Nghiên cứu phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu để xây dựng công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI  PHẠM QUANG ĐÔNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐỂ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI  PHẠM QUANG ĐÔNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐỂ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số: 62-58-60-01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS TRỊNH MINH THỤ 2. GS.TS NGUYỄN CHIẾN HÀ NỘI - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học do chính tôi thực hiện. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận án. Tác giả luận án Phạm Quang Đông ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng đến GS.TS Trịnh Minh Thụ và GS.TS Nguyễn Chiến là hai thầy hướng dẫn trực tiếp đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu, khoa Công trình, các thầy giáo tổ bộ môn Địa kỹ thuật - Trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là thầy giáo TS. Hoàng Việt Hùng đã tạo những điều kiện thuận lợi, đóng góp ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình nghiên cứu. Tác giả tỏ lòng biết ơn đến các anh chị em ở công ty FECON và TEINCO đã tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả thu thập tài liệu, số liệu, cung cấp những thông tin cần thiết liên quan đến quá trình nghiên cứu, thực hiện luận án, giúp tác giả khảo sát, tham quan và tiếp cận công trình nơi xử lý nền bằng phương pháp mà tác giả đang nghiên cứu. Tác giả cũng bày tỏ lòng biết ơn đến các anh chị em phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật Trường Đại học Thủy lợi, đã tạo những điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, động viên trong quá trình thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm của luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến đơn vị nơi tác giả đang công tác là Trường Cao Đẳng Công Nghệ - Kinh Tế và Thủy lợi Miền Trung, đã tạo những điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, động viên để tác giả yên tâm tập trung nghiên cứu và hoàn thành luận án của mình. Để hoàn thành được luận án của mình tác giả nhận được sự động viên, ủng hộ, chia sẻ kịp thời từ gia đình trong những lúc khó khăn nhất, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chia sẻ những thành công có được của bản thân đến gia đình. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên, ủng hộ, chia sẻ trong quá trình tác giả hoàn thành luận án của mình. iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 2 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2 4. Nội dung nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 7. Những đóng góp mới của luận án 4 8. Bố cục của luận án 5 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU VÀ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP 7 1.1. Nền đất yếu 7 1.2. Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng phương pháp cố kết chân không 8 1.2.1. Tình hình ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu trên thế giới 8 1.2.2. Tình hình nghiên cứu phương pháp cố kết chân không 15 1.2.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu ở Việt Nam 17 1.3. Lý thuyết phương pháp cố kết chân không 19 1.3.1. Bài toán cố kết thấm 19 1.3.2. Phương trình vi phân cơ bản 22 1.3.3. Các phương pháp giải bài toán cố kết thấm 23 1.4. Phương pháp dự báo lún 31 1.4.1. Phương pháp Asaoka 31 1.4.2. Phương pháp điểm uốn (Inflection point) 32 Kết luận chương 1 35 iv Chương 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ 36 2.1. Mục đích nghiên cứu 36 2.2. Mô hình nghiên cứu 36 2.2.1. Giới thiệu mô hình 36 2.2.2. Mẫu đất thí nghiệm 39 2.2.3. Thiết bị thí nghiệm 41 2.3. Quy trình thí nghiệm 45 2.3.1. Chuẩn bị máng thí nghiệm hình hộp và chế bị mẫu 45 2.3.2. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất trước khi thí nghiệm 45 2.3.3. Cắm bấc thấm 45 2.3.4. Lắp đặt thiết bị quan trắc ALNLR 46 2.3.5. Tạo lớp mặt thoát nước và lắp đặt thệ thống thu nước 46 2.3.6. Làm kín mô hình thí nghiệm 46 2.3.7. Lắp đặt các đồng hồ đo lún và áp lực chân không 47 2.3.8. Kết nối và kích hoạt các đầu đo ALNLR 47 2.3.9. Kết nối hệ thống máy bơm và hoạt động mô hình 47 2.4. Kết quả thực nghiệm các MHVL 48 2.4.1. Kết quả thực nghiệm của MHVL1 48 2.4.2. Kết quả thực nghiệm của MHVL2 51 2.4.3. Kết quả thực nghiệm của MHVL3 54 2.5. Hiệu quả kỹ thuật của cố kết chân không 57 2.5.1. Hiệu quả kỹ thuật của MHVL1 57 2.5.2. Hiệu quả kỹ thuật của MHVL2 59 2.5.3. Hiệu quả kỹ thuật của MHVL3 61 Kết luận chương 2 64 v Chương 3: MÔ HÌNH TÍNH CHO BÀI TOÁN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG 65 3.1. Mô hình số tính toán 65 3.2. Mô phỏng bài toán cố kết chân không 67 3.3. Tính toán ứng dụng cho các MHVL 67 3.3.1. Kết quả mô hình số của MHVL1 69 3.3.2. Kết quả mô hình số của MHVL2 70 3.3.3. Kết quả mô hình số của MHVL3 71 3.4. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán các MHVL 72 3.4.1. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán của MHVL1 72 3.4.2. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán của MHVL2 74 3.4.3. So sánh kết quả thực nghiệm và tính toán của MHVL3 75 3.5. Tính toán kiểm tra cho các công trình thực tế 76 3.5.1. Công trình Pvtex Đình Vũ – Hải Phòng 77 3.5.2. Công trình nhiệt điện Duyên Hải 3 – Trà Vinh 83 3.5.3. Công trình nhiệt điện Nhơn Trạch 2 – Đồng Nai 90 Kết luận chương 3 95 Chương 4: XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TOÁN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG 96 4.1. Đặt vấn đề 96 4.2. Các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất đất yếu tính toán 96 4.2.1. Đất yếu Duyên Hải – Trà Vinh 96 4.2.2. Đất yếu Đình Vũ – Hải Phòng 97 4.2.3. Đất yếu nhiệt điện Thái Bình 97 4.2.4. Đất yếu Nhơn Trạch – Đồng Nai 97 4.3. Kết quả tính toán 97 4.3.1. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 10 m 97 4.3.2. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 15 m 98 vi 4.3.3. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 20 m 98 4.3.4. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 25 m 99 4.3.5. Độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 30 m 100 4.4. Xây dựng mối quan hệ giữa thời gian cố kết (t) với chỉ số dẻo (PI), độ cố kết (U) và chiều dày nền đất yếu xử lý (H) 100 4.4.1. Mối quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất yếu xử lý xác định 102 4.4.2. Mối quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu xử lý khi độ cố kết xác định 106 Kết luận chương 4 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 vii MỤC LỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý phương pháp MVC 11 Hình 1.2. Thi công phương pháp MVC 12 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý phương pháp không có màng kín khí 12 Hình 1.4. Thi công không có màng kín khí 13 Hình 1.5. Sân bay Suvarnabhumi, Thái Lan 14 Hình 1.6. Khu dân cư Steiger Eiland Ijburg, Hà Lan 14 Hình 1.7. Nhà máy điện nguyên tử Singori, Hàn Quốc 15 Hình 1.8. Sơ đồ trạm xử lý nước Pusan, Hàn Quốc 15 Hình 1.9. Mô hình tỉ lệ lớn để thí nghiệm cố kết có và không có áp lực chân không 16 Hình 1.10. Nguyên lý gia tải nén trước 20 Hình 1.11. Bản chất của cố kết thấm 21 Hình 1.12. Nguyên lý cố kết chân không 21 Hình 1.13. Độ cố kết U% theo quan hệ ' 0   p  và p f     25 Hình 1.14. Phân bố độ cố kết theo hướng thoát nước 25 Hình 1.15. Quan hệ giữa U v (T v ) theo Terzaghi 27 Hình 1.16. Biểu đồ phân bố độ cố kết Uz (z/H dr ;T v ) 27 Hình 1.17. Quan hệ giữa U r (T r ) theo Barron 28 Hình 1.18. Quan hệ giữa F(n) 29 Hình 1.19. Đường kính chuyển đổi của bấc thấm 30 Hình 1.20. Đường thẳng Asaoka 32 Hình 1.21. Điểm uốn 33 Hình 1.22. Đạo hàm U(T v ) 33 Hình 1.23. Hệ số điểm uốn lý thuyết 34 Hình 1.24. Hệ số điểm uốn thực nghiệm 34 Hình 2.1. Sơ họa mô hình thí nghiệm 37 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thiết bị MHVL1 38 viii Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thiết bị MHVL2 38 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thiết bị MHVL3 39 Hình 2.5. Mẫu đất khu ven biển PVtex Đình Vũ - Hải Phòng 40 Hình 2.6. Chế bị mẫu đất nghiên cứu 40 Hình 2.7. Biểu đồ biến đổi sức chống cắt không thoát nước (S u ) của đất theo độ sâu trước thí nghiệm 41 Hình 2.8. Đầu đo ALNLR kiểu dây rung - Geokon 42 Hình 2.9. Sơ đồ cấu tạo đầu đo ALNLR kiểu dây rung 42 Hình 2.10. Đầu đọc số liệu - Geokon LC 2x4 43 Hình 2.11. Bàn đo lún, đồng hồ đo lún và bộ gá đỡ 44 Hình 2.12. Bấc thấm và hệ thống ống đấu nối 44 Hình 2.13. Lắp đặt các thiết bị của máy bơm 44 Hình 2.14. Lắp đặt bấc thấm trên mô hình thí nghiệm 46 Hình 2.15. Lắp đặt thiết bị quan trắc ALNLR trên mô hình thí nghiệm 46 Hình 2.16. Rải lớp cát vàng và lắp đặt hệ thống thu nước 46 Hình 2.17. Làm kín trên mô hình 46 Hình 2.18. Lắp đặt các thiết bị quan trắc lún 47 Hình 2.19. Cài đặt các thông số của đầu đo ALNLR 47 Hình 2.20. Kết nối hệ thống máy bơm với mô hình 47 Hình 2.21. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của MHVL1 48 Hình 2.22. Đường hồi quy tại vị trí cạnh bấc thấm MHVL1 49 Hình 2.23. Đường hồi quy tại vị trí giữa 2 bấc thấm MHVL1 49 Hình 2.24. Quan hệ giữa ALNLR thực nghiệm và thời gian của MHVL1 50 Hình 2.25. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của MHVL2 51 Hình 2.26. Đường hồi quy tại vị trí cạnh bấc thấm MHVL2 52 Hình 2.27. Đường hồi quy tại vị trí giữa 2 bấc thấm MHVL2 52 Hình 2.28. Quan hệ giữa ALNLR thực nghiệm và thời gian của MHVL2 53 Hình 2.29. Quan hệ giữa độ lún thực nghiệm và thời gian của MHVL3 54 [...]... lại, nền đất yếu là nền đất không thuận lợi cho việc xây dựng công trình Xây dựng công trình trên nền đất yếu đòi hỏi phải xử lý nền thật tốt để đảm bảo an toàn cho việc xây dựng và vận hành [2] 1.2 Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng phương pháp cố kết chân không 1.2.1 Tình hình ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu trên thế giới Phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu lần... Xây dựng được các biểu đồ về mối quan hệ giữa chỉ số dẻo, độ cố kết, chiều dày nền đất yếu xử lý và thời gian cố kết khi xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cố kết chân không 5 8 Bố cục của luận án MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan về phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu và lý thuyết của phương pháp: Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất. .. các công trình thực tế, so sánh kết quả tính toán với kết quả thực nghiệm công trình của chúng với nhau để khẳng định sự hợp lý của mô hình số 3 - Ứng dụng mô hình số được chọn tính toán cho một số loại đất yếu tương đồng Xây dựng mối quan hệ giữa chỉ số dẻo, độ cố kết, chiều dày nền đất yếu xử lý và thời gian cố kết khi xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không 5 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp. .. cho phương pháp này, vì vậy việc lựa chọn được phần tử hữu hạn phù hợp có ý nghĩa khoa học Để đưa ra các dự đoán về quá trình cố kết khi xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không, việc xây dựng được mối quan hệ giữa các thông số độ cố kết, thời gian cố kết, chiều dày nền đất yếu xử lý, chỉ số dẻo là cần thiết, qua đó làm cơ sở dự đoán ban đầu quá trình cố kết, khi xử lý nền đất yếu bằng phương pháp. .. Đồng Nai và đất yếu nhiệt điện Thái Bình với các chiều dày đất yếu khác nhau (10-30) m Từ kết quả tính toán xây dựng mối quan hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo, độ cố kết và chiều dày nền đất yếu xử lý thông qua các biểu đồ và công thức khi xử lý nền bằng phương pháp cố kết chân không, từ đó có thể đưa ra được các dự đoán về quá trình cố kết cho nền đất yếu có các chỉ tiêu tương đồng 6 Kết luận... pháp cố kết chân không là một phương pháp hiệu quả khi xử lý nền đất yếu, đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Việt Nam bước đầu ứng dụng phương pháp này để xử lý nền cho một số công trình, các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp này còn ít, vì vậy kết quả nghiên cứu các quy luật biến đổi các thông số của quá trình cố kết theo phương pháp này của luận án, trong điều kiện đất yếu Việt... c Công trình thủy lợi Công trình thủy lợi ứng dụng phương pháp này gồm: Công trình chỉnh trị đê, kè ven sông, ven biển, các trạm bơm và công trình xử lý nước Trên hình 1.8 là sơ đồ công trình xử lý nước thải Pusan, Hàn Quốc với diện tích xử lý nền ứng dụng cố kết chân không là 160.000 m2 [2] 1.2.2 Tình hình nghiên cứu phương pháp cố kết chân không Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng ảnh hưởng đến quá trình. .. trình cố kết chân không cho một số loại đất yếu ở Việt Nam mang ý nghĩa thời sự và cần thiết Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất yếu để xây dựng công trình có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn 2 2 Mục đích của đề tài - Xác định quy luật biến thiên áp lực nước lỗ rỗng và biến dạng (lún) của nền đất yếu trong quá trình cố kết chân không - Xây dựng mối quan... tích lý thuyết: Nghiên cứu bài toán cố kết chân không, nghiên cứu các nội dung liên quan đến việc giải bài toán cố kết chân không - Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm MHVL để xác định quá trình biến thiên ALNLR và biến dạng tại các vị trí và độ sâu trong nền trong quá trình cố kết chân không - Phương pháp thống kê: Xử lý số liệu thí nghiệm, xử lý thống kê để xác lập các đường quan hệ giữa các yếu tố nghiên. .. chiều dày nền đất yếu xử lý là 20 m 104 Bảng 4.6 Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 25 m 105 Bảng 4.7 Độ cố kết, chỉ số dẻo và thời gian khi chiều dày nền đất yếu xử lý là 30 m 106 Bảng 4.8 Chiều dày nền đất yếu xử lý, chỉ số dẻo và thời gian khi độ cố kết là 80% 107 Bảng 4.9 Chiều dày nền đất yếu xử lý, chỉ