NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI CHO MÓNG SILO CHỨA XI MĂNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐỊA CHẤT VŨ ĐÌNH NGUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI CHO MÓNG SILO CHỨA XI MĂNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT HÀ NỘI 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐỊA CHẤT VŨ ĐÌNH NGUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI CHO MÓNG SILO CHỨA XI MĂNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH KỸ THUẬT ĐỊA CHẤT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN ĐẠI MINH TS NGUYỄN TRỌNG TRỰC HÀ NỘI 2016 LỜI CẢM ƠN Khóa luận hồn thành môn Địa kỹ thuật, khoa Địa Chất, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên hướng d ẫn tận tình TS Nguyễn Đại Minh, TS Nguyễn Trọng Trực, th ầy cô khoa Qua em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đại Minh, TS Nguyễn Ngọc Trực trực tiếp hướng dẫn, động viên em suốt q trình thực khóa luận Em chân thành cảm ơn thầy cô khoa, anh ch ị làm việc phòng Địa Kỹ Thuật Viên Khoa Học Công Ngh ệ Xây Dựng nhiệt tình giúp đơc em suốt thời gian thực tập thu th ấp tài li ệu Cuối em mong bày tỏ long biết ơn tới gia đình bạn bè ủng hộ giúp đỡ em Do kiến thức hạn chế, khóa luận khơng thể tránh khỏi nh ững thiếu sót Vì vậy, em mong nhận bổ sung, góp ý th ầy bạn để khóa luận them hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng năm 2016 Sinh viên: Vũ Đình Nguyên Contents DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Xi măng nguyên liệu quan trọng thiếu lĩnh vực xây dựng Xi măng chất kết dính thủy lực tạo thành cách nghiền mịn clinker, thạch cao tự nhiên phụ gia Clinker sản phẩm nung đến kết khối hỗn h ợp nguyên li ệu đá vôi đất sét theo hệ số phù hợp để tạo thành ph ần khoáng mong muốn Thủy Ngun huyện có nhiều núi đá vơi thành phố Hải Phòng với trữ lượng 380 triệu m3 đá vôi với 360 triệu m3 đất sét, phân bố 112 điểm núi tám xã, thị trấn địa bàn Nhiều năm qua, đá vôi trở thành mạnh địa phương, phục vụ phát triển sản xuất công nghiệp sản xuất vật liệu xây d ựng (VLXD) như: vôi bột , đá nguyên liệu, đất đèn ,, đặc biệt xi măng V ới nguồn nguyên liệu dồi mà Thủy Nguyên địa điểm phù h ợp để xây dựng nhà máy sản xuất xi măng Việc xây dựng silo chứa xi măng phần công tác xây dựng vận hành hoạt động nhà máy Chính thế, nghiên c ứu đánh giá điều kiện địa chất cơng trình phục vụ thiết kế cọc khoan nh ồi cho móng silo chứa xi măng phù hợp với sức chứa lớn quan trọng thiết kế móng cho hạng mục Công tác giúp cho silô hoạt động ổn định để làm tốt chức Nhiệm vụ đề tài: - Xác định: Điều kiện địa chất cơng trình khu vực xây d ựng silo ch ứa xi - măng Dựa vào số liệu tải trọng chất tải silo, cơng trình truy ền xuống, di ện - tích xây dựng cho phép đặc biệt số liệu kh ảo sát đ ịa ch ất Tính tốn thiết kế cọc khoan nhồi cho móng silo chứa xi măng Số lượng cọc khoan nhồi Lựa chọn vật liệu cho cọc: mác bê tông, mác thép, số lượng thép cần để làm cọc Chiều sâu cọc khoan nhồi Cách bố trí cọc Nội dung khóa luận Với mục tiêu, nhiệm vụ đặt ra, khóa luận hồn thành gồm chương Chương 1: Điều Kiện Địa Lý Tự Nhiên, Kinh Tế - Xã Hội huy ện Thủy Nguyên Hải Phòng Chương 2: Tài Liệu Và Phương Pháp Nghiên Cứu Địa Kỹ Thuật Cho Cơng Trình Silo Chứa Xi Măng Tại Thủy Nguyên Hải Phòng Chương 3: Đánh Giá Điều Kiện Đcct Tại Thủy Ngun Hải Phòng Chương 4: Tính Tốn Thiết Kế Cọc Khoan Nhồi Cho Móng Silo Chứa Xi Măng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Thuỷ Nguyên phía Bắc Thành phố Hải Phòng, có giới hạn địa lý từ 20052' đến 21001' vĩ độ Bắc 106031' đến 106046' kinh độ đông Thuỷ Nguyên huyện ven biển Thành phố Hải Phòng thuộc vùng châu thổ sông Hồng bao bọc mặt sơng biển Huyện Thuỷ Ngun có 35 xã thị trấn với tổng diện tích tự nhiên 24.279,9 ha, chiếm 15,6% diện tích thành ph ố Huyện Thuỷ Nguyên nằm vị trí tiếp giáp vùng địa lý tự nhiên lớn: vùng ĐBSH vùng đồi núi Đơng Bắc Vị trí địa lý Thuỷ Nguyên thuận lợi, nối thành phố Hải Phòng với vùng cơng nghiệp phía đơng - bắc vùng KTTĐ Bắc Thuỷ Nguyên nằm trục giao thông quốc lộ 10 nối tỉnh duyên hải Bắc Bộ (Ninh Bình, Nam Định, Thái Bình, Quảng Ninh ) với thành phố Hải Phòng Hiện Thuỷ Nguyên xác định vùng kinh tế động lực, trung tâm du lịch sinh thái quan trọng Thành Phố Hải, ngồi địa bàn Thuỷ Ngun hình thành khu đô thị Thành phố tương lai Đây yếu tố quan trọng để tạo điều kiện cho Thuỷ Nguyên phát triển mạnh giai đoạn từ tới năm 2020 1.1.2 Địa hình Thuỷ Ngun vào vị trí chuyển tiếp vùng địa lý tự nhiên lớn Một số xã phía Bắc Đơng Bắc huyện có núi đá vơi đồi đất thấp, địa hình khơng phẳng, mang đặc điểm vùng bán sơn địa, xã phía Nam có địa hình phẳng hơn, mang đặc điểm vùng đồng Do đặc điểm sinh thái, Thuỷ Nguyên chia thành nhiều tiểu vùng khác như: Tiểu vùng núi đá vôi xen kẽ thung lũng; Tiểu vùng đồi núi xen kẽ đồng bằng; Tiểu vùng c ửa sông ven biển; tiểu vùng đồng bằng, Với đặc điểm địa hình nh v ậy, Thuỷ Nguyên có nhiều điều kiện để phát triển kinh tế tổng hợp với nhiều loại sản phẩm hàng hố có giá trị kinh tế cao 1.1.3 Khí hậu Khí hậu Thuỷ Nguyên mang đặc tính chung khí hậu miền bắc Việt Nam khí hậu nhiệt đới gió mùa, nh ưng g ần bi ển nên Thuỷ Nguyên chịu ảnh hưởng khí hậu chuyển tiếp gi ữa đồng ven biển với vùng đồi núi Đông Bắc Nhiệt độ trung bình năm đạt từ 23 - 24 0C Độ ẩm tương đối trung bình hàng năm biến động từ 88 - 92% v ới l ượng m ưa bình quân hàng năm 1.200 – 1.400 mm Thuỷ Nguyên nằm sát biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp chế độ gió bão từ Thái Bình Dương, hàng năm có khoảng đến c ơn bão áp thấp nhiệt đới đổ trực tiếp, tốc độ gió có lên t ới c ấp 11 12 1.1.4 Thủy văn Thuỷ Ngun có sơng lớn chảy qua là: Sơng Kinh Thày, sơng Cấm, sơng Đá Bạc, sơng Bạch Đằng Ngồi bốn sơng lớn trên, Thuỷ Ngun có sơng Giá sơng chứa nước lớn huyện Do đặc điểm hệ thống sông chảy qua huy ện cuối nguồn nên lượng phù sa ít, khả bồi tụ vùng ven biển, c ửa sông ch ậm Hiện vùng đất ven biển huyện Thuỷ Nguyên có c ốt đ ất thấp, thường xuyên bị ngập nước có tượng xâm th ực vào đ ất liền gây nhiễm mặn rõ Vào mùa đông nguồn nước sông thường bị nhiễm mặn, nguồn nước chủ yếu huyện dựa vào hồ sông Giá, kênh Hòn Ngọc ao, hồ, đầm, ruộng trũng 1.2 Đặc điểm dân cư, kinh tế xã hội 1.2.1 Dân cư Dân số: 30 vạn người, mật độ dân số khoảng 1240 người/km2 Dân số Thuỷ Nguyên phân bố không đều, th ị trấn Núi Đèo nơi có mật độ dân số cao huyện 3765ng ười/km2, Gia Minh xã có mật độ dân số thấp 371 người/km2 1.2.1 Kinh tế xã hội Công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp - xây dựng d ịch vụ Hiện nay, địa bàn huyện có 20 xí nghiệp, nhà máy, hàng trăm c s sản xuất - kinh doanh, công ty trách nhiệm hữu hạn hoạt động tạo lập môi trường sản xuất - kinh doanh sôi động, cạnh tranh lành mạnh, góp phần giải việc làm cho hàng nghìn lao động, tăng nhanh giá trị sản xuất công nghiệp - xây dựng địa bàn huy ện Cùng với thành tựu đạt được, Thủy Ngun đón nh ận nhiều dự án lớn đầu tư địa bàn như: tuyến Quốc lộ 10 từ Bến Kiền, Đá Bạc sang Quảng Ninh; nhà máy nhiệt điện 600 MW (xã Tam Hưng); Nhà máy Xi măng Hải Phòng (thị trấn Minh Đ ức); m rộng Công ty Công nghiệp Tàu thủy Nam Triệu Đây nh ững n ền tảng cho phát triển Thủy Nguyên tương lai Bên cạnh đó, phát huy lợi vùng ven đô giáp hải cảng, Thủy Nguyên có điều kiện phát triển du lịch, thương m ại d ịch vụ với nhiều thắng cảnh đẹp như: hồ Sông Giá, hang L ương, hang Vua, + Sử dụng hố khoan để tiến hành thí nghiệm ngồi trời; + Nghiên cứu đặc điểm ĐCTV Ngoài hố khoan ta tiến hành thí nghiệm xun tiêu chuẩn SPT 3.3 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn phương pháp khảo sát Địa chất cơng trình phục vụ xây dựng Thí nghiệm đ ược tiến hành cách đóng mũi xuyên tiêu chuẩn búa tiêu chuẩn có khối lương , chiều cao rơi búa 762.5 cm vào đ ất từ đáy l ỗ khoan vét Tiến hành thí nghiệm với hiệp, hiệp tương ứng v ới mũi xuyên cắm sâu vào đất 15cm, đếm số búa hiệp giá trị xuyên tiêu chuẩn tổng số búa hiệp sau Két qảu thí nghiệm SPT đ ược ghi vào sổ nhật ký khoan, 2m tiến hành lần Đất ống m ẫu đ ược mơ tả thí nghiệm mẫu khơng ngun trạng Mục đích Kết thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn dùng cho mục đích sau đây: Phân chia địa tầng, phát lớp kẹp, thấu kính đất hạt rời, phân biệt đất hạt rời với chế độ chặt khác theo diện theo độ sâu Đánh giá giá trị số tiêu lí như: - Độ chặt, góc ma sát đất hạt rời Độ sệt, độ bền nén có nở hơng đất dính; Mơđun biến dạng đất rời; Sức kháng xuyên tĩnh đất Đánh giá số tiêu động lực đất như: - Khả biến loãng đất rời; Tốc độ truyền sóng đất Dự báo sức mang tải số loại móng: - Sức mang tải móng nơng đất rời; Sức mang tải cọc, chủ yếu cọc chống, đặc biệt cọc - khoan nhồi Giải đoán kết quả: Đánh giá cách định tính đất tốt N l ớn ngược lại N nhỏ đất xấu Bảng 2: Tương quan giá trị SPT trạng thái đất cát (SPT) Số đo N 04 10 10 30 30 50 >50 Trạng thái Độ đất chặt (Dr%) Rất rời 80 25 30 30 32.3 32.3 40 40 45 Bảng 3: Tương quan giá trị SPT trạng thái đất sét Số đo N (SPT) 30 Trạng thái đất Chảy Dẻo chảy Dẻo vừa Dẻo cứng Nửa cứng Cứng Sức kháng nén đơn (qu, kg/cm2) 4.0 Bảng 4: Quan hệ sức kháng xuyên tiêu chuẩn Nspt sức kháng xuyên tĩnh đầu mũi qc STT Loại đất Tỉ số qc/Nspt Sét 2 Sét pha 3 Cát hạt mịn 4 Cát hạt trung, thô Từ đến Cát hạt trung lẫn sạn sỏi Lớn 3.4 Thí nghiệm xuyên tĩnh Xuyên tĩnh loại thí nghiệm trường phát tri ển rộng rãi giải nhiều vấn đề kỹ thuật nh kinh t ế khảo sát phục vụ thiết kế thi cơng móng loại cơng trình Ngun lý thí nghiệm xuyên tĩnh : xuyên vào đất chùy xun hình cơn, than hình trụ Lực xun lực ép tĩnh, nhỏ, không đổi Sức kháng gây ấn mũi xuyên tùy thuộc vào thành phần, trạng thái, tính chất đất gồm: - Phản lực đất lên mũi xuyên gọi sức chống xuyên - tĩnh Q; Tổng ma sát sinh mặt hông mũi xuyên đất gọi lực ma sát hông F Sức kháng xuyên đơn vị đât xác định công th ức: qc= (kg/cm2) Sức kháng đơn vị thành xuyên hông fs= (kg/cm2) Trong đó: Q - lực kháng xuyên tĩnh, kg F - l ực ma sát thành xuyên, kg A - tiết diện ngang mũi xuyên, cm S - diện tích bề mặt thành xuyên, cm Mục đích thí nghiệm - Xác định ranh giới lớp đất bề mặt lớp đất bề mặt lớp đất đá cứng, xác định độ đồng lớp đ ất - khoanh định dị thường khác đất; Xác định độ chặt đất loại cát; Đối chứng với khoan thăm dò thí nghiệm phòng đ ể phân chia loại đất xác định số đặc trưng - lý lớp đất, phục vụ thiết kế móng điều kiện cho - phép; Xác định sức chịu tải móng cọc Bảng 5: Độ chặt đất theo trị số qc đất cát Thành phần trạng thái đất cát Cát thơ trung Cát mịn Cát bụi, ẩm Cát bụi bão hòa nước Sức chống mũi đơn vị với hạ mũi xuyên qc > 150 50 - 150 < 50 > 120 40 - 120 < 40 > 100 30 - 100 < 30 > 70 20 - 70 < 20 Độ chặt Chặt Chặt vừa Rời Chặt Chặt vừa Rời Chặt Chặt vừa Rời Chặt Chặt vừa Rời Mối quan hệ Góc ma sát qc Qc (kg/cm2) Độ sâu 5m 2 0 2 3 3 20 Mối quan hệ trị số qc với độ sệt đất loại sét 3 00 3 00 Sức chống cắt đơn vị đất sét hạ mũi xuyên qc (kg/cm2) > 50 30 - 50 10 - 30 < 10 Trạng thái Cứng Nửa cứng Dẻo cứng Dẻo mềm, dẻo chảy Lực dính kết khơng nước (Cu,=0) theo qc Cu= qc/10( khơng có áo bọc ) Cu= qc/ (15 18) Sức chịu tải cho phép Ro sức kháng mũi qc cm ) Qc(kg/ Ro (kg/cm ) 2 Modun biến dạng E 20 30 40 50 60 5 qc : Hệ số thực nghiệm cho loại đất khu vực nghiên cứu Với giá trị thể theo bảng Trạng thái đất Sét dẻo Bụi dẻo chặt Than bùn Cát Sạn sỏi, pha cát Trị số qc (kg/cm2) 20 20 3 0.1 0.25 0.4 Ls độ sâu ngàm vào đá Bs đường kính cọc Chọn Ksp=0.25, Ls=Bs= 1m Masat bên Trong lực ma sát bên Bs, Ls đường kính độ sâu ngàm vào đá cọc Trong đó: fc sức chịu nén bê tông ( masat bên theo đơn vị diện tích Tổng sức chịu tải cọc theo đất Sức chịu tải cọc tính theo sức chịu tải cọc theo vật liệu Tính sức chịu tải cua cọc theo vật liệu Áp dụng theo TCXD 195:1997 Cọc tròn, đường kính d=1m Sức chịu tải cọc khoan nhồi cắm xuống đá gốc =600T/c ọc ta lấy sức chịu tải cọc theo vật liệu P=600 T/cọc Trong cường độ tính tốn bê tơng cọc khoan nhồi, Đối với cọc đổ bê tông nước dung dịch sét, nh ưng không lớn 60 kg/cm2 Đối với cọc đô bê tông lỗ khoan khô, nh ưng không l ớn h ơn 70 kg/cm2 R mác thiết kế bê tơng, kg/cm2 diện tích bê tơng diện tích tiết diện cốt thép dọc trục cường độ tính tốn cốt thép, xác định sau Đối với thép nhỏ , không lớn 2200 kg/cm Đối với thép lớn , không lớn h ơn 2000kg/cm giới hạn chảy cốt thép, kg/cm2 Bảng giới hạn chảy cảu thép Nhóm cốt thép CI trơn Đường kính thép 40 Giới hạn Ru >2400 CII gờ CIII gờ CIV gờ Lựa chọn vật liệu 10 40 40 10 32 >3000 >4000 >6000 Mác bê tông 300kg/cm2 , thép gờ CII Ru=300/4.5= 66.7 Kg/cm2 lấy Ru=60 kg/cm2 Ran= 300/1.5= 2000kg/cm2 Ta có hệ ptrinh =60 Diện tích cốt thép 6.65*103 (m2) Chọn : 10 : 11 Tính tốn số lượng cọc cách bố trí cọc Theo cơng thức kinh nghiệm, khả chịu tải cọc điều kiện bất lợi ( gió, xe cộ ) Số lượng cọc cần cho móng = 20000*1.4/400 = 70 cọc Độ sâu ngàm cọc vào đá 16 đến 24m phụ thuộc vào đỉnh c l ớp đá vôi dày đặc ( strong dense limestone 7b) Áp lực chân cọc = 441.47 (T) < Q=918.6 (T) s ức ch ịu tải cho phép lớp đá vôi 7b )