Nghiên cứu giải pháp hợp lý nền đất yếu đắp đê ven đầm biển, ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - - NGUYỄN QUỐC TRƯỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐẮP ĐÊ VEN ĐẦM BIỂN, ỨNG DỤNG CHO ĐÊ ĐẦM NẠI TỈNH NINH THUẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - - NGUYỄN QUỐC TRƯỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐẮP ĐÊ VEN ĐẦM BIỂN, ỨNG DỤNG CHO ĐÊ ĐẦM NẠI TỈNH NINH THUẬN Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số 60-58-02-02 : NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS.TS HOÀNG VIỆT HÙNG NINH THUẬN, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tác giả 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 Nguyễn Quốc Trường i LỜI CÁM ƠN Với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy cơ, đồng nghiệp, bạn bè gia đình giúp tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hoàng Việt Hùng, người hướng dẫn trực tiếp vạch định hướng khoa học cho luận văn Xin cảm ơn Nhà trường, thầy cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè tạo điều kiện, giúp đỡ cho tác giả q trình học tập hồn thiện luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, em gia đình động viên, tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập viết luận văn Ninh Thuận, tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Quốc Trường ii MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐÊ BIỂN, ĐÊ VEN ĐẦM TRÊN NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan trạng đê bi n đê ven đầm Việt Nam Ninh Thuận 1.1.1 Tổng quan trạng đê bi n đê ven đầm bi n Việt Nam 1.1.2 Tổng quan trạng đê bi n đê ven đầm t nh Ninh Thuận 1.2 Hiện trạng địa chất vật liệu đất đắp đê bi n đê ven đầm miền Trung Ninh Thuận 1.2.1 Địa chất đê bi n miền Trung 1.2.2 Đặc m địa chất vật liệu đắp đê t nh Ninh Thuận 16 1.3 Các cố thường gặp q trình thi cơng, vận hành đắp đê bi n đê ven đầm đất yếu 19 1.4 Các phương pháp xử lý đất yếu đắp đê bi n đê ven đầm bi n .22 1.4.1 Các biện pháp xử lý kết cấu cơng trình 23 1.4.2 Các biện pháp xử lý móng 23 1.4.3 Các biện pháp xử lý 24 1.5 Kết luận chương 26 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ĐẮP ĐÊ VEN ĐẦM BIỂN 27 2.1 Đặc m địa chất đất yếu đắp đê ven đầm bi n 27 2.1.1 Một số đặc m đất yếu 27 2.1.2 Các loại đất yếu chủ yếu thường gặp 27 2.2 Lý thuyết cố kết thấm 27 2.3 Phân tích q trình biến đổi áp lực nước lỗ rỗng dư .32 2.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến trình cố kết đất .37 2.5 Phân tích, đánh giá phương pháp xử lý đất yếu đắp đê ven bi n ven đầm lựa chọn phương pháp hợp lý 37 2.5.1 Giới thiệu chung 37 2.5.2 Phương pháp làm chặt đất học 38 2.5.3 Phương pháp làm chặt đất sâu chấn động thuỷ chấn 41 2.5.4 Phương pháp gia cố thiết bị tiêu nước thẳng đứng 42 2.5.5 Phương pháp gia cố lượng nổ 43 2.5.6 Phương pháp gia cố vải địa kỹ thuật bấc thấm 43 2.5.7 Phương pháp gia cố chất kết dính 45 iii 2.5.8 Phương pháp gia cố dung dịch 47 2.5.9 Phương pháp vật lý gia cố đất yếu 50 2.5.10 Phương pháp gia cố đất yếu cọc cát, cọc vôi, cọc đất – vôi, cọc đất – ximăng, cọc cát -ximăng – vôi 51 2.5.11 Phương pháp bệ phản áp 53 2.5.12 Phương pháp tăng hệ số mái 54 2.5.13 Phương pháp nén trước 54 2.5.14 Phương pháp cố kết chân không 55 2.5.15 Phân tích, đánh giá lựa chon phương pháp hợp lý 57 2.6 Kết luận chương 59 CHƯƠNG 3.1 MƠ HÌNH BÀI TỐN ỨNG DỤNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 60 Giới thiệu chung cơng trình đê Đầm Nại 60 3.1.1 Vị trí địa lý 60 3.1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ, quy mơ cơng trình kết cấu mặt cắt đê 61 3.1.3 Đặc m địa hình 62 3.1.4 Điều kiện địa chất cơng trình tuyến đê 62 3.1.5 Đặc m khí tượng thủy, hải văn 63 3.1.6 Vật liệu đất đắp đê 65 3.1.7 Điều kiện thi công 66 3.2 Phân tích, lựa chọn giải pháp cho cơng trình 66 3.2.1 Tính tốn sơ tải trọng tác dụng 66 3.2.2 Phân tích điều kiện đất 67 3.2.3 Phân tích đưa giải pháp xử lý 69 3.2.4 Tính tốn sơ giải pháp xử lý 70 3.2.5 Phân tích lựa chọn phương án hợp lý 75 3.3 Phân tích mơ tốn ứng dụng 76 3.3.1 Lựa chọn phần mềm tính tốn 76 3.3.2 Sơ đồ tính tốn 76 3.3.3 Trình tự thi cơng tính tốn 77 3.3.4 Kết tính toán 78 3.3.5 Kết luận chương 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh trạng số tuyến đê, kè bi n Ninh Thuận .7 Hình 1.2 Mặt cắt địa chất n hình tuyến đê khu vực Thanh Hóa .10 Hình 1.3 Mặt cắt địa chất n hình tuyến đê khu vực Nghệ An 12 Hình 1.4 Mặt cắt địa chất n hình tuyến đê khu vực Hà Tĩnh 14 Hình 1.5 Mặt cắt địa chất n hình tuyến đê khu vực Quảng Trị 15 Hình 1.6 Mặt cắt địa chất n hình tuyến đê khu vực Thừa Thiên Huế 16 Hình 1.7 Phá hoại, ổn định bị lún trồi 19 Hình 1.8 Phá hoại bị lún trồi bị đẩy ngang 20 Hình 1.9 Phá hoại ki u trượt sâu 20 Hình 1.10 Hình ảnh trạng lún sụt mặt đê nối tiếp cống Trà Linh 21 Hình 1.11 Hình ảnh trạng lún sụt mặt đê Đầm Nại thi công 21 Hình 1.12 Ảnh chụp cố Tràn Dương Thiện, hệ thống đê Đơng, Bình Định 22 Hình 2.1: Mơ hình Terzaghi 29 Hình 2.2 Kết thí nghiệm xác định hệ số áp lực nước lỗ rỗng ban đầu đất bùn sét 35 Hình 2.3 Phương pháp đầm học 39 Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị nén chặt đất thuỷ chấn 42 Hình 2.5 a, Thi cơng cọc cát; b, Bấc thấm đứng 43 Hình 2.6 Gia cố vải Địa kỹ thuật - Bấc thấm 45 Hình 2.7 Sơ đồ cơng trình vữa ximăng 48 Hình 2.8 Bi u đồ tra lượng vữa xi măng lỗ 48 Hình 2.9 Sơ đồ thiết bị thi công nhựa bitum 49 Hình 2.10 Sơ đồ thiết bị thi công cọc xi măng - đất .53 Hình 2.11 Sơ đồ xử lý đất yếu bệ phản áp 54 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý phương pháp cố kết chân không 57 Hình 3.1 Bản đồ tổng th khu vực Đầm Nại 60 Hình 3.2 Mặt cắt đê bi n Đầm Nại - t nh Ninh Thuận 62 Hình 3.3 Đường trình mực nước triều Trạm triều Quy Nhơn 64 Hình 3.4 Hình vẽ mặt cắt ngang n hình đê Đầm Nại 67 v Hình 3.5 Mơ mặt cắt ngang khối đắp đê Đầm Nại (mặt cắt số 3) 77 Hình 3.6 Sơ đồ lưới phần tử hữu hạn đê (mặt cắt số 3) 77 Hình 3.7 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 78 Hình 3.8 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn 79 Hình 3.9 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 79 Hình 3.10 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn 80 Hình 3.11 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 80 Hình 3.12 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn 81 Hình 3.13 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 81 Hình 3.14 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn 82 Hình 3.15 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 82 Hình 3.16 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn 83 Hình 3.17 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 83 Hình 3.18 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn 84 Hình 3.19 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 84 Hình 3.20 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn 85 Hình 3.21 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 85 Hình 3.22 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn 86 Hình 3.23 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 86 Hình 3.24 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn 87 Hình 3.25 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 87 Hình 3.26 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn 88 Hình 3.27 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 88 Hình 3.28 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn 89 Hình 3.29 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 89 Hình 3.30 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn 90 Hình 3.31 Bi u đồ lún theo thời gian (sau hoàn thành đắp) 90 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Ch tiêu lý chung lớp khu vực Thanh Hóa 10 Bảng 1.2 Ch tiêu lý chung lớp khu vực Nghệ An 11 Bảng 1.3 Ch tiêu lý chung lớp khu vực Hà Tĩnh 13 Bảng 1.4 Ch tiêu lý chung lớp khu vực Quảng Trị 14 Bảng 1.5 Ch tiêu lý chung lớp khu vực Thừa Thiên Huế 16 Bảng 1.6 Các ch tiêu lý lớp đất tuyến đê bao ven đầm Nại .18 Bảng 3.1 Ch tiêu lý lớp đất 63 Bảng 3.2 Mực nước đ nh triều cao thiết kế 64 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm đất đắp 65 Bảng 3.4 Bảng tính tải trọng tác dụng lên cơng trình .67 Bảng 3.5 Bảng tính ứng suất đáy móng 69 Bảng 3.6 Bảng đơn giá chi tiết thi công 100m cọc cát 73 Bảng 3.7 Bảng đơn giá chi tiết thi công 100m2 vải địa kỹ thuật 74 Bảng 3.7 Bảng so sánh phương án xử lý 75 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước ta có khoảng 3260 km đê bi n, phần lớn xây dựng từ năm 30 kỷ trước, có nhiều đoạn xuống cấp nghiêm trọng Theo dự đoán nhà chuyên môn, đê bi n Việt Nam ch chịu gió bão mạnh cấp triều trung bình, bão mạnh kết hợp với triều cường nguy vỡ đê nhiều tuyến xung yếu điều khó tránh khỏi Thống kê cho thấy, số 1450km đê bi n từ Quảng Ninh đến Quảng Nam có khoảng 600km chưa cải tạo, nâng cấp chưa đảm bảo cao trình theo thiết kế Trong số này, hàng loạt m đen dễ vỡ, xuống cấp xuất Hệ thống đê bi n từ Quảng Ngãi đến Kiên Giang bị xuống cấp nghiêm trọng chưa gia cố, tu sửa bên cạnh lại thường xuyên phải chống chịu với sóng lớn triều cường Dải ven bi n Đông từ Bà Rịa - Vũng Tàu đến mũi Cà Mau có số đoạn bị sạt lở làm cho thảm rừng ngập mặn nhiều nơi bị thu hẹp dần, chí có đoạn khơng cịn rừng phịng hộ Vì mùa mưa bão đến, người dân vùng ven bi n lại sống cảnh nơm nớp lo sợ trước nguy vỡ đê, chạy lũ Qua đánh giá, phân tích nguyên nhân gây hư hỏng đê gần nguyên nhân đê nằm địa chất mềm yếu Ninh Thuận thuộc vùng Duyên hải Nam Trung Bộ, phía Bắc giáp t nh Khánh Hịa, phía Nam giáp t nh Bình Thuận, phía Tây giáp t nh Lâm Đồng phía Đơng giáp Bi n Đơng Nền kinh tế phụ thuộc chủ yếu vào sản xuất nông nghiệp khai thác đánh bắt, nuôi trồng thủy sản Đặc biệt vùng ven bi n có nhiều đầm vịnh phù hợp phát tri n du lịch phát tri n nuôi trồng thủy sản sản xuất tôm giống mạnh ngành thủy sản Nhưng điều kiện đất đai bạc màu, thiên nhiên khắc nghiệt, diện tích đất có th khai thác khơng nhiều thu nhập người dân cịn thấp, tình hình ngập lụt xảy thường xuyên, sau mùa mưa lũ đời sống nhân dân khó khăn hơn, mùa khơ nước bi n xâm nhập sâu vào đất liền làm nhiễm mặn đất canh tác, nước sinh hoạt,…Đ khơi phục lại sản xuất, bước ổn Hình 3.10 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn Hình 3.11 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 80 Hình 3.12 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn Hình 3.13 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 81 Hình 3.14 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn Hình 3.15 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 82 Hình 3.16 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn Hình 3.17 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 83 Hình 3.18 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn Hình 3.19 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 84 Hình 3.20 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn Hình 3.21 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 85 Hình 3.22 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn Hình 3.23 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 86 Hình 3.24 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn Hình 3.25 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 87 Hình 3.26 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn Hình 3.27 Lưới biến dạng cơng trình sau giai đoạn 88 Hình 3.28 Chuy n vị thẳng đứng (lún) cơng trình sau giai đoạn Hình 3.29 Chuy n vị ngang cơng trình sau giai đoạn 89 Hình 3.30 Phân bố ứng suất hiệu thẳng đứng sau giai đoạn Hình 3.31 Bi u đồ lún theo thời gian (sau hoàn thành đắp) Đi m E lớp 3b, m D đáy khối đắp 90 3.3.5 Kết luận chương Việc phân tích tính tốn thử dần cho giai đoạn cho thấy việc đắp đợt với thời gian cố kết phân tích tính tốn đạt u cầu Đợt 1: Thi công vải địa kỹ thuật lớp đắp đất đến cao trình +0.5m Chờ đất cố kết 90 ngày Đợt 2: Thi công vải địa kỹ thuật lớp đắp đất đến cao trình +1.50m Chờ đất cố kết 90 ngày Đợt 3: Đắp đất đến cao trình +2.60m đạt cao trình thiết kế Việc ứng dụng kết nghiên cứu đ xác định số lượng đắp thời gian đắp đê ven Đầm Nại cho thấy cần phải đắp phân đợt lớp lớp cách 90 ngày, tổng thời gian thi cơng cơng trình 180 ngày (6 tháng) Độ lún cuối tuyến đê có xét đến tải trọng đê 32 cm Như đ ổn định q trình thi cơng ổn định lâu dài tuyến đê, giải pháp sử dụng cốt địa kỹ thuật đắp phân lớp đợt cách 90 ngày hợp lý 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt luận văn (1) Phân tích tổng quan vấn đề xây dựng đê bi n đất yếu, thống kê tương đối đầy đủ chi tiết điều kiện đất yếu từ Bắc vào Nam đánh giá thống kê ch tiêu đặc trưng n hình (2) Phân tích sở khoa học phương pháp gia tải tăng dần với lượng tăng tải giai đoạn không vượt khả chịu tải đất Trong gia tải nước lỗ rỗng đất ép thoát (đất cố kết), làm giảm hệ số rỗng (e) tăng dung trọng khơ đất, đơi với sức chống cắt đất ( ch tiêu góc ma sát φ lực dính đơn vị c) tăng lên, làm tăng khả chịu tải Sự gia tăng phụ thuộc vào mức độ cố kết đất nền, hay phụ thuộc vào tốc độ cố kết lượng tải trọng tác dụng nên chiều cao lớp đắp phụ thuộc vào sức kháng cắt ban đầu phụ thuộc vào khả nước nền, tốc độ cố kết đất Khi sức chịu tải đất đạt giá trị định tiến hành đắp lớp (3) Mô mơ hình tốn tốn khối đắp đê bi n Đầm Nại yếu, kết phân tích cho thấy ưu m giải pháp kỹ thuật chọn, xác định thời gian tối ưu chờ cố kết nhằm đảm bảo an tồn cho cơng trình (4) Các số liệu thống kê đất đê bi n tài liệu tham khảo cho đánh giá nghiên cứu mở rộng sau Những hạn chế tồn (1) Do điều kiện hạn chế thời gian, luận văn nghiên cứu đánh giá mặt cắt n hình đê đầm Nại (2) Chưa xét hết điều kiện đất nền, ch tập trung nghiên cứu với loại yếu, có hệ số rỗng e>1,0, mô đun biến dạng E