Mục Đích Và Nhiệm Vụ Của Đề Tài1. Nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định mái đào trong đất yếu có kể đến sự làm việc của cọc xi măng đất. 2. Xác định hệ số ổn định mái đào trong đất yếu có kể đến sự làm việc của cọc xi măng đất.3. Đưa ra quy trình tính và mô hình hoá khối vật liệu, qua đó tính chính xác số lượng cọc xi măng đất cần dùng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI *** HOÀNG HẢI HÀ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU Chuyên ngành : Xây dựng Công trình thủy Mã số : 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN QUỐC DŨNG Hà Nội - 2010 1 LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu tính toán ổn định mái đào trong đất yếu” được hoàn thành tại Khoa đào tạo đại học và sau đại học - Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nôi. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Quốc Dũng đã tận tình hướng dẫn, dìu dắt tác giả hoàn thành luận văn này, xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Công Trình - Trường đại học Thuỷ Lợi, các đồng nghiệp trong và ngoài nước đã cung cấp các tài liệu và số liệu cho luận văn nay. Tác giả xin trân thành cảm ơn cơ quan và các cá nhân nói trên đã chia sẻ những khó khăn, truyền bá kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hoàn thành luận văn này. Tác giả có được kết quả hôm nay chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy cô giáo, cùng sự giúp đỡ, động viên của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp trong những năm qua. Một lần nữa tác giả xin ghi nhớ tất cả các đóng góp to lớn đó. Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp trân tình của Quí thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Hà Nội, tháng 03 năm 2010 Tác giả HOÀNG HẢI HÀ 2 MỤC LỤC Tiêu đề Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN GIA CỐ NỀN, MÁI ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU 1.1.1. Các phương pháp làm chặt đất ở dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 1.1.1.1. Nén chặt đất bằng chấn động 1.1.1.2. Nén chặt đất bằng thuỷ chấn 1.1.2. Gia cố đất yếu bằng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng 1.1.2.1. Giếng cát, cọc cát 1.1.2.2. Bấc thấm và các vật thoát nước thẳng đứng chế tạo sẵn 1.1.3. Gia cố đất yếu bằng năng lượng nổ 1.1.4. Nén trước bằng tải trọng tĩnh 1.1.5. Gia cố đất yếu bằng vải địa kỹ thuật 1.1.6. Gia cố đất bằng các chất kết dính 1.1.6.1. Gia cố đất bằng phương pháp trộn vôi 1.1.6.2. Gia cố đất bằng phương pháp trộn xi măng 1.1.6.3. Gia cố đất bằng phương pháp trộn bitum 1.1.6.4. Gia cố đất bằng keo polime tổng hợp 1.1.7. Gia cố đất bằng phương pháp phụt dung dịch 1.1.7.1. Gia cố bằng phụt vữa xi măng 1.1.7.2. Gia cố đất yếu bằng phụt dung dịch silicat 1.1.7.3. Gia cố đất bằng phương pháp phụt nhựa bitum 1.1.8. Gia cố đất bằng một số phương pháp vật lý 1.1.8.1. Gia cố đất bằng phương pháp điện thấm 1.1.8.2. Gia cố đất bằng phương pháp điện hoá học 1.1.8.3. Gia cố đất bằng phương pháp điện silicat 1.1.8.4. Gia cố đất bằng phương pháp nhiệt 1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ GIA CỐ ĐẤT YẾU 3 BẰNG XI MĂNG TRÊN THẾ GIỚI 1.3. CÔNG NGHỆ GIA CỐ ĐẤT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT Ở VIỆT NAM 1.4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THI CÔNG CỌC XI MĂNG ĐẤT Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.4.1 Công trình hồ chứa Đá Bạc 1.4.2 Xử lý chống thấm đê quây thượng hạ lưu nhà máy thuỷ điện Sơn La 1.4.3 Thi công trộn sâu trên thế giới 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT CAO ÁP GIA CỐ ĐẤT YẾU 2.1. MÔ TẢ CÔNG NGHỆ 2.1.1. Công nghệ đơn pha - xi măng đất S 2.1.2. Công nghệ hai pha - xi măng đất D 2.1.3. Công nghệ ba pha-xi măng đất T 2.2. PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG 2.2.1. Thiết bị thi công 2.2.2. Trình tự thi công 2.3. PHẠM VI ỨNG DỤNG 2.4. SẢN PHẨM CỌC XI MĂNG ĐẤT 2.4.1. Về cường độ 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) 3.3.1. Giới thiệu chung về phương pháp PTHH 3.3.1.1. Phần tử tam giác tuyến tính (T3) 3.3.1.2. Phần tử tứ giác tuyến tính (T4) 3.2. CÁC MÔ HÌNH VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG TÍNH TOÁN 4 3.2.1. Mô hình vật liệu đàn hồi tuyến tính 3.2.2. Mô hình vật liệu đàn dẻo lí tưởng 3.3. PHẦN MỀM PLAXIS 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH KÊNH XẢ LÀM MÁT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN LONG PHÚ 1 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN LONG PHÚ 1 4.1.1. Thông tin cơ bản về dự án 4.1.2. Số liệu kỹ thuật và chỉ tiêu của nhà máy 4.2. KÊNH XẢ NƯỚC LÀM MÁT 4.3. PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI KÊNH XẢ CÓ KỂ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA CỌC XI MĂNG ĐẤT 4.3.1. Các mô hình tính toán chính 4.3.2. Các tổ hợp tính toán 4.3.3. Lựa chọn chỉ tiêu dùng cho cọc xi măng đất 4.3.4. Lựa chọn vị trí của trụ xi măng đất nhằm chống trượt cho mái kênh xả 4.3.5. Mô hình tính toán 4.4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 4.4.1. Trường hợp không gia cố 4.4.2. Trường hợp gia cố một hàng trụ xi măng đất 4.4.3. Trường hợp gia cố hai hàng trụ xi măng đất 4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1. KẾT LUẬN 5.2. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thi công cọc xi măng đất chống thấm nền đập Hình 1.2: Một đoạn tường chống thấm được đào hở để kiểm tra Hình 1.3: Hồ chứa sau khi tích nước Hình 1.4: Thi công chống thấm đê quây Hình 1.5: Hố móng công trình nhà máy thuỷ điện Sơn La Hình 1.6: Thi công trộn sâu ở Nhật Bản Hình 1.7: Thi công trộn sâu ở Hà Lan Hình 1.8: Thi công trộn sâu ở Đức Hình 2.1: Công nghệ đơn pha Hình 2.2: Công nghệ hai pha Hình 2.3: Công nghệ 3 pha Hình 2.4: Mô tả quá trình thi công công nghệ KPCA Hình 2.5: Phạm vi ứng dụng hiệu quả của các loại công nghệ khoan phụt Hình 3.1: Rời rạc hình tròn thành hữu hạn các phần tử tam giác với các sai số biểu thị phần gạch chéo Hình 3.2: Độ chính xác lời giải phụ thuộc vào N Hình 3.3: Các thành phần ứng suất biến dạng Hình 3.4: Biểu diễn các thành phần ứng suất Phần tử tam giác tuyến tính Hình 3.5: Hệ toạ độ tự nhiên của phần tử tam giác tuyến tính Hình 3.6: Thể hiện hàm dạng cho phần tử tam giác tuyến tính Hình 3.7: Hệ toạ độ tự nhiên cho phần tử tứ giác tuyến tính Hình 3.8: Thể hiện hàm dạng cho phần tử tứ giác tuyến tính Hình 3.9: Một số phần tử có tỷ lệ đặc trưng cao không nên sử dụng trong tính toán Hình 3.10: Một số phần tử có tỷ lệ đặc trưng nhỏ đựơc sử dụng trong tính toán Hình 3.11: Các liên kết không đúng Hình 3.12: Phần tử dầm phẳng 6 Hình 3.13: Quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng Hình 3.14: a. quan hệ giữa ứng suất và biến dạng b. Vòng tròn Mohr về ứng suất và đường bao phá hoại Hình 4.1: Mặt cắt ngang kênh xả DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Các đặc trưng cơ lý của đất nền Bảng 4.2: Các đặc trưng cơ lý của trụ xi măng đất 7 MỞ ĐẦU Trong các công trình thủy lợi - thủy điện - nhiệt điện, phần gia cố mái đào trong đất yếu để đảm bảo ổn định là công việc không thể thiếu. Đến nay, có rất nhiều phương pháp gia cố mái đào trong đất yếu như: phương pháp đóng cừ thép, phương pháp đóng cừ thép kết hợp với neo trong đất, phương pháp dùng giếng kim để hạ mực nước ngầm, phương pháp neo Radish, phương pháp tường vây….Tuy nhiên, mỗi phương pháp lại có những ưu nhược điểm riêng trong việc thi công, tính toán thiết kế. Tính toán ổn định mái đào trong đất yếu, các kỹ sư mới chỉ mô tả sự làm việc của khối đất, từ đó họ tính được hệ số mái đào phù hợp. Thực tế, khi đưa cọc xi măng đất vào mái đào trong đất yếu thì tại đó ngoài vật liệu là khối đất ra còn kể tới vật liệu là cọc xi măng đất. Các cọc xi măng đất trong khối đất cũng tham gia vào thành phần chống trượt của mái đào trong đất yếu. Nếu chỉ rõ ra được cọc xi măng đất làm việc cùng với khối đất như thế nào trong khối đó thì ta sẽ tính chính xác được lượng cọc xi măng đất cần để tham gia chống trượt cho mái đào. Việc tính toán chính xác được lượng cọc xi măng đất tại các khối đất đó cũng là điều kiện để hạ giá thành công trình đáng kể. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu tính toán ổn định mái đào trong đất yếu” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 1. Nghiên cứu phương pháp tính toán ổn định mái đào trong đất yếu có kể đến sự làm việc của cọc xi măng đất. 2. Xác định hệ số ổn định mái đào trong đất yếu có kể đến sự làm việc của cọc xi măng đất. 3. Đưa ra quy trình tính và mô hình hoá khối vật liệu, qua đó tính chính xác số lượng cọc xi măng đất cần dùng. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1. Cách tiếp cận 8 Qua tìm hiểu các dự án nước ngoài thiết kế, như kênh Nhiêu Lộc- Thị Nghè, kênh xả nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ… gia cố mái kênh bằng trụ xi măng đất. Tuy nhiên hiện nay chưa có tài liệu hướng dẫn tính toán ổn định mái gia cố trụ xi măng đất. Việc chứng minh khả năng gia tăng ổn định khi có trụ xi măng đất cần được phân tích, làm rõ. 2. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu: Các tài liệu về đất yếu và công nghệ xử lý đất yếu. Các tài liệu về vật liệu xi măng đất, các đề tài dự án đã thực hiện ở Việt Nam ứng dụng công nghệ trụ xi măng đất. - Sử dụng các phần mềm thương mại để phân tích ổn định mái dốc như GeoSlope, Plaxis… - Ứng dụng tính toán cho một công trình cụ thể để chứng minh hiệu quả kinh tế, kỹ thuật… 3. Đối tượng nghiên cứu Mái đào bể chứa thải của nhà máy nhiệt điện Long Phú I, Địa điểm dự án: Xã Đức Long, huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Tìm được phương pháp tính toán ổn định mái đào trong đất yếu (có kể đến sự làm việc của cọc xi măng đất) hợp lý để xác định hệ số ổn định mái đào chính xác. Vận dụng thành thạo chương trình tính toán Plaxis. Tính toán cụ thể ổn định mái đào trong đất yếu có kể đến cọc xi măng đất của kênh xả làm mát nhà máy nhiệt điện Long Phú 1. 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1.1. TỔNG QUAN CÁC HÌNH THỨC MẤT ỔN ĐỊNH MÁI ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU Chuyển động do trượt: Hiện tượng đất sườn dốc chuyển động do trượt được chia thành các loại sau: 1.1.1. Trượt theo mặt phẳng: Một lớp đất có tính chất cơ lý yếu kém nằm trên mặt nghiên của lớp đất đá cứng bên dưới sẽ gây hiện tượng trượt phẳng. Hình 1-1: Trượt mặt phẳng 1.1.2. Trượt vòng cung đơn giản Trượt mái dốc theo mặt trượt vòng cung đơn giản là thường hay xảy ra nhất. Đường trượt thường có dạng đơn giản giống như hình trụ. Phân tích khả năng trượt mái dốc có thể áp dụng phương pháp kinh điển Loại trượt này có thể được phân biệt bởi các dấu hiệu sau: - Phía đỉnh mái dốc xuất hiện các vết nứt do lực đất kéo xuống - Xuất hiện một khoảng trống phía đỉnh khối trượt - Xuất hiện khối trồi phía chân khối trượt Khi mặt trượt có dạng cung tròn ta gọi là trượt cung tròn. Trượt cung tròn thường xảy ra trong phần lớn các trườnghợp trượt mái dốc. Ngược lại, đường trượt không có dạng hình tròn ta chỉ gọi là trượt vòng cung. [...]... đảm bảo ổn định hoặc làm tăng cường độ của các lớp đất và như vậy sẽ làm tăng tính ổn định của nền đất yếu, mái đào trong đất yếu Ngoài ra, vải địa kỹ thuật còn được dùng để chống xói mòn, bảo vệ các công trình dẫn nước, bờ kênh, bờ sông, … Hình 1-7: Ổn định mái đào bằng vải địa kỹ thuật 1.2.4 Ổn định mái đào bằng tường chắn Hình 1-7: Ổn định mái đào bằng tường chắn đất 14 1.2.5 Ổn định mái đào bằng... bằng neo Hình 1-7: Ổn định mái đào bằng neo 1.2.6 Ổn định mái đào bằng băng thoát nước khoan vào mái B¨ng tho¸t n-íc Hình 1-7: Ổn định mái đào bằng băng thoát nước khoan vào mái 1.2.7 Ổn định mái đào bằng biện pháp cải tạo mái 1.1.2.1 Giếng cát, cọc cát Dùng giếng cát, cọc cát là một trong những phương pháp hiệu quả và kinh tế gia cố đất sét yếu, có tác dụng tăng nhanh tốc độ cố kết của đất, làm cho công... dài 6-12m, sau khi đóng xuống đất, trên đỉnh cọc đổ một dầm vòng bằng bê tông cốt thép đặt một dây chắn giữ hoặc thanh neo, dùng cho loại hố móng có độ sâu 3-6m Hình 1-6: Ổn định mái đào bằng tường vây 1.2.3 Ổn định mái đào bằng vải địa kỹ thuật Trong những năm gần đây, vải địa kỹ thuật được dùng khá rộng rãi để gia cố nền đất yếu, ổn định mái kênh, mái đào trong đất yếu Tuỳ theo mục đích sử dụng,... trên mái dốc - Trượt lưng dốc thường xảy ra ở chỗ đất không đồng nhất Đáy của vòng cung trượt tròn nằm trên mặt một lớp đất cứng hơn, - Trượt cung tròn chân dốc thường gặp nhất trong loại mái dốc kiểu này, - Trượt cung tròn sâu chỉ xảy ra khi đất nền dưới chân dốc quá yếu 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN GIA CỐ MÁI ĐÀO TRONG ĐẤT YẾU 1.2.1 Ổn định mái đào bằng cách tạo cơ hoặc giảm mái dốc Trường hợp mái. .. chất phức tạp, mái dốc thường được bố trí thêm cơ nhằm tăng ổn định mái và thuận lợi thi công Nếu bố trí cơ mà mái dốc vẫn không đảm bảo ổn định cần tăng hệ số mái dốc thoải hơn 1: m 2 1: m 1 Hình 1-5: Mái dốc có cơ và hệ số mái thay đổi 1.2.2 Ổn định mái đào bằng tường vây Tường vây chắn giữ có các loại chủ yếu sau đây: - Tường chắn bằng xi măng đất trộn ở tầng sâu: Trộng cưỡng chế đất với xi măng... độ dốc mái Nhược điểm: Thi công mất nhiều thời gian, do phải đào ra đắp vào, đắp theo lớp Thi công đào trong điều kiện nước ngầm cao cũng rất phức tạp 1.2.5.4 Ổn định mái dốc bằng neo: Không thích hợp với đất yếu, do phải phụt gia cố đất xung quanh neo 1.2.5.5 Tường chắn: 17 Không thích hợp do phải gia cố ổn định đáy tường 1.2.5.6 Băng thoát nước: Không thích hợp với đất yếu 1.2.5.7 Ổn định mái bằng... dụng vào vấn đề nghiên cứu: gia cố kênh xả nhà máy nhiệt điện Long Phú Vì vậy trong luận văn đi sâu vào nghiên cứu và tính toán phương án gia cố bằng cọc xi măng Vào những năm 1954, công nghệ gia cố đất yếu bằng xi măng ra đời như một sự kết hợp hài hòa, nhuần nhuyễn giữa các giải pháp về vật liệu xây dựng và công nghệ thi công trong lĩnh vực thiết kế và thi công các công trình trong đất yếu Với hiệu... dự án do đất quá yếu nên yêu cầu m=5~6 mới đảm bảo ổn định Dẫn đến diện tích chiếm đất lớn, tăng giá đền bù + Thi công đào đất trong điều kiện nước ngầm cao cũng rất phức tạp 1.2.5.2 ổn định bằng vây Ưu điểm: + Do mái gần như thẳng đứng nên diện tích chiếm đất nhỏ, Nhược điểm: + Chi phí cao, đòi hỏi máy móc thiết bị đắt + Thi công tường vây có thể gây tiếng ồn, ô nhiễm môi trường 1.2.5.3 Ổn định bằng... cao, gia cố đất yếu bằng xi măng đã nhanh chóng được công nhận và áp dụng vào thực tiễn trên khắp thế giới Với những ưu điểm vượt trội như vậy nhưng trong thực tế cũng tồn tại những vần đề như là khống chế tính đồng đều của cọc xi măng đất, lựa chọn so lượng cọc hợp lý… Đặc biệt, việc gia cố mái đào trong đất yếu bằng cọc xi măng đất đến nay vẫn chưa được áp dụng nhiều Như vậy, trong luận văn này tác... cách: Các lớp đất yếu không ổn định có thể được làm ổn định bằng cách sử dụng kết hợp vải địa kỹ thuật với các vật liệu chất lượng tốt Dùng vải địa kỹ thuật đặt trên bề mặt lớp đất yếu, sau đó đắp bằng vật liệu tốt, đất đắp lên sẽ không bị chìm vào lớp nền dẫn đến chiều dày lớp đất đắp ít bị thay đổi do đó làm giảm chiều cao đắp Dùng vải địa kỹ thuật phân cách lớp đất đắp và nền đất yếu cũng làm giảm . YẾU 2.1. MÔ TẢ CÔNG NGHỆ 2.1.1. Công nghệ đơn pha - xi măng đất S 2.1.2. Công nghệ hai pha - xi măng đất D 2.1.3. Công nghệ ba pha-xi măng đất T 2.2. PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG 2.2.1 Lan Hình 1.8: Thi công trộn sâu ở Đức Hình 2.1: Công nghệ đơn pha Hình 2.2: Công nghệ hai pha Hình 2.3: Công nghệ 3 pha Hình 2.4: Mô tả quá trình thi công công nghệ KPCA Hình 2.5: Phạm. Trường hợp gia cố hai hàng trụ xi măng đất 4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1. KẾT LUẬN 5.2. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP CỦA ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO