Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho công trình bể chứa tại quảng ninh ( Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho công trình bể chứa tại quảng ninh ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho công trình bể chứa tại quảng ninh ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho công trình bể chứa tại quảng ninh ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm cho công trình bể chứa tại quảng ninh ( Luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - PHẠM TRẦN TRUNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM CHO CƠNG TRÌNH BỂ CHỨA TẠI QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỤNG CƠNG TRÌNH DD&CN MÃ SỐ: 60.58.02.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.NGUYỄN ĐỨC NGN Hải Phòng, 2017 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin gửi tới thầy: PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn, Ban chủ nhiệm khoa Sau đại học, Ban giám hiệu trường Đại học Dân Lập Hải Phòng lời chúc sức khỏe lời cảm ơn chân thành Các thầy hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu làm luận văn Trong thời gian làm luận văn, cố gắng để tránh sai sót, điều xảy luận văn Rất mong góp ý thầy cô bạn đọc Xin chân thành cảm ơn! Quảng Ninh, tháng năm 2016 Tác giả luận văn Phạm Trần Trung LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Phạm Trần Trung DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng, biểu Tên bảng, biểu Bảng 2.1 Các giá trị hệ số thời gian Tv Bảng 2.2 Các hệ số để tìm Tv trường hợp hình thang Bảng 2.3 Hệ số thời gian không thứ nguyên Th gia tải tức thời đất có thiết bị tiêu nước thẳng đứng Bảng 2.4 Biến thiên Tv theo Uav Bảng 3.1 Kết tính tốn độ lún cố kết chưa có bấc thấm khu vực lỗ khoan BH1 Bảng 3.2 Kết tính tốn độ lún cố kết chưa có bấc thấm khu vực lỗ khoan BH2 Bảng 3.3 Kết tính tốn dự báo độ lún cố kết theo thời gian đất dùng bấc thấm khu vực BH1 Bảng 3.4 Kết tính tốn dự báo độ lún cố kết theo thời gian đất dùng bấc thấm khu vực BH2 Bảng 3.5 Độ lún lệch theo thời gian hai khu vực Bảng 3.6 Cường độ đất yếu gia tăng sau giai đoạn Bảng 3.7 Cường độ đất yếu gia tăng sau giai đoạn Bảng 3.8 Cường độ đất yếu gia tăng sau giai đoạn Bảng 3.9 Cường độ đất yếu gia tăng sau giai đoạn Bảng 3.10 Cường độ đất yếu gia tăng sau giai đoạn Bảng 3.11 Cường độ đất yếu gia tăng sau giai đoạn DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Bể chứa trụ đứng Hình 1.2 Cấu tạo đáy bể Hình 1.3 Cấu tạo đáy bể Hình 1.4 Nối thân bể Hình 1.5 Các dạng mái bể chứa Hình 1.6 Tác dụng tải trọng lên đất cơng trình bể chứa móng cơng trình thơng thường Hình 1.7 Cấu tạo bấc thấm Hình 2.1 Mơ hình cố kết chiều lớp đất sét bão hòa nước Hình 2.2 Sơ đồ mơ tả biến đổi áp lực nước lỗ rỗng ứng suất hữu hiệu theo thời gian chiều sâu thí nghiệm cố kết chiều Hình 2.3 Các sơ đồ cố kết để tính lún theo thời gian Hình 2.4 Sơ đồ giải tốn cố kết cho hai lớp phương pháp sai phân hữu hạn Hình 2.5 Sơ đồ ngun lý cố kết nước đối xứng trục bấc thấm Hình 2.6 Sơ đồ tính tốn đường kính tương đương bấc thấm Hình 2.7 Sơ đồ bố trí bấc thấm Hình 2.8 Đồ thị tính tốn mức độ cố kết tùy thuộc vào tác dụng thiết bị tiêu nước thẳng đứng đất yếu bão hòa nước Hình 2.9 Đồ thị quan hệ Uav = f(Tv) Hình 2.10 Thi cơng ép bấc thấm Hình 2.11 Hệ số chịu tải Nc đắp có chiều rộng B đất yếu có chiều dày Hy Hình 3.1 Bản đồ vị trí địa lý thành phố Quảng Ninh Hình 3.2 Bản đồ địa hình thành phố Quảng Ninh Hình 3.3 Mặt cắt địa chất cơng trình Hình 3.4 Sơ đồ tình toán tổng độ lún theo phương pháp tổng phân tố khu vực lỗ khoan BH1 Hình 3.5 Sơ đồ tình tốn tổng độ lún theo phương pháp tổng phân tố khu vực lỗ khoan BH2 Hình 3.6 Mơ hình tính tốn thơng số đầu vào Hình 3.7 Áp lực nước đất Hình 3.8 Ứng suất ban đầu đất Hình 3.9 Tổng độ lún cơng trình Hình 3.10 Thời gian đạt cố kết 90% đất Hình 3.11 Biểu đồ quan hệ chiều cao bể chứa H (m3) thời gian t (năm) đất đạt độ cố kết U= 90% Hình 3.12 Biểu đồ ảnh hưởng hệ số thấm ngang xáo động đến thời gian đạt cố kết 90%, t (năm) Hình 3.13 Ảnh hưởng xáo động đất đóng bấc thấm đến thời gian cố kết MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Bể chứa đóng vai trò quan trọng đời sống sinh hoạt người dân Đồng thời phận khơng thể thiếu ngành cơng nghiệp hóa dầu nói riêng ngành cơng nghiệp nói chung Bể chứa thường sử dụng để chứa sản phẩm dầu (xăng, dầu hỏa…), khí hóa lỏng, nước, axit, cồn cơng nghiệp, nước thải cơng nghiệp Nó có nhiệm vụ tích trữ ngun liệu sản phẩm, giúp nhà sản xuất nhận biết lượng tồn trữ, tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành kiểm tra chất lượng, số lượng, phân tích tiêu sản phẩm Cùng với tốc độ phát triển kinh tế nhanh nước, Quảng Ninh giai đoạn phát triển nhanh nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa Với đặc điểm thành phố duyên hải, Quảng Ninh có tới 20 cảng lớn nhỏ khác như: cảng Cẩm phả, cảng Hòn Gai, cảng Cái Lân Điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc hàng loạt dự án, khu công nghiệp, nhà máy đời Và nhu cầu sử dụng bể chứa khu công nghiệp, nhà máy không ngừng gia tăng Hơn nữa, mà đời sống nhân dân ngày nâng cao nhu cầu sử dụng xăng dầu, khí gas tăng vọt, dẫn tới nhu cầu sử dụng bể chứa trở nên cấp thiết xây dựng phổ biến cơng trình thuộc tầm quan trọng cấp I, cấp II Tuy nhiên đặc điểm vị trí địa lý, Quảng Ninh vùng có phân bố rộng rãi loại đất yếu Khi xây dựng cơng trình đất yếu lựa chọn biện pháp xử lý móng khơng hợp lý dẫn đến tăng chi phí đầu tư xây dựng cơng trình gây biến dạng làm hư hỏng cơng trình Nghiên cứu biện pháp xử lý đất yếu có mục đích cuối làm tăng cường độ đất, làm giảm tổng độ lún độ lún lệch, rút ngắn thời gian thi cơng giảm chi phí đầu tư xây dựng Trong năm gần đây, biện pháp xử lý áp dụng nhiều sử dụng băng nước thẳng đứng chế tạo sẵn có khơng có vải địa kỹ thuật kết hợp gia tải Biện pháp phần tăng tốc độ cố kết lún, phần tăng cường khả tiếp nhận tải trọng ban đầu đất yếu tạo điều kiện triển khai sớm hạng mục liên quan, rút ngắn thời gian thi cơng, sớm đưa cơng trình vào sử dụng Mặt khác, vật liệu gia cố sản xuất cơng nghiệp cho phép chuẩn hóa q trình thi cơng, giảm thiểu ảnh hưởng đến mơi trường Mục đích nghiên cứu: Kết nghiên cứu làm sáng tỏ cấu trúc đặc tính địa chất cơng trình loại đất yếu khác phân bố khu vực tỉnh Quảng Ninh ảnh hưởng tới việc xây dựng cơng trình bể chứa Khả áp dụng biện pháp xử lý bấc thấm cho dạng đất yếu khác khu vực tỉnh Quảng Ninh Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Các dạng đất yếu tiêu biểu khu vực tỉnh Quảng Ninh Giải pháp xử lý đất yếu bấc thấm cho cơng trình bể chứa tỉnh Quảng Ninh Các vấn đề cần giải quyết: Cơ sở lý thuyết tính toán bấc thấm Giải toán liên quan đến bấc thấm Phạm vi áp dụng toán xử lý bấc thấm Ý nghĩa khoa học thực tiễn: 5.1- Đề xuất giải pháp xử lý đất yếu bấc thấm cho cơng trình bể chứa thành phố Quảng Ninh 5.2- Đưa toán liên quan việc xử lý đất yếu bấc thấm CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CƠNG TRÌNH BỂ CHỨA 1.1 Khái niệm đất yếu Đất yếu loại đất có sức chịu tải (nhỏ 0,5 – 1,0 kG/cm2), dễ bị phá hoại, biến dạng tác dụng tải trọng cơng trình, dựa số liệu tiêu lý cụ thể để phân loại đất yếu + Dựa vào tiêu vật lý, đất gọi yếu : - Dung trọng : W  1,7 T/m3 - Hệ số rỗng : e  - Độ sệt I > - Độ ẩm : W  40% - Độ bão hòa : G  0,8 + Dựa vào tiêu học : - Modun biến dạng : E0  50 kG/cm2 - Hệ số nén : a  0,01 cm2/kG - Góc ma sát :   100 - Lực dính (đối với đất dính): c  0,1 kG/cm2 Đất yếu thuật ngữ sử dụng phổ biến lĩnh vực xây dựng Hiện nay, tồn số quan niệm khác đất yếu Dựa quan niệm tiêu chuẩn hành Việt Nam TCXD 245-2000, 22TCN 262-2000, tham khảo tiêu chuẩn phân loại đất ASTM, BS, theo tác giả đất yếu loại đất có số đặc điểm sau đây: - Là loại đất có khả chịu tải thấp (sức chịu tải nhỏ 1,0kG/cm2), mô đun biến dạng nhỏ (E0 < 50kG/cm2); - Dễ bị biến dạng có tải trọng tác dụng, có độ lún lớn (thường hệ số rỗng ban đầu e0 >1); có lực chống cắt thấp (Cu < 0,15kG/cm2), giá trị xuyên tiêu chuẩn NSPT < búa, sức kháng xuyên đơn vị qc < 10kG/cm2 - Là loại đất thành tạo từ vật liệu trầm tích trẻ ( từ 10.000 đến 15.000 năm tuổi trình cố kết điều kiện mơi trường khác (bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, đầm lầy ) Trên cở sở đặc điểm địa chất cơng trình (thành phần, tính chất lý ), đất yếu chia loại sau: (1) Đất sét mềm bồi tụ bờ biển gần biển (đầm phá, cửa sông, đồng tam giác châu thổ…) loại lẫn hữu q trình trầm tích (hàm lượng hữu lên tới 10% - 12%) [5] Đối với loại này, xác định đất yếu trạng thái tự nhiên, độ ẩm chúng gần cao giới hạn nhão, hệ số rỗng lớn (sét e0 > 1,5; sét e0 > 1)[5], lực dính C theo kết cắt nhanh khơng nước Cu < 35 kG/cm2[16], góc nội ma sát φ < 10 [5] (2) Than bùn đất hữu có nguồn gốc đầm lầy, nơi tích đọng thường xuyên, mực nước ngầm cao Tại đây, xác loài thực vật bị thối rửa phân hủy, tạo vật lắng hữu lẫn với khoáng vật từ vật liệu Loại thường gọi đất đầm lầy, than bùn, hàm lượng hữu chiếm tới 20% - 80%, thường có màu xám đen hay nâu xẫm, cấu trúc khơng mịn (vì lẫn tàn dư thực vật) Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao trung bình W = 85% - 95% Than bùn loại đất thường xuyên nén lún lâu dài, không đều, hệ số nén lún đạt 3-10 cm2/daN, thường phải thí nghiệm than bùn thiết bị nén với mẫu cao 40 – 50cm Đất yếu đầm lầy than bùn phân theo hàm lượng hữu chúng: Hàm lượng hữu từ 20% - 30%: đất nhiễm than bùn [5] Hàm lượng hữu từ 30% - 60%: đất than bùn[5] Hàm lượng hữu 60%: than bùn[5] (3) Bùn lớp đất hình thành mơi trường nước nước biển, gồm hạt mịn (< 200µm) Đặc điểm thành phần kết cấu thành phần khống vật thay đổi thường có kết cấu tổ ong Hàm lượng hữu thường 10% Đất bùn trầm tích đại, thành tạo chủ yếu kết tích lũy vật liệu phân tán mịn đường học hóa học đáy biển vũng vịnh, hồ bãi lầy, hồ chứa nước bãi bồi sơng Vì thường phân biệt bùn biển, bùn vũng, bùn hồ, bùn lầy bùn bồi tích Bùn no nước yếu mặt chịu lực Cường độ bùn nhỏ, biến dạng lớn, mô đun biến dạng vào khoảng 1-5kG/cm2 với bùn sét; từ 10-25kG/cm2 với bùn pha cát bùn cát pha sét; hệ số nén lún đạt lên tới 2-3cm2/daN Như vậy, bùn loại trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên Do xây dựng cơng trình bể chứa chất lỏng đất bùn cần áp dụng biện pháp xử lý phù hợp 1.2 Mục tiêu xử lý đất yếu Việc xử lý đất yếu nhằm hướng đến mục tiêu chủ yếu sau: - Tăng khả chịu lực đất [4] - Tăng khả chống biến dạng đất [4] - Giảm tính thấm nước cho đất [4] Để đạt mục tiêu việc xử lý đất yếu thực theo hướng sau: * Tăng độ chặt đất nền: theo hướng sử dụng: + Các phương pháp học: nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm phương pháp làm chặt việc sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng cọc không thấm, phương pháp làm chặt giếng cát, loại cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi …) để gia cố tác nhân học Trong việc sử dụng phương pháp tải trọng động sử dụng phổ biến hiệu cho loại đất hạt rời, đặc biệt cát xốp dùng máy đầm rung, đầm lăn Tuy nhiên ... pháp xử lý đất yếu bấc thấm cho cơng trình bể chứa thành phố Quảng Ninh 5.2- Đưa toán liên quan việc xử lý đất yếu bấc thấm CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CƠNG TRÌNH BỂ CHỨA... pháp xử lý bấc thấm cho dạng đất yếu khác khu vực tỉnh Quảng Ninh Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Các dạng đất yếu tiêu biểu khu vực tỉnh Quảng Ninh Giải pháp xử lý đất yếu bấc thấm cho cơng trình. .. dựng cơng trình bể chứa chất lỏng đất bùn cần áp dụng biện pháp xử lý phù hợp 1.2 Mục tiêu xử lý đất yếu Việc xử lý đất yếu nhằm hướng đến mục tiêu chủ yếu sau: - Tăng khả chịu lực đất [4] -