Nghiên cứu điều kiện địa chất công trình và giải pháp nền móng hợp lý cho công trình trên địa bàn huyện mỹ xuyên, tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MÃ PHƯƠNG KHANH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÀ GIẢI PHÁP NỀN MĨNG HỢP LÝ CHO CƠNG TRÌNH TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN MỸ XUYÊN, TỈNH SÓC TRĂNG Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng Mã số: 60-58-02-04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Quang Tuấn HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung nêu luận văn thân tơi thực Các số liệu, hình ảnh, biểu đồ đề tài chân thực, thu thập, thống kê, tính tốn, khơng trùng lặp với nghiên cứu trước Các số liệu tài liệu tham khảo trích dẫn, thích nguồn thu thập xác, rõ ràng Hà Nội, ngày …… tháng …… năm … Tác giả luận văn Mã Phương Khanh i LỜI CẢM ƠN Trước tiên cho gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Thủy Lợi, Quý Thầy Cô Bộ môn Địa Kỹ thuật khơng quản ngại khó khăn tận tình giảng dạy, truyền đạt cho bạn học viên khác lớp cao học 24ĐKT12 kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn vô quý báu suốt thời gian tham gia học tập Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Việt Hùng, TS Nguyễn Quang Tuấn, người Thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ thời gian học tập q trình thực luận văn tốt nghiệp khóa học Trong trình thực luận văn, Quý Thầy hỗ trợ nhiều việc cung cấp, bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu quan tâm quý báu, giúp đỡ việc nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn đến Quý Thầy: GS.TS Trịnh Minh Thụ, PGS.TS Bùi Văn Trường, PGS.TS Nguyễn Hữu Thái, TS Đỗ Tuấn Nghĩa, TS Phạm Quang Tú, TS Nguyễn Văn Lộc Quý Thầy cô Bộ môn Địa Kỹ thuật tràn đầy nhiệt huyết lòng yêu nghề, tạo điều kiện tốt cho bạn học viên lớp học tập nghiên cứu Quý Thầy cô tận tâm giảng dạy cung cấp cho học viên nhiều tư liệu quan trọng cần thiết, giúp học viên giảm bớt nhiều khó khăn thời gian thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn đến Quý Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên Phòng Đào tạo Đại học & Sau Đại học thuộc Trường Đại học Thủy Lợi bạn bè, gia đình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực luận văn ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ v DANH MỤC BIỂU BẢNG vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan đất yếu .3 1.1.1 Khái niệm đất yếu .3 1.1.2 Phân loại đất yếu 1.2 Tổng quan địa chất cơng trình khu vực nghiên cứu 1.2.1 Cấu tạo địa chất khu vực Đồng sông Cửu Long 1.2.2 Sự phân bố đất bùn đồng sông Cửu Long 1.2.3 Đặc trưng lý dạng đất yếu, đất bùn đồng sông Cửu Long .8 1.2.4 Cấu tạo địa chất tỉnh Sóc Trăng 10 1.3 Điều kiện địa chất khu vực huyện Mỹ Xuyên 12 1.3.1 Đặc điểm tự nhiên 12 1.3.2 Điều kiện địa chất phân vùng địa chất khu vực huyện Mỹ Xuyên 13 1.4 Tình hình áp dụng giải pháp xử lý móng cho cơng trình xây dựng địa bàn huyện Mỹ Xun thời gian qua 21 1.4.1 Các giải pháp móng sử dụng .21 1.4.2 Một số ưu, khuyết điểm việc áp dụng giải pháp xử lý móng địa bàn huyện Mỹ Xuyên thời gian qua 22 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 2.1 Đặc điểm móng nơng, móng cọc tiêu chuẩn thiết kế .26 2.1.1 Móng nơng 26 2.1.2 Móng cọc .27 2.2 Cơ sở lý thuyết để tính tốn móng nơng 35 2.2.1 Móng nơng thiên nhiên 35 2.2.2 Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, thiết kế móng cọc tràm .51 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG BÀI TỐN MĨNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN MỸ XUYÊN 62 3.1 Giới thiệu chung .62 iii 3.2 Về thực trạng cơng trình xây dựng giải pháp móng 69 3.3 Mơ hình tốn ứng dụng 70 3.3.1 Giới thiệu phần mềm dùng tính tốn 70 3.3.2 Mơ tốn móng cơng trình dân dụng khu vực I 74 3.3.3 Mơ tốn móng cơng trình dân dụng khu vực II 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 Kết đạt luận văn 88 Tồn 89 Kiến nghị 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Bản đồ phân vùng địa chất khu vực huyện Mỹ Xuyên 14 Hình 1.2 Hình trụ hố khoan địa chất cơng trình Trường Mẫu giáo Hịa Tú 1, huyện Mỹ Xun (đại diện cho địa chất cơng trình xã cịn lại thuộc khu vực 1) .17 Hình 1.3 Hình trụ hố khoan địa chất cơng trình Trụ sở Đảng ủy - Ủy ban nhân dân – Hội đồng nhân dân xã Thạnh Phú, huyện Mỹ Xuyên (đại diện cho điều kiện địa chất cơng trình xã lại thuộc khu vực II) 20 Hình 2.1 Móng cọc 28 Hình 2.2 Cọc máy ép cọc 30 Hình 2.3 Chi tiết cọc bê tơng 31 Hình 2.4 Cọc khoan nhồi có ống thành kiểu cọc Franki .32 Hình 2.5 Khoan cọc nhồi đất dính 33 Hình 2.6 Các dạng cọc chống, ma sát cọc xiên 34 Hình 2.7 Sơ đồ tính lún 39 Hình 2.8 Thí nghiệm bàn nén trường 42 Hình 2.9 Mặt trượt phẳng nằm ngang 45 Hình 2.10 Sơ đồ trượt hỗn hợp tải trọng tác dụng tâm 46 Hình 2.11 Đồ thị để xác định b 47 Hình 2.12 Mơ hình tính tốn quan điểm cọc tràm làm chặt 53 Hình 2.13 Chiều cao vùng đất cần gia cố 54 Hình 2.14 Mặt đóng cọc .55 Hình 2.15 Sự phân bố ứng suất gia cố cọc tràm cơng trình đất .56 Hình 2.16 Quan hệ hệ số rỗng ứng suất cố kết (đường cong cố kết) 57 Hình 3.1 Hình trụ hố khoan địa chất đại diện cho địa chất cơng trình xã thuộc khu vực I 64 Hình 3.2 Hình trụ hố khoan địa chất cơng trình đại diện cho điều kiện địa chất xã thuộc khu vực II 68 Hình 3.3 Phân vùng địa chất khu vực huyện Mỹ Xuyên .68 Hình 3.4 Giao diện lựa chọn phương pháp phân tích 71 Hình 3.5 Giao diện lựa chọn mơ hình hóa tốn phân tích .72 Hình 3.6 Giao diện lựa chọn mơ hình hóa vật liệu 73 v Hình 3.7 Giao diện lựa chọn mơ hình hóa móng cọc kết cấu cứng gia cường 73 Hình 3.8 Các bước mơ cấu kiện cứng 74 Hình 3.9 Trụ địa chất khu vực I thuộc huyện Mỹ Xuyên 76 Hình 3.10 Điều kiện biên mơ tốn móng cơng trình nhà dân sinh thuộc khu vực I 76 Hình 3.11 Lưới chuyển vị đứng chưa có xử lý 77 Hình 3.12 Phổ chuyển vị đứng chưa có xử lý 77 Hình 3.13 Hình ảnh lưới biến dạng chưa xử lý 78 Hình 3.14 Điều kiện biên toán gia cố cọc tràm 79 Hình 3.15 Lưới chuyển vị đứng gia cố cọc tràm 80 Hình 3.16 Trị số chuyển vị đứng gia cố cọc tràm 80 Hình 3.17 Điều kiện biên toán gia cố cọc đất-xi măng 81 Hình 3.18 Chuyển vị đứng lớn đáy móng cm 82 Hình 3.19 Lưới chuyển vị gia cố cọc đất-xi măng 82 Hình 3.20 Trụ địa chất khu vực II huyện Mỹ Xuyên 83 Hình 3.21 Điều kiện biên tốn tính móng khu vực II 84 Hình 3.22 Chuyển vị đứng lớn chưa có gia cố 85 Hình 3.23 Lưới chuyển vị đứng lớn 86 vi DANH MỤC BIỂU BẢNG Bảng 1.1 Khả chịu tải cho phép đề nghị cho đất sét Bảng 1.2 Phân loại sét yếu theo Bjerrum (1972) Bảng 1.3 Đặc trưng chống cắt lớp bùn .10 Bảng 1.4 Đặc trưng chống cắt lớp bùn .10 Bảng 1.5 Bảng thống kê tiêu lý lớp đất khu vực 15 Bảng 1.6 Bảng thống kê tiêu lý lớp đất khu vực 18 Bảng 2.1 Sức kháng tính tốn đất mũi cọc .59 Bảng 2.2 Hệ số nén ngang đất .60 Bảng 3.1 Các tiêu lý lớp đất Khu vực I 62 Bảng 3.2 Các tiêu lý lớp đất Khu vực II 65 Bảng 3.3 Các tiêu lý lớp đất số 75 vii Tai p=190 kN/m2 -0.03 Lop dat cat hat nho, xop roi -2 25 -0.0 -4 -0.02 -6 -0.03 -0.01 -0.035 -0.03 -0.005 -0.025 -12 -0.015 -0.005 cao (m) -10 -0.015 Lop 1A -8 -14 -16 -18 -20 -22 Lop 2A -24 -26 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 khoang cach (m) Hình 3.22 Chuyển vị đứng lớn chưa có gia cố Hình 3.22 trình bày kết tính tốn mơ tốn biến dạng cơng trình xây dựng dân dụng địa chất khu vực II, huyện Mỹ Xuyên Kết cho thấy chuyển vị đứng lớn chưa có gia cố 3,5cm Trị số độ lún nhỏ độ lún giới hạn [S]=8 cm, đảm bảo yêu cầu lún Như cho thấy ảnh hưởng lớp cát dày 3m đến ổn định cơng trình lớn 85 Tai p=190 kN/m2 -0.03 Lop dat cat hat nho, xop roi -2 025 -0 -4 -0.02 -6 -0.03 -0.01 -0.035 -0.03 -0.005 -0.025 -12 -0.015 -0.005 cao (m) -10 -0.015 Lop 1A -8 -14 -16 -18 -20 -22 Lop 2A -24 -26 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 khoang cach (m) Hình 3.23 Lưới chuyển vị đứng lớn * Kết luận chương 3: Căn vào điều kiện địa chất nền, chia cấu trúc khu vực huyện Mỹ Xuyên thành khu vực: Khu vực I khơng có lớp cát dày m mặt mà có lớp đất số lớp đất sét yếu có chiều dày lớn từ 18m ÷ 21m, khu vực II có lớp cát dày m bên Qua tính tốn xác định số lượng cọc tràm dùng cho mét vuông gia cố nền, số lượng cọc phù hợp với số lượng cọc theo truyền thống nhân dân khu vực sử dụng thời gian qua Với kết phân tích cho tốn móng nơng dạng băng có có bề rộng b=1m, tải trọng p=190 kN/m2 (tương đương nhà dân sinh tầng) nhận thấy: Nếu tải trọng p nhỏ 86 giá trị này, tức nhà từ tầng trở xuống việc áp dụng giải pháp gia cường cho cọc đất-xi măng hàm lượng 300kg/m3, cọc dài 15m, đường kính cọc d=80 cm tốn ứng dụng thiên an tồn Cũng dùng cọc tràm cho nhà tầng, tầng Nếu tải trọng lớn p= 190 kN/m2, tức nhà có số tầng từ tầng trở lên phải dùng móng cọc bê tơng cốt thép, chiều dài cọc phải cắm xuống đến lớp đất tốt trạng thái dẻo cứng bên Ở khu vực II, nhà tầng, tầng xây dựng trực tiếp lớp đất cát dày m mà khơng cần phải gia cố Nhìn chung với nhà xây dựng tầng, tầng phạm vi huyện Mỹ Xuyên, dùng cọc đất - xi măng để gia cường cho đảm bảo an toàn 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt luận văn - Luận văn tổng hợp loại đất yếu khu vực đồng Sông Cửu Long đất yếu khu vực tỉnh Sóc Trăng, đặc biệt khu vực nghiên cứu huyện Mỹ Xuyên Có thể phân chia cấu trúc đất thành hai khu vực trình bày - Phân tích sở lý thuyết tính tốn móng, sở lý thuyết đánh giá khác biệt tính tốn tiêu chuẩn xây dựng TCXD-9362-2012 TCVN 42532012 - Đề xuất giải pháp xử lý cho khu vực I cọc đất - xi măng, khu vực II xây móng nơng trực tiếp thiên nhiên Các nhận xét giúp ích cho người làm công tác quy hoạch xây dựng hay đánh giá sơ phương án xây dựng cho dự án - Xác định số lượng cọc tràm dùng gia cố nền, số lượng cọc phù hợp với số lượng cọc theo truyền thống nhân dân khu vực xây dựng - Ở khu vực I, kết phân tích cho tốn móng nơng dạng băng có có bề rộng b=1m, tải trọng p=190 kN/m2 (tương đương nhà dân sinh tầng) nhận thấy: Nếu tải trọng p nhỏ giá trị này, tức nhà từ tầng trở xuống việc áp dụng giải pháp gia cường cho cọc đất-xi măng hàm lượng 300kg/m3, cọc dài 15m, đường kính cọc d=80 cm tốn ứng dụng thiên an tồn Có thể dùng cọc tràm cho nhà tầng, tầng Nếu tải trọng lớn p= 190 kN/m2, tức nhà có số tầng từ tầng trở lên phải dùng móng cọc bê tơng cốt thép, chiều dài cọc phải cắm xuống đến lớp đất tốt trạng thái dẻo cứng bên - Ở khu vực II, nhà tầng, tầng xây dựng trực tiếp lớp đất cát dày m mà không cần phải gia cố 88 Tồn - Do thông số thiết kế cọc đất - xi măng dùng để tính tốn luận văn sử dụng từ quy phạm tài liệu nghiên cứu công bố trước nên áp dụng giải pháp cụ thể cần phải có thí nghiệm bổ sung - Luận văn nghiên cứu trường hợp tải trọng cơng trình p=190 kN/m2 cho cơng trình xây dựng nhà dân sinh, cơng trình đặc thù khác nhà cao tầng chưa có nghiên cứu Kiến nghị - Đối với khu vực I huyện Mỹ Xuyên: Nhà dân sinh tầng, tầng dùng cọc đất - xi măng hàm lượng 300kg/m3, cọc dài 15m, đường kính cọc d=80 cm để gia cường Nhà tầng, tầng dùng cọc tràm theo đường kính số lượng phân tích để gia cố Nhà có số tầng từ tầng trở lên phải dùng móng cọc bê tơng cốt thép, chiều dài cọc phải cắm xuống đến lớp đất tốt trạng thái dẻo cứng bên - Đối với khu vực II: Các nhà tầng trở xuống xây dựng trực tiếp lớp đất cát dày m mà không cần phải gia cố Nhà tầng trở lên, để thiên an tồn xây dựng phải dùng móng cọc bê tơng cốt thép, chiều dài cọc phải cắm xuống đến lớp đất tốt trạng thái dẻo cứng bên Nhìn chung, với nhà xây dựng tầng, tầng phạm vi huyện Mỹ Xuyên, dùng cọc đất - xi măng để gia cường cho đảm bảo an toàn cho cơng trình - Việc áp dụng giải pháp cọc đất - xi măng cho cơng trình nhà dân dụng khu vực huyện Mỹ Xuyên có ưu việt giải pháp truyền thống Cần có nghiên cứu để triển khai tiếp 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt [1] Trần Quang Hộ-Cơng trình đất yếu-Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh – 2016 [2] Châu Ngọc Ẩn-Nền móng- Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh-2016 [3] Giáo trình Nền móng-Bộ mơn Địa-Cơ-Nền móng-Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội [4] Bộ môn Địa kỹ thuật-Đại học Thủy lợi (1998) Nền móng-Nhà xuất Nơng nghiệp-1998 [5] Cao Văn Chí-Trịnh Văn Cương-2003-Cơ học Đất –Nhà xuất Xây dựng-2003 [6] TCVN 9906-2014 Cơng trình Thủy lợi-Cọc đất-xi măng thi công theo phương pháp Jet-Grouting [7] TCXDVN-100304 - 2014 Móng cọc Tiêu chuẩn thiết kế [8] TCXDVN 269-2002 Cọc-Phương pháp thí nghiệm tải trọng tĩnh ép dọc trục [9] TCVN-9362-2012 Tiêu chuẩn nhà công trình [10] TCVN 4253-2012 Tiêu chuẩn thiết kế cơng trình thủy cơng II Tiếng Anh [11] Thái Hồng Sơn (2014) Cement deep mixing design for soil improvement of Rachchanh navigation lock-Executive Master Thesis-Joint Education master program between University of Liege Bengium and Thuyloi University Vietnam 90 ... sĩ ? ?Nghiên cứu điều kiện địa chất cơng trình giải pháp móng hợp lý cho cơng trình dịa bàn huyện Mỹ Xun, tỉnh Sóc Trăng? ?? để giải vấn đề nan giải nêu trên, góp phần định hướng cho việc áp dụng giải. .. tổng quan điều kiện địa chất khu vực đồng Sông Cửu Long, địa chất tỉnh Sóc Trăng huyện Mỹ Xuyên - Nghiên cứu tình hình sử dụng móng giải pháp xử lý cho cơng trình địa bàn huyện Mỹ Xun thời gian... đảm bảo bền vững cho công trình suốt trình sử dụng Nhiều giải pháp móng hợp lý ứng dụng rộng rãi cho loại cơng trình, khu vực địa chất khác Hiện nay, địa bàn tỉnh Sóc Trăng, huyện Mỹ Xuyên phần