Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát ứng dụng cho tuyến đường tránh nhà máy nhiệt điện long phú, tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PPNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - TRẦN THANH TÂM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC CÁTỨNG DỤNG CHO TUYẾN ĐƯỜNG TRÁNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN LONG PHÚ, TỈNH SÓC TRĂNG Chuyên 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 Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Trần Thanh Tâm i LỜI CẢM ƠN Tôi xin cám ơn thầy cô giảng dạy mơn, khoa Cơng trình, khoa sau đại học- Trường Đại học Thủy Lợi Tôi xin chân thành cám ơn, PGS TS Bùi Văn Trường người hướng dẫn khoa học tận tâm nhiệt tình giúp tơi hồn thành luận văn này.Tơi xin cám ơn quan tâm góp ý Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ môn Địa kỹ thuật, khoa Cơng trình, trường Đại học Thủy Lợi Tơi xin cám ơn ủng hộ, động viên tinh thần nhiệt tình lãnh đạo cơng ty, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp suốt thời gian thực luận văn ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ix MỞ ĐẦU CHUƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CỌC CÁT 1.1 Khái quát đất yếu 1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng cọc cát 1.2.1 Khái niệm cọc cát 1.2.2 Đặc điểm, điều kiện làm việc cọc cát 1.2.3.Tình hình nghiên cứu cọc cát 1.2.4.Tình hình ứng dụng cọc cát 26 1.3 Kết luận chương 28 CHUƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG CỌC CÁT 30 2.1 Trình tự tính toán cọc cát 31 2.2.Tính tốn, thiết kế cọc cát 32 2.2.1 Xác định hệ số rỗng enc đất sau nén chặt cọc cát: 32 2.2.2 Xác định diện tích nén chặt 33 2.2.3 Xác định số lượng cọc cát 34 2.2.4 Bố trí cọc cát: 34 2.2.5 Xác định độ đầm nện cọc cát: 39 2.2.6 Xác định chiều sâu nén chặt cọc cát: 40 2.2.7 Xác định sức chịu tải đất sau nén chặt cọc cát 42 2.2.8 Độ lún đất sau nén chặt cọc cát 43 2.3 Biện pháp thi công gia cố đất yếu cọc cát: 43 2.4 Kiểm tra cọc cát sau thi công: 47 2.5 Kết luận chương II: 48 iii CHUƠNG III TÍNH TỐN ỨNG ỤNG XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC CÁT CHO TUYẾN ĐƯỜNG TRÁNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN LONG PHÚ, TỈNH SÓC TRĂNG 49 3.1 Khái qt chung cơng trình 49 3.1.1 Giới thiệu cơng trình 49 3.1.2 Điều kiện tự nhiên 51 3.2 Các thông số vật liệu tải trọng cơng trình 57 3.2.1 Các thông số, yêu cầu vật liệu sử dụng 57 3.2.2 Chiều cao đắp tải trọng tính tốn 58 2.2.3 Các yêu cầu kỹ thuật cơng trình 60 3.3 Tính tốn thiết kế xử lý cọc cát 61 3.3.1 Thiết kế xử lý phân đoạn từ Km 0+750 đến Km 2+300 61 3.3.2.Thiết kế xử lý phân đoạn từ Km2+300 đến Km 3+000 64 3.3.3 Thiết kế xử lý phân đoạn từ Km0+000 đến Km0+750 67 3.4 Tính tốn biến dạng ổn định đường 70 3.4.1 Phương pháp tính tốn 70 3.4.2 Giới thiệu phần mềm Plaxis 71 3.4.3 Mơ hình tính tốn 72 3.4.5 Phân tích kết tính tốn 87 3.5 Kết luận chương 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 91 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Minh họa cho đất hỗn hợp 10 Hình 1.2 Minh họa cho đất cải tạo 14 Hình 1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ diện tích thay đường cong thời gian lún cải tiến 24 Hình 1.4 Ảnh hưởng tập trung ứng suất đến tượng cố kết 25 Hình 2.1 Biểu đồ đường cong nén lún e = f(P) 32 Hình 2.2: Bố trí cọc cát phạm vi nén chặt đất 34 Hình 2.3: Sơ đồ bố trí cọc cát 35 Hình 2.4: Biểu đồ xác định khoảng cách cọc cát 36 Hình 2.5: Lưới tam giác 41 Hình 2.6 : Trình tự thi công cọc cát 44 Hình 2.7: Mũi cọc đệm gỗ mũi cọc có lề 45 Hình 2.8: Thiết bị đóng cọc cát khơng dùng ống thép 47 Hình 3.1: Sơ đồ tính toán tải trọng xe 59 Hình 3.2: Sơ đồ xác định chiều cao đắp bù lún 60 Hình 3.3: Sơ đồ bố trí cọc cát phân đoạn Km0+750 –Km2+300 64 Hình 3.4: Mặt cắt ngang A-A xử lý cọc cát phân đoạn Km0+750 – Km2+30064 Hình 3.5: Sơ đồ bố trí cọc cát phân đoạn Km2+300- Km 3+0.00 67 Hình 3.6: Mặt cắt ngang B-B xử lý cọc cát phân đoạn Km2+300- Km 3+0.00 67 Hình 3.7: Sơ đồ bố trí cọc cát phân đoạn Km0+000 – Km0+750 70 Hình 3.8: Mặt cắt ngang C-C xử lý cọc cát phân đoạn Km0+000 – Km0+75070 Hình 3.9 Mơ hình Plaxis mô khối đắp xử lý gia cố cọc cát cho phân đoạn đường Km0+750 –Km2+300 73 Hình 3.10 Mơ hình Plaxis mơ khối đắp xử lý gia cố cọc cát cho phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 73 Hình 3.11 Mơ hình Plaxis mô khối đắp xử lý gia cố cọc cát cho phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 74 v Hình 3.12 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km0+750 –Km2+300 75 Hình 3.13 Lún giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km0+750 –Km2+300 75 Hình 3.14 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km0+750 –Km2+300 76 Hình 3.15 Lún giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km0+750 – Km2+300 76 Hình 3.16 Chuyển vị lưới giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 – Km2+300 77 Hình 3.17 Chuyển vị thẳng đứng giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 –Km2+300 77 Hình 3.18 Lún giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 –Km2+30078 Hình 3.19 Lún mặt đường giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 – Km2+300 78 Hình 3.20 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 79 Hình 3.21 Lún giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 79 Hình 3.22 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 80 Hình 3.23 Lún giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 80 Hình 3.24 Chuyển vị lưới giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 81 Hình 3.25 Chuyển vị thẳng đứng giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 81 Hình 3.26 Lún giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 82 Hình 3.27 Lún mặt đường giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 82 vi Hình 3.28 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 83 Hình 3.29 Lún giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 83 Hình 3.30 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 84 Hình 3.31 Lún giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 84 Hình 3.32 Chuyển vị lưới giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 85 Hình 3.33 Chuyển vị thẳng đứng giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 85 Hình 3.34 Lún giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 86 Hình 3.35 Lún mặt đường giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 86 vii DANH MỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Hệ số ղ 37 Bảng 3.1 Các thơng số tính tốn lớp phân đoạn từ Km 0+750 đến Km 2+30062 Bảng 3.2 Các thông số mơ hình 72 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết tính tốn chuyển vị giai đoạn thi cơng sử dụng đường 87 viii Hình 3.16 Chuyển vị lưới giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 – Km2+300 Hình 3.17 Chuyển vị thẳng đứng giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 –Km2+300 77 Hình 3.18 Lún giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 –Km2+300 Hình 3.19 Lún mặt đường giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+750 – Km2+300 78 3.4.4.2 Kết tính tốn phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 Kết tính tốn phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000được trình hình 3.20 đến hình 3.28 Hình 3.20 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 Hình 3.21 Lún giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 79 Hình 3.22 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 Hình 3.23 Lún giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 80 Hình 3.24 Chuyển vị lưới giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 Hình 3.25 Chuyển vị thẳng đứng giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 81 Hình 3.26 Lún giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 Hình 3.27 Lún mặt đường giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km2+300 đến Km 3+000 82 3.4.4.3 Kết tính tốn phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 Kết tính tốn phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750được trình hình 3.28 đến hình 3.35 Hình 3.28 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 Hình 3.29 Lún giai đoạn thi công cọc cát đệm cát phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 83 Hình 3.30 Chuyển vị lưới giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 Hình 3.31 Lún giai đoạn thi công đắp đất phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 84 Hình 3.32 Chuyển vị lưới giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 Hình 3.33 Chuyển vị thẳng đứng giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 85 Hình 3.34 Lún giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 Hình 3.35 Lún mặt đường giai đoạn sử dụng phân đoạn đường Km0+000 đến Km0+750 86 3.4.5 Phân tích kết tính tốn Kết tính tốn chuyển vị giai đoạn thi cơng sử dụng đường tổng hợp bảng 3.3 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết tính tốn chuyển vị giai đoạn thi công sử dụng đường Phân đoạn đường tính tốn Số TT I II III Kết tính Giai đoạn thi công cọc cát đệm cát Chuyển vị lưới (mm) Lún (mm) Giai đoạn thi công đắp đất Chuyển vị lưới (mm) Lún (mm) Giai đoạn sử dụng đường Chuyển vị lưới (mm) Chuyển vị thẳng đứng (mm) Lún (mm) Lún mặt đường (mm) K0+750 đến K2+300 K2+300 đến K3+000 K0+000 đến K0+750 23,74 22,51 12,20 11,17 12,03 10,60 119,74 106,03 81,93 63,16 62,23 49,66 137,94 137,80 120,52 137,24 93,39 91,46 70,50 91,41 72,21 70,55 56,21 70,47 Phân tích kết tính tốn chuyển vị giai đoạn thi công sử dụng đường (bảng 3.3) cho thấy: -Trong giai đoạn thi công cọc cát đệm cát, phân đoạn đường K0+750 - K2+300 có độ lún đường lớn 22,51mm, phân đoạn đường K0+000 - K0+750 có độ lún đường nhỏ 10,60 mm - Ở giai đoạn thi công đắp đất giai đoạn sử dụng đường, phân đoạn đường từ K0+750 đến K2+300 có độ lún lớn 106,03mm, giảm dần phân đoạn đường K2+300-K3+000 (70,50mm) đến phân đoạn đường K0+000- K0+750 56,21mm Độ lún mặt đường đạt trị số lớn phân đoạn đường K0+750 K2+300 giảm đến trị số nhỏ phân đoạn đường K0+000 - K0+750 Điều phù hợp với đặc điểm cấu trúc, chiều dày tính chất đất yếu đường phân đoạn đường 87 - Với kết tính tốn độ lún mặt đường phân đoạn đường đảm bảo nhỏ độ lún cho phép 20 cm Như vậy, thiết kế xử lý đất yếu đường cho phân đoạn đường trình đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 3.5 Kết luận chương Qua kết tính tốn tác giả rút kết luận sau: Sử dụng giải pháp xử lý đất yếu phương pháp cọc cát cho tuyến tránh nhà máy nhiệt điện huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng Giải số vấn đề ổn định lún nền, lún mặt đường chuyển vị cơng trình đất yếu cụ thể sau: - Kiểm soát phân bố chuyển vị lưới, chuyển vị thẳng đứng, giảm tối thiểu khả gây lún phân đoạn - Chiều dài khoảng cách cọc cát cho phân đoạn tính tốn thiết kế để đạt độ lún theo u cầu tính tốn - Giảm thời gian xây dựng cơng trình tương đối lớn, chi phí xây dựng cơng trình rẻ hiệu kỹ thuật cao, kiểm tra chất lượng cơng trình Kết tính tốn độ lún (theo mơ phần mềm plaxis) độ lún đường thỏa điều kiện ổn định so với độ lún ổn định cho phép đường ≤20cm (theo tiêu chuẩn thiết kế 22TCN 262-2000) 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận: Giải pháp gia cố đường tuyến tránh đất yếu phương pháp cọc cát giải số vấn đề ổn định chuyển vị cơng trình xây dựng đất yếu cụ thể sau: - Giảm thời gian xây dựng cơng trình tương đối lớn, chi phí xây dựng cơng trình rẻ hiệu kỹ thuật cao, kiểm tra chất lượng cơng trình - Chiều dài khoảng cách cọc cát cho phân đoạn tính tốn thiết kế để đạt độ lún theo u cầu tính tốn Ở Sóc Trăng có nhiều nơi gặp tầng đất yếu có chiều dày khoảng đến 10m, loại đất yếu thường đất sét, sét pha, cát pha dẻo mềm, có góc ma sát khoảng từ đến 10 việc sử dụng cọc cát để gia cố đất yếu địa bàn Sóc Trăng hợp lý thích hợp II Kiến nghị: - Đề nghị sử dụng giải pháp cọc cho cơng trình có u cầu xử lý tốt giải pháp kỹ thuật yêu cầu tiến độ thi công nhanh, giá thành thấp - Giải pháp sử dụng cọc cát với chiều dài thay đổi không áp dụng để xử lý đường cho tuyến tránh, mà nên áp dụng cho tất cơng trình có u cầu xử lý đất yếu nhà máy, nhà kho, cống hộp ngang đường, cơng trình thủy lợi… - Trên địa bàn Sóc Trăng có đoạn đường áp dụng cọc cát để gia cố đất yếu đạt hiệu tốt Như vậy, chứng tỏ việc áp dụng cọc cát để gia cố đất yếu để xây dựng đưởng địa bàn Sóc Trăng hợp lý có sở lý thuyết thực tiễn - Với kết tính tốn ta thấy, phương pháp gia cường đất yếu cọc cát làm giảm đáng kể độ lún Trị số giảm độ lún giảm tăng tỷ số thay diện tích a s (Ví dụ trường hợp đất yếu nhiều lớp hông gia cường tức as 89 = với tải trọng đắp phía 6m có độ lún 0,53m; trường hợp gia cường cọc cát với tỷ số diện tích thay as= 0,1 với tải trọng lún 0,44m Như độ lún giảm tới 12% Còn tỉ số thay diện tích tăng lên đến 0,3 độ lún giảm đến gần 70%) 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Hoàng Văn Tân đồng nghiệp (1997), Những phương pháp xây dựng cơng trình đất yếu, Nhà xuất Xây dựng – Hà Nội [2] Tiêu chuẩn ngành Quy trình khảo sát thiết kế đường ô tô đắp đất yếu 22 TCN 262 – 2000, Nhà xuất Xây dựng – Hà Nội [3] Nguyễn Văn Quảng đồng nghiệp (2005), Nền móng cơng trình dân dụng – cơng nghiệp, Nhà xuất Xây dựng – Hà Nội [4] Tạ Đức Thịnh đồng nghiệp (2010), Nền móng cơng trình, Nhà xuất Xây dựng – Hà Nội [5] Dương Học Hải (2013), Xây dựng đường ô tô đắp đất yếu, Nhà xuất Xây dựng – Hà Nội 91 ... đặc điểm đất yếu địa phương; - Ứng dụng thiết kế xử lý cọc cát cho cơng trình cụ thể tuyến đường tránh nhà máy nhiệt điện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CỌC CÁT Ở Việt... - Nghiên cứu sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, lựa chọn thơng số thiết kế xử lý đất yếu cọc cát; - Ứng dụng thiết kế xử lý cọc cát cho cơng trình thực tế tuyến đường tránh nhà máy nhiệt điện. .. tra cọc cát sau thi công: 47 2.5 Kết luận chương II: 48 iii CHUƠNG III TÍNH TỐN ỨNG ỤNG XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC CÁT CHO TUYẾN ĐƯỜNG TRÁNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN LONG PHÚ, TỈNH SÓC TRĂNG