đề tài tác giả luôn chủ nộng nghiên cứu và thu thập tài liệu, nhưng do hạn chế tiếp cận công nghệ , lĩnh vực nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu mới, luận văn không thể nào tránh khỏi những nhìn nhận chưa ñược toàn diện. Tác giả xin chân thành cảm ơn và nghiêm túc tiếp thu các ý kiến đóng góp của các nhà khoa học.
Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL LỜI CẢM ƠN Khoảng thời gian năm học tập nghiên cứu Trường ðại Học Giao Thông Vận Tải với Tơi thú vị đầy thử thách ðể hồn thành đề tài học viên xin gửi lời cám ơn chân thành ñến bạn lớp cao học xây dựng cầu hầm k19 Với long kính trọng tơi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến: Phòng đào tạo sau đại học trường ñại học giao thong vận tải, môn cầu hầm giúp đở tơi q trình học tập Thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Long tận tình hướng dẫn, có ý kiến đóng góp q báu cho tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Thầy PGS.TS Trần ðức Nhiệm ñã chỉnh sửa tạo điều kiện cho tơi hồn thành bảo vệ luận văn Tuy q trình thực đề tài tác giả ln chủ động nghiên cứu thu thập tài liệu, hạn chế tiếp cận công nghệ , lĩnh vực nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu mới, luận văn khơng thể tránh khỏi nhìn nhận chưa tồn diện Tác giả xin chân thành cảm ơn nghiêm túc tiếp thu ý kiến đóng góp nhà khoa học, Thầy Cơ bạn bè để đề tài tiếp tục hồn thiện phát triển nghiên cứu sâu TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Học viện ðồn Trường Xa ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ðẦU .8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ðƯỜNG ðẦU CẦU ðẮP CAO, CÁC SỰ CỐ VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ CỘT XI MĂNG ðẤT 10 1.1 Tổng quan ñường dẫn ñầu cầu ñắp cao ñất yếu .10 1.2 Nghiên cứu cố thường gặp ñường ñầu cầu ñắp cao khai thác 11 1.3 Các giải pháp xử lý ñường ñắp cao đất yếu thơng thường vùng ðBSCL: 15 1.3.1 Giải pháp ñệm vật liệu rời (ñệm cát, ñá, sỏi): 15 1.3.2 Gia tải trước phương pháp hút chân không .16 1.3.3 Phương pháp bấc thấm .18 1.3.4 Phương pháp cọc bê tông cốt thép kết hợp sàn giảm tải 19 1.3.5 Công nghệ cọc ñất trộn xi măng (DSMC), giữ ổn ñịnh ñường ñầu cầu ñắp cao ñất yếu .22 1.4 Phương hướng nghiên cứu 26 1.5 Giới hạn luận văn 26 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NỀN ðẤT YẾU GIA CỐ BẰNG CỘT XI MĂNG ðẤT ðƯỜNG ðẦU CẦU ðẤT ðẮP CAO .27 2.1 Các phương pháp số ổn ñịnh ñất ñắp cao ñất yếu 27 2.1.1 Phương pháp số ổn định (hệ số an tồn F) TAYLOR .27 2.1.2 Phương pháp đơn giản hóa (hệ số an toàn F=K) BISHOP 28 2.2 Lý thuyết tính tốn vùng đất gia cường DSMC ñường ñầu cầu ñất ñắp cao 29 2.2.1 Ngun lý đặc tính gia cố xi măng-ñất: 29 2.2.2 Lý thuyết tính tốn gia cố đất cột xi măng – ñất 34 2.3 Lý thuyết tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 44 2.4 Nhận xét kết luận 46 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỌC ðẤT TRỘN XI MĂNG TRONG GIA CỐ ðẤT NỀN YẾU DƯỚI ðOẠN ðƯỜNG ðẮP CAO ðƯỜNG DẪN ðẦU CẦU VÙNG ðỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 48 3.1 Tổng quan vùng ñồng Bằng Sơng Cửu Long .48 ðồn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL 3.2 Phân bố vùng ñất yếu ðồng Bằng Sông Cửu Long 49 3.3 Ứng dụng giải pháp cọc ñất trộn xi măng gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðồng Bằng Sông Cửu Long 51 3.3.1 Giải pháp thiết kế 52 3.3.2 Giải pháp thí nghiệm 52 3.3.3 Giải pháp thi cơng cọc xi măng đất: 61 3.4 Ứng dụng gia cố cọc xi măng ñất vào gia cố ñất yếu ñầu cầu ñắp cao cầu trung tâm Tp Rạch Giá Kiên Giang .62 3.4.1 Vị trí địa lý cầu trung tâm Rạch Giá - Kiên Giang .62 3.4.2 Phân tích điều kiên địa chất tiêu lý cơng trình cầu trung tâm Rạch Giá-Kiên Giang 65 3.4.3 Tính tốn độ lún đắp đất cao mố cầu chưa gia cố ñất yếu 67 3.4.4 Các thơng số đặc trưng cột đất xi măng .73 3.4.5 Tính tốn ổn định khối đắp sau gia cố ñất yếu cột xi măng ñất ñoạn ñầu cầu 74 3.4.6 Ổn ñịnh taluy ñắp cao 78 3.4.7 Tính lún tổng, tốc độ lún: 79 3.4.8 Tính ổn ñịnh ñất ñắp cao ñất yếu phần mềm Slope/W[14] 81 3.5 Tính ổn ñịnh Kmin biến dạng phương pháp phần tử hữu hạn 81 3.5.1 Tạo mơ hình tính toán 81 3.5.2.Tính tốn 84 3.5.3 Kết tính toán nhận xét: 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIÊU THAM KHẢO 95 ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thí nghiệm nén trục nở hong tự – ngày tuổi 55 Bảng 3.2 Kết thí ngiệm xác ñịnh trị số C, φ sau ngày 59 Bảng 3.3 thông số lớp ñất 65 Bảng 3.4 Các tiêu lý ñất 66 Bảng 3.5 Tính tốn độ lún 72 Bảng 3.6 Tính mơ đun đất 76 Bảng 3.7 tính tốn chiều cao đất đắp 78 Bảng 3.8 Tính tốn lún 80 Bảng 3.9 tổng hợp lún hệ dố an tồn đất đắp cao 92 ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao đường dẫn đầu cầu vùng ðBSCL DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các cố thường gặp đắp ñất cao ñất yếu 12 Hình 1.2 Dạng hình trồi 12 Hình Dạng trượt trồi .13 Hình Phá hủy mố cầu lún sụp cầu Juan Pablo II cầu Mataquito Chi Lê 13 Hình ðường đầu cầu bị phá hoại cầu Minnesota Hoa Kỳ 13 Hình ðường dẫn lên cầu Tràn Niên - Cần Thơ dài gần 30 mét bị ñổ sập 14 Hình Lún đường đầu cầu cầu Sóm Củi ðại lộ Nguyễn Văn Linh (Tp HCM) 14 Hình Lún đường đầu cầu cầu Kênh Cụt ðại lộ Nguyễn Văn Linh (Tp HCM) .15 Hình Cầu Xẻo Bướm QL63-Kiên Giang (vùng ðồng Sơng Cửu Long) 15 Hình 10 ðệm vật liệu rời (ñệm cát, ñá, sỏi) 16 Hình 11 Giải pháp xử lý ñệm cát 16 Hình 12 Sơ ñồ phương pháp hút chân không .17 Hình 13 Sơ đồ phương pháp hút chân không .17 Hình 14 Hình ảnh biện pháp xử lý bấc thấm 19 Hình 15 Mặt cắt ngang biện pháp gia cố cọc bê tơng xi măng 19 Hình 16 hình ảnh biện pháp xử lý cọc bê tơng 20 Hình 17 biện pháp xử lý công nghệ thi công cọc xi măng - đất 22 Hình 18 hình ảnh xử lý Công nghệ thi công cọc xi măng - đất mố cầu 22 Hình 19 Các trường hợp sử dụng DSMC (theo Hiệp hội DJM Nhật Bản, 1996) 23 Hình Sơ đồ tính ổn định taluy đất đắp 28 Hình 2 Sơ đồ tính tốn ứng suất đất yếu 28 Hình Sơ đồxác ñịnh Kmim 29 Hình Sơ đồ thi cơng phương pháp trộn khô 29 Hình Biểu đồ ứng suất cắt 38 Hình biểu đồ ứng suất cắt biến dạng 38 Hình Mặt cắt gia cố xi măng ñất .39 Hình Mặt cắt gia cố xi măng ñất .39 Hình Mơ hình tương đương tính lún 41 Hình 10 Mơ hình tải trọng truyền cho cọc 42 ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL Hình 2.11 Quan hệ ứng suất-biến dạng mặt phá hoại khơng gian .44 Hình 2.12 Quan hệ ứng suất-biến dạng mặt phá hoại không gian ứng suất 45 Hình Bản đồ 13 tỉnh ðồng Bằng Sông Cửu Long 48 Hình Bản đồ phân bố địa chất vùng ðồng Bằng Sơng Cửu Long 49 Hình 3 Bản ñồ phân bố vùng ñất yếu ðBSCL .51 Hình Biểu ñồ ñường cong áp lực dọc trục biến dạng 54 Hình Biểu đồ quan hệ cường ñộ hàm lượng xi măng 58 Hình Quan hệ gốc nội ma sát φ hàm lượng ximăng 60 Hình Biểu đồ C hàm lượng XM 60 Hình 3.8 Biểu đồ C quan hệ hàm lượng XM 60 Hình Biểu đồ quan hệ góc nội ma sát hàm lượng xi măng .60 Hình 10 Biểu đồ quan hệ góc nội ma sát hàm lượng xi măng 60 Hình 11 Các bước tiến hành thi cơng 61 Hình 12 Phối cảnh cầu trung tâm thành phố Rạch Giá - Kiên Giang 62 Hình 13 Trắc dọc ñường dẫn xử lý cọc XMð cầu trung tâm TP Rạch Giá 62 Hình 14 Hình ảnh thi cơng cọc xi măng đất 63 Hình 15 Máy thi cơng cọc xi măng ñất 64 Hình 16 Mặt xử lý cọc XMð cầu trung tâm Tp Rạch Giá – Kiên Giang 64 Hình 17 Mơ hình xử lý cọc XMð ñường dẫn ñầu cầu 64 Hình 18 Mặt bố trí cọc XMð (đường dẫn vào cầu) .69 Hình 19 Bố trí cọc XMð 69 Hình 20 Mặt cắt dọc lún mố cầu ñường dẫn ñất yếu 69 Hình 21 Mặt cắt ngang điển hình đường dẫn vào cầu nằm đất yếu 70 Hình 22 Mơ hình xe chạy ñất ñắp cao 70 Hình 23 sơ đồ cung trượt ñắp cao .70 Hình 24 Sơ đồ tải trọng xe 71 Hình 25 Sơ đồ tải trọng xe qui ñổi 71 Hình 26 Tải trọng truyền cho cọc 77 Hình 27 Mơ hình tính lún .79 Hình 28 Các thơng số tổng qt mơ hình 82 Hình 29 Mơ hình ñường dẩn ñất ñắp cao 82 Hình 30 Hình ảnh kết tính tốn .83 Hình 31 Hình ảnh kết tính tốn .83 Hình 32 Hình ảnh kết tính tốn .83 Hình 33 Hình ảnh kết tính tốn lún trường hợp 85 ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL Hình 34.Hình ảnh kết tính tốn trượt trường hợp .85 Hình 35 Hình ảnh kết tính tốn lún trường hợp 86 Hình 36 Hình ảnh kết tính tốn trượt trường hợp 86 Hình 37 Hình ảnh kết tính tốn lún trường hợp 87 Hình 38 Hình ảnh kết tính tốn trượt trường hợp 87 Hình 39 Hình ảnh kết tính tốn lún trường hợp 88 Hình 40 Hình ảnh kết tính toán trượt trường hợp 88 Hình 41 Hình ảnh kết tính tốn lún trường hợp 89 Hình 42 Hình ảnh kết tính tốn trượt trường hợp 89 Hình 43 Hình ảnh kết tính tốn lún trường hợp 90 Hình 44 Hình ảnh kết tính tốn trượt trường hợp 90 Hình 45 Hình ảnh kết tính tốn lún trường hợp 91 Hình 46 Hình ảnh kết tính tốn .91 Hình 47 Biểu đồ tính lún hệ số ổn ñịnh 92 ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL MỞ ðẦU Tính cấp thiết đề tài Trước thiết kế cơng trình đường dẫn Cầu - hầm nằm ñất yếu thường dùng biện pháp như: gia tải, vét bùn (vét toàn hay phần), gia cố ñất yếu cọc tre, cọc tràm v.v sau ứng dụng cơng nghệ tiên tiến như: xử lý bấc thấm, giếng cát, cọc BTCT v.v Tuy nhiên giải pháp hạn chế chiều sâu, hiệu thấp trường hợp tải trọng lớn, mực nước ngầm cao Do để khác phục nhược điểm trên, phương pháp xử lý cơng nghệ trộn sâu ñã ñược ứng dụng nước ta Nhưng chưa có tiêu chuẩn kỹ thuật đầy đủ việc tính tốn, thiết kế cọc xi măng - ñất dựa chủ yếu cơng thức nước ngồi, việc ứng dụng thực tế gặp nhiều khó khăn Do việc nghiên cứu tính chất lý khả chịu tải biến dạng cột xi măng ñất số cơng trình, từ đề giải pháp phù hợp ứng dụng cọc ñất gia cố xi măng ñất xây dựng ñắp cao ñường dẫn mố cầu ñất yếu ñiều kiên nước ta thiết thực có ý nghĩa khoa học cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu : Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc ñất trộn ximăng gia cố ñất ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñầu cầu vùng ðồng Bằng Sông Cửu Long Phương pháp nghiên cứu ñề tài: Thu thập tài liệu tác giả ngồi nước có lien quan ñến ñề tài Nghiên cứu ứng dụng thực tiển vào cơng trình thực tế vùng ðồng Bằng Song Cửu Long Kết hợp lý thuyết với công tác ñiều tra, thu thập số liệu kinh nghiệm thiết kế, thi cơng để nghiên cứu Nội dung đề tài : Chương 1: Tổng quan ñất ñắp cao vấn ñề ổn ñịnh ñất ñắp cao nằm ñất yếu trụ ñất trộn xi măng Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn đất yếu gia cường DSMC ổn ñịnh ñường ñầu cầu ñắp cao ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL Chương 3: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc ñất trộn xi măng gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ñồng Sông Cửu Long Phạm vi nghiên cứu ñề tài: - Sử dụng lý thuyết học ñất kết hợp với kết phân tích Plaxis để đề xuất cách tính vùng ñất gia cường DSMC việc giữ ổn ñịnh khối ñất ñắp cao ñầu cầu vùng ñịa chất yếu điển hình thuộc ðồng Sơng Cửu Long Giới hạn luận văn: − Luận văn xét ảnh hưởng vùng ñất gia cường DSMC ñến ổn ñịnh ñường ñầu cầu ñắp cao Ý nghĩa: − Ý nghĩa khoa học:giải tốt toán tính lún cơng trình đặc đất yếu, mơ mơ hình phần mềm plaxis 8.5 kiểm lại cách tính tốn số học − Ý nghĩa thực tiễn: kết đề tài dùng để định hướng thiết kế cho cơng trình đắp cao khu vực ðồng Bằng Song Cửu Long Cấu trúc luận văn: Luận văn gồm phần: Phần mở ñầu Phần nội dung (3 chương) Phần kết luận kiến nghị ðoàn Trường Xa Trang Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ðƯỜNG ðẦU CẦU ðẮP CAO, CÁC SỰ CỐ VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ VÀ CÔNG NGHỆ CỘT XI MĂNG ðẤT 1.1 Tổng quan ñường dẫn ñầu cầu ñắp cao ñất yếu ðường dẫn ñầu cầu hạng mục tạo kết nối êm thuận ñường cầu, nhân tố chủ đạo ảnh hưởng đến tính ổn ñịnh, tính vĩnh cửu ñộ khai thác tốt cơng trình cầu Do vậy, việc ổn định khối đất ñắp cao phạm vi ñường dẫn ñầu cầu, yếu tố cần ñặc biệt ý, cơng trình nằm đất yếu Cho đến nước ta, việc xây dựng ñắp cao ñất yếu ñường dẫn vào cầu, ñặc biệt mố cầu tốn khó kỹ sư thiết kế, thi cơng để đảm bảo chất lượng cơng trình Nó đặt nhiều vấn đề phức tạp cần ñược nghiên cứu xử lý nghiêm túc, ñảm bảo ổn ñịnh ñộ lún cho phép cơng trình Nền đất đắp cao hạng mục, cơng trình xây dựng lâu đời thường gặp Từ hàng ngàn năm tổ tiên ta ñã xây dựng hệ thống ñê ñiều mà chủ yếu đất yếu Trong cơng xây dựng phát triển kinh tế xã hội tăng khối lượng xây dựng cơng trình ñất yếu cách ñáng kể phạm vi nước tỉnh ven biển ðồng Bằng Sông Cửu Long Trước ñây người ta sử dụng ñất ñắp ñi qua vùng ñịa chất tốt ñể giảm bớt vấn ñề kỹ thuật phải xử lý hạ giá thành xây dựng, nhiên nghiệp xây dựng phát triển kinh tế xã hội ñã ñặt việc phải chinh phục sử dụng vùng ñất mềm yếu mà trước hết xây dựng tuyến ñê lấn biển, cầu nối ñất liền biển, đảo việc phát triển tuyến giao thơng, cầu, ñường, cầu cống ñất yếu cho ñến có nhiều vấn đề đặt phức tạp cần ñược xử lý nghiêm túc, mà vấn ñề quan trọng phải kể đến ổn định đất đắp Do thiếu sót cơng tác khảo sát, giải pháp thiết kế, thi cơng đường đắp cao chưa hợp lý nên thường bị hư hỏng ổn định sau xây dựng cơng trình Hiện tượng trượt ñoạn ñường ñắp ñất bùn sét phía Bắc cầu Hàm Rồng, tượng trượt sâu làm biến ñoạn km tuyến QL 18 A gần Cái Dăm (Quảng Ninh) hư hỏng ổn ñịnh vài đoạn đường ðồn Trường Xa Trang 10 Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp cọc xi măng ñất gia cố ñất yếu ñoạn ñường ñắp cao ñường dẫn ñầu cầu vùng ðBSCL S= S1 =4,96 = 4,96cm < 10cm a Tính tốn độ lún theo thời gian: - Tính tốn độ cố kết phần gia cố cột ximăng ñất U=1-exp ( - 2Cvht R2 f (n) ) Trong đó: U: Mức độ cố kết c h : hệ số cố kết theo phương ngang ñất tự nhiên, lấy c=2c v , (với c v =7,4.10 −4 cm /s = 0,1918 m / tháng = 2,3017 m /năm t: thời gian cố kết 3.4.8 Tính ổn định đất ñắp cao ñất yếu phần mềm Slope/W[14] − Phương pháp tính ổn định theo Bishop Phương pháp Bishop tác giả chọn lựa để tính tốn ổn ñịnh nền, phương trình cân theo hướng mặt trượt phân mảnh thứ I, giả thiết mặt trượt ñều n ∑[ P tgϕ i có hệ số an tồn K : K= i + Ci L].mi (3.19) i =1 n ∑[ p sin α i i ] i =1 −1 Trong đó: mi = 1 + tgϕ i tgα i K (3.20) Vậy để tính K phải biết ñược mi lại chứa K ñó phải khử dần, tức giả thiết trị số K (Kgt ) tính ñược mi , dẫn ñến tính ñược Ktt So sánh Kgt Ktt, hai số chênh 5% Kgt trị số K cần tìm, khơng giả thiết lại K lập lại cách tính tốn Kgt xấp xỉ Ktt (sai số Kgt Ktt