Nghiên cứu sử dụng cọc đất xi măng gia cố nền đất yếu cho công trình đập Đức Lợi, tỉnh Quảng Ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HƯỜNG QUANG VĨ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỌC ĐẤT XI MĂNG GIA CỚ NỀN ĐẤT ́U CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP ĐỨC LỢI, TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ HUY CÔNG Phản biện 1: TS Nguyễn Văn Hướng Phản biện 2: TS Huỳnh Ngọc Hào Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy họp trường Đại học Bách Khoa vào ngày 01 tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài - Đập Đức Lợi thuộc khu vực cửa Lở sông Vệ, địa bàn xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi đã xây dựng từ năm 1986, qua gần 30 năm vận hành khai thác, phần vai, thân đập đã bị hư hỏng nặng, xói ngầm, đến đập gần hư hỏng hoàn toàn, đảm nhận mục tiêu phục vụ ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu thoát lũ, neo đậu trú bão, … nhân dân vùng Việc đầu tư xây dựng cơng trình là vô cần thiết - Kết khảo sát địa chất cơng trình cho thấy chiều dày tầng đất yếu dày, khả chịu tải tính nén lún có tải trọng cơng trình, đất có kết cấu rời rạc ổn định nước tính thấm mạnh; để đảm bảo ổn định cơng trình xây dựng cần phải có biện pháp xử lý Bởi thực tế xây dựng, có nhiều cơng trình bị lún, sập xây dựng đất yếu khơng có biện pháp xử lý hiệu Đây là vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi kết hợp chặt chẽ kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm tối đa cố, hư hỏng cơng trình xây dựng đất yếu - Các giải pháp xử lý đất yếu thông thường như: Các phương pháp làm chặt đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt giếng cát, loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…nhưng cơng trình thủy lợi, việc xử lý đất yếu phải làm giảm tính thấm nền; để giải vấn đề phương pháp cọc đất xi măng có nhiều ưu điểm, nhiên phương pháp phân tích và ý tưởng đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu phương án tính tốn rõ ràng có khoa học Xuất phát từ thực tế trên, chọn đề tài "Nghiên cứu sử dụng cọc đất xi măng gia cố đất yếu cho cơng trình đập Đức Lợi, tỉnh Quảng Ngãi” làm đề tài nghiên cứu 2 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu giải pháp xử lý đập Đức Lợi Phương án chọn là cọc đất xi măng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Xử lý đất yếu cọc đất xi măng để đảm bảo ổn định cơng trình - Phạm vi nghiên cứu: Nền đất yếu thuộc cơng trình đập Đức Lợi, tỉnh Quảng Ngãi Phương pháp nghiên cứu - Thu thập và phân tích tài liệu khảo sát thơng số kỹ thuật cơng trình đã có, đưa giải pháp xử lý, phân tích, so sánh ưu nhược điểm mặt kỹ thuật và kinh tế để chọn giải pháp xử lý phù hợp tầng địa chất cơng trình - Luận văn sử dụng 02 phần mềm Geoslope/Sleep kiểm tra thấm Plaxis để kiểm tra ổn định lún cơng trình trước và sau gia cố cọc đất xi măng Ý nghĩa khoa học thực tiễn Việc nghiên cứu, đề xuất giải pháp xử lý đảm bảo ổn định cơng trình phương pháp cọc đất xi măng ở đập Đức Lợi là sở để vận dụng thực xử lý móng cho số cơng trình tương tự khác CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái qt khu vực xây dựng cơng trình: 1.1.1 Vị trí địa lý Đập Đức Lợi thuộc khu vực cửa Lở sông Vệ, thuộc xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi, cách UBND xã Đức Lợi khoảng 0,5 km hướng Đông Nam, cách thị trấn Mộ Đức khoảng 16,2 km hướng Tây Nam; cách cửa Lở sơng Vệ 1,6 km hướng Đơng Tây, có tọa độ địa lý vào khoảng 15004’50’’ vĩ độ Bắc và 108053’49’’ kinh độ Đơng Vị trí cơng trình chụp Google earth H1.1: Hình 1.1: Vị trí thiết kế cơng trình 1.1.2 Nhiệm vụ cơng trình - Ngăn mặn, giữ cho đất sản xuất nông nghiệp xã: Đức Lợi, Đức Thắng, Đức Chánh, Đức Nhuận (ngăn mặn 170 ha, giữ 350 ha); - Bảo vệ khu dân cư, tăng khả tiêu lũ và hạn chế tình trạng ngập lụt kéo dài vùng dự án; - Kết hợp giao thông qua lại; cứu hộ, cứu nạn mùa mưa bão và neo đậu tàu thuyền 1.1.3 Sự cần thiết dự án Đập Đức Lợi thuộc khu vực cửa Lở sông Vệ, địa bàn xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi đã xây dựng 35 năm, phần vai, thân đập đã bị hư hỏng nặng; đập khơng đảm nhận mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu thoát lũ, trú tàu thuyền, … ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt 1.818 hộ dân thuộc xã Đức Lợi; đầu tư dự án là ước nguyện nhân dân vùng Hình ảnh trạng đập Đức Lợi sau: Hình 1.2: Lan can cầu bị hư gây an toàn Hình 1.3: Đường hai đầu cầu đất chưa kiên cố Hình 1.5: Đường hai đầu cầu bị nứt, an toàn 1.2 Các thông số kỹ thuật, chủ yếu cơng trình Bảng 1.1: Thơng số kỹ thuật chủ yếu cơng trình TT Hạng mục Đơn vị Chỉ tiêu thiết kế I Các tiêu thiết kế Cấp cơng trình Cấp IV Mực nước lũ tính tốn ứng với tần suất m +1,35 P=2% Tổ hợp tiêu lũ - Mực nước phía đồng m +1,35 Mực nước triều 0,00 thường xuyên Chênh lệch mực nước m 1,35 H Tổ hợp mực nước ngăn mặn - Mực nước phía đồng m +0,00 Mực nước phía biển m +1,08 (mực nước triều P5%) Chênh lệch mực nước m +1,08 H Tổ hợp tính tốn thấm Mực nước lũ tính tốn - ứng với tần suất m 1,35 P=2% - Mực nước triều m -0,3 Chênh lệch mực nước 1,65 H II Đập Kết cấu Bê tông cốt thép M300 - Chiều dài Chiều rộng thơng nước Cao trình ngưỡng cống Cửa van Cao trình đỉnh cửa van Loại cửa van đóng mở Vật liệu cửa - Hình thức đóng mở - 10 11 III Chiều dài bể tiêu Cao trình đáy bể tiêu Chiều dài sân trước Cao trình đáy sân trước Chiều dài gia cố sân trước Chiều dài gia cố sân sau Cầu giao thông đường dẫn * Cầu Kết cấu cầu Tải trọng cầu qua cơng trình Chiều dài nhịp cầu m 74,6 m 12 khoang x 5m m -1,00 m +1,50 Cửa van tự động kết hợp điều tiết Thép không rỉ Sus 304 Tự động kết hợp thủ công m 8,00 m -1,50 m 8,00 m -1,50 m m Rọ đá (2x1x0,5) bọc PVC Rọ đá (2x1x0,5) bọc PVC Bê tông cốt thép M300 HL93 m 12,25 m m m 73,5 +3,00 5,00 Tổng chiều dài cầu Cao trình mặt cầu Bề rộng mặt cầu * Đường dẫn Kết cấu Chiều dài đường dẫn m Bê tông M250 288,00 Bề rộng đường dẫn m 5,00 IV BT lát M250 đặt khung BTCT M250, chân mái gia cố đá hộc lát khan Gia cố mái đường dẫn Kè bảo vệ bờ tả Chiều dài kè bờ tả Cao trình đỉnh kè Kết cấu m m 118,75 +1,00 Chân kè đá hộc thả rời, phía mặt là lớp đá hộc xếp khan; mái kè đá xây vữa M100, dày 25cm, phía là lớp sỏi dày 5cm 1.3 Kết luận chương Đập Đức Lợi đã bị hư hỏng, khơng khả đảm nhận nhiệm vụ, việc đầu tư cơng trình đập Đức Lợi cần thiết và cấp bách; để đảm bảo cơng trình đáp ứng độ bền và sức chịu tải bị tác động tải trọng phải đánh giá địa chất từ đưa giải pháp thiết kế hợp lý Chương LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 2.1 Khái niệm đất yếu - Nền đất yếu là đất không đáp ứng đủ độ bền và sức chịu tải Khi xây dựng đất bị biến dạng nhiều khiến cơng trình khơng ổn định và không đảm bảo tuổi thọ - Tùy thuộc vào tính chất, đặc điểm đất mà áp dụng phương pháp gia cố đất yếu phù hợp Việc xử lí đất yếu để cơng trình đáp ứng đủ điều kiện khai thác, giảm độ lún, tăng sức chịu tải - Các loại đất yếu thường gặp: Đất sét mềm; Đất bùn; Đất than bùn; Cát chảy; Đất ba dan 2.2 Một số giải pháp xử lý đất yếu Một số biện pháp xử lý sau: Phương pháp thay nền; Các phương pháp học; Phương pháp vật lý; Phương pháp nhiệt học; Các phương pháp hóa học; Phương pháp sinh học; Các phương pháp thủy lực; Ngoài có phương pháp nghiên cứu rung hỗn hợp, đâm xuyên, bơm cát 2.3 Đánh giá trạng địa chất đập Đức Lợi Đặc điểm phân bố và đặc tính lý lớp đất phân bố tuyến theo thứ tự từ xuống sau: - Lớp 1: Cát hạt nhỏ màu xám vàng, phía mặt đến độ sâu 0,3m có lớp dăm sạn đá granít phong hóa mãnh liệt lẫn sét màu nâu đỏ Lớp này chỉ xuất ở hố khoan HK1 (khu vực thềm trái đầu vai đập) với chiều dày 1,5m; - Lớp 2: Cát hạt thô lẫn sạn sỏi, màu xám vàng, kết cấu xốp đến chặt vừa, nguồn gốc bồi tích sơng (aQ) Bảng 2.1: Các chỉ tiêu lý lớp đất TT Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị tiêu chuẩn Thành phần hạt P% + Hạt sét (d [J] (-0.3 m) Tiêu (+1.35 m) =0,45 thoát Mực nước lũ Mực nước triều lũ thiết kế P2% thường xuyên Không thấm (+1.35 m) (0.00 m) Mực nước giữ Mực nước triều Không thấm (+0.5 m) (-0.3 m) Giữ Mực nước triều Mực nước giữ thường xuyên Không thấm (+0.5 m) (+0.00 m) Mực nước Mực nước triều Không thấm (0.00 m) P5% (+1.08 m) Ngăn mặn Mực nước giữ Mực nước triều Không thấm (+0.5 m) P5% (+1.08 m) Nhận xét: Ứng mực nước lũ thiết kế P2% = 1,35m, Mực nước phía biển ứng với mực nước triều = -0,3 m (H = 1,65 m ) Jra max= 0,5 > [J] =0,45, khơng ổn định thấm 2.4.2 Tính ổn định lún 2.4.2.1 Điều kiện ổn định theo trạng thái giới hạn thứ (cường độ chịu tải đất Pgh) - Điều kiện ổn định theo trạng thái giới hạn thứ khi: tb 1,2.[P], lớp đất cống không đủ khả chịu tải tác dụng lực bên 2.4.2.2 Điều kiện ổn định theo trạng thái giới hạn thứ hai (tổng độ lún): S [S] = 8cm; Vậy không đảm bảo ổn định lún 16 2.5 Đề xuất giải pháp: 2.5.1 Phân tích lựa chọn phương án xử lý nền: 2.5.1.1 Phương án thay lớp đất mới: 2.5.1.2 Xử lý thấm đóng hàng cừ Larsen ở thượng lưu nhằm kéo dài đường viền thấm, thân đập gia xử lý lún cọc bê tông cốt thép 2.5.1.3 Xử lý cọc đất xi măng 2.5.1.4 So sánh giải pháp kinh tế phương án chọn Nhận xét: Căn cứ phân tích ưu nhược điểm kỹ thuật kinh tế phương án đã đề xuất Tác giả nhận thấy việc sử dụng phương án xử lý cọc đất xi măng (phương pháp Jet – Grouting) cho hiệu tốt đã kiểm định ở nhiều ở Việt Nam giới; địa chất nêu ở trên, chênh lệch cột nước thượng hạ lưu lớn là 1,65 m sử dụng cọc đất xi măng là phù hợp, giá thành thấp, đảm bảo kỹ thuật 2.5.2 Phương án xử lý cọc đất xi măng (phương pháp Jet – Grouting) 2.5.3 Giải pháp chống ăn mòn kết cấu bê tông bê tông cốt thép môi trường nước biển 2.6 Kết luận chương 2: Địa chất trạng (khi chưa xử lý) không đảm bảo thấm và ổn định lún đặt cơng trình; chương đã đưa phương án để xử lý nền, so sánh đánh giá ưu nhược điểm phương án và phương án cọc đất xi măng giải pháp tối ưu nhất, đảm bảo ổn định thấm và sức chịu tải đặt cơng trình; chương Luận văn phải tính tốn đưa thông số kỹ thuật cọc, mật độ cọc và cách bố trí cọc với thơng số kỹ thuật cơng trình nêu ở 17 Chương 3: TÍNH TỐN PHƯƠNG ÁN CHỌN 3.1 Cở sở lý thuyết chọn mơ hình tính tốn - Phần mềm Geo-Slope; - Đối với phần mềm Plaxis 3.2 Tính tốn thấm gia cố Hình 3.1: Mặt cắt điển hình - Kiểm tra chiều dày tường lõi và lựa chọn số hàng cần khoan phụt: Chọn vị trí thi công tường chống thấm mép thượng lưu đập, tác giả chọn phương án hàng cọc D80 cm, tạo chiều dày tường chống thấm hiệu dụng t=0,8 m, chiều dài cọc đất xi măng L = 7m (khoan cắm sâu vào lớp số 2), chi tiết bố trí lỗ khoan hình 3.2, thiết kế này phù hợp với TCCS 05:2010/VKHTLVN [2] Hình 3.2: Sơ đồ bố trí hàng cọc đất xi măng D80 - Kết tính toán trường hợp xử lý chống thấm cho hàng cọc xi măng đất D80 cm cho tổ hợp tính tốn theo bảng sau: 18 T T Bảng 3.1: Các tổ hợp tính tốn đã gia cố cọc đất xi măng Hệ số thấm Hệ số thấm Tổ cọc đất Phía Sơng Phía Biển đất Knền hợp xi măng (m/s) KXMĐ (m/s) Mực nước Mực nước lũ thiết kế Lớp 2: 9,1.10-6 triều 2.10-8 P2% Lớp 3: 3,2.10-6 (-0.3 m) (+1.35 m) Tiêu thoát Mực nước Mực nước lũ triều lũ thiết kế Lớp 2: 9,1.10-6 thường 2.10-8 P2% Lớp 3: 3,2.10-6 xuyên (+1.35 m) (0.00 m) Mực nước Mực nước Lớp 2: 9,1.10-6 giữ triều 2.10-8 Lớp 3: 3,2.10-6 (+0.5 m) (-0.3 m) Mực nước Giữ Mực nước triều Lớp 2: 9,1.10-6 giữ thường 2.10-8 Lớp 3: 3,2.10-6 (+0.5 m) xuyên (+0.00 m) Mực nước Mực nước Lớp 2: 9,1.10-6 (0.00 triều P5% 2.10-8 Lớp 3: 3,2.10-6 Ngă m) (+1.08 m) n Mực nước Mực nước mặn Lớp 2: 9,1.10-6 giữ triều P5% 2.10-8 Lớp 3: 3,2.10-6 (+0.5 m) (+1.08 m) 19 - Kết thấm Tổ hợp chạy chương trình: + Tổ hợp 1: Hình 3.3: Kết tính thấm, tổ hợp 1: + Tổ hợp 2: Hình 3.4: Kết tính thấm, tổ hợp 2: 20 Bảng 3.2: Kết tính tốn tổ hợp đã gia cố cọc đất xi măng TT Tổ hợp Phía Sơng Phía Biển Kết Mực nước lũ Khơng thấm Mực nước triều thiết kế P2% (Jra max= 0,14 (-0.3 m) (+1.35 m) < [J] =0,45) Mực nước lũ Mực nước triều Tiêu thiết kế P2% thường xuyên Khơng thấm lũ (+1.35 m) (0.00 m) Mực nước giữ Mực nước triều Không thấm (+0.5 m) (-0.3 m) Giữ Mực nước triều Mực nước giữ thường xuyên Không thấm (+0.5 m) (+0.00 m) Mực nước Mực nước triều Không thấm (0.00 m) P5% (+1.08 m) Ngăn mặn Mực nước giữ Mực nước triều Không thấm (+0.5 m) P5% (+1.08 m) Nhận xét: Trường hợp (bất lợi nhất) sau xử lý hàng cọc đất xi măng kết Jra max= 0,14 < [J] =0,45: Nền đã ổn định thấm 3.3 Tính ổn định lún gia cố cọc đất xi măng 3.3.1 Tính tốn chương trình Plaxis: 3.3.1.1 Điều kiện ổn định theo trạng thái giới hạn thứ (Cường độ chịu tải đất Pgh): Bảng 3.3: Tính toán chỉ tiêu lý tương đương + Chỉ tiêu lý tự nhiên lớp đất (Cát hạt vừa) E C   STT (T/m ) (T/m2) (T/m ) Độ 1,74 1,33 25,0 21 + Chỉ tiêu lý vật liệu xi măng: E  STT (T/m2) (T/m3) 1,5 3,00  Độ C (T/m2) 27,0 138,00 + Chỉ tiêu lý tương đương (khi đã đóng cọc đất xi măng) E C   STT (T/m2) (T/m2) (T/m3) Độ 1,71 1,543 25,26 17,60 Bảng 3.4: Kết tính tốn max, tb (T/m2) [P] (T/m2): Trường hợp TH THI CÔNG [P] Giá trị max 6,07 1,2[P] = 8,364 (T/m2) 5,28 6,97 Giá trị tb (T/m2) Nhận xét: Sau gia cố, đập đảm bảo ổn định theo trạng thái giới hạn thứ tác dụng tải trọng 3.3.1.2 Điều kiện ổn định theo trạng thái giới hạn thứ hai (tổng độ lún) Bảng 3.5: Thông số địa chất để tính tốn ổn định lún với thông số lý đã gia cố cọc đất xi măng Ứng với Lớp C   STT E (T/m ) ứng tb đất (T/m2) (T/m3) Độ (T/m2) Lớp 1,71 1,543 25,26 17,60 5,28 - Kết tính tốn chương trình Plaxis ứng với ứng suất lớn tb(T/m2): 22 Hình 3.9: Kết tính ổn định lún gia cố Nhận xét: Kết tính tốn tổng độ lún S=72,22mm =7,222cm