Nghiên cứu giải pháp gia cố thay thế nền đường giao thông bằng vật liệu nhẹ địa kỹ thuật (geofoam)

    ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -W X     NGUYỄN HOÀNG DUNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ THAY THẾ NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG BẰNG VẬT LIỆU NHẸ ĐỊA KỸ THUẬT (GEOFOAM) Chuyên ngành : XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ & ĐƯỜNG THÀNH PHỐ Mã số ngành : 60.58.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2010     CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: TS NGUYỄN MINH TÂM Cán hướng dẫn khoa học 2: TS LÊ ANH TUẤN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT XY DỰNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc WX WX -o0o TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN HOÀNG DUNG Ngày tháng năm sinh : 16/03/1972 Chuyên ngành : Đường ôtô & đường Thành phố Khóa: 2009 Phái: Nam Nơi sinh : Long An Mã số ngành : 60.58.30 Mã số HV : 09011005 Tên đề tài NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ THAY THẾ NỀN ĐƯỜNG GIAO THÔNG BẰNG VẬT LIỆU NHẸ ĐỊA KỸ THUẬT (GEOFOAM) Nhiệm vụ Luận văn 2.1 Nhiệm vụ 2.2 Nội dung Mở đầu Chương 1: Tổng quan ứng dụng vật liệu geofoam Chương 2: Cơ sở khoa học tính toán thiết kế đường sử dụng geofoam Chương 3: Thí nghiệm xác định số tiêu vật liệu EPS có Việt Nam Chương 4: Ứng dụng geofoam cho đường cơng trình cầu văn thánh đánh giá hiệu kinh tế Kết luận kiến nghị Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm 2010 Ngày hoàn thành: ngày tháng năm 2010 Họ tên cán hướng dẫn: TS Nguyễn Minh Tâm, TS Lê Anh Tuấn Nội dung đề cương Luận văn Thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS NGYỄN MINH TÂM TS LÊ ANH TUẤN TS LÊ BÁ KHÁNH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp hồn thành khơng từ nỗ lực thân học viên mà cịn nhờ hướng dẫn nhiệt tình giúp đỡ quý thầy cô, đồng nghiệp bạn bè thân hữu Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Cầu đường bộ, môn Địa móng, mơn vật liệu nhiệt tình giảng dạy tất chúng em suốt thời gian qua, đồng thời quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện tốt giai đoạn thực Luận văn học viên Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Tiến sĩ Nguyễn Minh Tâm, Tiến sĩ Lê Anh Tuấn, người giúp đỡ, dẫn tận tình thời gian học viên thực Luận văn quan tâm, động viên tinh thần vật chất, giúp cho học viên có thêm tự tin để tiếp thu kiến thức hữu ích, làm tảng cho việc học tập công tác sau Xin cảm ơn bạn học viên lớp Đường ôtô đường thành phố K2009, người kề vai sát cánh suốt thời gian học tập Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan bạn bè thân hữu động viên, giúp đỡ học viên thời gian học tập thực Luận văn Học viên Nguyễn Hoàng Dung TÓM TẮT: Nghiên cứu giải pháp gia cố thay đường giao thông vật liệu nhẹ địa kỹ thuật (GEOFOAM) The study on Soft Soil Improvement Method by Using Geofoam Material in Viet Nam Tsransportation System Vật liệu nhẹ Geofoam sử dụng nhiều giới cơng trình xây dựng, lĩnh vực cơng trình giao thơng EPS dạng vật liệu geofoam với nhiều ưu điểm áp dụng vào việc thi công đường khối lượng thể tích nhỏ, dễ vận chuyển, dễ chế tạo, thân thiện mơi trường Bên cạnh đó, Việt Nam EPS dung cơng trình xây dựng làm vách ngăn, cách nhiệt, cách âm 3D v.v Tuy nhiên nay, việc sử dụng vật liệu EPS áp dụng vào cơng trình đường giao thơng Việt Nam cịn hạn chề Vì nội dung luận văn nghiên cứu ứng dụng vật liệu EPS vật liệu đường cho cơng trình giao thơng Việt Nam Để thực nội dung này, phương pháp truyền thống tính tốn đánh giá ổn định đường phương pháp tính tốn đánh giá ổn định GPS tìm hiểu dựa kết nghiên cứu trước để làm sở tính toán so sánh hiệu kinh tế giải pháp kỹ thuật đề nghị từ đúc kết kết luận Đồng thời, chuổi thí nghiệm phòng thực vật liệu EPS nhằm tìm hiểu rỏ đặc tính vật liệu yếu tố ảnh hướng đến chúng từ làm sở cho việc tính tốn thiết kế hợp lý Qua kết nghiên cứu tính tốn cho cơng trình cầu Văn Thánh II TPHCM nhận thấy giải pháp sử dụng vật liệu EPS cho đường áp dụng đãm bảo ổn định lẫn hiệu kinh tế Qua so sánh với phương pháp xử lý cầu cạn truyền thống, phương pháp sử dụng EPS giảm thời gian thi cơng giảm giá thành cơng trình xuống từ 20% đến 30% Thêm từ kết thí nghiệm, tính chất vật liệu EPS ổn định thể tích nhiệt độ 400C, có khối lượng thể tích nhỏ, cường độ chịu nén đạt giá trị 22 – 27 Kpa, cường độ chịu uốn đạt giá trị 45 Kpa modun đàn hồi 250 – 270 Kpa Abstract Geofoam is known as materials for construction and transportation in many countries EPS is kind of geofoam with many advantages such as low density, easy manufacturing, delivery and environment etc Also, EPS has been used as materials for wall, heat resistant panel, 3D panel ect in Vietnam However, application of EPS in transportation construction is still limitted so far Therefore, this research is conducted to find out the suitable method to apply in transportation in Vietnam To perform this content, comment methods used to calculate and evaluate the stabilization of embankment as well as new calculation method for EPS material are made overview Concurrently, a series of testing on EPS material were conducted to learn in detail the characteristics of EPS as well as influenced factors The using EPS for pavement is observed the economical efficient and stabilitation by application on Van Thanh II bridge It can be reduce duration and the cost up to30% to compare to traditional design method From the experienment, the EPS has the characteristics such as stable volume at 400C, 22 – 27 Kpa compressive strength, 45 Kpa flexural strength and 250-270 Kpa elastic modulus MỤC LỤC MỞ ĐẦU 01 1- TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 01 2- MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 03 3- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 03 3.1- Phương pháp lý thuyết 03 3.2- Phương pháp thực nghiệm 04 4- Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 04 5- PHẠM VI NGHIÊN CỨU 04 6- HẠN CHẾ CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU 05 7- HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 05 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU GEOFOAM I.1-GIỚI THIỆU 06 I.1.1 Lịch sử sử dụng vật liệu EPS công trình giao thơng 06 I.1.2 Tính chất vật liệu EPS 07 I.1.3 Vật liệu nhẹ địa kỹ thuật dùng số cơng trình điển hình 08 I.2-TÌNH HÌNH SỬ DỤNG GEOFOAM TRÊN THẾ GIỚI 14 I.3-TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VẬT LIỆU NHẸ VÀ GEOFOAM Ở VIỆT NAM 17 I.4-NHỮNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO TRÊN ĐẤT YẾU HIỆN ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM 18 I.4.1- Các biện pháp liên quan đến việc bố trí xây dựng với đắp tác dụng thời gian tải trọng 19 I.4.1.1- Đào thay đất yếu vật liệu có khả chịu lực tốt 20 I.4.1.2- Thi công theo giai đoạn 20 I.4.1.3- Bệ phản áp 21 I.4.1.4- Vải địa kỹ thuật 22 I.4.2- Các biện pháp xử lý thân đất yếu đường 23 I.4.2.1- Các biện pháp xử lý thân đất yếu đường thấm thẳng đứng 23 I.4.2.2- Giếng cát 24 I.4.2.3- Bấc Thấm 24 I.5-KẾT LUẬN 24 CHƯƠNG II CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG SỬ DỤNG GEOFOAM II 1- CƠ SỞ KHOA HỌC 26 II.1.1-CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG 26 II.1.1.1- Tính Toán Ổn Định Tổng Thể 26 II.1.1.1.1- Phương pháp mặt trượt trụ tròn Fellenius 29 II.1.1.1.2- Phương pháp mặt trượt trụ tròn A.W.Bishop 30 II.1.1.2- Tính Tốn Ổn Định Cục Bộ (Ổn Định Cường Độ) 31 II.1.1.2.1- Tải trọng phân bố hình chử nhật 32 II.1.1.2.2- Tải trọng phân bố hình thang tam giác 32 II.1.1.3- Tính Tốn Biến Dạng (Ổn Định Trượt) 33 II.1.1.4- Một số phương pháp khác 34 II.1.1.5- Phương pháp phần tử hữu hạn 36 II.1.1.5.1- Nguyên lý chung 36 II.1.1.5.2- Ứng dụng phần mềm FEM 36 II.1.1.6- Nhận xét 38 II.1.1.6.1- Về lý thuyết 38 II.1.1.6.2- Về thực tế 39 II.1.2- TÍNH TỐN THIẾT KẾ NỀN ĐƯỜNG SỬ DỤNG GEOFOAM 39 II.1.2.1-Cơng Trình Nền Đường sử dụng Geofoam 39 II.1.2.1.1-Đặc điểm 39 II.1.2.1.2-Tính chất 40 II.1.2.2- Quy trình Tính Tốn theo Ban Nghiên Cứu Đường Bộ Mỹ 41 II.2- ĐẶT TÍNH CƠ HỌC VÀ VẬT LÝ CỦA GEOFOAM 45 II.2.1-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA EPS 45 II.2.2- THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN VÀ MODUN ĐÀN HỒI 45 II.2.3-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ HÚT NƯỚC 45 II.2.4-THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG THEO NHIỆT ĐỘ 47 II.3- NHẬN XÉT .48 CHƯƠNG III THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHÍNH ĐỐI VỚI VẬT LIỆU EPS HIỆN CĨ Ở VIỆT NAM III.1- THÍ NGHIỆM TÍNH CHẤT VẬT LIỆU EPS 49 III.1.1- ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN THỂ TÍCH EPS 49 III.1.2- CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN 50 III.1.3- CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN 51 III.1.4- ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG 51 III.1.5- MODUN ĐÀN HỒI 53 III.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 56 CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG GEOFOAM CHO NỀN ĐƯỜNG CÔNG TRÌNH CẦU VĂN THÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ IV.1-GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH VÀ ĐỊA CHẤT 57 IV.1.1-GIỚI THIỆU 57 IV.1.2-ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 59 IV.1.2.1-Địa hình 59 IV.1.2.2-Địa chất 60 IV.2-PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BAN ĐẦU 61 IV.2.1-THIẾT KẾ ĐƯỜNG DẨN VÀO CẦU VĂN THÁNH 61 IV.2.1.1- Thiết kế duyệt 61 IV.2.1.1.1- Về tuyến 61 IV.2.1.1.2- Về kết cấu mặt đường 62 IV.2.1.1.3- Về mặt thiết kế 62 - 104 - QD q ACD = = 69.4 σ LL r=( ACD π 69.4 = 3.65 m 19 = )2 Trong đó: ACD: Diện tích tiếp xúc bánh kép QD: hoạt tải tác dụng bánh kép q: áp lực tiếp xúc bánh xe Theo Theo AASHTO 20-44 Ta có: 0.61x2=1.22 m Ư 1.22