Nghiên cứu gia cố nền đất yếu bằng cọc tràm ứng dụng cho công trình trên địa bàn tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - - NGUYỄN HOÀNG NAM NGHIÊN CỨU GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC TRÀM ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH SĨC TRĂNG Chun ngành: Địa Kỹ thuật xây dựng Mã số: 60-58-02-04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI VĂN TRƯỜNG HÀ NỘI – 2017 LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu gia cố đất yếu cọc tràm ứng dụng cho cơng trình địa bàn tỉnh Sóc Trăng” học viên nhà trường giao nghiên cứu theo Quyết định 451/QĐ-ĐHTL, ngày 24 tháng 02 năm 2017 Hiệu trưởng Trường Đại học Thủy lợi Trong thời gian học tập trường với định hướng thầy cô cộng với kinh nghiệm làm việc quan, giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp đặc biệt giúp đỡ bảo PGS.TS Bùi Văn Trường, học viên tự nghiên cứu thực đề tài Đây thành lao động, cơng trình nghiên cứu tác giả Hà Nội, tháng 12 năm 2017 Học viên Nguyễn Hoàng Nam i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu theo chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Địa kỹ thuật thuộc trường Đại Học Thủy Lợi Nay tơi hồn thành với luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Khoa cơng trình, Bộ mơn Địa kỹ thuật trực tiếp giảng dạy cung cấp nguồn tài liệu thời gian học tập Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cơ Cán Phòng Nghiên Cứu Địa Kỹ Thuật - Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam, hỗ trợ nhiều công tác nguyên cứu khoa học Tơi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học - Trường Đại học Thủy Lợi, tạo điều kiện thuận lợi suốt khóa học Sự kính trọng biết ơn cao đến thầy PGS.TS Bùi Văn Trường, tận tình bảo em hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, thầy, cô giúp đỡ suốt trình thực luận văn Cuối xin trân trọng cảm ơn người thân gia đình, ln động viên giúp đỡ mặt tinh thần vật chất để tơi hồn thành chương trình học tập Với khả hiểu biết giới hạn, chắn khơng tránh khỏi sai sót định xin quý Thầy, Cô đọc giả bỏ qua dẫn cho tơi việc hồn thiện kiến thức Xin trân trọng cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP MÓNG CỌC 1.1 Tổng quan đất yếu 1.1.1 Khái niệm đất yếu 1.1.2 Các loại đất yếu 1.1.3 Các giải pháp xử lý đất yếu 1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng giải pháp móng cọc .12 1.2.1 Lịch sử đời phát triển móng cọc 12 1.2.2 Tình hình thiết kế thi cơng móng cọc 14 1.3 Kết luận chương .23 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MĨNG CỌC TRÀM 25 2.1 Quan điểm nguyên tắc tính tốn, thiết kế thi cơng cọc tràm 25 2.1.1 Quan điểm tính tốn, thiết kế thi công 25 2.1.2 Ngun tắc tính tốn, thiết kế thi công 27 2.2 Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, thiết kế thi cơng cọc tràm .28 2.2.1 Tính tốn, thiết kế quan điểm cọc làm chặt 28 2.2.2 Tính tốn, thiết kế theo quan điểm cọc cứng 33 2.2.3 Kiểm toán ổn định trượt 45 2.3 Quy trình kỹ thuật thi công cọc tràm 46 2.3.1 Phạm vi áp dụng 46 2.3.2 Yêu cầu cọc tràm 47 2.3.3 Phương pháp hạ cọc 47 2.3.4 Trình tự thi cơng cọc tràm 48 2.4 Kết luận chương 48 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP MĨNG CỌC TRÀM CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ TẠI SÓC TRĂNG 50 3.1 Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm móng cọc trường 50 iii 3.1.1 Thí nghiệm tải trọng động (đóng cọc thử) trường 51 3.1.2 Thí nghiệm nén tĩnh cọc trường 55 3.1.3 Thí nghiệm nén tĩnh nén phẳng trường 60 3.2 Nghiên cứu thực nghiệm móng cọc tràm trường 63 3.2.1 Đặc điểm đất yếu vị trí nghiên cứu 63 3.2.2 Mục đích nghiên cứu 66 3.2.3 Nội dung, phương pháp nghiên cứu 66 3.2.4 Vị trí nghiên cứu 67 3.2.5 Kết nghiên cứu 68 3.3 Nghiên cứu móng cọc tràm mơ hình số 71 3.3.1 Giới thiệu phần mềm 71 3.3.2 Tính tốn theo quan điểm cọc tràm làm chặt 72 3.3.3 Tính tốn theo quan điểm cọc cứng 78 3.3.4 Phân tích, đánh giá kết 83 3.4 Nghiên cứu, ứng dụng cho cơng trình thực 85 3.4.1 Giới thiệu cơng trình 85 3.4.2 Tính tốn xử lý gia cố cọc tràm theo phương pháp giải tích 85 3.4.3 Tính tốn xử lý gia cố cọc tràm phần mềm Plaxis 93 3.4.4 Phân tích kết tính tốn ứng dụng 101 3.5 Kết luận chương 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 108 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Sức kháng tính tốn đất mũi cọc 36 Bảng 2.2 Hệ số nén ngang đất 36 Bảng 2.3 Cường độ sức kháng đất mũi cọc (γqb) 38 Bảng 3.1 Các tiêu lý đất kiến nghị dùng cho tính tốn 65 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm tĩnh gia cố cọc tràm tính tốn xác định mô đun biến dạng TN01 (trục 3-D) 69 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm tĩnh gia cố cọc tràm tính tốn xác định mơ đun biến dạng TN02 (trục 12-J) .70 Bảng 3.4 Các thơng số mơ hình thí nghiệm bàn nén trường theo quan điểm cọc tràm làm chặt .73 Bảng 3.5a Các thông số mô hình thí nghiệm bàn nén trường gia cố cọc tràm theo quan điểm cọc cứng 78 Bảng 3.5b Tổng hợp kết nghiên cứu thực nghiệm mơ thí nghiệm nén tĩnh gia cố cọc tràm 84 Bảng 3.6 Thí nghiệm nén mẫu đất phòng 86 Bảng 3.7 Tính lún theo quan điểm cọc tràm làm chặt 88 Bảng 3.7 Tính lún theo quan điểm cọc tràm làm chặt 89 Bảng 3.8 Tính sức chịu tải cọc tràm theo quan điểm cọc cứng 90 Bảng 3.9 Tính lún theo quan điểm cọc cứng 92 Bảng 3.10 Các thơng số mơ hình tính tốn xử lý cọc tràm theo quan điểm cọc tràm làm chặt 93 Bảng 3.11 Các thơng số mơ hình tính tốn xử lý cọc tràm theo quan điểm cọc cứng 97 Bảng 3.12 Tổng hợp kết nghiên cứu thực nghiệm tính tốn, mơ gia cố cọc tràm 101 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Xử lý đất yếu phương pháp làm chặt đất Hình 1.2 Xử lý đất yếu đệm cát Hình 1.3 Gia tải trước cách sử dụng khối đắp áp suất chân không Hình 1.4 Xử lý đất yếu thiết bị tiêu nước thẳng đứng 10 Hình 1.5 Thi cơng đóng cọc tre 14 Hình 1.6 Thi cơng đóng cọc tràm 16 Hình 1.7 Chi tiết cọc gỗ số cách nối cọc thông dụng 18 Hình 1.8Thi cơng cọc cát 19 Hình 1.9 Thi cơng cọc khoan nhồi 21 Hình 1.10 Thi công cọc xi măng đất 22 Hình 1.11 Thi công cọc bê tông cốt thép 23 Hình 2.1 Mơ hình tính tốn quan điểm cọc tràm làm chặt 29 Hình 2.2 Chiều cao vùng đất cần gia cố 30 Hình 2.3 Mặt đóng cọc 31 Hình 2.4 Sự phân bố ứng suất gia cố cọc tràm cơng trình đất 32 Hình 2.5Quan hệ hệ số rỗng ứng suất cố kết (đường cong cố kết) 33 Hình 2.6 Kích thước móng quy ước xác định theo cách 41 Hình 2.7 Kích thước móng quy ước xác định theo cách đồng 41 Hình 2.8 Kích thước móng quy ước xác định theo cách có lớp đất yếu 42 Hình 2.9 Kích thước móng quy ước xác định theo cách nhiều lớp 42 Hình 2.10 Sơ đồ để tính lún theo phương pháp cộng lớp 43 Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm nén tĩnh cọc trường 55 Hình 3.2 Biểu đồ xác định sức chịu tải cọc 57 Hình 3.3 Biểu đồ xác định sức chịu tải cực hạn cọc theo Canadian Foundation Engineering Manual 59 Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh nén phẳng trường 61 Hình 3.5 Sơ đồ xác định mơđun biến dạng E từ thí nghiệm nén tĩnh nén phẳng trường 61 Hình 3.6 Trụ hố khoan địa chất khu thí nghiệm 65 Hình 3.7 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm nén tĩnh gia cố cọc tràm trường 66 vi Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ tải trọng P độ lún S (vị trí thí nghiệm 01) .69 Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ tải trọng P độ lún S (vị trí thí nghiệm 02) 70 Hình 3.11 Sơ đồ mơ thí nghiệm bàn nén gia cố cọc tram phần mềm Plaxis theo quan điểm làm chặt .73 Hình 3.12 Lưới biến dạng cấp tải 80 kN/m2 74 Hình 3.13 Chuyển vị đứng (lún) cấp tải 80 kN/m2 74 Hình 3.14 Phân bố ứng suất cấp tải 80 kN/m2 75 Hình 3.15 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng đất cấp tải 80 kN/m2 75 Hình 3.16 Lưới biến dạng cấp tải 160 kN/m2 .76 Hình 3.17 Chuyển vị đứng (lún) cấp tải 160 kN/m2 76 Hình 3.18 Phân bố ứng suất cấp tải 160 kN/m2 77 Hình 3.19 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng đất cấp tải 160 kN/m2 77 Hình 3.20 Sơ đồ mơ thí nghiệm bàn nén gia cố cọc tràm phần mềm Plaxis theo quan điểm cọc cứng .78 Hình 3.21 Lưới biến dạng cấp tải 80 kN/m2 .79 Hình 3.22 Chuyển vị đứng (lún) cấp tải 80 kN/m2 80 Hình 3.23 Phân bố ứng suất cấp tải 80 kN/m2 80 Hình 3.24 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 80 kN/m2 81 Hình 3.25 Lưới biến dạng cấp tải 160 kN/m2 .81 Hình 3.26 Chuyển vị đứng (lún) cấp tải 160 kN/m2 82 Hình 3.27 Phân bố ứng suất cấp tải 160 kN/m2 82 Hình 3.28 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 160 kN/m2 83 Hình 3.29 Quan hệ Tải trọng - Độ lún từ kết thí nghiệm bàn nén trường tính tốn mơ hình số 83 Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ hệ số rỗng e - áp lực nép P (trước gia cố cọc tràm) 86 Hình 3.31 Biểu đồ quan hệ hệ số rỗng e - áp lực nép P (sau gia cố cọc tràm) .87 Hình 3.32 Sơ đồ tính lún theo quan điểm cọc tràm làm chặt 88 Hình 3.33 Sơ đồ tính lún theo quan điểm cọc tràm cứng .92 Hình 3.34 Sơ đồ mơ cơng trình gia cố cọc tràm phần mềm Plaxis theo quan điểm làm chặt 94 Hình 3.35 Lưới biến dạng cơng trình xử lý cọc tràm theo quan điểm làm chặt 95 vii Hình 3.36 Chuyển vị đứng cơng trình xử lý cọc tràm theo quan điểm làm chặt (độ lún lớn sau xử lý 63,73 mm) 95 Hình 3.37 Phân bố ứng suất cơng trình xử lý cọc tràm theo quan điểm làm chặt 96 Hình 3.38 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng đất cấp tải 160 kN/m2 96 Hình 3.39 Sơ đồ mô gia cố cọc tràm phần mềm Plaxis theo quan điểm cọc cứng 98 Hình 3.40 Lưới biến dạng cơng trình xử lý cọc tràm theo quan điểm cọc cứng 99 Hình 3.41 Chuyển vị đứng (lún) cơng trình xử lý cọc tràm theo quan điểm cọc cứng (độ lún lớn cơng trình 27,88 mm) 99 Hình 3.42 Phân bố ứng suất cơng trình xử lý cọc tràm theo quan điểm cọc cứng 100 Hình 3.43 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cơng trình xử lý cọc tràm theo quan điểm cọc cứng 100 viii Hình 3.35 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 20 kN/m2 Hình PL.36 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 20 kN/m2 125 - Cấp tải 40 kN/m2 : Hình PL.37 Biểu diễn lưới biến dạng cấp tải 40 kN/m2 Hình PL.38 Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cấp tải 40 kN/m2 độ lún lớn 24,00x10-3 m tương đương 24,00 mm 126 Hình PL.39 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 40 kN/m2 Hình PL.40 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 40 kN/m2 127 - Cấp tải 60 kN/m2 : Hình PL.41 Biểu diễn lưới biến dạng cấp tải 60 kN/m2 độ lún lớn 14,82x10-3 m tương đương 14,82 mm 36,55x10-3m Hình PL.42 Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cấp tải 60 kN/m2 độ lún lớn 36,55x10-3 m tương đương 36,55 mm 128 Hình PL.43 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 60 kN/m2 Hình PL.44 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng đất cấp tải 60 kN/m2 129 - Cấp tải 80 kN/m2 : Hình PL.45 Biểu diễn lưới biến dạng cấp tải 80 kN/m2 Hình PL.46 Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cấp tải 80 kN/m2 độ lún lớn 50,08x10-3 m tương đương 50,08 mm 130 Hình PL.47 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 80 kN/m2 Hình PL.48 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 80 kN/m2 131 - Cấp tải 100 kN/m2 : Hình PL.49 Biểu diễn lưới biến dạng cấp tải 100 kN/m2 Hình PL.50 Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cấp tải 100 kN/m2 độ lún lớn 66,32x10-3 m tương đương 66,32 mm 132 Hình PL.51 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 100 kN/m2 Hình PL.52 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 100 kN/m2 133 - Cấp tải 120 kN/m2 : Hình PL.53 Biểu diễn lưới biến dạng cấp tải 120 kN/m2 Hình PL.54 Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cấp tải 120 kN/m2 độ lún lớn 85,79x10-3 m tương đương 85,79 mm 134 Hình PL.55 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 120 kN/m2 Hình PL.56 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 120 kN/m2 135 - Cấp tải 140 kN/m2 : Hình PL.57 Biểu diễn lưới biến dạng cấp tải 140 kN/m2 136 Hình PL.58 Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cấp tải 140 kN/m2 độ lún lớn 76,61x10-3 m tương đương 76,61 mm Hình PL.59 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 140 kN/m2 Hình PL.60 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 140 kN/m2 137 - Cấp tải 160 kN/m2 : Hình PL.61 Biểu diễn lưới biến dạng cấp tải 160 kN/m2 Hình PL.62 Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cấp tải 160 kN/m2 độ lún lớn 200,41x10-3 m tương đương 200,41 mm 138 Hình PL.63 Phân bố ứng suất móng cơng trình cấp tải 160 kN/m2 Hình PL.64 Phân bố áp lực nước lỗ rỗng cấp tải 160 kN/m2 139 ... thiết kế gia cố cọc tràm; Lựa chọn phương pháp tính tốn, thiết kế gia cố cọc tràm phù hợp đặc điểm đất yếu Sóc Trăng; Ứng dụng thiết kế gia cố cọc tràm cho cơng trình cụ thể địa bàn tỉnh Sóc Trăng; ... Nghiên cứu gia cố đất yếu cọc tràm, ứng dụng cho cơng trình địa bàn tỉnh Sóc Trăng Có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn Mục đích nghiên cứu Mục tiêu đề tài luận văn sở nghiên. ..LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn cao học Nghiên cứu gia cố đất yếu cọc tràm ứng dụng cho cơng trình địa bàn tỉnh Sóc Trăng học viên nhà trường giao nghiên cứu theo Quyết định 451/QĐ-ĐHTL, ngày