Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 114 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢIPHÒNG VŨ VĂN KHÁNH NGHIÊNCỨUỨNGDỤNGCỌCĐẤTXIMĂNGTHEOCÔNGNGHỆTẠOCỌCBẰNGTHIẾTBỊTRỘNKIỂUTIAPHUNXIMĂNG(JET–GROUTING)CHOĐỊABÀNTHÀNHPHỐHẢIPHÒNG LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNGCƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng Hải Phòng, tháng 01 năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn nội dung Luận văn tơi thực hướng dẫn GS TSKH Nguyễn Văn Quảng Tơi xin cam đoan cơng trình nghiêncứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Luận văn Vũ Văn Khánh LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chun ngành Kỹ thuật cơng trình xây dựng với đề tài “Nghiên cứuứngdụngcọcđấtximăngtheocôngnghệtạocọcthiếtbịtrộnkiểutiaphunximăng (Jet-grouting) chođịabànthànhphốHải Phòng.” thành kiến thức thu nhận Học viên năm học Trường đại học Dân lập HảiPhòng Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng - người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình suốt thời gian nghiêncứu hoàn thành Luận văn; Ban lãnh đạo Nhà trường tồn thể thầy thuộc khoa Xây dựng - Trường đại học Dân lập Hải Phòng, người giúp đỡ cổ vũ tạo điều kiện cho Học viên suốt trình học tập, định hướng nghiêncứu thực Luận văn Học viên xin cám ơn ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình gia đình, bạn bè, đồng nghiệp thời gian thực Luận văn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Đất nước ta đường công nghiệp hóa, đại hóa điều kiện kinh tế thị trường, ngành xây dựng tất yếu cần phải phát triển không ngừng ngày lớn mạnh Tiếp cận côngnghệ tiên tiến giới đưa vào ứngdụng nước để tạo sản phẩm có chất lượng, đạt hiệu kinh tế cao phần chiến lược phát triển khoa học côngnghệ Quốc gia Để nâng cao chất lượng lĩnh vực xử lý cơng trình xây dựng, thủy lợi, giao thơng có nhiều cơngnghệ đưa vào ứngdụng rộng rãi bấc thấm, vải địa kỹ thuật, côngnghệ xử lý đất yếu theo phương pháp ổn định tồn khối…và khơng thể khơng nói đến cơngnghệ khoan cao áp (Jet - Grouting) Tuy đời muộn côngnghệ khoan cao áp nhà chuyên môn đón nhận đánh giá cao ưu điểm bật nó, đặc biệt để giải khó khăn thi cơng Việc sử dụng phương pháp gia cố cọcđấtximăngtheocơngnghệ Jet grouting HảiPhòng chưa áp dụng rộng rãi lý thuyết, phương pháp tính tốn giá thành máy móc, chưa có nghiêncứu nâng cao chất lượng q trình thi cơng Đặc biệt chưa có nghiêncứuứngdụng chun sâu cơngnghệHảiPhòng Với đặc điểm yêu cầu nêu trên, đề tài “Ứng dụngcọcđấtximăngtheocôngnghệtạocọcthiếtbịtrộnkiểutiaphunximăng(JetGrouting)chođịabànthànhphốHải Phòng” mang ý nghĩa thiết thực, cần thiếtCọcđấtximăng thi côngtheocôngnghệ Jet Grouting với ưu điểm giá thành rẻ côngnghệ khác không tốn nhiều vật liệu, tận dụng vật liệu chỗ, thiếtbị thi công không phức tạp… tính tốn áp dụngthànhcơngđạt hiệu lớn Mục tiêu nghiêncứu đề tài: - Một là, nắm đặc điểm kỹ thuật cọcđấtximăng quy trình thi côngcọcđấtximăngtheocôngnghệ Jet – Grouting để có giải pháp quản lý đảm bảo chất lượng cơng trình; - Hai là, nghiêncứu phạm vi áp dụngcọcđấtximăngchocông trình xây dựngHải Phòng; nghiêncứu khả áp dụng biện pháp xử lý cọcđấtximăngcho dạng đất yếu khác khu vực thànhphốHải Phòng; - Ba là, nghiêncứu tính tốn, thiết kế cọcđấtximăng để ứngdụngchocơng trình xây dựng; - Bốn là, áp dụng giải pháp hợp lý để quản lý tổ chức thi côngcọcđấtximăngtheocôngnghệ Jet - Grouting vào xử lý đất yếu Hải Phòng; - Năm là, đề xuất giải pháp để đảm bảo chất lượng kiểm tra đánh giá chất lượng q trình thi cơng nghiệm thu Hƣớng nghiên cứu, phƣơng pháp nghiêncứu Thu thập tài liệu nghiêncứu lý thuyết: Tiêu chuẩn thiết kế nước, tài liệu, báo cáo khoa học, giáo trình hướng dẫn tính tốn thiết kế xử lý đấtcọcđấtximăngtheocôngnghệtạocọcthiếtbịtrộnkiểutiaphunximăng(JetGrouting) Thu thập phân tích số liệu kết thí nghiệm thi cơng dự án đầu tư xây dựng có sử dụng giải pháp cọcđấtximăng gia cố đất yếu triển khai Nghiêncứuứngdụngcọcđấtximăngtheocôngnghệtạocọcthiếtbịtrộnkiểutiaphunximăng(JetGrouting)chođịabànthànhphốHảiPhòng Để áp dụngcọcđấtximăng cách phổ biến xây dựngcơng trình Việt Nam nói chung HảiPhòng nói riêng, nội dungnghiêncứu đề tài tập trung nghiêncứu làm rõ vấn đề sau đây: sở lý thuyết tính tốn kết cấu cọc, sức chịu tải cọc, quy trình cơngnghệ thi cơngcọcđấtximăngthiếtbịtrộnkiểutiaphunximăng(JetGrouting)chođịabànthànhphốHảiPhòng Thu thập số liệu địa chất khu vực thuộc địabànthànhphốHải Phòng, từ nghiên cứu, tính tốn áp dụngcho khu vực Kết dự kiến đạt đƣợc Tổng quan thi côngcọcđấtximăngtheocôngnghệ Jet – Grouting ứngdụng vào cơng trình Việt Nam giới Từ đó, đề xuất giải pháp hợp lý việc ứngdụngcôngnghệ Jet Grouting để xử lý đất yếu chođịabànthànhphốHảiPhòng Các kết nghiêncứu Luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo, nghiêncứu áp dụngcho chuyên ngành địa kỹ thuật, thi công xây dựngcông trình hạ tầng thị, hồn thiện thêm, sở khoa học để kiến nghị sử dụng rộng rãi phương pháp gia cố cọcximăngđất thực tiễn xây dựngcơng trình HảiPhòng CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊNCỨU VÀ ỨNGDỤNGCỌC ĐXM THEOCÔNGNGHỆ JET GROUTING Jet Grouting kỹ thuật gia cố cách sử dụngtia nước/vữa/khí với áp lực cao để cắt đất, sau trộn vữa với đất vừa bị cắt tạothành hỗn hợp đất–ximăng (soilcrete) có cường độ tốt hệ số thấm thấp (Choi 2005, Essler & Yoshida 2004, Xanthakos et al 1994) Trong hệ thống phương pháp xử lý nền, Jet Grouting phương pháp sử dụng linh hoạt cho nhiều mục đích khác như: gia cường móng chocơng trình, làm tường chống thấm, làm giảm kiểm soát chuyển vị cho hố đào hay trình thi công hầm, v.v (Choi 2005, Essler & Yoshida 2004) Phương pháp Jet Grouting tạo khối soilcrete đảm bảo cường độ với hình dạng khác thông qua yếu tố tốc độ xoay, tốc độ nâng cần, cách xếp, bố trí lỗ khoan, v.v để phục vụ cho mục đích cụ thể (Choi 2005) Hình dạng phổ biến Jet Grouting dạng cột vữa, hình dạng tạo xoay nâng cần trình vữa, cần tạo kết cấu đạng q trình rút cần khơng xoay cần (Choi 2005) Các kết cấu dạng phức tạp khác tường dạng màng, móng băng, tường trọng lực tạothành cách kết hợp cấu trúc dạng cột đề cập bên Các kết cấu tạo nên khối soilcrete ứngdụngđịa kỹ thuật để giải nhiều vấn đề Tuy nhiên, phương pháp đòi hỏi khắt khe kỹ thuật thiết kế thi cơng, sai sót thiết kế hay cố thi công dẫn đến sản phẩm soilcrete không đạt chất lượng (Essler & Yashida 2004) TÌNH HÌNH CƠNGNGHỆ JET GROUTING TRÊN THẾ GIỚI a Lịch sử đời Khả xói tia nước sử dụngcho mục đích đào đất từ sớm, đặc biệt cơng nghiệp khai thác mỏ, chí có số tài liệu cho kỹ thuật áp dụng từ thời Trung Cổ (Essler & Yashida 2004) Kỹ thuật Jet Grouting sớm phát minh Anh vào thập niên 50, ứngdụng Nhật vào thập niên 70 (Essler & Yoshida 2004) Những nghiêncứu phát triển ban đầu sử dụng nguyên lý cắt xói đất vào khoảng năm 1965 Yamakado cộng (Xanthakos et al 1994 từ nguồn Miki & Nikanishi 1984) Trong giai đoạn Jet Grouting sử dụng để tạo tường ngăn nước (Essler & Yoshida 2004) (hình 1.1) Hình 1.1: Jet Grouting áp dụngban đầu để tạo tường ngăn nước (Essler & Yoshida 2004) Vào đầu năm thập niên 70, vữa cao áp kết hợp xoay cần xuất Nhật kết cấu dạng khó tạo với bề dày khác có cường độ yếu (Essler & Yashida 2004) Cuối năm thập niên 70, hầu hết kỹ thuật Jet Grouting tìm chấp nhận khắp giới, trước tiên chủ yếu Đức, Pháp, Singapore Brazil (Xanthakos et al 1994) Phạm vi mở rộng đáng kể thập kỷ sau Ở Nam Mỹ, ý tưởng Jet Grouting đề cập lần vào năm 1979, 1984 số dự án nhỏ sử dụng hệ thống thi công phương pháp (Xanthakos et al 1994) Sự chấp nhận chậm côngnghệ hạn chế gồm: rủi ro sử dụng biện pháp mới, tính pháp lý phương pháp mới, tính khơng phù hợp phương pháp địa phương, hay vấn đề kỹ thuật dẫn đến tính hiệu phương pháp, đơn giản kỹ thuật đắt tiền (Xanthakos et al 1994 từ nguồn Andromalos and Pettit 1986) Tuy nhiên, năm sau số lượng nhà thầu thi côngcôngnghệ nhiều có kinh nghiệm hơn, đặc biệt mục đích chống đỡ chocơng trình đất cát hay sỏi sạn (Xanthakos et al 1994) Cho đến năm 1987 Jet Grouting dùng Mỹ (Choi 2005 từ nguồn Schaefer 1997) Vào cuối thập niên 80, ý tưởng cho phương pháp Jet Grouting, dùnghaitia giao để hạn chế khả cắt tia vữa áp lực cao – Crossjet Grouting Phương pháp cho đường kính cọc xác mong muốn áp dụngcho loại đất (Essler & Yoshida 2004) Đầu thập niên 90, phương pháp Jet Grouting, Supperjet Grouting, có khả gia tăng đường kính cọc phát triển Phương pháp tạocọc có đường kính lớn 5m chí lên đến 9m đất yếu (Essler & Yoshida 2004) Hình cho thấy cột vữa thi cơngcơngnghệ Supper Jet Grouting với đường kính m Hình 1.2: Cột vữa thi cơngcơngnghệ SupperJet Grouting với đường kính 4m (Kazemian&Huat 2009 từ nguồn Ratio 2006) b Ứngdụngcọcđấtximăng giới Những nước ứngdụngcôngnghệtrộn sâu nhiều Nhật Bản nước vùng Scandinaver (Bắc Âu) Theo thống kê hiệp hội cọctrộn sâu (Cement deep mixing methods – CDM-Nhật Bản), tính chung giai đoạn 80~96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 hỗn hợp ximăng - đất Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố trộn sâu Nhật vμo khoảng 23.6 triệu m3 cho dự án ngoμi biển vμ đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện hàng năm thi công khoảng triệu m3 Đến 1994, hãng SMW Seiko thi cơng 4000 dự án tồn giới với 12.5 triệu m2 (7 triệu m3) Tạp chí Tin tức kỹ thuật (ENR) thường xuyên thông báo thành tựu côngnghệtrộn sâu (Deep mixing - DM) Nhật Bản, chẳng hạn số 1983 đăng kết ứngdụngchocơng trình móng thi cơng nước, số 1989 tác dụng chống động đất, số 1986 tường chống thấm Hμng năm, hội nghị côngnghệ gia cố tổ chức Tokyo, hội nghị nhiều thành tựu khoan phục DM trình bày Tại Trung Quốc, công tác nghiêncứu năm 1970, từ cuối năm 1960, kỹ sư Trung Quốc học hỏi phương pháp trộn vôi sâu CDM Nhật Thiếtbịtrộn sâu dùngđất liền xuất năm 1978 vμ đượcsử dụng để xử lý khu công nghiệp Thượng Hải Tổng khối lượng xử lý trộn sâu Trung Quốc vμo khoảng triệu m3 Từ năm 1987 đến 1990, côngnghệtrộn sâu đượcsử dụng Cảng Thiên Tân để xây dựng bến cập tàu cải tạocho 60 khu dịch vụ Tổng cộng 513000m3 đất gia cố, bao gồm móng kè, móng tường chắn phía sau bến cập tầu Một số nghiêncứu khác liên quan tới trộn sâu Đông Nam Á sử dụng cột vôi đất xử lý đất hữu Trung Quốc (Ho, 1996), hố đào sâu Đài Loan (Woo, 1991) số dự án khác Singapore (Broms , 1984) Tại Châu Âu, nghiêncứu vμ ứngdụng bắt đầu Thụy Điển vμ Phần Lan Trong năm 1967, Viện Địa chất Thụy Điển nghiêncứu cột vôi (SLC) theo đề xuất Jo Kjeld Páue sử dụngthiếtbịtheothiết kế Linden- Alimak AB (Rathmayer, 1997) Thử nghiệm sân bay Ska Edeby với cột vôi có đường kính 0.5m vμ chiều sâu tối đa 15m cho kinh nghiệm cột vôi cứng hoá (Assarson vμ nnk, 1974) Năm 1974, đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dμi) đượcxây dựng Phần Lan sử dụng cột vôi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu hình dạng chiều dài cột mặt khả chịu tải (Rathmayer Liminen, 1980) Hình 4.11 Mặt bố trí cọc móng điển hình 2.2 Tính tốn Cọcximăngđất thi côngtheo phƣơng pháp Jet - Grouting * Tính tốn theo tiêu chuẩn Trung Quốc DBJ -08-40-94 - Tính sức chịu tải cọctheo vật liệu cọc: Pa =η*qu*Ap =0,35*400*0,785=109,9 (T) Trong đó: Pa - sức chịu tải cho phép cọc đơn (T) qu - cường độ kháng nén cọc, qu =400(T/m ) η - hệ số chiết giảm cường độ thân cọc, η = 0,35 Ap - diện tích mặt cắt cọc, A p = 0,785 (m ) - Tính sức chịu tải theo điều kiện đất nền: Pa = Up∑qsi*li + α*Ap*qp = 3,14*1,4*10+0,6*0,785*150=114,61 (T) Trong đó: Up - chu vi cột, Up =3,14 (m) qsi - lực ma sát cho phép lớp thứ i xung quanh cọcTheo DBJ -08-40-94: Đối với đất bùn, qsi = 5÷8 (kPa) = 0,5 ÷ 0,8 (T/m ) Đất lẫn bùn, qsi = 8÷12 (kPa) = 0,8 ÷ 1,2 (T/m ) Đất sét, qsi = 12÷15 (kPa) = 1,2 ÷ 1,5 2 (T/m ) Trong tính tốn lấy qsi = 1,4 (T/m ) li - chiều dày lớp đất thứ i, li = 10 (m) α - hệ số chiết giảm lực chịu tải đất móng thiên nhiên mũi cọc, α = 0,6 qp - sức chịu tải đất mũi cọc, qp = 150 (T/m ) [10, tr 141] (bảng 4.4, sách Nền móng, Lê Anh Hoàng, Nhà xuất Xây dựng) - Chọn sức chịu tải cọc đơn: Pa = 109,9 (T) 2.3 Kiểm tra điều kiện biến dạng Hình 4.12 - Sơ đồ tính tốn biến dạng Độ lún đất (h) bao gồm độ lún xử lý (h1) độ lún đất bên khối xử lý (h2) h =h1 +h2 2.3.1 Độ lún xử lý cọcđấtximăng Độ lún đất xử lý tính theocơng thức: h qH a E p (1 a p )E s p Trong công thức trên: h tổng độ lún tính tốn gia cố cọcximăng đất, tính m; q tải trọng tác dụng, tính T/m2; ap tỷ lệ diện tích gia cố tính %, ap= n.Ap/A= 6*0,785/17,5= 27% (trong n số cọc; Ap diện tích cọc; A diện tích đáy móng) H chiều dày lớp đất yếu gia cố, tính m; Ep mơ đun biến dạng cọc, tính kN/m ; Es mơ đun biến dạng đất xung quanh cọc, tính kN/m2; Thay số vào công thức kết đây: d (m) 1,0 Độ lún ap Ep 0,27 (T/m ) 7500 Es (T/m ) 229,4 q (T/m ) 10,4 H (m) 10 đất khối xử lý tính theocơng thức: S1 (mm) 47,4 h2 Q H ' lg '0 q' 0,071 *3lg 13,2 7,28 =0,017m =1,7cm c e0 '0 11,363 13,2 q' 10,4 *3,5 B H ' 3,5 =7,28 T/m 2 qB Trong công thức trên: q' tải trọng tác dụng lên lớp đất yếu khơng gia cố mũi cọc, tính T/m2; H' chiều dày lớp đất yếu không gia cố mũi cọc, tính m; H’=3m Qc số nén lớp đất yếu mũi cọc; Qc=0,071 e0 hệ số rỗng tự nhiên lớp đất yếu mũi cọc; e0=1,363 0' ứng suất hiệu đáy khối gia cố, tính T/m2; 0'=11,5*1,147 =13,2 T/m2 h =h1 +h2=4,74+1,7=6,44cm < 8cm Thi côngcọcđấtximăng 3.1 Yêu cầu vật liệu thiếtbị thi công a XimăngXimăngdùng thi công thử cọcđấtximăng phải đạt mác PCB40 theo tiêu chuẩn TCVN 6260-1997 Chất lượng ximăng phải thí nghiệm kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 6016-1995, TCVN 679-1989 Kết thí nghiệm phải đạt yêu cầu kỹ thuật đánh giá theo tiêu sau: - Cường độ chịu nén (TCVN 6016-1995) không nhỏ 400kg/cm2 (R28 ngày) - Thời gian đông kết: TCVN 6017-1995 (ISO 9597-1989) + Bắt đầu đông kết: không 45 phút + Kết thúc đông kết: không 170 phút - Độ ổn định thể tích đo theo phương pháp LeChatelier