Ứng dụng giếng cát để xử lý nền nhà xưởng, khu công công nghiệp

năm 20..… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: BÙI HÀ NAM Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/05/1990 Nơi sinh: Quy Nhơn Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

BÙI HÀ NAM

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN NHÀ XƯỞNG, KHU CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số ngành: 60580208

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

BÙI HÀ NAM

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN NHÀ XƯỞNG, KHU CÔNG NGHIỆP

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ PHÁN

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM

ngày … tháng … năm …

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP HCM, ngày … tháng… năm 20 …

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI HÀ NAM Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/05/1990 Nơi sinh: Quy Nhơn Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN MSHV:1441870007

I- Tên đề tài:

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN NHÀ XƯỞNG, KHU CÔNG NGHIẾP

II- Nhiệm vụ và nội dung:

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC

ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP LONG HẬU

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN MÓNG

III- Ngày giao nhiệm vụ:

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS VÕ PHÁN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS VÕ PHÁN

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi 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

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin được cảm ơn quý Thấy (Cô) trong khoa Xây dựng trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ, đã truyển đạt cho tôi những kiến thức quý báu và tâm huyết trong suốt 3 học

kỳ vừa qua Đó là những kiến thức nền tảng cho tôi hoàn thành cuốn luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Võ Phán, người thầy đã tận tình hướng dẫn, từ những bước đi sơ khai ban đầu, đến những kiến thức chuyên nghành đầy vô giá

Để rồi từ đó tôi bắt đầu sơ lược và kết nối những kiến thức đó lại với nhau để hoàn thành nên nội dung chính của đề tài mà tôi đã thực hiện Một lần nữa xin cảm ơn người Thầy đầy tâm huyết và tâm lý đã thường xuyên đôn đốc, nhắc nhở nhiều điều cho tôi, người Thầy không những truyền đạt những kiến thức trong sách vở mà còn cả những bài học cuộc sống Những điều đó đã tạo động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất

Xin cảm ơn các Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên của Phòng Quản Lý Khoa học – Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập

Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lời biết ơn sâu sắc nhất

Tôi xin chân thành cảm ơn

Học Viên Thực Hiện Luận Văn

Ngoài ra trong luận văn tôi còn tiến hành phân tích sự thay đổi của các thông số như đường kính, chiều dài, khoảng cách và mức độ xáo trộn của giếng cát ảnh hưởng như thế nào đến mức độ cố kết và độ lún tại dự án này.

ABSTRACT

My dissertation presents problems combined application sand wells preloading to handle soft ground under industial park or factory During the research I applied the theoretical basic has to calculate and analyze the problem by means of anlytical and finite element simulation ( using software Plaxis 2D with Mohr Coulomb model ) to compare cohesion and soft ground subsidence of industial or factory in Long Hau Industial park, Long An

Also in the thesis I analyzed the change of parameters such as diameter, length, distance and degree of disturbance of sand well how to influence the degree of

consolidation and the settlement of the background weak ground in this project

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: 2

III.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 2

IV.PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

V.HẠN CHẾ 3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 4

1.1.1 Giới thiệu chung về phương pháp gia tải trước 4

1.1.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng 4

1.1.3 Biện pháp thi công 5

1.2 TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 5

1.2.1 Lịch sử phát triển 5

1.2.2 Đặc điểm tác dụng và phạm vi áp dụng của giếng cát 6

1.2.3 Phương pháp thi công 8

1.2.4 Tổng quát lớp đệm cát trên mặt của giếng cát 9

1.3 NHẬN XÉT CHUNG 9

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 10

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 10

2.1.1 Khái niệm 10

2.1.2 Các giả thiết của Terzaghi 10

2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN 13

2.2.1 Kiểm tra ổn định nền đất yếu 13

2.2.2 Độ lún ổn định của nền đất yếu 14

2.3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 15

2.3.1 Khái niệm phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước 15

2.3.2 Sự cố kết của giếng cát 16

2.4 SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỂ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 19

2.4.1 Mô phỏng bài toán giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu

19

2.4.2 Các bước mô phỏng bài toán trong Plaxis 20

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP 22

3.1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH 22

3.1.1 Giới thiệu chung 22

3.1.2 Quy mô công trình 22

3.1.3 Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng 23

3.1.4 Tính toán độ lún bằng phương pháp giải tích 24

3.2 TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN 36

3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 43

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN MÓNG 44

4.1 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN 44

4.1.1 Phương pháp giải tích 44

4.1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 47

4.2 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN 49

4.2.1 Phân tích bằng phương pháp giải tích 49

4.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 52

4.3 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN 53

4.3.1 Phân tích bằng phương pháp giải tích 53

4.4 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN MÓNG 57

4.4.1 Phân tích bằng phương pháp giải tích 57

4.4.2 Xét trường hợp: kh/ks=2.5 58

4.4.3 Xét trường hợp: kh/ks=3.5 59

4.4.4 Xét trường hợp: kh/ks=4.5 60

4.5 NHẬN XÉT CHƯƠNG 4 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 64

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU 1

I.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: 2

III.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 2

IV.PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

V.HẠN CHẾ: 3

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 4

Hình 1.1.Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ tam giác đều 7

Hình 1.2.Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ hình vuông 7

Hình 1.3.Thi công giếng cát bằng phương pháp khí nén, xói nước tạo lỗ 8

CHƯƠNG 2 :CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 10

Hình 2.1.Biểu đồ xác định hệ số chịu tải Nc của nền đắp có chiều rộng B trên nền đất yếu có chiều dày Hy 13

Hình 2.2.Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước 15

Hình 2.3.Sơ đồ bài toán phẳng tương đương ( Indraratna và Redana, 1997 ) 20

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP 22

Hình 3.1.Biểu đồ độ cố kết theo thời gian 180 ngày 35

Hình 3.2.Biểu đồ độ lún theo thời gian sau 180 ngày 36

Hình 3.3.Mô hình lưới phần tử xử lý nền bằng giếng cát 42

Hình 3.4.Áp lực lỗ rỗng thặng dư của nền sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày 42

Hình 3.5.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày 43

CHƯƠNG 4 :PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN MÓNG 44

Hình 4.1.Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi đường kính giếng cát 47

Hình 4.2.Biểu đồ quan hệ S t−t khi thay đổi đường kính giếng cát 47

Hình 4.3.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày d =0.3m 48

Hình 4.4.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày d w =0.5m 48

Hình 4.5.Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi khoảng cách giếng cát 51

Hình 4.6.Biểu đồ quan hệ S t−t khi thay đổi đường kính giếng cát 51

Hình 4.7.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày L=2.5m 52

Hình 4.8.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày L=2m 53

Hình 4.9.Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi chiều sâu giếng cát 56

Hình 4.10.Biểu đồ quan hệ S t- t khi thay đổi chiều sâu giếng cát 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 64

MỤC LỤC BẢNG

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 4

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 10

Bảng 2.1.Độ cố kết U v đạt được tùy thuộc vào nhân tố thời gian T v 12

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP 22

Bảng 3.1.Bảng xác định chiều sâu chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp 27

Bảng 3.2.Tính độ lún của nền theo phương pháp tổng phân tố 30

Bảng 3.3.Các thông số thiết kế giếng cát 33

Bảng 3.4.Độ cố kết và độ lún theo thời gian của nên khi xử lý bằng giếng cát 34

Bảng 3.5.Số liệu đầu vào để mô phỏng bài toán 37

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN MÓNG 44

Bảng 4.1.Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi thay đổi đường kính giếng cát 45

Bảng 4.2.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi thay đổi đường kính giếng 46

Bảng 4.3.Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi khoảng cách giếng thay đổi 49

Bảng 4.4.Bảng tính độ cố kết và độ lún của đất nền khi khoảng cách giếng thay đổi 50

Bảng 4.5.Bảng tính độ cố kết đất nền khi thay đổi chiều sâu giếng cát 54

Bảng 4.6.Bảng tính độ lún đất nền sau khi thay đổi chiều sâu giếng cát 55

Bảng 4.7.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét đến độ xáo trộn (kh/ks=2.5) 58

Bảng 4.8.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét đến độ xáo trộn (kh/ks=3.5) 59

Bảng 4.9.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét đến độ xáo trộn

(kh/ks=4.5) 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 64

MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

e Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu;

(Chưa đắp nền bên trên)

p

e Hệ số rỗng khi có tải trọng ngoài;

E (kPa) Modul biến dạng;

dd

h (m) Chiều cao đắp nền;

h (m) Chiều dài đường thấm trong đất;

H (m) Chiều dày lớp đất có giếng cát;

u Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất;

u Áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính toán t;

U Độ cố kết theo phương ngang;

R (m) Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây xây dựng các khu công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ Việc xây dựng các công trình nhà, xưởng là vấn đề thiết yếu nhất Vì vậy khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu thì việc xử lý nền móng là hết sức cần thiết Trong những trường hợp như vậy yêu cầu đặt ra khi thi công công trình là phải rút ngắn thời gian lún của nền để sau khi hoàn thành việc xây dựng

và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó không vượt quá giới hạn cho phép theo quy phạm thiết kế

Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông Khu vực Long Hậu cũng nằm trong số đó nên gần như toàn bộ diện tích là nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề bức thiết và quan trọng hàng đầu trong sự phát triển của khu Công nghiệp Long Hậu Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như : giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số mođun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất … đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình

Một số phương pháp dùng để xử lý nền đất yếu như: Gia tải trước; Tầng đệm cát; Gia cố nền đường; Bệ phản áp; Sử dụng vật liệu nhẹ ( Sử dụng phụ gia

để gia cố nền đất, Nền đất bằng vật liệu nhẹ… ); Thay bằng lớp đầm chặt, Thả

đá hộc ( với chiều dày lớp bùn không sâu ); Thoát nước cố kết ( Bấc thấm, Giếng bao cát, Cọc cát, Giếng cát, Cọc đá dăm, dự ép chân không, chân không chất tải dự ép liên hợp ); Nền móng phức tạp ( hạ cọc bê tông, hạ cọc bằng chấn động, cọc xi măng đất, cọc đất – vôi – xi măng, cọc bê tông có lẫn bột than ); cọc cứng ( cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre…

Có rất nhiều biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới nền nhưng để đảm bảo

cả về mặt kinh tế và kỹ thuật thì sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử

lý nền đất yếu dưới nền đường là phương án khả thi nhất để ứng dụng tại Khu vực Long Hậu

Để biết được hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giải pháp giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu tại Khu công nghiệp Long Hậu,

đề tài sẽ tiến hành tính toán và so sánh Ngoài ra, ảnh hưởng của các tham số như đường kính giếng, khoảng cách giếng, chiều sâu giếng, độ xáo trộn của giếng đến độ cố kết và độ lún của nền đất yếu cũng được nghiên cứu và phân tích chi tiết

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

Những vấn đề tồn tại được trình bày như trên cũng là mục đích nghiên cứu của đề tài này Do đó trong đề tài này tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề như sau:

- Tính toán và so sánh hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giếng

cát để xử lý nền đất yếu

- Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính giếng tới mức độ cố kết của đất nền

- Nghiên cứu ảnh hưởng khoảng cách giữa các giếng cát tới mức độ cố kết

III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu sự cố kết của đất nền khi sử dụng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước có xét đến ảnh hưởng của các thông số như: đường kính giếng, khoảng cách giếng, chiều sâu giếng và có xét đến độ xáo trộn đất nền khu vực lỗ khoan Ứng dụng tính toán cho công trình

cụ thể tại “ Công trình Xử lý nền nhà xưởng tại khu Công nghiệp Long Hậu” Qua đó có thể rút ra những kết luận nhằm cải thiện điều kiện làm việc của giếng cát, giúp đẩy nhanh hơn nữa tốc độ cố kết của đất nền theo đúng yêu cầu thiết kế về mặt kinh tế cũng như mặt kỹ thuật

IV PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu và cơ sở lý thuyết trong và ngoài nước

về giải pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước, các cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát

- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng bài toán giếng cát

kết hợp gia tải trước

- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để khảo sát ảnh hưởng của đường kính

giếng cát, khoảng cách giữa các giếng cát và chiều sâu giếng cát đến hiệu quả làm việc của giếng

- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để khảo sát ảnh hưởng của độ xáo trộn đất

nền

- Mô hình tính toán vật liệu theo Morth – Coulomb để tính lún nền đất yếu

sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước

- Dùng giải tích để khảo sát ảnh hưởng của các tham số: đường kính

giếng, khoảng cách bố trì giếng cát, chiều sâu giếng và độ xáo trộn của nền đất đến sự làm việc của giếng cát

- So sánh các kết quả thu được từ các phương pháp, đề xuất các giải pháp

thiết kế phù hợp

V HẠN CHẾ

Đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số của giếng cát như: Đường kính giếng, Khoảng cách giếng, Chiều sâu giếng và Độ xáo trộn đất nền, còn các tham số khác ảnh hưởng đến sự làm việc của giếng cát như: Biến dạng của giếng, Mức độ cản thấm của giếng, Sơ đồ bố trí giếng, …tác giả chưa đề cập đến, đây là hạn chế của đề tài này và cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo

Đề tài chưa có số liệu quan trắc của công trình thực, cho nên chỉ có thể

so sánh với lý thuyết cố kết thấm, nên kết quả nghiên cứu chưa được thuyết phục lắm

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ

NỀN ĐẤT YẾU

1.1.1 Giới thiệu chung về phương pháp gia tải trước

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để

xử lý nền đất yếu Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai Trong thời gian chất tải, độ lún và áp lực nước được quan trắc Lớp đất đắp để gia tải được giỡ khi độ lún kết thúc hoặc cơ bản đã xảy ra

Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước

lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng

Việc gia tải trước sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố sau:

- Độ lún tức thời

- Độ lún cố kết sơ cấp

- Độ lún cố kết thứ cấp

- Sức chống cắt không thoát nước của đất

Tuy nhiên trong thực tế chúng ta chỉ xét đến độ lún cố kết sơ cấp khi sử dụng biện pháp gia tải

1.1.2 Đặc điểm và phạm vi áp dụng

Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Tăng sức chịu tải của nền đất;

- Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian

Để đạt được các yêu cầu trên người ta thường dùng các biện pháp sau để gia tải:

- Chất tải trọng ( cát, sỏi, gạch, đá… ) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công

trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún trước khi công trình xây dựng

- Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh

quá trình cố kết của nền đất, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian

Tuỳ theo yêu cầu của công trình, địa chỉ của nơi xây dựng mà dùng đơn

lẻ hoặc cả hai biện pháp trên

Phương pháp này có thể xử dụng để xử lý khi gặp đất nền yếu như than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước

Phương pháp này chỉ thực sự hiệu quả cho những vùng có chiều dày lớp đất yếu nhỏ

1.1.3 Biện pháp thi công

Kỹ thuật thi công gia tải trước có hai dạng:

- Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng công trình;

- Chất tải trước theo từng cấp tải trọng;

Để gia tải nén trước ta có thể dùng hai cách sau:

- Cách 1: Chất tải trọng nén trước lên mặt đất tại vị trí xây dựng nền

đường hoặc móng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún ổn định rồi giỡ tải sau đó xây dựng công trình

- Cách 2: Có thể xây dựng móng trước, sau đó chất tải lên móng để móng

lún đến trị số ổn định, sau đó giỡ tải và xây dựng kết cấu bên trên

Lưu ý: Chất tải tăng theo từng cấp, mỗi cấp tăng từ 15 – 20% tổng tải

trọng công trình Cần bố trí mốc để quan trắc lún trong suốt thời gian gia tải để quan sát xem độ lún đã đạt yêu cầu không, để có biện pháp xử lý kịp thời

1.2 TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

1.2.1 Lịch sử phát triển

Trên thế giới phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rồi, cũng như giếng cát, nó gắn liền với kết quả công trình nghiên cứu về cố kết thấm của đất sét no nước và người đầu tiên đề cập đến là Tepzaghi, khi ông tìm ra phương trình vi phân cố kết thấm 1 chiều năm 1925

Phương pháp giếng cát là phương pháp tương đối cổ điển dùng để xử lý nền đất yếu và đã được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ, Nhật, … Mặc dù là phương pháp cổ điển nhưng nó vẫn được ứng dụng cho tới ngày nay vì những ưu điểm

về mặt kỹ thuật và kinh tế Phương pháp này được sử dụng vào nước ta từ những năm 1975

1.2.2 Đặc điểm tác dụng và phạm vi áp dụng của giếng cát

• Tác d ụng chính:

- Dưới tác dụng cùa gia tải, áp lực nước lỗ rỗng của đất tăng cao, tạo

chênh lệch cột áp ( i-gradien thuỷ lực ) nước sẽ chảy từ nơi có áp lực cao sang nơi có áp lực thấp Do đó, nước trong đất sẽ thoát đến giếng cát theo phương ngang ( cự ly giếng cát thường nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dày của lớp đất yếu ( thường ≥ 10 m ) Sau đó, nước thoát tự do dọc theo giếng theo phương đứng đến đệm cát dưới nền đường và thoát

ra ngoài, tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt

độ lún quy định trong thời gian cho phép

- Nếu khoảng cách của giếng bố trí thích hợp thì nó còn làm tăng độ chặt

của nền do đó sức chịu tải của nền tăng lên

- Tăng khả năng chống trượt khi công trình chịu tải trọng ngang

• Khi s ử dụng phương pháp giếng cát cần chú ý vấn đề sau:

- Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình tải trọng trung bình và chiều dày

lớp đất yếu không lớn

- Thời gian thi công kéo dài

- Không hiệu quả cho nền có k<10-8 cm/s

• Sơ đồ bố trí giếng cát:

- Dạng đường tam giác

Hình 1.1 Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ tam giác đều

- Dạng lưới hình vuông

Hình 1.2 Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ hình vuông

• Nhược điểm:

- Cát được sử dụng trong giếng cát phải được chọn lựa kỹ lưỡng để có hệ

số thấm tốt nhất, cho nên phải vận chuyển từ nơi xa tới công trường

- Ngoài ra, khi thi công giếng cát rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn

không đảm bảo vai trò thoát nước do thi công bất cẩn hoặc do chuyển vị ngang của đất nến lớn

1.2.3 Phương pháp thi công

- Rút cọc ống, để lại cọc cát trong đất yếu

1.2.3.2 Biện pháp thi công

Để thi công giếng cát có hai phương pháp để thi công là:

Phương pháp hạn chế chuyển vị của đất: Trong phương pháp này chúng ta tiến hành tạo lỗ bằng máy khoan hoặc xói nước áp lực, khí nén

Hình 1.3 Thi công giếng cát bằng phương pháp khí nén, xói nước tạo lỗ

Phương pháp ép đất chuyển vị: Trong phương pháp này chúng ta tạo lỗ bằng

cách dùng một ống thép bịt nhọn ép vào đất

1.2.4 Tổng quát lớp đệm cát trên mặt của giếng cát

Để đảm bảo nước trong đất có thể thoát ra ngoài theo phương thẳng đứng khi dùng hệ thống giếng cát, người ta thường thiết kế kết hợp với đệm cát

ở trên mặt hệ thống giếng cát Lớp cát đệm cát thường có chiều dày tối thiểu 50

cm và phải lớn hơn độ lún dự báo từ 20 – 40 cm Bề rộng mặt tầng đệm cát phải rộng hơn đáy nền đắp tối thiểu là 0.5 – 1.0 cm

Cát để làm lớp đệm cát phải là cát thô hoặc cát trung với yêu cầu sau:

- Tỉ lệ cỡ hạt lớn hơn 0.5 mm phải chiếm trên 50%;

- Tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0.14 mm không quá 10%;

- Hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 10-4 m/s;

- Hàm lượng hữu cơ không quá 5%

1.3 NHẬN XÉT CHUNG

- Xử lý nền đất yếu dưới nền đường bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước giúp cho nước trong đất thoát ra nhanh chóng làm tăng tốc độ cố kết của nền, để nền sớm đạt đến độ lún ổn định

- Vật liệu thi công sẵn có, thiết bị và phương pháp thi công đơn giản phù hợp với địa phương

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM 2.1.1 Khái niệm

Cố kết là quá trình nền đất lún xuống theo thời gian và dần chặt lại Quá trình cố kết chia làm hai giai đoạn:

+ Cố kết sơ cấp: là quá trình nước trong đất thoát ra ngoài, lỗ rỗng trong đất thu hẹp lại, làm cho đất dần chặt lại

+ Cố kết thứ cấp: là quá trình nước trong đất đã thoát hết ra ngoài nhưng các hạt đất vẫn tiếp tục di chuyển trượt lên nhau đến vị trí ổn định hơn

2.1.2 Các giả thiết của Terzaghi

Dựa vào bài toán lún cố kết một chiều của Terzaghi, ta thiết lập phương trình cố kết thấm dựa vào các giả thiết sau:

- Đất nền đồng nhất và bão hoà nước, hạt đất và nước lỗ rỗng không bị nén

- Độ thay đổi thể tích ∆V của phân tố đất là bé so với thể tích ban đầu của đất

- Sự thấm trong đất tuân theo định luật Darcy

- Hệ số thấm là hằng số trong suốt quá trình cố kết

- Từ biến không xuất hiện trong quá trình lún

- Đất đẳng hướng thấm theo các trục x, y, z

- Gia tải ∆σ được đặt tức thời

2.1.2.1 Bài toán c ố kết cơ bản

Khảo sát một phân số dx, dy, dz tại điểm ( x, y, z ) trong khối đất Vận tốc thấm v được phân tích thành 3 phần Vx, Vy, Vz Theo định luật bảo toàn khối lượng thì độ chênh lệch của lượng nước vào và ra bằng độ thay đổi thể tích của phân tố đất:

Trong sơ đồ cố kết có các điều kiện sau:

- Tải phân bố đều kín khắp gây ra tăng ứng suất không đổi theo chiều sâu;

- Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ban đầu tại mọi điểm trong lớp đất bằng với gia tăng ứng suất ngoài lên lớp đất

Giải phương trình (2.7) ta sẽ được giá trị áp lực lỗ rỗng thặng dư tại thời điểm t ở độ sâu z là:

= (2.9) Trong đó H – là chiều dài đường thoát nước

Và độ cố kết ở thời điểm t của cả bề dày lớp cố kết là:

2

4 2

8 1

v

T t

Hoặc có thể tra các trị số U v theo T v trong bảng 2.1 hay trên đồ thị

2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN

2.2.1 Kiểm tra ổn định nền đất yếu

Do nền đất yếu có khả năng chịu tải thấp nên dưới tải trọng của đất đắp thì nền đất yếu bên dưới có thể không chịu nổi tải trọng dẫn đến nền mất ổn định Vì vậy, cần kiểm tra chiều cao đắp để cho nền đất yếu không bị phá hoại

Dạng phá hoại chủ yếu của nền đất yếu là dạng trượt sâu, khối đất nền xung quanh bị trồi

Áp dụng lý thuyết cân bằng giới hạn để kiểm tra ổn định trượt:

- Điều kiện để khối đất yếu dưới nền đất đắp không bị trượt:

Hình 2.1 Biểu đồ xác định hệ số chịu tải Nc của nền đắp có chiều rộng B trên nền

đất yếu có chiều dày Hy

Nếu có biện pháp hạn chế đất nở hông dưới tác dụng của tải trọng đắp thì có thể chọn m = 1.1 ÷ 1.2 Nếu chiều cao đắp càng lớn và đất càng yếu thì nên chọn trị số m càng lớn

• Xác định chiều sâu vùng chịu nén H a dưới nền đắp

Vùng hoạt động chịu nén có thể xác định theo ứng suất gây lún tại vị trí đó không lớn hơn 15% ứng suất do trọng lượng bản thân đất nền

log1

0 0

log1

2.3.1 Khái niệm phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp

gia tải trước

Hình 2.2 Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước

Giếng cát làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu bằng cách chuyển hướng thoát nước ngang trong đất khi không có giếng cát thành thoát nước đứng khi có giếng cát

2.3.2 Sự cố kết của giếng cát

2.3.2.1 Trường hợp lý tưởng

Barron ( 1948 ) đã đưa ra lời giải cho bài toán cố kết của trụ đất có chứa một giếng cát ở giữa Lý thuyết của ông dựa trên việc đơn giản hoá các giả thuyết của lý thuyết cố kết một hướng Terzaghi ( 1943 ) Lý thuyết của Barron có khả năng giải quyết bài toán cố kết với hai điều kiện sau đây:

- Giả thiết biến dạng đều cho rằng mặt cắt ngang của khối trụ vẵn phẳng suốt trong quá trình cố kết

- Giả thiết biến dạng tự do cho rằng biến dạng của đất nền phát triển tự nhiên theo sự tiêu tán của áp lực nước lỗ rỗng

Barron cũng giả thiết là hệ số thấm của giếng đủ lớn không gây cản trở đáng

kể nào cho quá trình thoát nước và quá trình thi công không làm cho đất xung quanh giếng bị xáo trộn Trong trường hợp lý tưởng với những giả thiết như trên có kết quả như sau:

Trong trường hợp biến dạng bằng nhau, phương trình vi phân quá trình cố kết có dạng:

2 2

2.3.2.2 Trường hợp thực tế ( Xét đến độ xáo trộn của đất )

Trong quá trình thi công khoan lỗ tạo giếng, khi hạ các ống thép vào đất

sẽ làm cho vùng đất nền lân cận giếng bị xáo trộn và hệ số thấm của vùng xáo trộn cũng giảm đi đáng kể Vì vậy trong quá trình phân tích bài toán cố kết thấm đối xứng trục của giếng thấm phải xét đến độ xáo trộn của đất cũng như

độ cản thấm của giếng cát và chấp nhận những giả thiết sau đây:

- Biến dạng nền trên từng mặt cắt ngang của khối đất hình trụ là đồng đều

- Đất nền hoàn toàn bão hoà nước

- Giếng thấm có dạng hình trụ tròn, đường kính là dw;

- Giếng thấm có độ cản thấm nhất định

- Quá trình thi công giếng thấm gây cho vùng đất xung quanh bị xáo trộn và có

hệ số thấm nhỏ hơn so với đất nền nguyên dạng Đường kính vùng bị xáo trộn xung quanh giếng thấm là ds

- Định luật Darcy vẫn còn áp dụng

- Ảnh hưởng của thấm theo phương đứng giữa các giếng thấm được bỏ qua

Độ cố kết theo phương ngang:

2.3.2.3 Ảnh hưởng của độ cố kết theo phương ngang và phương đứng

Phương trình cố kết tổng quát xét đến cố kết theo hai phương đứng và ngang được Biot ( 1941 ) đề xuất dựa trên lý thuyết cố kết đơn giản chỉ theo phương thẳng đứng của Terzaghi ( 1925 ) và Rendulic ( 1937 )

2.4 S Ử DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỂ PHÂN TÍCH

BÀI TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC

2.4.1 Mô phỏng bài toán giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất

yếu

Trong các phần mềm tính toán sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn được xử dụng hiện nay đều không có các phần tử thoát nước đặc biệt để mô phỏng giếng cát một cách chính xác nhất, nên trong tính toán nhiều tác giả đề nghị các phương pháp mô phỏng khác nhau

Do tác dụng của giếng cát chủ yếu là dùng để thoát nước và giếng cát được cấu thành từ vật liệu đàn hồi thoát nước ( cát ) nên khi mô phỏng trong phương pháp phần tử hữu hạn, với bài toán phẳng 2D người ta có thể mô phỏng giếng cát bằng các phần tử với vật liệu đàn hồi thoát nước và có hệ số thấm theo phương đứng tương tự như tốc độ thấm của giếng cát

Phần tử được dùng trong mô hình giếng cát là phần tử Drain Tại các nút của phần tử thì áp lực lỗ rỗng dư bằng không Phần tử này không để câp gì đến đường kính giếng thấm, ảnh hưởng của sự xáo trộn đất nền xung quanh giếng thấm cũng như ảnh hưởng của sự cản thấm Tất cả những yếu tố đó được xét đến thông qua một hệ số thấm quy đổi Hirk và nnk ( 1992 ), Indraratra và Redana ( 1997 ) đã phân tích bài toán biến dạng phẳng tương đương cho giếng đơn dựa trên lý thuyết của Hansbo ( 1981 )

a Sơ đồ đối xứng trục b Sơ đồ biến dạng phẳng

Hình 2.3 Sơ đồ bài toán phẳng tương đương ( Indraratna và Redana, 1997 )

2.4.2 Các bước mô phỏng bài toán trong Plaxis

(1) Khai báo số liệu ban đầu

(2) Khai báo mô hình tính toán

(3) Khai báo đặc trưng vật liệu

(4) Chia lưới tính toán

(5) Khai báo điều kiện ban đầu;

- Khai báo mực nước;

- Khai báo biên vùng cố kết;

- Tự sinh áp lực nước;

- Tự sinh ứng suất ban đầu trong đất;

- Tính toán: sau khi khai báo các thông số đầu vào đưa các thông số vào và điều kiện ban đầu của bài toán tiếp theo là bước tính toán;

- Để tính toán bài toán cố kết tạo ra các Phase theo trình tự thiết kế gia tải, mỗi giai đoạn gia tải có bao nhiều ngày trong giai đoạn đắp và bao nhiêu ngày trong giai đoạn cố kết;

- Sau khi khai báo cho các bước tính toán xong, cho phần mềm tính toán Sau khi quá trình tính toán kết thúc, bấm vào Output để xuất kết quả của các giai đoạn tính toán, đây chính là giá trị cố kết sau mỗi cấp gia tải, hoặc bấm vào nút Curves để vẽ biểu đồ lún của điểm khảo sát Điểm khảo sát của Nghiên cứu này

là điểm đặt thiết bị đo lún ( vị trí trên lớp đất cát và giữa tim đường )

CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP

3.1 GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

3.1.1 Giới thiệu chung

Khu Công nghiệp Long Hậu là khu công nghiệp được quy hoạch theo quyết định số 1107/QĐ-TTg ngày 21/08/2006 của Thủ tướng chính phủ quy hoạch phát triển các khu công nghiệp ở Việt Nam đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 Khu Công nghiệp Long Hậu là Khu Công nghiệp hỗn hợp, nhiều nghành nghề và ít gây ô nhiễm môi trường

3.1.2 Quy mô công trình

3.1.2.1 M ột số thông tin về công trình

- Chủ đầu tư: Công ty Cổ Phần Long Hậu (LHC);

- Địa điểm: Thuộc xã Long Hậu, Huyện Cần Giộc, Tỉnh Long An;

- Khoảng cách đến các đầu mối giao thông trọng yếu