Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố hải phòng ( Nghiên cứu khoa học XD)

Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố hải phòng ( Nghiên cứu khoa học XD)Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố hải phòng ( Nghiên cứu khoa học XD)Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố hải phòng ( Nghiên cứu khoa học XD)Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố hải phòng ( Nghiên cứu khoa học XD)

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học dân lập Hải Phòng ISO 9001 : 2008 đề tài nghiên cứu khoa học Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố Hải Phòng ThS Nguyễn Đình Đức Hải phòng, tháng năm 2009 tr-ờng đại học dân lập Hải Phòng Bộ môn xây dựng ISO 9001 : 2008 đề tài nghiên cứu khoa học Tên đề tài : Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố Hải PhònG Chủ nhiệm đề tài : Thạc sỹ Nguyễn Đình Đức Các thành viên tham gia: Kỹ S- Trần Trọng Bính Thạc sỹ Trịnh Công Cần Kỹ s- Đào Hữu Đồng Hải phòng, tháng năm 2009 Lời giới thiệu Trong điều kiện nh- n-ớc ta, công tác xây dựng ngày phát triển mạnh việc sử dụng đất yếu trở nên cần thiết hết Tính phức tạp việc sử dụng loại đất yếu làm xây dựng công trình theo quan điểm viện sĩ N.A.Tsưtovitr, I.U.Zarevsky,v.v(1967) kết luận rằng: độ lún công trình xây dựng loại đất yếu đạt tới trị sè rÊt lín (S > 2,5m) vµ thêi gian ỉn định lún xảy vòng vài chục năm Nhiệm vụ lại trở nên vô phức tạp phải tiến hành xây dựng công trình giao thông, sân bay đặc biệt công trình ngầm có kích th-ớc lớn điều kiện tầng đất nén lún mạnh có chiều dày lớn 8m Có nhiều ph-ơng pháp gia c-ờng đất yếu bão hoà n-ớc nén lún mạnh, nhiều n-ớc giới dùng ph-ơng pháp cọc cát (Sand Pile - SP) để gia c-ờng đất Ph-ơng pháp SP gia c-ờng đất yếu bão hoà n-ớc có tác dụng vừa thoát nhanh, vừa làm tăng khả chịu tải, đồng thời làm giảm mức độ lún đất d-ới công trình Tính -u việt đ-ợc gia c-ờng SP đ-ợc thể qua khả kháng hoá lỏng đất vùng có động đất Là ng-ời tham gia tính toán, thiết kế thi công xử lý số đất yếu vật thoát n-ớc thẳng đứng (ví dụ nh- bấc thấm, giếng cát ) đồng thời chứng kiến nhiều diễn biến phức tạp trình thi công xử lý đất yếu khu vực Hải Phòng B»ng kinh nghiƯm thùc tÕ vµ qua kiÕn thøc thu nhập đ-ợc năm nghiên cứu giảng dậy Bộ môn Xây dựng - Tr-ờng tr-ờng Đại học Dân lập Hải Phòng, tác giả chọn đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố Hải Phòng" Nội dung đề tài sâu vào toán cè kÕt thÊm ®èi xøng trơc ®iỊu kiƯn cÊu trúc đất yếu khu vực Hải Phòng giảm độ lún cố kết đất yếu sau đ-ợc gia c-ờng cọc cát Đề tài tr-ớc hết nh- tổng kết trình nghiên cứu, giảng dạy Bộ môn Xây dựng tr-ờng Đại học Dân lập Hải Phòng, sau để đóng góp phần nhỏ vào công xây dựng thành phố Hải Phòng Để làm giảm nhẹ tăng cao hiệu tính toán, phần thiết kế gia cố đất yếu cọc cát, nhóm tác giả sử dụng phầm mềm máy tính Plaxis Nội dung đề tài đ-ợc hoàn thành bao gồm 87 trang nội dung 45 trang phụ lục, đ-ợc xếp thành phần sau: Mở đầu: Nêu đ-ợc cần thiết đề tài, mục đích, đối t-ợng, phạm vi, ph-ơng pháp nghiên cứu đóng góp đề tài Ch-ơng 1: Tổng quan lịch sử phát triển ph-ơng pháp gia c-ờng đất yếu cọc cát Ch-ơng 2: Điều kiện địa chất công trình tầng đất yếu khu vực Hải Phòng Ch-ơng 3: Một số khái niệm toán cố kết thấm Ch-ơng 4: Lý thuyết Cọc cát Ch-ơng 5: Ph-ơng pháp tính toán - thiết kế kết nghiên cứu thực tế Mặc dù, tác giả nhóm nghiên cứu có nhiều cố gắng qúa trình nghiên cứu đề tài , nh-ng khả có hạn nên đề tài không tránh khỏi sai sót Rất mong đ-ợc góp ý độc giả Chủ nhiệm đề tài nhóm nghiên cứu xin chân thành cám ơn: GS TS NGƯT Trần Hữu Nghị Hiệu tr-ởng tr-ờng đại học Dân lập Hải Phòng, ng-ời tạo điều kiện kinh phí, thời gian cổ vũ tinh thần để nhóm nghiên cứu hoàn thành đề tài PGS TS Nguyễn Ngọc Bích tr-ờng Đại học Xây Dựng Hà Nội KS Nguyễn Đức Nghinh Tr-ởng ban tra tr-ờng đại học Dân Lập Hải Phòng có nhiều góp ý nội dung nghiên cứu đề tài TS Đỗ Minh Đức Phó chủ nhiệm khoa Địa chất Tr-ờng đại học Khoa học Tự nhiên - đại học Quốc gia Hà Nội, GS TSKH Phạm Xuân Liên hiệp khảo sát xử lý móng Xây dựng Kỹ s- Nguyễn Trọng Thoáng P.Giám đốc Trung tâm Thí nghiệm Kiểm định Xây dựng Hải Phòng cán nhận viên phòng thí nghiệm Las-32 công tác, giúp đỡ cung cấp nhiều số liệu thí nghiệm tính chất lý đất đá NCS.ThS Ngô Văn Hiển, NCS.ThS Đoàn Văn Duẩn toàn thể cán giảng viên môn xây dựng tr-ờng đại học Dân lập Hải Phòng Tiến sỹ Giang Hồng Tuyến cán phòng Quản lý Khoa học Đối ngoại - tr-ờng đại học Dân Lập Hải Phòng có nhiều giúp đỡ trình thực đề tài Chủ nhiệm đề tài & Nhóm nghiên cứu Mở đầu Sự cần thiết đề tài Đất yếu hầu nh- có mặt rộng khắp nơi vùng đồng Việt Nam nh- đồng Sông Hồng đồng sông Cửu Long Đất yếu phân bố phổ biến có tính phức tạp Đồng Sông Hồng phải kể đến khu vực thuộc tỉnh thành phố vùng ven biển nh- Thành phố Hải Phòng Do đặc tính phức tạp đất yếu nên việc thi công xây dựng công trình giao thông, bến cảng vùng đất yếu phải đối mặt với vấn đề kỹ thuật xử lý Các công trình giao thông trọng điểm nh- quốc lộ 10, quốc lộ 5, đ-ờng đảo Đình Vũ, hệ thống cảng Đình Vũ, cảng Chùa Vẽ minh chứng cụ thể Đặc biệt theo định h-ớng phát triển thành phố Hải Phòng thời gian tới trung tâm đô thị thành phố mở rộng, khu công nghiệp đ-ợc đầu t- xây dựng vùng ngoại thành địa hình bãi bồi có cấu trúc đất yếu phức tạp Do vấn đề cần quan tâm tr-ớc tiên việc lựa chọn tìm giải pháp gia cố đất cách hợp lý hiệu đảm bảo cho việc xây dựng công trình đ-ợc ổn định an toàn góp phần thúc đẩy nghiệp công nghiệp hoá đại hoá thành phố Hải Phòng theo chủ ch-ơng nghị Trung -ơng VII đảng nhà n-ớc CHXHCN Việt Nam Để mở rộng hệ thống ph-ơng pháp xử lý nền, việc nghiên cứu khả áp dụng ph-ơng pháp điều kiên thực tế Địa chất Việt Nam nh- khu vực Hải Phòng thực cần thiết Chính vậy, nhóm tác giả chọn đề tài nghiên cứu: "Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố Hải Phòng" Mục đích nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu làm sáng tỏ cấu trúc đất yếu đặc tính địa chất công trình dạng đất yếu khác có khu vực thành phố Hải Phòng ảnh h-ởng tới việc xây dựng công trình giao thông, bãi cảng, thuỷ lợi - Khả áp dụng giải pháp cọc cát gia cố đất yếu cho dạng đất có cấu trúc khác khu vực thành phố Hải Phòng - áp dụng khoa học công nghệ tin học - kỹ thuật máy tính tÝnh to¸n - thiÕt kÕ cäc c¸t gia cè đất yếu Đối t-ợng nghiên cứu - Nền đất yếu đồng không đồng nhiều lớp, dị h-ớng tính thấm n-ớc - Giải pháp cọc cát gia c-ờng đất yếu Phạm vi nghiên cứu - Các dạng cấu trúc đất yếu tiêu biểu khu vực Hải Phòng giải pháp cọc cát gia cố - Dùng phần mềm Plaxis để giải toán cố kết đối xứng trục cho dạng đất yếu tiêu biểu có khu vực nghiên cứu Ph-ơng pháp nghiên cứu - Ph-ơng pháp địa chất - địa mạo : Nghiên cứu đặc điểm địa mạo cấu trúc địa chất - Ph-ơng pháp thực nghiệm: Xác định tính chất lý đất số tính chất biến dạng đất yếu - Ph-ơng pháp tính toán lý thuyết: Tính toán định l-ợng xác định mức độ cố kết, mức độ biến dạng, giá trị ứng suất đất - Ph-ơng pháp mô hình hóa : Mô hình hoá đối t-ợng địa chất thực tế thông qua việc sử dụng phần mềm tin học Plaxis chạy máy tính điện tử để giải toán cố kết đối xøng trơc cho nỊn gia c-êng b»ng cäc c¸t - Ph-ơng pháp logich : Sử dụng để phân tích logich vấn đề lý thuyết, vấn đề nghiên cứu nh- t-ợng thực tế nhằm rút kết luận cần thiết Những đóng góp đề tài - Phân chia kiểu cấu trúc đất yếu khu vực Hải Phòng xác định quy luật phân bố chúng làm sở để định h-ớng nghiên cứu khảo sát địa chất công trình chi tiết Việc đ-a bảng khả áp dụng giải pháp xử lý cho dạng đất yếu có cấu trúc nhằm giúp cho việc lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý xử lý đất yếu khai thác hiệu nguồn tài nguyên đất xây dựng - Đ-a ph-ơng pháp giải toán cố kết thấm đối xứng trục vận dụng tính toán thiết kế giải pháp cọc cát gia c-ờng đất yếu - Qua việc tìm hiểu, nắm vững, đồng thời đ-a b-ớc khai thác sử dụng phần mềm Plaxis công ty PLAXIS BV Hà Lan để phục vụ tính toán thiết kế giải pháp cọc cát gia c-ờng đất yếu giúp cho công tác thiết kết nhanh hiệu - Kiểm chứng khả áp dụng phần mềm Plaxis cho việc tính toán thiết kế giải pháp cọc cát việc xử lý đất yếu (thông qua việc so sánh kết hai ph-ơng pháp tính tay tính toán có sử dụng phần mềm Plaxis) - Xác lập đ-ợc t-ơng quan biến đổi yếu tố nh- tỷ số thay thể độ lún với chiều dài khoảng cách cọc cát, giá trị biến đổi hệ số tập trung øng st lµ tµi liƯu quan gióp cho việc tính toán thiết kế giải pháp cọc cát gia cố đất yếu khu vực Hải Phòng Việt Nam đạt hiệu Ch-ơng Tổng quan lịch sử phát triển ph-ơng pháp gia cố đất yếu cọc cát 1.1 Khái niệm đất yếu Khi xây dựng công trình đất, d-ới tải trọng tác dụng công trình đất bị biến dạng nh- lún mức cho phép gây phá huỷ kết cấu công trình ta nói đất yếu, nh-ng với đất ta xây dựng công trình có tải trọng vừa nhỏ lên, d-ới tải trọng đất công trình không bị biến dạng biến dạng d-ới mức cho phép đủ khả chịu lực Nh- vậy, đ-a khái niệm tuyệt đối đất yếu mà khái niệm phải đ-ợc xét mối t-ơng quan phụ thuộc trạng thái vật lý, khả nằng chịu lực đất tải trọng mà công trình truyền lên Với cách nhìn nhận đó, xây dựng đất đựơc coi yếu với đặc tr-ng sau: Đất yếu đất có khả chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 Kg /cm2) có tính nén lún lớn, hầu nh- bão hoà n-ớc, có hệ số rỗng lớn (e >1), mô đun biến dạng thấp (th-ờng Eo 50 Kg/cm2), lực chống cắt nhỏ Nếu biện pháp xử lý đắn việc xây dựng công trình đất yếu khó khăn thực đ-ơc Đất yếu vật liệu hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), loại đất đ-ợc båi tơ n-íc mét c¸ch kh¸c theo c¸c ®iỊu kiƯn thủ lùc t-¬ng øng: båi tÝch ven biĨn, đầm phá, cửa sông, ao hồ vv Trên sở đặc điểm đặc tính địa chất công trình (thành phần, tính chất) đất yếu đ-ợc chia thành loại sau: - Đất sét mềm bồi tụ bờ biển gần biển (đầm phá, tam giác châu; cửa sông tạo thành họ đất yếu phát triển Việt Nam, phân bố chủ yếu khu vực thuộc đồng Bắc Bộ nh- thành phố Hải Phòng Đồng tỉnh phía Nam trạng thái tự nhiên độ ẩm chúng th-ờng lớn giới hạn chẩy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e 1,5, đất sét bụi e 1, lực dính không thoát n-ớc Cu 0,15 Kg/cm2, góc nội ma sát o < độ, độ sệt IL > 0,50 (trạng thái chẩy đến dẻo mềm) - Than bùn đất hữu ( amb, bm, ab) có nguồn gốc đầm lầy th-ờng hình thành từ trầm tích lẫn hữu nơi đọng n-ớc th-ờng xuyên có mực n-ớc ngầm cao, loại thực vật phát triển thối rữa phân huỷ, tạo trầm tích hữu lẫn với trầm tích khoáng vật loại th-ờng gọi đất đầm lầy than bùn, hàm l-ợng hữu chiếm tới 20 đến 80% Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao trung bình W = 85% 95% lên tới vài trăm phần trăm Than bùn loại đất th-ờng nén lún lâu dài, không mạnh nhất; hệ số nén lún đạt - - 10cm2/daN, th-ờng phải thí nghiệm than bùn thiết bị nén với mẫu cao 40 đến 50 cm Đất yếu đầm lầy than bùn đ-ợc phân theo hàm l-ợng hữu chúng: Hàm l-ợng hữu từ 20 - 30%: đất nhiễm than bùn Hàm l-ợng hữu từ 30 - 60%: đất than bùn Hàm l-ợng hữu 60%: than bùn - Bùn lớp đất đ-ợc tạo thành môi tr-ờng n-ớc n-ớc biển, gồm hạt mịn (< 200 m) với tỷ lệ phần trăm hạt < 2mm cao, chất khoáng vật thay đổi th-ờng có kết cấu tổ ong Hàm l-ợng hữu th-ờng d-ới 10% Bùn th-ờng tạo thành bồi lắng đáy vũng, vịnh, hồ cửa sông sông chịu ảnh h-ởng thuỷ triều phân bố rông khắp đồng ven biên Bắc nam Bộ Bùn no n-ớc yếu mặt chịu l-c C-ờng độ bùn nhỏ biến dạng lớn, mô đun biến dạng vào khoảng 1- 5Kg/cm2 với bùn sét từ 10 - 25Kg/cm2 với bùn sét pha cát bùn cát pha sÐt vµ hƯ sè nÐn lón chØ cã thĨ lên tới 2-3 cm2/daN Nhvậy bùn loại trầm tích nén ch-a chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên việc xây dựng bùn có thĨ thùc hiƯn sau ¸p dơng c¸c biƯn ph¸p xử lý đặc biệt 10 ... giả chọn đề tài nghiên cứu: "Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố Hải Phòng" Mục đích nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu làm sáng tỏ cấu trúc đất yếu đặc tính địa...tr-ờng đại học dân lập Hải Phòng Bộ môn xây dựng ISO 9001 : 2008 đề tài nghiên cứu khoa học Tên đề tài : Nghiên cứu giải pháp cọc cát để gia cố tầng đất yếu khu vực thành phố Hải PhònG Chủ nhiệm... thấm n-ớc - Giải pháp cọc cát gia c-ờng đất yếu Phạm vi nghiên cứu - Các dạng cấu trúc đất yếu tiêu biểu khu vực Hải Phòng giải pháp cọc cát gia cố - Dùng phần mềm Plaxis để giải toán cố kết đối