Nghiên cứu lựa chọn thông số thiết kế cọc đất xi măng xử lý nền đường ở Sóc Trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI HUỲNH VĂN BẰNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC ĐẤT XI MĂNG XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG Ở SÓC TRĂNG - TRÀ VINH ỨNG DỤNG CHO ĐƯỜNG VÀO CẦU C16, KHU KINH TẾ ĐỊNH AN 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, NĂM 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 Huỳnh Văn Bằng i LỜI CÁM ƠN Tôi xin cám ơn thầy cô giảng dạy mơn, khoa cơng trình, Phịng Đào tạo Đại học 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 Tơi xin cám ơn quan tâm góp ý Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trường Đại học Thủy Lợi Tôi 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 Không có động viên họ, tơi khơng thể đến đích cuối chương trình đào tạo thạc sĩ ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ v DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .x MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỌC XI MĂNG ĐẤT 1.1 Lịch sử hình thành ứng dụng cọc đất xi măng 1.1.1 Lịch sử hình thành cọc đất xi măng 1.1.2 Tình hình ứng dụng cọc đất xi măng giới 1.1.3 Tình hình ứng dụng cọc đất xi măng Việt Nam 1.2 Đặc điểm tính chất cọc xi măng đất 1.2.1 Vật liệu chế tạo cọc 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành cường độ .8 1.3 Kết luận chương 13 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG Ở SÓC TRĂNG-TRÀ VINH 15 2.1 Cơ sở lý thuyết: .16 2.2 Cấu trúc, tính chất đất yếu Sóc Trăng – Trà Vinh 17 2.2.1 Đặc điểm, tính chất đất yếu đồng Cửu Long [2] 17 2.2.2 Cấu trúc, tính chất đất yếu Sóc Trăng, Trà Vinh 26 2.2.3 Đặc điểm nước đất 29 2.3 Nghiên cứu vật liệu tạo cọc đất xi măng phịng thí nghiệm 31 2.3.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng phát triển cường độ tính chất vật liệu tạo cọc ĐXM 31 2.3.2 Phân tích kết thí nghiệm 38 2.4 Nghiên cứu điều kiện làm việc cọc đất xi măng trường 39 2.4.1 Mục đích , nội dung nghiên cứu 39 2.4.2 Khoan lõi nén kiểm tra cường độ vật liệu tạo cọc 39 2.4.3 Thử tải tĩnh cọc .42 2.4.4 Khảo sát kích thước hình dạng cọc 47 2.4.5 Phân tích, đánh giá điều kiện làm việc cọc 48 2.5 Đề xuất lựa chọn thông số thiết kế cọc đất xi măng 54 iii 2.5.1 Lựa chọn thông số vật liệu tạo cọc ĐXM 54 2.5.2 Lựa chọn tiêu, tính chất đất 55 2.5.3 Lựa chọn thông số hình học cọc 55 2.5.4 Các thông số kỹ thuật thi công cọc 59 2.5.5 Kiểm tra chất lượng cọc 60 2.6 Kết luận chương 62 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THIẾT KẾ CỌC ĐẤT XI MĂNG DỰ ÁN ĐƯỜNG VÀO CẦU C16, KHU KINH TẾ ĐỊNH AN 63 3.1 Tổng quan cơng trình 63 3.1.1 Vị trí, trạng, đặc điểm quy mơ cơng trình 63 3.1.2 Hiện trạng cơng trình 64 3.1.3 Quy mô đường vào cầu 65 3.1.4 Điều kiện tự nhiên 69 3.1.5 Đặc điểm địa chất 71 3.2 Thiết kế cọc xi măng đất 71 3.2.1 Lựa chọn cường độ cọc xi măng đất xác định hàm lượng hợp lý 71 3.2.2 Xác định đường kính cọc, chiều dài khoảng cách cọc 72 3.2.3 Tính tốn gia cố cọc xi măng đất 73 3.3 Kết luận chương 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94 I Kết luận: 94 II Kiến nghị: 96 III Hướng nghiên cứu tiếp theo: 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 100 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Acol : Diện tích cọc xi măng đất as : Diện tích tương đối cọc xi măng đất Asoil : Diện tích vùng đất yếu cần gia cố xung quanh cọc xi măng B, L, H : Chiều rộng, chiều dài chiều cao nhóm cọc xi măng đất Ccol : Lực dính cọc xi măng đất Cci : Chỉ số nén lún Cu.soil : Độ bền chống cắt khơng nước CĐXM : Cọc đất xi măng cu : Lực dính cọc xi măng – đất đất gia cố Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với q trình dỡ tải Csoil đất : Lực dính vùng đất yếu cần gia cố xung quanh cọc xi măng Ctđ : Lực dính tương đương đất yếu gia cố d : Đường kính cọc DM : Công nghệ trộn sâu ĐXM : Đất xi măng Ecol : Mô đun đàn hồi cọc xi măng đất Esoil : Mô đun đàn hồi vùng đất yếu cần gia cố Etđ : Mô đun đàn hồi tương đương đất yếu gia cố E50 : Mô đun biến dạng eoi : Hệ số rỗng lớp đất Fs : Là hệ số an toàn H : Chiều cao đắp v Lcol : Chiều dài cọc LVThS : Luận văn Thạc sĩ [M] : Moment giới hạn cọc xi măng đất N : Nước XM : Xi măng N/XM : Nước/ xi măng Qult : Sức chịu tải giới hạn cọc xi măng đất [S] : Độ lún giới hạn cho phép ∑ Si : Độ lún tổng cộng móng cọc φ col : Góc nội ma sát cọc xi măng đất φ soil : Góc nội ma sát vùng đất yếu cần gia cố xung quanh cọc xi măng đất φ tđ : Góc nội ma sát tương đương đất yếu gia cố hi : Bề dày lớp đất tính lún thứ i σ’ vo : Ứng suất trọng lượng thân Δ σ’v : Gia tăng ứng suất thẳng đứng σ’ p : Ứng suất tiền cố kết Qp : khả chịu tải cột nhóm cọc ffs : Hệ số riêng phần trọng lượng đất fq : Hệ số riêng phần tải trọng q : Ngoại tải tác dụng γ : Dung trọng đất đắp R : Bán kính cung trượt tròn τe : Sức chống cắt vật liệu đất đắp τ av : Sức chống cắt vật liệu cọc Δl : Chiều dài cung trượt tương ứng vi xi : Cánh tay đòn mảnh thứ I so với tâm quay wi : Trọng lượng mảnh thứ i φi : Góc ma sát lớp đất Ltb : Độ sâu hạ cọc đất kể từ đáy đài Q : Khối lượng đất trạng thái tự nhiên t : Tỉ lệ xi măng dự kiến vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ảnh hưởng loại đất (KaKi Yang, 1991) Hình 1.2 Ảnh hưởng loại xi măng đến cường độ nén 10 Hình 1.3 Ảnh hưởng hàm lượng xi măng 10 Hình 1.4 Ảnh hưởng lượng nước ban đầu 11 Hình 1.5 Ảnh hưởng ngày tuổi 12 Hình 2.1 Cột địa tầng đặc trưng Sóc Trăng (Cầu Vĩnh Châu 2) 27 Hình 2.2 Mặt cắt địa chất đặc trưng Trà Vinh 28 Hình 2.3 Đúc mẫu ĐXM thí nghiệm 33 Hình 2.4 Quan hệ tỉ lệ N/XM cường độ nén nở hông ngày 35 Hình 2.5 Quan hệ hàm lượng xi măng cường độ nén nở hông ngày 35 Hình 2.6 Quan hệ tỉ lệ N/XM cường độ nén nở hông 14 ngày 36 Hình 2.7 Quan hệ hàm lượng xi măng cường độ nén nở hông 14 ngày 36 Hình 2.8 Quan hệ tỉ lệ N/XM cường độ nén nở hông 28 ngày 37 Hình 2.9 Quan hệ hàm lượng xi măng cường độ nén nở hông 28 ngày 37 Hình 2.10 Hình khoan lấy lõi cọc ĐXM 40 Hình 2.11 Cường độ mẫu khoan Mố A Cầu C16 42 Hình 2.12 thí nghiệm thử tải tĩnh cọc 43 Hình 2.13 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 45 Hình 2.14 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 93 46 Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún cọc số 156 46 Hình 2.16 Đào để lộ đầu cọc ĐXM để kiểm tra số lượng kích thước 47 Hình 2.17 Quan hệ bán kính cọc sức chịu tải cọc 56 Hình 2.18 Quan hệ bán kính cọc độ lún gia cố 56 Hình 2.19 Quan hệ chiều dài cọc sức chịu tải cọc 57 Hình 2.20 Quan hệ chiều dài cọc độ lún gia cố 57 Hình 2.21 Quan hệ khoảng cách cọc độ lún gia cố 59 Hình 2.22 Sơ đồ quản lý chất lượng 61 Hình 2.23 Hệ thống theo dõi thi công 61 Hình 3.1 Vị trí dự án cầu C16 63 viii 104 Mơ hình mơ khối đắp gia cố cọc ĐXM, tất phần tử 105 chạy theo mơ hình Morh-Coulomb (MC) Hình Sơ đồ mơ phần mềm Plaxis Phân bố ứng suất, áp lực nước lỗ rỗng thể hình hình Hình 2: Phân bố ứng suất cơng trình 106 Hình 3: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng đất Hình Lưới biến dạng cơng trình 107 Hình biểu diễn lưới biến dạng cơng trình, độ lún lớn khối đắp sau xử lý nền, 0,0621 m tương đương 6,21cm Hình Chuyển vị đứng (lún) cơng trình Hình Thể phổ chuyển vị đứng (lún) cơng trình, trị số chuyển vị lớn tập trung đỉnh khối đắp tim đường Vùng lún lớn tập trung đỉnh khối đắp với trị số 0,04521m tương đương 4,521cm 108 Hình Chuyển vị đứng (lún) mặt cắt đường A-A 109 110 111 112 113 114 Cường độ chịu nén ngày tuổi Hàm lượng xi măng (kg) Tỉ lệ N/XM 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 0,8 Trọng lượng mẫu (g) Khối lượng thể Lực nén Cường độ chịu nén Trung bình tích (g/cm3) kN (daN/cm2) (Mpa) 321,30 1,636 1,020 5,195 319,83 1,629 0,947 4,824 321,47 1,637 1,156 5,886 320,01 1,630 1,195 6,086 320,47 1,632 1,085 5,527 320,84 1,634 1,049 5,340 319,98 1,630 1,421 7,237 320,05 1,630 1,347 6,862 319,85 1,629 1,301 6,624 319,74 1,628 1,559 7,941 319,95 1,629 1,570 7,996 321,05 1,635 1,388 7,068 320,60 1,633 1,444 7,354 320,68 1,633 1,577 8,032 319,79 1,629 1,613 8,213 320,37 1,632 1,599 8,143 320,28 1,631 1,827 9,305 320,95 1,635 1,577 8,034 320,73 1,633 1,814 9,238 320,83 1,634 1,801 9,170 319,68 1,628 1,729 8,806 320,86 1,634 1,872 9,536 320,38 1,632 1,789 9,111 321,35 1,637 1,802 9,177 320,13 1,630 1,909 9,723 319,70 1,628 1,814 9,240 320,17 1,631 1,868 9,514 319,61 1,628 1,915 9,751 320,30 1,631 2,012 10,249 321,16 1,636 1,867 9,510 320,68 1,633 2,066 10,523 320,61 1,633 2,013 10,250 320,91 1,634 1,925 9,806 115 5,302 5,651 6,908 7,668 7,866 8,494 9,071 9,275 9,492 9,837 10,193 Cường độ chịu nén 14 ngày tuổi Hàm lượng xi Tỉ lệ Trọng lượng măng N/XM mẫu (g) (kg) 319,79 190 321,36 319,93 320,64 200 320,27 320,16 319,64 210 321,10 320,30 320,38 220 319,55 321,48 320,29 230 320,93 321,29 321,43 240 0,8 321,23 319,77 321,33 250 319,79 320,59 320,55 260 319,54 321,05 320,74 270 320,27 321,38 320,94 280 319,80 321,31 320,77 290 320,00 320,17 Khối lượng thể tích (g/cm3) Lực nén kN 1,629 1,637 1,629 1,633 1,631 1,631 1,628 1,635 1,631 1,632 1,627 1,637 1,631 1,634 1,636 1,637 1,636 1,629 1,637 1,629 1,633 1,633 1,627 1,635 1,634 1,631 1,637 1,635 1,629 1,636 1,634 1,630 1,631 1,261 1,169 1,383 1,493 1,378 1,284 1,672 1,687 1,544 1,821 1,841 1,716 1,768 1,979 2,033 1,935 2,161 1,927 2,141 2,105 2,067 2,300 2,236 2,244 2,303 2,227 2,283 2,387 2,457 2,351 2,500 2,438 2,312 116 Cường độ Trung bình chịu nén (Mpa) (daN/cm2) 6,421 5,955 7,046 7,604 7,016 6,537 8,514 8,591 7,864 9,276 9,376 8,742 9,006 10,080 10,355 9,856 11,005 9,815 10,906 10,720 10,528 11,714 11,389 11,430 11,729 11,342 11,627 12,155 12,511 11,975 12,730 12,415 11,773 6,474 7,052 8,323 9,131 9,814 10,225 10,718 11,511 11,566 12,214 12,306 Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi Hàm lượng xi Tỉ lệ Trọng lượng măng (kg) N/XM mẫu (g) 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 0,8 320,95 320,48 320,59 321,42 319,98 320,12 319,75 320,09 320,81 319,59 319,97 320,57 319,78 320,20 319,97 319,75 321,17 320,58 319,69 319,93 319,73 319,80 320,59 320,66 321,41 320,85 320,67 320,93 321,20 320,35 320,76 321,19 321,44 Khối lượng thể tích (g/cm3) Lực nén kN 1,635 1,632 1,633 1,637 1,630 1,630 1,628 1,630 1,634 1,628 1,630 1,633 1,629 1,631 1,630 1,628 1,636 1,633 1,628 1,629 1,628 1,629 1,633 1,633 1,637 1,634 1,633 1,634 1,636 1,632 1,634 1,636 1,637 1,540 1,476 1,743 1,863 1,688 1,630 2,134 2,092 1,938 2,327 2,344 2,164 2,188 2,454 2,509 2,415 2,739 2,420 2,722 2,686 2,645 2,870 2,740 2,778 2,943 2,764 2,829 2,920 3,069 2,912 3,080 3,083 2,953 117 Cường độ Trung bình chịu nén (Mpa) (daN/cm2) 7,845 7,519 8,876 9,488 8,595 8,300 10,868 10,652 9,871 11,852 11,940 11,020 11,143 12,500 12,776 12,302 13,951 12,325 13,863 13,679 13,473 14,617 13,957 14,146 14,991 14,077 14,408 14,871 15,631 14,829 15,687 15,702 15,037 8,080 8,794 10,464 11,604 12,140 12,859 13,672 14,240 14,492 15,110 15,475 Cường độ chịu nén Mố A Độ sâu khoan mẫu 10 12 14 16 18 Trọng lượng mẫu (g) 320,19 320,87 320,53 320,09 321,34 320,84 320,64 319,70 320,62 320,25 320,97 321,33 321,36 319,84 321,03 320,77 320,19 321,48 319,58 319,56 320,53 320,75 320,98 321,25 321,05 321,15 320,23 Khối lượng Cường độ Trung Lực nén thể tích chịu nén bình kN (g/cm3) (daN/cm2) (daN/cm2) 1,631 1,634 1,632 1,630 1,637 1,634 1,633 1,628 1,633 1,631 1,635 1,637 1,637 1,629 1,635 1,634 1,631 1,637 1,628 1,628 1,632 1,634 1,635 1,636 1,635 1,636 1,631 1,631 1,522 1,664 1,482 1,758 1,605 1,595 1,392 1,448 1,285 1,310 1,320 1,746 1,601 1,403 1,583 2,353 1,683 1,838 1,619 1,752 1,882 2,044 1,657 2,143 2,186 2,159 118 8,309 7,749 8,473 7,546 8,953 8,175 8,121 7,089 7,375 6,544 6,672 6,723 8,894 8,152 7,147 8,062 11,983 8,572 9,361 8,243 8,923 9,586 10,411 8,439 10,916 11,133 10,996 8,177 8,225 7,528 6,646 8,064 9,539 8,842 9,479 11,015 ... nghiên cứu - Thông số thiết kế cọc đất xi măng xử lý đường Sóc Trăng – Trà Vinh Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, lựa chọn thơng số thiết kế cọc ĐXM xử lý đường; ... hưởng đến hình thành cường độ .8 1.3 Kết luận chương 13 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG Ở SÓC TRĂNG-TRÀ VINH 15 2.1 Cơ sở lý. .. thiết kế, tư vấn giám sát Việt Nam cần lưu ý để quản lý chất lượng cọc trường hợp lý với điều kiện thực tế Việt Nam 14 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG