo lún tại 4 vị trí quan trắc 85 4.3.2 So sánh kết quả đo áp lực nớc lỗ rỗng tại 3 vị trí quan trắc 88 CHƯƠNG 4 TNH TON NG DNG 71 KT LUN V KIN NGH 91 1.Các kết quả đạt đợc của luận văn 91 2. Một số vấn đề tồn tại 92 3. Kiến nghị 93 Ti liệu tham khảo 94 DANH MC HèNH V Hình 1-1: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn 12 Hình 1-2: Sơ đồ nền công trình phụt vữa ximăng 17 Hình 1-3: Biểu đồ để tra lợng vữa ximăng trong lỗ phụt 17 Hình 1-4: Sơ đồ thiết bị thi công phụt nhựa bitum 19 Hình 1.5: Sơ đồ bố trí các điện cực: 20 Hình 1-6: Sơ đồ bố trí thiết bị gia cờng đất bằng nhiệt 21 Hình 2-1: Đờng ứng suất trong gia tải hút chân không 29 Hình 2-2: Mặt cắt ngang điển hình của hệ thống hút chân không Mernard 30 Hình 2-3: ống thoát nớc ngang cho gia tải hút chân không 31 Hình 2-4: Thi công bấc thấm 32 Hình 2-5: Lắp đặt các ống tiêu nớc dọc và ngang 32 Hình 2-6: Chi tiết đấu nối ở mép tấm bạt phủ 33 Hình 2-7: Mơng đào có chứa vữa bentonite để làm kín mép biên 33 Hình 2-8: Hệ thống bơm nớc và khí 33 Hình 2-9 : Mô hình cố kết thấm 34 Hình 2-10: Mô hình đất bão hoà nớc 34 Hình 2-11: Quá trình cố kết thấm của đất bão hoà nớc 36 Hình 2-12. Phân bố áp suất chân không 39 Hình 2-13: Sơ đồ bố trí và phạm vi ảnh hởng của mỗi giếng 42 Hình 2-14: Sự giảm áp lực chân không theo chiều sâu ống 42 Hình 2-15 Sơ đồ tính toán cho bài toán đối xứng trục 42 Hình 2-16 Sơ đồ tính toán cho bài toán phẳng 47 Hỡnh 3.1. S ha s thớ nghim 53 Hỡnh 3-2. S b trớ 3 v trớ o ỏp lc nc l rng 54 Hỡnh 3-3. S b trớ 4 ng h o lỳn 54 Hỡnh 3-4. u o ỏp lc nc l rng - Geokon 55 Hỡnh 3-5. u c s liu Datalogger - Geokon LC 2x4 56 Hỡnh 3-6. Kt ni dõy ca cỏc u o piezometer vi datalogger 56 Hỡnh 3-7. Kt ni vi mỏy tớnh kớch hot datalogger 57 Hỡnh 3-8. Chn kiu ghi s liu vo datalogger v nh dng kiu xut s liu 57 Hỡnh 3-9. ng h o lỳn v b gỏ 58 Hỡnh 3-10. Mt bng h thng thu nc 59 Hỡnh 3-11. Bc thm v h th ng ng u ni 59 Hỡnh 3-12. Mỏy bm chõn khụng 60 Hỡnh 3-13. Gia cụng ch b mu 61 Hỡnh 3-14. Lp t thit b quan trc lỳn 61 Hỡnh 3-15. Lm kớn khu x lý 62 Hỡnh 3-16. Lp t cỏc ng h o lỳn v chõn khụng 62 Hỡnh 3-17. Chy mỏy bm v quan trc s liu lỳn v ỏp lc nc l rng 63 Hỡnh 3-18. Biu quan h lỳn vi thi gian trờn mụ hỡnh thớ nghim 65 Hỡnh 3-19. Biu quan h ỏp lc nc l rng theo thi gian t i 3 v trớ o 67 Hình 4-1: Sơ đồ mô phỏng bài toán 76 Hình 4-2: Sơ đồ vị trí 3 điểm đo áp lực nớc lỗ rỗng trên mô hình 76 Hình 4-3: Sơ đồ vị trí 4 điểm đo lún trên mô hình 77 Hình 4-4: Sơ đồ phân bố lới phần tử hữu hạn và các điều kiện biên 77 Hình 4-5: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t=0 (ngày) 78 Hình 4-6: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t=1 (ngày) 78 Hình 4-7: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 2(ngày) 79 Hình 4-11: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 1(ngày) 82 Hình 4-12: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 2(ngày) 83 Hình 4-8: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 3(ngày) 79 [...]... 22TCN 24 4-9 8: Qui trình thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm trong xây dựng nền đờng do Bộ GTVT ban hành, có hiệu lực từ ngày 04/05/1998; 22TCN 23 6-9 7: Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong xây dựng nền đờng trên đất yếu do Bộ GTVT ban hành ngày 17/05/1997; Việc ban hành các tiêu chuẩn trên có tác động tích cực cho việc ứng dụng công nghệ mới trong xử lý nền đất yếu ở nớc ta... năng chịu tải của đất nền bị giảm đi đáng kể 1.2.9.2 Phơng pháp gia cố bằng cọc đất- vôi, đất- ximăng, cọc cát-ximăng-vôi *Nội dung phơng pháp Nguyên lý của phơng pháp dùng cọc đất- vôi, đất- ximăng, cát-ximăng là dựa vào nguyên lý cọc cát tức là quá trình nén chặt cơ học Ngoài ra, còn có tác dụng làm tăng nhanh quá trình cố kết do vôi, ximăng hút nớc làm tổn thất một lợng lớn nớc chứa trong đất, gia tăng... thoát lên từ nền đất yếu, nớc đợc ép và đẩy ra ngoài phạm vi nền đắp Phải đặt các mốc đo rồi tiến hành quan trắc độ lún, độ chuyển vị ngang và áp lực nớc trong lỗ rỗng Công tác dỡ tải đợc tiến hành theo từng lớp sau khi hết thời gian gia tải và độ lún của nền đất đạt đợc tơng ứng với độ lún thiết kế 1.2.13 Phơng pháp cố kết chân không *Giới thiệu Kỹ thuật xử lý nền đất yếu bằng cố kết hút chân không là... (Vibro-jet sheet pile Driving), Cọc vít (Screw pile), cọc ống thép (Steel pipe piling), Phơng pháp cố kết bằng hút chân không Có thể nói rằng hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nền khác nhau, việc lựa chọn biện pháp nào là tuỳ thuộc vào loại đất nền, đặc điểm công trình, yêu cầu về thời gian thi công, thông qua so sánh kinh tế và khả năng công nghệ 1.2 Các phơng pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công. .. nhiều công trình xử lý nền theo các quy trình vừa nêu vẫn không khắc phục đợc sự cố, đặc biệt là việc kiểm soát độ lún d sau khi thi công Với những công trình đắp trên nền đất yếu dày hơn 20m nh thờng gặp ở TP Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long, độ lún d sau khi thi công có thể lớn hơn 50cm 6 Mục đích của việc xử lý nền đất yếu là nhằm nâng cao sức chịu tải, hạn chế độ lún d và tăng nhanh tốc độ cố. .. Phơng pháp đòi hỏi công nghệ thi công kỹ thuật cao, giá thành tơng đối cao nên ít đợc áp dụng để xử lý nền đất yếu 1.2.5 Phơng pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm *Nội dung phơng pháp Trong những năm gần đây, việc kết hợp vải địa kỹ thuật và bấc thấm để xử lý nền đất yếu nhằm tạo ra biên thoát nớc theo phơng ngang đó đợc ứng dụng rộng rãi ở nớc ta, nhất là trong gia cố nền đờng giao thông,... lỏng; 6 thiết bị lọc Hình 1-6 : Sơ đồ bố trí thiết bị gia cờng đất bằng nhiệt 1.2.9 Nhóm các phơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc đất- vôi, cọc đất- ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 1.2.9.1 Phơng pháp gia cố bằng cọc cát *Nội dung phơng pháp Mục đích của phơng pháp này là đa một lợng cát vào nền đất nhằm cải tạo đất nền, nâng cao sức chịu tải của nền, giảm độ lún công trình Hiệu quả của việc... lý nền đất yếu khi xây dựng công trình * Mục đích của xử lý nền là: - Làm giảm độ lún của nền - Làm tăng khả năng chịu tải của nền - Làm giảm tính thấm của nền Bất kỳ biện pháp xử lý nào nếu làm tăng đợc cờng độ liên kết giữa các hạt đất và làm tăng đợc độ chặt của đất nền thì đều thoả mãn đợc ba mục đích trên Hiện nay có rất nhiều phơng pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu, nhng nhìn 9 chung có thể xếp... với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét nhỏ nên quá trình cố kết của nền ở điều kiện bình thờng cần rất nhiều thời gian, trong khi đó, các công trình xây dựng lại đòi hỏi phải thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu Do vậy, ngời ta thờng dùng các thiết bị tiêu nớc thăng đứng kết hợp với biện pháp gia tải trớc để làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền 1.2.3.1 Phơng pháp gia cố bằng giếng... vào nền đất các vật liệu kết dính nh ximăng, vôi, bitum, nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình hóa lý và hóa học (Consolid) diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của đất nền 15 1.2.6.1 Gia cố nền bằng phơng pháp trộn vôi *Nội dung phơng pháp Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm, làm giảm độ ẩm của đất và đóng vai trò là chất kết dính liên kết các hạt đất . Trơng văn lung Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext đình vũ hảI phòng Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60.58.40. Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Tên đề tài luận văn: Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình PVTEXT Đình Vũ – Hải Phòng . Tôi xin cam đoan. quá trình gia cố nền bằng công nghệ hút chân không 30 CHƯƠNG 2 cơ sở lý thuyết của phơng pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết chân không 28 2.1.4. Trình tự thi công và bố trí thiết bị 32 2.2 Lý