“Nghiên cứu hình thức và công nghệ xử lý nền đất yếu áp dụng cho tuyến đê La Giang, tỉnh Hà Tĩnh

BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn “N ghiên cứu hình thức và công nghệ xử lý nền đất yếu áp dụng cho tuyến đê La Giang, tỉnh Hà Tĩnh” . Tôi cam đoan đề tài luận văn của tôi do tôi làm dưới sự hướng dẫn của GS.TS Vũ Thanh Te. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu vi phạm tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và nhận hình thức kỷ luật trước Nhà trường. Hà Nội, ngày 10 tháng 8 năm 2014 Người cam đoan Phạm Đình Quang LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Vũ Thanh Te đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công trình, Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng toàn thể các thầy cô giảng viên trường Đại học Thuỷ lợi đã giúp đỡ cũng như tạo điều kiện để tác giả hoàn thành tốt luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp gần xa và gia đình đã giúp đỡ, động viên khích lệ để luận văn này hoàn thành. Hà Nội, tháng 8 năm 2014 Học viên Phạm Đình Quang 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Khi thi công công trình Thủy lợi nói chung và công trình đê điều nói riêng thường phải đối mặt với vấn đề xử lý nền móng. Do công trình kéo dài theo tuyến lại đi trên nhiều địa hình, địa chất khác nhau nên để cho công trình ổn định, không bị lún, sạt, trượt thì công tác xử lý nền đặc biệt quan trọng nhất là đối với những nơi tuyến công trình đi qua có nền địa chất như lòng sông cổ, ao tù, đầm lầy thì những khu vực này đất rất mềm yếu và do đó chúng ta phải xử lý nền. Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm 2 ), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (E o < 50 daN/cm 2 ), và có sức kháng cắt nhỏ. Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình. Nghiên cứu xử lý đất yếu có mục đích cuối cùng là làm tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Vì vậy phải đặc biệt quan tâm đến các hình thức, công nghệ thi công xử lý nền đất yếu. Công nghệ thi công cọc cát là một phương pháp xử lý nền tiến tiến được sử dụng rộng rãi trên thế giới và đang có mặt tại Việt Nam. Tuy nhiên ứng dụng của công nghệ này trong gia cố nền, nâng cao sức chịu tải của nền đê đến nay vẫn chưa được phát huy. Luận văn này tiến hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công xử lý nền bằng cọc cát ứng dụng cho một công trình cụ thể. Công nghệ này hứa hẹn là một tiến bộ kỹ thuật mới trong xử lý nền đất yếu ở công trình hiện tại và trong khu vực nghiên cứu. 2. Mục đích của đề tài 2 Nghiên cứu ứng dụng phương pháp thi công cọc cát cho việc gia cố nâng cao sức chịu tải của nền đê, tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu, nghiên cứu lựa chọn giải pháp thích hợp xử lý nền đê La Giang. - Công tác thiết kế xử lý nền đất yếu công trình đê bằng công nghệ đóng cọc cát, tính toán kiểm tra và so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật với các phương pháp sử dụng hiện tại. - Công tác thi công cọc cát. - Những vấn đề cần chú ý trong thiết kế, thi công công nghệ xử lý nền yếu bằng cọc cát. Những sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục. - Từ những nội dung cụ thể đánh giá ưu nhược điểm từ đó đưa ra đề xuất phương pháp xử lý nền ưu việt nhất, có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất. 4. Cách tiếp cận và Phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận. Tiếp cận thực tế: Từ yêu cầu và điều kiện địa chất thực tế (tuyến đê La Giang, tỉnh Hà Tĩnh) đi đến nghiên cứu hình thức và công nghệ xử lý nền hợp lý vừa khoa học hiện đại vừa phổ biến, phù hợp với điều kiện vật liệu địa phương sẵn có. - Phương pháp nghiên cứu. + Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập tài liệu + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng các công thức tính toán thông thường và mô hình phần mềm tính toán ứng dụng + Phương pháp phân tích, tổng hợp đề xuất giải pháp, phương pháp xử lý nền đất yếu hợp lý 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 3 VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU HIỆN NAY 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và các biện pháp xử lý nền đất yếu hiện nay 3 1.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu 3 1.1.2. Các biện pháp xử lý nền đất yếu hiện nay 3 1.2. Công trình nghiên cứu 16 1.2.1. Lịch sử hình thành 16 1.2.2. Chỉ tiêu kỹ thuật chính 17 1.3. Đặc điểm khí tượng và thủy văn 21 1.3.1. Đặc điểm khí tượng 21 1.3.2. Đặc điểm Thủy văn 23 1.4. Đặc điểm địa hình 24 1.4.1. Đặc điểm địa hình khu vực 24 1.4.2. Đặc điểm địa hình tuyến đê La Giang 25 1.5. Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền 27 1.6. Một số sự cố xảy ra đối với đê khi thi công trên nền đất yếu 28 1.7. Kết luận chương I 32 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP 34 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG VẬT LIỆU CÁT 34 2.1. Cơ sở lý thuyết của các phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cát 34 2.1.1. Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý nền bằng cọc cát 34 2.1.2. Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý nền bằng đệm cát 41 2.1.3. Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý nền bằng giếng cát 44 2.2. Thiết bị thi công xử lý nền bằng vật liệu cát 51 2.2.1. Thiết bị thi công cọc cát 51 2.2.2. Thiết bị thi công đệm cát 52 2.2.3. Thiết bị thi công giếng cát 52 2.3. Công tác kiểm tra chất lượng thi công 53 2.3.1. Kiểm tra chất lượng thi công cọc cát 53 2.3.2. Kiểm tra chất lượng thi công đệm cát 53 2.3.3. Kiểm tra chất lượng thi công giếng cát 54 2.4. Đề xuất phương pháp xử lý nền phù hợp cho tuyến công trình 54 2.5. Kết luận chương 2 55 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT CHO TUYẾN ĐÊ LA GIANG, TỈNH HÀ TĨNH 56 3.1. Giới thiệu về dự án nâng cấp tuyến đê La Giang 56 3.2. Đặc điểm địa chất của đất nền 57 3.3. Đặc điểm công trình 58 3.4. Yêu cầu tính toán và lựa chọn mặt cắt tính toán 59 3.4.1.Yêu cầu về độ lún dư 59 3.4.2. Lựa chọn mặt cắt 59 3.4.3. Tính toán thiết kế hệ thống cọc cát 59 3.3.4.Kiểm toán ổn định của nền đất yếu khi chưa xử lý 62 3.5. Dự toán chi phí 74 3.6. Kết luận chương 3 76 DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1.1. Thi công cọc cát 5 Hình 1.2. Thi công xử lý nền móng trụ đất – xi măng bể xăng dầu (dung tích 12.500m 3 /bể), Tổng kho xăng dầu miền Tây, Khu công nghiệp Trà Nóc – Cần Thơ 8 Hình 1.3. Xử lý nền đê bằng đệm cát 10 Hình 1.4: Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng giếng cát. 11 Hình 1.5: Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng bấcthấm. 13 Hình 1.6. Cắm bấc thấm vào nền sét yếu 13 Hình 1.7. Gia cố vải địa kỹ thuật nền đê 14 Hình 1.8 Dùng vải địa kỹ thuật làm tường chắn đất 16 Hình 2.1: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền. 36 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí cọc cát 37 Hình 2.3: Biểu đồ xác định khoảng cách giữa cọc cát 38 Hình 2.4 Sơ đồ tính toán đệm cát. 42 Hình 2.5 Biểu đồ xác định hệ số K. 43 Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thiết kế giếng cát. 46 Hình 2.7: Sơ đồ bố trí cọc đo chuyển vị ngang. 49 Hình 2.8. Cấu tạo bàn đo lún. 49 Hình 2.9: Sơ đồ dụng cụ đo áp lực nước lỗ rỗng. 51 Hình 2.10: Thiết bị đóng cọc cát không dùng ống thép 52 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc nền đắp. 59 Bảng 3.2: Bảng tính toán chiều sâu vùng chịu lún H a 60 Hình 3.2: Biểu đồ xác định số sức chịu tải N c của nền đất yếu. 63 Hình 3.3: Biểu đồ tính hệ số ổn định K min . 64 DANH MỤC HÌNH VẼ Bảng 1.1. Nhiệt độ biến đổi trong năm. 21 Bảng 1.2. Độ ẩm biến đổi trong năm. 22 Bảng 1.3. Lượng bốc hơi nước trong năm. 22 Bảng 2.1: Hệ số η 39 Bảng 2.2: Hệ số A, B, D 40 Bảng 2.3. So sánh phương pháp xử lý nền bằng cọc cát và giếng cát 55 Bảng 3.1: Bảng chỉ tiêu cơ lý tính toán của các lớp đất 57 Bảng 3.4: Xác định độ cố kết của đất nền theo thời gian khi xử lý bằng cọc cát 65 Bảng 3.5: Tính toán giá thành khi xử lý bằng cọc cát 76 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Khi thi công công trình Thủy lợi nói chung và công trình đê điều nói riêng thường phải đối mặt với vấn đề xử lý nền móng. Do công trình kéo dài theo tuyến lại đi trên nhiều địa hình, địa chất khác nhau nên để cho công trình ổn định, không bị lún, sạt, trượt thì công tác xử lý nền đặc biệt quan trọng nhất là đối với những nơi tuyến công trình đi qua có nền địa chất như lòng sông cổ, ao tù, đầm lầy thì những khu vực này đất rất mềm yếu và do đó chúng ta phải xử lý nền. Đất mềm yếu nói chung là loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất có cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/ cm 2 ), có tính nén lún lớn, hệ số rỗng lớn (e >1), có môđun biến dạng thấp (E o < 50 daN/cm 2 ), và có sức kháng cắt nhỏ. Khi xây dựng công trình trên đất yếu mà thiếu các biện pháp xử lý thích đáng và hợp lý thì sẽ phát sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình. Vì vậy phải đặc biệt quan tâm đến các hình thức, công nghệ thi công xử lý nền đất yếu. Công nghệ thi công cọc cát là một phương pháp xử lý nền tiến tiến được sử dụng rộng rãi trên thế giới và đang có mặt tại Việt Nam. Tuy nhiên ứng dụng của công nghệ này trong gia cố nền, nâng cao sức chịu tải của nền đê đến nay vẫn chưa được phát huy. Luận văn này tiến hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công xử lý nền bằng cọc cát ứng dụng cho một công trình cụ thể. Công nghệ này hứa hẹn là một tiến bộ kỹ thuật mới trong xử lý nền đất yếu ở công trình hiện tại và trong khu vực nghiên cứu. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu ứng dụng phương pháp thi công cọc cát cho việc gia cố nâng cao sức chịu tải của nền đê, tăng độ bền của đất, làm giảm tổng độ lún và độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí đầu tư xây dựng. [...]... CHUNG VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU HIỆN NAY 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và các biện pháp xử lý nền đất yếu hiện nay 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều học giả nghiên cứu và đưa ra các giải pháp về xử lý nền đất yếu khi thi cơng các cơng trình Trong các giải pháp này, một số đã được đưa vào sử dụng rất rộng... tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu, nghiên cứu lựa chọn giải pháp thích hợp xử lý nền đê La Giang - Cơng tác thiết kế xử lý nền đất yếu cơng trình đê bằng cơng nghệ đóng cọc cát, tính tốn kiểm tra và so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật với các phương pháp sử dụng hiện tại - Cơng tác thi cơng cọc cát - Những vấn đề cần chú ý trong thiết kế, thi cơng cơng nghệ. .. và cơng nghệ xử lý nền hợp lý vừa khoa học hiện đại vừa phổ biến, phù hợp với điều kiện vật liệu địa phương sẵn có - Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp điều tra, khảo sát thu thập tài liệu + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng các cơng thức tính tốn thơng thường và mơ hình phần mềm tính tốn ứng dụng + Phương pháp phân tích, tổng hợp đề xuất giải pháp, phương pháp xử lý nền đất yếu hợp lý 3 CHƯƠNG... nghệ xử lý nền yếu bằng cọc cát Những sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục - Từ những nội dung cụ thể đánh giá ưu nhược điểm từ đó đưa ra đề xuất phương pháp xử lý nền ưu việt nhất, có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất 4 Cách tiếp cận và Phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận Tiếp cận thực tế: Từ u cầu và điều kiện địa chất thực tế (tuyến đê La Giang, tỉnh Hà Tĩnh) đi đến nghiên cứu hình thức và. .. đất sét yếu, đất cát yếu, bùn, than bùn, đất than bùn và đất hữu cơ, đất đắp… Đất yếu được thành tạo ở lục địa (đất tàn tích, sườn tích, lũ tích, phong thành, đất lấp, đất đắp) hoặc ở vùng vịnh hoặc ở biển (cửa sơng, tam giác châu, vịnh biển hoặc biển) Trong xây dựng, khi gặp nền đất yếu khơng thể sử dụng làm nền cơng trình vì khơng thoả mãn u cầu nền móng thì phải tiến hành xử lý, tạo thành nền nhân... trường đất 1.1.2.6 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật Phạm vi áp dụng : xử lý cục bộ sự mất ổn định của nền đất đắp, sử dụng nhiều trong các cơng trình đê, đập, giao thơng hoặc nền gia cố bằng đệm cát, giếng cát, gia cường cho tường chắn, … - Gia cố nền đê : Đối với nền đất đắp, việc đặt vào 1 hoặc nhiều lớp vải địa kỹ thuật sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đê. .. cơ lý của nền đất yếu làm cơ sở và đề ra giải pháp phù hợp là vấn đề hết sức khó khăn nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố và hư hỏng cơng trình khi xây dựng trên nền đất yếu 1.1.2 Các biện pháp xử lý nền đất yếu hiện nay Cho đến nay, khái niệm về đất yếu vẫn chưa thật rõ ràng, tuy nhiên đa số các nhà nghiên cứu đều cho. .. thấm Nhưng nhìn chung lại thì một số biện pháp xử lý nền trình bày dưới đây đã đạt được hiệu quả và được áp dụng rộng rãi Trong khn khổ luận văn chúng tơi chỉ đưa ra các biện pháp xử lý nền đất yếu thường gặp khi thi cơng các cơng trình Thủy lợi dạng tuyến như đê, đập, kênh mương 1.1.2.1 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát a Đặc điểm và phạm vi ứng dụng: Khác với các loại cọc cứng khác (bê tơng,... trình đê điều, đường giao thơng trên nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của nền đất yếu, đặc điểm cấu tạo của cơng trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp Trong thực tế xây dựng có rất nhiều cơng trình bị lún, sập, hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do khơng có những biện pháp xử lý phù hợp, khơng đánh giá được tính chất cơ lý của đất nền Do đó việc đánh giá chính xác và chặt... tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chịu tải của nền và rút ngắn q trình lún Tuy nhiên, khi sử dụng biện pháp đệm cát cần phải chú ý đến trường hợp sinh ra hiện tượng cát chảy, xói ngầm trong nền do nước ngầm hoặc hiện tượng hóa lỏng do tác dụng của tải trọng động Hình 1.3 Xử lý nền đê bằng đệm cát 11 1.1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát Mơ tả: Phương pháp này gồm hệ thống . nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu, nghiên cứu lựa chọn giải pháp thích hợp xử lý nền đê La Giang. - Công tác thiết kế xử lý nền đất yếu công trình đê bằng công. tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu, nghiên cứu lựa chọn giải pháp thích hợp xử lý nền đê La Giang. - Công tác thiết kế xử lý nền đất yếu công. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁT CHO TUYẾN ĐÊ LA GIANG, TỈNH HÀ TĨNH 56 3.1. Giới thiệu về dự án nâng cấp tuyến đê La Giang 56 3.2. Đặc điểm địa chất của đất nền 57 3.3.