Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý ổn định nền đường quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG – TP CẦN THƠ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THƠNG M số: 52.58.02.05 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 Công trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Hữu Đạo Phản biện 1: TS Trần Trung Việt Phản biện 2: PGS.TS Võ Ngọc Hà Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng họp Đại học Đà Nẵng vào ngày … … tháng … … năm … … Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng - Năm 2019 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Thành phố Cần Thơ nằm bờ sông Hậu, trung tâm địa lý vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long Nơi nằm khu vực bồi tụ phù sa hàng năm hệ thống sông Mê Kơng, có địa hình đặc trưng đồng bằng, cao trình phổ biến từ +0,8m đến +1,0m Bên cạnh đó, Thành phố Cần Thơ có hệ thống sơng ngịi, kênh rạch chằng chịt với tổng chiều dài khoảng 2.500 km Vùng hạ lưu sơng Mêkơng có đợt triều cường đặc biệt lớn, hàng năm vào mùa mưa, nhiều khu vực Cần Thơ bị ngập úng, với độ sâu ngập phổ biến từ 0,3m - l,5m Tình trạng ngập úng Thành phố Cần Thơ xảy ngày nghiêm trọng diện rộng, diễn thường xuyên kéo dài Hậu qủa việc ngập úng biến đổi khí hậu gây tình trạng sạt lở nghiêm trọng Đồng sông Cửu Long Hiện trạng khu vực nghiên cứu: Hồ Bún Xáng có tổng diện tích khoảng 12,76 ha, bề rộng lịng hồ dao động từ 50-200m Hồ Bún Xáng nằm trung tâm thành phố Cần Thơ, có chức điều tiết mực nước thoát nước thải sinh hoạt Mực nước cao hồ Bún Xáng khoảng +2,03 Cao độ trạng xung quanh hồ trung bình khoảng +1.5m đến +1.9m Hệ thống đường giao thông quanh hồ chưa đảm bảo Về địa chất: thành phố Cần Thơ hình thành chủ yếu qua trình bồi lắng trầm tích biển phù sa sơng Cửu Long, bề mặt độ sâu 50m có hai loại trầm tích: Holocen (phù sa mới) Pleistocene (phù sa cổ) Đặc điểm địa chất khu vực Hồ Bún Xáng mô tả Báo cáo khảo sát địa chất thực vào tháng 09/2014, theo kết khảo sát địa chất cho thấy khu vực xây dựng đường đắp hoàn toàn đất yếu Lớp đất yếu sét lẫn hữu cơ, số điểm lẫn cát, trạng thái chảy - dẻo chảy, bề dày thay đổi từ 19,2m đến 29.5m, giá trị SPT thấp từ ~ 7; dung trọng tự nhiên thấp (1.6 g/cm3), độ ẩm tự nhiên lớn (64,1%), hệ số rỗng e = 1,735 > 1, độ sệt B=1,13 > số nén a = 0,18 > 0,1 kg/cm2 Việc đắp trực tiếp tiếp đường lớp đất yếu không đảm bảo kỹ thuật, cần thiết phải xử lý gia cố nền đất trạng để tăng ổn đinh đường Để xử lý vấn đề này, sử dụng nhiều giải pháp, giải pháp đề có ưu – nhược điểm khác Vì vậy, việc phân tích đề xuất giải pháp phù hợp nhiệm vụ khó cần có nhiều nghiên cứu đóng góp nhà khoa học nước Như vậy, đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định đƣờng quanh hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ” tập trung phân tích vấn đề kỹ thuật, kinh tế để đề xuất giải pháp ổn định đường phù hợp cho cơng trình đường quanh Hồ Bún Xáng Mục tiêu nghiên cứu đề tài: 2.1 Mục tiêu chung: Đề tài luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định đƣờng quanh hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ” phân tích sở lý thuyết thực trạng sạt lở đồng sông Cửu Long, phương pháp gia cường đất yếu, đánh giá lựa chọn giải pháp gia cố đường quanh Hồ Bún Xáng tính tốn ổn định giải pháp Từ có kiến nghị đề xuất ứng dụng vào thiết kế thi cơng cho cơng trình ven sơng, hồ vùng đồng sông Cửu Long 2.2 Mục tiêu cụ thể: - Đánh giá thực trạng số liệu địa chất khu vực nghiên cứu, từ đưa nhóm giải pháp gia cường đất để làm đường quanh Hồ Bún Xáng - Phân tích ưu nhược điểm giải pháp lựa chọn giải pháp phù hợp cho địa chất cơng trình - Thực thí nghiệm xác định tính chất học vật liệu gia cường - Nghiên cứu tính tốn ổn định đường phương pháp sử dụng phần mềm Plaxis Geo-Slope Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu ổn định đường quanh Hồ Bún Xáng – Thành phố Cần Thơ 3 - Phạm vi nghiên cứu: đường mái taluy quanh bờ Hồ Bún Xáng Phƣơng pháp nghiên cứu: - Thu thập liệu: Ghi nhận số liệu có, chọn lọc phân loại theo yêu cầu đề tài - Phân tích: Phân tích liệu có, xác định mục tiêu đối tượng nghiên cứu số liệu trung gian cần thiết đề tài - Thí nghiệm: Thực thí nghiệm mẫu đất nguyên trạng mẫu phối trộn, từ xác định tiêu lý đất đặc trưng học đất gia cố ximăng, sàng lọc xử lý số liệu có từ thí nghiệm thu thơng số cần thiết cho tốn mơ cơng trình - Mơ số: Thực mô đối tượng nghiên cứu phần mềm phần tử hữu hạn Plaxis phần mềm cân giới hạn Slope/W Xử lý, so sánh số liệu thu để xác định kết nghiên cứu - Nhận định: Nhận xét kết luận mặt định lượng giải pháp nghiên cứu, đề xuất hướng nghiên cứu mở rộng kết hợp N i dung nghiên cứu cấu trúc đề tài: Nội dung luận văn gồm có 04 chương: Chương 1: Tổng quan xử lý gia cường đất yếu TP Cần Thơ Chương 2: Đánh giá trạng đề xuất giải pháp gia cố đường quanh Hồ Bún Xáng Chương 3: Thí nghiệm số tính chất học đất sét yếu gia cố ximăng Chương 4: Tính tốn ổn định giải pháp dùng cọc đất gia cố ximăng xử lý ổn định đường quanh Hồ Bún Xáng Bố cục đề tài: CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ GIA CƢỜNG NỀN ĐẤT YẾU TẠI THÀNH PHỐ CẦN THƠ 1.1 Tổng quan địa chất Thành phố Cần Thơ 1.1.1 Tổng quan thành phố Cần Thơ Thành phố Cần Thơ nằm trung tâm vùng đồng sông Cửu Long Diện tích tự nhiên thành phố 1.400,96 km2 1.1.2 Tổng quan địa chất Thành phố Cần Thơ Thành phố Cần Thơ hình thành từ trầm tích phù sa bồi lắng dần qua kỹ nguyên thay đổi mực nước biển Các phân vị địa chất có tuổi từ Devon đến Holocen Bề dày lớp trầm tích thay đổi từ 0,5m đến 50m 1.2 Thực trạng sạt lở Thành phố Cần Thơ Thành phố Cần Thơ nằm ven sông Hậu, chiều dài sơng 65km, có gần 1.200km kênh rạch cấp cấp Dân cư sống tập trung ven theo sông, rạch nên việc sạt lở bờ sông, rạch đe dọa đến tính mạng, tài sản người dân Điều đáng nói tình hình sạt lở địa bàn chưa dừng lại tiếp tục diễn biến phức tạp Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng đa số cơng trình giao thông khu vực xây dựng đất yếu, cơng trình đắp cao, khả chịu tải thực đất (chưa xử lý) không tốt, dẫn đến ổn định 1.3 Các phƣơng pháp tăng cƣờng ổn định đất yếu Hiện có nhiều giải pháp xử lý đất yếu nghiên cứu áp dụng thành công nước giới Tuy nhiên, khu vực Đồng Sơng Cửu Long nói chung TP Cần Thơ nói riêng, điều kiện địa chất đặc thù, nhà khoa học thường sử dụng số giải pháp sau: - Giải pháp cọc tre cọc tràm - Giải pháp cọc bê tông cốt thép - Giải pháp vải địa kỹ thuật - Giải pháp cọc đất gia cố ximăng 1.4 M t số sở lý thuyết tính tốn ổn định 1.4.1 Phương pháp cân giới hạn [5] - Lý thuyết cân giới hạn túy - Lý thuyết cân giới hạn khối rắn - Giới thiệu phần mềm Geo – Slope/W: GEO - Slope phần mềm sử dụng thuyết cân giới hạn để tính tốn độ ổn định mái đất đá 1.4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn - Lý thuyết phần tử hữu hạn Một phương pháp kiểm tra độ ổn định đường thi công bên đường đất yếu sử dụng phần mềm ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết: Plaxis, Ansys, Abaqus… - Giới thiệu phần mềm Plaxis V8.2 1.5 Kết luận chƣơng 1: - Khảo sát thực tế trường cho thấy thành phố Cần Thơ có địa chất tương đối yếu thường xuyên bị ngập lụt triều cường dâng cao làm cho đất bị bảo hòa, giảm sức chống cắt - Các giải pháp tăng cường ổn định đất sử dụng chủ yếu Cần Thơ là: Giải pháp cọc tre, cọc tràm; Giải pháp cọc BTCT; Giải pháp vải địa kỹ thuật; Giải pháp cọc đất gia cố xi măng,… hiệu mang lại chưa cao - Sử dụng phương pháp cân giới hạn thông qua sử dụng phần mềm Geo - Slope kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn thông qua sử dụng phần mềm Plaxis để phân tích, mơ cho giải pháp đề xuất chương sau 6 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐƢỜNG QUANH HỒ BÚN XÁNG 2.1 Hiện trạng cơng trình quanh Hồ Bún Xáng Hồ Bún Xáng có tổng diện tích khoảng 12,76 ha, bề rộng lòng hồ dao động từ 50-200m Mực nước cao hồ Bún Xáng vào khoảng +1,95 Tuyến đường giao thông quanh bờ hồ dài 3.5km, cao độ bình qn từ +1.50 ~ 1.90m hệ Hịn Dấu – Hải Phòng, thấp so với cao độ bình qn tuyến đường giao thơng TP Cần Thơ +2.30~2.50m 2.2 Đề xuất giải pháp gia cố đƣờng quanh hồ Bún Xáng Hệ số an toàn xét đến ổn định trượt: Căn TCVN 9902:2013 quy định hệ số an toàn ổn định chống trượt K nhỏ với tổ hợp Kmin = 1,20 Lựa chọn phần mềm Slope/W với mơ hình hình Mohr – Coulomb trạng thái ứng xử Undrain để mô số phương án mà tác giả nhận thấy khả thi làm sở để lựa chọn giải pháp tối ưu cho khu vực xét, thu kết sơ sau: Bảng 0.1: Đánh giá hiệu giải pháp đề xuất Giải pháp Ƣu điểm Nhƣợc điểm Xử lý hệ Giá thành thấp; Dùng cho công cọc gỗ (tràm, Thi cơng nhanh, đơn trìnhsức chịu tải tre, bạch đàn giản; nhỏ; vật liệu địa Tận dụng nguồn vật liệu Khó kiểm sốt độ phương) sẵn có địa phương ổn định chất lượng vật liệu không đồng 7 Giải pháp Ƣu điểm Xử lý hệ Phạm vi áp dụng rộng cọc đóng bêtơng lớn, mức độ ổn định cốt thép/ cọc tuổi thọ cơng trình cao bêtơng dự ứng lực có khơng có kết hợp sàn giảm tải Xử lý hệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có khơng có kết hợp sàn giảm tải Phạm vi áp dụng rộng lớn, mức độ ổn định tuổi thọ cơng trình cao Xử lý cơng trình có tải trọng lớn Chất lượng cơng trình đảm bảo kỹ thuật thi công đại Xử lý cọc đất gia cố xi măng Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp cho khu vực đất yếu Đồng Sông Cửu Long, Có khả gia cường vùng theo yêu cầu kỹ thuật Giá thành thi công tương đối phù hợp với Nhƣợc điểm Giá thành cao; Kỹ thuật thi công phức tạp, khả tác động làm hư hỏng cơng trình lân cận Chi phí cao chgiải pháp giảm thiểu tác động môi trường Giá thành cao; Kỹ thuật thi cơng phức tạp, có khả gây ảnh hưởng đến cơng trình lân cận Mức độ nhiểm mơi trường cao đặc thù kỹ thuật khoan dẫn Q trình kiểm sốt chất lượng phức tạp đặc thù kỹ thuật thi cơng; Chất lượng cơng trình phụ thuộc nhiều vào yếu tố người (do thành phần đất Giải pháp Ƣu điểm Nhƣợc điểm cơng trình có u cầu khu vực, độ cao nguồn vốn ngân sâu vị trí sách địa phương hồn tồn khác Do đó, tỷ lệ pha trộn ximăng – đất phụ gia (nếu có) thay đổi để đảm bảo chất lượng đồng 2.5 Kết luận chƣơng 2: - Các giải pháp xử lý cọc tràm; Xử lý hệ cọc đóng bêtơng cốt thép 30x30cm mơ phần mềm Geo Slope cho thấy 02 giải pháp có hệ số ổn định thấp khơng phù hợp để xử lý ổn định cho khu vực nghiên cứu - Đối với giải pháp Xử lý sàn giảm tải bêtơng cốt thép hệ móng cọc có thời gian thi cơng đóng cọc dài ảnh hưởng đến môi trường xung quanh dân sinh nên không xem xét đề xuất phương án - Đối với giải pháp: cọc đất gia cố ximăng có hệ số ổn định cao phù hợp để xử lý ổn định cho khu vực nghiên cứu Nghiên cứu giải pháp cọc đất gia cố ximăng để xử lý ổn định công trình; - Đề xuất tiến hành số thí nghiệm tiêu lý đất tương ứng với hàm lượng phối trộn ximăng để xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu cho giải pháp đất gia cố ximăng chương 9 CHƢƠNG THÍ NGHIỆM MỘT SỐ TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA ĐẤT YẾU GIA CỐ XIMĂNG 3.1 Mục đích Xác định xác sức chịu tải đất gia cố ximăng làm sở tính tốn ổn định thiết kế cơng trình Sử dụng thơng số có từ thí nghiệm làm số liệu nguồn phục vụ công tác kiểm tốn, cơng trình chương 3.2.Thí nghiệm xác định tiêu lý đất tự nhiên 3.2.1 Lấy mẫu thí nghiệm Mẫu đất thí nghiệm lấy gần vị trí hố khoan BH11 3.2.2 Các thí nghiệm để xác định tiêu lý đất tự nhiên Sau tiến hành thí nghiệm theo tiêu chuẩn thu kết sau: Bảng 0.1 Các tiêu lý đất thí nghiệm Độ ẩm tự nhiên Dung trụng tự nhiên Dung trọng khơ Tỉ trọng hạt Độ bảo hịa Giới hạn chảy Giới hạn dẻo Chỉ số dẻo Độ sệt Lực dính Góc ma sát Modul tổng biến dạng KÝ HIỆU W γw γd Gs Sr WL WP IP IL C φ Eo ĐƠN VỊ % kN/cm3 kN/cm kPa độ kPa 45,83 17,3 11,9 2,6 100 44,80 25,17 19,63 1,05 2,33 4,40 685 13 Hệ số thấm k cm/s 0,01.10-8 14 Cường độ kháng nén qu kG/cm2 0,41 STT CHỈ TIÊU CƠ LÝ 10 11 12 % % % GIÁ TRỊ 10 CHỈ TIÊU CƠ LÝ STT 15 Thành phần cỡ hạt Sét